Влияние состава засыпи и способа затирания на качество сусла при производстве безалкогольного пива

Влияние состава засыпи и способа затирания на качество сусла

при производстве безалкогольного пива

А. А. Гафоров, Д. В. Карпенко, Е. П. Вдовина

Московский государственный университет пищевых производств

В настоящее время во всем мире растет популярность безалкогольного и слабоалкогольного пива, обусловленная медицинскими, социальными или религиозными причинами [1].

В разных странах к пиву, относимому к группе «безалкогольное», предъявляются различные требования. При этом в ряде стран в одну группу объединяют и безалкогольное, и слабоалкогольное пиво, классифицируя их по содержанию этилового спирта от 0,05 до 2 и даже 4 об. % [2]. В Российской Федерации безалкогольное пиво должно содержать этилового спирта не более 0,4 мас. % (0,5 об. %) [3].

Сегодня разработаны и применяются разнообразные способы производства безалкогольного пива. Они основаны на разных подходах и могут быть классифицированы различными способами. В частности, их можно разделить на две группы.

К первой следует отнести методы, при которых из пива, полученного обычным способом, удаляется этиловый спирт. Основной недостаток этих методов, как правило, — высокая стоимость производственного оборудования.

Вторая группа объединяет методы, сводящиеся к короткому или принудительно прерываемому сбраживанию сусла. Это обычно приводит к тому, что вкус готового пива очень существенно отличается от характерного для классического пива, содержащего алкоголь.

Наши исследования посвящены разработке способа получения безалкогольного пива, в котором вышеотмеченные недостатки отсутствовали или проявлялись бы не столь значимо.

Основная идея заключается в том, чтобы получить сусло, в котором сбраживаемые сахара присутствуют в количестве, обеспечивающем развитие дрожжевой популяции в аэробных условиях, при которых практически не накапливается этанол, а также чтобы концентрация этилового спирта, синтезированного дрожжами в анаэробных условиях на стадиях главного брожения и дображивания, не превышала значений, установленных для безалкогольного пива.

Поставленную задачу предполагается решить за счет использования зернового сырья с более низкой экстрактивностью, чем у применяемого при производстве ал-

когольсодержащего пива; подбора условия затирания, при которых в сусле накапливалось бы сравнительно небольшое количество сбраживаемых сахаров, при этом несбраживаемый экстракт, формирующий вкус готового пива, переходил бы в жидкую фазу в достаточной степени.

В случае достижения поставленной цели сбраживание сусла можно вести обычным способом, при котором в среде накапливаются органолептически значимые метаболиты дрожжей, без удаления или инактивации клеток. Очевидно, продолжительность главного брожения будет существенно меньшей, чем при сбраживании сусла для производства пива, содержащего этанол. Предполагается, что молодое пиво с низкой концентрацией этанола можно передавать на дображивание, при котором достигается конечное содержание этилового спирта, меньшее чем 0,5 %, и, кроме того, формируется вкус, подобный вкусу обычного пива.

Первый из предлагаемых приемов базируется на замене части солода несоложеным ячменем. Это позволяет снизить себестоимость конечной продукции и, кроме того, использовать ячмень, культивируемый в регионе, где производится безалкогольное пиво. Такое зерно более доступно, уменьшаются расходы на его транспортировку и, следовательно, достигаются дополнительные экономические преимущества.

В нашей работе использовали два сорта ячменя — «Добрыня» и «Федор», культивируемых в Республике Таджикистан. Ранее были исследованы их основные характеристики и установлена принципиальная пригодность для применения в пивоварении, по крайней мере, в качестве несоложеного сырья. В качестве образца сравнения применяли пивоваренный ячмень, культивируемый в РФ.

В классической технологии производства пива, содержащего алкоголь в умеренных концентрациях, использование несоложеного сырья, в том числе ячменного зерна, создает необходимость изменения параметров проведения, по меньшей мере, стадии затирания или применения специальных технологических приемов, нацеленных на достижение заданной степени перехода экстрактивных веществ

из зернового сырья в сусло. Наиболее регулярно при приготовлении затора в производственной практике используются ферментные препараты. При этом необходимо также обеспечить степень сбраживания сусла, гарантирующую нормальное развитие дрожжевой популяции и накопление требуемого количества этилового спирта в результате проведения стадий главного брожения и дображивания. Это означает, что под действием ферментов затора («собственных», солодовых или привнесенных в составе ферментного препарата или препаратов) должно идти интенсивное снижение молекулярной массы полимеров зернового сырья с накоплением среднемоле-кулярных и низкомолекулярных веществ.

До начала экспериментальной работы нами было высказано предположение, что при производстве безалкогольного пива использование несоложеного ячменя в значительных дозировках позволит обеспечить умеренную степень сбраживания получаемого сусла при экономически оправданной общей экстракции технологически ценных компонентов зернового сырья.

Для решения первой задачи был проведен эксперимент, в рамках которого изучали влияние состава затора (соотношения ячменного солода и ячменя разных сортов) на качественные характеристики первого сусла. Основными показателями были выбраны: концентрация сухих веществ, как величина, свидетельствующая о степени экстрагирования технологически ценных компонентов перерабатываемого зернового сырья (определяли ареометром); концентрация сахаров, по которой можно предположить конечную степень сбраживания сусла и, следовательно, количество этилового спирта в готовом пиве (определяли дистилляционным методом); содержание аминного азота, как величина, важная с точки зрения развития дрожжевой популяции и проявления клетками бродильной активности (определяли по числу карбоксильных групп в водно-спиртовых растворах).

Общее количество зернового сырья составляло 50 г, объем налива — 200 см3. Таким образом, гидромодуль в данном эксперименте равнялся 1 : 4.

В качестве контрольной была выбрана традиционная схема настойного способа затирания с тремя паузами: при 45 °С 15 мин, при 60...63 °С 20 мин и при 70...72 °С до полного осахаривания, фиксируемого по иодно-крахмальной пробе.

Параллельно применяли альтернативную схему затирания, в которой решено было отказаться от проведения мальтоз-ной паузы; соответственно проводили только две паузы: при 45 °С в течение 15 мин и при 70...72 °С до полного оса-харивания. При этом исходили из предположения, что это изменение наиболее часто применяемых в производственном масштабе условий обеспечит снижение

Таблица 1

Состав засыпи Мальтозная пауза СВ, % РВ, г/см3 Аминный азот, мг/см3

100% солода — 17,2 11,7 0,8

100% солода + 19,1 12,1 0,9

Ячмень контрольный

90 % солода + 10 % ячменя — 18,3 12,3 1,0

80 % солода + 20 % ячменя — 17,0 11,7 0,8

70 % солода + 30 % ячменя — 17,4 10,1 0,7

60 % солода + 40 % ячменя — 14,5 9,5 0,6

90 % солода + 10 % ячменя + 17,2 9,7 0,7

80 % солода + 20 % ячменя + 17,0 8,8 0,7

70 % солода + 30 % ячменя + 17,3 9,8 0,8

60 % солода + 40 % ячменя + 16,9 9,7 0,7

Ячмень сорта «Добрыня»

90 % солода + 10 % ячменя — 19,0 12,2 1,2

80 % солода + 20 % ячменя — 16,9 10,2 0,7

70 % солода + 30 % ячменя — 17,0 9,7 0,8

60 % солода + 40 % ячменя — 16,6 9,9 0,7

90 % солода + 10 % ячменя + 18,8 12,5 1,3

80 % солода + 20 % ячменя + 16,9 н/д 1,0

70 % солода + 30 % ячменя + 17,1 10,2 1,1

60 % солода + 40 % ячменя + 17,2 10,3 1,1

Ячмень сорта «Федор»

90 % солода + 10 % ячменя — 18,2 12,7 1,1

80 % солода + 20 % ячменя — 17,4 10,1 0,8

70 % солода + 30 % ячменя — 17,9 9,5 0,6

60 % солода + 40 % ячменя — 18,3 8,0 0,8

90 % солода + 10 % ячменя + 18,3 13,5 0,9

80 % солода + 20 % ячменя + 18,0 10,2 0,7

70 % солода + 30 % ячменя + 17,5 9,8 0,8

60 % солода + 40 % ячменя + 17,0 9,8 0,9

Таблица 2

Состав засыпи | Мальтозная пауза СВ, % РВ, г/см3 | Аминный азот, мг/см3

100 % солода + 17,9 11,3 1,1

100 % солода — 17,7 10,9 0,8

Ячмень сорта «Добрыня»

80 % солода + 20 % ячменя + 17,5 10,7 0,9

50 % солода + 50% ячменя + 16,9 10,1 0,6

80 % солода + 20 % ячменя — 17,0 10,3 0,6

50 % солода + 50% ячменя — 16,2 9,1 0,5

Ячмень сорта «Федор»

80 % солода + 20 % ячменя + 17,5 10,5 0,7

50 % солода + 50% ячменя + 16,4 9,3 0,6

80 % солода + 20 % ячменя — 17,1 10,1 0,7

50 % солода + 50% ячменя — 15,9 9,0 0,5

выхода сахаров, приведет к уменьшению степени сбраживания получаемого сусла и, следовательно, снижению концентрации этилового спирта в готовом пиве. Кроме того, продолжительность затирания, проводимого по экспериментальной схеме, меньше, чем при классическом способе, что при доказательстве целесообразности ее применения обеспечит дополнительные экономические преимущества. Результаты определения качественных характеристик различных вариантов первого сусла приведены в табл. 1.

Не принимая во внимание некоторый разброс экспериментальных данных, можно сделать вывод, что повышение дозировки несоложеного ячменя приводит к снижению плотности первого сусла и, что более важно для производства безалкогольного пива, к уменьшению концентрации сбраживаемых сахаров. Более выражена такая зависимость в случае использования ячменя сорта «Федор». Кроме того, отказ от проведения мальтозной паузы в условиях эксперимента привел к уменьшению степени сбраживания полученного сусла. Такое снижение было невелико, поэтому невозможно решить задачу уменьшения концентрации этилового спирта в готовом безалкогольном пиве только за счет этого технологического приема до требуемых значений — ниже 0,5 об. %. Но, по нашему мнению, такой технологический прием может стать одним из элементов способа производства безалкогольного пива.

Для подтверждения сделанных выводов был проведен эксперимент, в котором решено было проанализировать меньшее количество вариантов, чем в предыдущем, при этом расширив «диапазон» дозировок несоложеного сырья и отказавшись от вариантов сравнения с «контрольным» ячменем.

Таким образом, условия эксперимента сводились к следующим. Общее количество зернового сырья составляло 50 г, объем налива — 200 см3; гидромодуль равнялся 1 : 4. Дозировки ячменей сортов «До-брыня» и «Федор» составляли 20 или 50 %. Кроме того, по контрольной и экспериментальной схемам, описанным выше, затирали варианты со 100 % ячменного солода.

Показатели, определенные в отфильтрованном первом сусле, приведены в табл. 2.

С нашей точки зрения, получены достаточно логичные результаты: увеличение дозировки несоложеного ячменя и отказ от мальтозной паузы привели к снижению значений всех трех проанализированных показателей: концентрации сухих и редуцирующих веществ (РВ), а также аминного азота. При этом исключение мальтозной паузы оказало более выраженный эффект на предполагаемое снижение степени сбраживания, чем сорт ячменя, использованного в качестве несоложеного сырья. В то же время сусло, полученное при переработке ячменя сорта «Федор»,

имело более низкие концентрации сухих веществ, сахаров и азотистых соединений, что позволяет предположить преимущества его применения при получении безалкогольного пива способом, предлагаемым в нашей работе.

Тем не менее даже в варианте с ячменем сорта «Федор» снижение содержания сбраживаемых сахаров было недостаточным, чтобы предотвратить накопление значимой концентрации этанола. Для проверки этого утверждения решено было определить степень сбраживания сусла, полученного предложенным способом. С этой целью затирали несколько вариантов, в каждом из которых общее количество зернового сырья составляло

100 г, объем налива 350 см3; гидромодуль составлял 1 : 3,5. Дозировки ячменей сортов «Добрыня» и «Федор» составляли 20 или 50 %. Варианты с заменой части солода ячменем затирали по экспериментальной схеме. Кроме того, по контрольной схеме затирали вариант со 100 % ячменного солода.

Затор фильтровали через складчатый бумажный фильтр, возвращая первые порции фильтрата в слой над дробиной, до получения визуально прозрачного раствора. После стекания первого сусла дробину промывали тремя порциями водопроводной воды по 50 см3 каждая. При этом также добивались полной прозрачности порций фильтрата. Таким образом, общий

Таблица 3

Состав засыпи Мальтозная пауза СВ, % РВ, г/см3 Аминный азот, мг/см3

100 % солода + 15,0 10,9 0,9

Ячмень сорта «Добрыня»

80% солода + 20 % ячменя — 14,4 10,3 0,8

50 % солода + 50 % ячменя — 13,0 7,7 0,7

Ячмень сорта «Федор»

80% солода + 20 % ячменя — 14,9 8,9 0,8

50 % солода + 50 % ячменя — 13,8 5,7 0,6

Таблица 4

Состав засыпи | Видимый экстракт, %, на сутки брожения |

0 2-е 3-е 4-е 6-е 7-е 8-е 9-е

1100 % солода 15,0 2,1 1,4 1,2 0,7 0,7 0,7 0,7

Ячмень сорта «Добрыня»

80% солода + 20 % ячменя 14,4 3,1 2,4 2,0 1,5 1,5 1,2 1,2

50 % солода + 50 % ячменя 13,0 2,8 2,4 2,0 1,8 1,8 1,7 1,7

Ячмень сорта «Федор»

80% солода + 20 % ячменя 50 % солода + 50 % ячменя 14,9 13,8 3,2 2,5 2,0 2,0 1,2 1,2 1,1 1,1 Нет данных 1,1

Таблица 5

Состав засыпи | Видимый экстракт, %, на сутки брожения |

0 2-е 3-е 4-е 6-е 7-е 8-е 9-е

1100 % солода 0 86,0 90,7 92,0 95,3 95,3 95,3 95,3

Ячмень сорта «Добрыня»

80% солода + 20 % ячменя 50 % солода + 50 % ячменя 0 0 78,5 78,5 83,3 81,5 86,1 84,6 89,6 86,2 89,6 86,2 91,7 86,9 91,7 86,9

80% солода + 20 % ячменя 50 % солода + 50 % ячменя

Ячмень сорта «Федор»

0 78,5 86,6 91,9 91,9 94,5 94,5 94,5 0 81,9 85,5 Нет данных

объем промывных вод составлял 150 см3, а фактический гидромодуль — 1 : 5.

Собранные промывные воды соединяли с первым суслом. Характеристики неохме-ленного сусла представлены в табл. 3.

Сопоставление данных табл. 2 и 3 демонстрирует заметную разницу в характеристиках сусла вариантов, полученных в аналогичных условиях. По нашему мнению, основной причиной этого стало промывание дробины водой, которое вызвало разбавление и увеличение гидромодуля. Эта операция (промывание дробины после стекания первого сусла и присоединение промывных вод к первому суслу) типична для пивоваренных заводов при выпуске пива, содержащего этиловый спирт в концентрации 4-7 об. %, по крайней мере, для тех, на которых не реализуется технология «плотного» и «высокоплотного» пивоварения. Поэтому можно предположить, что она должна использоваться и при производстве безалкогольного пива с целью снижения производственных потерь.

В условиях данного эксперимента разница характеристик сусла, полученного при применении различных дозировок несоложеного сырья, была более значительной, особенно по содержанию редуцирующих веществ, что позволяло надеяться на существенные отличия в степени сбраживания.

Однако даже в варианте замены 50 % солода ячменем сорта «Федор» содержание редуцирующих веществ, большая часть которых представлена сахарами, равнялось 5,7 %. Теоретический выход этилового спирта при сбраживании сусла с такой концентрацией РВ может достигать примерно 2,8 об. %. Даже учитывая то, что на практике теоретический выход спирта недостижим и, кроме того, не все редуцирующие вещества утилизируются (сбраживаются) пивными дрожжами, ожидаемая концентрация этанола в молодом и готовом пиве должна заметно превышать допустимую для безалкогольного пива. Тем не менее решено было определить конечную степень сбраживания для всех приготовленных образцов пивного сусла.

Необходимую для засева порцию отпрессованных на воронке Бюхнера дрожжей готовили из суспензии производственных дрожжей. Результаты определения видимого экстракта показаны в табл. 4.

Рассчитанные на основании данных табл. 4 значения конечной степени сбраживания приведены в табл. 5. Следует отметить, что в таблице даны значения, рассчитанные на основании результатов как после двух суток сбраживания (в соответствии с общепринятой методикой), так и зафиксированных на протяжении следующих суток сбраживания, вплоть

до того момента, когда значение видимого экстракта перестало изменяться.

Значения конечной степени сбраживания оказались высокими во всех образцах, даже в варианте, в котором 50 % солода были заменены ячменем сорта «Федор», т.е. из сусла, показавшего при анализе худшие характеристики. Самая высокая конечная степень сбраживания, как и ожидалось, была достигнута в сусле, полученном из 100 % ячменного солода.

Достигнутые степени сбраживания свидетельствуют, что во всех вариантах сусла, полученных вышеописанными способами, содержалось значительное количество утилизируемых дрожжами веществ. Следовательно, можно ожидать, что содержание этилового спирта в молодом и готовом пиве при сбраживании такого сусла будет выше, чем должно быть в безалкогольном пиве. Таким образом, подтверждены выводы, сделанные нами при анализе экспериментальных данных, полученных на предыдущем этапе исследований — замены солода несоложеным ячменем вплоть до 50 % даже в сочетании с исключением из процесса затирания мальтозной паузы недостаточно, чтобы решить поставленную задачу, а именно получить из такого сусла безалкогольное пиво при главном брожении, которое не прерывалось и не останавливалось преждевременно и принудительно.

С нашей точки зрения, основной причиной такого результата является следующее обстоятельство. Несмотря на то, что в рассмотренной схеме затирания отсутствует период, в течение которого поддерживается температура, оптимальная для действия сахарогенного амилолитического фермента ß-амилазы (мальтозная пауза), этот фермент в достаточной степени успевает проявить свою активность при температуре проведения белковой паузы, а также в течение какой-то части подъема температуры от значений, характерных для белковой паузы, до значений паузы осахаривающей. Иначе говоря, в предложенных условиях не удается в существенной степени предотвратить проявление активности ß-амилазы и, следовательно, накопление значимого количества сбраживаемых сахаров. Поэтому решено было подобрать такие условия проведения стадии затирания, в которых упомянутая задача решалась более эффективно. О результатах будет сообщено.

ЛИТЕРАТУРА

1. КобелевА.В.,ЖанатаевАК, ДурневА.Д. Пиво — как функциональный напиток и его влияние на здоровье//Хранение и переработка сельхоз-сырья. 2003. № 5. С. 87-88.

2. Bamforth C. Beer. Tap into the Art and Science of Brewing. Insight Books. — New York and London: Plenum Press, 1998.

3. Позняковский В. М, Помозова В. А., Киселева Т. Ф., Пермякова Л. В. Экспертиза напитков. — Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1999. <S