XLVII международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА


НазваниеСПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА
Разработчик (Авторы)Третьяк Людмила Николаевна, Герасимов Евгений Михайлович
Вид объекта патентного праваИзобретение
Регистрационный номер 2423417
Дата регистрации28.12.2009
ПравообладательТретьяк Людмила Николаевна, Герасимов Евгений Михайлович
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к пивоваренной промышленности. Очищают и дробят солод и ячмень. Приготавливают и фильтруют затор. Кипятят сусло без добавления хмеля в режиме низкотемпературной СВЧ-пастеризации. Осветляют и охлаждают сусло. Этап основного брожения разделяют на аэробный этап размножения дрожжей до концентрации дрожжевых клеток не менее 150·106 кл./дм3 и на этап анаэробного гликолиза, проводимые в различных технологических емкостях. Вносят биомассу дрожжей с добавлением соединений селена на этапе основного брожения в виде взвеси в пропорции 1/30 к объему сусла, подаваемого на гликолиз. При этом гликолиз проводят до получения требуемой концентрации этанола путем дробного добавления необходимого количества сбраживаемых сахаров, а соединение селена вводят в органической форме в составе плазмолизата отработанных дрожжей в концентрациях не более 40 мкг/гл. Осуществляют дображивание, созревание и осветление пива. Вносят экстракт хмелепродуктов в пиво в дозе, обеспечивающей не более 20% ощущений горечи органолептического букета пива. Осуществляют розлив пива в бутылки и бочки. Изобретение позволяет существенно сократить время основного брожения и весь жизненный цикл производства пива и препятствует накоплению в составе конечного продукта токсичных веществ состава побочных продуктов брожения. 2 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к пивоваренной промышленности, в частности к способам получения пива с пониженными токсикологическими свойствами.

Известен способ производства пива, включающий очистку солода и ячменя; дробление солода и ячменя; приготовление затора; фильтрование затора; кипячение сусла с хмелем; отделение сусла от хмелевой дробины; осветление и охлаждение сусла; внесение биомассы дрожжей с добавлением селенита натрия на этапе основного брожения; дображивание и созревание; осветление пива; розлив пива в бутылки и бочки. Этот способ явился основанием для разработки новой технологии и нового пищевого продукта, а именно светлого пива «Лунное» [Лузан В.Н., Червонная С.С., Усачева О.А. Производство пива, обогащенного селеном. Пиво и напитки, 2006 - №4. - С.26-27; Червонная, С.С. Технология пива светлого, обогащенного селеном. Автореф. дис. кан. тех. наук. Улан-Удэ, 2006, с.18-20]. Авторы предприняли попытку ввести соединения селена в процесс получения пива и добиться его концентрации в готовом продукте на уровне адекватного уровня потребления. Это техническое решение принято нами за прототип.

Недостатком способа является использование авторами селенита натрия, который, будучи многовалентным минеральным соединением селена, является токсичным [Ю.И.Шишков. Научно-практическая роль соединений селена в технологии пивоварения // Пиво и напитки, №1. 2007. С.8]. Кроме того, авторами использована традиционная технология получения пива, не предназначенная для снижения образования токсичных компонентов в пиве, неизбежных спутников классических способов технологии пивоварения, при этом авторы не использует новейшие энергосберегающие технологии и достижения смежных отраслей, в частности, для активизации семенных дрожжей.

Другим недостатком способа получения пива является проведение в одной технологической емкости (ЦКТ) двух процессов: аэробного этапа размножения дрожжей и анаэробного процесса сбраживания сусла с получением этанола (гликолиза), требующих для оптимизации взаимоисключающих условий.

С целью устранения указанных недостатков нами разработан способ производства пива, включающий очистку солода и ячменя, дробление ячменя и солода, приготовление и фильтрование затора, кипячение, осветление и охлаждение сусла, внесение биомассы дрожжей с добавлением соединений селена на этапе основного брожения, дображивание и созревание, осветление пива, розлив пива в бутылки и бочки, согласно изобретению кипячение сусла осуществляют без добавления хмеля в режиме низкотемпературной СВЧ-пастеризации, этап основного брожения разделяют на аэробный этап размножения дрожжей до концентрации дрожжевых клеток не менее 150·106 кл./дм3 и на этап анаэробного гликолиза, проводимые в различных технологических емкостях, причем биомассу дрожжей вносят в виде взвеси в пропорции 1/30 к объему сусла, подаваемого на гликолиз, при этом гликолиз проводят до получения требуемой концентрации этанола путем дробного добавления необходимого количества сбраживаемых сахаров, а экстракт хмелепродуктов вводят перед розливом пива в дозе, обеспечивающей не более 20% ощущений горечи органолептического букета пива, причем соединение селена вводят в органической форме в составе плазмолизата отработанных пивных дрожжей в концентрациях не более 40 мкг/гл.

Учитывая сложность формулы изобретения, обоснование существенных признаков мы будем проводить соответственно этапам формулы прототипа. Патентный поиск аналогов и прототипов основных существенных признаков заявляемого технического решения мы провели по классам МПК С12С 07/00; С12С 11/00; С12С 12/00; С12С 13/02; С12С 7/22, С12С 7/28; С12С 13/08; С12С 11/18; Н05В 6/64; А23С 3/07; А61K 36/15.

Этап «кипячение сусла»

Этап предназначен для получения отвара отфильтрованного сусла с хмелем с целью придания суслу заданных свойств как по плотности, экстрактивности, так и его обогащению компонентами хмеля. Биохимические изменения при варке сусла с хмелем сводятся не только к переходу в раствор из состава хмелевых брикетов определенных веществ, определяющих качество конечного продукта (пива), но и завершению процессов осахаривания крахмала путем термического воздействия определенной длительности. В технологической инструкции по производству солода и пива [Раздел 5.7.4 «Применение экстрактов хмеля» // Технологическая инструкция по производству солода и пива: ТИ 18-6-47-85. - М., 1985. - С.83-84] предусмотрена определенная длительность варки, определяемая как числом подаваемых порций отфильтрованного сусла, так и длительностью процесса максимального извлечения флавонидов и других компонентов из брикетов хмеля. При этом Технологическая инструкция по производству солода и пива регламентирует норму внесения экстрактов хмеля на 1 дал горячего сусла, приняв показатель наличия α-изо-кислот за критерий качества «горечи экстракта хмеля».

Недостатки прототипа. Современные исследования в области изучения влияния компонентов хмеля на качество пива и здоровье потребителя привели к выводу о прямой взаимосвязи концентраций твердых смол хмеля в готовом пиве как одной из причин возникновения рака прямой кишки [А.К.Жанатаев и др. / Пиво как функциональный продукт и его влияние на здоровье. «Пиво и Канцерогенез».- Электронный ресурс: http://www.propivo.ru/sens/01/31.html. - Время обращения 3.11.2009].

Эти факты заставляют отказаться от кипячения сусла с хмелем. Научно-технический прогресс идет в направлении создания технологий удаления из хмелепродуктов твердых смол хмеля, ответственных за канцерогенез, или поиска заменителей типа ароматизатора «Хмель», вносимых в готовое пиво перед розливом [заявка Великобритании №1221146, кл. С12С 7/00, 1971; патенты РФ №2139325, №2139327, заявл. 02.12.1997; опубл. 10.10.1999; Бюл. №34 / Способ производства пива «Берхомут». Потеряхин П.С. и др.]. Компромиссными решениями являются внесение в сусло перед его охлаждением хмеля в количестве 8-12% от общего расхода и введение в пиво после фильтрации эфирного масла хмеля в количестве 0,8-1,2 см3 на 100 дал пива [патент РФ №9402113, заявл. 07.06.1994; опубл. 20.04.1996; Бюл. №4 / Способ производства пива. Павлович Ю.Н. и др.].

Доказано, что внесение хмелевого эфирного масла (дозы от 1 до 5 г/гл) в сусловарочный котел приводит к большим потерям. При внесении хмелевого эфирного масла перед брожением (0,5-2 г/гл) меняются его характерные свойства из-за метаболизма дрожжей и под действием химических реакций с летучими соединениями - продуктами брожения. Оптимальным принято внесение хмелевого эфирного масла (0,05-0,3 г/гл) перед фильтрованием, что обеспечивает требуемую интенсивность хмелевого вкуса, аромата молодого пива [С.Schonberger, Joh.Barth. Переработка хмеля // Новое в пивоварении / ред. Ч.У.Бэмфорт. - СПб.: Профессия, 2007. - С.143-167].

В связи тем что исчезла необходимость варки сусла с хмелем для получения качественного пива, возникла необходимость разработки нового типа сусловарочного котла как устройства, обеспечивающего выполнение заявляемого способа производства пива.

Сусловарочный котел как устройство, обеспечивающее реализацию этапа способа производства пива

Известен сусловарочный котел с внутренним нагревательным элементом - паровым теплообменником (перколятор) [Федоренко, Б.Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование отрасли / Б.Н.Федоренко. - СПб.: Профессия, 2009. - 1000 с. (с.442, рис. 6.70)]. При этом внутри аппарата размещен паровой нагреватель, который представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В межтрубное пространство теплообменника подают греющий пар при избыточном давлении до 0,3 МПа, а в открытых с обеих сторон трубах циркулирует сусло. Теплообменник зафиксирован в аппарате на трех трубчатых опорах, которые одновременно являются трубопроводами для подвода в межтрубное пространство греющего пара и отвода из него конденсата. Непосредственно к верхней трубной решетке теплообменника по ее периметру примыкает конический диффузор, сужающий поток сусла, выходящего из труб теплообменника и имеющий отбойный отражатель струй сусла, препятствующий выбросу сусла в верхнюю часть аппарата. Длительность варки (пребывания сусла в сусловарочном котле) в том числе определяется необходимостью выпаривания сусла для повышения его экстрактивности. При сильном разбавлении сусла его концентрацию можно повысить выпариванием.

Оригинальная конструкция выпарного аппарата, вынесенного за пределы сусловарочного котла, разработана и применена на ОАО Пивоваренный завод им. Степана Разина [ftp://ftp.efo.ru/pub/binary/nais/razin.pdf. Егоров Е.В., Полосин В.Л., Рассказов С.В., Щербина А.Н. Промышленные контроллеры АСУ / 2002, №9].

Достоинством котла является отсутствие необходимости в длительном кипячении всего объема сусла, подаваемого на брожение. Поставленная задача решается за счет того, что известное устройство дополнительно содержит выпарной аппарат, вынесенный за пределы основного котла и обеспечивающий дробное удаление излишней водной составляющей сусла.

Эта конструкция сусловарочпого котла принята нами за прототип.

Однако конструкция котла направлена на устранение ошибок предыдущего технологического этапа фильтрации затора, допустившего излишнее разбавление и снижение экстрактивности сусла. Известно, что для стерилизации сусла вполне достаточно прокипятить его в течение 15 мин [Главачек, Ф. Пивоварение / Ф.Главачек, А.Лхотский; пер. с чешского И.В.Холодовой; ред. А.П.Колпакчи. - М.: Пищ. пром-сть, 1977. - С.199-200; Б.Н.Федоренко, Пивоваренная инженерия СПб., Профессия. 2009. С.423. «Стерилизация сусла»]. Сусло для осахаривания выдерживается в течение 2 часов при температуре 55-57°С, затем 1 час при температуре 65-68°С, после чего стерилизуется при 85°С 20 минут, охлаждается до 50-52°С [Государственный институт по проектированию предприятий пищевой промышленности №2 «ГИПРОПИЩЕПРОМ-2» - Нормы технологического проектирования предприятий спиртовой промышленности; ВНТП 34-93; Комитет РФ по пищевой и перерабатывающей промышленности. Москва, 1993 г. / Разработаны Государственным институтом по проектированию предприятий пищевой промышленности «Гипропищепром-2» / http:/www.skonline.ru/digest/38161.html].

Таким образом, дорогостоящий и энергозатратный высокотемпературный способ кипячения сусла не соответствует направлению мирового технического развития технологии пивоварения. Для приведения его конструкции в соответствие с современными достижениями смежных наук, в частности автоматизации производственного процесса и способов стерилизации сусла на этапе подготовки к основному брожению, в том числе устранению фактов накопления канцерогенных компонентов состава хмеля, на фиг.1 представлена принципиальная схема низкотемпературного сусловарочного котла для осуществления заявляемого способа.

1 - Корпус котла; 2 - плавающая крышка с датчиками и измерителями; 3 - роликовые направляющие; 4 - датчик и измеритель температуры сусла; 5 - датчик и измеритель плотности сусла; 6 - датчик и измеритель кислотности сусла; 7 - датчик верхнего уровня; 8-8 - датчик нижнего уровня сусла в котле; 9 - контейнер-дозатор технологических добавок с управляемым краном 10; 11 - выносной пастеризатор с управляемым кранами 12, 13; 14 - циркуляционный насос; 15 - охлаждающий змеевик теплообменника; 16 - выносное охлаждающее устройство с управляемым краном 17; 18 - микропроцессор; 19 - пластинчатый выносной выпарной аппарат; 20 - линия откачки сусла; 21 - линия промывных вод; 22 - сброс в канализацию.

В разработанном нами техническом решении сусловарочный котел включает: корпус котла 1 с плавающей крышкой 2 с тремя роликовыми направляющими 3, позволяющими ей перемещаться снизу вверх котла в зависимости от его наполнения поступающими на варку порциями сусла, причем плавающая крышка 2 содержит беспроводные датчики и измерители температуры 4, плотности сусла 5, датчик и измеритель кислотности сусла 6, а также датчик верхнего уровня 7 и датчик нижнего уровня 8 сусла в котле. Контейнер-дозатор технологических добавок 9 с управляемым краном 10, предназначенный для внесения в сусло добавок в качестве корректирующих мероприятий для приведения к стандарту фактических параметров сусла. Подача сусла в котел 1 после фильтрации затора осуществляется порционно через выносной пастеризатор 11 через управляемый кран 12, причем подача в котел пастеризованного сусла осуществляется через управляемый кран 13, расположенный в нижней части котла 1 над входом в котел циркуляционного насоса 14 и напротив охлаждающего змеевика-теплообменника 15 выносного охлаждающего устройства 16, соединенных посредством управляемого крана 17. Взаимодействие датчиков-измерителей и исполнительных механизмов осуществляется микропроцессором 18 по линиям беспроволочной связи. Пластинчатый выносной выпарной аппарат 19 используется в случаях устранения исправимого брака - чрезмерного разбавления сусла. Откачка охлажденного сусла осуществляется по линии откачки сусла 20; вода для промывки котла подается по линии 21; а сброс промывных вод в канализацию осуществляется по линии 22.

Устройство работает следующим образом,

Отфильтрованный затор в виде сусла поступает через управляемый кран 12 в выносной пастеризатор 11, где выдерживается не более 1 минуты. Затем через кран 13 подается в сусловарочный котел 1, где накапливается до уровня, определенного верхним сигнализатором 7. Плавающая крышка 2 постоянно соответствует уровню наполнения котла 1, при этом датчики и измерители 4, 5, 6 качества сусла постоянно сигнализируют в микропроцессор 18.

Суть известного технического решения: в СВЧ-установке темп нагрева обрабатываемых жидкостей составляет 250-350°С в секунду (тогда как в традиционных пастеризаторах всего 1-5°С). При этом на микроорганизмы действуют три фактора: мгновенный нагрев (около 0,08 с) с созданием мнимого источника тепла внутри бактерий; высокий градиент температуры (от 4 до 350°С в секунду); высокая плотность СВЧ-энергии (не менее 800 Вт/см2). Полная пастеризация пива происходит за 1,5-2,0 секунды. Молниеносность нагрева гарантирует сохранение органолептических характеристик продукта.

Патентный поиск, проведенный по классам МПК Н05В 6/64, А23С 3/07, показал наличие современных решений с достаточным уровнем автоматизации процесса. В качестве аналога мы использовали патент РФ №2106766 «СВЧ-установка» для пастеризации и обеззараживания жидкостей» Таганрогского научно-исследовательского института связи.

Удельный расход электроэнергии для СВЧ-пастеризатора ПМ-4000, серийно выпускаемого торговой компанией «Диалог», составляет 23 кВт/л [http://www.ptechnology.ru/Main Part/PishaTech/PishaTech13.html].

Обработанная в выносном пастеризаторе порция сусла поступает через управляемый кран 13, расположенный в нижней части сусловарочного котла 1, что обеспечивает частичное перемешивание осадка сусла, возможного от предыдущих порций закачки. Гомогенизации температуры сусла по всему объему способствует работа циркуляционного насоса 13, периодически включаемого по команде микропроцессора 18 между циклами закачки пастеризованного сусла. Охлаждение всего объема находящегося в котле 1 сусла осуществляется при контакте сусла со змеевиком-теплообменником 15 холодильной установки 16 через управляемый кран 17. При этом запрограммированные и контролируемые параметры сусла, находящегося внутри котла 1 (температура, плотность, кислотность), измеряются датчиками и приборами-измерителями 4, 5, 6, размещенными на плавающей крышке 2 котла 1, конструктивно всегда расположенными в верхних слоях накапливающегося стерилизованного сусла. Информационный (мониторинговый) поток в микропроцессор 18 позволяет вести дистанционное программируемое управление процессом накопления сусла, подготавливаемого к этапу основного брожения. Соотношения показателей расходомера (на фиг.1 не показан) при входе в выносной СВЧ-пастеризатор 11 с заведомо известными объемами котла 1 между верхним 7 и нижним 8-8 измерителями уровней сусла в котле 1 позволяют контролировать объем сусла, подаваемого на фильтрацию. Санитарная обработка котла может осуществляться посредством промывания котла 1 по линии подачи промывной воды 21 с участием циркуляционного насоса 14 и сбросом в канализацию по линии 22.

Охлаждение сусла является обязательным при любых технологиях и рассматривается как способ физико-химической стабилизации пива (охлаждение пивного сусла снижением его температуры до 5-7°С) [Раздел 7. Охлаждение и осветление сусла // Технологическая инструкция по производству солода и пива: ТИ 18-6-47-85. - М., 1985. - С.91.; Повышение физико-химической стабильности пива путем его охлаждения /Donhauser S// Brew. and Beverage Ind. Int. - 1997. - №2. - С.88-89]. Перекачка охлажденного сусла на фильтрацию перед подачей в ЦКТ производится по команде управляющего микропроцессора по показаниям уровнемеров 7, 8-8, свидетельствующим о заполнении котла 1.

Заявляемое техническое решение, кроме существенного снижения энергозатрат (на длительное кипячение) относительно прототипа, имеет и другое преимущество, а именно стерилизация сусла, предназначенного для основного брожения, исключает этап кипячения с хмелем и проводится как низкотемпературная СВЧ-стерилизация. Это исключает накопление в составе сусла токсичных психогенных соединений белков с углеводами, известных как 2-тиобарбитуровая кислота, меланоидины, пиридины и пиримидины.

В предлагаемом нами техническом решении охлаждение сусла проводится в сусловарочном котле посредством встроенного холодильника - внутрикотлового змеевика-теплообменника 15-16-17 с циркуляцией хладагента. При этом длительность работы циркуляционного насоса 14, гомогенизирующего температуру сусла по объему котла 1, управляется микропроцессором 18 по показаниям погружных термодатчиков, расположенных на «плавающей крышке» 2 сусловарочного котла 1 (см. фиг.1). Применение разработанной нами технологии делает излишними конструктивные решения внекотловых теплообменников, таких как многочисленные модификации охлаждения и осветления пивного сусла: на холодильной тарелке, в отстойном и в гидроциклонном аппаратах, в сепараторе, на фильтрах, трубчатых и пластинчатых теплообменниках [Основные процессы пивоварения. Охлаждение и осветление пивного сусла / Ермолаева Г.А. // Пиво и напитки. - 1998. - №3. - С.10-13].

Этап «Внесение биомассы дрожжей с добавлением селенита натрия на этапе основного брожения»

Процесс основного брожения по состоянию на сегодняшний день представляет собой недопустимое совмещение двух разнородных биотехнологических процессов, требующих для оптимизации различных технологических условий: аэробное размножение дрожжей на неполноценной по составу культуральной среде (сусло) и анаэробный процесс гликолиза (ферментами дрожжей) углеводной составляющей сусла.

Проведенный нами анализ научно-технических решений в области интенсификации процессов основного брожения пивного сусла показал стремление технологов сократить сроки приготовления пива, ускорить процесс основного брожения путем подбора особых условий технологического процесса, в первую очередь путем изменения способа введения семенных дрожжей с их предварительной обработкой, изменения температурного режима брожения для сокращения продолжительности брожения [Мальцев П.М. Технология солода и пива. Специальный курс, издательство «Пищевая промышленность», 1964, 859 с.; Ф.Главачек, А.Лхотский. Пивоварение, перевод с чешского, М.: Пищевая промышленность, 1977; Иванова Л.А. Разработка и обоснование способов совершенствования биотехнологии и повышения качества светлого пива. Автореферат дис. д-ра техн. наук: 05.18.07. М., МГУПП, 1999, и др.].

В частности, специальные исследования Ивановой Л.А. [Иванова, Л.А. Разработка и обоснование способов совершенствования биотехнологии и повышения качества светлого пива. Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.18.07 / Л.А.Иванова. - М.: МГУПП, 1999. - 49 с.] показали, что увеличение температуры брожения (+6; +10; +12; +16; +20°С) или количества семенных дрожжей (от 2,0·106 до 494,0·106 кл./см3) хотя и приводило к увеличению скорости сбраживания сахаров сусла и существенному сокращению продолжительности брожения, но при одинаковом накоплении этилового спирта (3,0-3,2 мас.%). При этом установлено, что за счет увеличения дозы семенных дрожжей в указанном диапазоне достигалось 4,6-24-кратное сокращение длительности сбраживания сахаров в сусле, тогда как увеличение температуры от 6,0 до 20,0°С дало лишь 3,5-18-кратное возрастание скорости брожения. Причем прирост количества клеток по отношению к исходному засеву, характеризующий интенсивность размножения дрожжей, с увеличением нормы засева непрерывно снижался. Это свидетельствует о том, что условия размножения дрожжей с повышением температуры и увеличением засева ухудшаются быстрее, чем при низких температурах брожения. Автором экспериментально установлен факт, что повышение дозы семенных дрожжей способствовало снижению конечного количества диацетила и ацетоина в 1,8 и 1,2 раза соответственно по сравнению с молодым пивом при контрольном засеве; аналогичным образом при повышении температуры с 6 до 12°С содержание этих компонентов выявлено в 1,2 раза меньше, чем в контрольном молодом и готовом пиве. При этом удалось сократить технологический цикл производства пива в 1,4-2,3 раза.

На основании этих данных нами сделаны выводы:

во-первых, регулируя количество семенных дрожжей и температуру основного брожения, можно более чем в 20 раз сократить время полного сбраживания сахаров сусла без сверхбыстрого накопления побочных продуктов брожения;

во-вторых, условия размножения дрожжей в производственном сусле не являются оптимальными для прироста биомассы, так как прирост биомассы составил всего 28,98·10кл./см3 в сутки при величине засева даже в 500,0·106 при температуре +20°С.

При анализе существующих технологий основного брожения мы установили, что условия, технологически создаваемые в ЦКТ при существующих технологиях пивоварения, неблагоприятны для роста и размножения дрожжей по параметрам температуры, насыщения сусла кислородом, неполноценному для роста биомассы составу сусла, а так же из-за эффекта Грабтри. Эффект Грабтри является причиной того, что при разведении дрожжей в сусле невозможно препятствовать образованию этилового спирта, блокирующего размножение дрожжей путем уничтожения молодых почкующихся клеток [Magner, H.J., Annemuller, G.; Speed of Yeast Propagation in Breweries-Basis for Planning and Sizing a Yeast Propagation Plant. Brauwelt Internat. 19, 2001, 117-123; Гавин Миллар и др. «ЦКТ пивзавода «Велке Поповице» // Пиво и жизнь, 2003. С.17-21 // www.propivo.ru, Beer & Life magazine].

При этом для роста биомассы дрожжей требуется температурный оптимум +32°С, тогда как для гликолиза высокоплотного сусла - от +5 до +12°С.

Кроме того, пивным дрожжам для размножения требуется до 12,0 мг О2/л, а для тканевого дыхания в анаэробном процессе гликолиза концентрация растворенного кислорода не должна быть выше О2=0,015-0,03 мг/л (ниже этой концентрации рост культуры ограничивается). При этом для роста биомассы требуется полный набор аминокислот, минералов и витаминов. Несовпадение по трем главным параметрам процесса приводит к тому, что при внесении семенных дрожжей в ЦКТ они испытывают питательный стресс в виде двух-трехдневной адаптации. С одной стороны, в начале основного брожения, известного как «лаг фаза» и фаза «экспоненциального или логарифмического роста», дрожжи набирают биомассу и адаптируются к условиям ЦКТ. При этом требуется технологическая аэрация всего объема сусла. Однако уже через два дня для активизации процессов гликолиза избыток кислорода становится вредным и сдерживающим процесс брожения фактором. Быстро изменить качество сусла в ЦКТ практически невозможно: требуется не только существенно снизить температуру всего объема ЦКТ, но и существенно изменить химический состав сусла:

а) для фазы роста биомассы дрожжей требуется избыток аминного азота, от которого в дальнейшем приходится избавляться, так как он существенно искажает качество конечного продукта;

б) для роста дрожжей требуется особый набор минеральных веществ, который не используется на последующих этапах брожения (см. ниже);

в) для роста дрожжевой массы расходуются основные запасы витаминов солода, от нехватки которых в сусле зависит замедление скорости роста биомассы и ухудшается функциональное состояние дрожжей, от которого зависит сам процесс основного брожения.

С другой стороны, специальные исследования показали, что условия, благоприятствующие чрезмерному росту дрожжей, будут ухудшать процесс брожения [Крюгер, Лин. Обмен веществ дрожжей и его влияние на вкус и аромат пива / Лин Крюгер // Спутник пивовара. - 1999. - Весна. - С.39-48].

На наш взгляд техническим решением возникшей проблемы должно быть ее разделение на две части:

а) с одной стороны, создание оптимальных условий для роста биомассы дрожжей и насыщения их потребностей в кислороде, витаминах и минералах в условиях увеличенного по объему танка разбраживания;

б) а с другой стороны, создание в ЦКТ оптимальных условий для гликолиза как основного процесса главного брожения.

Таким образом, мы предлагаем рост и увеличение объемов семенных дрожжей вести не путем многократных пересевов из емкости в емкость с удвоением объема добавляемого стерильного сусла, как это рекомендует ТИ 18-6-47-85, а непосредственно готовить требуемую биомассу дрожжей «до окончательного количества» (термин по патенту США №4507325, 1985 г.) в дополнительном «танке разбраживания» по технологиям микробиологической промышленности, касающейся получения биомассы дрожжей.

Известно, что при засеве 0,5 л жидких дрожжей на 1 гл пива и при нормально протекающем брожении обычно получается четырехкратный прирост дрожжей [Мальцев, П.М. Технология солода и пива: специальный курс / П.М.Мальцев. - М.: Пищ. пром-сть, 1964, с.497-500]. Наиболее продвинутые пивовары, последовательно сбраживая сусло в одном танке разбраживания, в течение 7-8 дней получают 2500 гл дрожжевой разводки в стадии высоких завитков [Г.Миллар и др. ЦКТ пивзавода «Велке Поповице»: пропагатор дрожжей, двухстороннее наполнение, промывка и гомогенизация дрожжей с помощью СО2 // Пиво и жизнь, с.17-21 // www.propivo.ru].

Анализ направления научно-технического развития в вопросе технологии внесения пивных дрожжей показал стремление пивоваров организовать дробное повторное введение в сусло больших доз дрожжей и сахаров в количестве, зависящем от скорости усвоения сахаров дрожжами [патент США №4971808, кл. С12С 7/00, 1990]. При этом солодовое сусло сначала сбраживают до образования биомассы дрожжей в половинном объеме от окончательного количества, добавляют сахар в течение такого времени, чтобы не происходило роста сбраживаемого экстракта и не возникло осмотического удара (по дрожжам), после чего продолжают брожение [патент США №4507325, кл. С12С 11/00, 1985].

Аналогом нашего технического решения послужил «Способ производства крепкого пива» [патент РФ №2086622, С12С 7/00, заявл. 15.10.1996; опубл. 10.08.1997; Бюл. №9 / Способ производства крепкого пива. Беличенко A.M., Голикова Н.В., Айвазян С.С.], который отличается от американских прототипов тем, что активизацию жидких дрожжей низового брожения осуществляют 12-24 часа при температуре 6-8°С в 3-5-кратном объеме воды к объему жидких дрожжей с добавлением 2-3-кратной массы солодового концентрата к массе жидких дрожжей. При этом начиная со вторых суток брожения вносят дробно сахара и жидкие дрожжи низового брожения 0,05-0,06% к объему пива в каждой разовой задаче (всего 0,1-0,2% дрожжей к объему пива).

Недостатком способа является факт проведения размножения пивных дрожжей на неполноценной культуральной среде и не при оптимальных для размножения дрожжей температурных и кислородных условиях.

«Способ размножения пивных дрожжей в одном танке»

Данный раздел предлагаемого изобретения является неотъемлемой частью заявляемого способа производства пива, а именно размножения семенных пивных дрожжей как этапа способа «внесение биомассы дрожжей и проведение основного брожения».

В реальных производствах интенсификацию процессов приготовления пива предлагают проводить путем специальной подготовки и активизации заквасных культур дрожжей техническими способами [Горелова О.В. Интенсификация процессов приготовления пива путем активизации заквасных дрожжей. Автореф. дис. к.т.н., М., 1983; Пермякова Л.В. Разработка способа подготовки засевных дрожжей с целью интенсификации процессов приготовления пива. Автореф. дис. к.т.н., М., 1987];

электрофизическими методами [Прохоренкова Г.К. Интенсификация процесса приготовления пивного сусла с применением электрофизических методов. 1984. (Московский ин-т пищевой промышленности)] либо путем интенсификации массообменных процессов в ферментерах с механическим перемешиванием [Борисов В.Л. Интенсификация массообменных процессов в ферментерах с механическим перемешиванием. Автореф. дис. к.т.н., Киев, 1989].

Результаты нельзя назвать обнадеживающими. Так при изучении влияния обработки дрожжей в роторно-пульсационном аппарате, в том числе с добавлением в 11% пивное сусло 5-10% молочной сыворотки в соотношении 1:1 или 1:0,5, обнаружено возрастание в дрожжевой суспензии количества мертвых клеток на 9,2-14,8% (при контроле - на 11,3-21,8%) [Помозова, В.А. Активация пивных дрожжей / В.А.Помозова, Л. В. Пермякова, Е.А.Сафонова, В.В.Артемасов // Пиво и напитки. - 2002. - №2. - С.26-27].

Нельзя не согласиться с мнением английского специалиста в области разведения пивных дрожжей [Quain, D.Е. Внесение дрожжей и их разведение // Новое в пивоварении / ред. Ч.У.Бэмфорт.- СПб.: Профессия, 2007. - С.193], что «разведение дрожжей относится, прежде всего, к их простому размножению, а не к производству пива».

ТИ 18-6-47-85 предлагает рост и увеличение объемов семенных дрожжей вести путем многократных пересевов из емкости в емкость с удвоением объема добавляемого стерильного сусла, используемого как культуральная среда. Процедура очень длительная и трудоемкая.

Для ускоренного получения биомассы дрожжей известны как составы культуральных сред, так и условия получения оптимального объема биомассы дрожжей. Кроме основного поставщика углерода и азота показан оптимальный состав минеральных добавок. Так, Жан-Амадрик дю Шаффот и Клод Раймон Магно, Франция [патент №484696, МПК7 С12С 11/18, заявл. 11.04.1973; опубл. 15.09.1975; Бюл. №34 / Способ получения биомассы], оптимальным считают состав среды г/л: H3PO4=1,84; KCl=1,16; MnSO4=0,024; Mg(OH)2=0,078; FeSO4·7H2O=0,08; ZnSO4· 7H2O=0,158; CuSO4·5H2O=0,0004; при рН 4,5. Рихтер Клаус с соавторами [патент №554281, С12С 11/18, заявл. 28.05.1974; опубл. 15.04.1975 / Способ получения биомассы] считают оптимальным состав культуральной среды в пересчете на 10 г сухих дрожжей: NH4Cl=4,0; K2HBO4=1,2; MgSO4=0,8; CuSO4·2H2О=0,0048; CoSO4·5H2O=0,0012; MnSO4·4H2O=0,0096; Mg·BO4=0,014; FeCl2=0,0084; CaCl2·6H2O=0,0144; Na2MoO4=0,0018; ZnCL2·7H2O=0,0017. При температуре раствора +30°С и рН 3,8 клеточная концентрация составила 30 г/кг при продуктивности 2 г/кг/ч.

Отечественный институт микробиологии им. А.Ксерхенштейна [а.с. 282249, С12С 11/00, Б.И. №21, 1974, М.Е.Бекер и др. «Способ производства микробной биомассы»] рекомендует следующий набор микроэлементов из расчета на 100 г сухой биомассы дрожжей: CoCO3=0,00032-0,001; CuSO4=0,0075-0,0125; MnSO4=0,0003 5-0,0125; FeSO4=0,00375-0,0075; KI=0,00035-0,025; ZnSO4=0,0075; (NH4)2MoO4=0,00075.

Любая из приведенных минеральных добавок среды ускорит процесс размножения биомассы кормовых дрожжей. Однако эти разработки непригодны для целей пивоварения в связи с тем, что авторы использовали в качестве источника углерода и азота для роста дрожжей метанол или газойль Иранской нефти (прямоцепочные углеводы с содержанием в молекуле более 10 углеродных атомов). Их остаточные концентрации могут оказаться в готовом продукте, повысить токсичность пива или изменить его органолептические свойства.

Из альтернативных решений, взятых нами за прототип, нам кажется более обоснованным способ разведения пивных дрожжей в одном танке, детально разработанный Вакенбауэром [Wackenerbauer, K., Zufall,C: Dresdner Brauertag, 17.04.1998, ref. Briforum 5 (1998, s.133-134]. При этом способе чистая культура из колбы Карлсберга размножается в одном танке так долго, пока ее количество не будет достаточно для внесения в обычный танк для брожения. При этом способе разведения дрожжей в одном танке проводят активную аэрацию размножающихся дрожжей стерильным воздухом, которая приводит к постоянному поддерживанию их во взвешенном состоянии, что благоприятно отражается на их способности к размножению. Этим этот способ аэрации выгодно отличается от более современных [Федоренко, Б.Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование отрасли / Б.И.Федоренко. - СПб.: Профессия, 2009. - С.152] и более экономичных способов оксигенации сусла в пропагаторе путем использования мембранных технологий разделения воздуха без его предварительной стерилизации. Способ Вакенбауэра реализуется пропагатором, представляющим собой цилиндроконический танк, который снабжен рубашкой, служащей для подвода пара и охлаждающей среды, и кроме вакуумных и предохранительных клапанов танк оборудован моющими головками. Через 2,5-3 дня наращивают объем дрожжей, достаточный для одной варки. При этом стерильный воздух подается через аэрационную насадку: в первый день - 1 минута через интервал 15 минут, во второй день - 1 минута через интервал в 5 минут. Конструкцию этого пропагатора как устройства, реализующего способ-прототип, мы приняли за прототип, назвав его «танк разбраживания» (см. фиг.2).

Недостатком способа является использование сусла как неполноценной культуральной среды при отсутствии специально адаптированных сред. В этих условиях на каждом этапе разведения дрожжей число клеток может соответствовать только верхней границе максимума [Manger, H.J., Annemuller, G.: Speed of Yeast Propagation in Breweries-Basis for Planning and Sizing a Yeast Propagatin Plant. Brauwelt Intemat. 19, 2001, 117-123]. При этом возникает т.н. «эффект Грабтри». Эффект Грабтри является причиной того, что при разведении дрожжей в сусле невозможно препятствовать образованию этилового спирта, блокирующего размножение дрожжей путем уничтожения молодых почкующихся клеток [Magner, H.J., Annemuller, G.; Speed of Yeast Propagation in Breweries-Basis for Planning and Sizing a Yeast Propagation Plant. Brauwelt Internal. 19, 2001, 117-123; Гавин Миллар и др. «ЦКТ пивзавода «Велке Поповице», Пиво и жизнь, 2003. С. 17-21 // www.propivo.ru, Beer & Life magazine].

Мировой научно-технический прогресс производства дрожжей идет в направлении использования отходов пищевых производств путем их ферментативной обработки для подготовки возможности использования маточными дрожжам<

Комментарии

Изобретение "СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА" (Третьяк Людмила Николаевна, Герасимов Евгений Михайлович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
ЛЕОНАРДО да ВИНЧИ (Leonardo da Vinci) С УДОСТОВЕРЕНИЕМ ЛАУРЕАТА