PIWO

1. Charakterystyka surowców stosowanych do produkcji piwa: słód, chmiel, woda, drożdże.

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 (amylolitycznych, proteolitycznych, celulolitycznych i in.), zmianie ulegnie struktura ziarna oraz powstają odpowiednie cechy aromatyczne. Stan ten utrwala się poprzez wysuszenie.

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

CHMIEL - nadaje piwu szlachetną i przyjemną gorycz oraz specyficzny aromat. Zw. goryczkowe mają właściwości antyseptyczne, wpływają więc na podniesienie trwałości piwa. Chmiel należy do rodziny konopiowatych, na potrzeby piwowarskie uprawia się wyłącznie chmiel o owocostanach żeńskich, zw. szyszkami. Najważniejszym dla piwa składnikiem chmielu są:

• α- kwasy , które najlepiej rozpuszczają się w brzeczce, po uprzednim przekształceniu się w formę zizimeryzowaną. Od Izo-α-kwasów zależy goryczkowy smak piwa i trwałość piany.

• polifenole (garbniki) - wykazują właściwości redukujące (wpływają korzystnie na jakość) i zdolność wytrącania białek, wpływ na stabilność koloidalną (połączenia białek z nieutlenionymi białkami są rozp. na gorąco i strącają się dopiero po ochłodzeniu tworząc zmętnienie w piwie)

• olejek chmielowy - mieszanina olejków eterycznych, które ulatniają się prawie całkowicie podczas gotowania brzeczki z chmielem. Najwięcej występuje w olejku humulenu i myrcenu. Myrcen niekorzystnie wpływa na smak i zapach piwa i łatwo ulega utlenieniu. Stosunek humulenu do mycerenu powinien być większy od jedności.

WODA - jest zużywana głównie do zacierania słodu. Woda taka powinna się charakt. odpowiednimi parametrami, z których najważniejszym jest tzw. alkaliczność resztkowa, czyli różnica między właściwościami alkalizującymi anionów (głównie HCO₃^-), 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 (wpływa to niekorzystnie na przebieg procesów enzymatycznych w czasie zacierania, zwiększa się przez to ilość białek o dużych cząst., przez co pogarsza się stabilność koloidalna piwa, wzrost pH przyczynia się do przedłużania się filtracji brzeczki przedniej, parametru mają wpływ na wyższe wyługowanie subs. goryczkowych i garbników z łuski słodu - gorszy smak piwa).

DROŻDŻE - stosuje się do przeprowadzenia fermentacji alkoholowej. Wszystkie drożdże piwowarskie należą do gat. S.cerevisiae, dzieli się je ogólnie na szczepy:

dolnej fermentacji - są przystosowane do niższych temp. (5-13^oC) i pod koniec procesu osiadają na dnie naczynia; całkowicie odfermentowują rafinozę

górnej fermentacji - fermentują w temp. 15-25^oC, a podczas fazy burzliwej zbierają się głównie w górnej warstwie, tworząc kożuch; odfermentowują rafinozę w 1/3, a więc tylko cząsteczkę fruktozy.

Wymagania stawiane drożdżom:

• utrzymanie spektrum zapachowego przez kilka operacji

• potencjał redukcyjny di acetylu

• wolne od org. zanieczyszczających

• wysoka żywotność

• początkowy, wysoki stopień fermentacji

• zdolność do ferm. wydłużonej (leżakowanie)

2. Zjawiska zachodzące podczas moczenia i kiełkowania jęczmienia, w trakcie prażenia i suszenia słodu.

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).

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.

Suszenie słodu -FAZA SUSZENIA WSTĘPNEGO - efekty łagodne

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

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.

Prażenie - DOSUSZANIE - suszenie w wyższej temp

Obejmuje okres spadku zawartości wody od 10-4% lub poniżej. Temp w tej fazie wzrasta do temp maksymalnej (wartość zależy od gatunku słodu: jasny, monachijski)

W fazie prażenia zachodzą następujące zjawiska:

• Zanikają prawie zupełnie funkcje życiowe zarodka. Miarą prawidłowego przebiegu suszenia słodu jasnego jest jego wysoka siła enzymatyczna przy prawie zerowej liczbie ziarn zdolnych do kiełkowania.

• Przemiany enzymatyczne pod koniec fazy prażenia ulegają całkowitemu ograniczeniu. Część enzymów ulega większej lub mniejszej inaktywacji, a w szczególności -amylaza, endopeptydazy, i -glukanazy (nawet do 60%).

• Tworzą się związki barwne - melanoidy - wpływające na barwę, aromat i smak sodu.\

3. Różnice technologiczne występujące w czasie produkcji słodu jasnego i ciemnego.

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%)

4. Metody zacierania stosowane w przemyśle piwowarskim.

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

ZACIERANIE INFUZYJNE - cały zacier podgrzewa się do temp. całkowitego scukrzenia, tj. 76^oC, i nie stosuje się gotowania. Met. stosowane są do prod. piwa lekkiego i pełnego.

ZACIERANIE DEKOKCYJNE - stosuje się pełny zakres optymalnych temp. dla występujących w zacierze enzymów (37-75^oC),a ponadto część zacieru poddaję się gotowaniu, głównie dla lepszego skleikowania skrobi. W zależności od ilości gotowanych warów w met. dek. rozróżnia się system jedno-, dwu- i trójwarowy. Przy stosowaniu metody dekokcyjnej uzyskuje się piwo o pełniejszym smaku.

5. Parametry i zjawiska zachodzące podczas zacierania.

Wraz ze wzrostem temperatury, podczas zacierania, kolejno zachodzą następujące zjawiska:

Zakres temperatury (°C)	Enzym	Działanie
37 - 45	hemicelulazy	rozkład składników ścian komórkowych
45 - 50	endo-$-glukanza, endopeptydazy	rozkład $-glukanów, i białek - przerwa $-glukonowo-białkowa
52 - 55	endopeptydazy	rozkład białek do peptonów i aminokwasów przerwa białkowa
62 - 65	$-amylaza	Rozkład skrobi do maltotriozy, maltozy i glukozy przerwa maltozowa
70 - 76	"-amylaza	rozkład skrobi do dekstryn (dekstryny graniczne) przerwa scukrzająca

6. Metody filtracji brzeczki.

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: 4-5hl/100 kg słodu

• Czas filtracji brzeczki przedniej: 90-120 min

• Wysładzanie: 90-150 min

• Usuwanie wysłodzin (młóta) 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

7. Gotowanie brzeczki z chmielem - cele i wpływ na jakość piwa.

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

• ustalenie barwy - wysoka temp powoduje ze dekstryny ulegają karmelizacji

• zakwaszenie brzeczki i zagęszczenie brzeczki

• inaktywacja enzymów

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

• sterylizacja brzeczki - wysoka temperatura

• ekstrakcja i transformacja związków chmielu (izomeryzacja)

8. Przebiegu procesu fermentacji głównej.

Fermentacja jest najważniejszym procesem polegającym na konwersji cukrów zawartych w brzeczce do etanolu i dwutlenku węgla przez drożdże. Jest procesem egzotermicznym - a wydzielona energia może być „magazynowana” przez drożdże w formie ATP i uwalniana w postaci ciepła. Oprócz dwutlenku węgla i alkoholu w wyniku przemian biochemicznych powstają produkty uboczne (kwasy, estry, wyższe alkohole itp.), które w odpowiednich warunkach nadają piwu właściwy smak i zapach.

W pierwszym etapie po dodaniu drożdży następuje ich szybkie rozmnażanie (do momentu wyczerpania rozpuszczonego w brzeczce tlenu),a  potem zafermentowanie i fermentacja burzliwa.

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 krążków - końcowy etap fermentacji, piana zanika, drożdże opadają 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.

Fermentacja piwa w tankofermentorach - pionowe zbiorniki cylindryczno-stożkowe (unitanki) - prowadzi się proces fermentacji i leżakowania piwa.

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

Proces fermentacji głównej można prowadzić w sposób tradycyjny w temperaturze 8 ÷ 9°C (czas fermentacji 7 dni) lub zmodyfikowany, w temperaturze wyższej 12 ÷ 16°C (4 ÷ 5 dni).

Po zakończeniu fermentacji głównej należy usunąć nadmiar drożdży, które osadziły się w stożkowej części zbiornika. Osadzanie drożdży przyspiesza się dzięki intensywnemu ochładzaniu dolnej partii unitanku. Młode piwo, po fermentacji zawiera jeszcze około 4 ÷6 mln komórek drożdży, poddaje się procesowi dojrzewania.

W czasie dojrzewania podnosi się temperaturę w celu redukcji zawartości dwuacetylu ( od 8.5 do 20°C) przez 2 ÷ 3 dni, a następnie usuwa się drożdże ze stożkowej części zbiornika i piwo schładza się do temperatury poniżej 0°C (od -0.5 do -1°C), w której leżakuje 4 ÷ 7 dni.

9. Charakterystyka drożdży piwowarskich - górnej i dolnej fermentacji.

• dolnej fermentacji - są przystosowane do niższych temp. (5-13^oC) i pod koniec procesu osiadają na dnie naczynia; całkowicie odfermentowują rafinozę, są genetycznie dość jednolite. Drożdże kłaczkujące, tworzą osady drożdżowe, drożdże pyliste 7 dni (fermentacja gł.)

• górnej fermentacji - fermentują w temp. 15-25^oC, a podczas fazy burzliwej zbierają się głównie w górnej warstwie, tworząc kożuch; odfermentowują rafinozę w 1/3, a więc tylko cząsteczkę fruktozy, są bardziej zróżnicowane genetycznie. Piwo wyprod. przy użyciu DGF ma wyższą zaw. ubocznych prod. ferm.(gł. wyższych alkoholi i estrów, oraz intensywniejszy zapach). Drożdże pyliste, wznoszą się do góry, zawiesiny chmielowe i drożdżowe 3 dni nieograniczona liczba szarży brak przemywania drożdży (fermentacja gł.)

10. Zmiany zachodzące w czasie leżakowania piwa.

• nasycenie piwa dwutlenkiem węgla (do co najmniej 0.4% wag.);

• sklarowanie piwa,

• uzyskanie właściwego stopnia odfermentowania,

• wytworzenie właściwego bukietu smakowo-zapachowego.

Proces leżakowania powinien przebiegać w temperaturze od -1 do +1°C, przy nadciśnieniu powyżej 0.03 MPa. Schłodzenie piwa do tak niskiej temperatury powoduje wytrącenie substancji białkowo-garbnikowych, które są adsorbowane przez komórki drożdży.

11. Stabilizacja piwa.

Sposoby poprawy stabilności koloidalnej:

• umożliwić powstanie złożonych produktów rozkładu białka

• częściowo usunąć fenole

• usunąć polifenole

• unikać metali ciężkich

• unikać wstrząsów

• zabezpieczyć przed działaniem światła

Zapewnienie stabilizacji biologicznej - mikrobiologicznej, aby piwo nie fermentowało.

Stabilizacja koloidalna - powstanie właściwej piany, brak zmętnienia głównie w niskich temperaturach

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

Zimne zmętnienie - zmętnienie koloidalne, które występuje po schłodzeniu i rozpuszcza się po ogrzaniu do 20 ^oC

Z czasem zimne 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 wiążą złożone produkty rozkładu białek (wielkocząsteczkowe)

• PVPP (poliwinylopirolidon) zw. organiczny, wiąże i usuwa zw. fenolowe.

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/

12. Pasteryzacja piwa.

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.

13. Produkty uboczne i odpadowe występujące przy produkcji piwa.

• W słodowni przy czyszczeniu jęczmienia - ziarna szczupłe, poślad, połówki, pył, łuska i inne zanieczyszczenia, przy myciu jęczmienia - spławki i przy podkiełkowaniu słodu - korzonki. na cele paszowe.

• Wysłodziny (młóto) pasza mokra i suszona oraz do kiszonek

• Drożdże pasza w postaci świeżej i suszonej, w przemyśle spoż. (preparaty białkowe i aminokw.) i farmaceutycznym (preparaty witaminowe).

• Osady z brzeczki i piwa występują w warzelni (osady gorące w kadzi osadowej, gł. poch. białkowo-garbnikowego, oraz części stałe chmielu; łączy się je najczęściej z wysłodzinami) oraz leżakowni (osady zimne oraz drożdże, najczęściej usuwa się je do kanalizacji).

• Dwutlenek węgla wytwarzany podczas fermentacji, częściowo wiąże się z piwem, a częściowo utrzymuję się nad piwem w celu utrzymania niezbędnego ciśn. Nadmiar może być utylizowany. Po oczyszczeniu i sprężeniu wykorzystuję się dla potrzeb wew. browaru, gł. do przetaczania piwa, przy rozlewie do opakowań handlowych oraz do kondycjonowania piwa.

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)

---