Курсовая работа: Технология пивоварения

устойчивая тенденция снижения потребности хмеля на гектолитр пива; - более крупный мировой урожай хмеля в 2001 году по количеству +2,5%, по содержанию альфа- кислот +5,5%;

устойчивая тенденция к выращиванию сортов с более высокой урожайностью и содержанием горького вещества;

нераспроданные запасы из урожая 2000;

неуверенность которой была отмечена ситуация в пивоваренной промышленности, внушенная спадом в мировой экономике и событиями 11 сентября 2001 года.[12]

Со стороны производства рынок хмеля в большей или меньшей степени определяется тремя крупнейшими хмелеводческими странами: США, Германией и Китаем. Только США и Германия дают свыше 70% мирового производства альфа-кислоты, причем большая часть всего хмеля (40%) выращивается в США. В большинстве стран площади хмельников за последние несколько лет значительно уменьшились, а в некоторых странах сократились почти на половину в течение последних 10 лет. В США и Германии площадь хмельников также постепенно уменьшается, в основном вследствие сокращения объема урожая. Из-за колебаний климата количество производимого хмеля с единицы площади значительно варьируется. Тем не менее можно констатировать незначительный рост урожайности с гектара.[12]

Хмель в России. Исторический опыт выращивания хмеля показал, что география его размещения обусловлена несколькими факторами.

Среди которых благоприятные климатические условия, развитие необходимой производственной инфраструктуры, технологических, агрономических знаний и трудовых навыков населения.[12]

Обычно хмель растет только в зонах с умеренным и влажным климатом. Как сельскохозяйственная культура хмель возделывался на Руси, с 10 века. Основное же развитие отрасль получила в 30-е годы ХХ века, когда впервые были заложены промышленные плантации на столбовых шпалерах.[12]

На территории бывшего СССР основные плантации хмеля располагались в России и на Украине. Стоит заметить, что на Украине хмель стали выращивать в промышленных масштабах еще в 19-м веке, а в начале 20-го украинский хмель был достаточно популярен в Европе. Хмелеводство на Украине достигло пика производства в 70-80-х годах. В конце 80-х хмелем было засажено 10 тысяч гектаров, а валовой сбор достиг 8 тысяч тонн. Украинским пивоварам тогда достаточно было 20-25% собранного, остальное продавали. В основном - в Россию и на Запад. Надо сказать, что украинским хмелем не брезговали даже исконно "пивоваренные" страны - Германия и Чехия (тогда - Чехословакия). Украина занимала пятое место по производству хмеля после США, ФРГ, Китая и Чехословакии.[12]

После распада Союза выращивание хмеля территориально не изменилось, а вот площадь его возделывания сократилась значительно. На Украине хмель выращивают в восьми областях (Житомирской, части Винницкой, Хмельницкой, Киевской, Волынской, Ровенской, Черниговской и Львовской). На сегодняшний день (данные Отчета фирмы "Барт" 2001/2002 годы) площадь возделывания составляет 1 тысячу 400 гектаров, урожай составил около 1 тысячи 100 тонн. В Российской Федерации товарное производство хмеля сосредоточено в 11 административных районах. Основными производителями являются Чувашская Республика (82%), Республика Марий Эл (около 6,5%) и Алтайский край (3,3% российского хмеля). Остальные регионы - Брянская, Нижегородская, Ульяновская, Омская области и Хабаровский край производят чуть более 8%. Общая площадь хмельников составляет 1 тысячу 100 гектаров, урожай составил 460 тонн. Основными поставщиками хмеля в Россию являются Германия и Чехия.[12]

Хмелевой рынок России представляет собой неконтролируемую, неорганизованную и во многом криминализованную сферу купли-продажи хмеля и продуктов его переработки. По самым приблизительным подсчетам, теневой оборот хмеля в России составляет 20-25% его валового сбора. Реализация программы «Хмель» предполагает, в частности, дополнительно вовлечь в программу хмелеводческие хозяйства с площадью хмельников почти в 500 га и таким образом довести посевные площади до 1748 га, а валовой сбор - до 1922 т.[12]

В 2007-2010 годах планируется создать полноценную инфраструктуру хмелевого рынка и расширить число участников программы. В результате к 2010 году площади хмельников увеличатся до 3 тысяч га, производство хмеля - до 3,5 тысяч тон. Предполагается, что программа будет реализована в девяти регионах России, причем основной объем работ придется на Чувашию, где расположены самые большие площади хмельников - 1,11 тысяч га.[12]

Общий объем финансирования программы составляет 530,32 млн. рублей.

Рынок хмеля можно охарактеризовать следующими особенностями:

1. Производители хмеля полностью зависят от пивоваренной промышленности. С другой стороны, производство пива невозможно без хмеля (существует взаимозависимость).

2. Реального роста на рынке хмеля больше нет.

3. Перепроизводство, так же как и недостаток продукции, немедленно сказывается на рыночных ценах.

4. Множество производителей хмеля работают с горсткой покупателей, так что силы рынка не уравновешены.

5. Производственные риски, связанные с объемом продукции хмеля и альфа - кислоты, постепенно переносятся из пивоварения в сферу торговли и переработки хмеля; в настоящее время существует тенденция перенести часть рисков и на производителей. До сих пор этот перенос рисков не был в достаточной степени компенсирован рынком в финансовом выражении.[12]

3.4 Дрожжи

Русское слово «дрожжи» имеет общий корень со словами «дрожь», «дрожать», которые применялись при описании вспенивания жидкости, зачастую сопровождающего брожение, осуществляемое дрожжами. Английское слово «yeast» (дрожжи) происходит от староанглийского «gist», «gyst» что означает «пена, кипеть, выделять газ». Дрожжи, вероятно, одни из наиболее древних «домашних организмов». Тысячи лет люди использовали их для ферментации и выпечки. Археологи нашли среди руин древнеегипетских городов жернова и пекарни, а также изображение пекарей и пивоваров. Предполагается, что пиво египтяне начали варить за 6000 лет до н. э., а к 1200 году до н. э. овладели технологией выпечки дрожжевого хлеба наряду с выпечкой пресного хлеба. Для начала сбраживания нового субстрата люди использовали остатки старого. В результате в различных хозяйствах столетиями происходила селекция дрожжей и сформировались новые физиологические расы, не встречающиеся в природе, многие из которых даже изначально были описаны как отдельные виды. Они являются такими же продуктами человеческой деятельности, как сорта культурных растений.[3]

Луи Пастер — учёный, установивший роль дрожжей в спиртовом брожении.[3]

В 1680 году голландский натуралист Антони ван Левенгук впервые увидел дрожжи в оптический микроскоп, однако не распознал в них из-за отсутствия движения живых организмов. И лишь в 1857 году французский микробиолог Луи Пастер доказал, что спиртовое брожение - не просто химическая реакция, как считалось ранее, а биологический процесс, производимый дрожжами.[3]

В 1881 году Эмиль Христиан Хансен, работник лаборатории датской компании Carlsberg, выделил чистую культуру дрожжей, а в 1883 году впервые использовал её для получения пива вместо нестабильных заквасок. В конце XIX века при его участии создаётся первая классификация дрожжей, в начале XX века появляются определители и коллекции дрожжевых культур. Во второй половине века наука о дрожжах помимо практических вопросов начинает уделять внимание экологии дрожжей в природе, цитологии, генетике.[3]

До середины XX века учёные наблюдали только половой цикл аскомицетных дрожжей и рассматривали их всех как обособленную таксономическую группу сумчатых грибов. Японскому микологу Исао Банно в 1969 году удалось индуцировать половой цикл размножения у Rhodotorula glutinis, которая является базидиомицетом. Современные молекулярно-биологические исследования показали, что дрожжи сформировались независимо среди аскомицетных и базидиомицетных грибов и представляют собой не единый таксон, а скорее жизненную форму.[3]

24 апреля 1996 года было объявлено, что Saccharomyces cerevisiae стал первым эукариотическим организмом, чей геном (12 млн пар оснований) был полностью секвенирован. Секвенирование заняло 7 лет, и в нём принимали участие более 100 лабораторий.[3]

Морфология дрожжей. Пивоваренные дрожжи, как и все дрожжи - это одноклеточные организмы без хлорофилла, по морфологическим признакам их относят к классу Ascomycetes, семейству Saccharomycetaceae, роду Saccharomyces.[8]

Пиво является продуктом биохимической деятельности дрожжей. Наряду с составом сусла и технологическими условиями дрожжи играют ответственную роль в ходе процессов на всех стадиях производства пива и влияют на качество получаемого продукта. Важное, значение для производства пива имеют физиологическое состояние дрожжей и условий их деятельности. Пивоваренные дрожжи, сбраживающие моносахара и мальтозу, делят на две группы: верховые дрожжи сбраживают раффинозу на одну треть и образуют на поверхности сбраживающейся жидкости не осаждающуюся суспензию, имеющую вид плотной пены.[8]

Поэтому дрожжи этой группы получили название верховых, а пиво, для производства которого их применяют, называют пивом верхового брожения. Однако при использовании современных технологий при получении пива верхового брожения этот признак отсутствует: дрожжи в конце брожения оседают на дно аппарата.[8]

Процесс брожения верховыми дрожжами ведут при температуре 10-25°С, при температуре ниже 10°С он прекращается, после чего дрожжи оседают на дно. Низовые дрожжи сбраживают раффинозу полностью.[8]

После сбраживания дрожжи агрегатируются в виде хлопьев и оседают на дно бродильного аппарата. Поэтому их называют низовыми дрожжами, а получаемое пиво - пивом низового брожения. Сбраживание низовыми дрожжами протекает при температуре 6-8°С и прекращается при О°С.[8]

Отличия физиологии поведения дрожжей обеих групп заключаются в следующем. Предполагают, что клетки верховых дрожжей и пузырьки углекислого газа несут противоположные электрические заряды, поэтому взаимно притягиваются.[8]

У низовых дрожжей с пузырьками углекислого газа предполагается одинаковый заряд, так что они взаимно отталкиваются.

Основной отличительной особенностью разных групп дрожжей является их способность сбраживать раффинозу.[8]

Из ферментов, гидролизующих раффинозу, в ферментной системе низовых дрожжей находятся инвертаза и мелибиаза, а у верховых - только инвертаза. В связи с этим верховые дрожжи сбраживают раффинозу только на треть. Инвертаза гидролизует трисахарид раффинозы до моносахарида фруктозы и дисахарида мелибиозы, который далее может быть расщеплен только мелибиазой, содержащейся в низовых дрожжах, до глюкозы и галактозы.

Кроме того, у низовых дрожжей в отличие от верховых нет фермента сукцинат - дегидрогеназы (янтарной дегидрогеназы), который функционально связан с цитохромом с и дыхательным ферментом Варбурга.[8]

Этим объясняется меньшая способность к размножению у низовых дрожжей, чем у верховых. Клетки пивоваренных дрожжей размерами 5...10х5...13 мкм имеют круглую или овальную форму, размножаются почкованием.[8]

Разница в форме отдельных клеток зависит от изменения состава среды, питания, наличия вредных примесей, в частности тяжелых металлов, изменения температуры. Значительные изменения формы дрожжевых клеток являются признаком дегенерации дрожжей. Здоровые дрожжи всегда наряду с крупными клетками имеют часть мелких, которые в период интенсивного роста не смогли еще достичь размеров взрослых клеток.[8]

При попадании дрожжей в неблагоприятные условия возникают сумки со ссорами, при этом вегетативные клетки превращаются в сумки со спорами. В одной сумке образуется 1-4, реже 8 спор.[8]

Споры шаровидные или овальные с гладкими оболочками. В благоприятных условиях споры снова превращаются в почкующиеся клетки: перед этим происходит разбухание и копуляция прорастающих спор или их почек. На сусло-агаре обычно формируются гладкие, тускло-блестящие, белые с желтоватым оттенком колонии. Для Saccharomyces cerevisiae характерен бродильный тип усвоения сахаров; при сбраживании сахаров образуется большое количество спирта, что определяет практическое значение дрожжей.[8]

Расы дожей. В данный момент в пивоваренной промышленности пользуются такими расами, как: 11,776,41, S и P (львовская раса), а также штаммы 8а (М) и Ф-2.[1]

Штамм 8а (М) выведен методом селекции из пивных дрожжей расы S (львовская) и предназначен для использования при низовом брожении. Эти дрожжи имеют следующие показатели: взрослые клетки односуточной культуры, выращенной на жидком охмелённом сусле с массовой долей сухих веществ 11%, имеют размеры 6,5-7,1 мкм; бродильная активность 2,04 г. СО2 на 100 мл. сусла за 7 суток при температуре 7°C; флокуляционная способность хорошая; вкус и аромат приятные.[1]

В лабораторных условиях штамм хранят на скошенном сусло - агаре при температуре 6-7°C. Пересев производят один раз в 2-3 месяца вначале на охмелённое сусло,а затем на сусло – агар. Длительность пользования дрожжей не более 5-8 генераций. При их использовании интенсифируется процесс брожения и улучшается качество пива.[1]

Штамм Ф-2 получён гибридизацией пивных дрожжей расы 44 и отличается от существующих штаммов пивных дрожжей способностью сбраживать углеводы сусла, состоящие из четырёх остатков моносахаров. Эти дрожжи предназначенные для проведения низового брожения, имеют размер клеток 10*4,5-6,5 мкм, бродильная активность 2,40 г. CO2 на 100 мл. сусла за 7 суток при температуре 7°C. При использовании этого штамма получают глубоковыброженное пиво с повышенной стойкостью.[1]

Так же существуют и новые расы дрожжей.

Пивоваренные дрожжи "Saccharomyces cerevisiae" как верховые, так и низовые широко используются для сбраживания солодового сусла и получения пива.[3]

В производственных условиях штаммы дрожжей "Saccharomyces cerevisiae" культивируются при температуре 25-30oС и оптимальном значении pН 4,6-5,5, по своим физико-биохимическим особенностям сбраживают глюкозу, сахарозу, мальтозу, рафинозу, и слабо галактозу, при выращивании усваивают следующие источники углерода: глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу, рафинозу, мелицитозу, этанол, молочную кислоту и слабо трегалозу и а-метил-д-глюкозид. Нитраты не ассимилирует. Способ, условия и состав среды для хранения и размножения используется стандартный, тоесть разбавленное пивное сусло, температура 25-30oС и pН 4,5-5,5.[4]

Хранение на твердом сусло-агаре, размножение на жидком разбавленном сусле, пересевы при хранении 1-2 раза в год при условии хранения культуры в холодильнике.[4]

Известны различные штаммы дрожжей "Saccharomyces cerevisiae", в которых наблюдается индивидуальная изменчивость внутри вида, что приводит к получению пива с различными оттенками вкуса.[3]

Известны, например, дрожжи "Saccharomyces cerevisiae" расы Пильзенская, расы 776 типа Фроберга, способные сбраживать охмеленное пивное сусло с получением пива светлых сортов.[3]

Дрожжи расы 776 считаются особенно пригодными для сбраживания сусла, приготовленного с добавкой несоложеных материалов или из солода, полученного проращиванием ячменя с невысокой степенью прорастаемости.

Культура дрожжей расы 776 обладает конечной степенью сбраживания сусла 75-77%, время главного брожения 6-8 сут.[3]

Известно применение низовых дрожжей "Saccharomyces cerevisiae" расы 308 для получения пива светлых сортов хороших вкусовых качеств. Процесс главного брожения составляет 7-10 суток. При брожении дрожжи собираются хлопьями и оседают на дно бродильного чана, образуя плотный осадок. Конечная степень сбраживания сусла составляет 82-83%.[5]

Штамм "Saccharomyces cerevisiae" Д-202 депонирован во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук под номером 11, хранится в коллекции культур микроорганизмов.[5]

Штамм характеризуется следующими культурально-морфологическими признаками. Односуточная культура дрожжей на жидком сусле представляет собой одиночные округло-овальные и вытянутые клетки с почками размерами (5,0-7,0), (7,5-10,0) мкм. На дне пробирки образуется плотный осадок. На сусло-агаре образует гладкие выпуклые конусовидные колонии беловато-кремового цвета пастообразной консистенции с ровным краем. На ацетатной среде на четвертый день образует сумки со спорами.[5]

Рост на безвитаминной среде отсутствует. Штамм Д-202 является ауксотрофом по биотину.

Штамм сохраняется методом пересевов на слегка скошенном солодовом сусле - агаре с 7% сухих веществ (pН 5,0-5,5), разлитом высоким слоем (по 10 мл) в пробирки. Пересевы на свежие среды проводят один раз в 2-3 мес. Пробирки с посевами помещают на два дня в термостат при 25-30oС. После этого пробирки закрывают пергаментными колпачками и ставят в холодильник при 5oС с пересевами 1-2 раза в год.[5]

Клетки штамма сбраживают солодовое охмеленное сусло с массовой долей сухих веществ от 10 до 20% при pН 4,4 при 14-18oС. Коэффициент размножения дрожжей 1:5.[5]

Конечная степень сбраживания сусла 88,5%. Время главного брожения 3-8 сут (в зависимости от плотности сусла).

Способность к оседанию хорошая. Качество получаемого пива соответствует требованиям технических условий.[5]

3.5 Вода в пивоварении

В производстве пива вода относится к основному сырью, поскольку оказывает сильное влияние на вкусовые свойства и стойкость готовой продукции. Вода должна соответствовать определенным требованиям: общая жесткость - умеренная (желательно использовать мягкую воду), уровень кислотности pH - нейтральный, ограниченное содержание хлоридов, железа, марганца, нитратов. Для производства пива лучше всего использовать артезианскую воду. Соли, содержащиеся в воде, влияют на вкус, аромат, цвет, органолептические показатели пива. Для приготовления светлых сортов пива используют в основном мягкую воду. Для темного пива жесткость воды может быть выше. В жесткой воде хмель дает более грубую горечь, цвет сусла получается более темным. К тому же вода, употребляемая для пивоварения, должна иметь слабокислую или нейтральную реакцию. Щелочная вода для пивоварения непригодна. Где вода отвечает требованиям по мягкости, там пиво лучше.[16]

Строительство пивоваренных заводов начиналось с поиска источника воды с определенным составом, наиболее пригодной для пивоварения.

За рубежом некоторые марки пива вырабатываются только на воде определенного состава.[16]

Скажем, очень мягкая вода в Пльзене, который по праву считается центром чешского пивоварения. Хорошая вода на Украине, в Прибалтике. Мягкая вода в Петербурге. В Самаре вода средней жесткости. Жесткая вода в Средней Азии и очень жесткая в Туле, требующая дополнительной обработки.[16]

Жесткую колодезную воду рекомендуется кипятить не менее получаса для умягчения воды, постоянно при этом снимая пену.[16]

В прошлом, в непромышленном пивоварении, кипятили жесткую воду и с древесной золой. Мыло в мягкой воде должно быстро и хорошо распускаться и пениться, как в речной или дождевой воде. Часто для пивоварения использовали речную воду.[16]

Вода, взятая из родника, пригодна для пивоварения, если она на зиму не замерзает, а летом вода в нем очень холодная, не содержит ни запаха, ни вкуса и очень чистая.[16]

Обычно мини - пивзаводы оснащены специальным оборудованием для доведения воды до требуемой кондиции.[16]

Рекомендуются следующие способы обработки производственной воды: нейтрализация кислотами; внесение сульфата и хлорида кальция; кондиционирование реагентным или ионообменным способом, методами электродиализа и обратного осмоса.

Нейтрализация гидрокарбонатов серной, соляной кислотами простейший способ устранения щёлочности воды. Использование серной и соляной кислоты возможно, если в воде имеется незначительное количество сульфатов или хлоридов. Основной недостаток способа – образование свободного диоксида углерода, вызывающего коррозию оборудования.

Внесение в воду сульфата или хлорида кальция – способ с фосфатами выпадают в осадок, понижая тем самым буферность сусла, что приводит при брожении к более значительному сдвигу pH в кислую сторону.

Реагентные способы умягчения применяют редко; они основаны на переводе растворённых в воде солей кальция и магния при помощи химических реагентов в нерастворимые соединения с выделением их отстаиванием и фильтрованием. Из реагентных способов в пивоваренном производстве используют декарбонизационный.

Цель декарбонизации воды – снизить некарбонатную жёсткость и щёлочность воды путём добавления гидроксида кальция.

Ионообменный способ обработки воды основан на использовании ионитов. Иониты – материалы, обладающие свойством обменивать входящие в их состав ионы, присутствующие в растворе.

Различают катиониты, обладающие способностью обменивать положительные ионы кальция или водорода на содержащиеся в воде ионы натрия и магния, и аниониты, которые обменивают отрицательные ионы воды.

Ионообменным методом не всегда удаётся получить воду с составом солей, оптимальным для технологии пива. В таких случаях предложено обрабатывать воду методом электродиализа, перспективен также метод обратного осмоса.

Метод электродиализа – это обессоливание воды посредством разделения положительных и отрицательных ионов с помощью ионитовых мембран. Эти мембраны при прохождении постоянного электрического тока пропускают ионы из обрабатываемого раствора, находящегося по одну сторону мембран, к концентрированному раствору, располагающемуся по другую их сторону.

Метод обратного осмоса наиболее перспективный для пивоваренного производства. При обессоливании воды этим методом жидкость нагнетают через полупроницаемые мембраны; они пропускают растворитель (воду), но задерживают растворённые вещества.

Таблица № 3[17] Требования качества воды в пивоварении

Наименование	Требования к качеству воды для производства пива
pH	6-6,5
Cl-, мг/л	100-150
SO²د, мг/л	100-150
Mg²+, мг/л	следы
Ca²+, мг/л	40-80
Щелочность, мг-экв/л	0,5-1,5
Сухой остаток, мг/л	500
Нитриты, мг/л	0
Нитраты, мг/л	10
Алюминий, мг/л	0,5
Медь, мг/л	0,5
Силикаты, мг/л	2
Железо, мг/л	0,1
Марганец, мг/л	0,1
Окисляемость, мг O2/л	2
Жесткость, мг-экв/л	<4
Мутность, мг/л	1
Цветность, град.	10

Заключение

В производстве пива неотъемлимой частью является качественное сырьё. В последние годы в пивоваренном производстве произведены, существенные изменения, выведены новые сорта солода; ускорен процесс брожения. Но на этом улучшение производства пива останавливаться не должно, так как с каждым годом человечество изобретает новые технологии и это ярко отображается на пивоваренную промышленность.

Список литературы

[1]. Тихомиров В.Г. «Технология пивоварения и безалкогольного производств ».

[2]. Месяц В.К. Большой энциклопедический словарь, том «Сельское хозяйство».

[3]. Бабьев И.П., Чернов И.Ю. «Биология дрожжей».

[4]. Крегер - ван - Рей «Дрожжи, таксономическое изучение».

[5]. Васильев П. «Справочник по пивоваренным дрожжам».

[6]. http://www.mir-piva.ru

[7]. http:// breweris.narod.ru/spsolod.html

[8]. http:// breweris.narod.ru/droggi.html

[9]. http:// mshp.minsk.by/sorts/zern-bobov-2007.html

[10]. http:// neobeer.narod.ru/malt/svetl.html

[11]. http:// lautertun.narod.ru/hmel.html

[12]. www.pivnoe-delo.com

[13]. http:// breweris.narod.ru/hmel.html

[14]. http:// www.abub.ru/home.html

[15]. http:// ru-patent.info.html

[16]. http:// www.altair-agua.ru