19.02.2007 TECHNOLOGIA FERMENTACJI - PODSTAWY TEORETYCZNE

Dr inż. M. Lewandowska

2 bloki ćw - 7,5-8h 6-7 tygodni

Pt 10.00 ćw wejściówkowe

FERMENTACJA (łac. fervere, fermentatio, co oznacza burzenie się, kipienie, gotowanie)

Pierwotnie terminem tym określano zjawiska towarzyszące spontanicznym procesom zachodzącym w sokach, moszczach owocowych, zacierach zbożowych podczas przemiany cukrów z wydzieleniem CO₂.

Fermentacja alkoholowa = pierwszy proces zaobserwowany i nazwany.

Z punktu biochemicznego wiąże się z procesami beztlenowymi, w praktyce przemysłowej to wszystkie procesy z udziałem dbn.

TEORIA FEREMNTACJI - RYS HISTORYCZNY

• Lavoisier

• 1815 - Gay-Lussac - ustalił równanie między cukrem prostym a powstającym alko i dwutlenkiem węgla

C₆H₁₂O₆ =>2C₂H₅OH + CO₂ + 28 kcal

• Louis Pasteur - odkrycie „efektu Pasteura”

• 1896-1897 - Buchner i Hahn - procesy f mogą być przeprowadzane przez enzymy drożdży bez udziału żywych komórek

• 1906 - Harden i Young - w tym cyklu niezbędna jest obecność fosforanu nieorganicznego - bez niego fermentacja nie przebiega prawidłowo

• Neuberg - określił pośrednie produkty cyklu fermentacyjnego (równanie Neuberga)

• Mayerhof, Kiessling, Embden, Parnas, Robinson, Cori, Warburg

• Embden, M, Parnas przedstawili proces fermentacji w postaci równań biochemicznych w latach 30tych (cykl EMP)

teoria fermentacji cykl EMP (najbardziej typowy przebieg glikolizy)

glikoliza

2 p i r o g r o n i a n

cykl Krebsa fermentacja w war bezO₂

produkty w zal od dbn:

• etanol, CO₂,

• kw. mlekowy

• bursztynowy,

• octowy (jest produktem ferm tlenowej, ale zanim powstaje alkohol w war beztlenowych),

• mrówkowy,

• butanol,

• aceton,

• izopropanol, H₂, CH₄

CYKL PENTOZOFOSFORANOWY (ALTERNATYWA GLIKOLIZY)

- włącza w swym przebiegu cukry C5 --> rośliny

- ksyloza, ryboza, arabinoza mogą być włączone w cykl glikolityczny

- różnica:!! dehydrogenaza glukozo-6-P i dehydrogenaza 6-P-glukonianowa - inne niż w cyklu EMP

- dochodzimy do etapu w którym mogą się te szlaki połączyć - aldehyd 3fosfoglicerynowy (obie gałęzie wiążą się z powstawaniem fruktozo-6-P - kolejne wspólne ogniwo)

CYKL ENTNERA - DOUDROFFA

Powstaje 6-P-glukonian (początek jak w cyklu pentozo - fosforanowym)

Glukonian i 2oksoglukonian wprowadzone do cyklu.

- aldolaza-2-oksy-3-deoksy-6-P-glukonianowa --> aldehyd3-P-glicerynowy (wspólny metabolit)

ważniejsze ferm. beztlenowe:

- etanolowa - S. cerevisiae (drożdże), Zymomonas mobili (bakterie konkurencyjne dla drożdży) --> etanol, CO₂

- mleczanowa (homofermentacja) Streptococus, Lactobacillus, Pediococcus --> kw. mlekowy

heterofermentacja - Leuconostoc, Lactobacillus, Bifidobacterium, inne --> kw. mlekowy i octowy, etanol, CO₂, diacetyl, acetoina = związki aromatyczne, H₂

- propionowa - Propionibacterium, Clostridium propionicum- kwas propionowy i octowy

- octanowa- (fermentacja tlenowa) Clostridium thermoaceticum, formiaceticum - kw. octowy

- mieszana fermentacja kwasowa - bakterie jelitowe- kwas mlekowy, mrówkowy, octowy, bursztynowy, etanol, 2,3-butanodiol, CO₂, H₂

- metanowa - Methanobacterium, Methanococcus => metan, CO₂ - procesy kompostowania

- acetonowo - butanolowa - Clostridium acetobutylicum i inne C. =>butanol, aceton, kw.masłowy, octowy; sluży powstawaniu rozpuszczalników organicznych

PORÓWANANIE METABOLIZMU DROŻDŻY W WAR O₂ I O₂

bilans energetyczny:

BEZTLENOWE:

glukoza --> 2CH₃CH₂OH + CO₂

2 mole ATP (2x52 kJ) = 104 kJ -->40%,

a w TLENOWYM 34 ATP => metabolizm na poziomie 70 %

GLUKOZA + 6O₂ => 6CO₂ + 6H₂O

TYLKO 2% glukozy z pożywki zużywane są na przyrost biomasy, a reszta przechodzi do produktu

Bilans materiałowy:

TLENOWY

BEZTLENOWY

Glukoza O₂

100g 47g

Glukoza 100g

2g 45g 45g 7g

43 g 67g 41g

Białko (biomasa)/ CO₂/ H₂O

B/ CO₂ / EtOH / produkty uboczne

Hodowle drobnoustrojów - podział:

- okresowa - statyczna

- powierzchniowa --> tak produkowany kwas cytrynowy

- wgłębna

- okresowe z zasilaniem

- okresowe z powtórnym zasilaniem

- półciągłe

- ciągłe

Powierzchniowa

Porastanie biomasy na powierzchni pożywki (płynna lub stała)

Wgłębna (batch fermentation): => bardziej skuteczny

- warunki tlenowe i beztlenowe

- z neutralizacją lub bez

- z napowietrzaniem lub bez

zalety:

• krótszy czas fermentacji,

• lepsza wydajność,

• mniejsze zapotrzebowanie na powierzchnię zakładu

• mniejsze nakłady inwestycyjne

• możliwość mechanizacji i automatyzacji

• mniejsza pracochłonność

w czasie rozwoju dbn nie doprowadza się świeżych substancji odżywczych i nie odprowadza się końcowych produktów metabolizmu.

prawo minimum Liebiega stwierdza, że rozwój organizmów ogranicza ten czynnik, który pierwszy wystąpi w ilości minimalnej oraz tolerancji Shelforda, określające wytrzymałość organizmów na nadmiar jakiegoś czynnika, powyżej którego niemożliwy jest ich rozwój.

Decydują o przebiegu procesu.

Zalety hodowli okresowej:

• stosowane w długotrwałych procesach fermentacyjnych ze względu na prostotę ich realizacji

• mogą wyczerpać cały substrat dlatego są krótsze

• łatwość utrzymania warunków jałowych

• odnawialność inokulum zapobiegająca szczepu

FAZY WZROSTU:

1. inkubacyjna (przystosowawcza, lag faza) - zapoczątkowanie procesu fermentacyjnego - powinna być najkrótsza, ale też niezbędna (wstępne namnożenie biomasy)

2. faza zapocząkowanego wzrostu

3. log wzrostu

4. zahamowanego wzrostu

5. stacjonarna - wytwarzanie metabolitów wtórnych

6. letalna -zamierania - wyczerpanie źródeł E

Proces przerywa sie przy końcu log fazy lub przed rozpoczęciem fazy zamierania

TYPY WZROSTU DBN:

1. NIEOGRANICZONY

• Nie zależy od dostępności (c) składników podłoża

• Dotyczy wzrostu wykładniczego gdy nie ma ograniczeń

• zależy od źrodła C i E, temperatury i pH

2. OGRANICZONY

• Limitowany niskim stężeniem składnika podłoża

• Hamowany obecnością inhibitora w podłożu

Szybkość wzrostu NIEOGRANICZONEGO jest ~ do c komórek:

dX

---- = X

dt

 - właściwa szybkość wzrostu ( h ^-1) - szybkość wzrostu komórek do komórek istniejących

dN

--- = N

dt N- gęstość komórek (1/dm³)

1 dN

 = ------ ----

N dt

1 dX

 = ------ ----

X dt

Czas generacji (tg) jest to czas potrzebny do podwojenia ilości komórek lub ilości biomasy.

ln2 = tg   ln2/ tg

OGRANICZONY - limitacja wzrostu wywołana niskim stężeniem

dX S

---- = _max x -----------  =0,5  _max

dt Ks + S

S= stężenie substratu

K= stala Michaelisa-Menten, pólnasycenia, określa połowę szybkości maksymalnej

 _max - maksymalny wzrost dbn

 (s) - szybkość wzrostu i ubytku substratu

Czyli właściwa szybkość wzrostu w tych warunkach wynosi:

S

 (s) = _max x -----------

Ks + S

1 - składnik limitujący

2 - sl w niskim stężeniu

i hamujący w wysokim c

Limitowanie nadmiarem składnika też może występować!! Jak na wykresie

hamowanie wzrostu - wywołane obecnością inhibitora w podłożu np. nagromadzony metabolit

dX Kp

---- = _max x -----------

dt Kp + P

P - stężenie produktu n = 0,5 n max

Kp - stała hamowania - c produktu przy którym szybkość jest = połowie szybkości max

Metoda okresowa z zasilaniem - doprowadza się w sposób okresowy lub ciągły świeżą pożywkę bez odprowadzania przereagowanej, zużytej pożywki, zwiększenie objętości fermentora

Repeat-fed batch fermentation - z wielokrotnym zasilaniem => co pewien czas odbiera się część pożywki z nagromadzoną biomasą

Fermentacja półciągła (semicontinuous fermentation)-

Zawracanie części biomasy do fermentora-> metoda zwrotnego wirowania (2- krotne zwiększenie wydajności procesu

Biomasa oddzielona od cieczy pohodowlanej (warunki sterylne) =>inoculum do następnego procesu (fermentacji) --> procesy gorzelnictwa przemysłowego - wiąże się z przetwarzaniem melasy

Ciągła

DAJĄ NAJLEPSZY SKUTEK EKONOMICZNY - dają przedłużenie fazy log wzrostu

- pominięcie etapu produkcji inokulum (rozpoczynanie i kończenie fermentacji)

- wyższa wydajność w porównaniu z procesami okresowymi

- zmniejszenie powierzchni użytkowej zakładu

wymywanie organizmów (szybkość rozcieńczania)= szybkość wzrostu

 = D

1 dX

 = ---- x -----

X dt

D - objętość wpływająca do bioreaktora

- stała wydajnośc Y ^X_S= stała ilość biomasy/zużycie substratu lub stała ilość produktu na ilość zużywanego substratu i gęstość komórek w środowisku fermentacji

D Ks

X = Y ^X_S ( S₀ - --------------)

 _max - D

S₀ - stężenie substratu na wejściu do fermentora

Ks - stała półnasycenia

PROCES OKRESOWY - wydajność 2,5 g, CIĄGŁA 2x większa, IMMOBILIZACJA, HOLLOW-FIBRE

MODELE PROCESÓW BIOSYNTEZY MIKROBIOLOGICZNEJ

2. Produktem jest biomasa = namnażanie komórek równoznaczne z przyrostem biomasy np. procesy drożdżownictwa dP/dt = DX/dt P=X

3. Powstawanie produktu jest związane ze wzrostem komórek (zanika w fazie stacjonarnej) (produktem jest np. enzym- otrzymywanie) dP/dt= DX/dt

5. Tworzenie produktu zachodzi zarówno w czasie wzrostu jaki i w fazie stacjonarnej (np.etanol, kw.mlekowy, beztlenowa) dP/dt=DX/dt +  X

6. Powstawanie produktu następuje tylko w komórkach nie namnażających się (powstawniae metabolitów wtórnych np. biosynteza antybiotyków, toksyn, AA np. Lys)

dP/dt =  X

Wg Gadena

Powiązał szybkość wytwarzanai produktu ze zużywaniem substratu

Typ I - tworzenie produktów jest związane bezpośrednio ze zużyciem węglowodanów np. etanol

Typ II - tworzenie produktów jest związane pośrednio ze zużyciem węglowodanów np. kwas cytrynowy (P wytwarza się w II fazie procesu)

Typ III - tworzenie produktów nie jest związane ze zużyciem węglowodanów np. penicylina (metabolit wtórny)

Wg Deindeoerfera (kryterium - rodzaj zachodzącej reakcji)

1. PROSTA - składniki pożywki przekształcają się w produkty o określonych stosunkach stechiometrycznych bez nagromadzenia się produktów pośrednich; produktem może być biomasa

2. RÓWNOCZESNA - składniki pożywki przekształcają się produkty o zmiennych stosunkach stechiometrycznych bez nagromadzenia się produktów pośrednich

3. NASTĘPCZA - składniki pożywki przekształcają się w produkty z nagromadzeniem się metabolitów pośrednich

4. STOPNIOWANA składniki pożywki przekształcają się w produkty pośrednie a te w produkt końcowy lub składniki pożywki całkowicie przekształcają się w produkty w ściśle uprzywilejowanej kolejności

Namnażanie komórek dbn <= => tworzenie produktów

Komórka <= => środowisko

• wyczerpywanie się składników pożywki

• nagromadzenie produktów metabolizmu

• obecność konkurencyjnych źródeł C w podłożu

• zmiany c O₂ w środowisku

• inne np. zmiana kwasowości, potencjału oksydoredukcyjnego

Koordynacja metabolizmu drobnoustrojów - mechanizmy regulacyjne

Oparta na dwóch podstawowych punktach:

1. występowanie równowagi pomiędzy procesami dostarczającymi i zużywającymi metabolity pośrednie

2. istnienie energetycznego sprzężenia metabolizmu - oparte na bilansowaniu się zysku energetycznego reakcji z sumą potrzeb na energię

Mechanizmy regulacyjne:

Źródło info /środ. wew i zewnątrzkomórkowe/

Nośnik info /metabolity, S i P końcowe szlaków metabolicznych/

Mechanizmy molekularne kontrolujące (tym komórka może sterować):

• ilość enzymów

• aktywność

• transport komórkowy

Układy regulacji aktywności enzymów

KATEGORIE ENZYMÓW I ICH ROLE

Dbn posiadają potencjalną możliwość syntezy kilku tysięcy enzymów.

Mechanizmy koordynacyjne pozwalają na wytworzenie tylko niezbędnych w danych warunkach enzymów:

1. enzymy konstytutywne - syntetyzowane stale, niezbędne w procesach, cykl EMP

2. enzymy indukcyjne - stymulowane w określonych potrzebach:

• Indukcja substratów /kontrola pozytywna/

• Represja kataboliczna /kontrola negatywna/ - glukoza

Gdy w środowisku jest glukoza galaktoza nie jest zużywana i dochodzi do fazy stacjonarnej - indukcja enzymów dla galaktozy - następny etap……..

Najlepiej spowodować jak najszybsza indukcję enzymatyczną.

Mechanizm kontroli negatywnej jest przeważnie dominujący

DWUFAZOWOŚĆ WZROSTY /Diauxc growth/

W pierwszej kolejności gdy dostępna jest glukoza dbn właśnie ją zużywają. Galaktoza nie jest naruszana. Dochodzi do zatrzymania i fazy stacjonarnej i to jest jednocześnie faza początkowego wzrostu i galaktoza może być zużywana - wzrost wykładniczy.

Dwufazowość wzrostu w biosyntezie penicyliny

Glukoza na początku celowo dodawana by szybko namnożyć biomasę. Potem laktoza i wytwarza się dużo penicyliny.

Efekt Craptree =>tlenowa fermentacja przy wysokim stężeniu cukrów z wytwarzaniem licznych metabolitów ubocznych

• ograniczona liczba szczepów Saccharomyces cerevisiae - rodzaje Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia nie wykazują efektu C

Efekt Pasteura (życie bez tlenu)=> hamowanie procesów fermentacyjnych w obecności tlenu /współzawodnictwo o fosforan i ADP między fosforylacją oksydatywną - łańcuch oddechowy, a fosforylacją substratową/

Efekt Cystersa =>negative Pasteur efekt /Brettanomyces spp/, niektóre dbn przy obecności tlenu produkują więcej etanolu niż by wynikało z efektu Pasteura

Efekt Kluyvera - niezdolność drożdży fermentowania określonych sacharydów (wzrostu w war beztl):

• beztlenowa inaktywacja hydrolaz sacharydów

• inhibicja końcowym metabolitem reakcji

• spadek dynamiki transportu określonego sacharydu do wnętrza komórki drożdży przez ścianę

TRANSPORT KOMÓRKOWY - system pobierania przez błonę cytoplazmatyczną jako początkowy etap przemian komórkowych. Za transport odpowiadają enzymy, które są aktywowane oraz inaktywowane. Podlega kontroli genetycznej i metabolicznej

REGULACJA TRANSPORTU - może mieć charakter:

Konstytutywny

Indukcyjny:

• indukcja wewnątrzkomórkowa - induktor znajduje się wewnątrz komórki i reaguje na brak składnika w komórce

• indukcja zewnątrzkomórkowa - induktor znajduje się na zewnątrz komórki, a zaczyna działać przy deficycie jakiegoś składnika w komórce przy jednoczesnej jego obecności w środowisku

Cel regulacji przemian metabolicznych

Znajomość mechanizmów regulujących wiążących się z kolejnymi etapami są niezbędne dla poznania istoty procesów i ukierunkować je. Mamy spowodować nadprodukcję metabolitów poprzez ingerencję w mechanizmu regulacyjne.

STOSUNKI MIĘDZY DROBNOUSTROJAMI:

1. SYMBIOZA - współżycie gatunków dbn przy jednoczesnym odnoszeniu korzyści przez partnerów. W zależności od poziomu korzyści:

• komensalizm - jedne partner ma korzyści drugiemu nie szkodząc; mikroflora jelitowa i jamy ustnej

• mutualizm - korzyści obu partnerów /symbioza mutualna/ np. wzajemne żywienie między dbn /syntropia/

• neutralizm - partnerzy żyją obok siebie i nie odnoszą ani korzyści ani strat

2. SYNERGIZM - współdziałanie np. jeden hydrolizuje substrat drugi fermentuje możliwe jest wytworzenie określonych metabolitów

3. METABIOZA - polega na określonym następstwie gatunków lub grup w środowisku. Każda kolejna grupa wytwarzając określone metabolity - modyfikując podłoże, stwarza korzystne warunki rozwoju dla swoich następców np. procesy kwaszenia kapusty

4. KONKURENCJA - o źródło pokarmu, opanowywanie środowiska, wyczerpywanie zasobów; pożądana cecha dla drożdży, gdy chcemy uzyskać wysoką wydajność etanolu, gdy są konkurencyjne do bakterii

5. ANTAGONIZM - wydzielanie metabolitów antagonistycznych dla drugiego dbn

6. ANTYBIOZA - szczególny rodzaj antagonizmu. Wytwarzanie wtórnych metabolitów działających hamująco lub zabójczo na inne dbn /toksyn działających również na organizmy wyższe/. Szereg tych metabolitów to substancje antybiotyczne w pewnej wybiórczości utrzymujące równowagę biologiczną i środowiska naturalnego. Zastosowanie w medycynie /antybiotyki/

26.02.2007

PIWOWARSTWO

Sumerowie - Mezopotamia 2800 p.n.e

1516 - „Niemieckie prawo czystości” - do produkcji piwa stosuje się słód jęczmienny, wodę, chmiel i drożdże.

Christian Hansen wprowadził czyste kultury drożdży

Paul Linder - „drop culture metod”

1842 - technologia produkcji piwa jasnego typu pilzneńskiego “Pilsner Urquell” najpopularniejsze piwo na świecie

SUROWCE:

Słód -kiełkowane ziarno jęczmienia. Zanim następuje kiełkowanie dochodzi do zmian wewnątrz jęczmienia - syntetyzują się enzymy proteolityczne, amylolityczne, niektóre są tylko aktywowane np. beta-amylaza.

Polega na wywołaniu kiełkowania ziarna po namoczeniu do określonego poziomu wilgotności. Rozluźnienie struktury ziarna.

Zmianie ulega struktura ziarna oraz powstają odpowiednie cechy aromatyczne

Stan ten utrwala się przez suszenie

SCHEMAT BLOKOWY OTRZYMYWANIA SŁODU

1. Jęczmień, może być pszenny

2. Czyszczenie i sortowanie

3. Magazynowanie

4. Moczenie

5. Kiełkowanie ziarna

6. Suszenie

7. Oddzielanie korzonków - odkiełkowywanie

8. Magazynowanie

Nie stosuje się słodowania.

Sposoby moczenia ziarna jęczmienia:

Moczenie powietrzno-wodne: polega na przetrzymywaniu ziarna naprzemiennie pod woda i bez wody

• Wodę zmienia się 2-3x na dobę (częsta zmiana)

• Ziarno przetrzymuje się na przemian 3h pod wodą i 6 h bez wody

• Podczas moczenia powietrznego intensywność wchłaniania wody przez ziarno jest większa niż podczas przetrzymywania ziarna cały czas pod wodą

• Podczas przetrzymywania ziarna pod wodą wskazane jest intensywne „wietrzenie” - oddychanie

Stały przepływ napowietrzanej wody

Pozwala na ciągłe usuwanie CO₂, zanieczyszczeń i substancji wyługowanych z łuski (polifenole).

WADA - duże zużycie wody

Moczenie przez zraszanie - stosowane po dokładnym wymyciu ziaren i wstępnym moczeniu powietrzno-wodnym. W ostatnim okresie moczenia następuje zraszanie ziarna wodą ze stałym odprowadzaniem CO₂ i wyługowanych substancji.

Szybkość wchłaniania wody:

Największa szybkość wchłaniania wody pierwszy okres moczenia =1%/h

Z czasem maleje => wyrównywanie ciśnienia osmotycznego, naprężenie półprzepuszczalnych błon kom.

Zależy od:

• Czasu moczenia

• Temp wody z dodatkiem tlenu

• Grubość ziaren

• Skład chemiczny ziarna (zawartości białka)

• Ilości tlenu

• Stopnia uszkodzenia ziaren

Wpływ temperatury wody na szybkość jej wchłaniania: wyższa temp lepsza

Zjawiska zachodzące w trakcie moczenia jęczmienia:

Woda dyfunduje do wnętrza ziarna, rozpuszczone proste związki odżywcze dostają się z części przyzarodkowej do zarodka. Zwiększa się objętość ziarna.

Zmienia się barwa ziarna - ze słomkowej na brązową

Następuje wyługowanie z łuski substancji goryczkowych, garbnikowych, polifenoli, barwników i innych, utrudniających wchłanianie wody

Pod koniec moczenia zaczynają wyrastać z ziarna na zew korzonki (tzw. oczkowanie ziarna).

Ziarniak jęczmienia po moczeniu - gdzie kiełek startuje tam ziarno najbardziej zmodyfikowane. Najpierw korzonki potem kiełki liścieniowe się pojawiają.

URZĄDZENIA - komory z perforowanym dnem

Schemat komory do kiełkowania ziarna: nawilżanie powietrza dostającego się od dołu do góry, mieszadła ślimakowe poruszają się w poprzek komór

System w układzie ciągłym - system Wanderhaufen'a produkcji słodu - podzielona na sekcje

Powstawanie enzymów w kiełkującym ziarnie jęczmienia

Zarodek wytwarza kwas giberelinowy i substancje giberylinopodobne, które pobudzają syntezę hemicelulaz (odpowiada za rozluźnienie struktury ziarna, przemianę celulozy), enzymów amylolitycznych i proteolitycznych.

W pierwszej kolejności powstaje endo-beta-glukanaza, a nast. alfa-amylaza i proteinaza, jednocześnie tworzy się fosfataza.

W endospermie tioalkohole aktywują betaamylazę - występującą w bielmie w stanie nieczynnym.

Enzymy biorą udział w procesie technologicznym w procesie zacierania.

Aktywatory i inhibitory kiełkowania:

1. Aktywatory - kw g - w początkowej fazie kiełkowania - przyspieszenie; dawka -> 0,2 mg kwasu/ kg jęczmienia

2. Inhibitory - bromian potasu lub bromian potasu z chlorkiem wapnia; dawka ->50 mg KBrO₃ + 3 gCaCl₂ na kg jęczmienia

Suszenie słodu -FAZA SUSZENIA WSTĘPNEGO - efekty łagodne

Obejmuje okres spadku zawartości wody w surowym słodzie do wartości poniżej 10% (o połowę). Temp nie przekracza 45-50^OC.

Zjawiska => proces rozwoju korzonka, oddychanie, rozluźnienie enzymatyczne

W temp 40-45 ^OC i wilgotności poniżej 20% funkcje życiowe zarodka wyraźnie zanikają

Powstające w tej fazie z rozkładu cukrów złożonych cukry proste oraz z rozkładu peptydów aminokwasy powodują zmianę barwy słodu

Regulując dopływem świeżego powietrza do suszonego słodu można regulować powstawanie cukrów prostych i aminokwasów => wpływać na zmianę barwy słodu

FAZA PRAŻENIA - DOSUSZANIE - suszenie w wyższej temp

Obejmuje okres spadku zawartości wody od 10-40% lub poniżej. Temp w tej fazie wzrasta do temp maksymalnej (wartość zależy od gatunku słodu: jasny, monachijski)

Zanikają prawie całkowicie funkcje życiowe zarodka (spadek wilgotności o tym decyduje). Miarą prawidłowego przebiegu suszenia słodu jasnego jest jego wysoka siła enzymatyczna przy prawie zerowej liczbie ziaren zdolnych do kiełkowania

Przemiany enzymatyczne pod koniec fazy prażenia ulegają zahamowaniu ->enzymy ulegają inaktywacji w różnym stopniu; => w szczególności beta-amylaza, endopeptydazy, i beta-glukanazy (nawet do 60%)

Tworzą się związki barwne - melanoidy.

Musimy zapewnić aktywność enzymatyczną przy malejących funkcjach życiowych zarodka.

Schemat jednowarstwowej suszarni słodu - podobne do urządzeń do kiełkowania, wprowadza się ciepłe gorące powietrze. Mogą być w układzie dwuwarstwowym =>Słód ciemny (przepływa zarówno powietrze świeże jak i po cyrkulacji, na dnie jest większa wilgotność.

Słód ciemny (monachijski) a jasny:

CIEMNY:

• Jęczmień o wyższej zaw białka

• Temp kiełkowania wyższa (22^OC) - jasny 18^OC

• Stopień namoczenia - wyższy (43%)

• Czas dłuższy kiełkowania (8 dni/7 dni)

• Maksymalna temp prażenia 105^OC; jasny 80-85^OC

• Wilg w fazie suszenia ciemny więcej

• Słód ciemny suszenie - świeże i z recyrkulacji; słód jasny powietrze w fazie suszenia wstępnego - świeże

• Faza suszenia wstępnego 2xdłuższa

• Czas prażenia wyższa ciemnego, temp prażenia też

• Zawartość wilgoci w słodzie 2%, wyższa jasny (3,5-4,5%)

Słód barwiący - odmiana ciemnego, ciemnobrunatny

Prażenie słodu jęczmiennego lub słodu mokrego w temperaturze 200-220^OC - otrzymywanie. Służy tylko zmianie barwy, gdyż wszelkie funkcje życiowe zanikają.

Gotowy słód przed prażeniem należy poddać moczeniu przez kilkanaście godzin

Słód b stosuje się jako dodatek przy produkcji piw ciemnych w ilości 1:2%

Słód karmelowy

I -> otrzymywany z mokrego słodu jęczmiennego (powyżej 20% wilgotności) poddanego prażeniu w temp 150-180 ^OC do uzyskania odpowiedniej pożądanej barwy. Sprzyja powstawaniu substancji typ karmel.

Prażenie w specjalnych obrotowych suszarniach walcowych ogrzewanych pośrednio spalinami.

II -> ze słodu dosuszonego, który ponownie się nawilża i podgrzewa do temp 70^OC

W tych war następuje częściowa enzymatyczna hydroliza skrobi i subst białkowych

Nast. Słód poddaje się prażeniu w temp 150-180^OC

S k stosuje się do produkcji piwa ciemnego w ilości 3-5%.

PARAMETRY SŁODU:

WILGOTNOŚĆ ze względu na trwałość słodu 4-5% (2% dla słodu ciemnego). Zbyt niska wilgotność słodu -> większy udział ziaren połamanych (słód jest kruchy) oraz pyłów

ROZLUŹNIENIE SŁODU różnice w ekstrakcie z przemiału na mąkę i ekstraktu uzyskanego w brzeczce sporządzanej ze śruty (przemiał laboratoryjny). Różnica 1,2-1,8 %.

ZAWARTOŚĆ EKSTRAKTU W MĄCE -EKSTRAKTYWNOŚĆ - wyrażona w % s.s. słodu. W celu oznaczenia ekstraktywności sporządza się tzw. brzeczkę kongresową (powstaje ze słodu mielonego na mąkę). Dla słodów jasnych ekstraktywność =79 do 82%, ciemnych 75-78%. Im wyższy ekstrakt tym lepszy słód.

AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA W SŁODZIE - SIŁA DIASTATYCZNA WG KOLBACHA (WK) - akt enzymatyczną beta-amylazy; podaje się w jedn Windisch-Kolbach'a. Słody jasne - powyżej 240WK
(z jęczmienia ozimego ->powyżej 350 WK). Słody ciemne od 150-180 WK

BARWA BRZECZKI PO GOTOWANIU - na jej podstawie można określić końcową barwę piwa. Maksymalna zawartość dla słodów jasnych wynosi 7EBC.

KWASOWOŚĆ CZYNNA - pH brzeczki kongresowej 5,6-5,9 - świadczy o właściwej kwasowości słodu. Poza granicami świadczy o zakażeniu.

LEPKOŚĆ BRZECZKI KONGRESOWEJ - charakteryzuje stopień modyfikacji słodu. Norma lepkości brzeczki -1,51 do 1,63 mPa x s. Wyższe wartości -> wynik niedostatecznego rozkładu ścian kom (niewłaściwe rozluźnienie słodu)->trudności w czasie filtracji brzeczki i piwa

Chemiczne -> świadczą o prawidłowym rozwoju drożdży:

OGÓLNA ZAW BIAŁKA W SŁODZIE - waha się od 10 do 10.8%, dopuszczalna 9,5 do 11,5%, świadczą o ilości powstającej piany (właściwy układ koloidalny)

ZAWARTOŚĆ AZOTU ROZPUSZCZALNEGO - ilość azotu przechodząca do r-ru ……..

ZAWAROŚĆ WOLNEGO AZOTU AMINOWEGO (FAN) - ilość wolnego azotu aminokwasowego, która może być dostępna dla drożdży w trakcie fermentacji. Wynosi: 120-160 mg/100g s.s słodu

LICZBA KOLBACHA - procentowy stosunek rozpuszczalnego azotu w brzeczce do ogólnej zawartości azotu w słodzie; przechodzenie właściwej proporcji związków azotowych ze słodu do brzeczki

LICZBA HARTONGA VZ 45^OC - charakt akt enzymów proteolitycznych i cytolitycznych. Ściśle wiąże się z zawartością FAN. 33-39%

ZAWARTOŚĆ DMS (siarczek dimetylu) - nie powinna przekraczać 0,45 mg/kg słodu

ODKIEŁKOWANIE SŁODU

Jest procesem niezbędnym => źle przeprowadzony wpływa na pogorszenie smaku piwa

• Kiełki duża ilość białka

• Łatwo wchłaniają wodę

• Posiadają gorzki smak

• Wpływają negatywnie na barwę piwa

Kiełki usuwa się gdy słod jest gorący.

Odkiełkowanie przeprowadza się w urządzeniu zw odkiełkownicą - sitowy cylinder ze spiralnie ustawionymi łopatkami. Słód przemieszcza się przez perforowaną rurę.

Obrót łopatek +ocieranie się ziaren o siebie ->odłamanie kiełków, które przechodzą przez otwory sita i są usuwane

Usuwanie pyłów powstających w czasie podkiełkowywania - przed warzeniem słód poddaje się ostatecznemu oczyszczaniu (przepłukiwanie)

Kiełki mają w sobie szereg substancji niewłaściwych decydujących o smaku piwa, barwie.

WODA

Woda w Polsce jest wysoko zachlorowana, stosunkowo twarda (500 gCaCO₃/m³),

Dobra woda do produkcji piwa:

Mętność nie przekracza 10 mg/m³

Brak twardości! Woda niechlorowana!

Żelazo 0,1 mg Fe²⁺/dm³

Mangan 0,1 mg Mg²⁺/dm³

Substancje rozpuszczalne 500 mg/dm³

Zasadowość 75 mg CaCO₃/dm³

Zapach/smak - brak

Siarkowodór - 0,2 mg/dm³

Inne NaCl<275 ppm, pH 6,5-7,0

Alkaliczność resztkowa - najważniejszy parametr wody; powstaje po zmiękczaniu wody - usuwanie twardości

Twardość Ca + twardość Mg

AR = TW - -----------------------------------

3,5

AR - alkaliczność resztkowa (^on)

TW - twardość węglanowa

1^on = 10 mg CaO/l = 7,19 mg MgO/l

W wodzie po prod piwa AR nie powinna przekraczać 5 ^on.

CHMIEL:

Rozdzielnopłciowa pnąca bylina należąca do rodziny Cannalis

W browarnictwie stosuje się kwiatostan żeński rośliny dwupiennej- zawiera gorzkie żywice (twarde, miękkie)

Stosowany jest pod postacią suszonych szyszek lub produktów pochodnych

Słowne obszary produkcji chmielu goryczkowego ->St. Zjednoczone, Niemcy, Australia, Chiny, a chmiel aromatyczny (dużo olejków chmielowych)->Niemcy, Czechy, USA, Ukraina, Polska

Skład chemiczny szyszek chmielowych:

• Alfa-kwasy - są nierozpuszczalne, forma zizomeryzowana podczas gotowania z chmielem rozpuszczalna humulon, prohumulon,

• Beta-kwasy - apukulon

• Olejki chmielowe

• Polifenole

• Białka

• Celuloza

• Wilgotność 8-12%

• Składniki min 10%

Alfa(więcej) i betakwasy

• Poprawiają stabilność piany

• Właściwości bakteriostatyczne mają

• Nadają piwu gorzki smak

OLEJKI CHMIELOWE - nadają aromatyczność

Związki siarki bez tlenu

Zw.hydrokarbonowe (ok. 75% olejków) MYRCEN z grupy monoterpenów

Zw zawierające tlen (ok. 25% olejków)

GARBNIKI I POLIFENOLE W CHMIELU (występują też w słodzie)

Szyszki chmielowe zawierają 2-5% polifenoli w s.s.

Mieszanina tanin, flawonoidów, katechin, antycyjanogenów (80%)

Nadają piwu cierpki smak

Utleniają związki barwne

Tworzą czarne kompleksy ze związkami żelaza

Odpowiedzialne za tworzenie się zmętnień w piwie, ponadto nadają mu barwę i smak

W czasie warzenia 80% związków polifenolowych obecnych w piwie przechodzi do brzeczki ze słodu, a 10% z chmielu.

WARTOŚĆ GORYCZKOWA => wskazuje jakość chmielu

Najważniejsza wartością żywic chmielowych jest `wartość goryczkowa”

Beta-kwasy

WG = alfa-kwasy + ------------------

9

Równanie Wólmera

Zależy od zawartości alfa-kwasów (nierozpuszczalnych) i szybkości ich konwersji do rozpuszczalnych izo-alfakwasów.

Sposoby przetwarzania chmielu:

• Mechaniczne: prasowanie, suszenie, mielenie => proszki chmielowe

• Destylacja (uzyskuje się bezpośrednie olejki chmielowe), ekstrakcja (w warunkach nadkrytycznych) - ekstrakty chmielowe pozwalają na uzyskanie od razu izomeryzowanych olejków chmielowych pod wpływem wysokiej temp (ten sam efekt jaki daje gotowanie brzeczki z chmielem)

DROŻDŻE

W Polsce do produkcji piwa używa się wyłącznie drożdży, w innych krajach (Niemcy, Belgia) również bakterie np. FM. Dają specyficzny rodzaj piw.

Wszystkie drożdże piwowarskie należą do gat S.cerevisiae

D fermentacji dolnej - s.c ssp uvarum var calsbergensis

Górnej - s.c ssp uvarum var cerevisiae

Różnią się pod względem morfologii. Dolnej nie tworzą łańcuchów, ale zgrupowania komórek. Górne tworzą skupiska unoszące się na powierzchni.

Fermentacji dolnej całkowicie odfermentowują rafinozę. Temperatura wzrostu podobna 28^OC. Optymalne warunki działania katalazy (dolnej w wyższej temperaturze). Proces fermentacji w odwrotnych temperaturach: dolnej 5-10^OC, górnej 15-25^OC. Górnej można stosować nieskończenie długo. Nie wymagają zwiększania szarży. Fermentacja drożdży zachodzi w opakowaniach. Dolnej leżakują 0^OC 4-6 tygodni.

Górnej przeprowadzają szybciej fermentację.

Sposoby przetwarzania chmielu:

sprasowane palety chmielowe
proszki chmielowe
wysuszony chmiel ochłodzony do temp 60OC, młyn młotkowy			ekstrakty chmielowe			izomeryczne ekstrakty chmielowe
SZYSZKI CHMIELOWE CAŁE		rozpuszczalniki organiczne			ogrzewanie
destylacja z parą wodną		ciekły CO2 (warunki nadkrytyczne)		ekstrakty chmielowe
olejki chmielowe aromatyczne (aromat starego chmielu"			frakcjonowane ekstrakty chmielowe
			aromatyczne olejki chmielowe

S c h e m a t t e c h n o l o g i i p i w a

	SŁÓD	mielenie
		(rozdrobnienie słodu)
		śruta
		(słód rozdrobniony)
				DODATKI NIESŁODOWANE (grysik)
WODA		zacieranie
		filtracja brzeczki		wysłodziny
		(zacieru)		(osady)
		brzeczka słodka
		(przednia)
CHMIEL		gotowanie brzeczki z chmielem		syropy lub cukier
		brzeczka chmielona (gorąca)
		usuwanie osadów gorących		chmieliny, osady gorące
		chłodzenie i napowietrzanie
			brzeczka nastawna
DROŻDŻE		fermentacja		gęstwa drożdżowa
		PIWO MŁODE
ŚRODKI POMOCNICZE		leżakowanie i kondycjonowanie
brzeczki rozlew do butelek, ferm. wtórna		klaryfikacja		drożdże, osady zimne (metody membranowe)
	rozlew	stabilizacja biologiczna
	stab biologiczna		rozlew
	małe opakowania		duże opakowania (nalewaki)

Przemiał słodu - charakterystyka, różny sposób mielenia zależnie od urządzenia

Kadź filtracyjna - wymaga dużych łusek, filtr zacierny-tradycyjny, filtr Meura (udział łuski niewielki), filtr podciśnieniowy - uzyskamy lepszą ekstraktywność, można dobrze rozdrobnić słód

URZADZENIA ODDZIELAJĄCE

Śrutownik na mokro

Etapy pracy:

1. Moczenie (namoczenie słodu wodą)

2. Odpompowanie wody namoczonej

3. Rozdrobnienie słodu (wyciśnięcie ziarna (bielma) bez uszkodzenia łuski)

4. Płukanie

Śrutownik na sucho:

Zwykle używane w przypadku wykorzystania kadzi filtracyjnych.

W zależności od ilości walców rozróżniamy: ś dwuwalcowe, 4walcowe

Działanie beta-amylazy

Beta-amylaza jest pierwszym enzymem, który działa w tym układzie. Jest w stanie oddzielać dwucukry maltozy od łańcucha. Amyloza złożona jest z małych podjednostek maltozowych. Amyloza jest rozkładana w całości. Amylopektyna - 1,6 glikozydowe nie są hydrolizowane przez beta - tylko alfa-amylazę.

Zjawiska zachodzące w czasie zacierania:

37-45 ^OC - hemicelulazy - rozkład składników ścian kom

45-50 ^OC- endobetaglukanaza, endopeptydazy - rozkład betaglukanów i białka; przemiana betaglukonowo-białkowa

Temp 52-55 ^OC- endopeptydazy, też egzopeptydazy - rozkład białek do peptonów i aminokwasów - przerwa białkowa

62-65 ^OC beta-amylaza - rozkład skrobi do maltortiozy, maltozy i glukozy - przerwa maltozowa

70-76 ^OC alfa amylaza (enzym termostabilny)- rozkład skrobi do dekstryn (dekstryny ograniczne)-przerwa scukrzająca

Sposoby zacierania: mają na celu najlepsze wydobycie składników, doprowadzenie do całkowitej
hydrolizy

ZACIERANIE INFUZYJNE (TEMP POCZĄTKOWA 35^OC) - podnosimy temperaturę zacieru, przerwy - przetrzymywanie danego zacieru przez określony czas

ZAŁOŻENIE: słód jest słabo rozluźniony

ZACIERANIE INFUZYJNE Bardziej typowy sposób od 54^OC, od endopeptydaz, 30 min pozwala na zapewnienie im optimum działania.

Procedura ta jest najprostsza, nie wymaga dużych urządzeń.

ZACIERANIE DEKOKCYJNE JEDNOWAROWE

Istnienie 2 urządzeń na etapie kadzi zaciernej i kadzi gotującej. W pewnym momencie część zacieru można odpompować do drugiego urządzenia (sterowanie temperaturą) i doprowadzić do wrzenia.

Początek procedury taki jak poprzednio (zaciery dobrze rozluźnione). Podnosimy temp do 60^OC. Część odpompowana jest do innej kadzi. Odpompowana podlega skokowemu wzrostowi temperatur. Dochodzi do zagotowania. Część skrobi jest sklejkowana (zawracana jest do pierwszej kadzi). Gwałtowny wzrost temp.

Z.D. DWUWAROWE - o wyborze metody decyduje surowiec; inna temp początkowa procesu

Ekstrakt fermentujący:

W jakim stopniu składniki zawarte w słodzie przemieściły się do gotowej brzeczki.

Ok. 75-78% stanowią czynniki rozpuszczone. Reszta to jest młóto (odpad usuwany).

Skład ekstraktu: cukry (fruktoza, glukoza, sacharoza, maltoza, maltotriozy, dekstryny), białka, substancje azotowe, trochę gumy, związki mineralne. Nie wszystkie składniki są składnikami fermentującymi.

FILTRACJA BRZECZKI - KADZ FILTRACYJNA - posiada podwójne dno

1. Wypełnienie wodą (temp 78^OC) przestrzeni pomiędzy sitem i dnem kadzi (wypchnięcie powietrza)

2. Wpompowanie od góry zacieru przy włączonym mieszadle

3. Pozostawienie w spokoju 20-30 min => ułoży się warstwa osadów słodu - sedymentacja (ważny sposób mielenia słodu) - tworzy się naturalny filtr warunkujący uzyskanie klarownej brzeczki

4. Ściąganie brzeczki przedniej - I etap filtracji - punkt wybicia brzeczki (po tym jak na początku odciągnięta została woda); wprowadza się dodatkowo ciepłą wodę - dodatkowe płukanie

5. Wysładzanie (2-3krotne) - brzeczka wysłodkowa (do zaw.ekstraktu 0,5%wag)

• Ilość wody: 4-4hl/100 kg słodu

• Czas filtracji brzeczki przedniej: 90-120 min

• Wysładzanie: 90-150 min

• Usuwanie wysłodzin (mlóta) z kadzi (wilgotność 75-85% wody) =>pasza

FILTR ZACIEROWY - PRZEBIEG PRACY

• Napełnienie filtra - na ramach filtra wprowadza się zacier, który osadza się i przepycha przez szereg ram prze podwyższone ciśnienie.

• Filtracja

• I wyciskanie

• Ługowanie

• Końcowe wyciskanie

• Zrzut wysłodzin

Warstwa wysłodzin <6 cm => lepsze wyługowanie ekstraktem

ZAGADNIENIA FERMENTACJA

2. Podstawy procesów fermentacyjnych

3. Szlaki metaboliczne, energetyka procesów

4. Kinetyka wzrostu kultur

5. Modele wzrostu dbn

6. Regulacja metabolizmu dbn

7. Surowce stosowane w produkcji piwa

8. Produkcja słodu

9. Materiały pomocnicze

10. Mikroorganizmy w produkcji piwa

11. technologia produkcji piwa

12. przemiany enzymatyczne w czasie zacierania

13. chmielenie

14. fermentacja i dojrzewanie

15. wady i choroby piwa

16. metody utrwalania piwa

17. produkty uboczne i odpadowe

18. winiarstwo: surowce i mikroorganizmy

19. klasyfikacja i podział win

20. technologia produkcji win

21. dojrzewanie win

01.03.2007

GOTOWANIE BRZECZKI Z CHMIELEM 60-120 min

Chmiel jest czynnikiem wzrostowym.

• Pod p atm - naturalnym 100-102^OC - podgrzewacz zew w kotle warzelnym - doprowadzenie pary

• Pod nadciśnieniem

1. gotowanie z zewnętrznym pogrzewaczem

2. z wewnętrznym podgrzewaczem - nowoczesne kotły warzelne z wewnętrznym podgrzewaczem /płaszczowo rurowy - pionowy wymiennik ciepła/ przez który przepływa brzeczka. Spełnia dodatkowo rolę mieszalnika. Brzeczka jest przepompowywana przez element zewnętrzny.

Cel gotowania brzeczki z chmielem:

• wytrącanie osadów /głównie kompleksów białka z polifenolem z chmielu bądź ze słodu /przełomu brzeczki/ => zapewnia właściwe cechy organoleptyczne piwa

• usunięcie niepożądanych składników między innymi DMS

• ustalenie barwy - wysoka temp powoduje ze dekstryny ulegają karmelizacji

• zakwaszenie brzeczki

• zagęszczenie brzeczki

• inaktywacja enzymów

• nadanie brzeczce - piwu odpowiedniego smaku i zapachu dzięki dodatkom chmielu

• sterylizacja brzeczki - wysoka temperatura

• ekstrakcja i transformacja związków chmielu (izomeryzacja)

KADŹ OSADOWA /whirpool/

Dochodzi tutaj do oddzielenia strąconych osadów.

Do whirpoola brzeczkę wpompowuje się po stycznej zewnętrznej ścianki, wynikiem czego jest wirowy ruch cieczy - powodujący zbieranie się gorącego osadu w środku naczynia (placka, czopa) - jest dołem odciągany, usuwany.

Niewłaściwe usunięcie osadów gorących może powodować:

• trudności w klarowaniu brzeczki

• zlepianie drożdży

• obecność kwasów tłuszczowych w brzeczce

CHŁODZENIE BRZECZKI - etapy/ fazy

• I FAZA - obniżenie temp o 10-20⁰C w trakcie przepompowania z kadzi warzelnej do kadzi osadowej (brzeczka 80^OC)

• II FAZA - ochłodzenie brzeczki do 15-20⁰C w wymiennikach ciepła z użyciem wody o temp 12-14⁰C

• III FAZA - ochłodzenie brzeczki do temp nastawnej /5-7⁰C/ w wymiennikach ciepła z użyciem wody lodowej. W tej temp zapoczątkowujemy proces fermentacji

Chłodzenie należy przeprowadzić szybko, gdyż może zasiedlić się obca mikroflora - wtórne zakażenie brzeczki.

NAPOWIETRZANIE BRZECZKI

1. Chłodzenie brzeczki musi przebiegać sprawnie, pośrednie temp. sprzyjają rozwojowi mikroflory niepożądanej

2. Jednocześnie z ochładzaniem przeprowadza się napowietrzanie brzeczki

Tlen jest niezbędny dla szybkiego namnażanie drożdży - zostaje zużyty w ciągu kilku h po zaszczepieniu

Sposoby:

• świece ceramiczne

• spieki metalowe

• dysze wprowadzające powietrze

Natlenienie brzeczki = 9mg/l. Zwykle jest nieco wyższe.

ZASZCZEPIANIE DROŻDŻAMI

Do zaszczepiania brzeczki chmielowej stosuje się wybrane odpowiedni szczep drożdży, który dobrze zaadoptował się w warunkach browaru.

Drożdże nastawne przygotowuje się w dziale propagacji drożdży z czystej kultury (Kolekcje Czystych Kultur)

W browarach przede wszystkim wykorzystuje się drożdże z wcześniejszych szarż produkcyjnych.

Drożdże wypowiadają odpowiedniego postępowania /dekarbonizacja - usunięcie CO₂/ pielęgnacji i przechowywania (przemywanie, dokwaszanie).

GODPODARKA DROŻDŻAMI W BROWARZE

Końcowa sedymentacja

Zbiór drożdży 60%

I sedymentacja

Kadzie w postaci Unitanków pionowe - kształt stożkowaty
umożliwia burzliwość (sedymentację) i utworzenie się
warstw drożdży.
60% drożdży pochodzi ze środkowej części, gdyż
te które docierają do sedymentu jako pierwsze są nieatrakcyjne

(stare, ugniatają się i podlegają zniszczeniu).
Końcowa sedymentacja - komórki mniejsze i powiązane
z zanieczyszczeniami. Osady mieszają się z górną w-wą.

ZASZCZEPIANIE

Napowietrzanie

• 6-9 mgO₂/l brzeczki

• Ponad 30 mgO₂/l jest toksyczne

Ilość dodawanych drożdży:

• 15-20 ml kom/ml brzeczki

• 0,6-0,7 l gęstwy drożdżowej/hl brzeczki

• 4-5 ml komórek/ ml brzeczki - drożdże ze świeżej propagacji

Sposoby zadawania drożdżami:

1. wprowadzanie drożdży bezpośrednio do tanku fermentacyjnego

2. dozowanie w przepływie - do przewodu z brzeczką

FERMENTACJA:

1. KLASYCZNA - browar Jurand

2. W TANKOFERMENTORACH - fermentacja + leżakowanie

FEREMNATCJA KLASYCZNA W KADZIACH OTWARTYCH

1. zaszczepianie - szybki przyrost biomasy drożdży (liczba kom. zwiększa się 3-4 razy) do momentu wyczerpania tlenu; komórki są z reguły na dnie zbiornika

2. faza krążków niskich - biała czysta piana na pow brzeczki, która stopniowo gęstnieje i zmienia kolor na brunatny - wytrącenie się żywic chmielowych oraz substancji garbnikowo-białkowych

3. faza krążków wysokich - główny etap fermentacji - fermentacja burzliwa - wysoka piana; proces fermentacji osiąga maximum; wytrącone żywice pokrywają całą powierzchnię piany => intensywny brunatny kolor

4. faza opadania krążków - końcowy etap fermentacji, piana zanika, drożdże opadają na dno a młode piwo się klaruje
   Przyśpieszyć opadanie drożdży - obniżyć temperaturę

5. pod koniec fermentacji powierzchnię brzeczki pokrywa cienka warstwa opadłej piany - powłoka pofermentacyjne, którą należy usuwać

TANKOFERMENTORY

Efekty powstawania piany są niedostrzegalne (zamknięte pojemniki). Proces fermentacji i leżakowania

Fermentacja w Unitanku:

• zaszczepienie

• fermentacja

• wychłodzenie dolnej partii unitanków (w celu przyspieszenia oddzielenia drożdży)

• dojrzewanie (potencjał redukujący drożdży zapewnia m.in. redukcję diacetylu)

• wychłodzenie części stożkowej (zbiór drożdży)

• leżakowanie => funkcja tanku leżakowego

Zmiany temp, kwasowości i zawartości ekstraktu w brzeczce w czasie fermentacji

Wzrastanie temperatury do 3-4 dnia (jest wyższa niż temp nastawna)

Proporcjonalnie obniża się pH i maleje wartość ekstraktu, głównie fermentującego.

Po 7 dniach burzliwej fermentacji proces się kończy.

Przemiany składników brzeczki z udziałem drożdży

BRZECZKA DROŻDŻE PIWO

Cukry (maltoza)

Produkty odpadowe (alkohol i CO2)

Zw.azotowe

O₂

Witaminy
i mikroelementy

Więcej komórek drożdżowych

Wzrost i podział komórek

ZWIĄZKI SIARKI W PIWIE: => wiążą chmiel

• 
  H₂S

• SO₂

• Merkaptan metylowy (metanotiol) CH₃SH

• 
  
  Merkaptan etylowy (etanotiol) C₂H₅SH

• Siarczek dimetylowy (CH₃)₂S - zapach gotowanych warzyw

• Trójsiarczek dimetylu (CH₃)₂S₃ - cebulowy zapach, spalonej gumy

LEŻAKOWANIE: 6 TYGODNI (zwiększone ciśnienie może skrócić)

1. Odfermentowanie pozostałej części ekstraktu do wymaganego poziomu

2. nasycenie dwutlenkiem węgla CO₂piwa młodego

3. dojrzewanie i nabieranie delikatnego smaku i zapachu piwa - interakcje między estrami a aldehydami

4. klarowanie wskutek osadzania drożdży i osadów w wyniku obniżania temperatury

5. zwiększenie redukcyjnych zdolności piwa => ograniczenie niekorzystnego wpływu tlenu na jego smak

Odbywa się:

Dawniej => w drewnianych kufrach

Obecnie w stalowych tankach leżakowych. Tanki poziome - nie znaczenia etap odbierania drożdży.

FILTRACJA PIWA => uzyskanie klarownego piwa

Mechanizmy filtracji:

• filtracja sitowa lub powierzchniowa

• filtracja wgłębna / efekt sita mechanicznego, adsorpcja na powierzchni/

Obecnie filtracja krzyżowa!!
Przepływ nad powierzchnią przegrody porowatej

Środki filtracyjne:

• tkanina metalowa lub tekstylna /stal, polipropylen/

• warstwa filtracyjne /celuloza, bawełna, perlit, ziemi okrzemkowa/

• luźny nasyp /filtr żwirowy/

• porowate masy /spiek metalu lub szkła/

• membrany /poliuretan, poliamid, polietylen, polikarbon, octan celulozy/ - obok filtracji warunkują wyjaławianie (nie wymaga pasteryzacji)

Filtr namułowy - przebieg filtracji:

1. nanoszenie warstwy podstawowej /wstępnej/ w ilości 70% na zasadzie zamulania powierzchni tkaninowej

2. nanoszenie warstwy podstawowej /zabezpieczającej/ 30%

3. bieżące dozowanie ziemi

W trakcie prowadzenia filtracji zużycie ziemi okrzemkowej kształtuje się od 60 do 120g/hl przepuszczanego piwa

Filtracja membranowa - moduły zamknięte

STABILIZACJA PIWA

Trwałe piwo to:

• zapewnienie stabilizacji biologicznej - mikrobiologicznej, aby piwo nie fermentowało

• stabilizacji koloidalnej - powstanie właściwej piany, brak zmętnienia gł w niskich temperaturach

Piwo pasteryzowane po pewnym czasie często długo mętnieje. Zmętnienia te są spowodowane głównie przez koloidalne substancje rozpuszczone w piwie.

Zimne zmętnienie - zmętnienie koloidalne, które wyst po schłodzeniu i rozpuszcza się po ogrzaniu do 20 ^OC

Z czasem zimne z przechodzi w zmętnienie trwałe, które nie zanika

Zmętnienie trwałe - to wiązania wysokocząsteczkowych produktów rozkładu białka z polifenolem, głównie antocyjanogenami.

Środki stabilizujące piwo:

• preparaty żelu krzemionkowego

• PVPP (poliwinylopirolidon)

Ż.krzemionkowe wiążą złożone produkty rozkładu białek (wielkocząsteczkowe)

• Zużycie od 50 do 150 g/ml piwa

• Występują w postaci hydrożelu (zaw 50% wody) i kserożelu (5% wody)

• Żele powstają na bazie kw. siarkowego i sodowego szkła

PVPP - zw. organiczny, wiąże i usuwa zw. fenolowe.

Wiązanie to opiera się na wykształceniu w kwaśnym pH mostków wodorowych, które w zasadowym r-rze ponownie uwalniają fenole.

Przeciwutleniacze (środki opóźniające proces starzenia się piwa):

• SO₂ - siarkowanie piwa, obecnie rzadkość w piwowarstwie, w winiarstwie częste

• Kw. L-askorbinowy

Czynniki powodujące starzenie bukietu piwa: - powodują WADY piwa

• O₂ w piwie

• O₂ w procesie produkcji

• Niedostateczne usunięcie osadu gorącego z brzeczki

• Światło

• Zbyt wysoka temp magazynowania piwa i nagłe jej zmiany

• Wstrząsy w transporcie

• Zbyt wysoki wskaźnik barwy piwa

• Zakażenia mikrobiologiczne

• Inne /żelazo/

ROZLEW PIWA

Napełnianie opakowań

Piwo rozlewa się do naczyń jednostkowych za pomocna urządzenia zwanego monoblokiem /w jednym urządzeniu następuje po sobie nalew butelki lub puszki oraz zamknięcie opakowań

Piwo nalewane jest w systemie zwiększonego ciśnienia z zapewnieniem minimalnego napowietrzania.

STABILIZACJA MIKROBIOLOGICZNA => PASTERYZACJA

>obróbka termiczna, aby zapewnić odpowiednio długi okres przydatności do spożycia

> pasteryzacja w butelkach jest najpewniejsza metoda utrwalania, gdyż nie ma możliwości ponownego
zainfekowania

Warunkiem skuteczności pasteryzacji jest doprowadzenie potrzebnej ilości jednostek pasteryzacji.

Jednostka pasteryzacji => efekt działania w piwie temperatury 60⁰C w ciągu jednej minuty

JP = czas x 1,393 ^{różnica temperatur} /temp 60^OC/

Do przeprowadzenia pasteryzacji piwa w butelkach służy pasteryzator tunelowy.

ETYKIETOWANIE

Przed opuszczeniem browaru butelka zostaje zaopatrzona w zestaw etykiet i odpowiednio oznaczona, co ułatwia identyfikację.

WINIARSTWO

Atak filoksery /phylloxsera vastatriks/ - wyginięcie winorośli w Europie

DEFINICJA

Napój powstający w wyniku winifikacji tzn. fermentacji owoców /sok z owoców/ winorośli????

Wino - etymologia słowa => sanskryt /vena/, Hettyci /wee - on/, pismo klinowe

Niezależnie od źródła pochodzenia nazwa ma zbliżone brzmienie

„Vinum' /łac/

„woinos” /gr/

„Wino” /hiszp., włoski/

„wein” /niem/

Nauka zajmująca się znajomością technologii wina (od substratu -winorośli do dojrzewania i degustacji)
nosi nazwę ENOLOGII

Regiony produkcji wina we Francji: Alzacja, Szampania, Bordeaux, Burgundia, Dolina Loary, Rodanu

TERROIR - kwintesencja francuskiej filozofii wina

Zespół czynników niezależnych od człowieka dotyczących hodowli związanych ściśle z danym terenem, kształtujących warunki uprawy winorośli

• Ziemi (gleby), jej składu, przepuszczalności, zdolności utrzymywania ciepła, wchłanialności i zdolności magazynowania wody

• Klimatu (właściwości mikroklimatu), nasłonecznienia, wiatrów, wilgotności wynikającej z obecności rzek lub mórz, ukształtowanie terenu upraw.

WINOROŚLE (Vitis Vinifera)

• Cabernet sauvignon - czerwone wino z Bordeaux, może być uprawiana w róznych zakątkach świata

Wino=> aromat i smak czarnych porzeczek, o zapachu lekko żywiczym, korzennym, niekiedy z odrobiną dymu i lukrecji. Rozwija bukiet w miarę starzenia

• Cabernet Franc

• Pinot Nor - wino o owocowym aromacie z przewagą zapachu malin, truskawek, wiśni. Nie jest bardzo ekspansywny

• Meroct -> wino wzbogaca kolor i ……

• Sarah (shiraz) bardzo dobrze przyjął się w Australii

Wino=> gatunki o pieprzowym, korzennym smaku, czasem z odcieniem dymnym długo dojrzewające

Białe:

1. Chardonnay - uprawiany na całym świcie, winogrona białe, ew żółte, produkcja również szampanów

2. Riesling

3. Sauvignon Blanc - daje owoce o różnych barwach, biały do granatu

PODZIAŁ DROŻDŻY WINIARSKICH - fermentacja soku znajdującego się w owodu

1. d wysokiego odfermentowania (18-20%objętości alkoholu)

2. d niskiego odfermentowania (8-12 %)

3. d osmofilne do fermentowania moszczy o wysokich stężeniach cukru - ciężkie wina deserowe

4. d sufitowe - znoszące wysokie c SO₂ - wina białe; nie dopuszcza do zmiany barwy wina

5. d zimne (kriofilne), pozwalające prowadzić fermentację w temp 15-20^OC - wina musujące

6. d szampańskie zdolne do prowadzenia fermentacji przy rosnącym p CO₂ i opadające w postaci osadu

Ioc efficience (gat S.c. var cerevisiae) odporny na wysokie stężenia alkoholu, SO₂, bardzo niskie formowanie piany (w winiarstwie nie stosuje się środków odmieniających); wina białe i czerwone

Ioc bayanus /S.c. var bayanus/

• najczęściej używany do fermentacji głównej, ale również do wtórnej (ratowanie fermentacji)

• warunkuje szybką i pewną produkcję win białych i czerwonych o wielkiej finezji

• szybka i całkowita przemiana cukru bez niepożądanych zw ubocznych. Stosowany do fermentacji w niskiej temp, pobudzenie wolnej i zastałej fermentacji

DROŻDŻE DZIKIE - naturalnie występują na owocach

1. zidentyfikowano ponad 700 gatunków obecnych na skórkach owoców w chwili zbiorów

2. na początku spontanicznej fermentacji większość mikroorganizmów obecnych w moszczu to Kloeckera opiculata (nieodporne na obecność alkoholu, w połowie ferm giną)/Hunveniaspora uvarum i Mietschnikowia pulcherima. W Polowie fermentacji przewagę przejmują Saccharomyces sp. pod koniec fermentacji w niepełnych beczkach i kadziach gdy zbiorniki nie są wypełnione do końca.obserwuje się białawą błonę na powierzchni win - tzw. kwiat winny powodowany przez Candida, Hansenula i Pichia; czasami kwiat jest zaletą w winach hiszpańskich

3. zygosaccharomyces billi - odpowiada za niepożądane wznowienie fermentacji w kadziach czy butelkach z gotowym klarownym winem, w czasie leżakowania się ujawniają. Bardzo odporne na alkohol /15% objętości/, niskie pH /wytrzymuje < 2/, konserwanty takie jak SO₂ , kwas sorbowy czy benzoesowy, wysokie ciśnienie osmotyczne, rozwijają się w środowisku o c cukru > 50%

Inne dbn występujące w winach: - na etapie dojrzewania się ujawniają

• grzyby z rodzaju Brettanomyces /b.bruxellensis najczęściej spotykany/, są przyczyną powstawania związków o różnej gamie zapachowej: 4 etylofenol /zapach plastrów opatrunkowych i stajni/, 4etylogwajakol /wędzone mięso, przyprawy/, kwas izowalerianowy /zapach zjełczałego tłuszczu/
  W zależności od dostępnych w winie substancji powstaje gama estrów.

• Botrytis cinerea /pleśń szlachetna/ - występuje w regionach dużej wilgotności

• Powstają wina naturalnie słodkie

• W końcowym etapie dojrzewania owoc przypomina zaschniętą rodzynkę, winogrono pęka, zagęszczają się składniki w głównym miąższu

• Rozwój jest jednak możliwy tylko w specyficznych okolicznościach: potrzebne poranne mgły, słońce wieczorem, lekki wiatr

• Rozwój pleśni jest nierównomierny

PODZIAŁ WIN =>

Klasyfikacja win francuskich => standard klasyfikacji tzw. „apelacja” (klasa jakości).

Appellation d'Origine Controlee/AOC/ => „nazwa zastrzeżona”

Wskazuje zastosowanie wymagania:

• obszar prowadzący do posługiwania się daną nazwą, winnice zamknięte w określonym terroir

• dozwolone szczepy winogron

• gęstość uprawy

• wydajność winnicy

• minimalna zawartość alkoholu

• zaświadczenie AOC wydaje się po przeprowadzeniu analizy i degustacji wina (organoleptycznym)

• wymagana info znajduje się na etykiecie

Mają obowiązek utrzymywać wino w określonej jakości świadczonej przez apelację.

Klasyfikacja win francuskich Vin Delimite de Qualite Superieure (VDQS)

“wino wysokiej jakości z obszaru ograniczonego tzw.poczekalnia” Wymagania takie same

Vin de pays -wino regionalne pochodzi z południa Francji (Prowansja i Langwedacja), wysoka jakość

Vin de table - wino stołowe, najniższa kategoria win francuskich, 40% win francuskich jest w tej kategorii, nie ma regulacji wydajności, bez przepisów, nie podają czasami rocznika, nie osiągają wysokiej klasy, która gwarantuje najwyższa apelacja win regionalnych. Podaje się objętość, alkohol, nazwę i adres rozlewu

SCHEMAT TECHNOLOGICZNY PRODUKCJI WINA CZERWONEGO

		selekcja
		zbiór
				zaszczepianie
				/drożdże, b.mlekowe/		obciąg (ściąganie wina spod/znad osadu)		wytłoki
		winogrona czerwone				prasowanie
				fermentacja		osadzanie		osady
				alkoholowa		cedzenie
łodyżki		miażdżenie
						wino czerwone
						wytrawne/słodkie
		dodatek SO2
				fermentacja
				malonowa		dojrzewanie
						beczki lub zbiorniki/butelki
		moszcze

Operacje technologiczne stosowane w produkcji wina czerwonego:

• zbiór winogron /sortowanie/ - mechaniczne, ręczne

• usuwanie szypułek i lekkie miażdżenie owoców

• dodatek SO₂ - stabilizacja mikrobiologiczna, eliminacja tlenu

• Fermentacja moszczu w pojemnikach, cysternach drewnianych, cementowych, plastykowych, emaliowanych oraz z metalu nierdzewnego, zamknięte (np. jak w Bordeaux) lub otwarte /np. Bourgogne/
  Ilość fermentującego płynu od około 200 l do kilku tysięcy hl, temp 15-32 ⁰C /opt 27⁰C/- operacje istotne dla jakości czerwonego wina

• Ekstrakcja barwników -barwnik z łupinki, skórki poprzez fermentację; ekstrakcja dwutlenkiem węgla, by wydobyć kolor ze skórki (w I etapie usunąć CO₂, zwiększające się p CO₂, powoduje pękanie owoców)

• Pigeage - mechaniczne wciskanie czapy skórek winogron na dno pojemnika z fermentującym winem

• Remontage - cyrkulacja moszczu wymuszająca mieszanie, przeciągnięcie pływających skórek

• ogrzewanie miazgi 50-60^OC przez 2-4h lub 80-85^OC przez 1-2 min

• Przetaczanie wina do innych pojemników - dalsze uszlachetnianie - vin de gouttee

• Prasowanie pozostałości /marc/ - uzyskuje się vin de presse (wino prasowane - wyciśnięte z wytłoków - produkty do produkcji wódek owocowych)- dodaje się do vin de gouttee, aby zwiększyć ilość garbników

• marc po wyciśnięciu - nawóz lub po dodaniu wody i cukru fermentacja i destylacja - naturalne wina owocowe typu Grappa

• chaptalization - dosładzanie, dosypywanie do fermentującego moszczu cukru trzcinowego lub buraczanego w celu podwyższenia końcowej zawartości alkoholu: Niemcy, Francja, gdy winogrona mało dojrzałe i występuje nadmiar kwasów owocowych, nie stosuje się w dobrych winnicach

FERMENTACJA MALONOWA /jabłkowo mlekowa/

1. wszystkie wina czerwone i większość białych, oprócz fermen. alkoholowej poddawane są fermen. jabłkowo-mlekowej(malonowej, malolaktycznej)

2. proces wywoływany przez BFM powoduje zamianę ostrego smaku kwasu jabłkowego w znacznie łagodniejszy kwas mlekowy
   Wino obniżając swoją kwasowość nabiera łagodniejszego smaku

SCHEMAT TECHNOLOGICZNY PRODUKCJI WINA BIAŁEGO

		selekcja
		zbiór
		winogrona białe
łodyżki		miażdżenie
		dodatek enzymów pektynolitycznych
		dodatek SO2
		moszcze
		wirowanie
		wyciskanie soku	wytłoki
		ochłodzenie	osad
		SOK BIAŁY
zagęszczanie		ochrona przed O2	+SO2
		ochładzanie
koncentrat			Wymrażanie
		zaszczepianie
		(d/BFM)	MUTE
		fermentacja
		alkoholowa
		dodatek SO2
		osadzanie
		cedzenie
bentonit		leżakowanie
żelatyna		klarowanie
tanina
		WINO BIAŁE
		wytrawne/słodkie

Operacje technologiczne stosowane w produkcji wina białego:

1. zbiór winogron

2. usuwanie szypułek i lekkie miażdżenie owoców (enzymy pektynolitryczne)

3. dodatek SO₂: 7-10 g/hl; zmniejsza ryzyko rozpoczęcia procesu octowego, wstrzymuje proces wytwarzania goryczy i ściemniania moszczu, ochrona mikrobiologiczna

4. usuwanie osadów -> silne ochłodzenie soku (wytrącanie) lub filtracja

5. fermentacja 10-20^OC (niższa niż wino czerwone)- opt 18^OC -drożdże, osady białkowe, kryst. osady, kwaśny winian potasu, winian wapnia)

6. klarowanie (filtracja, wirowanie, schładzanie, środki wspomagające klarowanie - żelatyna, bentonit, tanina)

7. leżakowanie (dojrzewanie ->redukcja kwasowości, procesy stabilizacji)

8. soutrage - wielokrotna dekantacja wina znad osadu, płukanie pojemników (beczek) - ponowne napełnienie. Wina czerwone szybciej trafiają do butelek niż wina białe.

WINO RÓŻOWE

		selekcja
		zbiór
				zaszczepianie
				/drożdże, b.mlekowe/
		winogrona czerwone				prasowanie		wytłoki
				fermentacja		ochrona przed O2
				alkoholowa
łodyżki		miażdżenie				kontrola temp (min)
		dodatek SO2				osadzanie		osady
		moszcz				cedzenie
						WINO RÓŻOWE

WINA TYPU BLASH

		selekcja
		zbiór
		winogrona czerwone
				ochrona przed O2
łodyżki		miażdżenie		kontrola temp (min)
		dodatek SO2		osadzanie
				cedzenie
				zaszczepianie
		moszcze						wytrawne
wytłoki				f.alkoholowa		WINA TYPU BLASH
		prasowanie						słodkie

Oddzielamy sok od reszty.

OTRZYMYWANIE WIN RÓŻOWYCH:

1. POPRZEZ PRASOWANIE - prowadzimy fermentację winogron czerwonych, prasowanie po fermentacji

2. POPRZEZ EKSTRAKCJĘ -

3. Z WINOGRON RÓŻOWYCH - rośnie szczep Poulsad, który ma skórkę i miąższ różowy. Dają różowy kolor soku. Prasowanie winogron białych przed fermentacją.

Wina typu „nouveau” (Beaujolais) => NIE MA LEŻAKOWANIA. Po fermentacji jest gotowe do spożycia.

SCHEMAT TECHNOLOGICZNY PRODUKCJI WINA TYPU NOUVEAU

		selekcja
		zbiór
		winogrona czerwone
		maceracja w atmCO2
łodyżki, wytłoki		macerator CO2
		miażdżenie
		zaszczepianie
		fermentacja
osady		filtracja
		ochrona przed O2
		WINO NOVEAU

Nie podlegają oddzieleniu łodyżek na etapie początkowym.

Wino Beaujolais trafia w trzeci czwartek listopada do sklepów.

1. przemywanie

2. zakwaszanie /pozbyć się i zapewnić drożdżom czystość/; bakterie preferują środ.alkaliczne

3. przesiewanie

4. przewietrzanie

5. przechowywanie

• mokre /w wodzie, temp 0-1⁰C przez 4-5 dni

• „suche” oddzielenie drożdży od brzeczki

Najważniejsze gdyż wyczuwane organoleptycznie i trzeba unikać

Nawet jeśli będą nie jesteśmy w stanie ich wyczuć

Nie ma maceracji barwników.

Wydzielanie soku

---