Совершенствование способа приготовления пивного сусла

УДК 663.423

Совершенствование способа приготовления пивного сусла

Д. М. Бородулин,

д-р техн. наук;

ЕА. Сафонова,

канд. техн. наук; И.О. Миленький

Кемеровский

государственный университет

Введение. В связи с растущей конкуренцией, в течение последних лет в нашей стране наблюдается рост производства пива, приводящий к совершенствованию технологии и сокращению экономических затрат за счет внедрения более совершенных способов обработки сырья и уменьшения длительности технологических стадий с сохранением качества получаемого продукта [1].

Процесс охмеления пивного сусла при приготовлении пива оказывает существенное влияние на формирование специфических органолептиче-ских показателей готового продукта, а также на химическую и микробиологическую стабилизацию сусла [2]. Применяемые в промышленности способы проведения этого процесса не дают достаточно эффективного выхода экстрактивных веществ и специфических ароматических компонентов хмеля [3]. В связи с этим, исследования ученых направлены на разработку устройств, которые позволяют увеличивать производительность, экономично использовать сырье, снижать затраты на электроэнергию и сокращать время приготовления пива и пивных напитков. Решение данной проблемы может быть достигнуто с помощью внедрения современного оборудования и новых технологий [3].

Цель работы — исследование качественных показателей пива и пивного сусла, приготовленного по усовершенствованной технологии охмеления, позволяющей максимально извлекать горькие вещества из хмеля. Для достижения поставлен-

ной цели были определены следующие задачи:

• исследование закономерностей влияния технических и технологических параметров работы роторно-пульсационного аппарата (РПА) на процесс охмеления пивного сусла;

• совершенствование технологии охмеления пивного сусла, позволяющее сократить нормы внесения хмеля и уменьшить длительность стадии охмеления;

• анализ качественных показателей пива и пивного сусла, для приготовления которых был применен РПА перед стадией охмеления.

В ходе исследований были проанализированы существующие способы охмеления пивного сусла и выявлены существенные недостатки, которые позволили разработать усовершенствованный способ охмеления пивного сусла в РПА [4, 5]. Ротор и статоры, внешний и внутренний, — основные элементы конструкции аппарата [6]. В звеньях венца сделаны прямоугольные пазы. Соприкасаемые поверхности статора и ротора имеют коническое исполнение, зазор между ротором и статором изменяется с помощью регулировочных шайб. Поддержание температурного режима осуществляется с помощью тепловой рубашки со штуцерами для входа и выхода теплоносителя и термостата.

Применение данного аппарата в технологии получения хмелевого экстракта позволит добиться следующих эффектов: улучшения растворимости компонентов гранулированного хмеля и изомеризации горьких кислот; увеличения поверхности взаимодействия фаз и интенсивного экстрагиро-

ПИВО и НАПИТКИ

4•2018

'ТЕХНОЛОГИЯ

вания веществ за счет возникновения кавитационных зон.

Применение РПА для создания хмелевого экстракта дает ряд положительный улучшений по сравнению со стандартными способами производства:

• лучшее распределение частиц хмеля по всему объему сусла, приводящее к снижению вероятности их пригорания к стенкам перколя-тора сусловарочного котла;

• сокращение времени кипячения сусла с хмелем в сусловарочном котле значительно снижает вероятность его карамелизации, исключая появление дополнительного соответствующего аромата. Решение ранее поставленных задач было решено благодаря проведению ряда исследований, в ходе которых охмеление сусла происходило с применением хмелевого экстракта, приготовленного в РПА при заранее определенный параметрах. Значения независимы« факторов исследований приведены в таблице. Для получения хмелевого экстракта использовали неохмеленное пивное сусло с пивоваренного завода ООО «Бавария» (г. Кемерово), и гранулированный

Уровень Межцилиндровый зазор s, мм Температура обрабатываемой среды t, °С Частота вращения ротора n, мин1 Время обработки, т, мин

Низший 0,1 55 2000 1

Нулевой 0,3 70 2500 2

Верхний 0,5 85 3000 3

хмель сорта «Magnum» со значением а-кислоты 13 % (Словения).

Совершенствование технологии охмеления пивного сусла заключается в его кипячении с экстрактом в течение 1 ч, который вносили в две стадии: 50 % в момент закипания сусла — для экстракции горьких кислот, и 50 % за 30 мин до конца кипячения — для извлечения ароматических веществ. Результатом применения РПА для создания хмелевого экстракта стала более полная экстракция и изомеризация горьких веществ хмеля. В полученный пробах хмелевого экстракта и охмеленного пивного сусла определяли химические и качественные показатели: содержание изогумулона, полифенолов, таниновый показатель.

Изогумулон (И) — основная горькая пивная кислота в хмеле, которая образуется при изомеризации а-кислоты. Содержание изогумулона в ходе исследований определяли с помощью экстракционного метода [7].

МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ ВЫСТАВКА-ЯРМАРКА ВСЕХ ВИДОВ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ И СЫРЬЯ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

При псддец.«-*.? Торгов»-про^ь вплнИ nena rt Яраыыасч >дп »|нп. Aif-'niHiiíTpftjrtii г.Сячии Тс-эгаво-пэп^ыинкнмтгчлаги г Сочи

20-23 декабря, 2018

Сочи

основные разделы выставки:

продуй ги (WTlUKfl Mrc.míp. н№1вчнЛ4 продушен Мпргприлущы Фрути и Оавщи Кондитерские н v.ift г:': у.1 и-чн-=: í изделия. КансерЕЫ ¿етс>:св н д^тчч^ское питание. Спнщн, лрмфнк nniuHiiw aoóasmi чинщнщвры, полуфабрикаты 4,¡ü. кафе, мер. Спиртныл И б?1Л.'.рП'4?Пп|1ЫС НАПИТКИ. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛП П г i" rm DF П Ч И Xpfli'PHi'li ЦЮЛучт00 "КырШ*. СЛДОООДСЧЮ И ОГОЦОДмищ'СТри Тп[ю. íiVl.InílíliLi. ПфАиГрафнЧ. ЗпиЛШчС ин г KWfipeKTDfl 'id i 015 год.

Аудитория »мстили-flpHíjfHH:

' крупный гостиничнв- нурврт и ккомплекс Сочи и Южногорч гио«л;

• OnTDBve лму<1«т?ли к П0Те«ЦХ4Г*ЬНЬ|« njpliLípm MI Íd4,r ПрИ1НГЙККД1НХ ЮрОДИ м ппЬерршьеисоегднвя Р1еспу€лини АЬхаэин

• оптона и ро)я|«ни тергимч. дсщттэдти

Общее значение полифенолов в сусле определяли методом Ерумани-са. Методика определения танинового показателя основана на реакции сусла к серной кислоте и раствору танина [7].

Контрольным образцом служило пивное сусло, охмеленное классическим способом, заключающимся в кипячении сусла с хмелем выбранного сорта в течение 2 ч.

Результаты и их обсуждение. Проведенные исследования [7, 8] показали, что наибольшая экстракция изогумулона происходит при г = 85 °С, 5 = 0,3 мм = Сonst. Поэтому в дальнейших исследованиях их приняли за постоянное значение. При этих параметрах были проведены исследования зависимости извлечения изогумуло-на из хмелевого экстракта от времени его приготовления в РПА и частоты вращения ротора. В результате была построена поверхность отклика, изображенная на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость содержания изогумулона в хмелевом экстракте от времени приготовления и частоты вращения ротора в РПА при t = 85 °С и 5 = 0,3 мм

Рис. 2. Зависимость содержания изогумулона в охмеленном сусле от времени приготовления и частоты вращения ротора в РПА при t = 85 °С и 5 = 0,3 мм

Установлено, что увеличение частоты вращения ротора до 3000 мин-1 позволяет получить лучшие показатели по выходу горьких а-кислот из хмеля на всем промежутке времени, при этом И = 33,92 мг/дм3. При данных значениях частоты вращения ротора происходит возникновение низкочастотных упругих колебаний и кавита-ционной энергии. Приготовление хмелевого экстракта свыше 3 мин проводить не рационально, так как при этом извлечение изогумулона практически не увеличивается, однако значительно возрастают энергозатраты.

В результате обработки экспериментальных данных было получено регрессионное уравнение, описывающее зависимость содержания изогумулона в хмелевом экстракте от технических и технологических параметров работы РПА:

И (т, г, п) = -13,883 + 0, 743 т + + 0,00983 п + 0,00179т п + + 0,0000568 г п - 0,682 т2 -- 0,0000167 п2.

Критерий Фишера составляет Р = 4,4, а расчетный Рр = 4,314, следовательно, полученная модель считается адекватной, так как Р > Рр.

Следующим этапом стало изучение пивного сусла, охмеленного с помощью хмелевого экстракта. На рис. 2 приведена поверхность зависимости содержания изогумулона в пивном сусле, охмеленном хмеле-

вым экстрактом, полученным при t = 85 °С, s = 0,3 мм = Const. Видно, что при частоте вращения ротора РПА n = 3000 мин-1 и времени обработки в нем т = 3 мин достигаются максимальные показатели изогумулона в сусле (И = 64,44мг/дм3) при его охмелении экстрактом.

Сравнивая результаты в контрольном и экспериментальном образцах, выявлено, что последний содержит в 2 раза больше изогумулона. Помимо изогумулона, к качественным показателям пивного сусла относятся полифенолы и танины. Содержание полифенолов в хмелевом экстракте — 173 мг/дм3, в охмеленном пивном сусле — 171 мг/дм3. Таниновый показатель составил 13,4 мг/дм3 и 13,1 мг/дм3, соответственно.

На основе полученного пивного сусла было приготовлено пиво, которое подвергали физико-химическому анализу: доля спирта — 4,3 %, экстрак-тивность начального сусла — 11,1 %, кислотность — 1,9 к. ед, цветность — 0,8 ц. ед, величина действительного экстракта — 4,02 %.

Также была проведена дегустационная оценка полученного пива, приготовленного с помощью РПА, и определены основные показатели качества: прозрачность, цвет, аромат, вкус, хмелевая горечь, пена и насыщенность диоксидом углерода. По результатам приготовленное пиво набрало 20 из 25 возможных баллов и получило оценку «хорошо». Опре-

деленные показатели соответствуют нормам ГОСТ 31711-2012.

Выводы. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложено совершенствование технологии охмеления пивного сусла с помощью экстракта, приготовленного в РПА. Выявлены рациональные технические и технологические параметры приготовления хмелевого экстракта: межцилиндровый зазор 5 = 0,3 мм, температура обрабатываемой среды г = 85 °С, частота вращения ротора РПА п = 3000 мин-1, время обработки в аппарате т = 3 мин. При этих параметрах достигается максимальное содержание изогумуло-на: в хмелевом экстракте составляет 33,92 мг/дм3; в охмеленном пивном сусле — 64,44 мг/дм3. Данные значения фактически в 2 раза превышают показатели контрольного образца охмеленного пивного сусла.

В результате обработки экспериментальных данных получена регрессионная модель, адекватно описывающая зависимость содержания изогумулона в хмелевом экстракте от технических и технологических параметров работы РПА.

Проведенные физико-химические анализы показали, что приготовленное пиво соответствует показателям, приведенным в ГОСТ 31711-2012. На основе выполненных экспериментальных исследований можно сделать вывод, что внедрение РПА в стадию

™ 44 ПИВО и НАПИТКИ 4•2018

'ТЕХНОЛОГИЯ

охмеления пивного сусла позволяет повысить извлечение изогумулона из хмеля. При этом сокращается длительность данного процесса и снижается норма расхода хмеля в 1,5-2 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирошниченко, Д. Е. Обзор рынка пивоварения [Электронный ресурс] / Д. Е. Мирошниченко // www.openbusiness.ru — портал бизнес-планов и руководств по открытию малого бизнеса. — URL: https:// www.openbusiness.ru/biz/business/obzor-rynka-pivovareniya/ (дата обращения 23.08.2018).

2. Федоренко,Б.Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование отрасли / Б. Н. Федоренко. — СПб.: Профессия, 2009. — 1000 с.

3. Оганнисян, В. Г. Современные способы охмеления пивного сусла / В. Г. Оганни-

сян // Инновационные технологии в сервисе: сб. матер. IV Междунар. науч.-практ. конф. — СПб: Изд-во СПб гос. эконом. унта, 2015. — С. 338-339.

4. Сафонова, Е.А. Интенсификация технологических процессов производства пива при использовании роторно-пульсационного аппарата / Е.А. Сафонова, А. Н. Потапов, Е. А. Вагайцева // Техника и технология пищевых производств. — 2015. — № 1. — С 74-81.

5. Пат. № 2634870 РФ, МПК С12 С3/12. Способ охмеления пивного сусла / Лапина Т. П., Бородулин Д. М., Миленький И. О., Сафонова Е.А., Иванец В. Н.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет). — № 2016129114; заявл. 15.07.2016; опубл. 07.11.2017. Бюл. № 31.

6. Пат. 2190462 РФ, МПК 7 В 01 F 7/28.

Роторно-пульсационный аппарат / Ива-нец В. Н., Иванец Г. Е., Афанасьева М. М., Сафонова Е.А., Артемасов В. В.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет). — № 2000128253/12; заявл. 13.11.2000; опубл. 10.10.2002, Бюл. № 28.

7. Бородулин, Д. М. Исследование процесса охмеления пивного сусла с применением современного оборудования / Д. М. Бородулин [и др.] // Современные материалы, техника и технологии. — 2017. — № 3 (11). — С. 16-21.

8. Бородулин, Д. М. Интенсификация процесса охмеления пивного сусла с применением роторно-пульсационного аппарата / Д. М. Бородулин [и др.] // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». — 2017. — № 4. — С. 3-12. &

Совершенствование способа приготовления пивного сусла

Ключевые слова

гранулированный хмель; изогумулон; охмеление пивного сусла; роторно-пульсационный аппарат; хмелевой экстракт.

Реферат

В статье рассмотрены качественные показатели пива и пивного сусла, приготовленного по усовершенствованной технологии, заключающейся в охмелении последнего хмелевым экстрактом, приготовленным в роторно-пульсационном аппарате. Данная технология позволяет решить проблемы существующих методов охмеления. С помощью математической программы МаШС^ было получено регрессионное уравнение, описывающее зависимость содержания изогумулона (основного горького вещества в хмеле) в хмелевом экстракте от технических и технологических параметров роторно-пульсационного аппарата. Определены их рациональные значения, при которых достигнуто максимальное извлечение горьких веществ: частота вращения ротора - 3000 мин-1, температура в рабочей области аппарата - 85 °С, время получения экстракта -3 мин, межцилиндровый зазор между ротором и статором - 0,3 мм. Применение роторно-пульсационного аппарата повышает эффективность извлечения изогумулона в 2 раза по сравнению с классическим способом охмеления и позволяет равномерно распределить частицы хмеля в пивном сусле. На основе сусла, охмеленного новым способом, было приготовлено пиво, которое подвергали физико-химическому и органолептическому анализам в лаборатории пивоваренного завода ООО «Бавария», г. Кемерово. Полученные результаты свидетельствуют о том, что экспериментальное пиво отвечает всем требованиям, предъявляемым к данному типу продуктов, получило положительную дегустационную оценку и рекомендовано к производству. Внедрение роторно-пульсационного аппарата на стадии охмеления пивного сусла позволило лучше извлекать изогумулон из хмеля и в результате сократить длительность данного процесса и норму расхода хмеля в 1,5-2 раза.

Авторы

Бородулин Дмитрий Михайлович. д-р техн. наук, профессор;

Сафонова Елена Александровна. канд. техн. наук, доцент;

Миленький Илья Олегович

Кемеровский государственный университет,

650043, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6,

borodulin_dmitri@list.ru, safonova.kem@yandex.ru, milenkiyilia@mail.ru

Perfection of the Method of Preparation of Beer Wort

Key words

granulated hops; isohumulon; hopping beer wort; rotary pulsation apparatus; hop extract.

Abstract

The article deals with the qualitative characteristics of beer and beer wort, prepared according to the advanced technology, consisting in hopping the latter with a hop extract, prepared in a rotary pulsation apparatus. This technology will solve the problems of existing methods of hopping. Using the mathematical program MathCAD, a regression equation was obtained describing the dependence of the isohumulon content (the main bitter substance in hops) in the hop extract from the technical and technological parameters of the rotary pulsation apparatus. Their rational values are determined, at which the maximum extraction of bitter substances is achieved: the rotor speed is 3000 rpm, the temperature in the working area of the apparatus is 85 °C, the extraction time is 3 minutes, the inter-cylindrical clearance between the rotor and the stator is 0.3 mm. The use of a rotary pulsation apparatus increases the efficiency of extraction of isohumulon by a factor of 2 compared with the classical method of hopping and allows the hop particles to be evenly distributed in the beer wort. Based on the wort, hopped in a new way, beer was prepared, which was subjected to physico-chemical and tasting analysis in the laboratory of the brewery of LLC «Bavaria», Kemerovo.The obtained results indicate that experimental beer meets all the requirements for this type of products, received a positive tasting evaluation and is recommended for production.The introduction of the rotary pulsation apparatus at the hopping stage of the beer wort allowed better recovery of the isohumulon from the hop and, as a result, shortened the duration of this process and the rate of consumption of hop by a factor of 1.5-2.

Authors

Borodulin Dmitriy Mihaylovich. Doctor of Technical Science, Professor;

Safonova Elena Aleksandrovna.

Candidate of Technical Science, Associate Professor;

Milen'kiy Il'ya Olegovich

Kemerovo State University,

6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650043, Russia,

borodulin_dmitri@list.ru, safonova.kem@yandex.ru, milenkiyilia@mail.ru