Тема: Технология слабоалкогольных и безалкогольных напитков.
План лекции
Технология производства солода и пива.
Технология производства безалкогольных напитков.
Технология производства кваса
Технология производства минеральных вод.
Производство фруктовых газированных вод.
Розлив напитков.
Литература.
Богданов В.Д., Дацун В.М., Ефимова М.В. Общие принципы переработки сырья и введение в технологии производства продуктов питания: Учебное пособие.–Петропавловск-Камчатский:КамчатГТУ, 2007.– 213 с., (с.190÷197).
Малкина В. Д., Касаткина Г. Д. Общая технология пищевых производств. Учебно-практическое пособие. – М., МГУТУ, 2009.-84 с., (с.35÷40).
Пермякова Л.В., Киселева Т.Ф. Технология отрасли. Основы производства продуктов брожения : учебное пособие. - / Л.В. Пермякова, Т.Ф. Киселева; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2005. - 136 с., (с.119-129).
1. Технология производства солода и пива.
Производство солода.
Солод - зерна злаков, проращенных в искусственных условиях при определенной влажности и температуре.
Процесс получения солода называется солодоращением. В результате зерно превращается в полупродукт - свежепроросший солод.
Основная цель солодоращения - накопление в зерне максимального количества ферментов (амилаз, протеаз, цитаз) и разрыхление эндосперма зерна.
Сырьем для производства солода служат главным образом рожь и ячмень, но также используются просо, овес и зерно других культур.
Различают два вида солода: белый - ферментативно активный и красный - ферментативно неактивный. Белый преимущественно производится из ячменя, а красный - из ржи. Солод применяется во многих отраслях пищевой и вкусовой промышленности: хлебопечении, пивоварении, винокурении[1], дрожжевом производстве.
В производстве спирта солод применяют только как источник ферментов для осахаривания крахмала сырья (зерна, картофеля). Поэтому используют свежепроросший солод из различных злаков: ячменя, проса, овса, ржи. Так как свежепроросший солод долго нельзя хранить, то его готовят непосредственно на спиртзаводах в количестве, необходимом для текущей работы.
В производстве кваса используют свежепроросший и сухой ржаной солод - ферментированный и неферментированный. Ферментированный ржа-ной солод - источник красящих и ароматических веществ, неферментированный - содержит ферменты.
В хлебопечении солод применяют для выработки многих сортов хлеба и т.д.
При производстве пива солод является не только источником ферментов, но и основным сырьем. Используют в пивоварении только сухой ячменный солод, реже пшеничный. Для светлых сортов пива вырабатывают светлый ячменный солод, для темных - темный, карамельный и жженый. Два последних типа солода являются источником красящих и ароматических веществ.
Главным показателем качества солода является экстрактивность, обозначающая суммарное количество сухих веществ (в %), переходящих в раствор при обработке измельченного зерна ферментами солода. Белок должен быть в пределах 9-12%, с его уменьшением ухудшается вкус и ослабевает пена, а с увеличением белок выпадает в осадок и пиво мутнеет. Всхожесть не менее 90-95%. Различают три типа пивного солода: светлый, жигулевский и темный.
Приготовление пивного солода состоит из следующих стадий: очистка и транспортировка ячменя → замачивание и проращивание зерна → сушка → отделение ростков → созревание солода.
Подготовка зерна к переработке рассмотрена ранее. Здесь кратко рассмотрим последующие за очисткой зерна, стадии производства.
Замачивание зерна ведется тремя способами: периодическим воздушно-водяным, непрерывнопоточным (в насыщенной воздухом воде) и воздушно-оросительным.
Зерно промывается в цилиндроконических замочных аппаратах. В центре этого аппарата установлено устройство, состоящее из трубы, под нижний конец которой подведена трубка для подачи сжатого воздуха. При мойке сжатый воздух увлекает вверх по центральной трубе смесь воды с зерном, она распределяется по радиально расходящимся к периферии трубам сегнерова колеса и выходит у стенок в аппарате. После удаления сплава зерно дезинфицируют смесью СаС12∙СаО.
Внизу в конусе аппарата установлены трубчатые барботеры, по кото-рым в слой зерна при замочке продувается воздух. Замоченное зерно спус-кают через нижний конус, а сверху имеется вырез с приваренной коробкой для слива грязной воды и сбора всплывших легких зерен и примесей. Длитель-ность замочки ячменя 3 сут.
Воздушно-оросительный способ признан наиболее прогрессивным и рекомендован к внедрению. Сначала в течение 20 ч ведут орошение зерна водой, распыленной форсунками. Через каждый час в течение 15 минут снизу вентилятором подсасывается воздух. Затем моечный аппарат заполняют водой и 8 ч выдерживают зерно под водой, проветривая его через каждые 30 минут пропусканием воздуха через барботер в течение 5 минут. Потом воду спускают и ведут орошение с отсасыванием до достижения влажности зерном 42-44% для светлого и 45-47% для темного солода. Длительность замачивания зависит от температуры воды: при 12°С - 56 ч, а при 15°С - 48 ч.
Проращивание ячменя ведут для накопления в нем ферментов, разрыхления и разрушения стенок зерна для облегчения извлечения крахмала, белковых и других веществ при приготовлении сусла. Температура проращивания 18°С для светлого и до 24°С для темного солода. Постоянная температура в зерновой массе поддерживается проветриванием грядок путем продувания воздухом, соответствующим дополнительным увлажнением и рыхлением. Проращивание по окончании роста, заканчивают, когда росток достигнет 2/3 ¸ 3/4 длины зерна. К этому моменту стенки эндосперма разрушаются под действием цитолитических ферментов, а сам эндосперм становится рыхлым и хрупким. В непроросшем зерне содержится только b-амилаза, расщепляющая крахмал до мальтозы, а a-амилаза образуется при проращи-вании, и она разрыхляет молекулу крахмала с образованием декстринов. Накапливаются также протеиназы и пептидазы, которые гидролизуют белки с образованием пептидов и аминокислот.
Длительность проращивания светлого солода 7 сут, а темного - 9 сут, но ферменты накапливаются в основном за первые 5 сут, в последующее время протекает ферментативный гидролиз. О готовности солода судят по легкости растирания пальцами мучнистой части эндосперма. При хорошем качестве запах солода свежий, огуречный. При нарушениях режима запах эфирный, а консистенция мажущаяся; последнее наблюдается также в перемоченном солоде.
Солодовни применяются двух типов: токовые и пневматические. Токовые вытесняются пневматическими из-за неперспективности их механизации. В пневматических солодовнях (рис. 26.1) температуру в слое солода высотой 0,6-1,0 м и удаление углекислого газа регулируют продуванием снизу очищенного от пыли кондиционированного по влажности воздуха с тем-пературой на 2-3°С ниже установленной режимом проращивания. Для предупреждения сплетения корешков солода применяют ворошители. Пневматические солодовни ящичного типа состоят из ряда прямоугольных открытых ящиков с кирпичными или железобетонными стенками и ситчатым дном на высоте 1-1,8 м от основного дна. Количество ящиков соответствует числу суток проращивания солода, который от начала до конца остается в одном и том же ящике. Кондиционированный воздух поступает в подситовое пространство и снизу вверх пронизывает слой солода, охлаждая, увлажняя его и вытесняя СО2. Вертикальный шнековый ворошитель на тележке с катками движется по боковым стенкам ящиков и вращением шнеков перемещает нижние слои солода вверх, а верхние вниз примерно по 2 раза в сутки.
Рис. 26.1. Аппаратурно-технологическая схема получения сухого солода:
Сразу после замочки в течение суток зерно продувают сухим воздухом, когда температура поднимется до 14-17°С, начинают продувать кондиционированным воздухом и поддерживают температуру 17-21°С, а под конец на 8-е сутки - 18-20°С.
Пневматическая ящичная солодовня типа «передвижная грядка» отличается ежедневным перемещением зерна, выгруженного из замочного аппарата, от одного конца данного ящика к другому концу, и на 8-е сутки с противоположного конца ворошителем зеленый солод выгружают в приемный бункер, откуда он системой транспортеров перемещается на сушку. Таким образом, в пневмоящечной солодовне осуществлена полная механизация выгрузки солода.
Сушка солода имеет целью удаление влаги и накопление экстрактивных, ароматических и красящих веществ. Влажность солода снижается с 42-47 до 2-4% в три стадии. В течение физиологической фазы продолжается проращивание при температуре зерна до 40°С и влажности до 30%. Ферментативная фаза протекает при температуре 40-75°С и влажности солода 20-30%. Для получения светлого солода длительность этой фазы сокращают путем быстрого доведения влажности солода до 10%.
Химическая фаза наступает при температуре выше 75°С и заканчивается для светлого солода при 80°С, для темного - при 105°С. Влажность солода соответственно 3-5 и 1,5-2,5%. В этой стадии происходят взаимодействие аминокислот и пептидов с редуцирующими сахарами и образование их комплексного соединения - меланоидинов, придающих солоду специфичный вкус, цвет и аромат.
Непрерывнодействующая сушилка марки ЛСХА-5 имеет производительность 5 т солода в сутки, расходует 6÷8,7 МДж/ч тепла и 7,8 кВт∙ч электро-энергии на 100 кг сухого солода. Отделение ростков производится сразу после сушки, а высушенный солод созревает еще 4÷6 недели в процессе сорбции влаги из воздуха.
Выход светлого солода 78÷79 кг из 100 кг с влажностью 3% и темного 74÷76 кг с влажностью 1,5÷2%. Отходы при очистке и сортировке 10÷12%.
Производство пиво
Пиво- слабоалкогольный напиток, насыщенный углекислым газом, с приятной хмелевой горечью и ароматом. Пиво - питательный напиток, в нем содержатся углеводы, белки, витамины и органические кислоты; энергетическая способность светлого пива 1700÷2200 кДж/кг, темного - 3400 кДж/кг.
Производство пива состоит из следующих стадий: приготовления охмеленного сусла→ брожения→ дображивания→ осветления→ розлива → пастеризации→обработки бутылок →хранения пива.
Приготовление пивного сусла производится в варочном отделении (рис.26.2). Процесс варки служит для более полного извлечения и растворения сухих экстрактивных веществ солода, используемых несоложенных материалов и хмеля, создания благоприятных условий для ферментативного гидролиза крахмала, белка, клетчатки и других составных частей сырья. Необходима определенная кислотность среды (рН 5,2÷5,6), а при ее подщелачиванни водой применяют молочную кислоту и др.
Приготовление сусла состоит из полировки и дробления солода, затирания солода и несоложеных материалов, варки и осахаривания сусла, филь-трации сусла, кипячения его с хмелем, отделения хмелевой дробины. Полируют солод на полировочной машине СП-54, на которой производится отбор ростков, пыли и загрязнений, затем солод загружают в замочный аппарат для увлажнения до 30%, потом отправляют на четырех- или шести-вальцовые дробилки для измельчения с минимальным разрушением оболочек. Продукты характеризуются следующим составом (в %): лузга 12÷20, крупная крупка 20÷35, мелкая крупка 25÷50, мука 15÷20.
Рис. 26.2. Технологическая схема производства пива:
Затирание зернопродуктов осуществляется преимущественно по отварочному способу, так как сейчас наряду с солодом применяются несоложеные материалы, которые лучше перерабатывать с его помощью. Отварочный способ состоит в том, что для повышения температуры затора часть его (отварку) отбирают в другой аппарат для кипячения; затем отварку смешивают с некипяченой частью затора.
В зависимости от количества отварок различают одно-, двух- и трехотварочный способы затирания. Длительность затирания растет с увеличе-нием числа отварок - 3,5 ч; 4÷5 ч; 6÷6,5 ч, аналогично возрастает и расход пара. Жигулевское, Московское и Ленинградское пиво готовят по более рациональному двухотварочному способу.
При затирании в аппарат набирают воду: 3,0÷4,0 л на 1 кг сырья температурой до 45°С, при работающей мешалке вносят солод, ячмень и фермент-ный препарат, после смешивания определяют рН затора и в случае необходимости добавляют молочную кислоту, примерно 0,09% по массе засыпи. При температуре 40°С выдерживают содержимое примерно 15 минут, затем нагревают до 52°С со скоростью 1°С за 1 минут и делают белковую паузу в 20-30 минут. Вновь поднимают температуру с той же скоростью до 63°С и выдерживают еще 20-30 минут. Затем опять с той же скоростью поднимают температуру до 72°С и выдерживают 40 минут до полного осахаривания. Отстоявшуюся жидкую часть по стяжной трубе спускают в другой аппарат, а гущу нагревают за 30 минут до кипения, столько же кипятят, за 30 минут перекачивают в другой аппарат, смешивают с ранее выкачанной жидкой частью и при температуре 76°С в течение 15-20 минут осахаривают весь затор.
Осахаренный затор перекачивают на фильтрацию и фильтруют через свою же дробину при 76-78°С. Сначала отделяют первое сусло, а потом горячей водой вымывают из дробины оставшийся в ней экстракт. Фильтрация сусла через фильтр-пресс ускоряет процесс и позволяет повысить выход экстракта на 1%. Дробину удаляют паровым эжектором или насосом с водой.
После фильтрации сусло кипятят в сусловарочном котле, хмель вводят в зависимости от сорта пива сразу перед кипячением или в 2÷3 приема и в целях его экономии в последнее время кипятят сусло под давлением 0,02÷0,03 МПа. Длительность кипячения 1,5÷2 ч. Затем измеряется объем сусла, и оно передается в хмелеотборочный аппарат.
На схеме приведен (см. рис.26.2) четырехсосудный варочный агрегат. Эти агрегаты рассчитаны на З т сырья и обеспечивают четыре варки в сутки. При замене фильтр-аппарата фильтр-прессом число варок увеличивается до пяти в сутки. В шестисосудный агрегат входят два заторных котла, два фильтр-аппарата и два сусловарочных аппарата. При загрузке 3 т сырья они позволяют делать 6 варок в сутки, при большей нагрузке - пять варок.
Из сусловарочного котла охмеленное сусло самотеком поступает в хмелеотборочный аппарат для отделения на сите дробины хмеля, он промы-вается, и промывная вода вместе с отфильтрованным суслом откачивается насосом для осветления и охлаждения.
Осветлением сусла достигается удаление свернувшихся при кипячении белков, придающих пиву грубую горечь. Процесс осветления осуществляется отстаиванием или сепарированием (см. рис. 26.3). После осветления сусло ох-лаждается в оросительном теплообменнике типа «труба в трубе» и пластинчатых теплообменниках до температуры 5-6°С и обсеменяется посевными дрожжами.
Рис.26.3. Технологическая схема лагерного и фильтрационного отделения:
Процесс сбраживания пивного сусла осуществляется в две стадии в двух отдельных помещениях и при разных условиях и режимах. Первая стадия-главное брожение (см. рис. 26.2) - ведется в бродильном отделении и закан-чивается получением из сусла и дрожжей зеленого пива. Вторая стадия-дображивание- осуществляется в лагерном подвале, освобожденное от дрожжей зеленое пиво насыщается СО2 созревает и превращается в готовый напиток.
Осветленное сусло сбраживают пивными дрожжах низового брожения при температуре 6-9°С и дображивают при 1-2°С. К концу брожения дрожжи оседают на дно и осветляют пиво. Оседающие дрожжи повторно используют 10-15 раз в качестве посевных.
Бродильные аппараты бывают открытого и закрытого типа, прямоугольные и цилиндрические, вертикальные и горизонтальные, из стали и алюминия с внутренним змеевиком, по которому пропускают охлажденную до 1°С воду для отвода тепла, выделяющегося при брожении. Вместимость танка рассчитывают на 1-2 варки сусла, максимально - на его объем, получаемый в течение суток.
Главное брожение начинают с наполнения танка охлажденным суслом и посевными дрожжами в количестве 0,5 л на 100 л, или 0,5% по объему сусла. Длительность главного брожения сусла концентрацией 11-13% составляет 7-9 сут, а для более высокой концентрации - 9-10 сут. Контролируют динамику брожения по убыли экстракта, конец главного брожения характеризуется остаточным количеством редуцирующих веществ (РВ) зеленого пива на уровне 1,0 г на 100 мл. Молодое пиво сепарируют, охлаждают, измеряют объем и передают в лагерный танк. Оставшийся на дне танка слой дрожжей стягивают с помощью вакуум-аппарата и насосом или монжю передают в дрожжевое отделение. Потери пива в бродильном отделении составляют около 2% по объему холодного сусла.
Размножают чистую культуру дрожжей (ЧКД) сначала в заводской лаборатории, потом в специальных аппаратах. Такой аппарат Грейнера (Германия) получил широкое распространение. Он включает стерилизатор сусла, цилиндры для сбраживания с сосудами для хранения дрожжей и резервуары предварительного брожения.
В стерилизаторе сусло кипятят, подогревая его паром через змеевик, в течение 1 ч, затем охлаждают до 12°С. Простерилизованное сусло сжатым воздухом направляют в цилиндр брожения, куда задают чистую культуру дрожжей, сбраживают и размножают их. Затем отбирают маточные дрожжи на хранение, а остальную часть стерильным воздухом передавливают в резервуар предварительного брожения, сбраживают и размножают дрожжи в течение 3 сутки при температуре 9°С и также воздухом перемещают в танк главного брожения.
После главного брожения получают 2% дрожжей по объему зеленого пива п половину их используют как семенные дрожжи для засева в бродильный аппарат, а вторую половину - избыточные дрожжи - без обработки передают в экспедицию для реализации. Семенные дрожжи процеживают через вибро-сито, промывают холодной водой с температурой 3°С до полного осветления. Перед повторным использованием дрожжам дают 2-3-дневный покой, хранят их в ванночках под слоем ежедневно сменяемой воды, а затем, предварительно разбавив их 2-3-кратным количеством сусла, перемешивают сжатым воздухом или углекислым газом и задают в бродильный аппарат.
Дображивание и выдержка пива служат для насыщения его углекислым газом, осветления и созревания, в процессе которого улучшаются вкус и аромат пива. Спиртовое брожение при дображивании, так же как и при главном брожении, является основным процессом.
Для насыщения пива до стандартной концентрации СО2 (0,3-0,35%) в молодом пиве оставляют на дображиванне около 1% экстрактивных веществ и повышают его растворимость снижением температуры до 0-2°С и подъемом давления до 0,03-0,07 МПа. Осветление и потеря грубой горечи при дображивании наступают после окончания брожения, когда дрожжи, оседая, увлекают в осадок частицы белков и хмелевые смолы. При созревании пива уменьшается содержание альдегидов, увеличивается количество эфиров, высших спиртов и кислот. Этим обогащаются вкус и аромат пива.
Отсепарированное от дрожжей и охлажденное зеленое пиво в лагерный танк подается снизу при открытом его шпунтовом отверстии для вытеснения углекислым газом содержащегося там воздуха. Танк шпунтуют присоединен-ным шпунтаппаратом. Продолжительность дображивания и выдержки зависит от сорта пива. Так, Жигулевское пиво выдерживают 21 сут, Рижское и Московское - 42, Мартовское и Украинское - 30, Ленинградское - 90 сут. При выгрузке готового пива на осветление в танке углекислым газом поддержи-вается такое же давление для предотвращения потери ее растворимости.
Отмеченная высокая длительность брожения и дображивания пива исто-рически сложилась давно и стала традиционной для классической технологии, отличающейся периодичностью процесса. Сейчас создана технология непрерывного производства пива.
ВНИИПБП разработан и внедрен на Москворецком пивоваренном заводе непрерывный метод главного брожения и дображивания пива в обычных танках, соединенных переточными трубами в батареи. Весь процесс сбраживания Жигулевского пива по этому способу проходит за 15 сут вместо 28, а коэффициент использования производственной площади увеличивается более чем в 1,5 раза.
Ускоренный способ приготовления Жигулевского пива основан на сбраживании сусла без кислорода, поэтому образуется мало альдегидов и созревание его происходит быстрее. Дображивание ведут в изотермических условиях при температуре 4°С. Охлаждение и осветление сусла протекает в герметически закрытых аппаратах, суслопровод обрабатывается углекислым газом, количество посевных дрожжей увеличено с 0,5 до 0,7-1,0 л на 100 л сусла. Сусло на брожении перемешивают СО2 1 раз в смену, поэтому главное брожение заканчивается за 5,5 сут. Дображивание ведут при температуре 4-5°С и заканчивают его за 11 сут. Пиво охлаждают до 0-1°С только при его осветлении. Это позволяет увеличить производительность завода на 30%.
Осветление пива после дображивания ведут на диатомитовых фильтрах или сепараторах (рис. 26.3). После смесителя пиво охлаждается до 0-1°С в пластинчатом холодильнике и направляется на осветление. В фильтрах в качестве фильтрующего слоя используют хлопчатобумажную массу, диатомит и пластины из бумаги с большим содержанием асбеста. Фильтр-прессы заменяют сепараторами ВСП, и при этом потери пива снижаются от 1 до 0,02%, но нужная светлость не достигается, и его повторно фильтруют на пластинчатых фильтрах.
Диатомитовые фильтры наиболее перспективны, потери в них составляют 0,4%, они просты в обслуживании. Установка содержит смеситель для подготовки суспензии диатомита в пиве, которую питающим насосом прокачивают через фильтр до образования на пористом картоне или ткани фильтрующего слоя диатомита. После появления чистого пива подачу диатомитовой суспензии прекращают и фильтруют пиво. Длительность работы фильтра без перезарядки достигает 150 ч. Затем следует перезарядка: диатомит смывается струей воды и наносится новый слой диатомита.
Если осветленное пиво недостаточно насыщено СО2, то его дополни-тельно насыщают в карбонизаторах, выдерживают 2¸6 ч для стабилизации растворенной СО2 и подают на розлив.
Контрольные вопросы.
1. Что является основной целью солодоращения?
2. Из каких стадий состоит процесс производство пива?
3. Как осуществляют процесс сбраживания пивного сусла?
4. Как размножают чистую культуру дрожжей?
5. Какие виды солода вырабатываются для пищевой промышленности?
6. Из каких стадий состоит схема приготовления пивного солода?
7. Цель операций замачивания и проращивания зерна?
8. С какой целью проводят операцию аэрирования прорастающей зерновой массы?
9. Назначение физиологической, ферментативной и химической фаз сушки?
10. Какой показатель качества солода является главным?
[1]Винокурение — технологический процесс изготовления крепких спиртных напитков.
Главная 
