Охлаждение и осветление сусла
В горячем охмеленном сусле полностью отсутствует кислород, в нем содержатся грубые взвеси, которые образовались при кипячении его с хмелем. Размер взвешенных частиц может составлять от 30 до 80 мкм. Если от них не избавиться, они могут затруднить последующую фильтрацию пива или, что еще хуже, осесть при брожении на стенках дрожжевых клеток – «оклеить», «облепить» их, т.е. нарушить их проницаемость, затрудняя диффузию сахаров в клетку. В этом случае брожение может ухудшиться или совсем затухнуть. Наличие взвесей отрицательно влияет на дображивание пива и коллоидную стойкость готового продукта.
С понижением температуры осаждаются грубые взвеси и выделяются тонкие взвеси, сусло насыщается кислородом, что благоприятствует нормальному размножению дрожжей и полному выделению коагулируемых белков.
Цельюохлаждения и осветления сусла является понижение его температуры, насыщение сусла кислородом воздуха и осаждение взвешенных частиц.
В зависимости от методов брожения (низовое или верховое) сусло охлаждают до температуры 6-7 или 14-16 °С.
Способы и технологические приемы охлаждения и осветления суслаРазличают такие способыосветления сусла как седиментация под действием силы тяжести (отстаивание), при которой разделение осуществляется благодаря разнице между относительной плотностью жидкой и твердой фаз, и седиментация под действием центробежной силы, которая превышает силу тяготения в 3000-4500 раз (для современных сусловых сепараторов), вследствие чего скорость оседания тонких суспензий значительно повышается.
Для подготовки сусла к брожению применяют комбинированную установку, состоящую из двух аппаратов: первый для удаления грубых взвесей (осадка) и второй для охлаждения сусла до заданной температуры брожения. Таким образом, охлаждение сусла производят в две стадии.
Первая стадия - охлаждение горячего сусла до 60-70 °С - обычно может происходить, например, в отстойном (осадочном) аппарате и продолжается 1,5-2 ч, т.е. сравнительно медленно. Он представляет собой стальной цилиндрический резервуар с плоским, слегка наклонным дном и сферической крышкой. В крышке аппарата установлена вытяжная труба, под которой укреплен распределительный конус. Для охлаждения сусла служит стальной змеевик, размещенный внутри резервуара. Для декантации охлажденного и осветленного сусла в аппарате имеется шарнирно закрепленный подвижный трубопровод с поплавком.
Время нахождения сусла в отстойном аппарате сократить нельзя, так как для осаждения грубых горячих осадков необходимо не менее 2 ч. В отстойном чане, который пришел на смену холодильной тарелке, уже использовался охлаждающий элемент, заполняемый проточной водой. По нему тонким слоем, самотеком, стекало сусло. В этой системе начала использоваться система аэрации сусла стерильным воздухом.
После спуска сусла из отстойного аппарата отстой направляют по закрытому трубопроводу в закрытый сборник, из которого сжатым воздухом подают в фильтр-пресс. Отстойное сусло стерилизуют, охлаждают и затем направляют в бродильный аппарат, добавляя его к основному суслу.
Для осветления сусла используют также центробежные сепараторы, которые позволяют быстро получить прозрачное сусло и сократить потери экстракта с отстоем. Сепараторработает на принципе применения центробежных сил, за несколько секунд отделяя взвеси от сусла. Особое внимание при работе с сепаратором специалисты настоятельно рекомендуют уделять центровке его ротора. Частота вращения ротора должна строго соответствовать величине, указанной в паспорте оборудования. Кинетическая энергия вращающегося ротора чрезвычайно велика, если он сорвется - последствия могут быть очень серьезными. При появлении вибрации, стука или резком изменении частоты вращения ротора сепаратор немедленно останавливают.
Наиболее приемлемой технологией сегодня, по мнению специалистов, является процедура осветления пивного сусла в вирпуле (гидроциклоне). В нем отделение белкового и хмелевого осадков достигается гидродинамическим воздействием.
Аппарат представляет собой большой закрытый резервуар с плоским, но несколько наклонным днищем. Горячее сусло подается в аппарат с одной или двух сторон тангенциально направленной струей со скоростью 10 м/с и закручивается. Сусло приходит во вращательное движение. Возникшая центробежная сила собирает взвеси и хлопья белка в центре емкости, где образуется осадочный конус. Этот эффект иногда называют «эффектом чашки чая» - точно так же в центре чашки после помешивания собираются частичек заварки. Впервые он был применен в пивоварении еще несколько десятилетий назад. Сегодня это наиболее простой и действенный метод удаления скоагулировавшего белка из сусла.
В данном аппарате на осветление сусла уходит около 20 мин. Вообще же нормальным временем осветления считается интервал в 40 мин. После того как твердые частицы осядут, сусло становится прозрачным (осветленным). Оно откачивается сверху - по мере увеличения его прозрачности. Достоинством гидроциклона является стерильность процесса, так как в аппарат поступает горячее сусло и выходит из него с температурой 90 °С.
Вторая стадия - быстрое охлаждение с 70-60 до 6-16 °С - осуществляется в автоматизированном закрытом пластинчатом теплообменнике. Он удобен в обслуживании и эффективен.
Такой охладитель состоит из тонких штампованных стальных пластин, нанизанных на две продольные опорные стойки. На каждой пластине расположены резиновые уплотнители-прокладки. Когда стопа пластин сжимается вместе (при помощи опорной плиты и винтового зажима), она образует единый пакет (блок). Отверстия в пластинах и уплотнители располагаются таким образом, что в пакете охладителя образуются две системы каналов. По одной идет сусло, по другой - солевой раствор или вода. Приблизительно две трети блока охлаждается водой, одна треть - рассолом.
После охлаждения производится аэрация сусла - непосредственно в трубопроводе или аппарате предварительного брожения в него впрыскивается стерильный воздух, необходимый для дрожжевых клеток.
В зависимости от сорта пива потери экстракта в варочном цехе составляют от 2,6 до 2,8 %, а потери в пивной и хмелевой дробине (к объему горячего сусла) на стадии осветления и охлаждения сусла — от 5,5 до 7,0 %, в том числе 4 % - мнимые потери объема в результате сжатия сусла при его охлаждении от 100 до 20 °С.
Для более полного удаления белков из сусла могут использоваться осветлители сусла типа «ирландского мха» (изготавливаются из морских водорослей). Они добавляются за 10-15 мин до конца кипения в сусловарочный котел или уже при перекачке сусла в гидроциклон.
Для добавочного осветления сусла также могут использоваться силиказоли кремниевой кислоты. Они связывают белковые соединения в гидрогель.
Силиказоли добавляются не только в охмеленное сусло, но и после завершения сбраживания, перед началом холодной стабилизации пива или перед фильтрацией. Необходимое количество силиказолей берется из расчета 50 см3 золя на гектолитр пива.
Превращения при охлаждении и осветлении сусла В сусле остаются скоагулированные белки, которые находятся в состоянии грубого осадка и тонких взвесей (суспензий). При понижении температуры они осаждаются. Крупные взвеси осаждаются на протяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется при снижении температуры до 6-7 °С.
Грубый осадок адсорбирует в значительных количествах железо, медь и другие тяжелые металлы и тем самым предохраняет от их вредного действия дрожжи и пиво, в котором они могут быть причиной коллоидного помутнения.
С понижением температуры (ниже 60 °С) прежде прозрачное сусло начинает мутнеть. Часть веществ, которые хорошо растворялись в горячем сусле, становятся нерастворимыми и выделяются в холодном сусле. Наступающее помутнение обусловлено наличием мельчайших частиц диаметром примерно 0,5 мкм. Тонкий осадок на 35 % состоит из дубильных веществ и на 65 % из β-глобулина.
Особенно важно выделить из сусла белково-дубильные соединения. Если белково-дубильные соединения остаются в сусле, поступающем на брожение, то сусло приобретает опалесцирующий или мутный вид. При попадании этих соединений в аппараты дображивания в пиве возникает помутнение, которое трудно устранить.
При высоких температурах кислород расходуется на окисление органических веществ (мальтозы, глюкозы, фруктозы, азотистых соединений, горьких веществ и хмелевых смол, танина). При окислении глюкозы образуется глюконовая кислота, при окислении фруктозы — муравьиная, щавелевая и винная кислоты. В течение 1 ч 1 дм3 сусла способен химически связать 6,4 мг кислорода.
При высоких температурах (85 °С) химически связывается в 5 раз больше кислорода, чем при средних температурах (45 °С). Ниже 40 °С практически никакого окисления в сусле не происходит. Вследствие окислительных процессов сусло становится несколько темнее, а хмелевой аромат и хмелевая горечь значительно ослабляются.
Растворение кислорода, необходимого для дрожжей, возможно лишь при низкой температуре, в сусле оно начинается с температуры ниже 40 °С.
Сусло с температурой 20-40 оС является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры, так как эти условия наиболее оптимальны для размножения вредных для пива микроорганизмов (сарцин, уксуснокислых, молочнокислых и др. бактерий. При брожении, когда в сусло будут введены дрожжи, возможность инфицирования уменьшается. Для предотвращения инфицирования сусло нужно быстро охладить до установочной, начальной температуры брожения 6-7 °С.
Охлаждение сусла сопровождается испарением некоторого количества воды, что приводит к уменьшению его объема и повышению концентрации.
Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.
Контрольные вопросы.
1. Как производится подработка и дробление солода и несоложеного сырья?
2. Каковы отличия настойного и отварочного способов затирания?
3. Охарактеризуйте технологические режимы разных способов затирания?
4. Какие процессы протекают при затирании?
5. Охарактеризуйте основное оборудование, применяемое для фильтрования затора?
6. Каковы особенности кипячения сусла с хмелем?
7. Какие процессы протекают на данной стадии технологии производства пива?
СБРАЖИВАНИЕ ПИВНОГО СУСЛА И
ДОБРАЖИВАНИЕ ПИВА
Процессы при брожении пивного сусла В зависимости от температурных условий и применяемых рас дрожжей различают верховое и низовое брожение. Сбраживание сусла проходит в две стадии: главное брожение и дображивание.
При главном брожении имеет место интенсивное сбраживание большей части сахаров сусла; в результате образуется молодое (мутное) пиво, имеющее своеобразные вкус и аромат, еще непригодное к употреблению. Дображивание характеризуется медленным сбраживанием оставшихся сахаров, осветлением, созреванием пива и насыщением его диоксидом углерода. При этом химический состав сусла существенно изменяется и оно превращается во вкусный ароматный напиток.
Во время главного брожения происходят биологические, биохимические и физико-химические процессы.
К биологическим процессам относится размножение дрожжей. В пивном сусле содержатся все питательные вещества, необходимые для нормального размножения и развития дрожжей. Наиболее интенсивное размножение дрожжей происходит на начальной стадии главного брожения. Биомасса дрожжей увеличивается в 3-4 раза.
Основным биохимическим процессом при главном брожении является превращение сбраживаемых сахаров в этанол и диоксид углерода. Большая часть экстракта сусла состоит из углеводов, в состав которых входят (%): фруктоза — 1-3, глюкоза — 8-10, сахароза — 2-6, мальтоза — 38-50, мальтотриоза — 11-19, мальтотетраоза — 2-6, декстрины — 14-22. Из них сбраживаются глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза и мальтотриоза (примерно 75 %). Несбраживаемая часть экстракта представлена декстринами, белками и минеральными веществами.
Сбраживание сахаров происходит в определенной последовательности и обусловлено скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются фруктоза и глюкоза. Сахароза гидролизуется ферментом β-фруктофуранозидазой до глюкозы и фруктозы, которые также потребляются дрожжами.
Далее дрожжи начинают потреблять мальтозу, которая под действием мальтазы расщепляется на две молекулы глюкозы. Мальтоза почти полностью сбраживается при главном брожении.
Мальтотриозу дрожжи сбраживают лишь частично при главном брожении и медленно при дображивании. В сусле, богатом мальтозой, мальтотриоза ожет остаться несброженной.
Основными конечными продуктами спиртового брожения являяются этанол и диоксид углерода. Среди вторичных продуктов брожения в сусле находятся глицерин, уксусный альдегид, пировиноградная, уксусная, янтарная, лимонная и молочная кислоты, ацетоин (ацетилметилкарбонал), 2,3-бутиленгликоль и диацетил. Преобладающие кислоты — уксусная и янтарная, а также 2,3-бутиленгликоль и уксусный альдегид; в незначительных количествах — ацетоин и лимонная кислота.
Сопутствующим процессом является образование из аминокислот высших спиртов, которые оказывают большое влияние на вкус и аромат пива. Это побочные продукты брожения.
Под действием эстераз дрожжей из альдегидов образуются сложные эфиры. В процессах эфирообразования также участвуют высшие спирты и кислоты.
Нежелательный компонент пива, придающий ему своеобразный медовый запах и привкус, - это диацетил. Он образуется дрожжами в начале главного брожения. В стадии дображивания и созревания молодого пива количество диацетила значительно уменьшается, так как с изменением условий он восстанавливается в ацетоин. Однако ацетоин, в свою очередь, может быть причиной так называемого подвального (затхлого) привкуса пива. Содержание ацетоина в пиве 1 мг/дм3 считают нормальным, но с повышением его содержания от 2,3 до 5,3 мг/дм3 появляется затхлый привкус пива.
Образованию диацетила способствуют все технологические приемы, сопровождающиеся переходом анаэробного процесса в аэробный,.
Все высшие спирты (пропиловый, изобутиловый, изоамиловый, амиловый, тирозол, триптофол) обладают характерным запахом и дают сложные эфиры, которые приобретают приятные, смягченные запахи, влияющие на образование аромата и вкуса пива. С изменением концентрации некоторых веществ запахи меняются и, входя в композицию в необходимом количестве, существенно улучшают общий аромат.
Сбраживание сусла сопровождается изменением рН. Начальное сусло при введении в него дрожжей имеет рН 5,3-5,6 (до 6,0), а молодое пиво — рН 4,2-4,6. Понижение рН происходит вследствие образования углекислоты и органических кислот, главным образом, янтарной и молочной. Наибольшее понижение рН происходит на третий день брожения.
Значительно быстрее, чем рН, при брожении изменяется гН2 (окислительно-восстановительный потенциал). В сбраживаемом сусле уменьшается количество продуктов окисления и накапливается количество продуктов восстановления, что и приводит к понижению гН2. В охлажденном сусле гН2 > 20. Как только начинается интенсивное брожение, гН2 понижается до 10-11.
Большую роль в изменении гН2 играют дрожжи. Они тормозят окислительные процессы, быстро поглощая растворенный в сусле кислород, расходуя его на обменные реакции. Выделяющийся диоксид углерода вытесняет кислород из сусла, что также замедляет окисление. При интенсивном брожении весь растворенный кислород потребляется дрожжами и гН2 снижается до минимума, достигая 10.
Чем ниже величина гН2 в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоком значении гН2 сусло и молодое пиво становятся темнее, ухудшается вкус готового пива, может появиться муть.
Из других физико-химических процессов важное значение для брожения имеют коагуляция белковых веществ и пенообразование. Коагуляции белковых веществ способствуют образование спирта, эфиров и понижение рН сусла. Белки частично денатурируют, частично теряют свой заряд и флокулируют. Происходит выделение некоторых фракций белков в виде крупных агрегатов с одновременной агглютинацией и осаждением дрожжей. В основном выделяются белковые вещества, изоэлектрическая точка которых близка к рН молодого пива. Осаждается также и часть тонких взвесей (белково-дубильные соединения), которые поступили в бродильный аппарат с суслом.
Образующийся в ходе брожения диоксид углерода сначала растворяется в сбраживаемом сусле, а по мере насыщения сусла выделяется в виде газовых пузырьков, в результате чего формируется пена. На поверхности газовых пузырьков появляется адсорбционный слой поверхностно-активных веществ из белков, пектина и хмелевых смол. В процессе брожения сусла внешний вид пены изменяется: в определенный период она напоминает завитки. Основу для образования завитков создают коагулируемые белки и выделяемые хмелевые смолы, а их формирования — диоксид углерода.
Дрожжи, используемые для производства пиваВозбудителями брожения являются дрожжи– одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения. В производстве пива пивоварении используются эукариотные дрожжи верхового брожения Saccaromyces cerevisiae и низового брожения Saccaromyces carlsbergensis.
Дрожжи верхового брожения в конце брожения поднимаются на поверхность. Для них характерно взвешенное в сусле состояние. Поэтому их называют пылевидными. Дрожжи низового брожения после брожения оседают на дно танка плотным слоем. В сусле они собираются в виде хлопьев, поэтому их называют хлопьевидными. Эта способность дрожжей имеет важное практическое значение — быстро осветляется пиво и появляется возможность собирать дрожжи из бродильных танков и многократно их использовать.
По степени сбраживания дрожжи делятся на высоко- и низко-сбраживающие.
В пивоварении пива наибольшее распространение получили штаммы низовых дрожжей: 776, 11, 41, 44, 8а (М) Н, 37 и др.
Штамм 776 — дрожжи среднесбраживающие. Хорошо осветляют сусло, образуют плотный осадок. К качеству сырья нетребовательны.
Штаммы 11, Н — дрожжи сильно- и быстросбраживающие. К качеству сырья неприхотливы. Флокуляционная способность хорошая. Вкус пива полный.
Штаммы 41, 44 — дрожжи среднесбраживающие. Способность к агглютинации хорошая. Вкус пива чистый, мягкий.
Штамм 8а (М) — дрожжи сильносбраживающие. Флокуляционная способность хорошая. Вкус пива чистый, мягкий.
Для отдельных сортов темного пива применяются специальные расы дрожжей верхового брожения.
Дрожжи должны отвечать следующим требованиям: иметь высокую бродильную активность, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в процессе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.
Дрожжи чистой культуры, как правило, разводят в лаборатории предприятия. При этом необходимо обеспечить стерильность сусла.
Подготовка чистой культуры дрожжей к брожению сводится к накоплению их биомассы в количестве, необходимом для начала процесса брожения. Процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной и производственной.
Первая стадия начинается с пересева чистой культуры дрожжей из пробирки. При последовательном пересеве культуры объем сусла увеличивается каждый раз примерно в 5 раз: 20 см3 — 100 см3 — 500 см3 — 2,5 дм3 — 12 дм3 — 60 дм3 — 300 дм3.
Производственная стадия осуществляется в установке Грейнера, состоящей из стерилизатора сусла, бродильных цилиндров, сосудов для посевных дрожжей и резервуара для предварительного брожения.
Чистую культуру разводят следующим образом. В стерилизатор набирают горячее охмеленное сусло, кипятят и охлаждают до 8-12 °С. Долее сусло направляют в бродильный цилиндр, куда переносят разводку чистой культуры дрожжей после пятого пересева.
Сбраживание сусла продолжают в течение 3 сут. При этом дрожжи размножаются и их биомасса увеличивается. После брожения из цилиндра отбирают часть разводки дрожжей (10 дм3) в сосуд для посевных дрожжей, где она хранится до следующего пересева. Основную часть разводки дрожжей из цилиндра перекачивают в резервуар предварительного брожения, куда подают заводское охмеленное сусло температурой 9 оС. В резервуаре предварительного брожения дрожжи размножаются также в течение 3 сут.
На следующих циклах бродильные цилиндры, освобожденные от дрожжей, заполняют стерильным суслом из стерилизатора и засевают дрожжами, хранящимися в сосудах (10 дм3). Процесс размножения дрожжей в аппарате конструкции Грейнера повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.
Сброженная биомасса из резервуара предварительного брожения поступает в бродильный аппарат вместимостью 1000 дм3, куда доливают 300 дал заводского охмеленного сусла, а через 12 ч — еще 400 дал. Через 36 ч забродившее сусло можно вносить в качестве дрожжей в аппарат главного брожения. Осевшие при брожении семенные дрожжи снимают, промывают холодной водой и используют в производстве.
Каждый оборот дрожжей называется генерацией.На практике семенные дрожжи после предварительной подготовки используются до 10 генераций.
Повторно используемые генерации дрожжей должны удовлетворять следующим требованиям: количество мертвых дрожжевых клеток должно быть не выше 5 %; наличие посторонних бактериальных клеток — не выше 0,5 %; упитанность дрожжевых клеток по гликогену — не ниже 70 %; наличие диких клеток дрожжей — не допускается.
Семенные дрожжи после брожения направляются в дрожжевое отделение, где их обрабатывают на вибросите для отделения крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол, а затем тщательно промывают холодной водой температурой 1-2 оС. В результате освобождения от слизистых веществ, обволакивающих поверхность клеток, повышается проницаемость клеточных оболочек.
Ежедневный уход за дрожжами заключается в смене воды и поддержании в сборнике температуры 1-2 °С. В таких условиях под слоем холодной воды дрожжи могут сохраняться в хорошем состоянии в течение 3-4 сут.
Для удаления посторонней микрофлоры дрожжи обрабатывают слабым раствором серной, молочной, фосфорной или др. кислот.
При использовании для введения в сусло семенных дрожжей предварительно производят так называемое разбраживание дрожжей. Для этого отобранные для введения семенные дрожжи смешивают в специальном аппарате с холодным пивным суслом из расчета от 2 до 6 л сусла на 1 дм3 дрожжей. Сусло с дрожжами перемешивают мешалкой или продувают стерильным воздухом.
После перемешивания сусло оставляют на 1-3 ч для разбражи-вания при температуре, не превышающей установочной температуры брожения (6 °С). Оптимальной продолжительностью разбраживания считается такая (2-3 ч), при которой начинается интенсивное почкование дрожжей, а количество образовавшегося спирта достигает 0,3 %.
Затем сусло с дрожжами вводят в сусло, находящееся в бродильном танке. Бродильный аппарат заполняют суслом в 2-3 приема. Заполнение считают законченным, когда в нем остается незаполненным 10-15 % объема.
Главное брожениеПроцесс брожения зависит от ряда факторов: способа сбраживания, состава сусла, температуры брожения, величины бродильного аппарата, но наибольшее значение имеет штамм дрожжей, от которого зависят вкус и аромат готового пива. Наиболее пригодными считаются быстро сбраживающие дрожжи, которые обеспечивают хорошее осветление и мягкий чистый вкус пива.
Главное брожение протекает в несколько стадий. Они отличаются друг от друга и характеризуются изменением внешнего вида поверхности бродящего сусла, изменением температуры, понижением экстрактивности сусла и степенью осветления молодого пива.
Первая стадия брожения, характеризующаяся образованием на поверхности сусла нежно-белой пены, называется забелом.Через 15-20 ч после задачи дрожжей появляются первые признаки брожения. Становится заметным выделение углекислоты и появление нежно-белых пузырьков пены. Сначала пузырьки пены появляются по краям сусла. У стенок бродильного чана образуется валик белой пены. Затем постепенно вся поверхность сусла затягивается равномерным слоем белой пены. К концу первой стадии брожения в пене начинают появляться незначительные выделения хмелевых смол и белковых веществ. Экстрактивность сусла снижается с 0,2 до 0,5 % в сутки.
Начальная стадия брожения продолжается 1-1,5 сут и характеризуется главным образом размножением дрожжей.
Вторая стадия брожения – это период низких завитков. Выделение пузырьков углекислоты становится более интенсивным, что обусловлено полноценностью питательной среды для дрожжевых клеток. Стадия характеризуется образованием густой, белой, компактной, поднимающейся пены, которая по внешнему виду представляет собой завитки красивой формы. За счет усиленного выделения хмелевых смол завитки окрашиваются в желто-коричневый цвет.
Продолжительность стадии 2-3 сут. Экстрактивность сусла также понижается на 0,5-1,0 % в сутки.
Третья стадия, называемая стадией высоких завитков, характеризуется наибольшей интенсивностью брожения. Спиртовое брожение сахаров приводит к повышению температуры сбраживаемой среды, так как при сбраживании 1 кг сахара выделяется 628 кДж тепла. В результате на 4-е или 5-е сутки пенообразование усиливается. Пена становится рыхлой, сильно поднимается вверх, и завитки достигают наибольшей величины. Поверхность пены приобретает характерный коричневый цвет. Убыль экстракта в сутки достигает 1-1,5 %. Стадия продолжается 3-4 сут.
Четвертая стадия — стадияопадания завитков — характеризуется постепенным опаданием пены, хлопьеобразованием дрожжей, исчезновением завитков, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем коричневой пены, называемой покрышкой или декой. Опадание завитков продолжается двое суток. Экстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5-0,2 % в сутки. Оседание дрожжей приводит к прекращению брожения и осветлению пива. Процесс главного брожения считается законченным. Полученный к концу этой стадии продукт называют молодым пивом.
Для поддержания температуры на оптимальном уровне внутри бродильных аппаратов имеются стационарные или переносные змеевики, через которые пропускают холодную воду (0,5-1 оС) или рассол.
Технологические режимы главного брожения Главное брожение осуществляют в закрытых и открытых цилиндрических бродильных аппаратах (танках с коническим днищем) из нержавеющей стали, алюминия или железобетона.
Наиболее распространены закрытые танки цилиндрической формы. В таких бродильных танках вся дека при перекачивании пива в лагерные танки остается на верхней сферической части и стенках. Все современные пивоваренные заводы оборудуют такими бродильными танками.
Для удобства эксплуатации бродильные танки монтируют на специальных подставках на высоте 50-60 см от уровня пола. Бродильные танки немного наклоняют в сторону спускных отверстий, для того чтобы пиво полностью стекало с дрожжей, а также для лучшего спуска дрожжей и смывных вод.
Заполнение и опорожнение таких аппаратов производят снизу. Вместимость одного бродильного аппарата и одного аппарата для дображивания подбирают с учетом объема сусла или молодого пива, получаемого от одного или двух заторов. Число аппаратов определяют в зависимости от числа варок в сутки и продолжительности процессов главного брожения, дображивания и созревания.
Ведение главного брожения включает такие основные технологические операции, как наполнение бродильных аппаратов суслом, введение в сусло дрожжей, сбраживание сусла, перекачивание молодого пива на дображивание и отъем дрожжей. Процесс осуществляют периодическим или полунепрерывным способом.
Охлажденное до необходимой температуры брожения (5-7 оС) начальное сусло поступает в бродильный аппарат предварительного брожения. Это необходимо для получения сусла однородного состава и улучшения процесса брожения за счет частичного выпадения в осадок белков и других веществ. По истечении 20-24 ч забродившее сусло перекачивают в бродильные танки, не трогая образовавшийся на дне чана осадок.
В сусло на пути его следования вводят дрожжи в виде технически чистой культуры или семенных дрожжей из расчета 0,4-0,7 дм3 на 100 дм3 сусла. Задаваемые дрожжи должны быть свежими, хорошо промытыми, с приятным запахом, светлыми и обладать нормальной бродильной способностью.
Дрожжи поступают в суслопровод под давлением или засасываются потоком сусла (тип инжектора).
На многих заводах дрожжи с холодным суслом перемешивают в монжю путем продувания стерильным воздухом, или диоксидом углерода, или механическим перемешиванием. Различают два режима брожения: холодное (дрожжи вносят при 5-6 °С, максимальная температура 8-9 °С и конечная 4,5-5,5 °С) и теплое (дрожжи вносят при 9 °С, максимальная температура 12-13 °С и конечная 6-7 °С).
Температура при брожении не должна подниматься выше установленной. Необходимо своевременно установить момент начала охлаждения. Охлаждение сусла раньше установленного срока вызывает ослабление деятельности дрожжей.
Запоздалое охлаждение также нежелательно, так как при этом будет сброжено больше экстракта, поэтому для дображивания и нормального насыщения пива диоксида углерода останется недостаточно.
Во время главного брожения выделяется большое количество СО2. На многих пивоваренных заводах, где брожение ведут в закрытых танках, СО2, образующийся при брожении, собирают и используют для промышленных целей.
К концу брожения дрожжи оседают на дно. Из-за горького вкуса осевшую пену обязательно удаляют с поверхности сусла. Осветлившаяся жидкость называется молодым пивом, оно не является товарным продуктом. В нем, помимо этилового спирта и углекислого газа, накапливается ряд побочных продуктов, участвующих в создании вкуса и аромата. Процесс главного брожения завершается за 7-10 сут (для пива «Жигулевское» - 7 сут).
Для получения пива хорошего качества молодое пиво должно быть выброжено так, чтобы для процесса дображивания в нем осталось около 1-1,5 % сбраживаемых углеводов.
Показатели качества сусла На практике окончание главного брожения определяют по видимому содержанию сухих веществ в молодом пиве.
Основным показателем, характеризующим окончание главного брожения, является степень сбраживания. Степенью сбраживания V, %, называется количество сброженного экстракта сусла, выраженное в процентах, к содержанию сухих веществ исходного сусла
V = [(Е - е) • 100] / Е, (4)
где Е —содержание сухих веществ в исходном сусле по сахариметру, %; содержание сухих веществ в молодом пиве по сахариметру, %.
Различают кажущееся (видимое) и действительное содержание экстракта. Видимый экстракт определяют в продукте при наличии в нем спирта и углекислоты, а действительный — после удаления последних по относительной плотности пикнометрическим методом.
Величина видимого экстракта сбраживаемого сусла и пива всегда меньше величины действительного экстракта, так как сахарометр погружается в спиртосодержащей жидкости глубже и соответственно показывает величину меньше действительной. Приближенно Vд = 0,81 Vвид.
Для качества готового пива большое значение имеет достижение конечной степени сбраживания (высшей видимой степени сбраживания), которая наступает при полном сбраживании всех сбраживаемых сахаров.
Степень сбраживания готового пива должна приближаться к конечной степени сбраживания, так как при содержании сахаров в нем легко развиваются дрожжи и бактерии. Кроме того, высокое содержание несброженного сахара обусловливает слабость пива, что для большинства сортов пива нежелательно.
Три степени сбраживания (конечная, молодого и готового к выпуску пива) должны находиться в определенном соотношении между собой. Видимая степень сбраживания молодого пива должна быть на 10-15 % меньше степени сбраживания готового пива, а степень сбраживания готового пива при розливе — меньше конечной степени сбраживания на 3-5 %.
Перекачиваемое в отделение дображивания молодое пиво должно содержать определенное количество сбраживаемого экстракта (около 1 %), чтобы во время дображивания достигалось нормальное насыщение пива диоксидом углерода.
Для биологической стойкости получаемого пива большое значение имеет разница между конечной степенью сбраживания и степенью сбраживания пива. Если между ними будет большая разница, то микроорганизмы (дрожжи и бактерии) находят в разлитом пиве сбраживаемые вещества и размножаются в нем, вызывая помутнение. При приближении степени сбраживания к высшему пределу получается более стойкое пиво.
О протекании главного брожения можно судить по накоплению основного продукта брожения — спирта и выделению диоксида углерода, но в производстве с этой целью определяют убыль экстрактивных веществ в сбраживаемом сусле.
Данные о сбраживании экстракта и накоплении спирта в ходе главного брожения приведены в таблице 8.
Таблица 8 – Изменение основных показателей сусла во время главного брожения
| Дни | Видимый экстракт по | Содержание, % | Степень сбраживания, % | ||
| брожения | сахариметру, % | действительного экстракта | алкоголя | видимая | действи-тельная |
| До брожения | 11,2 | - | - | - | - |
| 11,0 | 11,07 | 0,11 | 2,2 | 0,7 | |
| 10,1 | 10,45 | 0,47 | 10,2 | 7,1 | |
| 8,8 | 9,41 | 0,99 | 21,8 | 16,4 | |
| 7,1 | 7,85 | 1,67 | 34,9 | 30,2 | |
| 5,6 | 6,65 | 2,27 | 50,2 | 40,9 | |
| 4,9 | 6,08 | 2,56 | 58,4 | 45,9 | |
| 4,6 | 5,83 | 2,68 | 59,1 | 48,2 | |
| 4,5 | 5,75 | 2,72 | 60,0 | 48,9 |
Главное брожение считается законченным, если произошло осветление молодого пива, а за сутки сброжено 0,15-0,2 % экстракта сусла.
Более точно окончание главного брожения устанавливают по достижении необходимого видимого экстракта, определяемого в молодом пиве по сахариметру. Длительность главного брожения зависит от экстрактивности сусла и температуры брожения. При холодном способе продолжительность брожения сусла с экстрактивностью 11-13 % составляет 7-8 сут, 14-20 % — 9-12 сут.
Дображивание пива Оно способствует окончательному формированию потребительских достоинств пива. Для этой операции молодое пиво перекачивают в герметично закрывающиеся металлические танки лагерного цеха, внутренняя поверхность которых покрыта специальным лаком.
При созревании пива происходят различные окислительно-восстановительные реакции, в результате которых исчезают характерные для молодого пива привкус дрожжей и хмелевая горечь (происходит коагуляция хмелевых смол). Вкус пива становится мягче, нежнее. В результате дображивания остаточного экстракта несколько возрастает крепость пива и происходит его осветление.
При дображивании и выдержке пива в основном протекают те же процессы, что и при главном брожении, но б