Сырье для производства пива и требования к его качеству

Ячмень. Основным сырьем для приготовления пива служит ячменный солод(проросший ячмень), получаемый из пивоваренных сортов ячменя.

Ячмень относится к семейству злаковых, роду Гордеум. Бывает двухрядным и шестирядным. Двухрядные ячмени, в основном, яровые, а шестирядные - яровые и озимые. Для производства пива используется двухрядный ячмень. У пивоваренных сортов ячменя более тонкая оболочка зерна, повышенное содержание крахмала, а содержание белка, понижено.

Химический состав зерна сложный. Сухое вещество представляет собой сумму органических и неорганических веществ. Органические – это в основном белки и углеводы, а также жиры, полифенолы, органические кислоты, витамины и др. Неорганические –это фосфор, сера, кремний, калий, натрий, магний, кальций, железо и хлор. Некоторая их часть связана с органическими соединениями. [11]

Таблица 2 – Средний химический состав зерна, % от сухого веса. [11]

По массе зерна компоненты распределяются неравномерно. Наибольшее количество углеводов находится в эндосперме, а жиры, азотистые и минеральные вещества – в зародыше, сырая целлюлоза в оболочке.

Таблица 3 – Состав минеральных веществ ячменя (% к массе сухих веществ) [11]

В настоящее время известно более 30 сортов ярового пивоваренного ячменя. Основными сортами пивоваренного ячменя является сорт Нутанс и его разновидности: Нутанс187, Казанский6/4, Носовский 2, Носовский 6, Валтицкий, Винер, Комбайнер, Московский 121, Ганна Лоосдорфская, Ильинецкий 43 и др.

Наиболее важными требованиями к ячменю, используемому для солодоращения, являются хорошая прорастаемость зерна (90-95%), достаточная крупность и выравненность, невысокая пленчатость (не более 10% массы зерна), умеренное содержание белка (не ниже 8 и не более 12%) и высокое содержание крахмала (до 65%). [5]

Цвет зерна – от светло-желтого до желтого. Зеленоватый оттенок свидетельствует о незрелости, а потемневшие кончики зерна о том, что ячмень был подмочен во время хранения. Ячмень должен иметь свежий запах. Наличие затхлого запаха свидетельствует о непригодности ячменя к солодоращению. Поступающий в солодовню ячмень должен быть отсортированным. Оболочка зерна не должна быть толстой, для светлых сортов пива, т.к. дубильные вещества оболочки придадут пиву грубый вкус. Содержание оболочки в зерне должно быть 7-9 процентов. Для тёмных сортов пива допускается наличие оболочки до 13 процентов.

Натура пивоваренных ячменей колеблется от 600 до 700г/л. Нормальная масса 1000 зерен хорошего двухрядного ячменя равно примерно 40г. Ячмени, имеющие массу 1000 зерен до 40г, считаются легкими, до 44г – средними, более 45г – тяжелыми. Способность к прорастанию (процент проросших зерен) определяют на пятые сутки проращивания. Свежеубранные, неотлежавшиеся ячмени и ячмени убранные в сырую погоду, плохо прорастают. Поэтому свежеубранный ячмень хранят на складе 2-3 мес. После этого его можно использовать для солодоращения.[1]

Хмель. Хмель наряду с ячменным солодом является основным и пока незаменимым сырьём для пивоварения. Вещества хмеля придают пиву специфический вкус и аромат, увеличивают стойкость при хранении, способствуют лучшему осветлению пива и образованию пены.

Хмель – вьющееся многолетнее растение, двудомное, относящееся к семейству коноплевых. В пивоваренном производстве от хмеля используют только шишки – женские неоплодотворенные соцветия. При возделывании хмеля мужские хмелевые растения с плантаций удаляют.

Состав хмелевых шишек различен и зависит от сорта, почвенно-климатических условий произрастания, послеуборочной обработки. Главными веществами хмеля, используемыми в пивоварении являются горькие и полифенольные вещества, а также эфирное масло. Средний химический состав сухих хмелевых шишек (в %) следующий:

- вода 10-14;

- целлюлоза 12-16;

- азотистые вещества 15-24;

- безазотистые экстрактивные вещества 25-30;

- зола 6-9;

- хмелевые смолы 10-20;

- полифенольные вещества 2-5;

- эфирные масла 0, 2- 1, 7.

Горькие вещества, содержащиеся в хмеле, до сих пор не найдены в других растениях, но некоторые из них получены синтетическим путем. Горькие вещества хмеля, называемые общими смолами, состоят из мягких и твердых смол. Мягкие смолы- это α –кислоты и β –фракция. К α –кислотам относятся гумулон, когумулон, адгумулон, прегумулон, постгумулон. К β -кислотам-лупулон, колупулон, адлупулон, прелупулон, и постлупулон. α и β -мягкие смолы – это продукты окисления α и β -кислот.

Горькие вещества плохо растворяются в воде, при кипячении сусла они образуют коллоидные растворы. α - и β - кислоты подавляют действие бактерий, но не влияют на развитие дрожжей. α - кислоты имеют горький вкус, β - кислоты горечи не имеют, но окисляясь, образуют вещества с приятной горечью.

Твердые смолы представляют собой продукты окисления мягких смол и состоят из γ - и δ -смол. У γ -смол нет горечи, у δ -смол горечь в 8 раз меньше, чем у α - кислот. При кипячении сусла с хмелем, горькие вещества, переходят в сусло, а затем и в пиво. Процент перехода горьких веществ в сусло(процесс охмеления) следующии: α - кислоты(изо- α - кислоты) 100, β - кислоты(гумулоны, лупулоны) 36-66, α - мягкая смола 36, β -мягкая смола 29, δ - твердая смола 12.

Если принять общее содержание веществ хмеля за 100%, то в свежеубранном хмеле содержится 30-42% α - кислот, 46-58% β –фракция и около 12% твердых смол.

Антисептическое действие горьких веществ очень высоко. Для подавления развития микроорганизмов Вас.bulgaricus, встречающихся в пиве гумулона требуется в 2300раз меньше, чем фенола (обладающего сильным бактерицидными свойствами).

Полифенольные вещества лучше растворяются в воде, легче вступают в реакции, чем полифенолы солода. Полифенолы хмеля предохраняют вещества от окисления и образования комплексных соединений, обладают антибиотическими свойствами. В ходе технологического процесса осаждают белки сусла, что способствует лучшему осветлению. Из полифенолов в хмеле содержатся: кумарины, флавонол-гликозиды, катехины, лейкоантацианы, фенолкарбоновые кислоты и вещества хлорогеновой кислоты. При окислении и конденсации полифенолов образуются красно –коричневые соединения, которые вызывают помутнение сусла, так как образуют с белками нерастворимые соединения, а с солями железа- черноватые соединения. Для приготовления пива нужен хмель с содержанием полифенолов не менее 4, 5%. Эти вещества содержатся в основном в лепестках шишек хмеля.

Хмелевое эфирное масло – придает хмелю присущий ему специфический аромат. Хмелевое масло – это смесь летучих маслообразных веществ с приятным запахом. Оно содержится в основном в лупулине. [12]

Вода. В пивоваренном производстве и приготовлении безалкогольных напитков вода является технологическим сырьём. В напитках её содержание не менее 95 – 98%. Кроме того, вода идет на замачивание зерна, мойки оборудования и тары и пр. Поэтому к качеству воды предъявляются высокие требования. [14]

Вода должна обладать качеством питьевой воды, быть прозрачной, без цвета, вкуса и запаха. В чистой природной воде содержатся растворимые соли, оказывающие влияние на вкус напитков, а также на ферментные процессы. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO3, NH3, CO2, HNO3. Содержание NO допускается не более 25, Mn-0, 2, Fe-0, 5 мг/л. Присутствие солей железа в больших количествах нежелательно, так как они взаимодействуют с дубильными веществами, в результате чего пиво приобретает чернильный цвет и вяжущий вкус.[3]

Оценивают воду для пивоварения не только по количеству солей (ионов), но и по влиянию этих солей на кислотность сусла (изменение рН); это в свою очередь, влияет на выход экстракта, сбраживание, окраску сусла и растворение хмелевых смол.[3]

Карбонаты и бикарбонаты, обладая щелочными свойствами, понижают кислотность пивного затора, что отрицательно сказывается на последующих стадиях приготовления пива. Растворенные в воде соли кальция и магния Характеризуют её жесткость. Жесткость воды (мера содержания в ней этих солей) выражается в миллиграмм-эквивалентах Са и Mg, содержащихся в 1 л воды. 1 мг. экв. жесткости соответствует 20, 00мг Са или 12, 16 мг Mg солей в одном литре воды.

По жесткости воду классифицируют:

- Очень мягкая – до 1, 5 мг.экв./л;

- Мягкая – от 1, 5 до 3 мг.экв./л;

- Умеренно жесткая – от 3 до 6 мг.экв./л;

- Жесткая – от 6 до 9 мг.экв./л;

- Очень жесткая – более 9 мг.экв./л.

Различают жесткость постоянную, временную и общую. Временная карбонатная жесткость обусловлена присутствием бикарбонатов кальция и магния, которые при кипячении выпадают в нерастворимый осадок. При этом вода умягчается. Постоянная жесткость обусловлена присутствием растворимых солей, хлоридов сульфатов и др., которые при кипячении в осадок не выпадают. Общая жесткость слагается из временной и постоянной. Для приготовления светлых сортов пива используется только мягкая вода. [14]

Дрожжи. Дрожжи – одноклеточные микроорганизмы, которые по морфологическим признакам относятся к классу грибов. Благодаря содержащимся в них ферментам дрожжи способны сбраживать разные сахара с образованием спирта и углекислого газа.

Для пивоварения используют пивные дрожжи. Различают два основных способа приготовления пива – верховой и низовой.[2]

Верховое брожение производится с помощью дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) и является более древним способом производства пива. После ферментации дрожжи остаются на поверхности, оттуда и название «верховое». Верховое брожение происходит при температуре от 15 до 20 °C. Из-за повышенной температуры образуется больше грибков и микробов чем при низовом брожении, поэтому такие сорта пива быстрее портятся. Производство пива способом верхового брожения протекает быстрее и не нуждается в охлаждении, что до изобретения холодильных агрегатов играло важную роль. [15]

Низовое брожение производится с помощью дрожжей (Saccharomyces uvarum или Saccharomyces carlsbergensis) и является более современным способом производства пива. После окончания процесса брожения эти дрожжи агглютинируют и оседают на дно бродильного чана, образуя плотный осадок. Поэтому технически они обозначаются как дрожжи низовые, а пиво, приготовленное с помощью этих дрожжей, — пивом низового брожения. Низовое брожение протекает более медленно, чем верховое, при температурах от 6 до 9 °C. [16]

Ферменты. Ферменты – это вещества белкового происхождения, которые, являясь биологическими катализаторами, значительно ускоряют биохимические реакции. Они широко распространены в растительных и животных клетках. Все биохимические процессы, протекающие в живых клетках, катализируются ферментами, вырабатываемыми клетками самого организма. Вещества, подвергающиеся химическим превращениям, под действием ферментов, называются субстратами.

В технологии пива и безалкогольных напитков основным источником ферментов является проросшее зерно. К важнейшим ферментам этих культур относятся амилазы, протеазы, гемицеллюлазы (цитазы), фосфатазы. Когда для переработки сырья собственных ферментов недостаточно, вводят дополнительно выращенные ферменты микроорганизмов.[13]

1.3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА

Производство пива во многих странах регламентируется стандартами. В России такой стандарт — ГОСТ 51174-2009 Пиво. Общие технические условия. В нём оговорены такой параметр пива, как, например, объёмная доля этилового спирта. Она может колебаться от 2, 8 до 9, 9 %. Однако в связи с тем, что на алкогольные напитки крепостью выше 8, 5 % действует другая акцизная ставка, как правило, пиво крепостью выше 8, 5 % в России не производят. В обычном пиве объёмная доля этилового спирта от 3-5, 5 %.

Технология производства включает следующие этапы:

1. Подработка со́ лода — проращивание зёрен злаков, чаще всего, ячменя, сушка и очистка от ростков. При проращивании крахмал в зёрнах расщепляется на сахара. Различная степень сушки (жарки) солода применяется для приготовления пива разных типов — светлого, тёмного, чёрного. Чем сильнее сушат солод, тем больше карамелизуются сахара в нём.

2. Затирание су́ сла — солод размельчается и смешивается с водой. Сусло при этом приобретает сладковатый вкус. Затор — смесь дроблёных зернопродуктов, предназначенных для затирания с водой.[17]

В ходе затирания производят постепенный нагрев с т. н. «температурными паузами», необходимыми для действия различных ферментов. На современном производстве таких пауз несколько. 50-52 градуса в течение 10-15 минут (белковая пауза (для расщепления белков)), 62-63 градуса 30-40 минут (мальтозная пауза (действует фермент бета-амилаза, который дробит крахмал на крупные фрагменты)), 70-72 градуса 10-15 минут (осахаривание (действует альфа-амилаза, дробящая декстрины на более мелкие фрагменты — олигосахариды, мальтозу)). Окончание процесса осахаривания определяют йодной пробой (капли йода не должны синеть). Затем затор нагревают до 78 градусов (для инактивации ферментов и снижения вязкости) и подают на фильтрацию. Существуют технологии затирания с отварками, когда часть затора кипятится. Обычно такой способ применяют при использовании несоложёного сырья — ячменя, риса, кукурузы, а также при производстве тёмных сортов пива.[6]

3. Фильтрация затора — затор перекачивается в фильтр — чан, где происходит его разделение на неохмелённое сусло и дробину. Дробина — нерастворимые остатки ячменя, получаемые в процессе фильтрации затора.[17]

Фильтрация состоит из двух стадий. На первой отбирается сусло-самотёк, на второй — дробину промывают горячей водой. Обе порции смешиваются в сусловарочном котле. Таким образом, дробина служит фильтровальной перегородкой. Также применяют фильтры-прессы, в которых роль фильтровальной перегородки играет синтетический материал, а фильтрация происходит не под действием тяготения, а пневматическим сжатием фильтровальных элементов.[6]

4. Кипячение сусла — сусло с добавлением хмеля, а также других ингредиентов, варится 1-2 часа. Во время кипячения хмель растворяется, белковые вещества коагулируют и выпадают в осадок. Кроме того, выпариваются различные ароматические компоненты, неблагоприятно влияющие на вкус пива.

5. Осветление сусла — сусло перекачивают в вихревую ванну (вирпул) для отделения нерастворимых остатков ячменя и хмеля. Эти частицы, под действием силы трения слоёв жидкости, собираются в центре днища гидроциклона. После 20-30 минут отстаивания сусло отделяют от нерастворимого остатка — бруха (труба).

6. Охлаждение и аэрация сусла — сусло перекачивается в бродильный резервуар. В течение перекачки оно охлаждается и насыщается кислородом, необходимым для размножения дрожжей.

7. Брожение — простейшие сахара, содержащиеся в сусле, при помощи дрожжей превращаются в спирт и углекислый газ. Продолжительность (не более одной недели) и температура процесса зависят от того, какое пиво хотят получить — эль или лагер (от немецкого «lagern» «хранить, выдерживать»). Полученный на этой стадии продукт — так называемое «молодое пиво» — затем помещают в танки лагерного отделения для дозревания. Цель дозревания — улучшение органолептических свойств напитка, расщепление диацетила, сложных эфиров.

Для этого процесса получили широкое распространение т. н. ЦКТ — цилиндро-конические танки, в которых процессы основного брожения и дображивания происходят непрерывно, без перекачки, в одной ёмкости.

8. Фильтрация — пиво фильтруется от остатков дрожжей. Фильтрация используется обычно в промышленном пивоварении. Используются намывные кизельгуровые фильтры, керамические, фильтры-прессы, а также — сепараторы. Некоторые методы фильтрации уничтожают микрофлору пива и увеличивают этим срок его хранения.

9. Пастеризация — некоторые сорта пива подвергаются пастеризации — нагреванию до температуры порядка 68-72 °C, для увеличения срока хранения. Считается, что пастеризация ухудшает вкус.[17]

1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПИВА

В настоящее время не существует единой системы классификации пива во всём его разнообразии. Мнения американских и европейских авторов несколько расходятся в этом вопросе.

Согласно ГОСТ 51174-2009 Пиво. Общие технические условия. пиво изготавливают[7]:

1. По типу:

- светлое;

- темное.

2. По способу обработки:

- не пастеризованное;

- пастеризованное;

- нефильтрованное осветленное;

- нефильтрованное неосветленное.

Светлое пиво производиться из светлого или средней цветности солода. В солод могут добавлять несоложенные материалы: пшеницу, овес, рожь, рис, кукурузу (сечка, крупа, мука, оболочки), мука картофельная, банановая, каштановая, из проса, сорго, маниока и сахар. [2]

Темные сорта производятся из темного карамельного солода, который получается при его поджаривании, и сахар в нем карамелезуется. Для этих сортов хмеля используется меньше. [2]

Многие источники по-разному трактуют классификацию пива. В целом пиво различают[17]:

1. В зависимости от экстрактивности начального сусла:

- светлое – 8-13%,

- темное – 11-23%

2. По способу обработки:

- пастеризованное

- непастеризованное

3. В зависимости от особенностей производства:

- безалкогольное;

- слабоалкогольное;

- крепкое;

- специальное (с применением вкусовых и ароматических добавок).

Кроме того пиво можно классифицировать по способу брожения.

Эль – тип пива, производимый быстрым верховым брожением при высокой температуре.

Лагер – тип пива, при изготовлении которого используется низовое брожение с последующей ферментацией.

Ламбик – тип бельгийского пива. Готовится методом самопроизвольного брожения в бочках, которые использовались ранее для выдержки вин. После варки сусло перекачивается в винные бочки. Брожение происходит за счет находящихся на стенках бочек и в воздухе микроорганизмов, в основном диких дрожжей. Основное брожение длится неделю. Затем пиво выдерживается в течение нескольких лет. Особенность спонтанного брожения заключается в том, что при производстве ламбиков не используются пивные дрожжи. Их роль выполняет бактерия, содержащаяся в воздухе региона долины реки Зенне, находящегося к западу от Брюсселя.[17]

Отдельным видом выделяют пшеничное пиво.

Пшеничное пиво (Вайцен, Вайсбир, нем. Weizen, Weissbier, нидерл. witbier) — ферментированое пшеничное пиво верхового брожения с содержанием алкоголя от 5 до 5, 4 %. Имеет фруктовый пряный вкус и распространён особенно в Баварии и Южной Германии. Это, как правило, мутное (нефильтрованное) и светлое пиво. Но бывает и фильтрованное пшеничное пиво (Кристаллвайцен, нем. Kristallweizen) и тёмное пшеничное пиво (Дункельвайцен, нем. Dunkelweizen). Помимо наличия пшеничного солода отличается тем, что для приготовления пива используют метод дображивания в бутылке. [18]

1.5. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПИВА

Согласно ГОСТу 51174-2009 по органолептическим показателям пиво должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 4.

Таблица 4 – Органолептические показатели качества пива [7]

По физико-химическим показателям светлое пиво должно соответствовать требованиям в таблице 5, темное пиво – в таблице 6, пшеничное – в таблице 7.

Таблица 4 – Физико-химическим показатели светлого пива. [7]

Таблица 6 – Физико-химическим показатели темного пива. [7]

Таблица 7 – Физико-химическим показатели пшеничного пива. [7]

Органолептические, физико-химические показатели пива, пищевую ценность. Сроки годности, обусловленные особенностями используемого сырья, технологии производства и условиями розлива, устанавливает изготовитель в технологической инструкции на пиво конкретного наименования, утвержденной в установленном порядке.

Концентрация дрожжевых клеток в нефильтрованном пиве, млн/см³, не более:

- неосветленном – 2, 0;

- осветленном – 0, 5.

Содержание токсичных элементов, N-нитрозаминов, радионуклидов, а также микробиологические показатели пива не должны превышать норм, установленных нормативными правовыми актами Российской Федерации.

1.6 ДЕФЕКТЫ ПИВА

При производстве пива могут возникнут следующие виды дефектов.

1. Дефект внешнего вида.

Помутнение пива:

- Кристаллическое помутнение легко идентифицировать путем микроскопирования по наличию кристаллов щавелевокислого кальция, выпадающих на дно и имеющих форму октаэдров. Дефект можно легко устранить фильтрованием.

- Белковые помутнения возникают при использовании солода с повышенным содержанием белков, а также при нарушении режимов затирания и кипячения сусла с хмелем. Помимо белков, содержание которых в пиве очень незначительно, в образовании мути могут участвовать полипептиды, полифенолы и другие соединения. Различают обратимые и необратимые белковые помутнения.

- Металлобелковая муть — результат коагулирования белков при соприкосновении пива с незащищенным металлом оборудования — оловом, железом, медью. При этом искажаются вкус и цвет пива.

- Клейстерная (декстриновая) мутъ бывает в пиве, приготовленном на сусле из недоосахаренного затора, если промывка дробины велась очень горячей водой. Обнаруживается эта муть йодной пробой. Пиво с таким дефектом легко инфицируется сарциной.

- Смоляная муть. Причиной являются хмелевые смолы и воски, которые при резком охлаждении или сотрясении образуют капельки, адсорбирующие на своей поверхности белки и другие вещества.

- Бактериально-дрожжевое помутнение — наиболее часто встречающийся дефект пива. Его могут вызывать дикие дрожжи, развивающиеся при повышенных температурах хранения и наличии в пиве несброженного экстракта. Содержание в пиве избытка кислорода обусловливает развитие аэробных микроорганизмов, особенно уксуснокислых и молочнокислых бактерий, в результате чего пиво не только сильно мутнеет, но и прокисает. Тщательное фильтрование сусла и пива, ограничение доступа воздуха при розливе, соблюдение санитарно-гигиенических требований в процессе выработки, хранение при низкой температуре — основные меры предупреждения дрожжевой и бактериальной опалесценции.

2. Дефекты вкуса.

К дефектам вкуса относят излишнюю, иногда жгучую горечь пива, которая может быть обусловлена продуктами автолиза дрожжей (тирозолом), некачественным переложенным солодом, окисленными горькими и дубильными веществами хмеля, повышенным содержанием сернокислых и магниевых солей в воде и другими причинами. Также дефектами вкуса являются повышенная сладость и хлебный вкус, появляющиеся в слабовыброженном пиве, излишне кислый вкус — результат скисания пива. При плохой промывке аппаратуры после дезинфекции пиво приобретает фенольный или хлорный запах. Если для получения пива использованы дрожжи, зараженные сарцинами, то напиток приобретает медовый привкус из-за образования в нем диацетила. Наиболее неприятные, а порой отвратительные вкус и запах (солнечный привкус) имеет пиво, подвергшееся действию ультрафиолетовых лучей. Этот дефект является результатом фотохимического воздействия на сульфагидрильные группы экстрактивных веществ, в результате чего образуется этилмеркаптан. [19]