Кипячение и охмеление сусла

Полученное в результате фильтрования сусло кипятят, добавляя к нему хмель в той или иной форме. Цели кипячения сусла с хмелем состоят в испарении избыточной воды для получения нужной концентрации сусла, в инактивации ферментов, в стерилизации сусла, максимальной коагуляции белков в виде взвесей горячего сусла («бруха») и, наконец, в растворении в сусле ценных компонентов хмеля, прежде всего горьких веществ. При этом возникают такие побочные явления, как образование редуцирующих веществ и испарение летучих ароматических веществ. Изменения повышения цветности и кислотности легко контролируются.

Сусловарочный котел

Кипячение сусла, как и затора, производят в специальных резервуарах - сусловарочных котлах.

2.5.1.1. Вместимость сусловарочных котлов составляет приблизительно 9 гл/100 кг засыпи солода (для приготовления 12 %-ного пива), а заторных котлов - 4-5 гл. В небольших варочных цехах затор и сусло варят в одном котле, при этом нагревательные поверхности следует рассчитать так, чтобы обеспечить и кипячение небольших частей затора (около 1 гл/100 кг) без подгорания твердых частиц, и всего объема сусла, составляющего 7-7,5 гл/100 кг засыпи. В котлах, рассчитанных без запаса, эффективность кипячения может оказаться проблематичной; кроме того, существует опасность того, что сусло окажется перекипяченным.

2.5.1.2. Котлы изготавливают из стали, нержавеющей стали или меди. Нередко нержавеющую сталь применяют для плакирования стальных листов. Хотя теплопроводность меди на 30 % выше, чем у стали, ионы Cu²⁺ могут неблагоприятно влиять на качество и стойкость пива.

2.5.1.3. Форма днища котлов может быть круглой и прямоугольной. Стенки котлов (царги) из стального листа плоские, а у котлов из меди обычно выпуклые.

2.5.1.4. Отношение высоты слоя жидкости к диаметру должно составлять примерно 1: 2, что позволяет установить необходимые поверхности нагрева и легко отводить образующийся водяной пар. Чем меньше диаметр и чем глубже котел, тем меньше испарение.

Одним из важнейших узлов котла является контур обогрева. Различают прямой обогрев открытым пламенем и кипячение с помощью паровых или водяных рубашек.

2.5.1.5. Котлы с прямым обогревом старой конструкции обмуровывают, а топочные газы по системе дымоходов направляют вдоль стенки котла. Чтобы исключить пригорание затора или перегрев боковых стенок в случае недостаточного заполнения котла, эти дымоходы, особенно у заторных котлов, не следует располагать слишком высоко.

2.5.1.6. В котлах, обогреваемых мазутом, применяют так называемую стальную топку, которая легче регулируется благодаря меньшему объему обмуровки и КПД которой приближается к общему КПД установок с косвенным обогревом. Хорошо зарекомендовал себя обогрев газом. Отходящее тепло таких систем обогрева целесообразно использовать в теплообменниках для получения горячей воды.

2.5.1.7. Котлы с паровым обогревом имеют двойное дно или каналы, выполненные в форме половинок труб или профилей, или нагревательные элементы в виде внутренних или внешних кипятильников.

Система нижнего обогрева или обогрева боковых поверхностей конструктивно выполняется обычно в виде двух зон, причем во внутреннюю зону подводится пар большего давления (острый пар). Отношение площади внешней нагревательной поверхности к внутренней смещается с увеличением объема котла в сторону внешней поверхности. Обычно оно составляет 3: 1, но для очень больших котлов (на 10 т засыпи) может измениться до 5: 1. У так называемых высокопроизводительных котлов днище конусообразные и подняты так высоко, что создаются благоприятные условия для испарения и движения сусла при кипячении изнутри наружу, как у котлов с прямым обогревом. Для получения более плотного сусла может потребоваться разделение внутренней поверхности нагрева. У таких котлов пар или горячая вода для обогрева подается в расположенные по спирали и приваренные снаружи полутрубы или профильные элементы.

Для обеспечения эффективного кипячения в таких котлах большое значение имеет удаление воздуха из поверхностей нагрева, особенно в случае использования двойных днищ, а также правильный расчет размеров устройств для отвода конденсата.

В котлах с прямоугольным днищем необходимые поверхности нагрева создаются намного проще. Встречаются также котлы с овальным или трапециевидным поперечным сечением.

Внутренний кипятильник в своем первоначальном виде представлял собой систему жестких или подвижных труб, которые необходимо проложить как можно глубже, чтобы имелась возможность нагрева всех слоев затора или сусла. Змеевики должны быть всегда покрыты жидкостью. Скорость вращения подвижных нагревателей невелика (6-10 об/мин). В основе современных внутренних нагревательных элементов положена конструкция применявшихся ранее дополнительных кипятильников. Они имеют форму цилиндров, смонтированных по отдельности или собранных в пакет. В одной из конструкций они расходятся «звездой» от центрального элемента, а в другой нагревательные трубы установлены в «стакан», образованный в днище котла. Аналогичная система используется для обогрева заторных котлов. Для таких кипятильников, работающих обычно без дополнительного обогрева днища, важно, чтобы их диаметр находился в строго определенном соотношении с диаметром котла. Если он слишком большой, то фонтанирование кипящего сусла не убывает вплоть до периферии, и возникает опасность перегрева, то есть поверхность обогрева будет использоваться не полностью. Если диаметр котла слишком мал, то в некоторых случаях существует риск недостаточного охвата периферийных зон сусла.

Современные внутренние кипятильники представляют собой или «открытую» систему, в которой трубы размещены по кругу или в два ряда вокруг центра котла, образуя своего рода «обойму», или пучок труб, на котором установлен так называемый «подпорный конус» с короткой трубой, направляющий смесь из сусла и пузырьков пара на регулируемый обтекаемый экран. Такая конструкция позволяет добиться требуемого равномерного распределения сусла. Температура над кипятильником не должна превышать температуру сусла в котле более чем на 2 °С. В небольших котлах размер поверхностей нагрева подбирают так, чтобы они могли работать при очень низкой температуре теплоносителя. В «закрытых» системах чем ниже температура теплоносителя (пара или горячей воды), тем лучше.

Внешние кипятильники - это системы из пучка труб или пластин из меди или нержавеющей стали, смонтированные рядом с сусловарочным котлом. Хотя в кипятильниках с ламинарным течением возникает термическая циркуляция, для полной π равномерной загрузки поверхностей нагрева важен подающий насос. Так как в этом случае при термической циркуляции устанавливается более низкая скорость потока в системе, что приводит к блокированию кипятильника, за счет многократного изменения направления потока жидкости стремятся достичь скорости 2,5-2,7 м/с, благодаря чему интервал между двумя мойками увеличивается до 16-24 варок. В зависимости от температуры теплоносителя и сусла, а также требуемой степени испарения подающий насос должен обеспечивать от 8 до 12 перекачиваний содержимого котла в час, а при использовании компрессионного вторичного пара - от 10 до 24 перекачиваний. Давление в самом кипятильнике относительно сусловарочного котла регулируется редукционным клапаном в зависимости от требуемой температуры (101-108 °С). Сусло поступает после кипятильника в котел по рассчитанному с запасом трубопроводу в центре (через сопло с напорной трубой и экраном) или тангенциально на уровне полного заполнения котла, желательно под углом 23° к стенке котла. Последний вариант обеспечивает более равномерную обработку сусла. В зависимости от температуры теплоносителя (120-135 °С) площадь поверхности нагрева составляет соответственно 15 и 10 м²/100 гл, а для сжатого вторичного пара (103-110 °C) - 165 и 40 м²/100 гл. Таким образом, потребляемая мощность циркуляционного насоса при указанной выше производительности варьирует от 5,5 до 15 кВт.

При помощи внешних кипятильников можно попеременно обогревать несколько котлов, а при наличии соответствующего количества изолированных емкостей они могут выполнять для одной варки роль сборника первого сусла, котла и, наконец, вирпула (см. раздел 2.7.7.). Такую компоновку можно реализовать и с внутренними кипятильниками, но в этом случае каждую емкость необходимо оснащать отдельным кипятильником.

2.5.1.8. Отведение водяного пара в круглых котлах с обтекаемым колпаком осуществляется под воздействием естественной тяги. В других конструкциях, а также при наличии испарительных конденсаторов для отвода испаряющейся влаги необходим вентилятор соответствующей производительности. Возврата испарительного конденсата, например, через приемные каналы с отводящим трубопроводом, следует избегать.

2.5.1.9. Месильные органы для заторных котлов являются обязательными, а при прямом обогреве они оборудуются цепью для предотвращения пригорания затора. Окружная скорость составляет около 3 м/с, исходя из которой рассчитывают число оборотов при заданной длине лопасти. Для обеспечения возможности работы с разными объемами затора и выполнения разных задач (нагрева, пауз, кипячения) скорость вращения должна регулироваться (см. раздел 2.3.2.8).

Для сусловарочных котлов месильные органы не обязательны, однако при обогреве днища и вертикальных поверхностей, особенно при нагревании до кипения в случае прямого обогрева их наличие желательно (для улучшения теплоотдачи и предотвращения окрашивания сусла).

Котлы для кипячения сусла под давлением рассчитаны на избыточное давление до 1 бар. Они допускают варку сусла при температурах до 120 °С, но в настоящее время обычно применяют температуры 102-104 °С (температура во внутренних или внешних кипятильниках несколько выше (на 1,5-2 °С). Такие котлы должны быть оборудованы предохранительными клапанами, герметичными смотровыми люками и закрывающимися заслонками вытяжной трубы.

Установки непрерывного кипячения сусла включают в себя два теплообменника для нагревания сусла и понижения температуры образующегося вторичного пара до 87 или 107 °С, а также нагревательное устройство, поддерживающее необходимую температуру реакции около 130 °С. Температура кипения поддерживается в течение 2,5-3 мин, а затем происходит сброс давления в двух последовательно соединенных выпарных аппаратах, и температура падает до 117 и 100 °С. В такой системе сусло подается на вирпул, а в другой технологии применяется еще один сброс давления пара в вакуумном аппарате при температуре 50 °С. Испарение в этих конструкциях составляет 6-8 %.

Испарение избыточной воды

При фильтровании первое сусло оказывается слишком сильно разбавленным промывными водами, необходимыми для более полного вымывания дробины. Чтобы получить требуемое значение конечной концентрации сусла в течение определенного времени кипячения, до последнего времени считалось необходимым поддерживать испарение около 8-10 % в час от объема охмеленного сусла. Более высокая степень испарения не оправдана, так как для хода описываемых далее превращений необходимо соблюдение определенной продолжительности кипячения, зависящей от температуры. При традиционном способе кипячения с использованием обогрева днища его продолжительность составляет 90-100 мин, но в современных системах продолжительность кипячения существенно меньше. Интенсивное испарение, которое представлялось необходимым, например, для получения крепкого пива, оказалось не оправданным по технологическим соображениям, а также с точки зрения энергетических затрат. Так называемый порог рентабельности последней промывной воды составляет около 2 % (см. раздел 2.3.2.4), из-за чего не допускается повышенный расход энергии. Следствием слишком большого сокращения испарения может стать недостаточное удаление ароматических веществ. Все такие мероприятия должны быть сбалансированы с учетом типа системы кипячения сусла и типа производимого нива.

Испарение сусла и воздействие температуры кипения сопровождается целым рядом дополнительных явлений, которые, как и во многих других процессах, оказывают влияние на ход всего процесса пивоварения и до некоторой степени ограничивают и затрудняют его течение.

Во время кипячения происходит разрушение ферментов солода и тем самым - фиксация соотношения содержащихся в сусле веществ. Кроме того, сусло стерилизуется. Все микроорганизмы, попавшие в сусло из солода, воды, а также внесенные с подкислителем, уничтожаются. Для достижения необходимой инактивации ферментов продолжительность кипячения может быть короче.

В процессе кипячения значение рИ сусла снижается на 0,15-0,25, что обусловлено добавлением горьких кислот хмеля, образованием меланоидинов, и, в первую очередь, кислотным действием ионов кальция и магния, а также осаждением щелочных фосфатов.

Цветность сусла при кипячении увеличивается. Степень окрашивания зависит от продолжительности кипячения (1-1,5 ед. EBC в час), от температуры теплоносителя, особенно в «закрытых» системах, от температуры самого сусла, от его значения pH, от количества хмеля и хмелевых препаратов, содержащихся в них дубильных веществ, от содержания образовавшихся ранее красящих веществ, от содержания в солоде полифенолов, а в сусле - кислорода. При фильтровании с доступом воздуха степень окрашивания может увеличиться вдвое.

Коагуляция белка

Особенно важным изменением сусла в процессе кипячения является выпадение белковых веществ в осадок. Первоначально прозрачное сусло в начале кипячения становится сначала непрозрачным и мутным. В процессе кипячения сусла вещества, выделившиеся сначала в виде очень тонкой взвеси, взаимодействуют друг с другом, образуя более грубый и объемный осадок. Выделившиеся в виде хлопьев вещества представляют собой в основном коагулируемые белки, которые называют «брух» или «взвеси горячего сусла».

Эти процессы осветления имеют большое значение для полноты, гармоничности вкуса и стабильности пива. Недостаточная коагуляция белков не только ухудшает эти свойства, но и оказывает косвенное влияние путем обволакивания дрожжей во время главного брожения и дображивания. Именно недостаточное снижение значения pH при брожении ухудшает последующее выделение белков при брожении, приводит к снижению степени сбраживания, худшему осветлению и, наконец, к появлению у пива «белковой горечи». Слишком глубокая коагуляция белка вызывает снижение содержания высокомолекулярных белковых соединений, что негативно сказывается на пенообразующих свойствах пива, полноте и округлости его вкуса.

Собственно процесс коагуляции протекает в две стадии: первая имеет преимущественно химическую природу и называется денатурированием, а во второй фазе (ее называют коагуляцией) протекают коллоидные, химические и физические процессы.

Азотсодержащие коллоиды сусла гидратированы, то есть окружены водяной пленкой («эмульсоиды»), что в сочетании с электрическим зарядом придает им некоторую стабильность. При температурах кипения происходят межмолекулярные превращения, приводящие к разрыву водородных связей и, как следствие, к потере гидратационной воды. Эту дегидратацию можно усилить добавлением дегидратирующих веществ - тан-нинов, спирта, некоторых ионов, например, SO₄^2-, и тяжелых металлов. После дегидратации частицы еще поддерживаются в лабильном коллоидном состоянии («суспензоиды») благодаря своему электрическому заряду. В так называемой изоэлектрической точке», в которой положительно и отрицательно заряженные группы амфотерных белков нейтрализуют друг друга, дегидратированные молекулы особенно нестабильны и выпадают сначала в мелкодисперсной, а затем во все более грубой форме. Поскольку изоэлектрические точки у различных растворенных в сусле белков никогда не совпадают, то и образование белковых хлопьев не может проходить равномерно и в полной мере.

Согласно новым данным по денатурации молочного белка при нагревании сначала происходит расщепление водородных и образование дисульфидных мостиков. Высвободившиеся сульфгидридные группы соединяются с другими пептидами и белками. Этот тиолдисульфидный обмен можно стимулировать с помощи восстановителей или ингибировать агентами, способствующими блокированию сульфгидридных групп. Вопреки господствовавшему до последнего времени мнению полифенолы не оказывают прямого действия на выделение белков, так как соединение дубильных веществ с молекулами белков осуществляется с помощью водородных мостиков, которые при высокой температуре нестабильны. Осаждающее действие полифенолов могло бы проявиться лишь при температуре ниже 80 °С, то есть к тому моменту, когда прозрачное сусло начинает мутнеть при охлаждении (см. раздел 2.7.3.2). Действие полифенолов на белковые вещества сусла до настоящего времени определялось аналитически только в сусле с температурой около 20 °С, причем анализу предшествовало осветление путем центрифугирования или грубой фильтрации. Значение полифенолов можно было бы объяснить их редуцирующими свойствами, препятствующими окислению сульфгидрильных групп, в результате чего они могут участвовать в тиолдисульфидном обмене. Этим объясняется благоприятное действие высокого содержания полифенолов в сырье, что коррелирует с повышенной восстанавливающей способностью сусла. На осаждение белков положительное действие оказывают горькие вещества хмеля, которые вступают в соединение с £-аминогруппами лизина; аналогичное воздействие оказывают редуцирующие группы продуктов реакции Майяра.

Оптимальное значение pH для осаждения белков составляет менее 5,2, но в нормальных условиях оно практически недостижимо. Хорошо растворенный солод или солод, отсушенный при очень высокой температуре, отрицательная остаточная щелочность пивоваренной воды (например, отношение карбонатной жесткости к некарбонатной жесткости 1:2-2,5) или биологическое подкисление сусла в сочетании с интенсивным кипячением поддерживают процесс выделения белков.

Р-глобулин, вызывающий, как считается, образование помутнений в пиве, имеет изоэлектрическую точку при pH 4,9;

у него, как и у других участвующих в образовании помутнений компонентов, например, 8- и £-гордеинов, для достижения более глубокого осаждения белков необходимы более низкое значение pH сусла и восстановительное действие дубильных веществ солода и хмеля.

Первая стадия образования взвесей горячего сусла в условиях кипячения сусла обычно протекает полностью, а вторая осуществляется не всегда, то есть белок выпадает в виде тонкой мути, не образуя хлопьев. Осадок взвесей горячего сусла не всегда бывает грубодисперсным - может оставаться слабая опалесценция, свидетельствующая о присутствии сравнительно большого количества белка, способного к коагуляции.

Показателем действия кипячения в горячем охмеленном сусле считается остаточное содержание коагулируемого азота, которое должно составлять от 1,8 до 2,2 мг/100 мл. Из физических факторов образования взвесей горячего сусла в первую очередь следует упомянуть продолжительность кипячения. При традиционном кипячении для получения низкого остаточного содержания коагулируемого азота вполне достаточно кипячения в течение 1,5-2 ч. В некипяченом сусле еще содержится в среднем 6 мг коагулируемого азота, снижение содержания которого приведено в табл. 2.13.

 

Таблица 2.13. Снижение содержания коагулируемого азота

Продолжительность кипячения, мин
Содержание коагулируемого азота, мг/100 мл	5,5	4,0	3,4	2,7	2,2

 

Выделение белка продолжается и при дальнейшем кипячении, однако происходящие при этом изменения несущественны.

Кроме того, для выделения взвесей горячего сусла в виде крупных хлопьев важен способ кипячения. Признаком интенсивного кипячения является очень быстрый отрыв образующихся на дне котла пузырьков пара, и подъем их на поверхность. Денатурированные белковые или белково-дубильные комплексы скапливаются на поверхности пузырьков пара и укрупняются. В результате происходит увеличение концентрации белковых веществ. Чем интенсивнее кипение, тем мельче пузырьки пара, тем больше их поверхность и, таким образом, сильнее взаимодействие частиц. На первой стадии кипячения сусло зачастую склонно к избыточному пенообразованию - это происходит до тех пор, пока не пройдет денатурация способных к коагуляции молекул.

В отличие от старых паровых котлов со сферическим обогреваемым дном, отличавшихся слабым кипением и неудовлетворительным испарением, производительность современных котлов с приподнятой внутренней поверхностью обогрева и обогреваемых мазутом котлов со стальной топкой вполне удовлетворительна. Хорошее кипение в них выражается определенной величиной почасового испарения, которое, как мы уже отмечали выше, должно составлять 8-10% (табл. 2.14).

 

Таблица 2.14. Почасовое испарение и содержание коагулируемого азота в современных котлах

Почасовое испарение, %
Содержание коагулируемого азота, мг / 100 мл	3,2	2,6	2,1	1,7

 

Для увеличения интенсивности кипения и эффективности испарения в котлы устаревшей конструкции зачастую встраивают дополнительные кипятильники. С их помощью не только удается компенсировать недостатки этих котлов - по своей эффективности они часто превосходят даже высокопроизводительные котлы. При использовании внутренних кипятильников, которые даже без обогрева котла обеспечивают высокую интенсивность испарения, может иметь место недостаточное перемешивание сусла во внешних зонах емкости. Вследствие этого происходит не только неполное выделение белка, но и недостаточное испарение летучих веществ. Для устранения подобных проблем на нагревателях с небольшим диаметром устанавливают экраны, на которые при кипячении направляются конвекционные потоки сусла. Опасение, что при очень сильном кипении взвеси горячего сусла могут разрушаться, устраняют путем менее интенсивного кипячения этих взвесей с помощью внешних поверхностей нагрева котла в течение 10 мин перед перекачиванием.

И наконец, в процессах кипячения сусла значительную роль играют форма котла и форма объёма, заполненного жидкостью, а также перепады температур в отдельных зонах поверхностей нагрева. Нагревание при кипячении происходит путем конвекции. Часть жидкости, непосредственно соприкасающаяся с поверхностями нагрева, расширяется и поднимается вверх. Аналогично ведут себя всплывающие пузырьки пара, которые увлекают за собой жидкость. Сусло начинает перемещаться, удаляясь от места наиболее сильного нагрева, и возникает поток определенной силы и направления. Так как обогреваемое дно в котлах с прямым обогревом выгнуто в центре, то в этом месте образуется более тонкий слой жидкости, что вместе с более высокой температурой поверхности нагрева приводит к образованию потока от центра к периферии. Аналогичные процессы происходят в так называемых высокопроизводительных котлах с приподнятой внутренней зоной нагрева, обогреваемой паром повышенного давления. В прямоугольных котлах возникает аналогичный поток, который в данном случае направлен от одной обогреваемой стороны котла к другой, менее нагретой. При этом необходимо следить за тем, чтобы с поверхностью нагрева соприкасались все частицы сусла во избежание образования застойных зон. В данном случае целесообразным представляется использование внутренних поверхностях нагрева (пластин или труб).

Выносные кипятильники используют в режиме регулировки повышенных температур, воздействующих на сусло в варочном котле до выпаривания в среднем 8-10 раз в час. Во избежание слишком интенсивного осаждения белка в последнее время перешли к режиму кипячения при температурах 102-104 °С в течение 60-70 мин. Данный режим применяют и для внутренних кипятильников с напорным конусом и распределительным экраном (продолжительность кипячения 70-80 мин). Так как сусло в этих системах застаивается, то на коагуляцию белка влияет и температура обогревающего пара. Для испарения сусла целесообразно использовать по возможности более низкие температуры насыщенного пара (а при известных условиях и впрыскивание конденсата).

При свободном потоке жидкости (например, в котлах с двойным днищем или в котлах с прямым обогревом) температура теплоносителя не оказывает при кипячении особого влияния, но сказывается на других реакциях, в частности, на окрашивании (при обогреве без перемешивания). Подобно описанному выше способу кипячения при атмосферном давлении с использованием внешних или внутренних кипятильников, при кипячении при пониженном давлении происходит усиленная коагуляция белка, вследствие чего его ограничивают 25-30 мин при температуре в котле 102-103 °С (в кипятильнике соответственно на 1,5-2 °С выше) в рамках общей продолжительности кипячения 60-65 мин. В описанных способах кипячения при известных условиях может не хватать времени для реакций изомеризации α-кислот и расщепления предшественников ДМС, и поэтому при высокотемпературном кипячении сусла вернулись от первоначально высоких температур к кипячению в течение 2,5-3 мин при 130 °С.

На интенсивность осаждения белка влияет не только его значение pH, но и состав сусла. Чем лучше растворен солод, тем больше он содержит редуцирующих полифенолов, способствующих установлению тиолдисульфидного равновесия относительно выпадения в осадок высокомолекулярных азотистых веществ или денатурирования при охлаждении (в случае неохмелённого сусла). Некоторые данные см. в табл. 2.15.

 

Таблица 2.15. Снижение содержания азотистых веществ в зависимости от степени растворения белка

Степень растворения белка солода, %
Снижение содержания антоцианогенов, мг/л
Снижение содержания общего азота, мг/л
Снижение содержания коагулируемого азота, мг/л

 

Осаждение общего азота, даже превышающее количество коагулируемого азота, свидетельствует о том, что во время кипячения происходит укрупнение коллоидов, которые затем в результате описанных выше реакций денатурируются и осаждаются.

В сусле, приготовленном без доступа кислорода, содержится больше редуцирующих полифенолов; с ним вносится меньшее количество высокомолекулярного и коагулируемого азота, в результате чего в современных системах кипячения возникает необходимость тщательного регулирования продолжительности и температуры кипячения.

В фильтр-чанах старой конструкции с очень длительным периодом фильтрования вынужденно начинали кипячение относительно рано. Как бы то ни было, кипячение после окончательного заполнения котла должно продолжаться еще около 75 % общего времени кипячения, чтобы поступающие с промывными водами азотсодержащие и дубильные вещества, а также кремниевая кислота вступили в реакцию и выпали в осадок.

Для улучшения осаждения белка и сокращения времени кипячения сусла добавляют различные стабилизирующие вещества. В Германии разрешено использовать бентониты и кизельгели (силикагель), которые при внесении от 20 до 50 г/гл не только стимулируют коагуляцию азотсодержащих веществ, но и способствуют улучшению изомеризации горьких веществ. С учетом стабильности готового пива указанное внесение этих добавок экономически оправдано (см. раздел 7.6.4.2).

Добавление поливинилполипирролидона (ПВПП) при кипячении сусла приводит к снижению содержания полифенолов в сусле и пиве, но эта мера препятствует интенсивной коагуляции белка. Внесение ПВПП с учетом стабильности пива эффективно только при низком содержании азота в сусле из несоложеного сырья.

Внесение таннина (3 г/гл) усиливает выделение азота при кипячении сусла на 2 мг/100 мл, улучшается также осветление пива и его физико-химическая стабильность. В Германии его применение запрещено, как и каррагена (ирландского мха). Эти высокополимерные углеводы в количестве 4-8 г/гл способствуют осаждению белка. В современных конструкциях котлов с их интенсивным процессом кипячения использование этих добавок не требуется.

Охмеление сусла

При варке сусла хмель добавляют для придания суслу горького вкуса и хмелевого аромата. Хмель влияет также на процесс осаждения белков, он обладает окрашивающим и консервирующим действием.

Раствор компонентов хмеля не является однородным: большая часть полифенолов, белковых веществ хмеля и его минеральные вещества растворимы, тогда как горькие кислоты, содержащиеся в свежем хмеле, переходят в раствор лишь постепенно, частично оставаясь нерастворенными. Мягкие и твердые смолы переходят в раствор легче, чем α- и ß-кислоты.

2.5.4.1. Растворение горьких веществ. Решающую роль в их растворении играет значение pH сусла. Так, например, α-кислота при pH 5,9 имеет растворимость 490 мг/л, а при значении pH 5,2 - всего 84 мг/л; растворимость ß-кислот в тех же условиях составляет лишь 12 или 8 мг соответственно. При повышенных значениях pH горькие вещества находятся скорее в молекулярно-дисперсном состоянии, частично в виде солей, и в этом состоянии они придают стойкую горечь. При низких значениях pH преобладает коллоидное состояние горьких веществ. Оба эти состояния присутствуют в растворе параллельно, причем при нормальном значении pH сусла (5,4-5,6) преобладает коллоидное растворение.

Во время кипячения сусла α-кислоты - гумулон, когумулон и адгумулон - превращаются в изомеры, которые называют изогумулонами. При этом структура шестичленного кольца переходит в пятичленную. Каждый из гомологов α-кислот образует 4 изомера. Каждая из двух пар отличается положением боковых групп на четвертом атоме углерода (цис- и транс-тотумулои), а другие - позицией двойной связи на одной из этих двух боковых цепочек (цис- и транс-алло- изогумулоны).

Другие продукты превращения α-ки-слот изучены еще недостаточно. Спиро-изогумулоны присутствуют в небольшом количестве; гумулиноны и гумулиновые кислоты в сусле, охмеленном традиционным способом, не обнаружены. При кипячении сусла в течение 2 ч из внесенных α-кислот образуется 40-60 % различных изо-α-кислот, тогда как от 5 до 15 % α-кислот остаются неизомеризованными. Одна их часть, например, абео-изогумулоны, превращается при кипячении в продукты окисления, которые слабо участвуют в формировании горечи пива, но положительно влияют на качество пены. Их содержание можно увеличить путем аэрации. Большую часть потерь α-кислот или изомеризованных продуктов можно объяснить неполной экстракцией шишек хмеля или частичек хмелевого порошка, а также осаждением вместе с коагулятами белка (см. раздел 2.5.3). Лишь часть горьких веществ присутствует в свободной форме - другая часть адсорбирована высокомолекулярными веществами. Количество растворимых фракций смол увеличивается по мере старения хмеля.

Изогумулоны, представляющие собой смесь разнообразных стереоизомеров с различным потенциалом горечи, по сравнению с α-кислотами намного более растворимы при низких значениях pH. Так, например, пороговое значение при pH 5,05 составляет около 800 мг/л. Так как α-кислоты, еще присутствующие в сусле, во время резкого снижения pH при брожении становятся нерастворимыми, остаются в деке (хмелевой дробине) и осаждаются вместе с коагулирующим белком, то формирование горечи пива и проявление других положительных свойств горьких веществ (например, снижение поверхностного натяжения и тем самым улучшение качества пены) объясняется почти исключительно действием изомеров α-кислот.

Р-Кислота (лупулон) из-за своей низкой растворимости в сусле не изомеризуется. Из продуктов превращения ß-кислот обнаруживается присутствие гулупона (8-кислоты), а также мягких ß-смол - лупдепов, лупдолов, лупоксов и лупдоксов, растворимых в сусле и переходящих в готовое пиво. Их горечь составляет 33-50 % горечи изогумулона.

Содержащиеся в хмеле мягкие и твердые смолы также растворяются при кипячении сусла с образованием горьких веществ, растворимых в пиве. Часть из них определяются в сусле и пиве с помощью изооктана, а часть - с помощью хлороформа. По сравнению с изомерами, образованными из α-кислот, при одинаковом содержании в пиве горьких веществ они придают ему более слабую горечь.

Их содержание оценивают методом ВЭЖХ по разности с содержанием изо-α-кислот, а также по доле S-фракции из последнего анализа.

Учитывая роль, которую изогумулоны играют в формировании горечи пива, важно знать факторы, влияющие на процесс изомеризации. Решающее значение имеет продолжительность кипячения (табл. 2.16).

 

Таблица 2.16. Содержание изогумилонов α-кислот в зависимости от продолжительности кипячения сусла

Продолжительность кипячения сусла с хмелем, мин
Содержание изогумулонов, мг/л		19,1	28,7	33,6	37,9
Содержание α-кислот, мг/л		31,0	25,3	17,4	13,0

 

При добавлении 80 мг α-кислоты/л сусла эффективность изомеризации составляет немного менее 50 %, однако в последние полчаса кипячения отмечается заметный прирост изогумулонов при соответствующем уменьшении содержания α-кислот. Из приведенной таблицы также следует, что при позднем внесении хмеля (например, за 30 мин до перекачивания) происходит изомеризация, составляющая менее половины оптимального значения.

Определенную роль играет скорость экстракции и распределения α-кислот в сусле. Так, например, изомеризация экстрактов хмеля в первые 30-60 мин кипячения происходит быстрее, чем при внесении шишкового хмеля, однако и здесь для достижения максимального использования горьких веществ требуется кипячение в течение 2 ч. Здесь следует учитывать, что в ходе тепловой выдержки после кипячения в отстойном чане или вирпуле происходит дополнительная изомеризация, которая при позднем внесении хмеля обеспечивает некоторую компенсацию (см. разделы 2.7.4.2 и 2.7.7.2).

На образование изомеров α-кислот влияет и возраст хмеля. При внесении старого хмеля уже через 90 мин наблюдается наивысшая степень изомеризации, однако возрастают потери вследствие образования абео-изогумулонов и иных продуктов реакции.

Чем больше содержание внесенных α-кислот, тем меньше эффект изомеризации при прочих равных условиях. Так, увеличение дозы внесения α-кислот с 80 до 160 мг/л ведет к снижению эффекта изомеризации примерно на 18 %. Этот недостаток можно компенсировать увеличением продолжительности средней фазы кипячения хмеля.

Значение pH сусла, от которого зависит растворимость α-кислот, также влияет на степень изомеризации.

Температура сусла в системе кипячения очень важна: чем она выше, тем быстрее происходит изомеризация α-кислот. Так как продолжительность кипячения при использовании внутренних или внешних поверхностей нагрева, а также под влиянием других технологических факторов (коагуляции белка, образования продуктов реакции Майяра) существенно сокращается, то получающееся в результате сусло достигает сбалансированной степени изомеризации только в вирпуле. Кипячение без доступа воздуха приводит к снижению выхода горьких веществ примерно на 15 %.

Добавка кизельгура, бентонитов или препаратов кремниевой кислоты может обусловить улучшение изомеризации благодаря созданию дополнительной контактной поверхности, что используется для приготовления некоторых препаратов хмеля (см. раздел 2.1.4.7). Кроме того, на эффективность использования горьких веществ или внесенных α-кис-лот влияют ряд факторов, определяющих состав сусла.

Хотя действие определенных защитных коллоидов (гумми- или белковых веществ) способно стабилизировать растворимость горьких веществ, при коагуляции белка в процессе кипячения сусла может возникнуть опасность того, что коагулируемые белки еще на стадии денатурирования адсорбируют заметное количество горьких веществ и тем самым удалит их из сусла. Эти горькие вещества обнаруживаются в осадке взвесей горячего сусла. Их потери зависят от количества коагулируемого азота: они высоки у сусла, полученного настойным способом затирания солода, у сусла с низким значением pH (например, с использованием биологического подкисления), у мутного сусла или при большом количестве дубильных веществ хмеля, например в стандартном экстракте или в натуральном хмеле.

Раздельное внесение экстракта дубильных веществ (в начале кипячения) и экстракта горьких веществ (через примерно 30 мин) приводит к меньшим потерям горьких веществ (что обусловлено коагуляцией белка) и к увеличению их выхода. Это объясняется реакциями, описанными в разделе 2.5.3, так что кипячение сусла в течение 10-15 мин без хмеля является эффективной мерой инициирования процесса коагуляции белка.

Эффективность использования горьких веществ можно проверить при помощи баланса горьких веществ. При внесении α-кислоты в количестве 80 мг/л через 2 ч кипячения обнаруживается около 50 мг α-кислот и изо-α-кислот (62 %). Часть из них невозможно определить с помощью аналитических методов (например, абео-изогумулоны). В пиве выявляется лишь около 24 мг горьких веществ, что соответствует примерно 30 % внесенных α-кислот. Потери распределяются следующим образом: в хмелевой дробине остается около 10 %, в осадке взвесей горячего сусла - около 30 %. В процессе брожения около 30 % выводятся с завитками пены и дрожжевым осадком. В этот процесс вовлечены не только α-кислоты, но и изомеризованпые продукты реакции, которые в зависимости от поверхностной активности насыщаются пузырьками СО₂ и переходят в деку. При брожении теряется почти треть изогумулонов. При дображивании происходит выпадение смол, которое тем сильнее, чем меньше было выделено горьких веществ при брожении. Часть этих потерь можно снизить путем проведения определенных технологических мероприятий, однако необходимо тщательно контролировать их воздействие на качество готового пива.

2.5.4.2. Полифенолы хмеля растворяются в кипящем сусле, причем скорость их экстракции при использовании шишкового хмеля, порошков или экстрактов различна. Полифенолы хмеля - это целый ряд соединений, представленных в форме мономерных фенолов и полифенолов (катехинов, флавонолов, антоцианогенов), которые частично связаны с азотистыми веществами или сахарами в форме гликозидов и представляющих различные фазы окисления и полимеризации. Исследования коагуляции белков показали, что они играют иную роль, чем считалось раньше (см. раздел 2.5.3), участвуя в реакциях благодаря своим редуцирующим свойствам, поскольку они смещают отношение «тиолы: дисульфиды» в сторону первых, вследствие чего белковые вещества объединяются преимущественно в высокомолекулярные группы с меньшей растворимостью. При охлаждении сусла полифенолы способствуют усиленному осаждению белка под действием белковых дубильных соединений (взвеси холодного сусла, коллоидное помутнение). Особенно благоприятное действие при этом оказывают полифенолы с пониженной степенью окисления или полимеризации, называемые танноидами.

Высокомолекулярные полимеры, напротив, менее активны. Они остаются в сусле и придают ему более темный цвет и размытый, горький вкус. Это со всей очевидностью проявляется в опытных варках со свежим и старым хмелем. Соединения с меньшей реакционной способностью образуют с белком комплексы, которые в ходе приготовления пива становятся нерастворимыми и выпадают в осадок при снижении значения pH во время брожения и охлаждения при дображивании. Так как эта дегидратация продолжается и после фильтрования, стабильность пива в результате уменьшается.

Возникает естественный вопрос, нельзя ли вообще отказаться от полифенолов хмеля, например, путем переработки чистого экстракта смол? В обычных системах варки использование полифенолов хмеля считалось необходимым, так как они в гораздо большей степени способствуют осаждению белков, чем полифенолы солода (1: 0,8-1,2 и 1: 0,5 соответственно). Это следует также из табл. 2.17, где показано снижение содержания азота при кипячении сусла в течение 2 ч (в этом процессе участвуют также горькие вещества). При кипячении сусла в закрытых системах можно обойтись без применения полифенолов хмеля для осаждения белка. То же относится и к переработке солода, не содержащего процианидинов.

 

Таблица 2.17. Содержание азота при кипячении сусла

Снижение содержания азота, мг/л:	Общий азот	Коагулируемый азот
при кипячении без дубильных веществ хмеля
при кипячении с дубильными веществами хмеля

 

Во время кипячения сусла низкомолекулярные полифенолы под действием температуры и окисления превращаются в соединения с более высокой молекулярной массой, и индекс полимеризации увеличивается. Такое его увеличение можно также объяснить реакцией низкомолекулярных полифенолов с белком при коагуляции. Если в сусло ввести большее количество реакционноспособ-ных полифенолов (например, со свежим или порошковым хмелем), то это приведет к более интенсивному осаждению белка и повышенным потерям полифенолов (в процентном выражении), чем при внесении стандартного экстракта или старого хмеля. В первом случае можно ожидать положительного влияния на физико-химическую и вкусовую стабильность пива. При частичном дозировании свежего хмеля или хмелевого порошка большая часть полифенолов остается в сусле и пиве, отрицательного действия на стабильность не наблюдается, а стабильность его вкуса улучшается.

Полифенолы хмеля положительно влияют на полноту вкуса и горечь пива, хотя полифенолы из старого хмеля могут вызвать жесткую, неприятную горечь. Это, а также тот факт, что горькие вещества хмеля, особенно в окисленном состоянии, дают более сильное окрашивание сусла, позволяет предложить, что снизить содержание горьких веществ на 30-60 % можно путем запаривания свежего хмеля (30 мин при 70-80 °С), а также с помощью использования различных хмелевых препаратов (см. раздел 2.1.4.7). Тем не менее взаимосвязь между содержанием дубильных веществ или антоцианогенов в сусле или пиве и стабильностью готового пива является неоднозначной (см. раздел 2.5.4.7).

2.5.4.3. Хмелевые масла. В хмеле наряду с известными моно- и сесквитерпенами содержатся также их продукты окисления, количество которых, встречающихся в свежем хмеле лишь в незначительных объемах, возрастает при хранении в 10-50 раз в зависимости от вида упаковки, доступа кислорода и температуры. Жирорастворимые и улетучивающиеся с водяным паром терпеновые углеводороды при окислении превращаются в растворимые в сусле и пиве компоненты и дают интенсивный хмелевой аромат. Поведение ароматических веществ хмеля характеризуется двумя показателями: степенью удаления хмелевых масел, а также продуктов их окисления с водяным паром и окислением жирорастворимых хмелевых масел до соединений, растворимых в сусле и пиве (эпоксидов и спиртов). Так, например, гумулен переходит в гумуленэпоксид или гумуленол (или гумулол), аналогичным образом подобная трансформация проходит и у других терпенов и сесквитерпенов. Степень удаления хмелевых масел существенно зависит от способа внесения хмеля (например, в виде шишкового хмеля, хмелевого порошка или экстракта).

Хмелевые масла в экстрактах быстрее переходят в сусло и, следовательно, улетучиваются с водяным паром быстрее, чем начинается их окисление, повышающее их растворимость. У шишкового хмеля и порошков хмелевые масла сначала извлекаются из лупулиновых желез, при этом в них происходят соответствующие изменения (например, окисление). В шишковом хмеле и хмелевом порошке через 40 мин кипячения потери сесквитерпенов составляют 50-55 %, в хмелевых экстрактах - 85 %. При внесении шишкового хмеля и порошков в несколько приемов удается повысить содержание ароматических веществ хмеля в готовом сусле или пиве. Вместе с тем в сусле остаются в небольших количествах неизменяемые монотерпены - мирцен, α- и ß-пинен, а также значительное количество сесквитерпенов, которые, являясь жирорастворимыми веществами, не переходят в пиво, так как абсорбируются дрожжами.

Эти данные позволяют определить влияние определенных сортов ароматического хмеля на формирование характера пива. Хмель, богатый мирценом (например, горькие сорта Noithem Brewer и Brewers Gold) придают пиву некоторый, иногда навязчивый, хмелевой аромат и одновременно резкую горечь. Объясняется ли это действием мирцена, других монотерпенов или продуктов их окисления, или действием фрагментов гумулона и гулупона до сих пор неизвестно. Действие ароматических веществ хмеля удается снизить путем вакуумной обработки хмеля (по способу Вайнера).

На практике эти сорта горького хмеля вносят лишь в начале или сразу после начала кипения, что позволяет удалить легколетучие соединения с водяным паром еще до того, как они смогут окислиться. Эта мера позволяет улучшить качество пива, для изготовления которого использовались исключительно сорта горького хмеля.

Внесение хмеля перед началом кипячения (например, при нагревании сусла) должно было бы вызвать увеличение содержания продуктов окисления хмелевых масел, которые частично сохраняются в пиве и могут придать ему хмелевой аромат. При этом следует точно определить условия во избежание качественных отклонений. В этих целях разрешается использовать только высококачественный ароматический хмель. Это относится и к более позднему внесению хмеля за 30-10 мин до конца варки, что может принести к успеху только в том случае, если вносится не менее 30 % от общего количества хмеля в пересчете на α-кис-лоту. Для пива с подчеркнутым ароматом средняя продолжительность кипячения сусла с хмелем составляет в котлах старой конструкции (при общей продолжительности варки 90 мин) около 45 мин, и около 30 мин - в котлах с внешним кипятильником (при продолжительности варки 60 мин). Для перевода хмелевых масел из ароматических экстрактов смол в форму, растворимую в пиве, эффективным может оказаться раннее внесение хмеля перед кипячением или предварительная термообработка (во избежание осаждения экстракта) в емкости для дозирования хмеля в течение 1-2 ч при температуре 70 °С. Внесение препаратов хмелевого масла из экстрактов (см. раздел 2.1.4.7) на поздней стадии кипячения связано с увеличением потерь, рассмотренных выше для хмелевых масел «нормальных» экстрактов.

2.5.4.4. Липиды. Содержание свободных жирных кислот хмеля, составляющих 20 % летучих веществ хмеля и характерных для отдельных его сортов, возрастает по мере старения хмеля. Первоначально в сусле возрастает содержание средне-молекулярных жирных кислот (C₆-C₁₀), что компенсируется впоследствии путем их адсорбции на осадке взвесей сусла. Из высокомолекулярных жирных кислот хмеля в сусло попадают прежде всего пальмитиновая, линолевая и линоленовая кислоты, содержание которых в результате образования взвесей горячей сусла уменьшается. При неполном удалении взвесей горячего сусла часть этих жирных кислот оказывается в сусле при брожении.

2.5.4.5. Белки хмеля, содержащиеся в шишковом хмеле и хмелевом порошке, являются растворимыми только на 50 %. В зависимости от дозы внесения хмеля и хмелепродуктов (экстракты смол не содержат азотистых веществ) белковые вещества вносятся в сусло в количестве 1,5 мг /100 мл (в пересчете на азот). Их молекулярная масса составляет 12-70 тыс. дальтон и они могут влиять на полноту вкуса пива.

2.5.4.6. Норма внесения хмеля в граммах на гектолитр товарного пива имела раньше большое значение, однако в настоящее время она мало о чем говорит. Удобнее указывать норму внесения горьких веществ, а лучше - количество α-кисло-ты в мг/л или в г/гл, учитывая при этом содержание горьких веществ в пиве.

Таким образом, норма внесения хмеля изначально от качества хмеля. Для хмеля с высоким содержанием горьких веществ требуется более низкая норма, чем для хмеля, бедного горькими веществами. Тип применяемых препаратов хмеля и рассчитанная исходя из этого экономия также влияют на количество вносимого хмеля и на дозируемое количество α-кислоты. Важен также учет типа пива, поскольку содержание горьких веществ в различных типах пива существенно отличается: в светлом лагерном пиве оно составляет 18-24 мг/л, в светлом экспортном пиве - 20-30 мг/л, в пиве типа Pilsener - 28-45 мг/л, в светлом пиве Bockbier - 28-40 мг, в темном лагерном и экспортном пиве - 16-24 мг/л, в темном пиве Starkbier - 24-30 мг/л, в пиве Märzen («мартовском») - 20-26 мг/л, в пиве Weizenbier («Пшеничном») - 12-18 мг/л, а в горьком пиве верхового брожения - 28-40 мг/л и даже 60 мг/л.

Чем светлее пиво, тем лучше качество использованного сырья и тем тщательнее соблюдалась технология (мягкая пивоваренная вода, затирание солода с очень короткими отварками, отделение оболочек) и тем больше переработано горьких веществ. Более плотное пиво требует повышенного содержания горьких веществ. У темных сортов пива преобладает солодовый характер и для них требуется меньшее охмеление. Наряду с отличиями типов пива одним из основных факторов является вкус потребителей: например, в некоторых местностях пиво типа Pilsener, Export и Spezial может быть менее горьким, чем в других. Для массовых типов пива всегда желательна меньшая горечь, чем для специальных сортов.

Способы использования хмеля играют большую роль при расчете дозы горьких веществ. Малая продолжительность кипячения сусла с хмелем, немедленное охлаждение сусла после варки, сильное снижение горечи при брожении и длительный период дображивания и созревания пива вызывают необходимость использования более высокой нормы внесения горьких веществ, чем, например, при средней продолжительности варки (90 мин), дополнительной изомеризации в сборнике для горячего сусла, возвращении взвесей хмеля в затор или фильтр-чан после стекания первого сусла, а также при использовании закрытых бродильных емкостей. Из экономических соображений считается целесообразным возможно более полное использование горьких веществ хмеля (для пива с подчеркнутым хмелевым характером требования в этом отношении несколько мягче).

Для получения указанных выше значений содержания горьких веществ в лагерное пиво вносят примерно 65 мг α-кислоты на литр горячего охмеленного сусла, в экспортное пиво - 80 мг, в пиво типа Pilsener - 100-150 мг; в перерасчете на обычный хмель с содержанием α-кисло-ты в 5 % это соответствует внесению хмеля из расчета 130-160 или 200-300 г/гл товарного пива.

2.5.4.7. Дозирование хмеля в сусло в зависимости от способа и момента внесения оказывает влияние на вкус пива и, в первую очередь, на степень использования хмеля. На дозирование хмелепродуктов влияет также обработка сусла после завершения процесса кипячения. Недостатком естественного способа внесения шишкового хмеля является более медленная экстракция и распределение горьких веществ, а также потери горьких веществ с хмелевой дробиной (около 10 %). Измельчение хмеля может производиться в простых мельницах для сухого дробления (молотковых, дисковых ударно-отражательных, ударных, стержневых или дисковых), причем в процессе помола важно избегать нагревания хмеля. Потери лупулина следует предотвращать путем установки на выходе воздушного канала нагнетательного рукавного фильтра. Чтобы избежать разрушения его ценных компонентов, помол необходимо производить незадолго до использования хмеля. Экономия в результате составляет 10-15 % без потери качества пива. Отделение хмелевого порошка возможно только на холодильной тарелке, в вирпуле, в фильтре для горячей хмелевой дробины, а при небольших количествах - и в центрифуге для горячего сусла. Во избежание потерь сусла смесь из хмелевой дробины и осадка взвесей сусла добавляется при затирании или фильтровании следующей варки. За счет этого можно сэкономить 7-10 % хмеля.

Аналогичные возможности предоставляются при переработке готовых порошковых хмелевых препаратов, упаковка которых обеспечивает сохранение ценных свойств продукта на протяжении длительного времени.

Дробилки для мокрого дробления (как правило, дисковые мельницы) также позволяют добиться хорошей подготовки хмеля, но помол в этом случае должен производиться непосредственно перед внесением хмеля. Экономия в этом случае благодаря «водной экстракции» во время помола составляет около 15-20 %. Аналогичное действие оказывают гомогенизаторы или эмульгирующие насосы, но при их использовании существует проблема отделения и повторной переработки хмелевой дробины.

Другие меры, в частности применение ультразвука или вываривание хмеля в горячей воде, не нашли широкого применения, как и предварительная щелочная обработки хмеля (в растворе 0,05 н Na₂CO₃). Во многом это вызвано наличием на рынке многочисленных хмелевых препаратов.

Устройство для выщелачивания хмеля предусматривает кипячение хмеля не в котле, а в отдельной емкости, устанавливаемой между фильтр-чаном и сусловарочным котлом. В ней после сбора первого сусла промывные воды интенсивно перемешиваются с шишковым хмелем, при этом шишки хмеля распадаются на отдельные листочки и высвободившийся лупулин попадает в виде эмульсии в сусловарочный котел при температуре фильтрования, благодаря чему происходит существенное выщелачивание горьких веществ из хмелевой дробины. Помимо 15 %-ной экономии, дополнительное преимущество такого способа состоит в том, что не образуется промывных вод хмеля, поскольку их концентрация снижается до концентрации последней промывной воды дробины (0,5-1,0 %). Следует отметить, что устройство для выщелачивания хмеля не всегда обеспечивает требуемую горечь пива, особенно при использовании старого или не измельченного хмеля (см. раздел 2.1.4).

Порошкообразные хмелевые препараты (в гранулах или хмель-концентрат) отличает простота применения, так как при использовании упаковок с известной массой дозирование порций хмеля, представляющее в случае высокопроизводительных варочных отделений очень трудоемкую операцию, может не понадобиться. Кроме того, они могут фасоваться по определенному количеству α-кисло-ты. Экономия α-кислот при этом составляет около 10-15 %. При работе с обогащенным хмелевым порошком снижается количество внесенных полифенолов и выход хмелевой дробины, что позволяет использовать сепараторы первого сусла.

Хмелевые экстракты также обеспечивают экономию горьких веществ на уровне 15-20%. Они предоставляют целый ряд технологических возможностей - как сами по себе, так и в сочетании с хмелевыми порошками. Их применяют, например, для сокращения количества хмелевой дробины и связанных с этим потерь.

Стандартные экстракты, которые наряду с горькими веществами и хмелевыми маслами содержат водорастворимые фракции исходного хмеля (полифенолы, белки, минеральные вещества, углеводы), уже почти не применяются из-за присутствующих в них нитратов и других вредных веществ. Вследствие опасности расслоения смеси компонентов их нельзя дозировать автоматически. Это относится и к «стандартизированным» экстрактам. В применяющихся в настоящее время экстрактах смол (чистых экстрактах на основе растворителя) дают гораздо меньшее содержание полифенолов в сусле по сравнению с шишковым или порошковым хмелем. В результате у пива получается более светлый цвет, а также несколько более мягкая горечь при одинаковом количестве горьких веществ. Благодаря отсутствию горечи полифенолов хмеля пиво «справляется» с немного более высоким содержанием изогумулона. Экстракты смол несколько снижают осаждение белков, что приводит к улучшению пеностойкости, но к небольшому ухудшению коллоидной стойкости пива. У хмелевых экстрактов в ходе первой половины варки отмечается ускоренная изомеризация, однако в традиционных котлах полная изомеризация достигается лишь через 120 мин. С точки зрения потерь горьких веществ полезной для инициирования коагуляции белка может оказаться короткая фаза предварительного кипячения.

Порошок хмелевого экстракта изомеризуется быстрее благодаря наличию носителя, и его с успехом вносят с последней дозой хмеля; это же относится и к гранулированному хмелю, смешанному с бентонитом.

Дозирование отдельных порций хмеля или его препаратов производится в соответствии с содержанием α-кислоты. При переходе с шишкового хмеля на порошковый хмель или хмелевой экстракт при расчете дозы внесения α-кислоты необходимо учитывать получаемую экономию. Для контроля правильности внесения горьких веществ в начальное сусло служит спектрально-фотометрический анализ горьких веществ (в ед. ЕВС), при котором определяются изомеризованные и неизомеризованные α-кислоты, а также мягкие смолы; более точным является анализ изо-α-кислот или горьких веществ в молодом пиве, результат которого, проявляется лишь позже, при брожении.

Изомеризованный хмелевой экстракт (в Германии его применение запрещено) добавляют к пиву после главного брожения или только незадолго перед спуском пива. При его использовании исключительно для «холодного охмеления» хотя и добиваются высокой степени его использования (в зависимости от момента дозирования она может составлять 80-93 %), хорошей пеностойкости и стабильности, в случае позднего внесения отмечается специфическая, негармоничная горечь. Чрезмерного вспенивания («гашинг-эффекта») пива при использовании чистых изомеризованных экстрактов, правильно хранившихся, можно не опасаться. Внесение таких экстрактов в начале дображивания пива приводит к улучшению горечи по сравнению с их дозированием незадолго до окончания дображивания. Дозировка так называемого основного экстракта (см. раздел 2.1.4.7) при кипячении сусла препятствует чрезмерному пенообразованию в котле и придает вторичные вкусовые свойства, характерные для традиционного охмеления сусла. Опасность инфекционирования сусла и пива снижается благодаря бактериостатической силе горьких веществ. При позднем дозировании (например, перед фильтрованием) существует возможность приготовления нескольких сортов пива с горечью различной интенсивности из одного «базового сорта».

2.5.4.8. Момент внесения и распределение порций хмеля зависит от типа приготовляемого пива и специфики пивоваренных предприятий. Для пива с небольшим содержанием горьких веществ (менее 24 ед. горечи) и приглушенным хмелевым ароматом хмель чаще вносят за один прием в начале кипячения сусла. Иногда его вносят через 5-10 мин после начала варки, чтобы инициировать коагуляцию белков и тем самым несколько снизить потери горьких веществ при образовании взвесей горячего сусла. При этом можно получить специфический вкус более округлую горечь пива. Практически такое внесение хмеля имеет целью только охмеление сусла и делает пиво менее чувствительным к качеству хмеля. При такой технологии еще заметны существенные различия между сортами хмеля Haller-tauer, Northern Brewer и американским хмелем.

При внесении хмеля в несколько приемов в расчете на его дополнительную изомеризацию в вирпуле или танке для горячего сусла без существенных потерь горьких веществ в настоящее время стремятся к сокращению средней продолжительности кипячения хмеля. Внесение хмеля осуществляют в два приема: 70-80 % задается в начале кипячения или через 10-20 мин после его начала, а 30-20 % - за 10-30 мин до окончания кипячения. При внесении хмеля в три приема - в начале кипячения, через 50-60 мин и за 10-20 мин до окончания кипячения - первая порция включает хмель, богатый горькими веществами, и часто вносится в виде экстракта, тогда как последующие порции вносят преимущественно в виде порошка ароматического хмеля. Внесение отдельных порций за 10-15 мин до окончания кипячения позволяет придать пиву отчетливый хмелевой аромат. Объем их дозирования составляет около 25-33 %, причем это должны быть лучшие сорта ароматического хмеля (Saazer, Tettnanger, Spalter, Selekt, Tradition, а также Hersbrucker высшего сорта). При внесении в вирпул существует риск возникновения усиленного хмелевого букета, однако пиво в этом случае получается не совсем сбалансированным и его вкус недостаточно стабилен. Все вышесказанное относится также к внесению хмелевого порошка при дображивании. Указанная дозировка хмеля (25-33 %) примерно за 30 мин до начала кипячения также должна включать наилучшие сорта хмеля (ради качества аромата и горечи).

2.5.4.9. Автоматическое дозирование хмеля должно уменьшить нагрузку на персонал, обеспечить точное соблюдение моментов внесения хмеля, а также дать определенную экономию благодаря использованию крупных упаковок. Полуавтоматические установки в простейшем случае состоят из трубы, оборудованной шиберами в соответствии заданным дозам хмеля. Аппараты для предварительного растворения экстракта работают при соотношении экстракт-вода 1: 4. В автоматических системах гранулы пневматически порционируются из больших емкостей непосредственно в котёл. Экстракты смол в емкостях соответствующего размера благодаря нагреванию до 40-45 °С можно поддерживать в пригодном для перекачивания состоянии в течение нескольких суток и вносить в варку перекачиванием насосом со счетчиком.

Точность дозирования при этом составляет ±1 %.

При таком способе обработки содержание горьких и ароматических веществ хмеля не изменяется, если ограничивать поглощение кислорода.

Содержание ароматических веществ в сусле

2.5.5.1. Высшие ненасыщенные жирные кислоты, например, линолевая и линоленовая кислоты при солодоращении и затирании переходят под действием липогексиназ в продукты их окисления - гидроксикислоты и гидропероксиды, которые затем вступают в реакцию с образованием летучих карбонильных соединений, которые частично удаляются при кипячении. Содержание жирных кислот независимо от того, были ли они внесены с солодом или хмелем, существенно уменьшается в результате образования взвесей горячего сусла под действием окисления или термического разложения, вследствие чего возникают низкомолекулярные жирные кислоты.

2.5.5.2. Фенолкарбоновые кислоты (р-кумаровая, феруловая и синапиновая), полученные из солода и хмеля, под действием температуры переходят при кипячении в фенолы и 4-гидроксибен-зальдегид и участвуют в формировании аромата сусла и пива.

2.5.5.3. Из солода в сусло вносятся также спирты (например, фенилэтанол и, в первую очередь, гексанол), которые частично удаляются с водяным паром и при кипячении заново не образуются. Таким образом, гексанол можно использовать в качестве показателя степени выпаривания ароматических веществ.

2.5.5.4. Красящие и редуцирующие вещества. В некипяченом сусле из светлого солода присутствует лишь незначительное количество меланоидинов, образованных в основном в ходе подсушивания, сушки и затирания. Кроме того, присутствует ряд отчасти бесцветных, а отчасти красящих предшественников красящих веществ - например, глюкозиламины и фруктозиламины. При кипячении сусла аминокислоты взаимодействуют с сахарамн с образованием первичных и вторичных продуктов, которые формируют ряд реакционноспособных промежуточных групп, образующих с аминосодержащими соединениями меланоидины коричневатой окраски (в условиях конденсации).

Важным промежуточным продуктом, обнаруженным в сусле, является при этом 3-дезокси-D-глюкозои, который через промежуточные соединения с дикарбонильными группами вступает в реакцию с меланоидинами типа А. В результате дегидратации образуется также гидрометилфурфураль, который снова взаимодействует с аминокислотами и образует затем меланоидины типа В. Кроме того, в ходе расщепления аминокислот по Штрекеру возникает целый ряд низкомолекулярных продуктов с карбонильными группами. К ним относится 2-метил-бутаналь (из лейцина), 3-метнлбутаналь (из изолейцина), феиилэтаналь и другие продукты, уже присутствовавшие в