Разработка рациональной технологии затирания и кипячения пивного сусла с применением несоложеного ячменя

УДК 663.4

Разработка рациональной технологии затирания и кипячения пивного сусла

с применением несоложеного ячменя

Р. А. Петров, аспирант; О. Ю. Пивоварова, магистр Московский государственный университет пищевых производств А. М. Хныкин, канд. техн. наук, доцент, академик МАП; О. К. Иванова ООО «НТЦ «Солодовые напитки»

Ключевые слова: кипячение сусла с хмелем; несоложеный ячмень; режим затирания; ячменный солод.

Keywords: wort boiling with hop; unmalted barley; rate of mashing; barley malt.

Разработка эффективных энергосберегающих технологий производства пива и зерновых напитков брожения — приоритетная задача для многих пивоваренных заводов. При этом необходимо не только снижать уровень энергетических затрат на единицу выпускаемой продукции, но и улучшать качество производимых напитков.

Наиболее важную роль при формировании вкуса и аромата всех напитков брожения играет используемое сырье. Для производства пива и зерновых напитков применяют подготовленную питьевую воду, различные виды солода, хмель и дрожжи, а также дополнительное сырье — крахмало- или сахаросо-держащие несоложеные зернопро-дукты и материалы: ячмень, рис, кукурузу, пшеницу, рожь, гречиху, овес, просо, сорго, тритикале, сахар-сырец, мальтозную патоку и фруктовые сиропы [1-3, 5-7]. Использование несоложеных материалов позволяет, с одной стороны, снизить материальные затраты на сырье, а с другой — значительно расширить разнообразие и ассортимент выпускаемых напитков, улучшая при этом их пищевую ценность [2, 5-7]. С точки зрения потребления тепловой энергии приготовление затора (затирание) и кипячение сусла — наиболее затратные технологические операции при производстве пива, кваса и напитков (90-115 МДж на 1 гл

готового продукта) [2, 6]. Поэтому выбор оптимальных режимов затирания, продолжительности и интенсивности кипячения сусла с хмелем, приготовленного с использованием наиболее распространенного в пивоварении несоложеного материала — ячменя, весьма актуальный вопрос, в особенности для пивоваренных предприятий малого и среднего бизнеса.

Данная работа была выполнена на мини-пивоваренном заводе производительностью 300 л сусла с одной варки. Для исследований использовали светлый ячменный солод (ГОСТ 29294-92) и пивоваренный ячмень II класса (ГОСТ 5060-86), урожая 2010 г., сорта Московский-121, выращенный в Тульской обл. Основные характеристики сырья приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Показатель Ячмень

Массовая доля влаги, % 10,2

Массовая доля экстракта в воздушно-сухом веществе, % 67,8

Массовая доля экстракта в сухом веществе, % 75,5

Крахмал, % 59,8

Общий белок, % 10,4

Абсолютная масса 1000 зерен, г 37,85

Пленчатость, % 5,73

Титруемая кислотность, см3/ 100 см3 6,4

Скрытая форма зараженности Нет

При выборе оптимального режима затирания количество добавляемого в затор несоложеного ячменя составило 25% от массы общей засыпи. Затирание зернопродуктов проводили по двум различным режимам (рис. 1):

первый — классический настойный способ с последовательным нагревом затора до 80 °С и его выдержкой при температурах: 35...37 °С — 10 мин; 43...45 °С — 15 мин; 52.54 °С — 20 мин; 62.64 °С — 40 мин; 72.74 °С — до полного осахарива-ния;

второй — раздельный настой-ный способ, при котором на первой стадии весь объем несоложеного ячменя и часть ячменного солода смешивают с водой при 52.54 °С, последовательно нагревают затор до 64; 72 и 80 °С и выдерживают его при каждой температуре в течение 20 мин; на второй стадии доливают в затор холодную воду для понижения его температуры до 52.54 °С, добавляют оставшуюся часть ячменного солода и проводят затирание и осахаривание всей заторной массы по традиционному температурному режиму настойного способа: 52.54 °С — 20 мин; 62.64 °С — 40 мин; 72.74 °С — до полного оса-харивания, 80 °С — 5-10 мин.

Затем затор фильтровали и кипятили полученное сусло с хмелем. В опытных образцах сусла опреде-

Таблица 2

Показатель Солод

Массовая доля влаги, % 4,5

Массовая доля экстракта в воздушно-сухом веществе, % 77,6

Массовая доля экстракта в сухом веществе, % 82,0

Разница массовых долей экстракта в сухом веществе солода тонкого и грубого помола, % 1,2

Амилолитическая активность ферментов (АС) по методу Виндиша-Кольбаха, ед/г 371,8

Продолжительность осахаривания, мин 10,0

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 сусла 0,5

Кислотность, см3 1 н. р-ра МаОН на 100 см3 сусла 1,5

Вязкость, МПа-с 1,6

Редуцирующие вещества, г/100 см3 8,1

Белок по Лоури, мг/см3 24,7

Аминный азот, мг/100 см3 26,3

22 ПИВО и НАПИТКИ 2012

70

40

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

Время, мин №1 . №2

90

80

60

50

Рис. 1. Режимы затирания с несоложеным ячменем

Таблица 3

Показатель Режим затирания

№ 1 № 2

Экстрактивность сусла, % 12,0 12,0

Время осахаривания, мин 30,0 20,0

Время фильтрования затора, мин 60,0 60,0

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 сусла 1,0 1,2

Кислотность, см3 1н. р-ра МаОН на 100 см3 сусла 1,5 1,2

Конечная степень сбраживания, % 80,1 82,6

Белок по Лоури, мг/см3 20,8 19,7

Аминный азот, мг/100 см3 24,4 21,7

Редуцирующие вещества, г/100 см3 5,4 6,0

Изогумулон, мг/дм3 28,8 26,2

Вязкость, МПа-с 1,5 1,5

Таблица 4

Показатель Продолжительность кипячения, мин

90 60

Экстрактивность сусла, % 12,0 12,0

Время фильтрования сусла, мин 45,0 40,0

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 сусла 1,4 1,3

Кислотность, см3 1 н. р-ра МаОН на 100 см3 сусла 1,9 1,7

Конечная степень сбраживания, % 82,8 81,5

Белок по Лоури, мг/см3 22,2 24,0

Аминный азот, мг/100 см3 24,4 21,4

Редуцирующие вещества, г/100 см3 5,8 5,8

Изогумулон, мг/дм3 34,3 32,1

Вязкость, МПа-с 1,5 1,5

Таблица 5

Показатель Продолжительность кипячения, мин

90 60

Видимый экстракт, % 4,4 2,6 4,4 2,7

Видимая степень сбраживания, % 63,3 78,3 63,3 77,5

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 пива 1,3 0,8 1,1 0,7

Кислотность, см3 1 н. р-ра МаОН на 100 см3 пива 2,1 1,7 1,9 1,6

Белок по Лоури, мг/см3 16,9 8,9 16,6 8,2

Аминный азот, мг/100 см3 14,5 9,8 14,0 9,2

Изогумулон, мг/дм3 22,2 19,9 21,7 19,1

Этиловый спирт, об. % 3,8 4,7 3,4 4,5

Диацетил, мг/дм3 — 0,16 — 0,17

ляли основные физико-химические показатели (табл. 3). Некоторые показатели охмеленного сусла, полученного по второму режиму, несколько лучше, чем у сусла, приготовленного по первому режиму, такие как время осахаривания за-

тора, содержание редуцирующих веществ, конечная степень сбраживания и кислотность сусла. Однако второй режим намного длительнее по времени (225 мин) по сравнению с общепринятым настойным способом (170 мин), а следовательно, и

более энергоемкий. Таким образом, выбор режима затирания с несоложеным ячменем зависит от целесообразности получения пивного сусла с лучшими показателями при больших тепловых затратах.

Далее исследовали влияние продолжительности кипячения сусла с хмелем на его качественные показатели и характеристики молодого и готового пива. Кипячение и охмеление сусла проводили двумя способами:

первый — контрольный: время кипячения — 90 мин, задача хмеля в три приема (50% в начале кипячения, 30% через 40 мин после начала кипячения и 20% за 20 мин до окончания кипячения);

второй — опытный: время кипячения — 60 мин, задача хмеля в два приема (50% в начале кипячения, остальные 50% через 30 мин после начала кипячения). При этом общее количество хмеля в первом и во втором случаях было одинаковым.

В результате были получены образцы охмеленного сусла, физико-химические показатели которых представлены в табл. 4. Большинство показателей в опытных образцах сусла были на уровне контрольных значений. Так, например, цветность и вязкость сусла, количество редуцирующих веществ, конечная степень сбраживания и содержание изогумулона были равны либо незначительно отличались от контрольных, а время фильтрования, кислотность, общее содержание белковых веществ имели даже лучшие значения, чем в контрольных образцах.

После этого охмеленное сусло сбраживали низовыми дрожжами ЗаесНаготуевз свгвю1э1ав (штамм Б-189) при температуре 12...13 °С в течение 8 сут. На восьмые сутки брожения в обоих образцах величина видимого экстракта, степень сбраживания и содержание спирта (табл. 5) были практически одинаковыми, что косвенно подтверждает то, что продолжительность кипячения сусла с хмелем не оказывает существенного влияния на скорость брожения и конечную степень сбраживания сусла. Графики брожения опытного и контрольного образцов сусла представлены на рис. 2. Проведенный анализ полученного молодого и готового пива не выявил существенных различий в опытных

1 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ 23

2 3 4 5 6

Продолжительность брожения, сут м 50 мин м 90 мин

1

6

Рис. 2. Динамика сбраживания 12%-ного пивного сусла

Показатель Контроль Содержание ячменя, %

(100%-ный солод) 15 20 25

Экстрактивность сусла, % 12,0 12,0 12,0 12,0

Время осахаривания, мин 10,0 15,0 20,0 30,0

Время фильтрования затора, мин 45,0 55,0 55,0 60,0

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 сусла 1,1 1,0 1,0 1,0

Кислотность, см3 1 н. р-ра МаОН на 100 см3 сусла 1,7 1,8 1,9 2,0

Конечная степень сбраживания, % 84,0 82,9 81,9 79,8

Белок по Лоури, мг/см3 24,5 23,3 22,3 20,8

Аминный азот, мг/100 см3 25,9 25,6 25,4 24,4

Редуцирующие вещества, г/100 см3 5,7 5,6 5,4 5,3

Изогумулон, мг/дм3 30,1 30,9 31,4 31,8

Вязкость, МПа-с 1,4 1,5 1,5 1,6

Таблица 7

Показатель Контроль Содержание ячменя, %

(100%-ный солод) 15 20 25

Видимый экстракт, % 4,6 5,0 5,1 5,2

Видимая степень сбраживания, % 61,6 58,3 57,5 56,6

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 пива 0,8 0,8 0,8 0,7

Кислотность, см3 1 н. р-ра МаОН на 100 см3 пива 2,0 2,1 2,2 2,3

Белок по Лоури, мг/см3 11,5 11,0 9,9 9,5

Аминный азот, мг/100 см3 13,4 12,0 11,8 11,5

Изогумулон, мг/дм3 21,5 21,7 22,0 22,9

Этиловый спирт, об. % 3,8 3,6 3,4 3,3

Таблица 8

Показатель Контроль Содержание ячменя, %

(100%-ный солод) 15 20 25

Видимый экстракт, % 2,7 2,6 2,8 2,8

Действительный экстракт, % 4,3 4,1 4,5 4,5

Видимая степень сбраживания, % 77,5 78,3 76,6 76,6

Действительная степень сбраживания, % 64,2 65,8 62,5 62,5

Цветность, см3 0,1 н. р-ра йода на 100 см3 пива 0,6 0,5 0,5 0,5

Кислотность, см3 1 н. р-ра МаОН на 100 см3 пива 1,6 1,7 1,8 1,9

Белок по Лоури, мг/см3 10,0 8,7 7,7 7,6

Аминный азот, мг/100 см3 10,4 9,6 9,5 9,4

Изогумулон, мг/дм3 18,4 18,9 19,5 19,8

Этиловый спирт, об. % 4,8 4,7 4,6 4,5

Диацетил, мг/дм3 0,17 0,18 0,20 0,21

2 3 4 5

Продолжительность брожения, сут « Контроль ™ 15 % ячменя а 20 % ячменя « 25 % ячменя

Рис. 3. Динамика сбраживания 12%-ного пивного сусла

Таблица 6 ,

и контрольных образцах: содержание изогумулона, белковых веществ и аминного азота в исследуемых образцах различалось несущественно. Готовое пиво было хорошо насыщенно углекислым газом, имело приятную горечь и аромат, нормативные показатели пеностойкости, цветности и кислотности. По результатам данных опытов можно сделать вывод, что сокращение общего времени кипячения сусла на 30 мин существенно не влияет на состав охмеленного сусла и качественные показатели молодого и готового пива, но одновременно сокращает продолжительность получения пивного сусла и снижает энергозатраты на его производство.

Поэтому при определении оптимального количества несоложеного ячменя в заторе для приготовления пивного сусла и пива время кипячения сусла составило 60 мин. Затирание зернопродуктов проводили классическим настойным способом (первый режим). Количество несоложеного ячменя в опытных образцах составило 15; 20 и 25%. Физико-химические показатели полученных образцов охмеленного сусла представлены в табл. 6. При увеличении содержания ячменя с 15 до 25% происходит незначительное ухудшение основных показателей сусла: снижается содержание белковых веществ, аминного азота, редуцирующих веществ и конечная степень сбраживания. Но основные технологические показатели, такие как время осахаривания и фильтрования затора, вязкость, цветность и кислотность сусла, остаются в значениях, соответствующим норма-

0

1

7

8

24 ПИВО и НАПИТКИ

2012

тивным для светлого охмеленного сусла. Далее полученные образцы охмеленного сусла сбраживали при температуре 12.13 °С в течение 7 сут, после чего перекачивали пиво на дображивание и выдерживали не менее 20 сут при температуре 0.2 °С. Графики динамики брожения контрольного и опытных образцов сусла представлены на рис. 3. Физико-химические показатели молодого и готового пива приведены в табл. 7 и 8. Все образцы готового пива, приготовленного с использованием 15; 20 и 25% ячменя, практически по всем основным показателям качества не уступают контрольному образцу. Такие важные показатели готового продукта, как цветность, кислотность, действительный экстракт, действительная степень сбраживания, содержание этилового спирта и диацетила, сопоставимы с показателями пива из 100%-ного солода и соответствуют требованиям ГОСТ Р 51174-09.

Таким образом, на основании выполненной работы можно сделать следующие выводы:

при использовании несоложеного ячменя в количестве от 15 до 25%

целесообразно применять общепринятый настойный способ затирания с повышением температуры от 37 до 80 °С как менее длительный и энергоемкий;

исследование влияния продолжительности кипячения сусла с хмелем на качество сусла, молодого и готового пива показало, что сокращение времени кипячения с 90 до 60 мин не приводит к снижению качественных показателей пива, но существенно сокращает энергозатраты и длительность технологического процесса;

полученное выбранным настой-ным способом молодое и готовое пиво (при замене солода на несоложеный ячмень в количестве от 15 до 25% и сокращении времени кипячения сусла с 90 до 60 мин) имело хорошие показатели качества, близкие к контрольному пиву из 100%-ного солода, что позволяет рекомендовать разработанную энергосберегающую технологию к внедрению на пивоваренных заводах;

общий условный годовой экономический эффект от разработанной технологии для завода мощностью 500 л пива в сутки при замене со-

лода на 25% ячменя и сокращении

времени кипячения сусла с хмелем на 30 мин составит 998 653 руб.

ЛИТЕРАТУРА

1. Главарданов, Р. Производство пива при замене солода ячменем / Р. Главарданов // Пиво и напитки. — 2007. — № 2. — С. 35-38.

2. Кунце, В. Технология солода и пива / В. Кунце. — СПб.: Профессия, 2003. — С. 245-261.

3. Данина, М. Использование экструди-рованной кукурузы в производстве пи-ва/М. Данина, М. Чекина // Индустрия напитков. — 2010. — № 6. — С. 29-35.

4. Ермолаева, Г. А. Справочник работника лаборатории пивоваренного производства / Г. А. Ермолаева. — СПб.: Профессия, 2004. — 546 с.

5. Меледина, Т. В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении/Т. В. Ме-ледина. — СПб.: Профессия, 2003. — 304 с.

6. Тихомиров, В. Г. Пиво и его производство/ В. Г. Тихомиров, А. М. Хныкин. — М.: Экслибрис, 2007. — 160 с.

7. Хныкин, А. М. Пиво — технологический и химический контроль производства на мини-предприятиях/ А. М. Хныкин. — М.: Экслибрис, 2011. — 320 с.

1 • 2012

ПИВО и НАПИТКИ 25