Surowce w piwowarstwie
Chmiel- rozdzielnopłciowa pnąca bylina . W piwowarstwie stosujemy tylko kwiatostan żeński, bowiem zawiera on gorzkie żywice i olejki eteryczne dostarczające aromatycznych składników piwa. W przemyśle stosuje się suszone szyszki chmielowe lub produkty z nich otrzymywane, tj: chmiel naturalny, siarkowy, prasowany w balotach, proszki skoncentrowane lub nie skoncentrowane i granulaty chmielowe, ekstrakty chmielowe otrzymywane przy uzyciu alkoholu etylowego lub CO2 oraz izomeryzowane ekstrakty chmielowe.
Zasadniczo wyróżniamy 2 rodz. chmielu: ch. Goryczkowy oraz ch. Aromatyczny. Klasyfikacja polega na określeniu zawartości i proporcji miedzy zawartościa żywic nadających piwu goryczke ( gł. zawartość α- i β- kwasów) oraz olejków eterycznych nadających piwu aromat.
Woda- Jest gł. surowcem do produkcji piwa, przy czym tylko jej niewielka czesc jest uzywana do besposredniej produkcji, większość jest zuzywana do mycia. Zuzycie wody w browarze wynosi 3,7- 10,9 hl/hl wyprodukowanego piwa. Woda zuzywana w procesie technologicznym jest stoowana gł. do zacierania słodu. Najważniejszym parametrem wody jest jej alkaliczność resztkowa, czyli róznica miedzy właściwościami alkalizujacymi anionów (gł. HCO3¯ ) a właściwościami zakwaszającymi kationow (gl. Ca2+ i Mg2+). Im większa alkaliczność resztkowa tym, tym wiekszy wpływ twardosci weglanowej na proces produkcji, a co za tym idzie wyższe pH brzeczki przy zacieraniu. Alkaliczność resztkowa wody do zacierania przy produkcji piw pilzneńskich powinna być 5ºn (stp niem). Wynika to z faktu ze prawie wszystkie procesy w produkcji piwa sa prowadzone w środowisku kwasnym, a duza alkaliczność resztkowa podwyzsza pH zacieru i brzeczki, wpływając nie korzystnie na przebieg procesow enzymatycznych w czasie zacierania.
Drożdże- W produkcji piwa stosowane są drozdze fermentacji dolnej lub gornej. W czasie fermentacji drozdze zużywają sacharydy w określonej kolejności, najpierw monosacharydy (glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza) potem disacharydy (maltoza, sacharoza), a na koncu trisacharydy (rafinoza, maltotrioza). Wynika to z wielkości nakładów energetycznych ponoszonych na ich transport do wnętrza kom i asymilacje. Maltoza jest gł. sacharydem zuzywanym przez drozdze.
Związki niezbędne dla drozdzy to:
-zw azotowe potrzebne gl. do budowy bialka kom. Peferowane sa sole amonowe, jednak w brzeczce wyst. one w niewielkich ilosciach . Dlatego tez gl źródłem zw azotowych w brzeczce sa aminokwasy i peptydy maloczast. Około 40-45% zw azotowych pobieranych przez drozdze fermentacji dolnej to aminokwasy. Aminokwasy obecne w brzeczce pobierane sa partiami i nastepuje to w roznym czasie. Jest to związane z fizjologia drozdzy. Innymi waznymi zw niezbędnymi do wzrostu drozdzy sa zsady azotowe puryny i pirymidyny, konieczne do syntezy kw nukleinowych
-odpowiednie jony niezbędne do funkcjonowania enzymów. Do najważniejszych naleza: K, Na, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, siarczany (VI), fosforany (V), azotany (V).
Dodatki- Do produkcji piwa stosuje się również surowce nislodowe. Sa one źródłem cukrów, a ich podstawowym składnikiem jest skrobia. Zazwyczaj stanowiła one 15-20% dodatek do slodu. Do najpopularniejszych surowcow zaliczamy: kukurydze, srute, platki, skrobie i syrop kukurydziany, ryz, jęczmień, sorgo, pszenice, cukier. Dodatek surowcow nieslodowanych często zmienia stosunek C:N w brzeczce, dlatego należy utrzymywac optymalna wartość tej produkcji, używając odpowiedniego slodu lub odpowiednio prowadzac proces zacierania. Innymi dodatkami stosowanymi do produkcji piwa są: preparaty enzymatyczne, preparaty stabilizujące i materialy filtracyje.
Wytwarzanie brzeczki w piwowarstwie
Brzeczka o określonym skladzie , właściwościach i parametrach jest surowcem do produkcji piwa i jednoczesnie pozywka do wzrostu mikroorg gl. drozdzy, które wpływają na fizykochem i organoleptyczne cechy produktu gotowego. Etapem wstępnym do jej otrzymywania jest mielenie i zacieranie slodu.
Mielenie slodu- Jest to bardzo skomplikowany zabieg przygotowujący slod do procesu zacierania. Zarówno parametry stosowanego slodu jak i procesu mielenia zaleza w duzym stopniu od rodzaju produkowanego piwa, stosowanej technologii, wyposażenia technicznego. W większości przypadkow wszystkie te 3 elementy sa stale , wiec parametry slodu i mielenia sa niezmienne.
Ze względu na stosowana technologie proces mielenia slodu można podzielic na m. na sucho i na mokro, a ze względu na stosowane urzadzenia na mielenie na śrutownikach 2-, 4-, 5- i 6- oraz młynach mlotkowych. Celem mielenia jest ułatwienie rozpuszczenia skl ekstraktywnych slodu w wodzie i pobudzenia dzialania enzymow oraz stworzenie materialu do budowy warstwy filtracyjnej brzeczki w kadzi filtracyjnej. Niezbędne jest prowadzenie procesu, które zapewnialoby jak najmniejsze rozdrobnienie luski, a jednoczesnie jak największe rozdrobnienie bielma. Te wymagania w większym stopniu spełnia mielenie na mokro, które powoduje 10-20% zwiekszenie objętości luski, co prowadzi do zwiekszenia szybkoscifiltracji brzeczki i polepszenia stp odfermentowania brzeczki.
Zacieranie- Jest to jeden z najistotniejszych procesow przy produkcji piwa. W czasie tego procesu skl slodu przechodza do brzeczki podlegając jednoczesnemu przekształceniu do form przyswajalnych dla drozdzy lub przydatnych do tworzenia cech fizykochem piwa. Ponieważ skrobia i bialka sa slabo rozpuszczalne w wodzie, a dodatkowo ich masa czast i forma uniemożliwiają wykorzystywanie ich przez drozdze, celem procesu zacierania jest włączenie enzymow rodzimych slodu do ich hydrolizy i przekształcenie w formy przydatne do dalszych etapach technologicznych.
Podczas zacierania procesowi degradacji ulegaja: skrobia, β-glukan, bialka i inne składniki. Jedynymi parametrami fiz , za pomoca których sterujemy aktywnością aktywnością enzymow, a wiec calym procesem, sa temp i kwasowość. Wpływ pH nie jest tak duzy jak temp. Na skutek hydrolizy kwasnych zw slodu, ukwaszenia biologicznego lub dodatkow kwasow , wzrasta kwasowość zacieru, co ma istotny wpływ na aktywność enzymow. Niezależnie od początkowej kwasowości zacieru, która zalezy od składu wody, slodu, stosowanych dodatkow, proces powinien zakończyć się doprowadzeniem kwasowości czynnej zacieru do pH 5,2-5,4.
Do najbardziej znanych metod zacierania naleza: z. infuzyjne i dekoktacyjne. Zasadnicza roznica polega na sposobie podgrzewania zacieru. W met infuzyjnej zacier podgrzewa się z okreslona szybkością (najczęściej 1° C/min) do temp całkowitego scukrzenia (tj. 76°C), stosując okresowo przerwy w celu przedłużonego dzialania enzymow. W m dekokcyjnej określone technologia temp osiaga się przez zagotowanie czesci zacieru i zwrócenie go do pozostale cz zacieru. W rezultacie otrzymuje się skokowy wzrost temp. W m dekokcyjnej można rozróżnić systemy 1-, 2- i 3warstwowe.
Filtracja brzeczki- Polega na oddzieleniu klarownej brzeczki od mlota (wysłodzin) przy zastosowaniu kadzi filtracyjnej lub filtru zaciernego. Ogolna zasada filtracji polega na sposobie który zapobiega obniżeniu temp zacieru i brzeczki. Proces powinien trwac jak najkrócej. W przypadku stosowania kadzi filtracyjnej należy ja napełnić w ten sposób, żeby zapobiec natlenianiu zacieru, a jednoczesnie równomiernie rozprowadzic zacier tak żeby utworzyla się prawidlowa warstwa filtracyjna na spodzie kadzi. Warstwa ta przepuszcza klarowna brzeczke przednia a zatrzymuje osady. Proces jest przyspieszany przez wytworzenie lekkiego podcisnienia pod spodem warstwy filtracyjnej. Po zakończeniu filtracji brzeczki przedniej nastepuje wysladzanie mlota. Czas filtracji przy uzyciu kadzi filtracyjnej zalezy od wielu czynnikow np. od konstrukcji samej kadzi i moze trwac nawet do 6h. Czas filtracji można znacznie skrócić, stosując filtr zacierny, w którym proces prowadzi się przy zastosowaniu cic zew. Czas ulega skroceniu do 2-3 godz
Gotowanie brzeczki- G.b z chmielem ma za zadanie:
ekstrakcje i transformacje zw chmielu
sterylizacje brzeczki
nadanie brzeczce, a co za tym idzie piwu, odpowiedniego smaku i zapachu
wytracenie osadow, gl kompleksow bialka z polifenolami
usuniecie nipozadanych składników
ustalenie barwy
zakwaszenie brzeczki
zageszczenie brzeczki
inaktywacje enzymow
Kluczowym elementem procesu jest ilość, postac raz sposób dodawania zw chmielowych, ze wgledu na cechy organoleptyczne. Dawke chmielu ustala się na podstawie aktualnej zaw α-kwasow w chmielu oraz wymaganej zaw izo-zwiazkow. Im dłuższy czas gotowaniami im wyższe pH brzeczki, tym wieksza ilość α-kwasow przechodzi w izo- α-kwasy i tym wieksza goryczka w piwie. Brzeczke w czasie gotowania zadajemy preparatami chmielu goryczkowego lub chmielem goryczkowym na początku i w polowie czasu trwania, natomiast preparatami lub chmielem aromatycznym pod koniec procesu (20 min przed jego zakończeniem). W warunkach naturalnych gotowanie brzeczki z chmielem trwa ok. 2h. Proces ten można skrócić, gotując w podwyższonej temp przy podwyższonym cis.
Oddzielenie osadow- W czasie gotowania nastepuje reakcja bialek z garbnikami, która powoduje powstanie osadow garbnikowo-brzeczkowych, tzw. osadow goracych o Sr czastek 30/80 μm. Osady te oddziela się od brzeczki, stosując wirowki, dekantery lub kadzie z zawirowaniem. Zasada ich dzialania polega na wykorzystaniu sily grawitacji lub sily odśrodkowej do rozdzialu subst różniących się ciezarem właściwym. Ujemnym efektem stosowania tych urządzeń jest natlenienie goracej brzeczki w czasie procesu.
Chlodzenie brzeczki-Proces ma na celu doprowadzenie jej do temp, w której może zostac zadana drozdzami, aby mogl się z kolei rozpocząć proces fermentacji. Jednoczesnie proces chlodzenia powinien doprowadzic do wydzielenia i usuniecia osadow zimnych oraz ułatwić napowietrzanie brzeczki. Osady zimne sa wywolane drobnymi zawiesinami o Sr ok. 0,5μm, które uwidaczniaja się, gdy temp brzeczki spadnie poniżej 60ºC. Ten drobny osad trudno sedymentuje i ma zdolności do oblepiania kom drozdzy, stanowi bowiem powazne niebezpieczeństwo dla procesu fermentacji. Ch.b. do temp od kilku do kilkunastu stp C prowadzi się w roznego rodz wymiennikach plytowych.
Fermentacja i dojrzewanie piwa
Przygotowując proces fermentacji, oprocz usuwnia z brzeczki osadow goracych i zimnych, nie można zapomniec o napowietrzaniu i odpowiedniej obsłudze drozdzy. Nieprawidłowa obsluga drozdzy ma wiekszy wpływ na przebieg fermentacji niż sklad brzeczki.
Na obróbkę drozdzy składają się następujące zabiegi:
dekarbonizacja i pozostawienie drozdzy w spoczynku po usunieciu ich z tanku fermentacyjnego
przemywanie i przesiewanie drozdzy
napowietrzanie drozdzy
przechowywanie drozdzy
ujednolicanie(homogenizacja) masy drożdżowej przez:
mieszanie reczne lub mech
przepompowywanie
mieszanie przy uzyciu powietrza (przewietrzanie)
Zadawanie brzeczki homogenia masa drozdzy ma wpływ na proces zafermentowania, a nastepnie przebieg fermentacji brzeczki. Drozdze można zadawac tradycyjnie recznie lub za pomoca pomp, a ilość dodawanych drozdzy może być kontrolowana wagowo lub przez pomiar zmętnienia brzeczki.
Ekstrakt brzeczki powinien być odfermentowany najpóźniej w ciagu 7-8 dni. Fermentacja i pozniejsze leżakowanie piwa (dofermentowanie) może być prowadzone w 1 lub 2 zbiornikach. Fermentacja może być również być prowadzona pod cis lub bezciśnieniowo.
Warunki prowadzenia fermentacji 1-zbiornikowej pod normalnym cis sa następujące:
nie ma przetaczania piwa miedzy procesami fermentacji i dojrzewania
koniecznie jest intensywne klaczkowanie i usuwanie drozdzy
konieczne jest zbieranie CO2, ponieważ jest on potrzebny do karbonizacji
zbiorniki musza mieć odp wydajność chlodnicza
możliwość zastosowania przemywania za pomoca CO2 w celu usuniecia niepozadanych produktow ubocznych
Fermentacje pod cis można prowadzic metoda 1- lub 2zbiornikowa. W I met elementem krytycznym jest bardzo dokładne usuniecie drozdzy, a w II zapewnienie dodatkowych ilości CO2 podczas przetaczania, w celu zagwarantowania warunkow beztl oraz utrzymania nadciśnienia.
Fermentacja pod cis należy rozpocząć, gdy zawartość ekstraktuw fermentowanej brzeczce zmniejszy się do 6-7% mas
Kazda met prowadzenia fermentacji koncowej piwa (leżakowanie)- od technologii konwencjonalnej do specjalnej, jest możliwa i kazda z nich da w efekcie dobre piwo. Wyróżniamy takie met:
Konwencjonalna fermentacja z krazkowaniem lub pozostałym ekstraktem, czas trwania:
Ok. 2 tyg do koncowego odfermentowania
Najdłużej ok. 4 tyg w niskich temp, w przeciwnym wypadku może wyst autoliza drozdzy
2. Specjalne systemy dojrzewania:
Fermentacja pod cis, a po osiągnięciu normalnego poziomu diacylu chlodzenie do temp 0°C, usuwanie drozdzy, przechowywanie najdłużej 10-12 dni w temp 0ºC (bez drozdzy)
W zasadzie po osiągnięciu koncowego odfermentowania konieczne jest usuniecie drozdzy i przechowywanie w temp 0°C, w przeciwnym razie nastapi zmiana pH, autoliza drozdzy oraz nieprawidlowa piana.
Przejscie do fermentacji gl do dojrzewania jest związane, przy prawidłowym przebiegu procesu, z osiągnięciem procesu, z osiągnięciem przez piwo mlode określonych parametrow. Po fermentacji i dojrzewaniu piwa nastepuje filtracja piwa i stabilizacja piwa.