К специальным солодам нельзя относить солод слишком короткого ращения (Spitzmalz) или солод для повышения экстрактивности опрыскиваемый, например, раствором азотной кислоты, мочевины, глюкозы и т. д. Это в сущности обычный солод, по разному обработанный. Мнения относительно влияния этих солодов на качество пива различны. Опыты с солодом, опрысканным раствором гибберелловой кислоты, не дают окончательных выводов.
В пивоварении процесс сбраживания сусла делят на две стадии: главное брожение и дображивание, протекающие при различных температурах и в разных производственных отделениях.
При главном брожении сбраживается основное количество сахаров сусла. В результате получается молодое пиво - мутная жидкость со своеобразным ароматом и вкусом.
В пивоварении для сбраживания используют пивные расы дрожжей, чаще всего низового брожения Saccharomyces carlsbergensis, реже верхового брожения Saccharomyces cerevisiae (при производстве Бархатного пива, эля).
При главном брожении протекают следующие основные процессы:
Биологические - связаны с размножением дрожжей, количество которых при главном брожении увеличивается по сравнению с первоначальным в 2-4 раза.
Биохимические - процессы спиртового брожения, т.е. превращение сбраживаемых сахаров в спирт и СО2.
В результате этого снижается массовая доля сухих веществ сусла (например, для Жигулевского с 11 % до 4,2-4,4 %) и образуется спирт.
Кроме основных продуктов брожения, в молодом пиве накапливаются побочные и вторичные (высшие спирты, альдегиды, эфиры, кислоты), которые придают вкус и аромат готовому напитку.
При брожении снижается рН с 5,3-5,5 в сусле до 4,2-4,2 в молодом пиве. Это происходит за счет образования СО2 и органических кислот.
Физико-химические процессы характеризуются изменением окислительно-восстановительного потенциала (rH2). За счет потребления кислорода дрожжами rH2 понижается с 20 в сусле до 10 в молодом пиве. Чем ниже этот показатель, тем пиво более качественно.
Во время брожения пиво насыщается СО2. По окончании главного брожения содержание СО2 составляет 0,2 % масс. Растворимость его возрастает с понижением температуры. Поэтому, чтобы сохранить максимальное количество СО2 в молодом пиве, в конце главного брожения температуру понижают.
Полученное в результате фильтрования сусло кипятят, добавляя к нему хмель в той или иной форме. Цели кипячения сусла с хмелем состоят в испарении избыточной воды для получения нужной концентрации сусла, в инактивации ферментов, в стерилизации сусла, максимальной коагуляции белков в виде взвесей горячего сусла («бруха») и, наконец, в растворении в сусле ценных компонентов хмеля, прежде всего горьких веществ. При этом возникают такие побочные явления, как образование редуцирующих веществ и испарение летучих ароматических веществ. Изменения повышения цветности и кислотности легко контролируются.
Способы и режимы кипячения сусла с хмелем Для того, чтобы предохранить сусло от инфицирования и максимально продлить активность ферментов, его температуру в сусловарочном аппарате поддерживают в пределах 73-75 °С. Сюда же поступают и промывные воды. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют 0,5 % вытяжки из следующего затора или ферментные препараты и выдерживают при температуре не выше 75 °С до полного осахаривания.
Сусло кипятят только после заполнения сусловарочного аппарата. Для проведения дальнейших стадий технологического про-цесса приготовления пива требуется биологическая чистота сус-ла, от которой зависит стойкость конечного продукта. Для этой цели достаточна длительность кипячения 20-25 мин, однако на практике сусло кипятят около 1,5-2 ч (не более). Только дли-тельное кипячение сусла позволит закрепить нужное соотношение отдельных фракций белковых веществ, свертывание некоторых неустойчивых белковых веществ в виде крупных хлопьев, которые в дальнейшем выпадут в осадок и приведут к осветлению сусла.
При кипячении с хмелем сусло упаривается до нужного содержания сухих веществ при скорости испарения воды 5-6 % в ч к массе сусла. Одновременно происходят стерилизация сусла, стабилизация и ароматизация его состава горькими веществами хмеля, коагуляция (свертывание) некоторой части растворенных белков. Полностью инактивируются ферменты. Дубильные вещества хмеля, хорошо растворимые в воде, обладают способностью осаждать белки, в том числе и не осаждаемые дубильными веществами солода. Крупные хлопья свернувшегося белка оседают, захватывая частицы мути, сусло осветляется.
Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце -- гарантировать хорошее образование хлопьев.
Удельный расход хмеля на 1 дал пива в зависимости от качества хмеля (содержания б-кислоты) и сорта пива составляет от 20 до 60 г. Хмелепродукты в сусло вносят в два, три или четыре приема (если применяют целые шишки), причем последнюю порцию -- незадолго до конца кипячения.
При внесении хмеля в два приема всю порцию делят на две части: первую задают в сусловарочный котел после того, как в него поступило первое сусло, вторую -- за 30-40 мин до конца кипячения.
При трехкратной задаче 50 % хмеля добавляют после набора первого сусла, 30 % -- за час и последние 20 % -- за 20 мин до кон-ца кипячения.
Таким образом, для улучшения вкуса пива рекомендуется сначала кипятить сусло без хмеля, тогда на белки будут действовать только ду-бильные вещества солода. При добавлении хмеля к суслу, частич-но освобожденному от белков, оно приобретает сильный хмелевой аромат, но без грубой горечи. Если же в сусло добавлять хмель в начале кипячения, то дубильные вещества солода, как более сла-бые, не взаимодействуют с белками и остаются в растворе, прида-вая суслу грубоватый вкус.
Окончание процесса кипячения сусла определяют по содержанию сухих веществ в нем, свертыванию белково-дубильных веществ, образованию хлопьев и прозрачности горячего сусла.
В последние годы распространение получил способ вторичного ис-пользования последней порции хмеля, который подвергается в сусловарочном котле кратковременному кипячению. В этой порции хмеля остается достаточное количество горьких веществ, поэтому его можно использовать вторично для охмеления сусла.
Процессы, протекающие при кипячении сусла с хмелем При кипячении хмеля в сусло переходит значительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических и минеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в результате растворения в нем специфических составных частей хмеля и продуктов реакции меланоидинообразования.
Эфирное масло при длительном кипячении улетучивается. Наиболее полно используется эфирное масло хмеля последней порции, задаваемой в конце кипячения. Оставшееся количество хмелевого масла или продукты его превращения участвуют в со-здании аромата пива.
На стадии варки сусла с хмелем происходит тепловая коагуляция (выпадение хлопьев) белка. Она проходит в два этапа. На первом происходит частичная дегидратация молекул белка, на втором - дегидратированные молекулы соединяются между собой и образовывают хлопья.
Образованию белковых хлопьев в сусле благоприятствуют:
1. увеличение времени кипячения (но возрастает расход электроэнергии);
2. повышенные давление и температура (но возрастает содержание диметилсульфида);
3. интенсивное кипячение кипящего сусла;
4. низкий уровень pH (5,2) в присутствии сульфа-тов и хлоридов.
Кипячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветности в результате реакции меланоидинообразования, карамелизации сахаров, окисления полифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля.
На растворение горьких веществ влияет концентрация водородных ионов, продолжительность процесса, состав воды, а также концентрация сусла.
При щелочной реакции растворимость горьких веществ выше, чем при кислой. В сусле в основном остаются толь-ко продукты превращения б-горькой кислоты, обусловливающие впоследствии горечь пива, за счет этого изменяется рН. Дубильные вещества хмеля ускоряют коагуляцию белков.
При работе с мягкой водой образующиеся кислоты способствуют осаждению горьких веществ, тем самым снижая ощущение горечи. При использовании карбонатных вод действие кислот в начале брожения нейтрализуется.
При высокой концентрации сусла в среде возрастает количество коагулируемого белка, который при осаждении выводит из раствора горькие вещества. По этой причине при упаривании концентрированного сусла количество вводимого хмеля увеличивают.
Важной предпосылкой взаимодействия сахара с аминокислотами, приводящего к образованию меланоидинов, является наличие свободной карбонильной группы. Синтез меланоидинов происходит особенно легко с пентозами, и в первую очередь с ксилозой.
Из аминокислот наибольшей реакционной способностью обладают глицин и аланин, которые образуют и наиболее окрашенные продукты. Валин и лейцин дают продукты с более сильным ароматом. Последние реагируют только при отсушке тёмного солода примерно при 100°C и обусловливают его аромат. Ди - и трипептиды интенсивно реагируют с арабинозой и ксилозой.
Глицин придаёт продукту реакции весьма интенсивную окраску, запах пивного колера и слабокисловатый привкус. Аланин реагирует медленнее с образованием тёмно-коричневого продукта со слабым запахом розы. Валин реагирует медленно и наряду с коричневой окраской придаёт продукту приятный запах, напоминающий нежный аромат роз. Лейцин, реагируя с сахарами, даёт продукт с незначительной окраской, но сильным хлебным ароматом.
Аспарагин и глютаминовая кислота реагируют с сахарами медленно и в незначительной степени и придают запах, напоминающий аромат миндаля. Тирозин и бетаин в реакциях образования ароматических и красящих веществ не участвуют. Продукты, образующиеся в результате взаимодействия сахаров с аммиаком, обладают сильной окраской, однако вкус их неприятный - пригорелого хлеба и даже горький.
Растворы меланоидинов обладают кислой реакцией, что зависит от освободившейся карбоксильной группы аминокислоты. Меланоидины обладают ярко выраженными восстановительными свойствами, благодаря чему в сусле создаётся определённый окислительно-восстановительный потенциал.
Меланоидины являются лиофильными коллоидами и защищают нестойкие коллоиды, находящиеся в пиве, предотвращая их выпадение и образование в пиве мути и выделение осадков. Они являются антиоксидантами и предохраняют нестабильные белковые вещества от окисления. Благодаря своим коллоидным свойствам меланоидины в растворе дают прочные поверхностные плёнки и являются хорошими пенообразующими продуктами. Добавление их к пиву повышает его пену. Например, пиво, оцениваемое по пене величиной 33,5, после добавления меланоидинов достигло оценки 41,5. Тёмное пиво всегда имеет более стойкую (богатую) пену, чем светлое.
При сушке солода для накопления красящих и ароматических веществ большое значение имеет содержание влаги. Если солод подвёргся сильному обезвоживанию на верхней решётке, то количество продуктов распада белков в нём недостаточное дл интенсивного протекания реакции меланоидинообразования. При влажности 6-8% светлый солод не приобретает аромата и цветности, характерного для тёмного солода, который переходит с верхней решётки на нижнюю решётку с влажностью 20-25%.
Классическое дображивание производится в целях:
сбраживания экстрактивных веществ, сохранившихся после главного брожения;
насыщения пива диоксидом углерода;
естественного осветления пива благодаря осаждению дрожжей и других веществ;
созревания, улучшения и округления вкуса пива.
Для получения качественного пива дображивание должно протекать медленно и стабильно. Проводят его в закрытых танках дображивания, размещаемых в охлаждаемых, хорошо изолированных помещениях (должна быть предусмотрена возможность изменения температуры в пределах от +3 до -2 °С). Между классическим дображиванием и созреванием, включая холодное созревание, существует большое количество промежуточных фаз, которые в большинстве случаев определяются возможностями танков с автономным охлаждением, применением сепараторов для молодого пива, а также внешних охладителей.
Помещения лагерного отделения должны быть холодными, сухими и чистыми; температура в них, как мы уже отмечали выше, должна автоматически регулироваться в диапазоне от +3 до -2 °C (для особых способов хранения требуется несколько больший интервал температур). Отделение дображивания прежде располагали ниже поверхности земли, чтобы по возможности уменьшить влияние внешних тепловых воздействий. В настоящее время лагерные отделения размещают в сооружениях с соответствующей изоляцией, иногда оснащаемых теплоотражающими поверхностями и искусственным охлаждением. Располагают их между бродильным цехом, отделением фильтрации и цехом розлива, чтобы благодаря снижению длины трубопроводов облегчить их мойку и дезинфекцию.
Охлаждение отделений дображивания производилось прежде с помощью естественного льда (лагерные подвалы с торцевой, боковой или верхней засыпкой льда). Количество тепла, высвобождающегося при дображивании, составляет 630-750 кДж (150-180 ккал)/гл 12 %-ного пива (при условии необходимости дображивания около 1% экстрактивных веществ). Кроме того, охлаждение пива с температуры перекачивания (4 °С) до температуры отделения дображивания (-1 °С) требует 2100 кДж (500 ккал). Охлаждение циркулирующим воздухом применяется, как правило, в больших отделениях и отделениях с танками, установленными на седлообразные ложементы, так как при косвенном охлаждении разница температур между полом и танком на ложементе может составлять до 2 °С. Тем не менее подвод воздуха должен осуществляться так, чтобы он равномерно поступал ко всем танкам без нарушения естественной конвекции содержимого танка. Особенно целесообразно применять циркуляцию воздуха для лагерных танков с обмуровкой торцевых стенок, поскольку при этом можно использовать более высокую скорость потока воздуха и повышенную температуру в проходе для обслуживания.
Размер отделения дображивания зависит от количества дображиваемого пива, продолжительности дображивания и использования всей площади. Для пива низового брожения в условиях нормальных объемов производства (зимой и летом в соотношении 1 : 1,5) необходимая площадь отделения дображивания должна рассчитываться исходя из 1/5 объема производства, а при более высоких пиковых нагрузках и производстве разных сортов пива — еще больше. Продолжительность дображивания и созревания пива в течение 5-8 нед. (у специальных сортов пива даже дольше) и в настоящее время считается гарантией хорошего однородного качества пива. Важно, чтобы отделение дображивания было разделено на отдельные зоны, размер которых позволял бы в течение одной недели опорожнять, проводить мойку и снова заполнять все отделение дображивания (на небольших производствах иногда возможен интервал в 2 нед.). Отделения дображивания, способные вмещать весь производимый на предприятии объем пива, нецелесообразны, так как свежеперекаченное и готовое пиво в этом случае хранятся рядом, а это может негативно сказаться на процессе дображивания.
Приведенные выше данные о продолжительности дображивания и созревания могут показаться устаревшими, но следует помнить, что при классическом созревании и выдержке в традиционных лагерных отделениях процессы труднее регулировать, чем в современных танках дображивания, где предусмотрены соответствующие средства регулировки. Дображивание (созревание), как мы увидим далее, начинается при более низких температурах и поэтому протекает дольше. Увеличение продолжительности дображивания вызывается также охлаждением пива до температуры отделения холодного созревания (ниже 0 °С), для чего необходимо выдержать определенный минимальный срок.