На предыдущую

Оборудование

Производственные эксперементы с добавлением кальция при варке сусла

Павел Шемик, Мирослав Секора, Ярослав Губиш, АО «Пльзенъский Праздрой», Пльзень

В специальной литературе по пивоварению проблема кальция, а именно вопрос о положительном влиянии повышения содержания кальция при производстве сусла и пива, является часто обсуждаемой темой [1-3]. Однако современные сведения об этом находятся в противоречии с составом так называемой пльзеньской воды, которая отличается в целом более низким содержанием кальция, а ее малая жесткость обусловлена, скорее, карбонатными составляющими.

1. Теоретическая часть

В зависимости от состава различают три основных типа воды. При производстве различных сортов пива содержание кальция в используемой при варке воде колеблется от 20 до 250 мг/л. Пльзеньская вода содержит около 25 мг кальция в литре. Состав других известных типов пивоваренной воды приведен в (табл. 1).

Солод содержит от 400 до 600 мг кальция на 1 кг. Уровень кальция в солоде зависит, прежде всего, от содержания кальция в ячмене, в некоторой степени - от его содержания в замочной воде и от степени водопоглощения.

Затор должен содержать около 40-50 мг кальция на 1 л. Как уже говорилось, кальций попадает в затор в основном из воды и в минимальных количествах - из солода. Количество кальция в заторе довольно трудно измерить, учитывая особенности анализируемой суспензии, и результаты даже после охлаждения проб сильно колеблются. Поэтому на практике имеют дело с содержанием кальция в воде.

Добавка кальция усиливает действие фитазы, расщепляющей содержащийся в солоде фитин на инозитол и ионы фосфора Р03-4. Тем самым снижается рН. Далее ионы кальция реагируют с гидрофосфатами, образуя нерастворимый фосфат каль ция, при этом происходит снижение рН. Если технологическая вода имеет высокий уровень рН, а значения рН затора не дости гают 5,4-5,6, на практике для достижения оптимального уровн рН затора используют добавку кальция в виде сернокислых со лей или хлоридов.

Приблизительно 70% содержавшегося в заторе кальция остается в дробине. Поэтому рекомендуется добавлять часть кальция в воду в начале процесса варки сусла с хмелем. Фильг рование затора из-за низкого уровня рН проходит быстрее, од повременно не происходит излишнее выщелачивание полифенолов и силикатов из дробины.

Как уже было отмечено, первая часть кальция, использую щаяся при затирании и частично в процессе фильтрования затора, добавляется в затор, если вода, поступающая на затирание содержит мало кальция.

Если на некоторых пивзаводах происходит окисление готового сусла, то проблему можно решить добавлением солей кальция по окончании варки, например, в гидроциклон.

Низкое значение рН в процессе варки в диапазоне 5,0-5,2, близком к изоэлектрической точке белков, означает сильную коагуляцию белков и образование большого количества труба. Это улучшает отделение осадка и прозрачность охмеленного сусла, но может отрицательно повлиять на пенообразование пива. Низкий рН в процессе варки может негативно сказаться на содержании горьких кислот и ослабить изомеризацию. Это чревато повышением расхода хмеля. Сам по себе хмель не оказывает влияния на содержание кальция в сусле.

Здесь будет уместным подчеркнуть, что низкий уровень рН означает также низкий цвет холодного сусла. Концентрация полифенолов и при сильном образовании труба в процессе варки, по имеющимся данным, не снижается, наоборот, иногда она может незначительно повышаться.

Оптимальный уровень рН холодного сусла должен быть в пределах 5,0-5,2, а содержание кальция - 60-80 мг/л. Готовое пиво с низким рН обладает лучшей коллоидной и микробиологической стабильностью. Оптимальный уровень рН холодного сусла (между 5,0 и 5,2) создает также предпосылки для более быстрого разбраживания. Более высокие значения кальция способствуют лучшему оседанию дрожжей. Более густые дрожжи при их снятии позволяют снизить потери молодого пива и более качественно провести внесение дрожжей при повторном их использовании для брожения.

При повышении отношения кальция к присутствующим ок-салатам из солода образующийся щавелевокислый кальций должен был бы выпадать из раствора не только в процессе затирания и варки, но также и в процессе брожения и осветления пива в горизонтальных танках. Тем самым значительно снижается содержание оксалатов в готовом пиве, снижается риск образования осадка оксалатов и «гашинга» [2, 3]. Осаждение и удаление оксалатов уже перед фильтрацией особенно важно для пива, сваренного по методу HGB, когда добавление воды в процессе фильтрации означает добавление кальция, а тем самым и осаждение дополнительного количества оксалатов после фильтрации пива. По достижении хорошей коллоидной стабильности содержание кальция в сусле должно быть приблизительно в пять раз выше, чем содержание щавелевой кислоты.

На практике используется кальций в форме хлорида или сернокислой соли. Хлорид применяется в виде 25% раствора, в форме порошка (гексагидрат) или гранулированный. Гранулированный препарат не образует комочков и удобен в хранении, жидкий легко дозировать, а дозировку легко автоматизировать. Сернокислая соль производится только как порошковый дигидрат.

Обычно отмечают, что кальций ухудшает вкус пива, тем не менее содержание кальция до 200 мг/л, то есть на уровне, который обычно не встречается, практически не влияет на вкус пива. Значения выше 800 мг/л снижают скорость брожения и влияют на жизнеспособность дрожжевых клеток, их размножение и продукцию этанола. Кальций в форме СаСl2 снижает полноту вкуса, а при больших дозах придает соленый вкус. Сернокислая форма придает сухой вкус.

Хлориды в больших дозах могут провоцировать коррозию нержавеющей стали с невысоким содержанием молибдена.

При выборе применяемой соли необходимо всесторонне учитывать состав используемой при варке воды, в том числе и состав ее анионов.

2. Экспериментальная часть

2.1. Соотношение кальция и оксалатов в процессе производства пива

В (табл. 2) приведены средние значения содержания кальция и оксалатов, зафиксированные в технологической воде, используемой для производства коммерческого пива. Содержание кальция на относительно низком уровне.

В (табл. 3) представлены значения, установленные для солода собственного производства. Для солода приводятся значения до 600 мг/кг, и более высокие цифры, чем в случае с нашим солодом, безусловно, технологически более благоприятны. Количество оксалатов в солоде, по-видимому, зависит в основном от года урожая, для урожая 2001 г. технологически приемлемые значения - от 10 до 20 мг/100 г сухого вещества. В условиях эксперимента солод не достиг этих значений.

Содержание кальция и оксалатов в заторе невозможно определить точно. Наши расчеты позволили лишь установить общее содержание кальция (в том числе и нерастворимого) - около 125 мг/л и общих оксалатов - 69 мг/л. В табл. 4 приведены результаты для холодного сусла. Содержание кальция было очень низким - всего 16 мг/л по сравнению с рекомендуемой величиной 80 мг/л. Содержание свободных, т.е. еще не осажденных оксалатов, что для нас важно, высокое - около 20 мг/л. Коагулируемый азот также на высоком уровне, рекомендуемое значение -18-22 мг/л.

Добавка воды, использовавшаяся для достижения начальным суслом оптимальной концентрации, сказалась на показателях готового пива.

В готовом пиве кальция должно было быть приблизительно в пять раз больше, чем оксалатов, а осадок оксалатов не должен был бы образовываться вообще. Как видно из табл. 5, готовое пиво не подтвердило это предположение. Значения коагулируемого азота в готовом пиве должны быть менее 14 мг/л.

На рис. 1 показан общий баланс. Значения, приведенные для затора, нужно принимать только информативно.

Низкое содержание кальция в воде для варки, а также в солоде и высокие значения оксалатов в солоде привели к нестабильности сусла. Так называемый фактор Q в сусле (молярное отношение кальция и оксалатов) составляет 0,9. Если фактор Q находится в пределах 0,25-5, и при этом содержание свободных оксалатов выше 20 мг/л, сусло считается нестабильным. В нашем случае готовое пиво после розлива имело фактор Q 1,6 и очень высокое содержание оксалатов. Из-за низкой растворимости оксалатов в готовом пиве ситуация еще более ухудшилась, о чем свидетельствовало и их высокое содержание в осадке, обнаруженном при анализе пива в бутылках.

Практика показывает, что небольшого содержания кальция не хватает для осаждения большого количества присутствующих в пиве оксалатов в процессе варки и брожения. Вода, добавляемая в процессе фильтрации, повышает содержание кальция и способствует дальнейшему удалению оксалатов, которое происходит в танке после пастеризации.

Высокое остаточное содержание оксалатов свидетельствует о риске образования осадка в процессе хранения и опасности возникновения гашинга в том случае, если использовался солод с высоким содержанием плесени (урожай ячменя 2000 и 2001 гг.). Это показали и тесты на гашинг, проведенные в нашей лаборатории и в VUPS в Брно.

Высокий уровень коагулируемого азота в сусле свидетельствует о плохом образовании труба горячего сусла, что может быть, помимо прочего, обусловлено плохим качеством солода или недостаточным кипячением.

2.2. Условия технологических экспериментов по дозировке солей кальция

После первых тестов на микропивоварне и коррекции дозировки в соответствии с первыми результатами было решено проводить технологические испытания на производстве. В рамках технологических испытаний сравнивалось десять стандартных заводских варок и десять варок с добавлением кальция. Добавка солей кальция составляла 25 кг 25%-ного раствора хлорида кальция в затор и 60 кг в котел перед началом варки с хмелем. Ожидаемый уровень рН затора - около 5,5, холодного сусла - 5,1-5,2. Содержание кальция в сусле должно было составить 80 мг/л.

Условия брожения и дображивания ничем не отличались, применялся однофазный процесс. Для сбраживания использовались дрожжи после одного использования.

В процессе фильтрации в пиво добавляли специально подготовленную воду до стандартной концентрации исходного сусла, разлитое пиво подверглось туннельной пастеризации.

В сусловарочном отделении измерялся рН затора, осаха-ренного затора, первого сусла, второго сусла и холодного сусла. В холодном сусле определялись также экстракт начального сусла, конечный экстракт, цвет, изосоединения и свободный аминный азот. В процессе охмеления постоянно измерялась прозрачность сусла с помощью турбидиметра, а после завершения варки визуально оценивалось качество труба.

В холодном сусле и готовом пиве был определено содержание кальция, оксалатов и, информативно, коагулируемого азота.

В ЦКТ было исследовано состояние осевших дрожжей.

2.3. Сравнение исследованных параметров

Как показано в табл. 6, содержание кальция в сусле благоприятно сказалось на снижении уровня свободных оксалатов в сусле - в 13 раз. Большая часть оксалатов ушла вместе с дробиной и белковым отстоем, остальная часть как осадок должна была осесть в ЦКТ. Необъяснимым для нас осталось повышенное содержание коагулируемого азота до технологически неприемлемых величин. По-видимому, свою роль в этом сыграл солод. В ходе процесса варки никаких изменений отмечено не было.

Разлитое пиво также продемонстрировало положительные изменения в соотношении кальция и оксалатов. С точки зрения образования осадка оксалатов это пиво было практически не проблемным. Осадок оксалатов не образовывался (см. табл. 7). Содержание коагулируемого азота должно было быть ниже 14 мг/л, но, так же как и у сусла, оно было значительно выше, чем у образца контрольного пива.

Если говорить о других параметрах охмеленного сусла, которые приведены в табл. 8, в среднем можно отметить большее значение экстракта и более высокий выход экстракта. Показатель конечной степени сбраживания был выше, что очень благоприятно для данного типа.

Практически неизменным остался показатель свободного аминного азота, значения рН затора достигли требуемого уровня около 5,5, а рН сусла была также на технологически благоприятном уровне.

Цвет и горечь сусла снизились, как и ожидалось. Прозрачность сусла никак не изменилась, никаких различий не было отмечено и при визуальной оценке труба. Из табл. 9 видно, что в опытных ЦКТ осевшие дрожжи были более густыми и их количество также было больше. При микроскопическом исследовании на поверхности дрожжей были найдены типичные кристаллы осажденного оксалата кальция. При сравнении динамики кривых брожения не было отмечено никаких значительных отличий с точки зрения скорости брожения или достижения определенного предела алкоголя.

Не было зафиксировано никакого изменения содержания диацетила.

3. Выводы

В процессе описанных технологических испытаний подтвердились некоторые положительные результаты повышения содержания кальция в заторе, сусле и готовом пиве:
• осаждение оксалатов в процессе производства пива (т.е. в процессе затирания, варки, брожения и дображивания);
• лучше оседание дрожжей (дрожжи более густые и больше их количество);
• защита ферментов в процессе затирания, что способствует повышению выхода экстракта;
• снижение рН затора и сусла до технологически более благоприятных значений, что говорит о повышении активности протеолитических и амилолитических ферментов, и более благоприятный для коагуляции белков рН.

Говоря об улучшении оседания дрожжей, нужно обратить внимание на то, что рекомендуемая концентрация кальция в сусле составляет от 40 до 80 мг/л. Количество зависит от исходной экстрактивное™ сусла, штамма дрожжей, температуры брожения, предельного значения алкоголя и геометрии емкостей для брожения. При повышении количества кальция может произойти преждевременное оседание дрожжей и остановка брожения.

В ходе экспериментов нам не удалось ни подтвердить, ни опровергнуть улучшения показателей конечного экстракта, содержания свободного аминного азота, коагулируемого азота и прозрачности сусла. Эти параметры очень тесно связаны с качеством используемого солода. И здесь надо подчеркнуть, что и в процессе эксперимента, и в дальнейшем мы намеренно использовали достаточно некачественный солод с содержанием белка до 13% сухого вещества. Поэтому системные выводы о влиянии кальция на эти параметры будут формулированы позже.

При снижении рН сусла цвет снизился приблизительно на 0,5 ед. ЕВС. Этого можно избежать, используя солод более высокого цвета.

Снижение горечи объясняется добавлением солей кальция непосредственно перед варкой сусла с хмелем. При этом кальций добавлялся с целью проверки его влияния на коагуляцию белков и образование труба. Однако положительного влияния при этом не было отмечено, и поэтому имело бы смысл добавлять кальций уже после варки.

Если сравнить экономическую выгоду от повышения выхода экстракта с затратами на добавку солей кальция, то не приходится говорить о повышении расходов.

В качестве добавки соли мы выбрали жидкий хлорид кальция, который легко хранить в сусловарочном отделении и просто дозировать. В финансовом смысле жидкий хлорид кальция также выгоден.

Если хлорид кальция подается по металло-пластиковому трубопроводу и хранится в танках из нержавеющей стали, снабженных специальной фольгой изнутри, коррозия не представляет собой никакой проблемы. Обычно считается, что хлориды обладают коррозийными свойствами только в концентрациях свыше 100 мг/л.

Литература:
[1] Jacob, R: Calcium-oxalicacid-technological importance. Brauwelt international, 2000, s. 58.
[2] Zepf, M, Geiger, E.: Gushing problems caused by calcium oxidate. Part I, Brauwelt international, 2000, s. 473.
[3] Zepf, M, Geiger, E.: Gushingproblematik durch Calciumoxalat. Part II, Brauwelt, 140, 2000, s. 222.

www.propivo.ru

Оборудование

На предыдущую

Hosted by uCoz