Drozdze-ferment dolnej (Saccharomyces cerevisiaespp.uvarum var.carslbergensis)górnej(S.cerevisiae var. cerevisiae)
SŁÓD otrzymywany z jęczmienia browarnego. Produkcja: moczenie ziarna jęczmienia, kiełkowanie, suszenie. Celem procesu jest wytworzenie i uaktywnienie enzymów ziarna koniecznych do rozkładu skrobi i białek w czasie zacierania, a co za tym idzie do produkcji piwa. Proces musi być tak prowadzony, aby można było wyprodukować słód o parametrach wymaganych do produkcji danego rodzaju piwa. Wzorcowe parametry słodu do produkcji piwa jasnego Zawartość białka 10,8% Zawartość białka w roztworze (Kolbach) 38-42 % Stopień rozluźnienia 1,2 -1,8 EBC Zawartość ekstraktu > 80 Lepkość < 1,55 mPas Barwa < 3,4 EBC Barwa po gotowaniu < 5,0 EBC Zawartość białka rozpuszczalnego > 650 mg/100 g sm. Kruchość - badana twardościomierzem - części twarde 80 - 85 % 2,0 % Wskaźnik trwałości VZ 45°C (HARTONG) 37-41 Zawartość wody < 5,0 % Wyrównanie < 0,8 %. . Słody dzielimy na jasne (pilzneńskie) i ciemne (monachijskie). Ich barwa zależy od zastosowanych odpowiednich temperatur suszenia. Słody ciemne mają na ogół niższą siłę amylolityczną. Istnieją również specjalne rodzaje słodów takie jak karmelowe i barwiące stosowane do barwienia piwa i/lub nadania mu specyficznego smaku i zapachu.
WODA tylko niewielka jej część jest używana bezpośrednio do produkcji piwa. Zużycie wody w browarze 3.7 do 10.9 hl/hl wyprodukowanego piwa, przy czym większość jej jest zużywana do mycia. Woda zużywana w procesie technologicznym jest zużywana głównie do zacierania słodu. Woda taka powinna się charakteryzować odpowiednimi parametrami z których najważniejszym jest tzw. alkaliczność resztkowa czyli różnica między właściwościami alkalizującymi anionów (głównie HCO3G), a właściwościami zakwaszającymi kationów (głównie Ca2+ i Mg2+). Im wyższa alkaliczność resztkowa tym większy wpływ twardości węglanowej na proces produkcyjny i wyższe pH brzeczki przy zacieraniu. Alkaliczność resztkowa wody do zacierania przy produkcji piw pilzneńskich powinna być niższa niż 5°n (stopni niemieckich → bo prawie wszystkie procesy w produkcji piwa prowadzone są w środowisku kwaśnym, a wysoka alkaliczność resztkowa podwyższa pH zacieru i brzeczki wpływając niekorzystnie na przebieg procesów enzymatycznych w czasie zacierania. zacierania. Alkaliczność resztkową można obniżyć przez obniżenie twardości węglanowej wody (dekarbonizacja), podwyższenie twardości niewęglanowej, neutralizację (dodatek kwasów powodujących przejście twardości węglanowej w niewęglanową).
TECHNOLOGIA PRODUKCJI PIWA
SŁÓD otrzymywany z jęczmienia browarnego. Produkcja: moczenie ziarna jęczmienia, kiełkowanie, suszenie. Celem procesu jest wytworzenie i uaktywnienie enzymów ziarna koniecznych do rozkładu skrobi i białek w czasie zacierania, a co za tym idzie do produkcji piwa. Proces musi być tak prowadzony, aby można było wyprodukować słód o parametrach wymaganych do produkcji danego rodzaju piwa.Słody dzielimy na jasne (pilzneńskie) i ciemne (monachijskie). Ich barwa zależy od zastosowanych odpowiednich temperatur suszenia. Słody ciemne mają na ogół niższą siłę amylolityczną. Istnieją również specjalne rodzaje słodów takie jak karmelowe i barwiące stosowane do barwienia piwa i/lub nadania mu specyficznego smaku i zapachu.
CHMIEL (Humulus lupus L.) jest rozdzielnopłciową pnąca byliną należącą do rodziny Cannabis rząd Urticales. W browarnictwie stosuje się tylko kwiatostany żeńskie, bowiem zawierają one gorzkie żywice (nadają goryczkę piwu) i olejki chmielowe (substancje eteryczne) dostarczające aromatycznych składników piwa. W browarnictwie coraz rzadziej stosuje się suszone szyszki chmielowe (chmiel naturalny, siarkowany, prasowany w balotach). Obecnie powszechnie stosowane są preparaty chmielowe, skoncentrowane lub nieskoncentrowane proszki i granulaty chmielowe, ekstrakty chmielowe otrzymane przy użyciu alkoholu etylowego lub CO2 a także izomeryzowane ekstrakty chmielowe. Rozróżnia się dwa rodzaje chmielu: chmiel goryczkowy oraz chmiel aromatyczny. Klasyfikacja opiera się na zawartości i proporcjach między zawartością żywic nadających piwu goryczkę ("- i $-kwasy) oraz olejków eterycznych nadających piwu aromat. Głównymi obszarami produkcji chmielu goryczkowego są Stany Zjednoczone, Niemcy, Australia, Chiny, a chmielu aromatycznego Niemcy, Czechy, USA, Ukraina i Polska. Szyszki chmielowe są bardzo wrażliwe na warunki otoczenia, a szczególnie tlen, wilgoć i temperaturę. Dlatego też zaraz po zbiorze muszą być ostrożnie suszone w temperaturze ok. 60°C do zawartości wilgoci od 8 do 12%, a następnie poddawane są prasowaniu w tzw. w baloty. Jednak nawet w optymalnych warunkach baloty nie mogą być przechowywane zbyt długo bez obniżenia jakości chmielu Przeciętny skład suszonych szyszek chmielowych przedstawia się następująco: 2.0 ÷ 12%"- kwasy - kwasy 1.0÷ 10% olejki chmielowe 0.5 - 1.5% polifenole 2 ÷ 5% białka 15% celuloza 40 ÷ 50% wilgotność 8 ÷ 12% składniki mineralne 10% W celu zwiększenia stabilności chmielu poddaje się go dalszej obróbce w wyniku czego otrzymuje się, w kolejności od najniższej do najwyższej trwałości, chmiel sprasowany w balotach, proszki i granulaty chmielowe (typ 90 i 45) oraz ekstrakty chmielowe.
DROŻDŻE Mikroorganizmy odgrywają pierwszoplanową rolę w produkcji piwa. W Polsce do produkcji piwa stosuje się wyłącznie drożdże, jednak w wielu krajach (m in. Niemcy, Belgia), w produkcji piwa wykorzystane są również bakterie (głownie bakterie mlekowe). O ile celem stosowania drożdży jest wytwarzanie alkoholu, substancji aromatycznych w piwie , oraz obniżenie pH brzeczki; to dodatek bakterii powoduje obniżenie kwasowości brzeczki, a pośrednio wpływa na smak i zapach piwa. W oparciu o różnice morfologiczne, fizjologiczne i technologiczne drożdże piwowarskie zostały podzielone na dwie grupy: Î drożdże fermentacji górnej - Saccharomyces cerevisiae var. cerevisiae I drożdże fermentacji dolnej - Saccharomyces cerevisiae spp. uvarum var. carslbergensis. Drożdże f dolnej są genet dość jednolite, natomiast górnej są bardziej zróżnicowane. Istotne różnice między drożdżami fermentacji dolnej i górnej, w odniesieniu do produkcji piwa, dotyczą tylko cech technologicznych.1.Wielkoć komórki 7-9µm 7-9µm 2) Zdolno¶ć do tworzenia skupień-
nie tylko komórki pączkujące/ tak występuj± zgrupowania komórek3) Fermentacja rafinozy 100%/33.33% 4) Sporulacja 72 h/48 h 5) Tlenowa przemiana materii 40-75% lub większa 6) Cytochromy spektrum 2 pasma elektroforetyczne/4 pasma elektroforetyczne 7) Optymalna temp. Wzrostu 28°C/25°C 8) Temperatura zahamowania wzrostu 0°C/10°C 9) Optymalne warunki działania katalazy 24°C pH 6.2-6.4 /15°C pH 6.5-6.8 10) Fermentacja główna 5-10°C drożdże kłaczkujące, osady drożdżowe, drożdże pyliste 7 dni / 15-25°C drożdże pyliste, wznoszą się do góry, zawiesiny chmielowe i drożdżowe 3 dni nieograniczona liczba szarży brak przemywania drożdży 11) Dofermentowanie w zbiornikach 0°C 4-6 tygodni / głównie w butelkach 8-20°C 2-3 tygodnie.
DODATKI NIESŁODOWANE W browarnictwie, do produkcji piwa stosuje się również surowce niesłodowane. Są one źródłem węglowodanów, a ich podstawowym składnikiem jest skrobia. Zazwyczaj stanowią one od 15 do 20% dodatek do słodu. Do najpopularniejszych dodatków zaliczamy: ziarna kukurydzy, śrutę, płatki, skrobię i syrop kukurydziany, ryż, jęczmień, sorgo, pszenicę oraz cukier. Ponieważ dodatek surowców niesłodowanych zmienia proporcję pomiędzy C:N (węgiel : azot) w brzeczce, konieczne jest kontrolowanie tej proporcji przez stosowanie w procesie zacierania odpowiedniego słodu oraz prowadzenie procesu w specjalny sposób. Innymi dodatkami stosowanymi w produkcji piwa są: preparaty enzymatyczne, stabilizujące i materiały filtracyjne.
PRODUKCJA BRZECZKI Proces zacierania słodu w produkcji piwa ma na celu wyprodukowanie brzeczki o określonym składzie i parametrach, która jest surowcem do produkcji piwa, a równocześnie pożywką do wzrostu mikroorganizmów, głównie drożdży. Drożdże są odpowiedzialne za fizykochemiczne i organoleptyczne cechy produktu gotowego. Etapem wstępnym zacierania jest mielenie słodu
A. Mielenie słodu Mielenie słodu jest procesem skomplikowanym, przygotowującym słód do procesu zacierania. Zarówno parametry słodu, jak i procesu mielenia zależą w dużym stopniu od rodzaju produkowanego piwa, stosowanej technologii i posiadanego wyposażenia technicznego. Ze względu na stosowaną technologię możemy proces mielenia słodu podzielić na mielenie na sucho i na mokro, a ze względu na stosowane urządzenia na mielenia na śrutownikach dwu-, cztero-, pięcio- i sześciowalcowych oraz młynach młotkowych. Celem mielenia jest z jednej strony ułatwienie rozpuszczenia składników ekstraktywnych słodu w wodzie i pobudzenie działania enzymów oraz stworzenie „materiału” do budowy warstwy filtracyjnej brzeczki w kadzi filtracyjnej. Dlatego też niezbędnym jest takie prowadzenie procesu, które zapewniałoby jak najmniejsze rozdrobnienie łuski, a jednocześnie jak największe rozdrobnienie bielma. Te wymogi w większym stopniu spełnia mielenie na mokro, które dzięki kondycjonowaniu słodu pozwala na zachowanie łuski w stanie prawie nienaruszonym, ułatwia rozdrobnienie bielma i aktywuje enzymy słodu. Mielenie na mokro powoduje 10-20% wzrost objętości łuski, łatwiejsze oddzielenie bielma od łuski, wzrost szybkości filtracji brzeczki a także polepszenie stopnia odfermentowania brzeczki. Młyny młotkowe maja zastosowanie do rozdrabniania słodu w browarach, które stosują nowoczesne filtry zacierne.
Parametry działania enzymów słodu 1) "-amylaza pH 5.6 ÷ 5.8 72 ÷ 75 > 80, enzym upłynniający 2) -amylaza 5.4 ÷ 5.5 60 ÷ 65 > 70, enzym scukrzający 3)endopeptydazy 4.0 ÷ 4.6 50 ÷ 65, enzym rozkładający białka 4)egzopeptydazy 7.0 ÷ 8.0 40 5)hemicelulozy 5.4 ÷ 5.8 37 ÷ 45, enzym rozkładający ściany komórkowe 6) endo-$-glukanaza 45 ÷ 50 > 80 enzym rozkładajacy ß-glukan. Równocześnie, na skutek hydrolizy kwaśnych związków słodu, a także ukwaszania biologicznego (dodatek bakterii mlekowych) lub kwasów zachodzi ukwaszanie zacieru. Ma to również istotny wpływ na aktywność enzymów. Niezależnie od początkowej kwasowości zacieru, która zależy od składu wody oraz słodu, jak również temperatury początkowej zacierania, proces powinien zakończyć się doprowadzeniem kwasowości czynnej zacieru do pH 5.2 ÷ 5.4 (odpowiada to pH 5.5 ÷ 5.8 w temperaturze 20°C). Kwasowość zacieru ma olbrzymi wpływ na ekstrakcję składników ze słodu, czas trwania procesu, jak również skład brzeczki. Najkrótszy czas scukrzania zacieru zachodzi przy pH 5.3 ÷ 5.6, najwyższą zawartość ekstraktu uzyskuje się prowadząc proces w pH 5.2 ÷ 5.4 przy zacieraniu infuzyjnym i pH 5.3 ÷ 5.9 przy zacieraniu dekokcyjnym.
C. Filtracja brzeczki Filtracja brzeczki polega na oddzieleniu klarownej brzeczki od młóta (wysłodzin) przy zastosowaniu kadzi filtracyjnej lub filtra zaciernego. Ogólna zasada filtracji polega na takim prowadzeniu procesu, który zapobiega obniżeniu temperatury zacieru i brzeczki (powoduje to wzrost lepkości i wydłużenie czasu filtracji) oraz zapobiega natlenieniu brzeczki. Proces filtracji powinien trwać, jak najkrócej. Zacier najczęściej filtruje się w kadziach filtracyjnych, które należy napełniać w taki sposób, aby utworzyła się naturalna warstwa filtracyjna na spodzie kadzi. Ważną rolę spełnia tu łuska (im mniej uszkodzona w czasie mielenia i zacierania tym łatwiej zachodzi proces filtracji). Warstwa ta przepuszcza klarowną brzeczkę przednią, a zatrzymuje osady. Proces jest przyspieszany przez wytworzenie podciśnienia pod warstwą filtracyjną. Po zakończeniu filtracji brzeczki przedniej następuje tzw. wysładzanie młóta polegające na jego kilkukrotnym płukaniu gorącą wodą, o temperaturze wyższej (o ok. 2 ÷ 4°C) od temperatury brzeczki i o kwasowości zbliżonej do kwasowości brzeczki. Zbyt wysokie pH wody (powyżej 6.5) powoduje wypłukanie związków garbnikowych - niekorzystnie wpływają na smak piwa. Płukanie prowadzi się tak długo (stosując kolejne porcje wody o coraz wyższej temperaturze), aż zawartość ekstraktu w brzeczce wysłodkowej osiągnie wymagany poziom (na ogół 1 ÷ 1.5%). Czas filtracji w kadzi filtracyjnej zależy od wielu czynników, m.in. od konstrukcji samej kadzi i może trwać nawet do6 godzin Znaczne skrócenie czasu filtracji można uzyskać stosując filtr zacierny w którym proces prowadzi się przy zastosowaniu ciśnienia zewnętrznego 0.04 MPa. Cykl i zasady procesu są podobne jak w kadzi zaciernej, jednak dzięki stosowaniu ciśnienia zewnętrznego czas trwania procesu ulega znacznemu skróceniu do 2-3 godzin.
CHŁODZENIEProces chłodzenia brzeczki ma na celu doprowadzenie jej do temperatury, w której można dodać do niej drożdże (temperatura nastawu) i rozpocznie się proces fermentacji. Jednocześnie proces chłodzenia powinien doprowadzić do wydzielenia osadów zimnych oraz ułatwić napowietrzenie brzeczki. Chłodzenie brzeczki do temperatury rzędu kilku do kilkunastu stopni Celsjusza ( w zależności od stosowanych drożdży) prowadzi się w wymiennikach płytowych Schłodzoną brzeczkę natlenia się do zawartości 6 ÷ 8 mg O2/dm3. Tlen jest niezbędny w pierwszym okresie po zadaniu brzeczki drożdżami - przyrost masy drożdży. Ilość wprowadzonego do brzeczki sterylnego powietrza (tlenu) zależy od rasy, dawki, rodzaju piwa oraz składu brzeczki. Natlenianie najczęściej odbywa się w przepływie, przy użyciu sprężonego sterylnego powietrza, za pomocą specjalnych urządzeń (eżektor lub porowata świeca umieszczona w przewodzie, przez który przepływa schłodzona brzeczka). A. Usuwanie osadów zimnych Oprócz usunięcia osadów gorących należy również usunąć osady zimne (bardzo drobne cząsteczki - rozpuszczalne po podgrzaniu brzeczki, które oblepiają komórki drożdżowe i utrudnia wymianę materii. Można je usunąć stosując bardzo drobne pęcherzyki powietrza (flotacja), które unoszą na powierzchnię cząstki osadu. Zadawalające wyniki uzyskuje się po przepuszczeniu ok. 30-40 hl powietrza/hl brzeczki chmielonej B. Zadawanie drożdżami Do szczepienia brzeczki chmielonej, w browarach stosuje się wybrany odpowiedni szczep drożdży, który „zaadoptował” się w warunkach browaru. Drożdże nastawne przygotowuje się w dziale propagacji drożdży z czystej kultury, pochodzącej z wybranej przez browar, Kolekcji Czystych Kultur Drobnoustrojów. W browarach wykorzystuje się jednak przede wszystkim drożdże pochodzące z wcześniejszych rzutów produkcyjnych (szarż). Drożdże zebrane ze zbirników fermentacyjnych wymagają jednak odpowiedniego przygotowania i traktowania (pielęgnacja drożdży), które obejmuje: dekarbonizację (usunięcie CO2); przemywanie; przesiewanie; napowietrzanie; homogenizację; przechowywanie. Do drożdży przechowywanych przez dłuższy czas w odpowiednich warunkach, przed zadaniem dodaje się brzeczkę, aby zwiększyć ich aktywność fermentacyjną i szybkość wzrostu. Pzygotowanie do szczepienia drożdżami obejmuje: napowietrzanie mieszanie w celu ujednolicenia (uzyskania homogenności) Zadawanie drożdży może być wykonane tradycyjnie - ręcznie lub za pomocą pomp. Ilość dodawanych drożdży zależy od szczepu drożdży i asortymentu produkowanego piwa, może być kontrolowana wagowo lub przez pomiar zmętnienia
C.. FERMENTACJA KLASYCZNA W KADZIACH OTWARTYCH W klasycznej fermentacji burzliwej (w kadziach otwartych), z wykorzystaniem drożdży dolnej fermentacji rozróżnia się cztery etapy: 1. Zaszczepienie - charakteryzuje się szybkim przyrostem biomasy drożdży (liczba komórek zwiększa się 3-4 krotnie) do momentu wyczerpania rozpuszczonego w brzeczce tlenu. 2. Fazę krążków niskich - na powierzchni brzeczki pojawia się biała piana, która stopniowo gęstnieje. Z czasem zmienia się również jej kolor - na brunatny - spowodowane to jest wytrącaniem się żywic chmielowych oraz substancji garbnikowo-białkowych. 2. Fazę krążków wysokich - charakteryzuje się wysok± pian±. Proces fermentacji osiąga maksimum. Wytrącone substancje (żywice chmielowe) pokrywają całą powierzchnię piany - intensywny brunatny kolor. 3. Fazę opadania kr±żków - końcowy etap fermentacji, piana zanika, drożdże opadaj± na dno, a młode piwo klaruje się. W celu przyspieszenia opadania drożdży należy obniżyć temperaturę w kadziach. Pod koniec fermentacji powierzchnię brzeczki pokrywa cienka warstwa opadłej piany jest to powłoka pofermentacyjna, którą należy usuwać. Klasyczną fermentację burzliwą prowadzi się w temperaturze 6 ÷ 8.5°C , zaś za orientacyjny czas fermentacji przyjmuje się taką ilość dni, ile procent ekstraktu zawiera brzeczka podstawowa. Podczas procesu fermentacji zachodzi wiele przemian biochemicznych i fizykochemicznych. Dla przykładu, na rysunkach przedstawiono zmiany podstawowych parametrów charakteryzujące przebieg fermentacji górnej i dolnej)
FILTRACJA, KARBONIZACJA, ROZLEW
Filtracja piwa ma na celu jego stabilizację poprzez usunięcie zawiesin, komórek drożdży oraz nadanie mu odpowiedniej klarowności i połysku. Powszechnie stosuje się filtrację przez ziemię okrzemkową na różnego rodzaju filtrach (płytowych, ramowo-płytowych, świecowych, horyzontalnych-sitowych). Po filtracji piwo trafia do zbiorników pośredniczących (BBT) w których przetrzymywane jest do momentu skierowania na linię rozlewniczą. Przed napełnieniem butelek, w piwie zwiększa się zawartość CO2 do zawartości ok. 0.5% w urządzeniach zwanych karbonizatorami. Ostatnim etapem produkcji piwa jest jego rozlew do butelek, puszek lub kegów. Odbywa się to w odpowiedni sposób, zapewniający niską temperaturę i wysokie nadciśnienie -zapobiegające wydzielaniu się dwutlenku węgla.
SŁÓD - podkiełkowane ziarna jęczmienia do określonego stadium i wysuszone, zawiera skrobię, związki białkowe, tłuszczowe, dekstryny i cukry oraz substancje m.in. enzymy amylolityczne, proteolityczne i cytolityczne - jest podstawowym surowcem do produkcji piwa. SŁODOWANIE - jest to proces przetwarzania ziarna zbóż, głównie jęczmienia w słód. Polega na wywołaniu kiełkowania ziarna po namoczeniu do określonego poziomu wilgotności, a następnie kierowanie procesami fizjologicznymi, w wyniku których powstaje kompleks enzymów (amylo, proteo, celulo i in.), zmianie ulegnie struktura ziarna oraz powstają odpowiednie cechy aromatyczne. Stan ten utrwala się poprzez wysuszenie. jęczmień→ czyszczenie i sortowanie → Magazynowanie →moczenie →kiełkowanie →suszenie →oddzielenie korzonków →magazyowanie W celu usunięcia zanieczyszczeń ferromagnetycznych ziarna jęczmienia przepuszcza się przez aparat magnetyczny wyposażony w magnes stały lub elektromagnes. Do czyszczenia ziarna służą: a) wialnie - za pomocą odpowiednio skierowanego strumienia powietrza oddzielają lekkie zanieczyszczenia, grubsze zaś oddziela się na sitach b) tryjery - rozdzielają ziarna według długości, na tryjerze oddziela się dłuższe ziarna np. owsa, krótsze okrągłe nasiona (wyka, kąkol,) oraz połówki ziarn. c) sita - .płaskie lub cylindryczne (separatory) służą do segregowania oczyszczonego jęczmienia według grubości. Sita zaopatrzone są podłużne szczeliny różnej szerokości (wg norm 2.2; 2.5; 2.8 mm) - pozwala na ciągłe usuwanie dwutlenku węgla, zanieczyszczeń i substancji wyługowanych z łuski. wadą jest duże zużycie wody. C Moczenie przez zraszanie - stosowane po dokładnym wymyciu ziarn i wstępnym moczeniu powietrzno-wodnym. W ostatnim okresie moczenia następuje zraszanie ziarna wodą ze stałym odprowadzaniem CO2 i wyługowanych substancji. moczenie prowadzi się specjalnych urządzeniach Warunki prawidłowego kiełkowania ziarna jęczmienia to: 1)odpowiednia temperatura -powinna wzrastać równomiernie, od pierwszego do ostatniego dnia kiełkowania - nie więcej niż 1°C na dobę. Maksymalna temperatura powinna być utrzymana na jednakowym poziomie w każdej partii tego samego jęczmienia (np. na słód jasny - 18°C, a na słód monachijski 21°C). Gwarantuje to utrzymanie stałego poziomu jakości słodu; 2) stopień namoczenia - wilgotność ziarna również powinna być utrzymywana na stałym poziomie przez cały okres kiełkowania, dla jęczmienia na słód jasny - 43÷44%, na słód monachijski - 45÷46%; 3)obecność tlenu - zależy od częstotliwości i intensywności