Мирослав Пайюрек, АО «Плъзенъкий праздрой», пивоваренный завод Radegast, Новошице
Производство пива имеет в Чехии многовековую традицию. С развитием технологии и совершенствованием оборудования постепенно расширялись технологические возможности производителей. Еще в начале 1990-х гг. в Чехии по преимуществу производили и продавали пиво с кратким сроком хранения. Пиво с длительным сроком хранения предназначалось исключительно на экспорт и производилось ограниченным количеством производителей. Сейчас обычное бутылочное пиво, продающееся в магазине, имеет срок хранения минимум 6 месяцев. Технологическое оснащение большинства пивзаводов позволяет без особых проблем обеспечить необходимую биологическую и коллоидную стабильность пива.
Известно, что при долгом хранении пива происходят окислительные процессы, результатом которых является «старый» вкус пива. В существовании «окисленного» или «старого» привкуса пива можно было убедиться и раньше, при повторных дегустациях образцов экспортного пива.
Сегодня перед нами стоит задача организовать технологический процесс так, чтобы вкус разлитого пива оставался неизменным как можно дольше. Решение проблемы сенсорной стабильности требует сосредоточения внимания на всех технологических ступенях производства пива. В варочном цехе нужно держать под контролем все окислительные процессы, условием хорошего затирания является минимализация действия липок-сигеназы. На скорость реакций, при которых возникают карбонильные соединения, влияют прежде всего температура и время. Поэтому необходимо соответственно ограничить степень температурной нагрузки при затирании и кипячении с хмелем.
Существенное влияние на сенсорную стабильность оказывает также характер протекания главного брожения. Одним из решающих условий является хорошее физиологическое состояние семенных дрожжей. Способ сбраживания и аэрирования сусла в ЦКТ в этом отношении является одним из важнейших факторов. По окончании главного брожения на всех остальных ступенях производства пива присутствие кислорода нежелательно, недаром кислород называют «врагом пива № 1».
В связи с сенсорной стабильностью пива наше внимание было сосредоточено на исследовании следующих факторов:
• температурной нагрузки процессов в варочном цеху;
• способа сбраживания и аэрирования сусла;
• содержания кислорода в пиве по окончании главного брожения.
В процессе затирания и кипячения с хмелем протекают реакции Майяра, продукты которых участвуют в образовании старого вкуса пива. Интенсивность образования этих соединений зависит от температуры процесса. Самым решающим образом на этот параметр влияют температура и время нагревания. Для исследования температурной нагрузки был использован метод определения индекса тиобарбитуровой кислоты (TBZ) по Mebak[1].
При заполнении цилиндроконических танков разных объемов (с разным числом варок при наполнении танка) необходимо оптимизировать систему сбраживания и аэрирования с учетом достижения необходимой сенсорной стабильности. Форстер и Бэк [2] установили, что критическим временем для аэрирования в ЦКТ является время после 2,5 и после 7,5 часов после сбраживания первой варки. При несвоевременном аэрировании антиоксидантная способность может снизиться на 60%. Антиоксидантная способность возникает при брожении, и была доказана ее корреляция с содержанием углекислого газа.
Для исследования уровня сенсорной стабильности по окончании главного брожения был выбран метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [3]. Суть данного метода состоит в ускорении образования свободных радикалов после нагрева пива до 60° С и в измерении значений дополнительной микроволновой энергии в зависимости от времени. Реактивный гидрофильный радикал захватывается спиновой ловушкой (N-терт-бутил-а-фенилнитрон, сокращенно PBN). Спиновая ловушка изменяется на радикальный аддукт .PNB-R, ЭПР-спектр которого измеряют. Рост потребления микроволновой энергии отмечается в то время, когда в исследуемом образце пива исчерпываются естественные антиоксиданты. Пока в пиве присутствуют редуктоны, они способны ограничивать количество свободных гидроксильных радикалов. С точки зрения сенсорной стабильности имеют значение величины lag time и Т 150. Значение lag time в минутах - показатель антиоксидант-ной способности пива, параметр Т 150 характеризует образование радикалов после 150 минут и характеризует степень повреждения пива.
По окончании главного брожения нежелательно дальнейшее поступление кислорода в пиво. Поэтому необходимо контролировать содержание кислорода на всех остальных ступенях технологического процесса вплоть до розлива пива в тару. Для измерений можно рекомендовать встроенные оксиметры, однако для тех же целей можно использовать и переносные оксиметры, снабженные проточной измерительной камерой.
Для помола солода использовалась молотковая дробилка, на которой можно получить солод мелкого помола. Фильтрация затора осуществлялось на заторном фильтре MEURA 2001. Чаны для сусла были снабжены внутренними нагревательными элементами, в качестве альтернативы можно использовать прямой нагрев сусла отработанными парами из конденсатора. Условием практического применения этой технологии является двухчасовой цикл затирания. Для главного брожения использовались старые цилиндроконические танки ЦКТ I (заполнение 3 варками) и новые цилиндроконические танки - ЦКТ II (заполнение 6 варками). Дображивание и созревание пива протекало в горизонтальных танках в лагерном цехе.
В начальной фазе температура пара в варочном котле была снижена с исходных 160-180°С до 135-140°С. Необходимая температура была достигнута прямым впрыскиванием конденсата в перегретый пар. Минимальная температура пара на сегодня ограничена конструктивными особенностями внутреннего котла.
На рис. 1 изображены значения TBZ при использовании двухотварочного декокционного способа производства 12%-ного сусла. Полученные значения выше, чем рекомендованные в специальной литературе, т.е. TBZ в горячем сусле до 45, а в холодном сусле до 60. Если смотреть на значения TBZ «вообще», нужно напомнить, что нагревание сусла начинается уже после заполнения теплообменной площади внутреннего котла т.е. на 60 минут раньше. Внутренний котел не оснащен принуди тельной циркуляцией при помощи насоса, поэтому может про исходить локальный перегрев сусла в процессе нагрева до ки пения. Из рис. 1 также видно, что наименее благоприятные зна чения TBZ в холодном сусле отмечались перед изменение температуры пара. Самую низкую температурную нагрузку «Е целом» показало сусло, полученное при использовании более высокой температуры при затирании, т.е. при 55°С. При этой температуре активность липоксигеназы ограничена. В ходе тестов в 1999 г. было установлено [4], что активность липоксигб' назы при тонком помоле солода на 50% выше, по сравнению с дробиной в заторном фильтре.
На рис. 2 сравниваются значения TBZ сусла, приготовленного одноотварочным способом. Значение TBZ в сусле после изменения температуры пара значительно ниже, чем в предшествующем случае, и уже приближается к рекомендуемым значениям. Сразу заметно более низкое начальное значение TBZ, характерное для сусла по окончании щадящего в отношении температуры одноотварочного способа. Положительное влияние снижения температуры пара в этом случае очевидно.
Для иллюстрации на рис. 3 сравнивается температурная нагрузка в процессе кипячения с хмелем сусла, полученного двух-отварочным и одноотварочным способом (12%). Значения TBZ у одноотварочного сусла пред изменением температуры пара сопоставимы с двухотварочным суслом после снижения температуры пара.
Вследствие более низкой температуры и гарантированной циркуляции в теплообменнике в конденсаторе отработанного пара более подходящие условия для нагрева сусла, чем во внутреннем котле. Однако при сравнении значений индекса тио-барбитуровой кислоты у 10%-ного сусла (рис. 4) можно констатировать, что при использовании конденсатора отработанного пара сусло подвергается более высокой температурной нагрузке. Это обусловлено общим временем нагрева в конденсаторе (около 80 минут) и температурой сусла на выходе 96°С. Очевидно, что время и температура, при которых нагревают сусло, играют решающую роль в этом случае. Поэтому конденсатор от работанного пара желательно использовать для нагрева воды, а затем осуществлять нагрев сусла этой горячей водой. Значения TBZ также показывают, что самый высокий рост температурной нагрузки отмечен в процессе собственно кипячения с хмелем, однако рост значений TBZ продолжается и до фазы охлаждения сусла. Время нагрева до кипячения, время кипячения с хмелем, время нахождения в гидроциклоне и охмеления сусла относится к параметрам, которым нужно уделять внимание с точки зрения температурной нагрузки.
Целью было изменение исходной системы сбраживания и аэрирования сусла с целью достижения более высокой сенсорной стабильности.
При тестах в ЦКТ I была сначала сброжена (15 млн клеток в 1 мл) только первая варка, все три варки были аэрированы до 8 мг 02/л. Процесс измерения ЭПР изображен на рис. 5. Lag time 32 минуты указывает на низкую сенсорную стабильность. Значение Т 150 и медленный рост микроволновой энергии, впрочем, относительно благоприятны. Содержание диоксида серы было и при повторных тестах относительно низким и не превышало предела 3 мг/л. У пива с высокой сенсорной стабильностью значения lag time достигали 100 мин и выше, значение Т 150 достигало 25 000 единиц микроволновой энергии.
В сравнительном тесте была сходным образом сброжена и аэрирована только первая варка, другие две варки уже не были аэрированы. Полученное значение lag time сопоставимо с предыдущим случаем, рост микроволновой энергии до точки Т 150 опять был очень медленным. Содержание диоксида серы не показало значительного роста по сравнению с предшествующими тестами.
При сбраживании ЦКТ II (6 варок) обычная дозировка дрожжей была равномерно распределена между первой и третьей варками, все варки были аэрированы. Степень аэрирования и величина дозы были такими же, как в ЦКТ I, рост значений микроволновой энергии опять очень мал.
Альтернативно была такая же доза дрожжей внесена в первую и во вторую варки, только первая и вторая варки были аэрированы (рис. 8). В этом случае был отмечен рост lag time до 58 минут, значение Т 150 не показало значительных отличий.
Можно констатировать, что в случае с ЦКТ I изменение способа сбраживания и аэрирования не привело к ожидаемому результату. На модифицированные эксперименты с ЦКТ I могли, помимо прочего, повлиять менее благоприятная геометрия танка (более высокое соотношение высоты танка к его диаметру по сравнению с ЦКТII), а также более старый тип системы охлаждения.
По окончании главного брожения совершенно необходимо минимизировать какое бы то ни было дальнейшее поступление кислорода в пиво. Желательно последовательно проводить измерения содержания кислорода на всех дальнейших этапах производства пива. В соответствии с этой стратегией отслеживалось содержание кислорода на пути между ЦКТ и горизонтальными танками, при заполнении и после заполнения горизонтального танка, в горизонтальном танке перед фильтрацией и на выходе после фильтрации пива, а также в цехе розлива перед проточным пастеризатором.
Первое измерение содержания кислорода в пиве было осуществлено до реконструкции исходной системы шлангов под ЦКТ I (рис. 9). Уже на первый взгляд видно, что в отрезке приблизительно 60 минут уровень кислорода в пиве превысил границу 25 мкг/л. Очевидно, некоторые части шлангов были не совсем заполнены водой при прокачивании, отчего в этих слепых местах произошел контакт пива с воздухом. После реконструкции шлангов (рис. 10) удалось существенно улучшить результаты. Начальные значения кислорода соответствовали его содержанию в воде, использовавшейся для прокачивания, и частично в первых порциях пива.
При in-line измерениях можно отметить и некоторые другие детали. При перекачивании пива через шланги разного диаметра при одинаковом потоке были отмечены различия в содержании кислорода на границе вода - пиво. В шланге большего диаметра смешивались большие объемы пива и воды (рис. 11).
Решение проблемы окисления пива на этом этапе заключается в использовании дегазированной воды для прокачивания шлангов.
В горизонтальных танках не всегда используется углекислый газ. На основе первых полученных измерений кислорода в процессе исходного стандартного метода заполнения были предложены некоторые альтернативные методы заполнения. Измерение кислорода переносным оксиметром было осуществлено в танках полезным объемом 540 гл. Первое измерение кислорода осуществлялось после заполнения 50% объема танка и продолжалось до его заполнения. На рис. 12 сравнивается заполнение танка при начальной скорости заполнения 1,0 и 2,3 м/с, заполнение танка под углекислым газом (15 кг ССЬ) при разных начальных скоростях заполнения и заполнение танка с использованием гасителя потока. Очевидно, что снижение скорости на первых 80 гл пива на 1 м/с в танке длиной 13 м не приносит необходимого эффекта. Значений ниже 80мкг/л можно I достичь при использовании углекислого газа, но и в этом случае I можно рекомендовать снижение начальной скорости заполнения танка. На удивление низкие значения содержания кислорода были получены при использовании механического гасителя потока при начальной скорости заполнения 2,3 м/с. Недостатком использования гасителя является его проблематичное закрепление на танке.
При подаче содержимого горизонтального танка на фильтрацию с использованием давления воздуха происходит самое значительное насыщение пива воздухом. Степень насыщения зависит от давления воздуха и времени опорожнения танка. Количество насыщенного воздухом пива растет с увеличением площади соприкосновения воздуха и пива. Горизонтальные танки в этом отношении имеют весьма неподходящую конструкцию.
В стремлении найти компромиссное решение были реконструированы два горизонтальных танка. Шланги подвода углекислого газа или воздуха под давлением были отрегулированы так, чтобы на входе в танк присутствовал слабый слой С02. Был увеличен диаметр шлангов и смесителя с DN 65 до DN 80, чтобы можно было снизить давление воздуха в танке при его опорожнении с 1,2 бар до 0,7 бар.
В ходе собственно теста первые 50 гл пива перекачивались под углекислым газом, а остальная часть пива передавливалась воздухом и перекачивалась насосом в присутствии воздуха. Из рис. 13 видно, что максимальные значения кислорода при опо-И рожнении танка превышали 160 мкг/л, в пиве после фильтра уровень кислорода был повышен до 185 мкг/л. Можно констатировать, что выше описанной модификацией не удалось удовлетворительно решить проблему насыщения пива воздухом при опорожнении горизонтального танка.
Только использование в горизонтальных танках CO2 дает гарантию снижения нежелательного окисления пива ниже 100 мкг/л (рис. 14). Необходимым условием применения этого метода является решение проблемы автоматической холодной санитарной мойки танков и инсталляция разводов подачи и отвода С02.
При анализе образцов пива после фильтрации методом ЭПР видно (рис. 8), что под влиянием насыщения кислородом происходит значительный рост значения Т 150, причем значение lag time существенно не меняется. Повышенное значение Т 150 сигнализирует о порче пива вследствие его окисления при опорожнении горизонтального танка.
Мониторинг содержания кислорода перед пастеризатором дает информацию о насыщении пива воздухом в танке для пе-редавливания, а также в подводящем шланге. Соединение танка для передавливания с линией розлива с помощью соединительного колена относительно простая, но важная операция. Без удаления воздуха из колена большой объем разлитого пива может быть испорчен (рис. 15).
Эксперименты коснулись не тольео некоторых избранных моментов, связанных с сенсорной стабильномтью пива. Результаты тестов в варочном цехе показали оправданность некоторых изменений, способствующих ограничению температурной нагрузки при затирании и кипячении сусла с хмелем. Система сбраживания и аэрирования оказывает существенное влияние на сенсорную стабильность. Оказалось, что не существует универсального рецепта решения данной проблематики.
Системный мониторинг насыщения пива кислородом дает возможность диагностировать проблемные места и надежно показывает, достаточны ли принятые меры.
Вероятно, достижение высокой сенсорной стабильности в наших условиях будет сопровождаться изменениями в производственном оборудовании и корректировкой отдельных технологических этапов. Важной задачей технолога пивзавода является согласование всех этих изменений с исходным характером пива чешского типа.
www.propivo.ru