Технологія виробництва пива

Технологічна схема виробництва ячмінного солоду

Багато хто вважає, начебто пивоварство – на відміну від виноробства – простий процес, який не вимагає особливої майстерності. Насправді все саме навпаки. Коли ви вичавлюєте сік з винограду, природні дріжджі, що містяться на ягодах, ферментують сік. Нічого подібного не відбудеться, якщо ви розітрете ячмінь: щоб звичайне зерно перетворилося в пиво його необхідно спочатку перевести в солод,  а для цього необхідне мистецтво солодовника. У процесі солодження запускаються хімічні реакції, у результаті яких крохмаль, що міститься в ячмені, починає перетворюватися в здатні до бродіння цукри.

Броварники уважно підходять до вибору солоду і віддають перевагу випробуваним сортам, з якими дріжджі будуть працювати щонайкраще. Ячмінь для пивоваріння повинен мати певні якісні показники. Його схожість при солодорошенні повинна складати 90…95 %, екстрактивність 65…85 % (чим вона вище, тим вище вихід пива). Цінність пивоварного ячменю у значній мірі залежить від вмісту крохмалю (повинна бути не менше 60 %), а також від кількості білків (не більше 11,5 %), тому що збільшення вмісту білку призводить до зниження екстрактивності ячменю, а в по­дальшому — до помутніння пива, на появи в пиві нехмілевої білкової гіркоти.

Пивовари віддають перевагу так званому дворядному ячменю, кожний колосок якого містить два ряди зерен. Кращий дворядний ячмінь росте біля моря на родючому темному ґрунті; такі сорти називають «приморським ячменем». У місцевостях з більш теплим кліматом – середземноморських країнах розповсюджений шестирядний ячмінь. Маючи шість рядів зерен у кожному колоску, цей злак має більш товсту полову, яка містить таніни – поліфеноли. Як сама полова, так і таніни можуть обумовлювати непрозорість готового пива, і броварники, що використовують шестирядний ячмінь, намагаються змішувати його зі значною кількістю добавок, таких, як кукурудза і рис, щоб позбутися від подібного ефекту. Але броварники вищого класу в Німеччині і Чехії, на батьківщині сучасних лагерів використовують винятково дворядний ячмінь.

Солод — це пророщені зерна різних видів злакових культур у спеціально створених і регульованих умовах. Для одержання солоду використовують такі злакові культури: ячмінь, жито, рідше рис, пшеницю, овес і просо. Для випікання хліба і приготування квасу застосовують житній – чер­воний солод. Для оцукрювання сировини в спиртовому вироб­ництві застосовують зелений солод і ферментні препарати. Для виробництва пива ячмінний солод є основною сировиною. Це пояснюється такими властивостями ячмінного солоду:

• у зернах ячменю в процесі пророщування утворюється сприятливе кількісне співвідношення ферментів, що забезпечують найкращий хімічний склад сусла, а потім і пива, який неможливо одержати з інших зернових культур;
• оболонки ячмінного зерна створюють пористий фільтрувальний шар, що сприяє відокремленню сусла від дробини.

    За якісними показниками пивоваренний ячмінь має відповідати ДСТУ 3769-98. В день надходження ячменю на завод в кожній партії вимірюють температуру і оцінюють зерно за органолептичними показниками. Вирішуючи питання про придатність даної партії зерна для виробництва і зберігання, визначають його вологість, зараженість кліщем та довгоносиком, вміст сміттєвих і зернових домішок, масу 1000 зернин, крупність, здатність до проростання, екстрактивність, вміст білкових речовин, плівчастість.

В технологічних розрахунках з обліку зерна використовують значення середньозваженої вологості різних партій ячменю (W_СЗЯ). Для її визначення масу кожної партії ячменю помножують на його фактичну вологість і суму цих добутків ділять на сумарну масу ячменю, що переробляють:

,

де G_i – маса і-партії ячменю, т;

W_i – вологість і-тої партії ячменю, %.

Мета солодорощення: накопичення в зерні певної кількості ферментів.

Приготування пивного солоду складається з таких стадій:

1. підготовка зерна ячменю;
2. замочування зерна;
3. пророщування зерна;
4. висушування;
5. відокремлення паростків;
6. дозрівання солоду.

1) Підготовка ячменю складається в очищенні та сортуванні зерна. В результаті очищення від основної культури відділяють мінеральні домішки (земля, пісок, пил), органічні домішки (остюки, порожні плівки), насіння дикорослих рослин, шкідливі домішки (малі, пророслі, биті зерна) і металолом і інші. Зерно піддається очищенню двічі: первинному – перед зберіганням і вторинному – безпосередньо перед переробкою.

Необхідність сортування ячменю перед зберіганням зумовлена тим, що зерна різного розміру мають різну водопоглинальну здатність, дрібні зерна більш інтенсивно поглинають вологу і в подальшому швидше розвиваються, чим великі. Для забезпечен­ня однакової вологості при замочуванні і рівномірного розвитку при пророщуванні ячмінь після первинного і вторинного очи­щення сортують на ситах на три фракції за товщиною зерна:

• менше 2,2 мм — 3 ґатунок (кормовий);
• 2,2 — 2,5 мм — 2 ґатунок;
• більше 2,5 мм — 1 ґатунок.

Ретельне сортування зерна в подальшому дозволяє збільшити продуктивність солодовенних апаратів.

Кількість ячменю, для виготовлення G_C  тон солоду розраховують за формулою:

,

де W_С – вологість солоду, %;

P_С – очікуваний вихід солоду на абсолютно суху речовину, % В залежності від

ступеня досконалості технології він може дорівнювати 85…95%);

W_СЗЯ – середньозважена вологість ячменю, %.

2) Замочування зерна здійснюється з метою активації ферментних систем і появлення паростка. Початковий вміст вологи в ячмені стано­вить 14…15 %. Активні життєві процеси в зародку розпочина­ються при вологості З0 %, при 38 % ячмінь проростає швидко і рівномірно, добре розчинення ендосперму і накопичення фер­ментів спостерігається при вологості 44…48 % і вище.

При замочуванні зерна виконують такі операції:

1. миття,
2. вида­лення неповноцінних зерен,
3. дезінфекцію,
4. зволожування з аера­цією повітрям з видаленням двооксиду Карбону.

Замочування починається з миття і дезінфекції. Мета миття — очищення поверхні зерна від забруднень і видалення мікроорганізмів, що знаходяться на поверхні зерна. Якісне миття забезпечується в результаті відмокання забруднень і інтенсивного перемішування зерна з водою гідравлічним або пневматичним способом. Під час миття на поверхню впливають неповноцінні зерна і органічні домішки, які називають сплавом, разом з брудною водою надходять у зливну коробку, звідки їх видаляють. Для дезінфекції зерна, яку проводять після первинного миття і видалення брудної води, застосовують водні розчини негашеного вапна (1,5…3 кг на 1 т зерна), перманганат калію (10…15 г на 1 м³ води), каустичну соду, кислі добавки, перекис водню та ін. Замочування ведеться трьома способами:

–  періодичним повітряно-водним;

–  безперервно-поточним у насиченій повітрям воді;

–  повітряно-зрошувальним (найбільш прогресивним).

Для зволожування зерно після миття і дезінфекції залишають у воді на 2…4 години, а потім без води на 12…14 годин. У період повітряної паузи зерно зрошують з форсунок 1…1,5 години, з одночасним ворушінням, а потім 25…30 хв. проводять продування повітрям, створюючи стабільні умови для аеробного дихання зерна.

Витрати води на  змочування ячменю повітряно-зрошувальним способом становлять:

• 2,0 м³/т на миття,
• 1,0 м³/т на замочування зануренням три зміни води,
• 0,2 м³/т замочування зрошувальним способом за однц операцію 9протягом замочування здійснюють 25 таких операцій тривалістю 15 хв кожна.

Таким чином, загальна кількість води V (м³) на замочування G_Я (т) ячменю повітряно-зрошувальним способом становить:

Для світлого солоду зерно замочують до вологості 42…44 %, темного солоду – 45…47 %.

Тривалість замочування при температурі 12 ºС – 56 годин, а при температурі 15 ºС — 48 годин. При більшій температурі зерно закисає.

На стадії замочування сухі речовини ячменю витрачаються на дихання, вилучаються зі сплавом, а також частково переходять у воду. Основним контрольованим показником в процесі замочування є вологість зерна (ступінь замочування W_К), яку визначають різними способами, наприклад, контролюючи збільшення відомої маси зерна з відомою вологістю W_ПОЧ  (%):

.

Для цього наважку зерна з відомою вологістю вміщують у перфоровані полімерні емності і занурюють їх у масу ячменю, що замочується в апараті. Через певний час стаканчики виймають, струшують краплі води і зважують.

3) Пророщування ячменю проводять з метою накопичення в ньому ферментів, розпушування та руйнування стінок зерна для полегшення видобутку крохмалю, білкових і інших речовин при приготуванні сусла. Температура пророщування для світлого солоду 18°С і для темного солоду — до 24 °С.

Пророщування здійснюють у солодовнях двох різних типів. Пневматичні солодовні ящичного типу складаються з прямокутних відкритих ящиків з цегляними або залізобетонними стінками і сітчастим дном на висоті 1…1,8 м від основного дна. Шар зерна складає 0,6…1 м. Знизу регулюють подачу повітря, а зверху – видалення СО₂ що утворюється при диханні зерна. Для запобігання переплетіння корінців солоду застосовують ворушителі. У перший день ворушать два рази, температура зерна 12…14 ºС; на другий і третій день — 3 рази, температура зерна 15…18 ºС; на четвертий і п’ятий день — по 2 рази, температура зерна 18…20 ºС.

Те, що відбувається із зерном під час пророщування, прийнято називати модифікацією. Проросток зерна, починає рости і крізь полову пробиваються крихітні корінці. Збільшення проростка викликає природні біохімічні реакції, у процесі яких протеїни алейронового шару перетворюються у ферменти амілази, цитазу (комплекс ферментів) під дією яких крохмаль і геміцелюлоза переходять у розчинний стан – мальтозу, гексози і пентози, які надають солоду солодкуватий смак. У непророслому зерні міститься тільки β–амілаза, яка розщеплює крохмаль до мальтози, а α–амілаза утворюється при пророщуванні і вона розщеплює молекули крохмалю з утворенням мальтози і декстринів. Активізуються також протеінази і пептидази, котрі гідролізують азотисті сполуки, що знаходяться між зернами ендосперму з утворенням розчинних білків, пептонів, амінокислот, аміаку. При гідролізі фітину фітазой утворюється інозит і кальцієво-магнієва сіль фосфорної кислоти. Присутність інозиту в суслі стимулює життєдіяльність дріжджів, а фосфорна кислота визначає кислотність солоду і сусла.

Пророщення зерна пов’язане також із процесами синтетичного характеру. Так у солодженому ячмені накопичуються вітаміни групи В, токофероли, аскорбінова кислота, зростає вміст рибофлавіну (до 210 мг на 100 г сухої речовини).

Пророщування закінчують, коли паросток досягне 2/3…3/4 довжини зерна. До цього моменту стінки ендосперму руйнуються під дією цітолітичних ферментів, а сам ендосперм набуває пухкості і хрупкості.

Тривалість пророщування світлого солоду 7 діб, а темного — 9 діб, але ферменти накопичуються в основному за перші 5 діб, в наступні часи відбувається ферментативний гідроліз. Про готовність солоду судять за легкістю розтирання пальцями бо­рошнистої частини ендосперму, свіжим, огірковим запахом. При порушенні режиму, або перемоченому солоді запах ефірний, а консистенція мастка.

4) Висушування. Із зеленого солоду не можна одержати пиво. Для додання необхідних властивостей (специфічного смаку, кольору, аромату) і гарної зберігаємості його сушать до залишкової вологості 2…2,5 %. Різні температурні режими і тривалість сушіння дозволяє одержати солод наступних видів:

• білий,
• світлий,
• карамельний,
• темний,
• жарений і ін.

Щоб одержати бажаний тип і колір солоду, необхідно дуже ретельно стежити за температурним режимом.

Існують 3 стадії висушування:

1. фізіологічна, відбувається при температурі 40 ºС, триває до вмісту вологи 35…30 %. Завдання першого етапу температурної обробки – зупинити процес розвитку паростка.
2. ферментативна, відбувається при температурі 40…75 ºС, триває до вологості 10 %. При виробництві світлого солоду тривалість ферментної стадії намагаються скоротити для запобігання його потемніння. Для цього швидко знижують вологість солоду до 10 %. При виробництві темного солоду, навпаки, зневоднення прово­дять повільно, знижуючи вміст вологи до 20 %.
3. Хімічна стадія настає при температурі вище 75 °С, коли ферменти інактивуються і закінчується при температурі 80 °С для світлого солоду і біля 105 °С для темного солоду. При цих темпера­турах солод витримують 3…4 години, знижуючи вологість світло­го солоду до 3…5 %, темного — до 1,5…2,5 %. Хімічна стадія характеризується утворенням меланоїдинів. У світлому солоді цих речовин мало, хімічної стадії практично немає, тому він має високу ферментативну активність. У темного солоду цих речовин багато, але ферментативна ак­тивність значно нижче, чим світлого солоду в результаті інакти­вації ферментів під час висушування при високій температурі.

Висушування солоду триває 18…20 годин і відбувається воно на одноярусних сушарках. Шар солоду на решітках 0,8…1,3 м. Нагріте повітря подається відцентровим на­сосом знизу і проходить крізь шар продукту, що висушується.

5) Відокремлення паростків. По закінченні сушіння у сухого солоду відокремлюють паростки, які можуть бути причиною гіркого смаку пива. Паростки видаляють зразу після хімічної фази, тому що внаслідок високої гігроскопічності вони швидко втрачають хрупкість і важко відокремлюються від зерна. Паростки відокремлюють на паростковідбивних машинах. Потім солод очищають від пилу і крупки і направляють на пакування.

6) Дозрівання солоду. Свіжевисушений солод непридатний для переробки і перед надходженням на виробництво його необхідно витримувати у сховищах не менше 30 діб при температурі до 20 °С. Під час зберігання вміст вологи солоду підвищується на 2…3 %, у ньому відбуваються сприятливі фізико-хімічні перетворення (збільшується об’єм зерна, вміст азотистих і мінеральних речо­вин, підвищується активність ферментів та ін.), що сприяє підви­щенню якості солоду. Охолоджений і сухий солод при оптимальній температурі і вологості може зберігатися без втрат якості до 2 років. Якість солоду характеризується вмістом в ньому екстрактив­них речовин і тривалістю оцукрювання.

Технологічні стадії приготування пива

Пиво — слабоалкогольний, висококалорійний, ігристий напій з характерним хмелевим ароматом і приємним гіркуватим смаком. У пиві міститься вода, етиловий спирт, двооксид вуглецю, білки, вуглеводи, мікроелементи, вітаміни: А, D, Е, В₁, В₂, В₆ і Н (біотин), які зміцнюють нервову систему. Один літр пива покриває 35 % денної потреби у вітаміні В₆, 20 % – у вітаміні В₂ і 65% – ніацині, який необхідний для розщеплення цукрів і жирних кислот. У цілому в 1л пива міститься 210 мг вітамінів.

Завдяки вмісту вуглекислого газу пиво добре вгамовує спрагу. Пиво – це єдиний напій, до складу якого входить хміль. Завдяки гірким речовинам хміль викликає апетит і діє заспокійливо. Будучи гарним емульгатором їжі, пиво сприяє більше правильному обміну речовин і підвищенню засвоюваності їжі. Наявність білків, вуглеводів, вітамінів і органічних кислот обумовлює поживну цінність цього напою. Енергетична цінність світлого пива 400…520 ккал/л, темного — 800 ккал/л. Висока калорійність пива пояснюється тим, що всі речовини перебувають у розчиненому стані, тому екстрактивні речовини засвоюються організмом людини на 98%.

Постачальником енергії в пиві є також алкоголь. Вміст алкоголю в пиві невеликий і змінюється в широких межах залежно від сорту. Але, завдяки саме низькому вмісту алкоголю при помірному вживанні пива етиловий спирт в організмі людини майже повністю окиснюється до СО₂ і Н₂О и кожний грам виділяє майже 30 кДж енергії. І хоча алкоголь не є поживною речовиною – з нього не будуються клітини організму, але він заощаджує енергію, на добування якої організм  витрачав би поживні речовини. Калорійність 12 % пива становить 1680 – 1890 кДж/дм³. Близько 60 % цієї енергії утвориться за рахунок алкоголю.

За кольором пиво буває світле і темне.

Колір солоду і пива броварники позначають по спеціальній шкалі, прийнятою Європейською конвенцією броварників (European Brewing Convention – ЕВС). Показник кольору класичного світло-золотавого Pilsner’a становить приблизно 6…8 одиниць ЕВС; для англійського світлого елю, звареного із кристалічного солоду, ця цифра становить 20…40 одиниць, у темних же сортів пива, що відносяться до категорій портерів або стаутів, показник кольоровості доходить до 300 одиниць. У США броварники користуються іншою шкалою кольоровості – «шкалою Ловібонда». Відповідно до цієї системи показник світлого лагера становить 1,6, світлого елю – 3, а стаута – 500 одиниць.

Залежно від виду дріжджів, що застосовуються, пиво буває низового і верхового бродіння.

Згідно з відомим баварським “Указом про чистоту пива”, який був підписаний 23 квітня 1516 року королем Баварії Вільгельмом ІV, основною сировиною для виробництва пива є ячмінь, хміль, вода і дріжджі.

В сучасних технологіях для зниження собівартості пива, збільшення екстрактивності, створення певного смаку застосовуються несолоджені (не пророщені) матеріали. Для цього використовують рисову січку, ячмінне борошно, кукурудзяну знежирену крупу, сою, пшеницю, обрушений ячмінь, а також буряковий цукор і глюкозу. Загальна кількість несолоджених матеріалів,  що додається, може становити 15 – 50 % маси ячмінного солоду. Екстрактивність – це сума всіх речовин ячменя і несолоджених матеріалів, виражена у відсотках до маси сухих речовин, які переходять у розчин при одержанні сусла.

Пивовари кажуть, що виноробам «повезло». Усе, що їм потрібно для виготовлення вина, знаходиться в самому винограді, включаючи природні консерванти, присутність яких відрізняє виноград від інших ягід і фруктів. Броварникам же доводиться врівноважувати бісквітну солодкість солоду рослинами або травами, які не тільки надають пиву аромат і гіркоту, але і не допускають розвитку в ньому бактеріальних інфекцій під час пивоварного процесу.

Сотні років броварники билися над питанням, які трави і рослини варто додати, щоб не тільки зробити пиво менш швидкопсувним продуктом, але і компенсувати його солодкуватий присмак, що доходить до нудотності. Пробували і деревій, і розмарин, і болотний мирт. Але приблизно з VIII ст. н.е. пануючі позиції в пивоварстві Центральної Європи зайняв хміль – humulus lupulus, дводомна багаторічна рослина, жіночі суцвіття цих рослин називаються шишками. У Британії хміль ще із часів римського панування вживався в їжу і вважався делікатесом, однак у той час його не використовували для виготовлення пива. Після падіння Римської імперії, що спричинило за собою активізацію міграційних процесів, хміль стали використовувати і розводити на Кавказі і у Німеччині. До початку IX ст. його почали вирощувати в баварській області Халлертау. Броварники, що використовували інші рослини або суміш трав, рослин і спецій, відому за назвою «грут», активно пручалися поширенню хмелю. У багатьох країнах ринок грута контролювався церквою, і прокльону на адресу «трави диявола» – хмелю звучали навіть із амвона.

    Хміль – найбільш дорога сировина для вироб­ництва пива. Він надає пиву специфічний гіркий смак і аромат, сприяє видаленню з сусла деяких білків, є антисептиком, підви­щує піностійкість пива. Вирощують тільки жіночі рослини, суцвіття яких повинні залишитися незаплідненими. Для цього чоловічі рослини ретельно видаляють із плантації. Хміль збирають ранньої восени незадовго до повного дозрівання, коли вони мають зеленувато-жовте забарвлення. У хмелі міститься багато води, тому шишки необхідно сушити і упаковувати дуже швидко – інакше вони запліснявіють. Сушіння хмелю звичайно проводять по сусідству із плантацією. По закінченні сушіння хміль утрамбовується в мішки і зберігається в броварнях у темних і прохолодних місцях – щоб уникнути окиснення і фотосинтезу.

Квітка хмелю містить смоли, відомі як альфа-кислоти (або гумулони), бета-кислоти (або лупулони), ефірні олії (1…3%) і дубильні речовини (2…5%). До складу олії входять мірцен, фарнезен, кариофіллен, метилбутилізобутират, 2-метилпропилізобутират і ряд інших сполук. Альфа-кислоти надають пиву гіркоту, олії – аромат. Бета-кислоти і таніни, що містяться в шишках, виступають у ролі природних стабілізаторів і, що дуже важливо, мають дезінфікуючі властивості.

Існує два основних види хмелю — гіркий і ароматичний. У пивоварінні використовують переважно хме­леві шишки ароматичного хмелю, що містять лупулони, до складу якого входять 10…20 % гірких та ароматичних речовин (кислот, смол, ефірних масел, дубильних речовин). Сорти хмелю, які розводять в таких відомих областях Європи, як Халлертау (Баварія) і Жатец, або по-німецькому Заац (Чехія), часто називають «шляхетними хмелями» – за їхній чудовий аромат і відносно м’яку гіркоту. Спеціально для додання пиву у два рази більшої гіркоти в порівнянні із сортами, що містять шляхетні хмелі, були виведені нові різновиди хмелю, які багаті альфа-кислотами і відомі як «альфа-хмелі».

У пивоварінні використовують:

• висушені хмелеві шишки,
• мо­лотий,
• гранульований,
• брикетований хміль,
• різні хмелеві екст­ракти.

Броварники, що використовують традиційне устаткування, застосовують цілі шишки хмелю, на заводах же, які оснащені сучасними хмелевими центрифугами, користуються гранульованим хмелем: шишки хмелю перемелюють у борошно і пресують у кульки. Олія і екстракти, що одержують при кип’ятінні шишок хмелю з вуглеводнями або в лужних розчинах, не користуються популярністю у власників дрібних броварень: вважається, що вони надають пиву неприємну грубувату різкість. Хміль та хмелепродукти зберігають у сухому, темному при­міщенні з температурою 0…2 °С і відносній вологості повітря не вище 70 %.

Гіркота пива виміряється по Міжнародній шкалі гіркоти (International Bitterness Units – IBU). Іноді її називають Європейською шкалою (European Bitterness Units – EBU), однак IBU використовується тепер і в Північній Америці. Метод заснований на вимірюванні вмісту кислот у хмелі, який використано для готування того або іншого пива.

Вода є основним компонентом пива. Навіть саме міцне пиво містить не менш 90 % води. У броварнях до води ставляться з повагою, близьким до релігійного благоговіння. Взяти хоча б той факт, що її називають не водою, а «наливом»: водою користуються для миття підлог і устаткування.

Якість наливу дуже важлива для прозорості і смаку пива. Саме завдяки наливу солод і хміль віддають свої цукри, аромат і смак, до того ж вода стимулює енергійну діяльність дріжджів по перетворенню цукрів в алкоголь. Чистота води, яку використовують в броварнях, забезпечує виробництво пива, не інфікованого бактеріями, а твердість/м’якість визначає смакові якості готового пива.

Бікарбонат кальцію – головний біль всіх броварників: ця сіль сповільнює процес бродіння і знижує ефективність дії інших мінералів. Броварники по можливості позбуваються від бікарбонату кальцію.

З іншого боку, сульфату кальцію, або гіпсу, броварники радіють нітрохи не менше, ніж безкоштовному пиву: він виступає каталізатором у взаємодії ферментів із крохмалем, у результаті якого останній на етапі затирання солоду перетвориться в цукор. Крім того, він підтримує в неферментованому пиві належний рівень кислотності і забезпечує активність дріжджів. Дріжджі люблять сульфат магнію – гірку сіль: вона надзвичайно енергійно взаємодіє у ферментері із цукрами. Крім того, ця сіль стабілізує цукровий екстракт, коли він кип’ятиться разом із хмелем.

Завдяки новітнім технологіям, практично будь-яка вода стала придатна для пивоварства. Броварники фільтрують воду кілька разів з педантичною старанністю — щоб видалити всі домішки. Твердість води і її сольовий склад регулюють застосуванням різних способів підготовки води: реагентний, іонообмінний, електродіалізний. Багато хто використовують системи зворотного осмосу. Потім додають до неї солі кальцію і магнію, щоб досягти необхідного рівня твердості. Такий метод підготовки наливу одержав назву «бертонізації», тобто, додавання мінеральних солей. Для світлих сортів пива використовується м’яка вода з твердістю до 3 мг-екв/дм³ солей Са і Мg, а для темних – помірно тверда вода – 4…5 мг-екв/дм³.

Броварникові, що бажає зробити справжній Pilsner, необхідна м’яка вода (0,1…1,8 мг-екв/дм³), а виробник світлого елю має потребу у воді з підвищеним вмістом мінеральних солей (1,8…3,5 мг-екв/дм³). Оптимальною для пива є вода, у якої відношення концент­рації іонів Са²⁺ до загальної лужності води не менше 1, а співвідношення іонів Са²⁺ і Мg²⁺ становить від 1:1 до 3:1.За іншими показниками вода, що використовується в пивоварстві, повинна відповідати вимогам, пред’являють до питної води.

Вона не повинна мати стороннього смаку і запаху, повинна бути чистою у мікробіо­логічному відношенні. Для видалення неприємного запаху воду дезодорують про­пусканням крізь колонку, заповнену активованим вугіллям.

Технологічний процес виробництва пива складається з наступних основних стадій:

1. приготування охмеленого сусла;
2. бродіння і доброджування сусла;
3. освітлення і розлив пива.

Приготування охмеленого сусла відбувається у варочному відділенні і складається з таких операцій:

1. дроблення солоду;
2. затирання солоду і несолоджених матеріалів;
3. варіння і оцукрювання сусла;
4. фільтрація сусла;
5. кип’ятіння сусла з хмелем;
6. відокремлення хмельової дробини.

Дроблення солоду. Солод завантажують у апарат для зволоження до 30 % і направляють на чотирьох-, або шестивальцові дробарки для подрібнення з мінімальним руйнуванням оболонок. Подрібнення солоду відбувається для того, щоб вміст солодового зерна був доступним для дії ферментів. Велике значення має якість помелу. Грубий помел є причиною підвищення втрат екстракту в дробині, а дуже дрібний помел може затримати процес фільтрування затору. Подрібнений солод характеризуються таким складом (у %):

• лузга 12…20,
• крупна крупка 20…35,
• дрібна крупка 25…50,
• борошно 15…20.

Затирання солоду і несолоджених матеріалів. Затирання — це змішування в заторному чані подрібнених зернових матеріалів (засипки) з наливом у співвідношенні 1:4. Затирання повинно вестися так, щоб налив і помел ретельно перемішалися один з одним без утворення грудочок.

Суміш подрібненого солоду з водою називається затором, нерозчинені речовини — дробиною, а розчин, вивільнений від дробини — суслом. Розчинені речовини сусла називаються екст­рактом.

    Мета затирання – екстрагування розчинних речовин солоду і несолодженої сировини і перетворення під дією ферментів нерозчинних речовин у розчинні з наступним переведенням їх у розчин. Процес затирання заключається в тім, що температуру затору піднімають до оптимальних температур дії тих чи інших ферментів, а потім витримують паузу. Паузи задаються при наступних оптимальних для ферментів температурах:

• 45…52 ºС – білкова (протеїнова) пауза і пауза для розщеплення β-глюкану;
• 62…65 ºС – мальтозна пауза;
• 70…75 ºС – пауза для оцукрювання;
• 78 ºС – температура закінчення затирання.

На перших стадіях затирання у розчин переходять водорозчинні компоненти солоду: вуглеводи, частково білки та продукти їх гідролізу, пектинові, дубильні і гіркі речовини, ферменти і мінеральні солі. Основні компоненти зернопродуктів крохмаль і білки не розчинні у наливі, тому їх переведення у розчинний стан здійснюється в результаті направленої дії відпо­відних ферментів.

Гідроліз крохмалю починається при солодорощенні і при затиранні він продовжується. Перетворення крохмалю при затиранні проходить в 3 стадії:

1. клейстеризацію,
2. розрід­ження,
3. оцукрювання.

Під клейстеризацією крохмалю розуміють набухання і розрив оболонок зерен крохмалю в теплій воді. Вивільнені молекули крохмалю краще піддаються дії амілаз,

ніж не клейстеризований.

Під розрідженням розуміють зменшення в’язкості клейстеризованого крохмалю під дією  α-амілази.   Цей фермент розщеплює ланцюги амілози і амілопектину  на декстрини з 7…12 глюкозними залишками. Оптимальні умови для дії α-амілази: 72…75 ºС (пауза оцукрювання) і при 80 ºС вона швидко руйнується. Оптимальне значення рН – 5,6…5,8.

β-амілаза відокремлює від нередукуючих кінців ланцюгу крохмалю мальтозу, при цьому утворюються також глюкоза і мальтотриоза.   Оптимальні умови для дії β-амілази: 60…65 ºС, рН 5,4…5,5 (мальтозна пауза). Підвищення температури до 70 ºС швидко інактивує цей фермент.

Під оцукрюванням розуміють повний гідроліз крохмалю амілазами на мальтозу і декстрини.

Процес оцукрювання контролюється за йодною реакцією, тому що крохмаль і декстрини утворюють різний колір з йодом:

• крохмаль і амілодекстрини → синій,
• еритродекстрини → червоно-бурий,
• ахродекстрини і інші продукти гідролізу колір йодного роз­чину не змінюють.

Продукти гідролізу крохмалю, що утворилися в процесі затирання, по різному зброджуються пивними дріжджами:

• глюкоза – піддається дії дріжджів в першу чергу (цукор заброджування),
• мальтоза – зброджується дріжджами добре і швидко (цукор головного бродіння),
• мальтотриоза – зброджується усіма активними штамами дріжджів після того, як переброде вся мальтоза, а саме, при доброджуванні, за що мальтотриоза і отримала назву – цукор доброджування,
• декстрини – не зброджуються.

Вміст в екстракті цукрів, що зброджуються, наступний:

• гексози – 7…9 %;
• сахароза – 3…4 %;
• мальтоза – 43…45 %;
• мальтотриоза – 11…13 %.

Затирання ведуть двома способами:

• настоюванням (інфузійний)
• відварюванням (декокційний).

Спосіб настоюванням полягає у змішуванні подрібненого солоду при працюючий мішалці з водою при температурі 37…40 ºС, перемішують 20…30 хвилин, підіймають температуру зі швидкістю 1 ºC за 1 хв. до 50…52 ºС і роблять витримку при цій температурі і зупиненій мішалці протягом 20 хв. (протеїнова пауза для протеолізу білкових речовин). Потім температуру затору піднімають зі швидкістю 1 ºC за 1 хв. до 62…65 ºС і при цій температурі роблять витримку протягом 10…30 хв. (мальтозна пауза).  Далі затор нагрівають до 70…72 °С і витримують до повного оцукрювання, яке контролюють пробою на йод. Потім оцукрений затор підігрівають до 76…78 °С і направляють на фільтрування.

Сусло, що отримане цим способом, багате на ферменти, містить багато мальтози, мало декстринів і тому активно зброджується. Настійний спосіб затирання солоду застосовують при одержанні сусла для верхового бродіння (приготування елів).

Сутність способу відварювання полягає у тім, що окремі час­тини затору (відварки) кип’ятять, а потім змішують з рештою частиною затору, поступово підвищуючи його температуру до 75 °С. В якості відварок використовують густий затор – ту частину затору, яка утворюється в результаті осадження твердої фази на дні заторного апарата при зупиненій мішалці. Рідинна фаза затору – рідкий затор, збирається у верхній частині апарату не кип’ятиться, оскільки вона насичена ферментами, що перейшли в розчин.

При проведені затирання методом відварювання слідують наступним основним правилам:

• З метою збереження ферментів у об’єднаному заторі відварку після кип’ятіння перекачують при працюючий мішалці до основної маси затори і ніколи навпаки;
• Для попередження попадання разом з відваркою повітря, відварку в заторний котел передають знизу.

Об’єм відварок, що відбираються для кип’ятіння, розраховується таким чином, щоб підняти температуру об’єднаного затору до бажаної і складає 1/3…1/4 від загального об’єму затору.

• Тривалість кип’ятіння відварок складає:
• для світлого пива – 10…15 хв.,
• для темного пива – 20…30 хв.

Відбір і кип’ятіння відварок виявляють наступні дії:

• через швидке нагрівання тої частини затору, що кип’ятиться, білки в ній менше розщеплюються;
• підвищується ступінь клейстеризації і розрідження крохмалю;
• відбувається більше вимивання речовин, що містяться у квіткових оболонках (полові);
• утворюється більше меланоїдинів;
• більше випаровується диметилсульфіду;
• відбувається зменшення вмісту ферментів в об’єднаному заторі;
• збільшується вихід варочного цеху;
• на 20 %збільшується споживання енергії в порівнянні з настойними способами.

Затирання солоду способом відварювання різняться по числу відварок і розрізняють:

• одноварочний,
• двоварочний,
• триварочний.

При одновідварочному способі  в заторний апарат набирають 0,5 об’єму необхідної кількості води на один затор, нагрівають її до такої температури, щоб після змішування з подрібненим солодом і несолодженими матеріалами температура затору стала 50…52 ºС; включають мішалку і з бункера завантажують подрібнений солод і одночасно другу половину води. Витримують при температурі 50…52 ºС 30 хв. (протеїнова пауза). Потім при виключеній мішалці у відварочний апарат спускають 1/3 частинну затору (густу масу), яку називають відваркою. У відварочному апараті заторну масу нагрівають при перемішуванні зі швидкістю 1 ºC за 1 хв. до 62…64 ºС і при цій температурі роблять витримку протягом 20 хв. (мальтозна пауза), потім піднімають температуру до 70…75 ºС і витримують при зупиненій мішалці 15 хв. для оцукрювання крохмалю. Після закінчення оцукрювання затор нагрівають до кипіння і кип’ятять 20 хв при включеній мішалці. При кип’ятінні крохмальні зерна клейстеризуються, відбуваються подальші перетворення продуктів гідролізу крохмалю, коагуляція і осадження частини білків, інактивація ферментів, знищення мікроорганізмів, утворення меланоїдинів. Після кип’ятіння відварку і основний затор об’єднують. Для збереження ферментів у основному заторі відварку перекачують в заторний апарат поступово при працюючій мішалці і направляють її в центр апарату знизу для кращого перемішування. В результаті об’єднання відварки і основного затору температура маси піднімається до 71…75 ºС. При цій температурі затор залишають в спокою 30 хв. і провіряють по йодній пробі повноту оцукрювання. При позитивному результаті аналізу затор нагрівають до 76…78 ºС і направляють на фільтрування.

Оцукрений затор являє собою суспензію, яка складається з 2 фаз: рідкої (пивне сусло) і твердої (пивна дробина).

Оцукрений затор надходить на фільтрацію для відокремлен­ня від нього пивної дробини. Фільтрування проводиться через шар осаду затору на ситах і фільтр-пресах при температурі 76…78°С.

Після фільтрування в дробині залишається 30…35% сусла, яке вилучають промиванням підігрітою до 78…80 ºС водою. Промивку дробини проводять при  постійно працюючому розпушувачі, ножі котрого гідравлічним підіймачем поступово опускаються і зупиняються на відстані 10 см від сита, не порушуючи фільтруючого чару. Швидкість обертання розпушувача – 1 поворот за 4…5 хв.

Після фільтрації відфільтроване сусло надходить у котел для варіння сусла з хмелем. Процес відбувається під тиском 0,02…0,03 МПа протягом 1,5…2 годин.

Мета кип’ятіння — стерилізація сусла, стабілізація і ароматизація його складу гіркими речовина­ми хмелю. За цей час випаровується надлишкова кількість води, екстрагуються гіркі речовини хмелю, який додається у кипляче сусло в подрібненому вигляді або у вигляді екстракту. Кількість хмелю, що додається, залежить від сорту пива.

Далі в хмелецідильнику відбувається відокремлення хмеле­вої дробини (шишок та листків хмелю). Сусло направляють у відстійні чани для охолодження, відстоювання і освітлення, де відокрем­люються денатуровані при кип’ятінні білки, які надають пиву грубу гіркоту. Освітлення здійснюється відстоюванням або сепаруванням. Освітлене сусло охолоджують і осіменяють посівними дріжджами (ЧКД).

Раси пивних дріжджів.   При виробництві пива використовують тільки культурні дріжджі. Це два основних вида пивних дріжджів — для елів і для лагерів які відносяться до сімейства сахароміцетацеа (Saccharomycetaceae) і до роду сахароміцес (Saccharomyces). У пивоварстві застосовують різновиду дріжджів, що відрізняються друг від друга однієї або декількома особливостями. Їх одержують із однієї клітіни. Такі культури називають расами ( штамами).

Розрізняють дріжджі низового бродіння сахароміцес карлсбергенсіс (Saccharomyces carlsbergensіs) і дріжджі верхового бродіння – сахаромицес церевізіє (Saccharomyces cerevіsіae).

Saccharomyces cerevisiae — буквально означає «цукровий грибок для браги»; предок цієї культури — пивні дріжджі, що використовувалися на самій зорі цивілізації. Вони діють, якщо в броварні підтримується досить висока температура, у процесі своєї діяльності утворюють великий шар на всій поверхні рідини. Для ініціювання процесу досить температури 15 °С, однак при бродінні температура підвищується до 25 °С.  Елеві дріжджі використовуються при виробництві пшеничного пива і таких специфічних німецьких сортів пива, як дюссельдорфскі альти і кельнські кельши, а також традиційних британських елів і ірландських стаутів. На відміну від чистих одноштамних дріжджів для лагерів, елеві дріжджі можуть бути двоштамними і перетворюють у спирт меншу кількість цукру. У результаті в готовому пиві залишається деяка частина цукру, що надає йому більше інтенсивний фруктовий смак і аромат.

Елеві дріжджі часто використовують у відкритих бродильних чанах. Товстий верхній шар, який вони утворюють, не випускає назовні кисень; саме за цю свою «звичку» підніматися на поверхню пива елеві дріжджі називаються дріжджами «верхового бродіння», у той час як дріжджі для лагерів опускаються на дно посудини, за що і одержали назву дріжджів «низового бродіння». Втім, ці терміни неабияк вводять в оману, оскільки будь-які пивні дріжджі повинні діяти по всьому об’єму  рідини, перетворюючи цукор у спирт. Вірніше було б говорити про «тепле бродіння» по відношенню до елевих дріжджів і «холодне бродіння», якщо мова йде про лагерні штами.

Дріжджі для лагерів називаються Saccharomyces carlsbergensis, оскільки вперше чиста культура була виділена в броварні Carlsberg у Копенгагені. Зараз їх частіше називають Saccharomyces uvarum. Батьківщина лагерів – Центральна Європа, де вони з’явилися в XV ст., коли баварські броварники придумали зберігати (по-німецькому «зберігати» – lager) пиво в глибоких льохах-льодовиках, щоб воно було готове до вживання протягом усього довгого жаркого літа. Холод не дозволяв «диким» дріжджовим грибкам вступати в реакції з інгредієнтами пива і захищав останнє від інфікування, а також змушував «культурні» пивні дріжджі діяти повільніше і осаджуватися на дні посудин.

Завдяки тому що бродіння відбувається при більш низьких температурах, броварники могли ретельніше контролювати цей процес. У лагерах дріжджі перетворюють більше цукру в спирт, і пиво виходить більше сухим, з менш виразним фруктовим присмаком або зовсім без такого.

Дріжджі низового бродіння відрізняються від дріжджів верхового бродіння тим, що вони повністю зброджують рафінозу. Дріжджі низового бродіння мають оптимальну температуру для росту  25…27 °С, мінімальну 2…3 °С, а при 60…65 °С вони відмирають. Максимальний розвиток низових дріжджів відбувається при рн 4,8…5,3. Кисень, який розчинений у суслі,  сприяє розмноженню дріжджів,  у той час як продукти бродіння (етиловий спирт, двооксид вуглецю, вищі спирти, ацетальдегід, кислоти), а також підвищена концентрація цукру пригноблюють розвиток дріжджів.

Пивні дріжджі повинні відповідати наступним вимогам: Швидко зброджувати сусло, добре утворювати пластівці і освітлювати пиво в ході бродіння, надавати пиву чистий смак і приємний аромат.

Бродильну активність дріжджів визначають по ступені зброджування сусла. Ступінь зброджування (К) – це показник , виражений у відсотках,  який характеризує відношення маси збродженого екстракту ( Е- е) до маси сухих речовин у початковому суслі (Е):

Де е – зміст у пиві екстрактивних речовин, % до маси пива.

По ступені зброджування дріжджі діляться на сильно-, або високозброджуючі (ступінь зброджування 90…100%), средньозброджуючі (80…90%) і слабозброджуючі (менш 80%).

Розведення дріжджів чистої культури

Під розведенням розуміють збільшення маси дріжджів у кількості від маси в одній пробірці до маси маткових, необхідної для внесення в бродильний апарат.

Весь процес розведення складається із двох стадій:

• лабораторної (розведення дріжджів у лабораторії) і
• цехової (розведення дріжджів у відділенні чистої культури).

Лабораторна стадія складається з декількох послідовних пересівань. Спочатку чисту культуру із пробірки пересівають у колбочки на стерильне сусло, потім проводять пересівання дріжджів зі стерильним збродженим суслом на нове стерильне сусло, об’єм  якого від пересівання до пересівання збільшується в кілька разів. Лабораторна стадія закінчується зброджуванням 6 л сусла в мідній колбі Карлсберга протягом 5…6 діб при 7…8 ºС.

Цехова стадія – це розведення дріжджів на стерильному охмеленому суслі в спеціальних апаратах.

На рис 13.6 показана установка Грейнера для розведення чистої культури дріжджів у цеху (трубопроводи не показані). Установка складається зі стерилізатора 4 , двох бродильних циліндрів 3,  число яких змінюється залежно від  кількості використовуваних дріжджів, резервуара для попереднього бродіння 1 і посуд 2 для посівних дріжджів.

Стерилізатор і резервуар попереднього бродіння обладнані змійовиками для нагрівання або охолодження сусла, повітряними фільтрами і контрольно- вимірювальною апаратурою.

Бродильні циліндри мають посудини для посівних дріжджів місткістю 10 л.

Стерилізатор призначений для кип’ятіння сусла (стерилізації) і наступного його охолодження, Бродильний циліндр – для першої стадії розмноження, резервуар попереднього бродіння – для стерилізації і охолодження сусла, а також проведення другої стадії розмноження чистої культури. Температура повітря у відділенні чистої культури 8…9 ºС.

Розведення чистої культури відбувається в такий спосіб. У стерилізатор 4 із сусловарочного котла набирають гаряче охмелене сусло, кип’ятять його в протягом 1 години, потім охолоджують до 8…12 ºС. Стислим стерильним повітрям сусло подають у циліндр 3, куди через спеціальний кран  з мідної колби Карлсберга вводять чисту культуру, потім зброджують протягом 3 діб.  При цьому дріжджі розмножуються і збільшуються в масі. До кінця третьої доби резервуар попереднього бродіння заповнюють суслом, що також нагрівають до кипіння, а потім охолоджують. Частину чистої культури із бродильного циліндра 3 відбирають на зберігання в посудину 2 для посівних дріжджів, де вона зберігається до наступного розведення, а основну частину його перекачують у резервуар 1,  де здійснюють попереднє бродіння при 9 ºС протягом  3 діб.

У наступних циклах розведення дріжджі для посіву в стерильне сусло, що перебуває в бродильному циліндрі 3 беруть із посудини 2. Процес розведення чистої культури в установці Грейнера повторюють багаторазово до виявлення в дріжджах сторонньої мікрофлори.

Масу, що зброджують з резервуара 1 перекачують у спеціальний апарат для попереднього бродння місткістю 1000 дал, але наповнений на 1/3 суслом з температурою 5…7 ºС.  Через 12 год. бродіння в цей апарат доливають ще 400 дал свіжого охмеленого сусла і продовжують бродіння ще 36 годю, підтримуючи температуру 5…7 °С. Потім зброджене сусло перекачують в апарат для головного бродіння з 700 дал сусла, а через 1 добу заповнюють його суслом до повної місткості і ведуть бродіння звичайним способом, контролюючи температуру, концентрацію сусла і посвітління. Дріжджі, що осілі при бродінні змивають, промивають холодною водою і використовують у виробництві як першу генерацію.

Дріжджевирощевальні апарати перед початком роботи стерилізують парою протягом  45 хв. під тиском 0,15..0,17 Мпа. Повітря, що надходить у стерилізатор, повинно проходити через повітряні фільтри.

    Бродіння сусла здійснюється в 2 етапи при різних режимах і в різних приміщеннях.

1 етап — головне бродіння — ведеться у бродильному відділенні. Для збудження бродіння застосовують чисті культури дріжджів певних видів і штампів. Для цього ємність (танк) наповнюють охолодженим суслом і посівними дріжджами у кількості 0,5 % від об’єму сусла. Головне бродіння характеризується інтенсивним зброджуванням цукрів під дією ферментів дріжджів і накопичу­ванням продуктів бродіння. Воно триває 6…12 діб при t = 6…10°С. Кінець бродіння контролюють за залишковим вмістом редукуючих речовин (12 на 100 мл). В результаті головного бродіння із сусла одержується молоде (зелене) пиво.

2 етап бродіння — доброджування — здійснюється в лагерному підвалі. При доброджуванні зелене пиво вивільняється від дріжджів, накопичується СО₂, дозріває і перетворюється у гото­вий напій. Основним процесом є спиртове бродіння. Для наси­чення пива двооксидом вуглецю до стандартної концентрації (0,3…0,35%) в молодому пиві залишають до 1 % (1л) дріжджів і підви­щують розчинність СО₂, знижуючи температуру до 0…2 °С і підвищуючи тиск до 0,03…0,07 МПА.

Після закінчення бродіння дріжджі зсідаються, захопивши у осад білки і гіркі речовини хмелю. Це сприяє освітленню пива і пом’якшенню гіркого смаку. При доброджуванні зменшується вміст альдегідів, збільшується кількість ефірів, вищих спиртів і органічних кислот, які збагачують смак і аромат пива.

Витримка при доброджуванні триває 18…19 діб залежно від сорту пива.

Наступна стадія виробництва пива — освітлення — після доб­роджування, яке здійснюється на фільтрах або на сепараторах. Якщо освітлене пиво недостатньо насичене СО₂ його пропускають крізь карбонізатори, де воно додатково насичується СО₂, і подають на розлив.

Для розливу пива застосовують тільки ізобаричні розливочні машини, в яких тиск у тарі і резервуарі однаковий.