PRODUKCJA PIWA
Produkcja piwa składa się z następujących etapów:
produkcja słodu
produkcja brzeczki
fermentacja brzeczki
leżakowanie i dojrzewanie piwa
filtracja piwa
rozlew piwa
Produkcja słodu
Podstawowym surowcem do produkcji słodu jest wysiewany w okresie wiosennym dwurzędowy jęczmień jary, który w słodowni poddawany jest procesowi słodowania. W wyniku słodowania powstaje słód browarny czyli ziarno jęczmienia poddane kiełkowaniu do określonego stadium, a następnie wysuszone. Słód zawiera skrobię, związki białkowe, tłuszczowe, dekstryny i cukry. Słodowanie ma na celu uaktywnienie zjawisk fizjologicznych i fizykochemicznych, które towarzyszą kiełkowaniu ziaren, a przede wszystkim wytworzenie w ziarnach maksymalnej ilości enzymów amylolitycznych, proteolitycznych i cytolitycznych oraz uzyskanie odpowiedniego rozluźnienia struktury wewnętrznej ziarna.
Proces produkcji słodu obejmuje sześć faz:
Czyszczenie ziarna
Sortowanie
Moczenie
Kiełkowanie
Suszenie słodu mokrego
Oddzielanie korzonków
Do słodowania przeznaczone jest ziarno jęczmienia po 6-8 tygodniach od zbioru, gdyż dopiero wtedy uzyskuje ono pełną dojrzałość fizjologiczną i nadaje się do produkcji słodu. Jęczmień świeżo zebrany jest magazynowany, a następnie czyszczony i sortowany pod kątem ciężaru właściwego, długości i grubości.
Następny etap produkcji słodu czyli moczenie jęczmienia odbywa się przez ok. 3 dni, a jego celem jest stworzenie odpowiednich warunków dla rozwoju zarodków ziaren oraz kiełka liścieniowego i korzonkowego, które zapoczątkowują aktywność enzymów i zmiany biochemiczne.
Kiełkowanie jęczmienia trwa ok. 7 dni. Przemiany fizjologiczne polegają na rozwoju kiełka liścieniowego i korzonkowego w zarodku, a tym samym wytworzenie odpowiedniej ilości enzymów i rozluźnienie struktury bielma. Od momentu kiełkowania jęczmienia ziarno przyjmuje nazwę słodu. Kiełkowanie umożliwia wydobycie substancji nagromadzonych w ziarnie słodowym, które pod wpływem działania enzymów stają się rozpuszczalne w procesie zacierania
Suszenie mokrego słodu trwa do 2 dni. Jego celem jest całkowity zanik funkcji życiowych zarodka czyli przerwanie kiełkowania i oddychania, zmniejszenie zawartości wody, wstrzymanie przemian enzymatycznych przy jednoczesnym zachowaniu aktywności enzymów powstałych podczas kiełkowania, wytworzenie w słodzie związków aromatycznych i smakowych, oraz zabezpieczenie słodu przed zepsuciem w czasie magazynowania. Suszenie słodu odbywa się w dwóch fazach. W fazie suszenia wstępnego słód suszony jest w tem. 45-50° C, natomiast faza prażenia trwająca 3-4 godziny odbywa się w temperaturze 85° C. W celu osiągnięcia słodu ciemnego temperatura wzrasta do 105° C, a czas prażenia do 5 godzin.
Ostatnim etapem produkcji słodu jest oddzielenie korzonków, które zawierają dużo białka, mają gorzki smak i negatywny wpływ na barwę piwa. Usunięcie korzonków odbywa się w odkiełkownicy, a odkiełkowany słód przeznaczony jest do magazynowania i dojrzewania przez ok. 4-6 tygodni.
Produkcja brzeczki
Produkcja brzeczki w warzelni obejmuje następujące etapy:
śrutowanie (rozdrabnianie) słodu w śrutowniku → śruta słodowa
zacieranie śruty w kadzi zaciernej → zacier
filtracja zacieru w kadzi filtracyjnej → brzeczka przednia
gotowanie brzeczki z chmielem w kotle warzelnym → brzeczka gorąca
oddzielanie osadu gorącego w kadzi wirowej whirlpool
schładzanie brzeczki gorącej w płytowym wymienniku ciepła → brzeczka nastawna
natlenianie brzeczki
Pierwszym etapem produkcji brzeczki jest rozdrobnienie słodu w śrutownikach walcowych i młynach młotkowych. Rozdrobniony słód nazywa się śrutą słodową. Celem śrutowania słodu jest zmiażdżenie bielma, aby ułatwić rozpuszczenie składników ekstraktywnych w wodzie podczas zacierania. Śrutowanie słodu powinno przebiegać w taki sposób, aby nierozpuszczalna w wodzie łuska była jak najmniej rozkruszona, bielmo natomiast było jak najbardziej rozdrobnione. Większa ekstrakcja łuski wpływa na smak i barwę piwa, ogranicza również naturalny materiał filtracyjny jakim są łuski osiadłe na dnie kadzi.
Zacieranie ma na celu rozpuszczenie w wodzie maksymalnej ilości związków rozpuszczalnych słodu, powstałych podczas słodowania ziarna jęczmienia, oraz dalszy enzymatyczny rozkład skrobi i białek. Zacieranie polega na mieszaniu śruty z wodą. Na efekt końcowy zacierania czyli zacier wpływa przede wszystkim określona temperatura mieszania i czas przebywania zacieru w temperaturze, w której enzymy działają najintensywniej. Optymalne warunki hydrolizy białek, skrobi i innych związków zmieniają się w zależności od wybranego gatunku i typu piwa. Ważną rolę odgrywają również pH zacieru i jego gęstość. Tradycyjne metody zacierania dzieli się na infuzyjne i dekokcyjne. Wybór metody zależy od gatunku warzonego piwa, który z kolei wpływa na dobór optymalnych warunków działania poszczególnych enzymów podczas zacierania: temperatury, przerwy w mieszaniu, pH, gęstości zacieru. W metodzie infuzyjnej wyróżnia się metodę infuzji wzrastającej i metodę infuzji zstępującej. Najpopularniejszą metodą jest metoda infuzji wzrastającej, którą powszechnie stosuje się w produkcji piwa jasnego pełnego. W metodzie tej cały zasyp słodu miesza się z wodą o temperaturze 37 °C, następnie po 30 minutach mieszania podwyższa się temperaturę z prędkością 1 °C/min do temperatury 52 °C. Po osiągnięciu tej temperatury wyłącza się mieszadła i stosuje się przerwę na ok. 25 min, aby peptydazy mogły rozłożyć białka na mniejsze cząsteczki. Następnie ponownie podgrzewa się zacier do temperatury 65 °C ciągle mieszając i robi się drugą przerwę na ok. 40 minut, by skrobia rozłożyły się do maltozy i glukozy. Po zakończonej przerwie włącza się mieszadła i podgrzewa zacier do 72 °C, czyli do temperatury całkowitego scukrzenia, które następuje w trakcie ok. 30 minut. W tym czasie enzym α-amylazy tworzy dużą ilość cukrów niepodlegających fermentacji, nadających jednakże piwu typowo słodowego charakteru. Czasami zacier podgrzewany jest jeszcze do 78 °C i pozostawiony w tej temperaturze na 10 minut w celu dezaktywacji enzymów.
Całkowite scukrzenie bada się próbą jodową, mieszając kroplę brzeczki z kroplą jodu. Jeśli nie następuje zmiana barwy brzeczki zacieranie jest zakończone, a brzeczka może zostać poddana procesowi filtracji. Poszczególne odmiany zacierania metodą infuzji wzrastającej różnią się między sobą początkową temperaturą oraz długością przerw.
W Metodzie infuzji zstępującej stosowanej szczególnie w Anglii słód miesza się z wodą o temperaturze 70 °C, następnie przetłacza do kadzi z wodą o temperaturze 75-80 °C, zaciera przez ok. 90 minut, a po spadku temperatury zacieru do 70 °C, przystępuje do filtracji.
Metoda dekokcyjna różni się od infuzyjnej tym, że 1/3 zacieru przetłaczana jest do kotła zaciernego i poprzez stopniowe podnoszenie temperatury i stosowanie przerw jak w metodzie infuzyjnej, doprowadzana jest do wrzenia w celu lepszego skleikowania skrobi, a następnie ponownie łączona z zacierem głównym. Część zacieru przeznaczona do gotowania nazywana jest dekoktem, a w zależności od tego, ile porcji dekoktu poddawane jest gotowaniu rozróżniamy system jednowarowy, dwuwarowy i trójwarowy. Najczęściej stosowany jest system jedno- i dwuwarowy. System trójwarowy ze względu na długość trwania całego procesu i czynniki ekonomiczne stosowany jest coraz rzadziej.
Po zakończonym procesie zacierania śruty słodowej następuje etap filtrowania czyli klarowania zacieru w kadzi filtracyjnej lub przy zastosowaniu nowoczesnego filtra zacierowego nazywanego również prasą filtracyjną. Efektem filtracji jest klarowna brzeczka przednia. Po przepompowaniu zacieru do kadzi filtracyjnej następuje sedymentacja na dnie zbiornika łusek ziarna z resztkami bielma i wytrąconego białka, które tworzą naturalną warstwę filtracyjną zwaną wysłodzinami lub młótem. Klarowanie powinno odbywać się bez kontaktu zacieru z tlenem, który wpływa niekorzystnie na właściwości smakowe piwa i powoduje jego ciemniejszą barwę.
Kiedy zacier jest już przefiltrowany następuje gotowanie brzeczki z chmielem lub preparatami chmielowymi, które ma na celu zagęszczenie brzeczki, zniszczenie enzymów, rozpuszczenie składników chmielu i wytrącenie substancji garbnikowo-białkowych.
W kadzi wirowej typu whirlpool lub w dekanterze brzeczka poddawana jest wirowaniu co powoduje szybkie wytrącanie i osadzanie się na dnie osadów gorących (chmielin), pozostałych po gotowaniu brzeczki z chmielem. Następnie brzeczka przepływa przez płytowy wymiennik ciepła, który schładza ją do temperatury nastawnej czyli temperatury, w jakiej dodaje się do brzeczki drożdży.
Ostatnim etapem przed rozpoczęciem fermentacji jest napowietrzenie brzeczki do zawartości ok. 6-8 mg/dm3 tlenu, który niezbędny jest do przyrostu masy drożdży. Po natlenianiu brzeczkę przepompowuje się do kadzi nastawnej i rozpoczyna proces fermentacji.
Fermentacja
Fermentacja w kadzi otwartej
Przed zafermentowaniem brzeczki zbiera się z jej powierzchni tzw. osady zimne czyli substancje, które wytworzyły się dopiero po schłodzeniu brzeczki. W klasycznych metodach fermentacja piwa odbywa się w kadziach zamkniętych lub otwartych. Wzrost produkcji piwa i rozwój technologiczny spowodowały jednak, że obecnie większość dużych browarów stosuje stojące lub leżące, cylindryczno-stożkowe tankofermentory(unitanki) o pojemności ponad 2000 hl, które łączą w sobie funkcje kadzi fermentacyjnej i tanku leżakowego. Fermentacja następuje wtedy pod ciśnieniem 1 bara, a piwo jest intensywnie mieszane, co skraca cały cykl fermentacji do 4-6 dni. W zależności od rodzaju użytych drożdży wyróżnia się:
fermentację dolną
fermentację górną
fermentację spontaniczną
Drożdże dolnej fermentacji wymagają niższych temperatur ok. 5-13 °C i osadzają się na dnie kadzi, natomiast drożdże górnej fermentacji zbierają się na powierzchni i fermentują w temperaturze 15-25 °C.
Pierwsza faza fermentacji nazywana jest fermentacją burzliwą (główną), w odróżnieniu od wtórnej - podczas leżakowania piwa lub w butelkach. Rozpoczyna się ona zadaniem drożdży, które w okresie jednego dnia zwiększają swoją masę 3-4 razy. Rozmnażanie drożdży kończy się kiedy w brzeczce nie ma już tlenu. Następuje wtedy proces fermentacji alkoholowej czyli zamiana cukrów fermentujących na alkohol etylowy, dwutlenek węgla i produkty uboczne fermentacji. Proces fermentacji zależy przede wszystkim od gatunku piwa, a różnice dotyczą zmian w ilości dodawanych drożdży, temperatury nastawienia brzeczki i temperatury fermentacji. W przypadku ciemnych piw temperatura nastawna i temperatura fermentacji są zwykle wyższe niż przy piwach jasnych, a czas fermentacji trwa mniej więcej tyle dni, ile procent ekstraktu zawiera brzeczka nastawna. Po 20-25 godzinach od dodania drożdży następuje tzw. stadium niskich krążków. Jest to warstwa piany składająca się z rozpuszczonych w brzeczce żywic chmielowych i substancji białkowo-garbnikowych. Po kolejnych 2-3 dniach następuje kulminacyjny punkt fermentacji czyli stadium wysokich krążków. W tym okresie intensywnie wydziela się dwutlenek węgla, piana zabarwia się na kolor brunatny, a krążki stają się wysokie. Po upływie dwóch dni następuje schładzanie fermentującej brzeczki. W tym czasie piana opada, drożdże tworzą tzw. kłaczki, a piwo klaruje się. Pod koniec fermentacji brzeczkę pokrywa cienka warstwa zwana powłoką pofermentacyjną, usuwaną podczas filtrowania piwa. Po zakończeniu fermentacji piwo nazywane jest piwem młodym lub zielononym.
Leżakowanie
Tankofermentory stojące
Po skończeniu fermentacji rozpoczyna się proces leżakowania (fermentacja wtórna lub w piwowarstwie domowym: cicha). Młode piwo przetłaczane jest do hermetycznych tanków leżakowych lub pozostaje w tankofermentorach. Celem leżakowania jest przede wszystkim dalsza fermentacja maltozy, nasycenie piwa dwutlenkiem węgla, uzyskanie właściwego stopnia odfermentowania, sklarowanie piwa i wytworzenie właściwego bukietu smakowo-zapachowego m.in. poprzez rozłożenie diacetylu, który znajduje się w piwie jako produkt uboczny fermentacji. Nowoczesne browary często sztucznie nasycają piwo dwutlenkiem węgla, który usuwa związki lotne, tworzące zapach młodego piwa i skraca znacząco okres leżakowania. Proces leżakowania czyli dofermentowania i dojrzewania piwa powinien przebiegać w przypadku piw dolnej fermentacji w temperaturze -1 do +1 °C przy nadciśnieniu powyżej 0,03 MPa, a przy piwach fermentacji górnej 10-12 °C. Trwa on w zależności od rodzaju piwa 4-6 tygodni w przypadku fermentacji klasycznej lub 2-3 tygodnie w tankofermentorach. Niektóre gatunki piwa wymagają jednakże kilkumiesięcznego okresu dojrzewania.
Filtracja i pasteryzacja
Celem filtracji jest usunięcie zawiesin pofermentacyjnych, powodujących zmętnienie lub opalizację oraz nadanie piwu klarowności i połysku. Piwo filtruje się przez ziemię okrzemkową (zmielona skała osadowa zbudowana z silnie porowatych okrzemek) lub membrany (mikrofiltracja), a najczęściej stosowane w piwowarstwie filtry to filtr płytowy, ramowo-płytowy, świecowy i horyzontalny-sitowy. Dodatkowo wykonuje się stabilizację koloidalną piwa przy użyciu żeli krzemionkowyh lub syntetycznych (PVPP - poliwinylopolipirolidon) i przeprowadza karbonizację czyli nasycenie piwa dwutlenkiem węgla do ok. 0,5%. Podczas filtracji dodaje się przeciwutleniacze (kwas askorbinowy, siarczyn sodu). Jeżeli piwo warzone było metodą HGB (high gravity brewing - wysoko stężone warzenie brzeczki do ok. 16-18%) to przed rozlewem następuje rozcieńczanie wodą do pożądanego ekstraktu piwa gotowego.
Większość produkcji piwa przeznaczonego do obrotu w sieciach handlowych podlega wyjałowieniu poprzez pasteryzację, dzięki czemu piwo uzyskuje większą trwałość mikrobiologiczną. Browary stosują najczęściej płytowy wymiennik ciepła, przez który piwo ogrzane do temperatury 70 °C przepływa przez ok. 2 min. Brak pasteryzacji piwa pozwala na zachowanie pełnych walorów smakowych, jednakże jego przydatność do spożycia wynosi zaledwie kilka tygodni.
Piwo po zakończonej filtracji i pasteryzacji rozlewane jest do butelek, puszek, beczek i kegów.