Пиво - это однородная жидкая смесь, состоящая из воды, спирта, СОг,ароматических и вкусовых веществ, взаимно растворимых друг в друге.
Перегонкой можно разделить смеси, компоненты которых при одном и том же давлении имеют различные температуры кипения, и разделются на легколетучие и труднолетучие [7]. При давлении 1 бар вода имеет температуру кипения 100 °С, а спирт - 78,3 °С, но они начинают испаряться при более низких температурах [3, 11]. Перегонка спирта из пива под атмосферным давлением приводит к ухудшению его вкусовых качеств, так как процесс идет при высоких температурах. Исходя из этого, термические способы удаления спирта осуществляются в щадящем режиме, под вакуумом, в разряженном пространстве под абсолютным давлением 0,04 - 0,2 бар, благодаря чему процесс может протекать при температурах 30 - 55 °С, при этом вкусовые качества полученного пива зависят от температуры и длительности теплообработки [6]. Температура и длительность процесса обратно пропорциональны друг другу.
Во всех методах термического удаления спирта используются вакуумноперегонные аппараты с различными конструктивными особенностями теплопередачи [8, 12]. Для вакуумной перегонки используются:
- вакуумные перегоночные установки;
- выпарные аппараты с нисходящим движением жидкости;
- многоступенчатые перегоночные колонны;
- трех ступенчатые пластинчатые испарители;
- центробежные испарители.
На Рис. 1.5 показана схема вакуумной перегоночной установки.
Рисунок 1.5 Схема вакумной перегоночной установки
В этой установке подлежащее деалкоголизации пиво нагревается в пластинчатом теплообменнике (1) до 45° С и направляется в эпюрационную колону (2), при входе в которую давление пива падает. При этом из пива испаряются легколетучие ароматические компоненты, которые позднее вновь добавляются к пиву в рекомбинационной емкости (5). В вакуумной спиртовой колонне (3) при 55° С пиво освобождается от спирта, который осаждается в оросительном конденсаторе (6). Безалкогольное пиво охлаждается до 4° С на регенерационном теплообменнике (1), а затем до 0 - 1°С (4), и поступает в рекомбинационную емкость (5), где вновь смешивается с легколетучими ароматическими веществами.
Чтобы достичь определенного выравнивания вкуса, содержание спирта снижают до 0,3% об., а потом поднимают до разрешенных 0,5% об. путем добавки пива на стадии завитков, молодого пива или готового к розливу пива. Таким образом, ароматические вещества вновь попадают в пиво и отчасти востановливают вкус.
1.3 Технологические способы подавления образования спирта
Другая возможность приготовления безалкогольного пива состоит в том,
чтобы не проводить спиртовое брожения вообще или прерывать его тогда, когда концентрация спирта еще низка. Проблема в том, что в этом случае вкус сусла не изменяется в сторону вкуса пива. Возникает смесь сусла и пива со сладковато-бумажным привкусом.
Пивное сусло и пиво, совершенно разные продукты по химическому составу и органолептическим свойствам. Но качество готового безалкогольного пива в определенной степени зависит от технологии получения сусла, а именно от состава засыпи, гидромодуля, способа затирания, длительности кипячения, способа охмеления сусла и сортов хмеля. И для того, чтобы получить безалкогольное пиво со степенью сбраживания 10 - 20 % похожее на классическое пиво, надо регулировать химический состав сусла при его приготовлении, и создавать оптимальные условия при брожении, для образования максимального количество вторичных продуктов метаболизма дрожжей. Основные процессы, протекающие при приготовлении пива - это ферментативные, биохимические и химические, и для того, чтобы управлять этими процессами, необходимо подробнее рассматривать их.
Целью затирания является перевод из солода или смеси солода и несоложеных материалов в растворимое состояние максимального количества веществ. Данный процесс катализируется ферментными системами, которые накопились в солоде во время солодоращения и остались в нем после сушки. В процессе затирания участвуют цитолитические, протеолитические и амилолитические ферменты [13].
Расщепление клеточных стенок. Главными соединениями, входящими в состав клеточных стенок, являются гемицеллюлоза, гумми-вещества и белки. Гумми-вещества являются продуктами расщепления гемицеллюлозы и имеют сходную структуру. Они на 80 - 90% состоят из глюканов и на 10 - 20% из пентозанов. И только их гидролиз позволяет осуществить гидролитическое расщепление крахмала эндосперма. Изменение клеточных стенок, называемое также цитолизом, вызывается цитолитическими и протеолитическими ферментами [25].
Для расщепления р-глюканов, которые состоят из остатков глюкозы, соединенных между собой р-1,3 и р-1,4-связами, необходим ряд ферментов: эндо-р-1,3-глюканазы, эндо-р-1,4глюканазы, целлобиаза и ламинарибиаза (два последних не играют существенной роли) [14]. Имеется также Р-глюкан- солюбиаза, которая может гидролизовать эфирные связи между белком и Р- глюканом. Для расщепления содержащихся в гемицеллюлозах пентозанов также требуется комплекс ферментов, состоящий из эндоксиланаз, экзоксиланаз, арабинозидаз и ксилобиаз [26]. Оптимальные условия для приявление активности ферментов приведены в таблице 1.1.
| Оптимальные условия для действия цитолитических ферментов | |||
| Фермент | рН-оптимум | Температурный оптимум, °С | Температура инактивации,°С |
| Эндо-р-1,4-глюканаза | 4,5-4,8 | 40-45 | 55 |
| Эндо-В-1,3-глюканаза | 5,5 | 60 | 70 |
| Р-глюкан-солюбиаза | 6,6 - 7,0 | 62 | 73 |
| Эндо-ксилаза | 5,0 | 45 | 55 |
| Экзо-ксилаза | 5,0 | 45 | 55 |
| Арабинозидаза | 4,6-4,7 | 40-50 | 60 |
Таблица 1.1
Расщепление азотосодержащих веществ. Расщепление белков для приготовления безалкогольного пива имеет такое же важное значение, как и расщепление крахмала. Белковые вещества влияют на полноту вкуса пива, на его гармоничность и округлость, связаны с пенообразованием пива, они действуют как буферные и красящие компоненты, служат необходимым компонентом питания дрожжей и могут вызвать нежелательные помутнения в пиве. Азотосодержащие вещества, содержащиеся в солоде, а далее и в заторе представлены смесью соединений от нативного, частично нерастворимого белка ячменя до простейших элементов белковой молекулы - аминокислот [20, 27].
' Белки, содержащиеся в исходном ячмене, подразделяются на:
- альбумины, растворимые в воде и разбавленных солевых растворах;
- глобулины, растворимые в слабых растворах солей;
- проламины, растворимые только в 50 - 90 % этаноле;
- глютелины, растворимые только в щелочах.
Наряду с этими белками имеется целый ряд протеидов, представляющих собой соединения белка с группами других веществ, например гликопротеиды, фосфопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды, которые с технической точки зрения оказывают существенное влияние на органолептические качества пива [31].
В отличие от крахмала, расщепление белка синтезируют не два определенных фермента, подобно а- и Р-амилазам, а многообразный комплекс протеолитических ферментов, действующих в различных условиях.
Цель расщепления белков заключается, в том, чтобы получить такое количество свободного аминного азота, которое гарантирует активный рост
дрожжей и, тем самым, образование нормального спектра побочных продуктов брожения [26]. Кроме того, нужно получить достаточное количество высокомолекулярных белковых соединений с молекулярной массой 10 ООО - 60 ООО Да, наличие которых способствует хорошему пенообразованию. А также расщеплять высокомолекулярные белки с молекулярной массой более 60 ООО, которые активно участвуют при образовании мути в пиве [30].
Слишком глубокое расщепление белков приводит к снижению содержания пенообразующих белков, которые также обеспечивают свежесть и полноту вкуса [31].
Недостаточное расщепление белков приводит к снижению аминного азота в сусле, а далее медленному брожению и дображиванию, в результате чего образуются нежелательные побочные продукты брожения. Кроме того, высокомолекулярные белки вызывают помутнение в пиве, тем самым ограничивая его коллоидную стабильность [34].
Расщепление крахмала. При амилолизе происходит расщепление крахмала, помимо мальтозы возникают моносахариды, трисахариды, олигосахариды и предельные декстрины.
Крахмал состовляет 97% массы крахмальных зерен, остальные 3% — белки, жиры, минеральные вещества. Основная часть крахмальных зерен состоит из двух полисахаридов - амилозы (17 - 25%) и амилопектина (75 - 83) [35 ].
Качество пива также зависит от дозировки, сортов хмеля и режима его внесения. Дозировка хмеля, прежде всего, зависит от вида изготавливаемого пива. Обычно светлое пиво охмеляют больше, чем темное, а крепкое (содержание СВ в начальном сусле более 13%) - больше, чем слабое (содержание СВ в начальном сусле менее 13%) [49]. Но безалкогольное пиво нельзя рассматривать по этому принципу, так как в безалкогольном пиве содержание хмелевой горечи и аромата должно быть достаточно высоким, чтобы отчасти компенсировать низкую концентрацию начального сусла, нехватку побочных продуктов брожения и спирта [42].
Охмеленное сусло, свободное от взвесей, является промежуточным продуктом, который перерабатывается в пиво брожением, осуществляемым с помощью пивных дрожжей.
Существует несколько способов классификации пивных дрожжей, базирующихся на их метаболизме и генетических свойствах. По поведению дрожжей в сусле их подразделяют на хлопьевидные и пылевидные. По температурному оптимуму все дрожжи разделяют на дрожжи верхового и низового брожения.
Верховые дрожжи сбраживают раффинозу на одну треть и образуют на поверхности сбраживающейся жидкости неосаждающуюся суспензию, имеющую вид плотной пены. Поэтому дрожжи этой группы получили название верховых, а пиво, для производства которого их применяют, называют пивом верхового брожения. Процесс брожения верховыми дрожжами ведут при температуре 10-25 °С, при температуре ниже 10 °С он прекращается, после чего дрожжи оседают на дно.
Низовые дрожжи сбраживают раффинозу полностью. После сбраживания дрожжи агрегируются в виде хлопьев и оседают на дно бродильного аппарата. Поэтому их называют низовыми дрожжами, а получаемое пиво - пивом низового брожения. Сбраживание низовыми дрожжами протекает при температуре 6 - 13 °С и прекращается при 0 °С [50].
Сбраживание и созревание пива происходит на многих пивоваренных предприятиях по классическому способу в бродильном и лагерном отделениях. На предприятиях, оснащенных современным оборудованием, брожение и созревание проводится в цилиндроконических танках (ЦКТ).
Важнейшим моментом в пивоварении является сбраживание дрожжами углеводов содержащихся в сусле, в этанол и диоксид углерода. Процессы, протекающие при сбраживании, можно только условно разделить на процессы главного брожения и процессы созревания, так как они переходят друг в друга. Все процессы, протекающие при брожении и созревании, необходимо рассматривать как единое целое [51].
При этом особую роль играет то, что во время брожения в процессе метаболизма дрожжей возникают побочные продукты, многие из которых снова распадаются. Эти побочные продукты брожения, наряду с составными частями хмеля, в значительной мере определяют вкус и аромат пива [52].
Исходя из природы синтеза высших спиртов, можно сказать, что чем больше дрожжи потребляют аминокислот и сахаров, тем больше образуется высшие спиртов. Таким образом, синтез высших спиртов прямо связан с ростом дрожжей [41].
Сложные эфиры дают фруктовые и цветочные ароматы. Гармоничное
сочетание всех запахов свидетельствует о высоком качестве пива. Между тем
существуют некоторые сорта пива, для которых характерен тот или иной аромат. Примером таких сортов является пиво верхового брожения с фруктовыми ароматами (пшеничное пиво ламбикского типа). В то же время некоторые запахи отрицательно сказываются на восприятии пива [87].
Эфиры, это группа веществ, которые формируются из спиртов и органических кислот не в дрожжевой клетке. Ключом синтеза эфиров является ацетил-КоА.
R*OH+ RCOOH= RCOOR* + Н20 Наиболее часто встречаемым эфиром в пиве является этилацетат (аромат растворителя), образующийся из этанола и ацетил-КоА. Ацетил-КоА является продуктом окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Другим эфиром, важным для формирования вкуса пива, является изоамилацетат (фруктовый, грушевый аромат), образующийся путем реакции ацетил-КоА с 3-метилбутанолом.
Не существует прямой взаимосвязи между ростом дрожжей и синтезом эфиров. Реакцию образования эфиров катализирует фермент ацил- алкогольтрансфераза (ААТ), следовательно, синтез эфиров будет зависеть от наличия высших спиртов, органических кислот, соединений ацетил-КоА, а также от активности фермента ААТ [41].
Методом газовой хроматографии в пиве было обнаружении до 60 разных эфиров, но только 6 из них играют важную роль для формирования сенсорного профиля пива: изоамилацетат, этилацетат, изобутилацетат, L-фенилацетат, этилкапроат, этилкаприлат.
Как двуокись серы, так и сероводород являются промежуточными продуктами биосинтетического пути, ведущего от неорганического сульфата к серосодержащим аминокислотам: цистеину и метионину. Образование сернистого газа и сероводорода происходит тогда, когда восстановительные реакции, ведущие к образованию сульфита и сульфида, протекают быстрее, чем включение серы в цистеин и метионин.
Образование этих соединений сильно зависит от штаммовых характеристик дрожжей [70].
Технологии безалкогольного пива К способам подавления образования спирта относятся:применение иммобилизированных дрожжей;
□ сбраживания специальными дрожжами;
□ прерывание брожения при концентрации спирта ниже 0,5% об.;
□ метод контакта дрожжей с суслом при низких температурах.
Сбраживание сусла иммобилизированными дрожжами является одним из технологических методов подавления образования спирта
является использование иммобилизированных дрожжей (ИММОКОН). Под
иммобилизацией дрожжей понимают закрепление дрожжей на каком-либо
носителем [91, 120]. Закрепление дрожжей на подходящем носителе дает
возможность контролируемо использовать ферментативный потенциал дрожжей - особенно в экспоненциальной и стационарной фазе брожения.
В процессе производства безалкогольного пива ИММОКОН сусло сначала фильтруется, а температура регулируется перед прокачиванием через модули ИММОКОМ. Температура сусла на входе в модуль обычно составляет 1 - 4°С, при которой спиртовое брожение под воздействием дрожжей блокируется, однако восстановительные ферментные системы в дрожжевых клетках сохраняют свою активность. Таким образом, восстанавливаются «сусловые» карбонильные соединения и продукт приобретает пивной аромат. Содержание спирта в готовом продукте обычно находится на уровне 0,05% [47].
Технология производства безалкогольного пива ИММОКОМ представляет собой альтернативу некоторым другим процессам производства безалкогольного пива. В тех процессах, где спирт удаляется из обычного пива (обратный осмос, диализ, дистилляция), капиталовложение и эксплутационные затраты значительно выше.
На Баварском пивзаводе Lie shout/NLэтим способом ежегодно изготавливается 800 000 гл безалкогольного пива.
Сбраживание сусла специальными штаммами дрожжей состоит в том, чтобы использовать для брожения не обычные дрожжи, а штамм Saccharomycodes lubwigii,который может сбраживать фруктозу и глюкозу, но не в состоянии расщеплять и потреблять мальтозу. Концентрация спирта не возрастает выше 0,5% об. Такое пиво содержит много сахаров и имеет сладкий вкус [42].
При приготовлении безалкогольного пива, кроме штамма Saccharomycodes
lubwigii,также можно использовать дрожжи с дефектом в синтезе ферментов
лимоннокислого цикла [83].
Прерывание брожения при концентрации спирта ниже 0,5% об. Такое пиво зачастую варится с начальной экстрактивностью 9-11% при пониженной норме внесения хмеля и сбраживается до содержания спирта 0,5% об. (видимая степень сбраживаемости около 10%). Общую низкую степень сбраживания можно достигнуть путем применения:
. метода затирания со скачкообразным нагреванием затора;
. добавлением к затору пивной дробины в качестве вкусового компонента.
В последнем случае 15%-ный затор затирается в течение 60 или 80 мин при 40° С. Затем он перекачивается к кипевшей в течение 30 минут отварке из дробины, так что температура всего затора повысится до 72° С. После 30-45минут осахаривания затор нагревают до 76° С и перекачивают на фильтрование.
Брожение проводится при температуре ниже 8 °С до содержания спирта менее 0,5% об. и прерывается путем:
. отделения дрожжей центрифугированием;
. фильтрования;
. пастеризации в потоке.
После этого пиво в течение еще не менее 10 дней созревает при 0 - 1 °С во избежание появления неприятного сернистого привкуса, а затем фильтруется, карбонизируется, стабилизируется и стерилизуется.
Метод контакта дрожжей с суслом при низких температурах В данном методе сусло при температуре 2° С тщательно перемешивается с пивными дрожжами. В таких условиях дрожжи практически не образуют спирт, но протекающие в них жизненные процессы приводят к появлению пивного аромата и исчезновению вкуса сусла. К таким процессам относятся поглощение определенных органических кислот, адсорбция ароматических веществ хмеля и образование эфиров. Важно, что при этом уменьшается количество карбонильных соединений (носители вкуса сусла) [42].
Приготовление безалкогольного пива сорбционно-термическим методом Известен способ получения безалкогольного пива на основе пива, полученного традиционными способами, по которому пиво, содержащее спирт, адсорбируют в колоннах с твёрдым адсорбентом, содержащим гидрофобный цеолит типов MFI, J3,T, богатых кремнеземом. Затем отделяют жидкую фазу от адсорбента, проводят термическую десорбцию адсорбированных продуктов с помощью диоксида углерода и их последующее восстановление. Далее отделяют дистиллят и водную фазу, содержащие натуральные ароматические вещества пива. Безалкогольное пиво получают путём смешивания жидкой фазы, полученной на первоначальном этапе адсорбции и водной фазы, содержащей натуральные ароматические вещества. Дополнительным этапом производства безалкогольного пива является насыщение диоксидом углерода [Патент]. Полученное безалкогольное пиво по своим органолептическим свойствам будет отличается от исходного, так как, похожие изменения этилового спирта будут претерпевать высшие спирты и эфиры, поскольку по своим физико-химическим свойствам они очень похожи. Безалкогольное пиво «Пивко»
Способ заключается в приготовлении затора, отбора из него во время фильтрации первого сусла, его кипячению в течение 30 - 60 мин, разбавлении водой при температуре 78 - 100°С до массовой доли сухих веществ 3,7 - 3,8 %, добавлении лимонной кислоты в определенном количестве для компенсации щелочности и для придания полноты вкуса суслу и пиву [100].
Далее приготовленное таким образом сусло кипятится с хмелем в течение
1,5-2 ч. Охмеленное сусло после отделения хмеля, осветления и охлаждения
поступает на брожение. При снижении видимого экстракта до 3,4 - 3,7 % молодое пиво передают на дображивание при 2 - 3°С. После дображивания пиво обрабатывается обычным способом. Технологический способ производства безалкогольного пива, предусматривающий термическую обработку Для повышения органолептических свойств готового пива при разделении сусла после его фильтрации отбирают первое сусло из расчёта содержания сбраживаемых углеводов в смеси 1% и вводят в эту часть сусла хмель в количестве 10-15% от общего расхода, а вторую часть сусла охлаждают до 26-28°С, вносят в неё пивоваренные дрожжи и культивируют их в притоке сусла при аэрировании до полного потребления ими сбраживаемых углеводов, после смешивания в смесь добавляют оставшееся количество хмеля и подвергают её кипячению с последующим отделением хмеля от сусла, а карбонизацию пива осуществляют путём введения в охлаждённое сусло жидких пивоваренных дрожжей и выдержки в их присутствии, при этом после карбонизации пиво фильтруют [22].
Биохимические методы
В определенной степени биохимические методы могут быть отнесены и к технологическим, однако суть их заключается в направленном регулировании метаболизма дрожжей. При этом учитывается уникальность дрожжей S.cerevisiae, которые обладают двумя путями энергетического метаболизма углеводов: аэробным - в результате реализации которого осуществляется синтез биомассы, и анаэробным - конечными продуктами в котором являются диоксид углерода и этиловый спирт. Одновременно с этим образуется большое количество побочных продуктов брожения и дыхания, от массовой доли которых зависит сенсорный профиль пива [94, 96]. Между тем именно вторичных метаболитов в безалкогольном пиве явно недостаточно, в результате чего к такому напитку потребитель предъявляет определенные, вполне обоснованные претензии.
Образование всех важных соединений для формирования вкуса и аромата пива связано с окислительно-восстановительными процессами в клетках и ростом дрожжей [90]. В данный момент известно более 800 компонентов, участвующих в формировании сенсорного профиля пива, основными из них являются высшие спирты, органические кислоты, эфиры, вициальные дикетоны и сернистые соединения. Синтез этих соединений и концентрация их в пиве определяется составом сусла и штаммовыми особенностями дрожжей. Важное значение также имеют такие технологические параметры процесса, как температура и давление [99]. При этом первостепенное значение имеют такие параметры процесса, как концентрация растворенного в среде кислорода и массовая доля сбраживаемых сахаров в сусле [100].
|
|
Таким образом, для уменьшения биосинтеза этанола необходимо снижать уровень сбраживаемых сахаров и увеличивать интенсивность аэрации сусла. При этом следует иметь в виду, что изменение метаболизма углеводов дрожжей влечет за собой изменение сенсорного профиля пива. В пиве возрастет концентрация органических кислот, таких как молочная, янтарная, щавелевоуксусная, лимонная (три последних являются промежуточными продуктами цикла трикарбоновых кислот). Также возрастёт количество высших спиртов и альдегидов, причем в последнем случае это связано со снижением активности алкогольдегидрогеназы, чувствительной к кислороду [92]. Естественно, что при увеличении расхода воздуха на аэрацию сусла возрастёт синтез диацетила. Следовательно, основной задачей при использовании данного метода является достижение определенного компромисса между синтезом биомассы и интенсивностью спиртового брожения.
Помимо вышеуказанных параметров, метаболизм дрожжей, а, следовательно, и синтез сенсорно значимых компонентов можно регулировать с помощью температуры и давления, как в процессе главного брожения, так и при дображивании.
Данный способ является одним из доступных способов приготовления безалкогольного пива при малых капиталовложениях. Но лишь воздействием на метаболизм углеводов при брожении с помощью разных параметров невозможно достичь желаемого результата. Так как, главным образом не количественный, а именно качественный состав вторичных продуктов гарантирует достижение высоких органолептических свойств продукта.
В последнее время уделяется большое внимание производству
безалкогольного пива. В связи с этим проводятся исследования с целью получения пива не только с низким содержанием алкоголя, но и с хорошими органолептическими характеристиками.
В этом направлении были выполнены исследования. Авторы пытались добиться поставленных задач либо с помощью физических методов, либо регулированием состава сусла при затирании, либо иммобилизованными дрожжами, но для получения высококачественного безалкогольного пива необходимо предпринять комплексные меры по улучшению органолептических показателей.
На основе теоретических данных, для приготовления безалкогольного пива технологическими методами были сделаны следующие выводы:
-начальная экстрактивность сусла должна быть относительно низкой;
-засыпь должна включать в себе карамельный солод;
-при затирании надо регулировать состав сусла, с помощью гидромодуля затора, pH, длительности температурных пауз и способа затирания;
-кипячение сусла должно быть достаточно долгим, чтобы из него успели испариться характерные для сусла ароматические вещества, особое внимание необходимо обратить на летучие карбонильные соединения (альдегиды), которые являются носителями суслового вкуса;
-должен быть правильно выбран штамм дрожжей по критерию образования побочных продуктов;
очень большую роль играет величина pH такого пива. При степени сбраживаемости 10 - 15% pH пива будет порядка 4,8 - 5,0, что способствует проявлению суслового вкуса. Во избежание этого, надо предпринимать меры для корректировки pH.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 228.
