Превращения компонентов сырья при пивоварении

Литературный обзор без практической части ...

Введение
1. Сырьевые компоненты
2. Технологическая схема производства пива
3. Превращения компонентов сырья
Заключение
Список литературы

Одной из таких динамично развивающихся отраслей пищевой промышленности России является пивоваренная промышленность.
Пивоварение является одним из древнейших производств. Варили пиво, в основном, в монастырях. Промышленное пивоварение началось с конца XIX века после изобретения паровой и холодильной машин. В настоящее время на многих предприятиях используется высокопроизводительное оборудование. Основным сырьем для производства пивоваренного солода служил ячмень. В то же время за рубежом, кроме ячменя используют нетрадиционные зерновые культуры: пшеницу, овес, рожь, просо, гречиху и др. Полученные на их основе солода используют при создании новых сортов пива с частичной заменой ячменного солода.
При приготовлении пива протекает множество физико-химических и биохимических процессов, которые обуславливают качественные и вкусовые показатели пива. Получение напитка высокого качества требует понимания протекающих процессов и правильного управления этими процессами. Основные процессы, описываемые в данной работе – это солодоращение и брожение пивного сусла под действием ферментных препаратов.
Цель данной работы - в компактном виде изложить основы процессов, протекающих при производстве пива из солода. При этом теоретические основы отдельных технологических операций изложены кратко в том объеме, который необходим для понимания различных технологических условий и свойств солода, сусла и пива.
В работе рассматриваются основные виды сырья, используемого в пивоварении, их характеристики и состав, а также обозначается влияние каждого вида сырья на качество и вкус конечного продукта. Особо выделяется описание химизма процессов превращения сырьевых компонентов при выполнении технологической схемы производства пива.

Технологическими факторами, влияющими на флокуляцию дрожжей, являются состав сусла, количество и качество семенных дрожжей, физико-химические условия культивирования. Способствует ранней флокуляции недостаток в сусле факторов роста, аминного азота и назкая величина отношения сахаров к несахарам, с уменьшением величины рН с 5,6 до 4,3-4,0. Бродильная активность дрожжей – важный технологический признак дрожжей, определяющий длительность главного брожения, физико-химические свойства пива, его биологическую стойкость. Она оценивается по скорости потребления сахаров, количеству выделившегося при этом диоксида углерода и величине конечной степени сбраживания сусла. Данное свойство дрожжей зависит от соотношения между сбраживающимися сахарами (глюкоза : мальтоза : мальтотриоза), скорости размножения дрожжей, от концентрации дрожжей в сусле. С увеличением величины засева скорость сбраживания сахаров сусла возрастает.Длительно используемые дрожжи, а также дрожжи, неправильно хранившиеся, имеют низкую бродильную активность.Основным компонентом пива является вода, поэтому ее можно отнести к основному виду технологического сырья. Основные требования, предъявляемые к воде, приводятся в таблице 1.Основные ограничения для воды, применяемой непосредственно в производстве пива (при затирании), касаются таких показателей, как величина рН, жесткость, соотношение между концентрациями Са2+ и Mg2+. Значительно меньше в воде для пивоварения должно содержаться ионов железа, кремния, меди, нитратов, хлоридов, сульфатов. Не допускается наличие нитритов – сильных токсинов для дрожжей []. Табл. 1. Органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества воды [].ПоказательЕдиница измеренияСогласно нормативным документам (не более)Россия СанПинЕЭС (предельные значения)Вода для производства пива (ТИ-10-5031536-73-90)Органолептические показателиЗапах при температуре 20 ºС и подогревании до 60 ºСБаллы2Без запаха0Вкус и привкус при температуре 20 ºСБаллы2-0Цветность по платиново-кобальтовой шкалеГрадус202010Мутность по мутномеруМг/дм31,5101,0 (0)*Химические показатели, суммарноВеличина рН-6-99,56,0-6,5Сухой остаток минеральных солейМг/дм31000До 1500500Окисляемость (ХПК)Мг О2/дм3552ЩелочностьМг-экв./дм3--0,5-1,5Общая жесткостьМг-экв./дм37,0Мин. 60 мг/л2-4Активный хлорМг/дм30,3-0,50-СероводородМг/дм30,003-СледыМикробиологические свойстваБактерии группы кишечной палочкиКлеток/дм30-3 (0)*Общее микробное числоЧисло образующих колоний бактерий в 1 см350-100 (20)** Вода для плотного пивоварения.(-) Не указывается.Технологическая схема производства пиваТехнологическая схема производства пива из солода состоит из нескольких этапов: очистка и дробление солода, приготовление сусла, брожение сусла, дображивание пива, фильтрование и розлив пива. Все эти процессы очень сложны, взаимосвязаны и нарушение технологических режимов на любой стадии неизбежно отражается на качестве готового пива []. В общем виде технологическая схема производства пива представлена на рис. 1.Рис. 1. Технологическая схема производства пива [].Под солодоращением понимают проращивание различных видов зерна в специально создаваемых или регулируемых условиях. Конечный продукт проращивания называют свежепроросшим солодом; путем подвяливания и сушки получают сушеный солод. Основная цель солодоращения заключается в образовании ферментов, которые в процессе проращивания вызывают определенные превращения резервных веществ, накопленных в зерне злаков. Слишком незначительное или чрезмерное образование или действие ферментов в ходе проращивания является нежелательным и снижает качество свежепроросшего солода [ NOTEREF _Ref417325189 \h 1].Солод в зависимости от назначения разделяется на спиртовой, пивоваренный и квасной. На пивоваренных заводах перерабатывают главным образом сухой ячменный солод.Приготовление зеленого солода состоит из двух операций: замачивание и проращивание зерна. Замачивание зерна проводится для повышения влажности зерна до 42-45% с 14-15%, в связи с чем начинается жизнедеятельность зародыша и связанный с ней процесс дыхания. При недостатке кислорода нормальная жизнедеятельность зерна угнетается, поэтому правильное замачивание и обеспечение нормального прорастания зерна достигается насыщением зерна водой и воздухом в достаточной мере. Отсюда существуют следующие основные типы замочки: воздушно-водяной, замачивание в непрерывном токе воды и воздуха и оросительная замочка.После достижения в зерне необходимой влажности оно поступает на проращивание, основная цель которого – накопление в зерне ферментов, необходимых для производства, а также частичное разложение составных частей зерна под действием ферментов [9].Из ферментов наибольшее значение имеют амилолитические ферменты, декстринофосфотаза, гемицеллюлазы, фосфотазы, протеолитические ферменты, окислительно-восстановительные ферменты. Проращивание зерна проводится солодовне, которая бывает двух типов: токовая и пневматическая. В первой регулирование режима солодоращения (охлаждение, проветривание) производится перелопачиванием солода. В пневматической солодовне охлаждение, увлажнение и аэрация зерна производится продуванием кондиционированного воздуха через слой проращиваемого зерна.Ферменты могут действовать и при высоких температурах и в отсутствие кислорода, когда зародыш погибает. Эту способность ферментов используют при солодоращении, подавая зерну достаточно кислорода в начале процесса для развития зародыша и прекращая подачу воздуха в конце. Во время сушки высокой температурой зародыш убивают, но активность ферментов при этом почти не снижается.Солодоращение при температуре 13-16 ºС обеспечивает умеренный рост зародыша и максимальное накопление амилолитических ферментов, при этом достигается более глубокий распад белковых веществ. Следует учитывать, что ячмени, выращенные в жарком климате, лучше подвергать солодоращению при повышенной температуре, а ячмени выросшие в холодном климате, - при пониженной температуре [].Температура проращивания светлого солода не должна превышать 18º С, для темного солода 21-23 ºС. В темном солоде должно быть большое количество аминокислот и моносахаридов, которые при высокой температуре образуют красящие вещества, называемые мелноидинами и ароматические вещества. Но накопление высокой концентрации аминокислот возможно лишь при глубоком распаде белковых веществ зерна, что достигается повышением температуры. С повышением температуры активизируются ферменты, способствующие накоплению сахаров. Продолжительность ращения светлых солодов принята 7-8 сут., темных солодов 9 сут.Биологические и ферментативные процессы при солодоращении регулируются интенсивностью аэрации. На первой стадии ращения, когда происходит накопление основной массы ферментов, требуется приток кислорода. При низкой аэрации тормозится развитие зародыша. Поэтому процесс соложения ведут в две стадии: первая (1-4 сут.), когда подается достаточное количество воздуха; вторая (5-7 сут.), когда подача воздуха ограничена, рост зародыша замедляется, и происходят основные ферментативные процессы. Для получения солода хорошего качества необходимо, чтобы содержание диоксида углерода в воздухе не превышало 20%. При большей концентрации его нарушается нормальное дыхание зерна, а развитие зародыша останавливается.Свежепроросший солод для производства пива непригоден, так как он не имеет нужного вкуса и запаха, в нем отсутствуют ароматические и красящие вещества, и много водорастворимых белков, образующих стойкую муть, что не позволяет получить прозрачное сусло и пиво. Из-за высокой влажности свежепроросший солод непригоден для хранения. Чтобы получить качественное  пиво, солод подвергают сушке. Сухой солод с необходимым ароматом, цветом и биохимическим составом готовят из свежепроросшего солода в специальных сушилках, в которых температура постепенно повышается до 80-85 ºС для светлого солода и до 105 ºС для тёмного. При этом ростки солода подсыхают, становятся хрупкими и легко отламываются. Из солода ростки удаляют, так как они содержат окси-фенил-диметиламин, который придает пиву неприятную горечь. При сушке солода влажность снижается до 3,5% в светлом и 2% в темном солоде [ NOTEREF _Ref417325580 \h 3].  Процесс сушки свежепроросшего солода делится на две стадии: обезвоживания и нагревания сухого солода. Первая стадия является продолжением солодоращения, так как в это время продолжаются ферментативные процессы. На этой стадии влажность зерна снижается примерно до 8%. На второй стадии, когда солод нагревается, протекают химические и физико-химические процессы. Содержание влаги снижается от 8% до 2%. Это происходит очень медленно, так как оставшаяся влага прочно связана с веществами солода. Конечную, высшую температуру процесса сушки называют температурой отсушки.Свежеприготовленный сухой солод, очищенный от ростков, подают в приемный бункер. Из него, через весы, солод направляется  в силосы, где выдерживается не менее 4 недель. При этом его влажность повышается с 3-4% до 5-6%. Отлежавшийся солод из силосов направляется на дальнейшую переработку. Для транспортировки солода используются вакуумные и пневматические системы транспортировки. Солод поступает в полировочную машину, где очищается от пыли и других примесей, и проходя через магнитный сепаратор, направляется на весы. Для ускорения процесса экстрагирования солод после взвешивания измельчается в вальцовой дробилке и собирается  бункере. Дробленый солод смешивают с горячей водой температурой 54 ºС в заторном котле «А». после тщательного перемешивания (затирания) часть затора (смесь солода с водой) направляется в котел «Б». Здесь эта часть затора нагревается до температуры 68-70 ºС. При этом происходит осахаривание - процесс гидролиза крахмала ферментами с образованием растворимых, не окрашиваемых йодом, сахаров и декстринов. Большая часть нерастворимых веществ превращается в растворимые. Затем затор доводят до кипения (для разваривания крупки). Эта стадия называется первой отваркой.После разваривания солодовой крупки содержимое котла Б возвращается в котел «А», где смешивается с некипяченной частью затора. Температура в котле, в результате смешивания, поднимается до 70 ºС, что необходимо для осахаривания некипяченой части затора. По окончании осахаривания часть затора снова перекачивают в котел «Б» (вторая варка)  для  кипячения и разваривания оставшейся крупки. Вторая отварка снова возвращается в котел «А», где температура повышается до 75-78 ºС. После этого вся масса из котла «А» перекачивается в фильтрационный аппарат, где происходит отделение сусла от дробины (гущи).  В фильтрационном аппарате затор разделяется на мутное сусло, светлое сусло (первое сусло) и солодовую дробину. Мутное сусло возвращается обратно в фильтрационный аппарат, солодовая дробина после промывки идет на продажу на корм скоту, а светлое сусло в сусловарочный котел «В». Промывочная вода возвращается в котел «А» для приготовления следующего затора.  В сусловарочном котле «В» светлое (первое) сусло кипятят с хмелем. При кипячении в сусло переходят горькие и ароматические вещества хмеля, происходит частичная денатурация белков и стерилизация сусла. Далее горячее сусло проходит  через хмелеотделитель, где задерживаются лепестки хмеля, а сусло поступает в  сборник горячего сусла. Такой способ приготовления горячего сусла получил наиболее широкое распространение.  Из сборника горячее сусло поступает в центробежный сепаратор, где очищается от белковых взвесей. Из центробежного сепаратора сусло направляется в теплообменник, где охлаждается до 5-6 ºС, затем сусло перекачивается в бродильные танки. Осветленное и охлажденное сусло со стандартной концентрацией экстрактивных веществ называется «начальным суслом». Для обеспечения чистоты брожения семенные дрожжи периодически заменяют дрожжами чистой культуры, получаемыми в лаборатории в стерильных условиях. Для размножения дрожжей чистой культуры используют небольшое количество стерильного сусла, в которое вводится дрожжевая культура. После того как это сусло забродит, его сливают в бродильный танк, к основной массе сусла. Охлажденное (начальное) сусло сливается в бродильные танки, сюда жедобавляются дрожжи. По окончании главного брожения, через 6-8 сут. молодое пиво из бродильных танков перекачивается в танки для дображивания. Дрожжи, оставшиеся на дне бродильных танков, откачиваются вакуум-насосом и направляются либо на повторное использование, либо на продажу. Дображивание молодого пива происходит в танках для дображивания в течении 21-90 сут., в зависимости от типа производимого пива. По окончании дображивания пиво под давлением диоксида углерода поступает в смесители, а затем насосом нагнетается в  сепараторы-осветлители. Здесь пиво освобождается от  взвешенных дрожжей, мелких частиц и пр. Отфильтрованное пиво, осветленное пиво охлаждается в пластинчатом теплообменнике, затем в карбонизаторе насыщается диоксидом углерода и  сливается в сборники, а затем и в отделение розлива [].Превращение компонентов сырьяВ прорастающем зерне под действием ферментов начинается расщепление всех высокомолекулярных соединений (крахмала, белка и т.д.) и превращение их в простые низкомолекулярные вещества. Проращивание зерна сопровождается интенсивным дыханием - потреблением кислорода и образованием диоксида углерода. Основным материалом для дыхания служат углеводы, но в процессе дыхания могут участвовать и кислоты, и жиры, и азотсодержащие вещества. Все процессы при дыхании определяются и регулируются ферментами.Различают два вида дыхания: аэробное, когда дыхание протекает при избытке кислорода, и анаэробное, вызываемое недостатком кислорода, повреждением растительных тканей и отравлением дыхательных ферментов.