Konspekt_lektsii_chast_3_-_zatiranie_i_kipyache..

3 Интенсификация и совершенствование способов приготовления пивного сусла

Целью затирания является перевод из солода и несоложеных материалов в водный раствор растворимых и нерастворимых частей зернопродуктов, составляющих экстракт сусла и пива.
Экстрактивные вещества зернопродуктов переходят в сусло в результате биохимических процессов, поскольку в ячмене и солоде они находятся в виде высокомолекулярных соединений - биополимеров. При солодоращении в зернах накапливаются гидролитические ферменты, для которых экстрактивные вещества являются субстратами. Биохимические превращения основных биополимеров солода (крахмала и белка) в процессе проращивания ячменя носят поверхностный характер и лишь подготавливают их структуру для ферментативного гидролиза в более благоприятных условиях - при затирании.

3.1 Процессы, протекающие при затирании зернопродуктов

3.1.1 Гидролиз крахмала

Важнейшим ферментативным процессом при затирании является расщепление крахмала. Расщепление крахмала в заторе катализируют амилолитические ферменты солода. Под действием а- и
·-амилаз солодовый крахмал при затирании гидролизуется до мальтозы и декстринов.
Ферментативное расщепление крахмала на продукты, которые не дают с йодом цветной реакции, называется осахариванием крахмала.
При затирании оно протекает в три стадии:
- клейстеризация;
- разжижение;
- собственно осахаривание.
Естественный крахмал зерна трудно поддается расщеплению амилазами, поэтому его нагревают в водной среде и переводят в состояние, максимально доступное для ферментативного гидролиза, т.е. клейстеризуют.
Зерна крахмала в процессе медленного нагревания между отдельными этапами затирания набухают, и при температуре 55 - 70 °С из амилопектина образуется вязкий гель – крахмальный клейстер. Температура клейстеризации солода, ячменя и других несоложеных материалов неодинакова. Она колеблется в зависимости от структуры зерна, образуемого сферокристаллами, и ряда других факторов. На поглощение воды крахмалом влияют также плотность зернового слоя и степень конденсации крахмального вещества, а также размер зерна - мелкие зерна клейстеризуются хуже, чем крупные.
Присутствие электролитов (ионов) в заторе влияет на температуру клейстеризации положительно или отрицательно в зависимости от вида и заряда иона.
Чем медленнее нагревается суспензия крахмала, тем лучше набухают зерна, и клейстеризация происходит при более низкой температуре. Солодовый крахмал, на который амилазы уже действовали при солодоращении, клейстеризуется легче, чем ячменный. Остаток крахмала, который при основном затирании не осахаривается, клейстеризуется путем отварок густой части затора.
Таким образом, клейстеризация является физико-химическим процессом и обязательным условием эффективности ферментативного гидролиза крахмала.
Разжижение крахмального клейстера происходит в результате ферментативной реакции. Оно сопровождается быстрым понижением его вязкости и связано с распадом амилопектина под действием
·-амилазы. Оптимальная температура разжижения крахмального клейстера в заторах 65 - 70 °С при оптимальном рН 4,6.
Третья стадия - собственно осахаривание крахмала - катализируется обеими амилазами только после проведения первых двух стадий.
Осахаривание крахмала
·-амилазой начинается с конца цепочек, в то время как
·-амилаза атакует молекулы субстрата внутри цепочек. Под действием
·-амилазы на амилозу и амилопектин наряду с мальтозой образуются высшие и низшие декстрины. Высшие декстрины образуются также под действием
·-амилазы на амилодекстрин. В результате чего возникают новые места приложения для действия
·-амилазы. Тем самым
·-амилаза повышает продуктивность действия
·-амилазы.
Декстрины с прямыми цепочками осахариваются обеими амилазами. При этом
·-амилаза дает мальтозу и немного мальтотриозы, а
·-амилаза мальтозу, глюкозу и мальтотриозу, которая, в свою очередь, расщепляется до мальтозы и глюкозы. Декстрины с разветвленными цепочками гидролизуются амилазами до мест разветвления. При этом образуются низшие декстрины, иногда олигосахариды, главным образом, трисахариды и изомальтоза. Таких разветвленных остаточных продуктов, которые ферменты дальше не гидролизуют, насчитывается около 25 - 30 %, и они называются конечными или предельными декстринами.
Параллельно с декстринами образуются всевозрастающие количества мальтозы, являющейся основным сахаром при ферментативном гидролизе крахмала.
Таким образом, содержание сбраживаемых углеводов в общем количестве экстрактивных веществ в расчете на 12% сусло составляет 80 - 85 %.





Главные углеводы сусла гексозы (глюкоза и фруктоза), дисахариды (мальтоза и сахароза), трисахарид (мальтотриоза) и группы линейных, а также разветвленных полимеров, содержащих четыре и более глюкозные единицы.
Пивные дрожжи усваивают моно-, ди- и трисахариды, но не сбраживают тетрасахариды или полимеры большей молекулярной массы, которые суммарно обозначают как фракцию несбраживаемых декстринов. Но вместе с тем декстрины обусловливают полноту вкуса и вязкость пива. Для сусла, содержащего 12% экстрактивных веществ, соотношение углеводов составляет: глюкозы 17 - 20 %, мальтозы 65 – 68%, мальтотриозы 15 - 18 %.
Отношение декстринов к мальтозе в охмеленном сусле важно как с технологической, так и с экономической точек зрения по следующим причинам. В процессе затирания из сухого вещества мальтозы образуется по массе на 5,5 % больше, чем декстринов. Эта величина соответствует количеству воды, связанной при гидролизе. В то же время при образовании из крахмала декстринов их выход равен исходной массе крахмала. Высокое содержание в сусле декстринов снижает выход экстракта, а также затрудняет фильтрование затора и выщелачивание дробины, в которой задерживается значительное количество экстракта. Это происходит в результате того, что декстрины являются гидрофильными коллоидами и обладают высокой вязкостью. Под действием глюкозидаз солода только небольшая часть декстринов гидролизуется до сбраживаемых сахаров, поэтому конечная степень сбраживания сусла, с высоким содержанием декстринов, низкая. Образованию декстринов способствуют высокие температуры осахаривания (свыше 70 °С), которые ограничивают действие осахаривающей
·-амилазы в пользу декстринирующей
·-амилазы. Технологически важными температурами осахаривания являются следующие:
60 - 65 °С - низшие температуры осахаривания, которые поддерживают действие осахаривающей
·-амилазы (образуется больше мальтозы, но затор полностью не осахаривается);
70 - 75 °С - высшие температуры осахаривания, которые поддерживают действие декстринирующей
·-амилазы (образуется больше декстринов);
75 °С - максимальная температура осахаривания, при которой активной является только декстринирующая
·-амилаза.
Разницу температурного оптимума
·- и
·-амилаз на практике используют для регулировки взаимодействия обоих ферментов.
При осахаривании изменяется, с одной стороны, соотношение концентраций обеих амилаз в зависимости от исходного сырья, а с другой их активность, на которую влияют температурный интервал и рН. Важным фактором является различная стойкость обоих ферментов к высоким температурам:
·-амилаза более чувствительна и инактивируется быстрее, чем
·-амилаза.
Результат осахаривания контролируют реакцией по йоду. Крахмал окрашивается йодом в темно-синий цвет. При осахаривании молекула крахмала постепенно уменьшается и ее окраска изменяется. Сначала образуются продукты гидролиза амилодекстрины. Они окрашиваются йодом в синий и фиолетовый цвета. Потом образуются эритродекстрины, окрашиваемые йодом в фиолетово-бурый и красно-бурый цвета. Как только затор перестанет давать цветную реакцию, это значит, что появились ахродекстрины и затор считается осахаренным.
Практически весь крахмал, содержащийся в сырье, должен осахариться. Кроме того, осахаренный затор не должен содержать декстрины, дающие цветную реакцию с йодом. Это требование обусловлено, с одной стороны, тем, что неполное осахаривание может снизить выход экстракта и отрицательно повлиять на вкус пива, а с другой чувствительностью плохо осахаренного пива к так называемым сарциновым (т. е. педиококковым) инфекциям, что снижает его биологическую стойкость. Следует отметить, что существующая в заторе концентрация водородных ионов (рН 5,5 - 5,6) не является оптимальной для действия амилолитических ферментов.
В результате разжижающего и осахаривающего действия амилолитических ферментов солода в заторе дополнительно накапливаются экстрактивные вещества. Максимальное количество экстракта получается при температуре 65 - 70 °С.

Гидролиз белков

Расщепление белков, катализируемое солодовыми протеазами, при затирании происходит в среднем на 1/3 - 2/5 общего их содержания в солоде. Более важным, чем количество белков, перешедших в сусло, является соотношение их отдельных фракций, которое должно удовлетворять условиям, наиболее благоприятным для сбраживания пивного сусла и качества готового пива.
Из общего количества белка, содержащегося в солоде, более половины находится в «растворенном состоянии», остальная часть белков переходит в сусло при каталитическом действии протеолитических ферментов солода или внесенных ферментных препаратов.
При затирании белки расщепляются в широком интервале температур 40 - 70 °С, не ограниченном температурой пептонизации от 45 до 55 °С, хотя при этой температуре процесс протеолиза белков происходит наиболее интенсивно. При этих температурах и рН затора из комплекса протеолитических ферментов солода действует, главным образом, кислая протеиназа (эндопептидаза). Она сравнительно стабильна при высоких температурах, и ее рН-оптимум близок к рН затора. В результате гидролиза протеиназой белков зернопродуктов образуются преимущественно высокомолекулярные продукты расщепления, которые при благоприятных условиях протеиназа частично расщепляет на среднемолекулярные.
Отмечено, что денатурированные белки легче атакуются ферментами, чем неденатурированные. Денатурация белков осуществляется в значительной степени при нагревании, которому часть затора подвергается при отварках. Протеиназы солода гидролизуют все белковые фракции зернового сырья гордеин, глютелин, эдестин и продукты их распада. Дальнейшее расщепление продуктов гидролиза белков до пептидов и аминокислот может быть осуществлено пептидазами. Но заторы имеют рН, неблагоприятный для всех экзопептидаз, поскольку их рН-оптимум действия лежит вблизи нейтральной точки в щелочной области. Кроме того, вследствие большой чувствительности к высокой температуре пептидазы частично инактивируются при сушке солода. Поэтому недостаточное растворение белков при солодоращении нельзя компенсировать более сильным их расщеплением при затирании.
Низкомолекулярные продукты распада белков ячменя, такие как полипептиды и аминокислоты не выделяются из раствора во время кипячения и называются «стойко растворимыми белками» сусла.
Настоящие белки при кипячении их растворов коагулируют. Фракцию белковых веществ, в которую входят коагулируемые белки, стойко растворимый белок, настоящие растворимые белковые вещества и продукты белкового расщепления, называют растворимыми белками.
Та часть белковых веществ, которая не подвергалась превращениям при солодоращении и затирании, переходит в дробину. Содержание белков в солодовой дробине составляет 23 - 27 %. Общая доля растворимых белков, образующихся при солодоращении и затирании, находится приблизительно в соотношении 1:1. Однако между ними имеется существенное качественное различие, заключающееся в том, что растворимые фракции, образовавшиеся при солодоращении, содержат около 40 % формольного азота, а фракции, образовавшиеся при затирании, содержат его только 20 %.
Наряду с белками, перешедшими в сусло под действием протеолитических ферментов, другая их часть растворяется при высоких температурах затирания под влиянием присутствующих в сусле солей. Одновременно растворенные в сусле белки в процессе затирания частично осаждаются в результате кипячения затора, а также реакции белков с полифенольными веществами из оболочек солода.
Растворы белков обладают типичными свойствами гидрофильных коллоидов. Они очень чувствительны ко всем физико-химическим воздействиям, при которых нарушается их коллоидное равновесие и существенно изменяются свойства. Белки, растворимые в воде, при кипячении превращаются в гидрофобные, нерастворимые и затем осаждаются (коагулируют).
На состав азотистых веществ в готовом сусле основное влияние оказывает не температура при затирании, а степень растворения белков в перерабатываемом солоде, состав помола, метод затирания, а также условия кипячения с хмелем.
При нормальном растворении солода содержание общего азота максимально при одноотварочном способе, меньше - при двухотварочном, минимально - при высокотемпературном способе затирания с короткими паузами. При увеличении содержания белка в солоде количество общего азота в сусле также увеличивается, в том числе фракции В за счет уменьшения азота фракции А.
При недостаточном растворении солода содержание общего азота в нем уменьшается.
В процентном соотношении азотистые вещества в сусле составляют 4 - 5% общего содержания сухих веществ. Это смесь различных азотистых соединений, начиная от аммония, простых аминов, таких, как метиламин и этиламин, до всех встречающихся в природе аминокислот и ряда полимеров аминокислот простых пептидов, сложных белков, а также пуринов и витаминов. Пурины сусла образуются из нуклеиновых кислот ячменя, солода.
25% количества белковых веществ сусла приходится на белки с молекулярной массой более 3000, непосредственно влияющие на образование в готовом пиве пены и коллоидных помутнений. 16-18% азотистых веществ сусла - это белки с молекулярной массой более 4000. Пептидная фракция (около 30%) - это аминокислоты и пептиды, 20% - высокомолекулярные белки, до 10% - пурины, 30-40% - вещества, включающие соединения от дипептидов до пептидов с молекулярной массой до 4000.
Из аминокислот в сусле имеется достаточно много пролина, лейцина, фенилаланина и валина. Все аминокислоты сусла усваиваются дрожжами.
С технологической точки зрения важны стойко растворимые белки, высшие продукты распада белков, аминокислоты и полипептиды. Это связано с тем, что на качество пива влияют только белковые вещества, остающиеся в растворе после кипячения сусла с хмелем. Для оценки белкового состава сусла имеет значение не количество общего белка, а его качественный состав.


Неферментативные процессы при затирании

При затирании достаточно важное значение имеют минеральные вещества, попадающие в сусло вместе с производственной водой, солодом, несоложеными материалами. Они существенно влияют на рН заторов и готового сусла. При затирании фосфорорганические соединения, в частности фитин, расщепляются фитазой солода. Образующиеся неорганические фосфаты (соли калия) играют роль буферных компонентов сусла, особенно необходимых для нормального действия гидролитических ферментов как солода, так и внесенных в затор. Неорганические и органические фосфаты при затирании большей частью осаждаются ионами Са2+ и Mg2+, содержащимися в воде и солоде. Оставшиеся в сусле фосфаты участвуют в процессах фосфорилирования.
Пентозаны зернопродуктов изменяются в процессах затирания довольно незначительно. Большая их часть переходит в сусло путем экстрагирования. Пектиновые вещества и гемицеллюлоза из ячменя и солода переходят в растворимое состояние только при кипячении густой части затора. Применение при затирании плохо растворенного солода, в котором не завершился процесс цитолиза при проращивании, вызывает повышение вязкости заторов и, следовательно, плохое фильтрование сусла, а также тормозит осахаривание крахмала. Вязкость сусла и качество его фильтрования зависят как от содержания и степени разрушения гумми-веществ зернопродуктов, так и от продуктов гидролиза крахмала и белков при проращивании и затирании.
Мелкие по размерам частицы, содержащиеся в заторах и влияющие на скорость фильтрования сусла, представляют собой части эндосперма непроросшего зерна или слаборастворенные участки солода и состоят преимущественно из гемицеллюлозы. При действии на них глюканаз структура этих частиц изменяется, что способствует высвобождению крахмальных гранул и ускорению процесса фильтрования сусла.
В процессе затирания гумми-вещества зернопродуктов структурно не изменяются. Переход их в сусло зависит от способа и температуры затирания, концентрации затора. При более высокой температуре затирания в сусло из ячменя и солода переходит больше гумми-веществ, вследствие чего повышается его вязкость. В сусле, полученном из менее концентрированных заторов, содержится больше гумми-веществ, чем в сусле из более концентрированных заторов.
Цветность сусла повышается при кипячении густой части заторов благодаря окислению, меланоидинообразованию и карамелизации, с ферментативными процессами изменение цветности не связано.
Карамелизация заключается в дегидратации сахаров сусла с образованием различных темноокрашенных продуктов карамелей гуминовых кислот.
Полифенольные вещества, экстрагируемые из оболочек зернопродуктов, способствуют увеличению цветности сусла тем, что при высоких температурах окисляются в красно-бурый флобафен. Они отрицательно влияют на вкус пива, так же как и малорастворимые горькие вещества из оболочек.














3.2 Физико-химические процессы при кипячении сусла с хмелем

Целью кипячения является стабилизация состава сусла и ароматизация его хмелем.
В процессе кипячения сусла происходят следующие процессы:
упаривание сусла до установленной концентрации,
стерилизация сусла,
разрушение ферментов,
коагуляция белков,
повышение цветности,
повышение кислотности сусла,
образование редуцирующих веществ.
экстрагирование из хмеля ароматических и горьких веществ.
Упаривание сусла. Для выщелачивания сусла из дробины требуется большое количество воды. В результате получается сильно разбавленное сусло. Поэтому необходимо удаление избыточной воды. В среднем выпаривается 8 – 12 % воды от общего объема сусла. Массовая доля сухих веществ повышается на 1,6 -2%. Одновременно с выпариванием протекают и все упомянутые процессы.
Стерилизация сусла необходима для обеспечения чистого брожения и получения стойкого продукта. Дробленный солод, поступающий в затор, всегда содержит значительное количество микроорганизмов. Температура затирания не гарантирует полного уничтожения микроорганизмов. Стерилизация достигается после 15 мин кипячения, чему в значительной степени способствует кислая среда сусла. При кипячении погибают все микроорганизмы, внесенные с солодом и водой. Кипячение разрушает все ферменты сусла. В результате обеспечивается стабильность химического состава сусла до брожения и получение стойкого продукта.
Процесс коагуляции и осветления сусла имеет громадное значение для состава, полноты вкуса, цвета и прозрачности пива. Коагулируют преимущественно высокомолекулярные соединения, наличие которых может быть причиной различных помутнений в готовом пиве. Кроме того, недостаточная коагуляция белков приводит к образованию в сусле холодной мути, которая адсорбируется на поверхности дрожжевых клеток, препятствуя тем самым поступлению питательных веществ в клетку. В результате процесс брожения замедляется или полностью прекращается. Кроме того, плохо скоагулировавшие белки, как правило, являются причиной различного рода помутнений в готовом пиве, таких как чисто белковое, холодное, окислительное.
Фильтрованное пивное сусло представляет собой высокодисперсную коллоидную систему. К коллоидам пивного сусла относятся декстрины, пентозаны, пектины, белки, дубильные и горькие вещества хмеля. Поступая в сусловарочный котел прозрачным, сусло с момента кипения становится мутным. Происходит нарушение агрегативной устойчивости коллоидной системы в сторону укрупнения частиц в результате их слипания под влиянием молекулярных сил притяжения. Такой процесс называют коагуляцией.
Процесс коагуляции протекает в две стадии: первая стадия – денатурация, вторая стадия – собственно коагуляция. Первая стадия характеризуется дегидратацией белковых молекул, т.е. потерей белками связанной воды. В результате белковая мицелла переходит из лиофильного состояния в лиофобное. Мицеллы денатурированных белков удерживаются в суспензированном состоянии только благодаря собственному электрическому заряду. Денатурация внешне проявляется в виде мути. Электролиты ускоряют процесс денатурации.
Когда силы молекулярного притяжения преодолевают силы электростатического отталкивания мицелл, дегидратизированные мицеллы слипаются и образуют крупные хлопья. Наступает вторая стадия – собственно коагуляция. Если денатурация заканчивается полностью при кипячении, то коагуляция не всегда. Образование крупных хлопьев белков является внешним признаком того, что коагуляция протекает нормально.
Факторами, влияющими на коагуляцию при кипячении сусла, являются
рН, наличие хмелевых веществ, концентрация сусла, продолжительность кипячения, интенсивность кипячения.
При кипячении сусла с хмелем помимо экстрагирования происходит и превращение горьких веществ хмеля.
Горькие кислоты хмеля переходят в сусло, образуя молекулярные и коллоидные растворы с отрицательно заряженными частицами.
Интенсивность хмелевой горечи связана с разными превращениями горьких хмелевых веществ (окислительными, изомеризационными и трансформационными).
Как известно, горькие
·-кислоты (гумулоны) представляют собой смесь 6 гомологов: гумулона, когумулона, адгумулона, прегумулона, постгумулона и 4-дезоксигумулона. Содержание
·-кислот в зависимости от селекционного сорта хмеля колеблется от 1 до 16%. При кипячении гумулоновая группа подвергается изомеризации и окислению, обеспечивая 90 – 95% общей горечи сусла и пива.
При изомеризации образуются изо-
·-кислоты (изогумулон, изокогумулон, изоадгумулон и их цис- и транс-изомеры), аллоизо-
·-кислоты (аллоизогумулон, аллоизоадгумулон, аллоизокогумулон, а также их цис- и транс-изомеры), псевдоизо-
·-кислоты. Следует отметить, что аллоизо-
·-кислоты обладают силой горечи на 20 - 50% большей, чем изо-
·-кислоты.
Изомеризация
·-кислот может происходить под действием света с образованием фотоизо-
·-кислот, обладающих определенной горечью. Предполагают, что в оставленном на свету пиве образуются фотоизо-
·-кислоты, которые придают пиву «солнечный привкус».
Таким образом, в процессе изомеризации
·-кислот образуется большое количество изомерных соединений сложной химической природы, обладающих различной силой горечи, но в совокупности определяющих основную горечь пива.
Наряду с процессами изомеризации идет процесс окисления
·-кислот. При кипячении сусла с хмелем происходит превращение 25-35%
·-кислот в абеоизо-
·-кислоты, которые обладают хорошей пенообразующей способностью.
При длительном кипячении сусла с хмелем происходит деградация
·-кислот и их разложение, в результате чего образуются гумулиновые кислоты (гумулиновая, когумулиновая и адгумулиновая), которые обладают неприятным вкусом.
На процессы изомеризации
·-кислот влияет много факторов, прежде всего рН и время кипячения.
Исходные
·-кислоты (лупулон, колупулон, адлупулон, прелупулон и постлупулон) не обладают горечью, однако при их окислении образуются вещества, которые имеют приятную горечь, обладают значительной растворимостью и существенно влияют на общую горечь пива (30-50%).
К ним относится гулупон, представляющий собой смесь веществ: гулупон, когулупон и адгулупон.
В процессе окисления около 80%
·-кислот превращается в гулупоны, но наряду с этим идет процесс образования таких соединений как лупуленолы и дигидрофураны. По силе горечи гулупоны примерно в 2 раза уступают изо-
·-кислотам, а по растворимости превосходят их в 2-3 раза.
В сусле обнаружены продукты разложения
·-кислот – лупутрионы, которые по структуре и по свойствам близки к гулупонам. При определенных условиях лупутрионы превращаются в гулупоны, и наоборот. В результате более глубокого окисления гулупоны и лупутрионы превращаются в негорькую гулупиновую кислоту.
Следует отметить, что смолистая
·-фракция с точки зрения интенсивности горечи не так эффективна как горькие
·-кислоты, но она является источником тонкой горечи.
В хмеле были обнаружены вещества, напоминающие по своему строению и хмелевые смолы, и полифенольные вещества. Это ксантогумулон и изоксантогумулон, которые находятся во фракции твердых смол. Однако их роль в пивоварении до настоящего времени не установлена.
Другим важным компонентом хмеля являются хмелевые дубильные вещества, т.е. смесь веществ полифенольного типа, состоящая из антоцианогенов, лейкоантоцианидинов, флавонолов и катехинов. Хмелевые дубильные вещества хорошо растворимы в сусле и активно реагируют с белками солода с образованием комплексов. Они благоприятно влияют как на полноту вкуса пива, так и на процесс варки сусла.
Белково-дубильные соединения, которые образуются из неокисленных дубильных веществ, растворимы в горячем сусле, но выделяются на холоде, являясь причиной помутнения сусла при его охлаждении. Эти вещества осаждаются во время брожения, но не полностью и в небольшом количестве остаются в пиве.
Окисленные дубильные вещества (флобафены) дают с белками соединения, нерастворимые в горячем сусле и полностью выделяются при кипячении.
Следует отметить, что в сусле наряду с полифенольными веществами хмеля присутствуют и полифенолы солода, которые отличаются значительно меньшей реакционной способностью. Вследствие чего полифенольные вещества солода остаются в пиве в гораздо большем количестве, чем полифенольные вещества хмеля, и неблагоприятно воздействуют на коллоидную стойкость пива.
В формировании вкуса и аромата пива принимает участие и хмелевое масло хмеля. Хмелевое масло (его содержание в хмеле 0,2 - 1,7%) – это смесь летучих маслообразных веществ с приятным ароматом, которые содержатся в основном в лупулине.
Растворимость хмелевого масла в воде незначительна, в эфире хорошая. Масло улетучивается при комнатной температуре, при этом хмель теряет аромат и клейкость.
Хмелевое эфирное масло имеет сложный химический состав. В настоящее время в нем обнаружено около 300 соединений, в том числе 60 углеводородов, 70 эфиров, 60 спиртов, 60 кетонов и альдегидов, 10 органических кислот, 30 серосодержащих соединений, 30 гетероциклических соединений и 20 неидентифицированных веществ.
Эфирное мало состоит из двух основных фракций: углеводородной и кислородосодержащей.
Большую часть (40-80%) углеводородной фракции составляют 4 соединения – мирцен (до 60% масла), кариофиллен (до 15%), гумулен (до 40%) и фарнезен. Мирцен относят к монотерпенам (С10), кариофиллен, гумулен, фарнезен – к сесквитерпенам (С15). Пиво с благородным ароматом можно получить из хмеля с низким содержанием мирцена и высоким содеражнием гумулена и кариофиллена.
Кислородосодержащая фракция составляет около 25% (15-40%) от общего содержания хмелевого масла. Ее вещества подразделяют на окисленные монотерпены, дитерпены и сесквитерпены, а также кислородосодержащие и серосодержащие терпены. В эту фракцию входят спирты (алифатические, терпеновые и др), альдегиды, кетоны и сложные эфиры спиртов алифатического и терпенового ряда.
На алифатические спирты приходится около одного процента от всего содержания эфирного масла: н-бутанол, изобутанол, н-амилалкоголь, гексанол, гептанол, октанол, нонанол, деканол, нерол, линаноол, гераниол, терпинеол, неролидол.
Хмелевое масло легко подвергается окислению, причем запах окисленных веществ резко отличается от исходных. Частично они приобретают чесночный оттенок, передающийся пиву и значительно ухудшающий его органолептические свойства. Старый хмель может иметь запах сыра, обусловленный наличием изовалериановой и жирных кислот.
При кипячении сусла с хмелем значительная часть эфирных масел (до 90%) испаряется, при этом в большей степени удаляются ухудшающие аромат пива соединения с низкой температурой кипения. Часть эфирного масла улетучивается при брожении и дображивании.
Кроме хмелевых смол, дубильных веществ и эфирного масла хмелевые шишки содержат другие вещества, такие как сахара, азотистые вещества, липиды, воски и др. Эти компоненты существенно не влияют ни на технологию, ни на качество пива. Липиды могут отрицательно действовать на вкус главным образом при переработке старого хмеля. Азотистые вещества при взаимодействии с сахарами могут влиять на интенсивность цвета пива.
В зависимости от сорта пива, качества хмеля и перерабатываемого солода хмель вносят в сусло в два или три приема. Шишковой хмель в сусло вносят порциями. Для сортов с массовой долей сухих веществ до 11% включительно – 90% через 10-15 минут после начала кипячения и 10% за 30 минут до окончания кипения сусла. Для сортов с массовой долей сухих веществ 12% и выше – 80% через 10-15 минут после начала кипячения, 15% за 30 минут и 5% за 5-10 минут до окончания кипячения сусла.
Следует отметить, что гумулон, вносимый с последней порцией хмеля, не успевает изомеризоваться и не добавляет горечи суслу.

3.3 Методы рационального использования хмеля

В целях более экономного использования дорогостоящего хмеля используют определенные технологические приемы.
Охмеление сусла предварительно увлажненным и измельченным шишковым хмелем. Шишковой хмель измельчают непосредственно перед его использованием в специальной дробилке. Для этого в приемный бункер дробилки загружают хмель, добавляют воду и замачивают в течение 5 минут при 50 - 60 0С. Затем хмель размалывают и подают в сусловарочный аппарат за час до конца кипячения сусла. Благодаря лучшему выщелачиванию горьких веществ экономия хмеля при таком способе использования составляет 15%.
Охмеление сусла порошкообразным (молотым брикетированным) и гранулированным хмелем. Производство молотого или порошкообразного хмеля состоит в очистке и дополнительной сушке хмелевых шишек до содержания 5 - 6% влаги. Затем хмель измельчают, гомогенизируют и помещают в упаковку с инертным газом (например, азотом).
Производство гранулированного хмеля представляет собой дальнейшую обработку порошкообразного хмеля. Обработка состоит в том, что порошкообразный хмель продавливается через матрицу гранулирующего пресса. Форма гранул обычно цилиндрическая диаметром от 4 до 12 мм различной длины. Полученные гранулы охлаждают и фасуют в упаковку с инертным газом.
При наличии гидроциклонных аппаратов шишковой хмель можно полностью или частично заменить этими хмелевыми препаратами. Режим их внесения следующий: 25% через 10 - 15 мин и 50% через 35 - 40 мин после начала кипячения. Оставшийся хмель (25%) для 11% сусла и менее вносят за 30 мин до окончания кипячения. Для сусла 12% и выше 15% за 30 мин и 10% за 5 - 10 минут до окончания кипячения. При таком способе охмеления сусла расход хмеля (в пересчете на шишковой хмель) сокращается на 20%.
Применение хмелевого концентрата. Для производства хмелевого концентрата хмелевые шишки сначала предварительно высушивают, очищают от загрязнений и измельчают при очень низких температурах (-300С). При этом лупулин на ситах отделяется от остальных компонентов хмеля. Лупулиновые зерна затем добавляются к измельченному хмелю в требуемом соотношении. При этом количество горьких веществ увеличивается, содержание азотистых веществ снижается на 50%, содержание дубильных веществ, такое же как и в хмелевых шишках, количество эфирного масла не изменяется. Готовый продукт фасуют в воздухонепроницаемую упаковку с инертным газом либо перед упаковкой его дополнительно гранулируют. Способ задачи хмелевого концентрата такой же как в предыдущем способе.
Применение водоизомеризованных экстрактов из молотого хмеля. Для получения экстракта в экстрактор набирают промывную воду (100 дм3 на 2,5 кг хмеля), содержащую 3 - 6% сухих веществ, нагревают до кипения, и добавляют пищевой карбонат натрия (из расчета 60 - 80 кг на 100 дм3) до рН 6,9 – 7,3, и кипятят 10 минут. Затем в кипящий раствор при перемешивании вносят хмелевые брикеты или предварительно увлажненный и измельченный хмель, смесь кипятят 30 минут. Отстоявшийся экстракт хмеля подают в сусловарочный аппарат за 30 минут до начала кипячения сусла. В результате более полного экстрагирования и изомеризации горьких кислот хмеля расход его снижается на 25-30 %.
Недостатком этого способа является то, что при щелочной изомеризации происходит образование гумулиновых кислот, которые отрицательно влияют на качество горечи пива.
Применение хмелевых экстрактов. В настоящее время 25 - 30% мирового урожая хмеля перерабатывается в хмелевые экстракты, и в среднем ими заменяется около 50% хмелевых шишек.
По способу задачи хмелевые экстракты можно разделить на 2 группы:
- хмелевые экстракты, которые задаются в сусло в сусловарочном отделении. Такие экстракты получаются одно- и двухступенчатой экстракцией;
- хмелевые экстракты, которые задаются в пиво на последних стадиях его приготовления (при дображивании или перед розливом). К ним относятся изомеризованные экстракты.
Экстракты, полученные одноступенчатой экстракцией. Хмелевые экстракты, полученные одноступенчатой экстракцией, содержат хмелевые смолы, эфирное масло и лишены хмелевых дубильных веществ.
Принцип их получения состоит в том, что хмель экстрагируют органическим растворителем (например, этиловым эфиром, метиленхлоридом), который затем удаляют под вакуумом, а оставшиеся смолы фасуют в металическую упаковку.
Состав экстракта следующий (%): вода – 5,8
Общие смолы – 90
Мягкие смолы-77
В том числе:
горькие
·-кислоты – 32,8

·-фракция – 44,2
твердые смолы – 13,1
Выход хмелевого экстракта выражен соотношением 1: 10, т.е. один килограмм экстракта, полученного одноступенчатой экстракцией, заменяет минимально 10 кг хмелевых шишек. Экстракт добавляют в сусло за 10 - 15 минут до начала кипячения. Установлено, что поскольку экстракт не содержит хмелевых дубильных веществ, им можно заменить максимально только 20 % хмелевых шишек без изменения вкуса и аромата пива.
Экстракты, полученные двухступенчатой экстракцией. Принцип получения таких экстрактов состоит в том, что хмель экстрагируют органическим растворителем (первая фаза), как и в случае одноступенчатой экстракции. После экстракции смол из хмеля растворитель удаляют под вакуумом. Затем горячей водой экстрагируют вещества, оставшиеся в хмеле после первой экстракции (вторая фаза). В водной фракции содержатся все компоненты хмеля, растворимые в воде, и прежде всего, хмелевые дубильные вещества. Их концентрируют также под вакуумом. Полученные компоненты можно смешивать в любом соотношении. После этого следует тщательная гомогенизация готового продукта, который затем упаковывают в жестяную тару.
Выпускают два вида хмелевого экстракта такого типа, различающихся по величине выхода: хмелевой экстракт с выходом 1:5 (1 кг экстракта заменяет 5 кг хмеля) и 1:6 (1 кг экстракта заменяет 6 кг хмеля).
Главным критерием выхода хмелевых экстрактов этого типа является содержание мягких смол. В экстракте с выходом 1:5 должно содержаться 27,5 ±1,5% мягких смол, в экстракте с выходом 1:6 – 32,5± 1,5%.
Хмелевой экстракт, полученный двухступенчатой экстракцией, содержит почти все ценные для пивоварения вещества. Экстрактами такого типа заменяют до 70 % шишкового хмеля.
Однако следует отметить, что 100 % замена шишкового хмеля экстрактами не обеспечивает гармоничного вкуса и аромата пива, поскольку в экстрактах отсутствует эфирная фракция.
Преимущества использования хмелевых экстрактов этого типа:
- степень использования горьких веществ увеличивается на 20-25%. Это вызвано, с одной стороны, частичной изомеризацией исходных горьких кислот уже в ходе экстракции хмеля, а с другой – мгновенной реакцией смол в горячем сусле. У хмелевых шишек эти реакции проходят позднее, только после разрушения шишки хмеля и выделения лупулина.
- высокая стабильность отдельных фракций горьких веществ в экстрактах. Постоянный состав хмелевых экстрактов облегчает аналитический контроль и их дозировку.
- при применении хмелевых экстрактов потери охмеленного сусла незначительны и отделение хмелевой дробины требует меньше затрат.
- существенно снижаются требования к помещению для хранения хмелепродуктов. Хмелевой экстракт занимает около 1/25 объема, необходимого для хранения такого же количества хмеля в баллотах.
- высокий экономический эффект от более лучшего использования горьких веществ.
Изомеризованные экстракты. Изомеризованный экстракт характеризуется высокой растворимостью в пиве. Он содержит только трансформированные продукты горьких
·-кислот, эмульгатор и воду. Производство изомеризованных экстрактов состоит в экстракции хмеля гексаном или петролейным эфиром, благодаря чему получается раствор мягких смол.
В следующей фазе смолистый раствор после изменения рН в умеренно щелочную область (8,0) и добавки специального катализатора (в присутствии ионов кальция, магния, марганца изомеризация протекает без образования побочных продуктов, в том числе и гумулиновых кислот) подвергают изомеризации при повышенной температуре (70 0С).
В этих условиях происходит превращение горьких
·-кислот в изо-
·-кислоты, которые переходят из органической фазы в водную. Процесс изомеризации протекает в таких условиях почти количественно. Далее водный раствор изо-
·-кислот отделяют от органической фазы. Содержание изо-
·-кислот в готовом продукте колеблется от 20 до 50%.
Выпускаемые изомеризованные экстракты имеют различную степень чистоты, под которой понимают содержание в них органических веществ, не являющихся изо-
·-кислотами. С этой точки зрения изомеризованные экстракты условно разделяются на очищенные и неочищенные. Очищенные экстракты представляют собой смесь изо-
·-кислот либо их солей. Такие экстракты используют на любой стадии производства пива, но предназначены в основном для «холодного» охмеления после главного брожения.
Неочищенные экстракты наряду с продуктами изомеризации
·-кислот дополнительно содержат и другие компоненты хмеля (
·-кислоты, неохарактеризованные мягкие смолы, твердые смолы, водораствормые соединения). Такие экстракты используют для охмеления сусла путем введения их в сусловарочный аппарат.










13PAGE 15




13PAGE 15


13PAGE 147915





Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 23862455
    Размер файла: 123 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий