Дипломная работа: Разработка стратегии модернизации производства пива на малом предприятии

β - Глюкан представляет собой соединение, входящее в состав клеток ячменного зерна наряду с белковыми веществами, целлюлозой и гемицеллюлозой. Высокомолекулярный β - глюкан имеет склонность к гелеобразованию при определенных условиях, способен вызвать повышение вязкости пива и препятствовать последующему фильтрованию затора. Бахромчатые мицеллы β - глюкана – это вытянутые незакрученные молекулы, которые не ветвятся. Многие из них ассоциированы, связаны водородными мостиками. Подобное состояние способствует их растворимости, что характерно для начала затирания.

По мере клейстеризации структура зерен крахмала разрушается, при этом частично связанные в поперечном направлении бахромчатые мицеллы освобождаются. Эндо-β-глюканаза может расщеплять сшитые бахромчатые мицеллы на β - глюкан (оптимальная температура составляет 45 – 50 0С). Удлинение паузы при оптимальной для действия указанного фермента температуре большая часть β - глюкана переводится в растворимую форму, что уменьшает опасность гелеобразования.

Расщепление белковых веществ катализируется солодовыми протеазами. При затирании происходит распад в среднем 30 – 40 % от общего содержания белков в солоде и ячмене. Определяющим является не количество перешедших в сусло белковых веществ, а соотношение отдельных их фракций, которое должно удовлетворять наиболее благоприятным для дальнейшего сбраживания и качества готового пива условиям.

Наибольшая часть высокомолекулярных протеинов выпадает в осадок не позднее окончания кипячения сусла. В пиво попадают только продукты расщепления, которые необходимы для размножения дрожжей и быстрого сбраживания. Расщепление белков при затирании идет в широком интервале температур: 40 – 70 0С, - не ограниченном температурой пептонизации от 45 до 55 0С, хотя при этой температуре процесс протеолиза белков происходит наиболее интенсивно. При этих температурах и рН затора из комплексов протеолитических ферментов солода действует главным образом кислая протеиназа (эндопептидаза), которая сравнительно стабильна при высоких температурах, и ее рН-оптимум близок к рН затора.

Принципиально ферментативное расщепление под действием эндопептидаз солода имеет вид:

белокпептоны полипептидыдипептидыаминокислоты.

Процесс ведется таким образом, чтобы в сусло при затирании переходили определенные белки в необходимом соотношении, которое (в %) имеет вид: А:В:С = 25:15:60. Пептоны и полипетиды, представляющие фракцию В, обусловливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты фракции С необходимы как компоненты питательной среды дрожжей. Аминокислоты имеют важное значение для питания дрожжей (последние потребляют как минимум 10 – 14 мг α – аминного азота на 100 мл сусла). Так как пролин не используется дрожжами в качестве α – аминокислоты , в сусле должно содержаться α – аминного азота не менее 20 мг на 100 мл. Высокомолекулярные продукты гидролиза, составляющие фракцию А, влияют на стойкость пива. Недостаточный гидролиз белка ведет к снижению органолептических свойств готового пива и стойкости при хранении.

Высокомолекулярные продукты распада белков ячменя, подобно альбуминам и глобулинам, не выделяются из раствора во время кипячения и называются стойко растворимыми белками сусла. Эти белки при кипячении их растворов в дальнейшем коагулируют. Фракцию растворимых белков составляют коагулируемые белки, стойко растворимый белок, настоящие растворимые белковые вещества и продукты белкового расщепления.

Наряду с белками, перешедшими в сусло под действием протеолитических ферментов, другая их часть растворяется при высоких температурах под влиянием присутствующих в сусле солей. Одновременно растворенные в сусле белки в процессе затирания частично осаждаются в результате нагревания затора, а также реакции белков с полифенольными веществами из оболочек зерна.

Растворы белков обладают типичными свойствами гидрофильных коллоидов. Белки, растворимые в воде, при нагревании превращаются в нерастворимые (гидрофобные) и затем коагулируют.

При затирании часть содержащихся в зерносырье липидов расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Наряду с ферментативным значительную роль играет и окислительное расщепление химически активных ненасыщенных жирных кислот, которые под действием липоксигеназы и кислорода превращаются в промежуточные продукты, способные позднее в виде карбонилов старения влиять на стойкость вкуса пива. С самого начала приготовления сусла необходимо максимально ограничить влияние кислорода.

При затирании растворяются и насыщенные жирные кислоты, составляющие значительную часть жиров, содержащихся в зернах крахмала (амилопластах) в количестве 5 – 7 %.

К прочим процессам при затирании относится растворение части еще нерастворенных органически связанных фосфатов под действием ферментов фосфатаз, а также выделение дубильных веществ и антоцианогенов из оболочек и эндосперма зернового сырья при увеличении длительности и температуры затирания.

Высокомолекулярные дубильные вещества и антоцианогены играют существенную роль при образовании в пиве помутнений, – они связываются с высокомолекулярными белковыми веществами и выпадают в осадок. Кроме того, они оказывают негативное влияние на вкус пива. Низкомолекулярные дубильные вещества своим редуцирующим действием оказывают положительное влияние. Эта редуцирующая способность может быть достигнута уже при фильтровании затора при условии исключения внесения кислорода.

3.2.2 Процессы, протекающие при фильтровании затора

Процесс, протекающий на стадии фильтрования первого сусла, является преимущественно физическим. При обработке дробины водой протекает конвективная диффузия и некоторые химические процессы, главным образом, обменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает с 5,7 до 6,2. Это ведет к интенсификации растворения полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов, что повышает цветность пива и может привести к ухудшению его вкусовых свойств.

Фильтрование затора подразделяется на две стадии: собственно фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание – вымывание экстракта, задерживаемого дробиной. На скорость фильтрования влияет состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании в фильтрационном аппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора, а также специальная фильтровальная перегородка, представляющая собой металлический перфорированный диск. Солод и ячмень, имеющие рекомендуемый состав помола, дают рыхлый, легкопроницаемый слой.

На скорость фильтрования также существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 °С во избежание инактивации α - амилазы, которая завершает доосахаривание остатков крахмала. Кроме того, более высокая температура способствует увеличению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива. В щелочной воде легко растворяются дубильные и горькие вещества оболочек, но при длительном экстрагировании даже вода нормального состава извлекает из оболочек вещества, обусловливающие неприятный вкус пива.

3.2.3 Процессы при кипячении сусла с хмелем

Кипячение сусла с хмелем сопровождается протеканием следующих процессов:

- выпаривание воды с доведением массовой доли сухих веществ до определенной величины;

- стерилизация сусла;

- инактивация ферментов;

- растворение и превращение компонентов хмеля;

- образование и коагуляция конгломератов белковых и дубильных веществ;

- повышение цветности сусла;

- наращивание кислотности сус