Способы затирания с применением несоложенного сырья

Известно, что необходимый для брожения сахар образуется из крахмала солода благодаря работе ферментов. Крахмал, естественно, содержится не только в солоде, но и во всех видах зернопродуктов. Во многих странах эти зернопродукты значительно дешевле сравнительно дорогого солода. Если не чувствовать себя связанным – как в Германии – законом о чистоте пивоварения, для производства сусла можно частично применять эти более дешевые зернопродукты, которые в отличие от солода называют несоложенным сырьем. При затирании ферменты солода должны проводить также расщепление и этих материалов. Если применять не больше 15-20 % несоложеных зернопродуктов, то потенциала ферментов солода хватает и для их расщепления. При большей процентной доле несоложеного сырья для поддержания процессов расщепления следует добавлять ферментные препараты, так как иначе процессы расщепления неоправданно затянулись бы или даже вообще прекратились.

В качестве несоложеного сырья применяют особенно часто рис и кукурузу, а также ячмень, пшеницу и сорго (последнее, прежде всего в африканских странах). Сахар не относится к несоложеным зернопродуктам, но как поставщик экстракта также рассматривается как несоложеное сырье.

Химические реакции при расщеплении крахмала во время переработки несоложеного сырья всегда те же, что и при расщеплении крахмала в солоде, однако зерна крахмала у разных зернопродуктов имеют различные размеры, очень сильно отличаются по их локализации в крахмальных клетках и окружены разными составными веществами оболочек. Это приводит к различному поведению зерен крахмала при клейстеризации и соответственно – к применению различных способов затирания в зависимости от вида зернопродуктов. Одновременно растворяются и другие вещества или они расщепляются ферментами солода, так что состав затора и сусла, а с ними и пива изменяется. Это влияет на брожение, фильтрование, вкус пива и другие параметры. Так, пиво, изготовленное с рисом, имеет более чистый и сухой вкус, а изготовленное с кукурузой склонно к несколько смягченному вкусу. При добавлении несоложеного сырья следует учитывать, что в нем белковые вещества еще находятся в стабильной форме и расщеплены незначительно из-за отсутствия предшествовавшего затиранию процесса солодоращения. Поэтому заторы с несоложеным сырьем содержат меньше низкомолекулярных продуктов расщепления белковых соединений (FAN), чем полностью солодовые заторы. Следует обращать особое внимание на то, чтобы дрожжи путем более интенсивного расщепления белков получали бы достаточное количество свободного аминного азота. Несмотря ни на что, пиво с несоложеным сырьем всегда содержит меньше азота и полифенолов (их тем меньше, чем выше содержание несоложеного сырья). Переработка несоложеного сырья всегда ведет к изменению вкуса пива, и это изменение тем значительнее, чем больше добавка несоложеного сырья. Изменение вкуса, которое не обязательно следует заранее рассматривать как его ухудшение, при применении несоложеного сырья нужно учитывать, особенно если на рынке присутствует конкурент, работающий без использования несоложеного сырья и производящий пиво только из ячменного солода.

Затирание с рисом

Из несоложеного зернового сырья наиболее тяжелым для переработки является рис. Зерна рисового крахмала очень невелики и твердые. В теплой воде зерна набухают очень медленно. Для их клейстеризации следует поднимать температуру до 75-80 °С или выше, но при такой температуре амилазы быстро погибают, так что при переработке риса нужно использовать другие методы. Кроме того, рисовый крахмал очень сильно набухает при клейстеризации – значительно больше, чем у других видов зернопродуктов, и поэтому клейстер легко может пригореть. Если затирать густо, то набухание может быть таким сильным, что у мешалки не хватит мощности и если не принять никаких мер, то она остановится. Поэтому чтобы α-амилаза солода смогла разжижить очень сильно загущенный клейстер, следует искать компромиссное решение, α-амилаза при 80°С инактивируется за короткое время и не способна больше к разжижению. Имеется несколько путей решения проблемы.

Если рисовый затор не слишком густ, то опасность пригорания не очень большая. Для растворения риса зачастую применяют котел для разваривания несоложеного сырья. В более старых заторных агрегатах – это герметичный котел, в котором рисовый затор под давлением (при температурах выше 100 °С) клейстеризуется и оптимально растворяется; в настоящее время затор из несоложеного сырья кипятят обычно без избыточного давления, так как полученное увеличение выхода экстракта едва ли стоит расхода дополнительной энергии

Рисовую крупку затирают вместе с 10-20% солодового затора и выдерживают 10-20 мин при 78 °С. При этом почти все рисовые зерна крахмала клейстеризуются, разжижаются и почти не возникает опасности, что при последующем кипячении рисовый затор пригорит.

Существуют сорта риса, которые клейстеризуются лишь при температуре свыше 80°С. Поэтому для полной уверенности следует нагреть рисовый затор до 85-90°С, клейстеризовать его и затем вновь охладить до 70-75°С, чтобы за короткое время провести осахаривание при добавлении солодового затора. Однако у этого способа имеется недостаток: очень трудно хорошо перемешать солодовый затор с очень вязким рисовым затором. Всегда лучше, если есть возможность смешать рисовый затор перед его клейстеризацией с частью солодового затора (минимум 10%)

Еще одна возможность состоит в тем, чтобы рисовый затор с 10-20% солодового затора медленно нагревать до температуры свыше 80°С, чтобы клейстеризующийся крахмал разжижать еще оставшейся активной α-амилазой солода.

Совершенно надежный метод состоит в том, чтобы добавлять товарную термостойкую α-амилазу бактериального происхождения, которая еще сохраняет свою активность при температурах выше 80 °С и при этом разжижает вязкий рисовый затор. Если удалось клейстеризовать и разжижить рисовый затор, то можно считать, что преодолен тяжелейший рубеж.

Режим затирания при использовании риса и ячменного солода высокого качества. Рисовый затор. Затирание риса начинают при температуре 70 °С и выдерживают его в течение 15 мин. Затем температуру повышают до 88°С и вновь выдерживают 15 мин, в результате чего происходит разжижение крахмала риса (рис. 1.2).

Рис. 1.2 - Режим затирания при использовании риса и ячменного солода высокого качества

Параллельно при температуре 37°С начинают затирание из расчета 5% от общего расхода солода. Выдерживают паузу в течение 15 мин, затем соединяют подработанный рис с солодовым затором, выдерживают при температуре 75°С в течение 15 мин, после чего температуру увеличивают до 100 °С и кипятят 25 мин.

Затирание основного солодового затора начинают при температуре 50 °С. За это время проходит цитолиз и протеолиз. При этой температуре затор выдерживается в течение 55 мин. Затем соединяют рисовую отварку с основным затором, в результате чего температура повышается до 63 °С, и выдерживают мальтозную паузу в течение 40 мин, после чего температуру поднимают до 72°С. При этой температуре активируется α-амилаза, образуя декстрины, мальтозу, а также небольшое количество мальтотриозы и глюкозы. Пауза выдерживается 20 мин до осахаривания. Затем температура увеличивается до 78°С и выдерживается 10 мин для лучшего осветления сусла. Далее затор подают на фильтрование.

Режим затирания ячменного солода и риса (при использовании недорастворенного солода и риса с высокой температурой клейстеризации).

Рисовый затор. Затирание начинают при температуре 70°С (рис. 1.2), выдерживают ее в течение 15 мин, затем повышают до 88 °С и выдерживают 15 мин. В этот период происходит разжижение крахмала риса. Параллельно с температуры 37°С начинают затирание 5% солода, пауза выдерживается в течение 15 мин. Затем смешивают рисовый и солодовый заторы и температуру повышают до 75°С. Пауза выдерживается 15 мин, после чего температуру увеличивают до 100 °С и кипятят 30 мин.

Затирание основного солодового затора начинают при температуре 37°С. Эта температурная пауза выдерживается в течение 15 мин, затем температура повышается со скоростью 1°С/мин до 50°С, выдерживается 30 мин. Далее соединяют рисовую отварку с основным затором, при этом температура поднимается до 63°С. Температурная пауза выдерживается 15 мин (рис. 1.3).

Рис. 1.3 - Режим затирания ячменного солода и риса

Отварка. Часть затора (1/3) отбирают и ведут затирание по следующему режиму: температура 72 °С – 10 мин, температура 100 °С – 15 мин. Оставшаяся часть затора выдерживается при температуре 63 °С в течение 55 мин, после чего соединяют отварку с затором и температура поднимается до 72 °С. При этой температуре затор выдерживают 20 мин до осахаривания. Затем температура увеличивается до 78 °С и затор выдерживается 10 мин. И начинают фильтрование.

Двухотварочный способ получения сусла с заменой 10-20% солода на рис А. Температура клейстеризации рисового крахмала менее 78°С.

1-я отварка. Рис и солод (10-20%) затирают при гидромодуле 5 (отношение зернопродукты: вода = 1:4) при температуре 50 °С. При этой температуре выдерживают 10- 15 мин, затем температуру повышают до 72-75°С и выдерживают 10 мин. Далее медленно (приблизительно 0,5 °С/мин) нагревают до 80 - 85°С, а затем до температуры кипения и кипятят 30-40 мин. В момент закипания рисового затора начинают отдельно затирать солод при температуре 50°С.

Готовый рисовый затор при постоянном перемешивании смешивают с солодовым затором, температура которого составляет 50-52 °С. В результате температура повышается до 63°С. После 15-минутной мальтозной паузы проводят вторую отварку.

2-я отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течение 15 мин, затем соединяют 2-ю отварку с основным затором. Температура повышается до 70-72 °С. При этой температуре объединенный затор выдерживают до полного осахаривания. Далее затор нагревают до 78 °С и фильтруют.

Б. Температура клейстеризации рисового крахмала выше 80 °С.

1-я отварка. Если температура клейстеризации рисового крахмала выше 80 °С, то зернопродукты затирают при гидромодуле 6. При этом рисовый затор сначала нагревают до 85-90°С. После выдержки в течение 20-30 мин (проходит клейстеризация рисового крахмала) затор охлаждают до 70-75 °С и добавляют 20% солодового затора, который предварительно затирали при 37 °С или 50 °С (в зависимости от качества солода). Вместо солода для разжижения можно использовать термостабильную α-амилазу. Далее затор выдерживают в течение 20-30 мин и медленно нагревают до кипения и кипятят 30-40 мин.

В момент закипания рисового затора начинают затирать оставшуюся часть солода при 50 °С.

Готовый рисовый затор при постоянном перемешивании смешивают с солодовым затором, температура которого составляет 50-52 °С. В результате температура повышается до 63 °С. После 15-минутной мальтозной паузы проводят вторую отварку.

2-я отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течение 15 мин, затем соединяют вторую отварку с основным затором. Температура повышается до 70-72 °С. При этой температуре объединенный затор выдерживают до полного осахаривания. Затем нагревают до 78 °С и передают на фильтрование.

B. Рисово-солодовый затор. Начало затирания при 60 °С.

1-я отварка. Рисовую крупу размалывают и затирают вместе с 5% солодовой части затора при температуре 60-66 °С и гидромодуле 6. После выдержки затора в течение 15 мин, температуру медленно (1 °С/мин) повышают до 80 °С. Затор выдерживают при этой температуре в течение 15 мин, затем его нагревают со скоростью 1 °С/мин до температуры кипения и кипятят в течение 15 мин. Для предотвращения пригорания рисового затора все операции проходят при постоянно работающей мешалке.

Затем рисовую отварку соединяют с основным затором, который выдерживали до этого в течение 30 мин при температуре 52°С, при этом температура медленно повышается до 62-63°С. Длительность мальтозной паузы составляет 30 мин.

2-я отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течение 15 мин, затем соединяют вторую отварку с основным затором. Температура повышается до 70-72°С. При этой температуре объединенный затор выдерживают до полного осахаривания. Затем нагревают до 78°С и передают на фильтрование.

Затирание с кукурузой

У зерен кукурузы имеются зародыши с очень высоким содержанием жиров (до 5%), которые при подготовке зерна удаляют и извлекают из них кукурузное масло. Кукуруза поступает на предприятие без зародышей в форме крупки (grits) или хлопьев (flakes). Крупка предлагается в тонко размолотом виде; ее обычно подают в развариватель несоложеного сырья с добавлением солода или без него, растворяют и клейстеризуют. Хлопья расплющивают в вальцовом станке для приготовления хлопьев; при этом увлажненные зерна проходят через гладкие, охлаждаемые изнутри вальцы, которые расплющивают зерна в плоские хлопья с усилием 50 т при одинаковой скорости вращения вальцов. В заключение проводят приблизительно при 160 °С клейстеризацию и сушку в сушилке с псевдокипящим слоем. Обработанные таким образом хлопья можно подавать в заторный аппарат без дальнейшей предварительной обработки. Мука может подаваться в заторный аппарат без предварительной обработки; сироп добавляется в сусловарочный котел перед перекачкой готового сусла на участок осветления и охлаждения. Для дальнейших стадий приготовления осахаренных заторов с кукурузой применяют технологические режимы, используемые для чистого солодового затора, причем, как правило, – двухотварочные способы затирания.

Технология затирания с заменой 15% солода необезжиренной кукурузой

Кукурузную крупку и 10% солода (солод является источником α-амилазы) затирают при 72°С в течение 20-30 мин (для клейстеризации и разжижения). Далее поднимают температуру затора со скоростью 1°С/мин до 100°С и кипятят в течение 20 мин. Остальное количество солода затирают, начиная с 52°С (белковая пауза) в течение 1 часа. По истечении этого времени соединяют солодовый затор с отваркой, повышая температуру общего затора до 63°С (мальтозная пауза). Затем повышают температуру до 72°С со скоростью 1°С/мин и проводят осахаривание. Далее температуру повышают до 76°С и перекачивают на фильтрование.

При использовании кукурузных хлопьев стадия клейстеризации крахмала из режима затирания исключается, так как технология получения кукурузных хлопьев предполагает клейстеризацию во время их приготовления.

Затирание с ячменем как несоложеным материалом

Ячмень без добавления ферментов можно в количестве до 20% перерабатывать с солодом как несоложеное сырье. Существует две возможности предварительной обработки ячменя:

в виде ячменного помола, полученного измельчением очень твердых ячменных зерен в отдельном вальцовом станке или молотковой дробилке; при этом крепко соединенные с эндоспермом оболочки также измельчаются, что следует учитывать при фильтровании затора;

в виде ячменных хлопьев из обрушенного или необрушенного ячменя, полученных плющением в специальном плющильном станке; этот метод, однако очень дорог и его использование в пивоварении приводит к повышенным затратам.

Предварительно подготовленное таким образом ячменное сырье можно перерабатывать вместе с солодовым затором. Если с расщеплением крахмала едва ли возникнут большие проблемы, то с расщеплением белка наверняка будут иметься большие сложности. Самой большой проблемой может стать β-глюкан, так как он пока что не подвергался расщеплению, и здесь следует ожидать затруднений с фильтрованием. Оправдывают себя такие мероприятия, как выдержка паузы при температурах 45-50 °С, оптимальных для эндо-β-глюканазы. Ячмень естественно дает меньше экстракта, чем солод. Примерно 125 кг ячменя (или 120 кг обрушенного ячменя) могут заменить 100 кг солода. Применение ячменя как несоложеного сырья выгодно только в том случае, если цена солода существенно выше и в наличии имеется недорогой ячмень с низким содержанием белка. Ячмень как несоложеное сырье, в случае применения его в количестве более 20%, требует добавления ферментных препаратов.

Одним из основных отличий между солодом и ячменем является целостность клеточных стенок, которые окружают крахмальные гранулы. Следовательно, основная задача при переработке заторов, содержащих ячмень, заключается в эффективном цитолизе. С этой целью используют цитолитические ферменты, а также затирание с одной или двумя отварками.

Известны технологии с предварительным развариванием несоложеного материала под давлением. При этом обнаружено, что с увеличением температуры термической обработки несоложеного ячменя от 100 до 143 °С наблюдается сравнительно равномерное повышение выхода экстракта: с использованием 20% несоложеного ячменя – на 0,7%; 30% - 0,8%; 40% - на 1,1% и 50% - на 1,2%. Продемонстрировано, что с увеличением температуры термической обработки несоложеного ячменя происходит сокращение продолжительности фильтрации затора. При обработке несоложеного сырья при температуре 143°С продолжительность фильтрации заторов сокращается на 12,5-9,6% в зависимости от доли несоложеного ячменя в заторе по сравнению с обработкой его при температуре 100 °С. Однако при этом существенно меняется углеводный состав сусла: в нем увеличивается содержание глюкозы (на 22,8-45,1%), в то время как уровень мальтозы возрастает только на 6,0-7,6%.

Установлено также, что термическая обработка несоложеного ячменя при повышенных температурах способствует гидролитическому расщеплению высокомолекулярных пентозанов до конечных продуктов - ксилозы и арабинозы, причем на долю ксилозы приходится более 70% их общего содержания, что также влияет на качественные показатели пива. Положительным фактором при термической обработке является снижение вязкости заторов и сусла.

При термической обработке происходит изменение азотного состава сусла, возрастает количество растворимого азота в зависимости от доли ячменя в заторе от 5,5% до 13,4%. Увеличение растворимого азота в сусле происходит равномерно за счет всех фракций, однако чем больше несоложеного ячменя в заторе, тем в большей степени возрастает содержание общего растворимого азота, что происходит за счет высокомолекулярных азотистых веществ фракции А (по Лундину). Содержание аминного азота в сусле с повышением температуры обработки несоложеного ячменя со 100 до 138°С остается неизменным. При дальнейшем повышении температуры (до 143°С) уровень аминокислот падает, что связано с усилением реакции меланоидинообразования.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ