Text
                    КУН
3-е издание. Перевод 9-го немецкого издания (2007г)
GD

ВОЛЬФГАНГ КУНЦЕ ТЕХНОЛОГИЯ СОЛОДА и ПИВА Перевод 9-го немецкого издания (2007 г.) 11 глава подготовлена при участии д-ра X. Ю. Мангера Санкт-Петербург 2009
УДК 663.4 (035) ББК 36.87я2 К 91 Кунце, В. К91 Технология солода и пива. — 3-е изд., перераб. и доп. — Пер. с нем. 9-го изд. — СПб.: Профессия, 2009. — 1064 с., ил., табл. ISBN 978-5-93913-162-9 ISBN 978-3-921690-56-7 (нем.) В переводе 9-го немецкого издания (2007 г.) этой всемирно известной как «библия пивовара» книге содержатся все необходимые пивоварам сведения. По сравнению с предыдущим русским изданием объем книги увеличился примерно на 200 с. благодаря многочисленным авторским добавлениям и рисункам. Подробно рассмотрены типы и виды необходимого для приготовления солода и пива сырья, используемого оборудования, типы и сорта готового пива, а также методы его оценки. Большое внимание уделено вопросам водоподготовки, стойкости пива, его розливу в различные емкости и проблемам энергообеспечения солодовенных предприятий и пивзаводов. Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав. При подготовке настоящего издания были использованы фрагменты переводов, выполненных при подготовке предыдущего издания В. А. Калашнииковым, А. М. Калашниковой и Л. А. Шумаковой, а также редакционные замечания к предыдущему изданию канд. техн, наук В. Б. Тихонова, канд. техн, наук К. В. Кобелева и д-ра техн, наук, проф. А. В. Орещенко. ©VLB Berlin, 2007 © Издательство «Профессия» (перевод, оформление), 2009 © Дарков Г. В. (перевод: гл. 2-4,7), 2009 © Куреленков А. А. (перевод: введение, гл. 1,5-6,8-11), 2009 ISBN 978-5-93913-162-9 ISBN 978-3-921690-56-7 (нем.) УДК 663.4 (035) ББК36.87я2
WOLFGANG KUNZE TECHNOLOGIE Brauer&MaIzer Kapitel 11 In Zusammenarbeit mit Dr. Hans-Jiirgen Manger 9. vollstandig iiberarbeitete Auflage BERLIN Vnud»undljhmM № 8nu««l to tain Herausgegeben durch
Перечень изданий этой книги в разных странах 1961 — 1-е немецкое издание 1967 — 2-е немецкое издание 1975 — 3-е немецкое издание 1978 — 4-е немецкое издание 1979 — 5-е немецкое издание 1983 — 1-е венгерское издание 1989 — 6-е немецкое издание 1994 — 7-е немецкое издание 1996 — 1-е международное издание (на англ, яз.) 1998 — 8-е немецкое издание 1998 — 1-е китайское издание 1998 — 1-е сербское издание 1999 — 2-е международное издание (на англ.яз.) 1999 — 1-е польское издание 2001 — 1-е русское издание 2003 — 2-е русское издание 2004 — 3-е международное издание (на англ.яз.) 2006 — 1-е испанское издание 2007 — 9-е немецкое издание 2007 — 2-е китайское издание 2009 — 3-е русское издание
Обращение к читателю Компания «Каргилл», признанный де- ловой партнер ведущих пивоваренных компаний мира, широко предлагаю- щий новые сырьевые, технологические, управленческие и финансовые решения, рада представить российскому читателю очередное обновленное издание класси- ческого фундаментального труда по тех- нологии пивоваренного производства. Участвуя в подготовке этого издания, мы хотели бы быть полезными российским пивоварам не только в традиционной для нас области поставок пивоваренно- го солода, мальтозных сиропов и специ- альных ингредиентов для производства пива, но и в более широком обеспечении их специализированной теоретической и прикладной информацией. Пивоваренная индустрия удивительным образом сочетает многовековые традиции и специфику современного высокотехнологического производства. Классическая монография Вольфганга Кунце, ставшая одним из наиболее авторитетных учебни- ков по искусству пивоварения, методично и детально подводит читателя к глубокому пониманию процесса пивоварения как в целом, так и в отдельных деталях, служит руководством к осмысленному контролированию и управлению технологией произ- водства. Мы искренне рады разделить с Вами удовольствие от прочтения этой блестящей книги Эндрю Гласс, руководитель подразделения «Пищевые продукты «Каргилл», Россия»
Предисловие автора к русскому изданию Эта книга первоначально задумывалась как учеб- ник для пивоваров и специалистов солодовенного производства и в этом качестве хорошо себя зареко- мендовала в течение десятилетий. Кроме того, в рас- ширенном варианте она стала важным источником информации и предметом изучения для существенно более широкого круга заинтересованных лиц. С момента выхода в свет ее первого немецкого из- дания прошло уже почти полстолетия. За это время произошли поистине революционные изменения в научных основах, технике и технологии солодораще- ния и пивоварения. Предлагаемый читателю перевод 9-го немецкого издания отражает современный уровень знаний, техники и технологии солодоращения и пивоварения. Я посвящаю это русское издание всем моим многочисленным русскоговорящим друзьям на пи- воваренных предприятиях разных стран. Гигантское скачок производства пива в русскоговорящих странах выдвигает необходимость повышения квалификации со- трудников этой отрасли, и наша книга призвана оказать им важное и всестороннее содействие. Чтобы донести до читателя многогранную и очень сложную тему, я постарался представить материал максимально наглядно, доходчиво и убедительно. Важнейшие аспекты проиллюстрированы рисунками, фотографиями и схемами. Конечно, книга такого большого объема не могла бы состояться без многочис- ленных помощников, чьи рекомендации, советы и предоставленная информа- ция способствовали успешной работе. Я очень признателен за благожелательную поддержку, оказанную мне профессорами и сотрудниками Берлинского научно- исследовательского и учебного центра пивоварения (VLB) и Технического универ- ситета г. Мюнхена (г. Вайенштефан), а также многим обязан сотрудникам заводов и фирм, выпускающих оборудование и аппараты для пивоваренных производств, за предоставление необходимых мне материалов. Я особенно признателен руководству Берлинского научно-исследовательского и учебного центра пивоварения (VLB), а также г-ну Олафу Хенделю (Olaf Hendet), руководителю издательского отдела VLB, за исключительную помощь, а также художнику-дизайнеру г-же Анне Кулесса (Атте Kulessa) за помощь в подготовки ил- люстраций. Особую благодарность я выражаю руководителям Санкт-Петербургского изда- тельства «Профессия» за их большую помощь в подготовке 3-го русского издания нашей книги. Вольфганг Кунце
Содержание Обращение к читателю........................................................................6 Предисловие автора к русскому изданию.......................................................7 Введение Пиво — древнейший народный напиток.........................................................23 Нормативно-правовая база производства пива в ФРГ...........................................37 1. Сырье 1.1. Ячмень................................................................................39 1.1.1. Группы и сорта ячменя..........................................................39 1.1.1.1. Группы ячменя.........................................................40 1.1.1.2. Сорта ячменя..........................................................40 1.1.2. Возделывание ячменя............................................................41 1.1.3. Строение ячменного зерна.......................................................42 1.1.3.1. Наружное строение.....................................................42 1.1.3.2. Внутреннее строение...................................................43 1.1.4. Состав и свойства отдельных частей ячменя......................................45 1.1.4.1. Углеводы..............................................................45 1.1.4.2. Белковые вещества.....................................................48 1.1.4.3. Жиры (липиды).........................................................50 1.1.4.4. Минеральные вещества..................................................51 1.1.4.5. Прочие вещества.......................................................52 1.1.5. Оценка качества ячменя.........................................................55 1.1.5.1. Визуальное и ручное обследование......................................55 1.1.5.2. Технохимический анализ................................................56 1.1.5.3. Физиологические исследования..........................................58 1.2. Хмель.................................................................................59 1.2.1. Области возделывания хмеля.....................................................59 1.2.2. Сбор, сушка и предохранение хмеля от порчи.....................................62 1.2.2.1. Сбор хмеля............................................................62 1.2.2.2. Сушка хмеля...........................................................62 1.2.2.3. Стабилизирующая обработка.............................................62 1.2.3. Строение хмелевой шишки........................................................62 1.2.4. Состав и свойства компонентов хмеля............................................63 1.2.4.1. Горькие вещества или хмелевые смолы...................................63 1.2.4.2. Хмелевое эфирное масло................................................65 1.2.4.3. Дубильные вещества (полифенолы).......................................66 1.2.4.4. Белковые вещества.....................................................66 1.2.5. Оценка качества хмеля..........................................................67 1.2.5.1. Ручная оценка качества хмеля в шишках.................................67 1.2.5.2. Содержание в хмеле горьких веществ....................................69 1.2.6. Сорта хмеля....................................................................69 1.2.7. Хмелепродукты..................................................................71 1.2.7.1. Гранулированный хмель.................................................71 1.2.7.2. Экстракты хмеля.......................................................74 1.3. Вода..................................................................................79 1.3.1. Круговорот воды в природе......................................................79 1.3.2. Потребление воды в пивоваренном производстве...................................79 1.3.3.1. Забор подземных вод...................................................81 1.3.3.2. Забор родниковых вод..................................................83 1.3.3.3. Забор поверхностных вод...............................................83 1.3.3.4. Значение собственного водоснабженния..................................83 1.3.4. Требования к воде..............................................................83 1.3.4.1. Требования к питьевой воде............................................84 1.3.4.2. Требования к воде для пивоварения......................................84 1.3.4.3. Значение отдельных ионов...............................................87
Содержание 9 1.3.5. Способы улучшения состава воды..............................................88 1.3.5.1. Способы удаления взвешенных частиц..................................88 1.3.5.2. Удаление растворенных в воде веществ................................89 1.3.5.3. Способы улучшения остаточной щелочности.............................90 1.3.5.4. Обеззараживание воды................................................92 1.3.5.5. Способы деаэрации воды..............................................93 1.3.6. Возможности сбережения воды.................................................95 1.4. Дрожжи............................................................................95 1.4.1. Строение и состав дрожжевой клетки..........................................96 1.4.2. Обмен веществ дрожжевой клетки..............................................99 1.4.3. Размножение и рост дрожжей.................................................100 1.4.4. Характеристики пивоваренных дрожжей........................................102 1.4.4.1. Морфологические признаки...........................................102 1.4.4.2. Физиологические различия...........................................103 1.4.4.3. Технологические различия при сбраживании...........................103 1.4.4.4. Систематическая классификация......................................103 1.5. Несоложеное сырье.................................................................104 1.5.1. Кукуруза...................................................................104 1.5.2. Рис........................................................................105 1.5.3. Ячмень.....................................................................106 1.5.4. Сорго......................................................................106 1.5.5. Пшеница....................................................................107 1.5.6. Сахар......................................................................107 1.5.7. Глюкозный сироп............................................................109 1.5.8. Сахарный колер.............................................................109 2. Производство солода 2.1. Приемка, очистка, сортирование и транспортирование ячменя.........................112 2.1.1. Приемка ячменя.............................................................113 2.1.1.1. Приемка ячменя с рельсового или автомобильного транспорта..........113 2.1.1.2. Приемка ячменя с водного транспорта.................................ИЗ 2.1.2. Очистка и сортирование ячменя..............................................114 2.1.2.1. Предварительная очистка ячменя.....................................115 2.1.2.2. Магнитные сепараторы...............................................116 2.1.2.З. Камнеотборник......................................................118 2.1.2.4. Обоечная машина....................................................119 2.1.2.5. Триер..............................................................119 2.1.2.6. Сортирование ячменя................................................121 2.1.3. Транспортирование ячменя и солода..........................................123 2.1.3.1. Механические транспортные средства.................................124 2.1.З.2. Пневматические транспортные средства...............................129 2.1.4. Установки пылеудаления.....................................................132 2.1.4.1. Циклоны............................................................133 2.1.4.2. Пылеотделительный фильтр...........................................133 2.2. Сушка и хранение ячменя...........................................................136 2.2.1. Дыхание ячменя.............................................................136 2.2.2. Сушка ячменя...............................................................137 2.2.3. Охлаждение ячменя..........................................................138 2.2.4. Хранение ячменя............................................................139 2.2.4.1. Хранение в силосах.................................................139 2.2.4.2. Хранение на складах................................................140 2.2.4.3. Заражение вредителями..............................................140 2.3. Замачивание ячменя................................................................142 2.3.1. Процессы, происходящие при замачивании.....................................142 2.3.1.1. Водопоглощение.....................................................142 2.З.1.2. Снабжение кислородом...............................................145 2.3.1.3. Очистка............................................................145
10 Содержание 2.3.2. Замочные чаны............................................................145 2.3.3. Проведение замачивания...................................................151 2.4. Проращивание ячменя.............................................................152 2.4.1. Процессы, происходящие при проращивании..................................152 2.4.1.1. Процессы роста...................................................153 2.4.1.2. Образование ферментов............................................154 2.4.1.3. Превращения веществ при проращивании.............................155 2.4.1.4. Проведение проращивания (выводы).................................163 2.4.2. Способы проращивания.....................................................163 2.4.2.1. Токовая солодовня................................................163 2.4.2.2. Системы солодоращения с подачей воздуха..........................164 2.4.2.3. Проведение проращивания..........................................175 2.4.2.4. Контроль проращивания............................................175 2.5. Сушка солода....................................................................176 2.5.1. Изменения при сушке......................................................176 2.5.1.1. Понижение влажности..............................................177 2.5.1.2. Прерывание процессов прорастания и растворения...................177 2.5.1.3. Образование красящих и ароматических веществ (реакции Майяра)....177 2.5.1.4. Образование ДМС при сушке........................................179 2.5.1.5. Влияние температуры и продолжительности сушки....................179 2.5.1.6. Образование нитрозаминов.........................................180 2.5.1.7. Инактивация ферментов............................................181 2.5.2. Устройство сушилок.......................................................181 2.5.2.1. Отопление и вентиляция сушилки...................................181 2.5.2.2. Двухъярусные сушилки (старая конструкция)........................184 2.5.2.3. Сушилки с опрокидывающейся решеткой..............................184 2.5.2.4. Горизонтальные сушилки с погрузочно-разгрузочными устройствами...184 2.5.2.5. Вертикальные сушилки.............................................187 2.5.3. Процесс сушки............................................................188 2.5.3.1. Производство светлого солода (пильзенского типа).................189 2.5.3.2. Производство темного солода (мюнхенского типа)...................189 2.5.3.3. Выгрузка солода из сушилки.......................................191 2.5.3.4. Контроль процесса сушки..........................................191 2.6. Обработка солода после сушки....................................................191 2.6.1. Охлаждение высушенного солода............................................191 2.6.2. Очистка солода...........................................................191 2.6.3. Хранение солода..........................................................192 2.6.4. Полировка солода.........................................................192 2.7. Выход солода в производстве.....................................................193 2.8. Оценка качества солода..........................................................193 2.8.1. Визуальное и ручное обследование.........................................193 2.8.2. Механические методы анализа..............................................194 2.8.2.1. Сортировка.......................................................194 2.8.2.2. Масса 1000 зерен.................................................194 2.8.2.3. Масса гектолитра.................................................194 2.8.2.4. Проба на плавучесть (погружение).................................194 2.8.2.5. Стекловидность...................................................194 2.8.2.6. Рыхлость.........................................................194 2.8.2.7. Длина зародышевого листка........................................194 2.8.2.8. Способность к прорастанию........................................195 2.8.2.Э. Плотность........................................................195 2.8.2.10. Метод окрашивания среза зерна...................................195 2.8.3. Технохимический контроль.................................................195 2.8.З.1. Влажность........................................................195 2.8.3.2. Конгрессный способ затирания.....................................195 2.8.4. Договор на поставку солода...............................................199
Содержание 11 2.9. Специальные типы солода и солод из прочих зерновых..............................200 2.9.1. Светлый солод пильзенского типа.........................................201 2.9.2. Темный солод мюнхенского типа...........................................201 2.9.3. Темный солод венского типа..............................................201 2.9.4. Томленый солод..........................................................201 2.9.5. Карамельный солод.......................................................202 2.9.6. Кислый солод............................................................203 2.9.7. Солод короткого ращения и наклюнувшийся солод...........................204 2.9.8. «Копченый» солод........................................................204 2.9.9. Диастатический солод....................................................204 2.9.10. Жженый солод............................................................204 2.9.11. «Красящее» пиво из солода с высокой цветностью..........................205 2.9.12. Пшеничный солод.........................................................205 2.9.13. Солодовый экстракт......................................................206 2.9.14. Солод из прочих хлебных злаков..........................................207 2.9.15. Солод из сорго..........................................................208 2.9.16. Применение различных типов солода для приготовления пива разного типа (по Нарциссу, [24])..............................................................209 2.10. Техника безопасности в солодовенном предприятии (цехе).........................211 3. Производство сусла 3.1. Дробление солода................................................................214 3.1.1. Подработка солода........................................................214 3.1.1.1. Удаление из солода пыли и камней................................214 3.1.1.2. Взвешивание засыпи..............................................215 3.1.2. Основы дробления.........................................................217 3.1.3. Сухое дробление..........................................................218 3.1.3.1. Шестивальцовые дробилки.........................................219 3.1.3.2. Пятивальцовые дробилки..........................................220 З.1.З.З. Четырехвальцовые дробилки.......................................220 З.1.З.4. Двухвальцовые дробилки..........................................222 3.1.3.5. Вальцы дробилки.................................................222 3.1.3.6. Кондиционированное сухое дробление..............................224 3.1.3.7. Бункер для дробленых зернопродуктов.............................225 3.1.3.8. Молотковые дробилки.............................................226 3.1.4. Мокрое дробление.........................................................227 3.1.5. Замочное кондиционирование...............................................227 3.1.6. Тонкое измельчение зерна с водой.........................................232 3.1.7. Оценка качества помола...................................................233 3.2. Затирание.......................................................................235 3.2.1. Превращения веществ при затирании.......................................235 3.2.1.1. Цель затирания..................................................235 3.2.1.2. Свойства ферментов..............................................235 З.2.1.З. Расщепление крахмала............................................237 3.2.1.4. Расщепление 0-глюкана...........................................242 3.2.1.5. Расщепление белковых веществ....................................246 З.2.1.6. Превращения жирных кислот (липидов).............................248 З.2.1.7. Прочие процессы расщепления и растворения.......................250 З.2.1.8. Биологическое подкисление.......................................251 3.2.1.9. Состав экстрактивных веществ сусла..............................256 3.2.1.10. Заключительные рекомендации по проведению затирания.............257 3.2.2. Заторные аппараты.......................................................258 3.2.2.1. Устройство заторного аппарата...................................258 3.2.3. Начало затирания........................................................263 3.2.3.1. идромодуль затора...............................................263 3.2.3.2. Температура начала затирания....................................263 3.2.3.3. Смешивание воды и дробленого солода.............................265
12 Содержание 3.2.4. Способы затирания.........................................................267 3.2.4.1. Различные точки зрения на проведение затирания...................267 3.2.4.2. Настойные способы................................................270 3.2.4.3. Отварочные (декокционные) способы затирания......................271 3.2.5. Продолжительность затирания...............................................285 3.2.6. Контроль затирания........................................................285 3.2.7. Интенсивность затирания...................................................286 3.3. Фильтрование затора..............................................................286 3.3.1. Первое сусло и промывные воды.............................................286 3.3.2. Последняя промывная вода..................................................288 3.3.3. Фильтрационный чан........................................................288 3.3.3.1. Фильтрчан старой конструкции.....................................289 3.3.3.2. Фильтрационные чаны новой конструкции............................291 З.З.З.З. Последовательность операций при работе на фильтрчане.............297 3.3.4. Фильтрование на заторном фильтр-прессе....................................300 3.3.4.1. Фильтр-пресс старой конструкции..................................300 3.3.4.2. Фильтр-пресс нового поколения....................................301 3.3.5. Дробина...................................................................309 3.3.5.1. Транспортирование дробины........................................310 3.3.5.2. Анализ дробины...................................................311 3.4. Кипячение сусла.................................................................312 3.4.1. Процессы, происходящие при кипячении сусла................................312 3.4.1.1. Растворение и превращения составных частей хмеля.................313 3.4.1.2. Образование соединений белковых и дубильных веществ и их коагуляция .... 314 3.4.1.4. Стерилизация сусла...............................................316 З.4.1.5. Расщепление ферментов............................................316 3.4.1.6. Повышение цветности сусла........................................316 3.4.1.7. Повышение кислотности сусла......................................317 3.4.1.8. Образование редуцирующих веществ (редуктонов)....................317 3.4.1.9. Испарение нежелательных ароматических веществ....................318 3.4.1.10. Содержание цинка в сусле........................................320 3.4.1.11. Неохмеленное сусло..............................................320 3.4.2. Устройство и обогрев сусловарочного котла.................................320 3.4.2.1. Сусловарочный котел с прямым обогревом...........................320 3.4.2.2. Сусловарочный котел с паровым обогревом..........................321 3.4.2.3. Сусловарочные котлы с кипячением при низком избыточном давлении..324 3.4.2.4. Высокотемпературное кипячение сусла..............................334 3.4.2.5. Системы энергосбережения при кипячении сусла.....................336 3.4.2.6. Другие современные системы кипячения сусла.......................342 3.4.2.7. Потребление энергии при кипячении сусла..........................355 3.4.2.8. Конденсат вторичного пара........................................356 3.4.2.9. Сборник сусла....................................................357 3.4.3. Технология кипячения сусла.................................................357 3.4.3.1. Кипячение сусла..................................................357 3.4.3.2. Внесение хмеля...................................................358 3.4.4. Контроль готового сусла....................................................362 3.5. Выход экстракта в варочном цехе.................................................363 3.5.1. Расчет выхода экстракта в варочном цехе...................................363 3.5.1.1. Определение массовой доли сухих веществ..........................364 3.5.1.2. Определение объемно-массовой доли сухих веществ в сусле (содержание экстракта в 1 гл сусла).......................................365 3.5.1.3. Пересчет объема горячего охмеленного сусла на холодное сусло.....366 3.5.1.4. Расчет массы экстракта, полученного в варочном цехе...............367 3.5.1.5. Определение выхода экстракта (Э) в варочном цехе..................367 3.5.2. Факторы, оказывающие влияние на выход экстракта в варочном цехе............367 3.5.3. Пример расчета выхода экстракта в варочном цехе............................370
Содержание 13 3.6. Состав оборудования варочного цеха.................................:...............371 3.6.1. Количество аппаратов и их размещение.......................................371 3.6.2. Размеры аппаратов варочного цеха...........................................371 3.6.3. Материалы для изготовления емкостей варочного цеха.......................372 3.6.4. Производственная мощность варочного цеха.................................373 3.6.5. Варочные агрегаты специальной конструкции..................................373 3.6.5.1. Варочные агрегаты мини-пивзаводов ресторанного типа.................374 3.6.5.2. Интегральный варочный агрегат.......................................374 3.6.5.3. Экспериментальные и учебные варочные агрегаты.......................374 3.7. Перекачка горячего охмеленного сусла...............................................375 3.8. Отделение взвесей горячего сусла...................................................376 3.8.1. Холодильная тарелка.........................................................376 3.8.2. Отстойный чан...............................................................377 3.8.3. Вирпул......................................................................377 3.8.3.1. Принцип действия вирпула............................................378 3.8.3.2. Конструкция вирпула.................................................380 3.8.3.3. Технология осветления сусла в вирпуле...............................381 3.8.4. Сепараторы..................................................................383 3.8.4.1. Принцип центрифугирования...........................................383 3.8.4.2. Виды центробежных сепараторов (центрифуг)...........................384 3.8.4.3. Устройство и способ действия саморазгружающихся сепараторов.........384 3.8.4.4. Оценка метода осветления горячего сусла на центробежных сепараторах.387 3.8.5. Получение сусла из белкового отстоя.........................................387 3.9. Охлаждение и подготовка сусла к брожению...........................................388 3.9.1. Процессы при охлаждении....................................................388 3.9.1.1. Охлаждение сусла....................................................388 3.9.1.2. Оптимальное удаление образующихся взвесей холодного сусла...........388 3.9.1.3. Аэрация сусла.......................................................389 3.9.1.4. Изменения экстрактивности сусла.....................................389 3.9.2. Аппараты для охлаждения сусла..............................................390 3.9.2.1. Устройство пластинчатого теплообменника.............................390 3.9.2.2. Принцип работы пластинчатого холодильника...........................391 3.9.2.3. Преимущества пластинчатого холодильника.............................394 3.9.3. Аэрация сусла..............................................................394 3.9.3.1. Устройства для аэрации сусла........................................395 3.9.3.2. Момент проведения аэрации дрожжей...................................396 3.9.4. Аппараты для удаления взвесей холодного сусла..............................397 3.9.4.1. Кизельгуровый (диатомитовый) фильтр.................................397 3.9.4.2. Флотация............................................................397 3.9.4.3. Сепарирование холодного сусла.......................................398 3.9.5. Компоновка оборудования линии охлаждения сусла.............................398 3.10. Управление и контроль технологических процессов производства сусла................398 3.11. Техника безопасности при производстве сусла.......................................400 3.11.1. Предупреждение несчастных случаев вблизи дробилки..........................400 3.11.2. Предупреждение несчастных случаев при работах в аппаратах варочного цеха...402 3.11.3. Предупреждение несчастных случаев при работе с сепараторами................402 4. Производство пива (брожение, созревание и фильтрование) 4.1. Превращения при брожении и созревании........................................... 403 4.1.1. Дрожжи как важнейший партнер пивовара......................................403 4.1.2. Метаболизм дрожжей.........................................................405 4.1.2.1. Сбраживание сахаров.................................................406 4.1.2.2. Метаболизм азотистых веществ........................................410 4.1.2.3. Метаболизм жиров....................................................412 4.1.2.4. Метаболизм углеводов................................................413 4.1.2.5. Метаболизм минеральных веществ......................................414 4.1.3. Образование и расщепление побочных продуктов брожения......................415
14 Содержание 4.1.3.1. Диацетил (вицинальные дикетоны)..................................416 4.1.З.2. Альдегиды (карбонилы)............................................419 4.1.З.З. Высшие спирты....................................................419 4.1.З.4. Эфиры............................................................420 4.1.3.5. Серосодержащие соединения........................................421 4.1.3.6. Органические кислоты.............................................422 4.1.3.7. Критерии оценки ароматических веществ пива по Миеданеру (Miedanetj .... 423 4.1.4. Другие процессы и превращения............................................424 4.1.4.1. Изменения состава белковых веществ...............................424 4.1.4.2. Снижение значения pH.............................................424 4.1.4.З. Изменение окислительно-восстановительного потенциала.............425 4.1.4.4. Изменение цветности пива.........................................425 4.1.4.5. Выделение горьких и дубильных веществ............................425 4.1.4.6. Насыщенность пива СО2............................................426 4.1.4.7. Осветление и коллоидная стабилизация.............................426 4.1.5. Влияние на дрожжи различных факторов.....................................426 4.1.6. Флокуляция дрожжей (хлопьеобразование)...................................428 4.1.7. Дегенерация дрожжей......................................................429 4.1.8. Физиологическое состояние дрожжей........................................429 4.2. Разведение чистой культуры дрожжей..............................................430 4.2.1. Факторы, определяющие размножение дрожжей................................431 4.2.2. Выделение пригодных дрожжевых клеток.....................................432 4.2.3. Разведение чистой культуры в лаборатории.................................432 4.2.4. Разведение чистой культуры на производстве...............................433 4.2.4.1. Установки для выращивания чистой культуры дрожжей................434 4.2.4.2. Ассимиляционный способ...........................................438 4.2.4.3. Способ разведения дрожжей в одном танке..........................439 4.2.4.4. Выращивание дрожжей открытым способом............................440 4.3. Классическое брожение и созревание..............................................442 4.3.1. Бродильные чаны и оснащение бродильного отделения........................442 4.3.1.1. Бродильные чаны..................................................442 4.3.1.2. Оснащение открытого бродильного отделения........................443 4.3.2. Выход экстракта в бродильном отделении...................................444 4.3.3. Главное брожение в открытых чанах........................................445 4.3.3.1. Внесение дрожжей.................................................445 4.3.3.2. Технология брожения в чане.......................................449 4.3.3.3. Степень сбраживания..............................................450 4.3.3.4. Перекачка пива из бродильного отделения..........................453 4.3.4. Сбор дрожжей из чана.....................................................456 4.3.5. Процессы, протекающие при созревании пива в танках традиционной конструкции.... 456 4.3.5.1. Насыщение пива диоксидом углерода под избыточным давлением.......456 4.3.5.2. Осветление пива..................................................457 4.3.6. Устройство классического отделения дображивания..........................458 4.3.6.1. Устройство отделения дображивания................................458 4.3.6.2. Лагерные танки (танки дображивания)..............................458 4.3.7. Дображивание в лагерных танках...........................................460 4.3.7.1. Перекачка пива...................................................460 4.3.7.2. Шпунтование......................................................460 4.3.8. Соединение лагерного танка с линией розлива..............................462 4.3.8.1. Установление соединения..........................................462 4.3.8.2. Давление при опорожнении танка...................................462 4.3.9. Перекачка из танков......................................................463 4.3.9.1. Смеситель........................................................463 4.3.9.2. Регулятор давления...............................................463 4.3.9.3. Получение пива из лагерного осадка...............................463 4.3.9.4. Глубокое охлаждение пива.........................................463
Содержание 15 4.3.9.5. Фильтрационные остатки..............................................464 4.4. Брожение и созревание в цилиндрокониче-ских танках.................................464 4.4.1. Конструкция и установка цилиндроконических танков...........................464 4.4.1.1. Изготовление, форма и материал ЦКТ..................................464 4.4.1.2. Размер ЦКТ..........................................................465 4.4.1.3. Установка и расположение ЦКТ........................................467 4.4.2. Оборудование ЦКТ............................................................468 4.4.2.1. Контрольные приборы, элементы для обслуживания танка и предохранительная арматура.................................................469 4.4.2.2. Охлаждение ЦКТ......................................................476 4.4.2.3. Автоматизация и управление охлаждением..............................483 4.4.3. Брожение и созревание в ЦКТ.................................................485 4.4.3.1. Некоторые аспекты брожения и созревания в ЦКТ.......................486 4.4.3.2. Холодное брожение — холодное созревание.............................489 4.4.3.3. Холодное брожение с частичным созреванием в ЦКТ.....................490 4.4.3.4. Теплое брожение без давления — холодное созревание..................490 4.4.3.5. Брожение под давлением..............................................491 4.4.3.6. Холодное брожение — теплое созревание...............................492 4.4.3.7. Холодное главное брожение с запрограммированным созреванием.........492 4.4.3.8. Теплое главное брожение с нормальным или форсированным созреванием.... 493 4.4.4. Сбор дрожжей из ЦКТ........................................................493 4.4.4.1. Момент сбора дрожжей................................................494 4.4.4.2. Методы сбора дрожжей................................................495 4.4.4.3. Обработка и хранение семенных дрожжей...............................496 4.4.4.4. Контроль семенных дрожжей...........................................497 4.4.5. Качество пива перед фильтрованием...........................................498 4.4.6. Рекуперация пива из избыточных дрожжей (пиво из дрожжей и лагерного осадка).498 4.4.6.1. Разделение пива и дрожжей путем седиментации и фильтрования.........499 4.4.6.2. Сепарирование дрожжей...............................................499 4.4.6.3. Разделение с помощью декантера......................................500 4.4.6.4. Мембранное фильтрование дрожжей.....................................500 4.4.6.5. Вибрационное микрофильтрование......................................501 4.4.6.6. Обработка пива, рекуперированного из избыточных дрожжей.............501 4.4.6.7. Обработка смеси «вода-пиво».........................................502 4.4.7. Рекуперация СО2.............................................................503 4.4.8. Иммобилизованные дрожжи.....................................................504 4.5. Фильтрование пива..................................................................505 4.5.1. Виды фильтрования...........................................................506 4.5.1.1. Механизмы осаждения.................................................506 4.5.1.2. Фильтрующие перегородки.............................................507 4.5.1.3. Вспомогательные фильтрующие средства................................508 4.5.2. Виды фильтров...............................................................511 4.5.2.1. Масс-фильтр.........................................................512 4.5.2.2. Намывные фильтры....................................................513 4.5.2.3. Пластинчатый фильтр-пресс...........................................527 4.5.2.4. Мембранные фильтры..................................................528 4.5.2.5. Фильтрационная система Мульти-Микро {Multi-Micro)...................530 4.5.2.6. Тонкость фильтрования...............................................531 4.5.2.7. Фильтрование пива без использования кизельгура......................531 4.6. Стабилизация пива..................................................................542 4.6.1. Биологическая стабилизация пива.............................................543 4.6.1.1. Пастеризация........................................................544 4.6.1.2. Пастеризация в потоке...............................................544 4.6.1.3. Горячий розлив пива.................................................546 4.6.1.4. Пастеризация в туннельном пастеризаторе.............................547 4.6.1.5. Холодно-стерильный розлив пива......................................547
16 Содержание 4.6.2. Коллоидная стабилизация пива...............................................548 4.6.2.1. Характер коллоидного помутнения...................................548 4.6.2.2. Улучшение коллоидной стойкости пива...............................550 4.6.2.3. Технологические пути улучшения коллоидной стойкости пива...........550 4.6.2.4. Использование стабилизирующих средств.............................551 4.6.2.5. Внесение готовых хмелепродуктов...................................558 4.6.3. Фильтрационная линия.......................................................558 4.6.4. Вкусовая стойкость пива....................................................561 4.6.4.1. Процесс старения..................................................561 4.6.4.2. Факторы, улучшающие вкусовую стойкость............................563 4.6.4.3. Приемы, позволяющие исключить попадание кислорода на пути от лагерного танка до розлива...............................................565 4.6.4.4. Приемы, позволяющие исключить отрицательное изменение вкуса после розлива...............................................................566 4.7. Карбонизация пива.................................................................568 4.8. Особые способы приготовления пива.................................................569 4.8.1. Высокоплотное пивоварение..................................................569 4.8.2. Изготовление ледяного пива (Eisbier).......................................572 4.8.3. Методы удаления спирта из пива.............................................573 4.8.З.1. Мембранные методы.................................................574 4.8.3.2. Термические способы удаления спирта/дистилляция...................577 4.8.3.3. Подавление образования спирта.....................................581 4.9. Техника безопасности в отделениях брожения, дображивания и фильтрования............583 4.9.1. Несчастные случаи из-за углекислоты брожения...............................583 4.9.2. Техника безопасности при работе с ЦКТ......................................585 4.9.3. Техника безопасности при работе с кизельгуром..............................585 4.9.4. Общие указания по технике безопасности.....................................586 5. Розлив пива 5.1. Розлив в бутылки многоразового использования......................................587 5.1.1. Стеклянные бутылки многоразового использования.............................587 5.1.1.1. Преимущества и недостатки бутылок многоразового использования.....587 5.1.1.2. Изготовление стеклянных бутылок...................................587 5.1.1.3. Формы бутылок.....................................................587 5.1.1.4. Цвет бутылки......................................................589 5.1.1.5. Обработка поверхности бутылки.....................................589 5.1.1.6. Износ (скаффинг)..................................................590 5.1.1.7. Дополнительная защитная обработка бутылок.........................590 5.1.1.8. Бутылки многоразового использования из легкого стекла с полимерным покрытием......................................................590 5.1.1.9. Последовательность технологических операций при использовании многоразовых стеклянных бутылок.............................................591 5.1.2. Мойка многоразовых бутылок.................................................591 5.1.2.1. Факторы, влияющие на чистоту......................................591 5.1.2.2. Бутылкомоечные машины.............................................592 5.1.2.3. Щелочной моющий раствор...........................................607 5.1.2.4. Техническое обслуживание и уход за бутылкомоечной машиной.........612 5.1.2.5. Распаковка новых стеклянных бутылок и металлических банок.........612 5.1.3. Контроль вымытых многоразовых стеклянных бутылок...........................612 5.1.4. Наполнение бутылок.........................................................619 5.1.4.1. Основные принципы розлива.........................................619 5.1.4.2. Принципиальные конструктивные решения блоков розлива и укупорки....623 5.1.4.3. Основные узлы блока розлива и укупорки............................623 5.1.4.4. Конструкция и принцип действия наполнительных устройств...........626 5.1.4.5. Способ вспрыска воды под высоким давлением........................640 5.1.5. Укупоривание бутылок........................................................642 5.1.5.1. Укупоривание бутылок кронен-пробками...............................642
Содержание 17 5.1.5.2. Укупорка пробкой с пружинным хомутом ..........................647 5.1.6. Промывка блока розлива и укупорки.......................................649 5.1.7. Контроль наполненных и укупоренных бутылок..............................653 5.1.7.1. Контроль уровня наполнения.....................................653 5.1.7.2. Кислород в горлышке бутылки....................................654 5.1.8. Пастеризация в бутылках................................................657 5.1.8.1. Обоснование пастеризации в бутылках............................657 5.1.8.2. Важнейшие конструктивные элементы туннельных пастеризаторов....658 5.1.8.3. Система обеспечения необходимого количества ПЕ.................660 5.1.9. Этикетирование и фольгирование бутылок.................................661 5.1.9.1. Этикетки и фольга..............................................662 5.1.9.2. Этикеточный клей...............................................664 5.1.9.3. Основной принцип нанесения этикеток............................665 5.1.9.4. Конструктивные элементы этикетировочного автомата..............666 5.1.9.5. Нанесение фольги на горлышко бутылки...........................668 5.1.10. Датирование............................................................668 5.1.11. Контроль этикетирования................................................670 5.2. Особенности розлива в стеклянные одноразовые бутылки...........................670 5.2.1. Депаллетизация новых стеклянных бутылок................................670 5.2.2. Ополаскивание..........................................................670 5.3. Розлив в ПЭТ-бутылки...........................................................671 5.3.1. ПЭТ-бутылки............................................................672 53.1.1. Структурные свойства ПЭТ.......................................672 53.1.2. Барьерные свойства ПЭТ.........................................672 53.1.3. Способы улучшения барьерных свойств............................673 53.1.4. Значение поглотителей кислорода................................675 5.3.2. Изготовление ПЭТ-бутылок...............................................676 5.3.2. 1. Изготовление преформ...........................................676 53.2.2. Формование и выдувание ПЭТ-бутылок.............................676 5.3.23. Контроль изготовленных ПЭТ-бутылок.............................679 53.2.4. Ополаскивание новых бутылок....................................679 5.3.3. Транспортировка пустых ПЭТ-бутылок.....................................679 5.3.4. Процесс розлива в ПЭТ-бутылки..........................................680 5.3.5. Укупоривание ПЭТ-бутылок...............................................692 5.3.5. 1. Пластмассовые винтовые колпачки................................692 53.5.2. Алюминиевые колпачки...........................................695 5.3.6. Этикетирование ПЭТ-бутылок.............................................697 5.4. Розлив в многоразовые пластиковые бутылки......................................699 5.4.1. Полиэтиленнафталат (ПЭН)...............................................699 5.4.2. Мойка многоразовых пластиковых бутылок.................................699 5.4.3. Инспектирование многоразовых пластиковых бутылок.......................699 5.5. Розлив пива в банки............................................................704 5.5.1. Банки и их укупоривание................................................704 5.5.2. Складирование, расформировывание паллет и поддонов, перемещение пустых банок.... 708 5.5.3. Инспектирование пустых банок...........................................709 5.5.4. Ополаскивание банок....................................................709 5.5.5. Наполнение банок.......................................................710 5.5.5.1. Механизированные установки розлива в банки.....................711 5.5.5.2. Установка розлива с дозированием по объему.....................716 5.5.6. Укупоривание банок.....................................................716 5.5.7. Мойка блоков розлива и укупорки банок..................................726 5.5.8. Виджеты................................................................727 5.5.9. Инспектирование полных банок...........................................729 5.5.10. Пастеризация напитков в банках.........................................729 5.5.11. Круговое этикетирование банок..........................................729 5.5.12. Датирование банок......................................................731
18 Содержание 5.6. Розлив в бочки, кеги, специальные бочонки и большие жестяные банки...............732 5.6.1. Розлив в деревянные бочки и бочонки.......................................732 5.6.2. Кеги и фитинги.............................................................735 5.6.2.1. Материал, форма и размеры кегов...................................735 5.6.2.2. Арматура кегов (фитинги)..........................................736 5.6.3. Мойка и наполнение кегов...................................................738 5.6.3.1. Мойка кегов.......................................................739 5.6.3.2. Наполнение кегов..................................................740 5.6.4. Линия розлива в кеги......................................................741 5.6.5. Розлив в малые и специальные бочонки.......................................741 5.6.6. Розлив в большие банки.....................................................742 5.7. Групповая упаковка и транспортирование............................................742 5.7.1. Транспортная упаковка бутылок и банок.....................................743 5.7.2. Обработка пластмассовых ящиков.............................................745 5.7.2.1. Отбраковка «чужих» и поврежденных ящиков и бутылок................746 5.7.2.2. Мойка ящиков......................................................746 5.7.2.3. Складирование ящиков..............................................746 5.7.3. Транспортное оборудование..................................................748 5.7.3.1. Транспортировка бутылок и банок...................................748 5.7.3.2. Транспортировка групповых упаковок (товарных единиц)..............752 5.7.4. Выемка бутылок и укладка их в ящики.......................................753 5.7.4.1. Захватные головки и захватные патроны.............................753 5.7.4.2. Виды укладчиков...................................................754 5.7.5. Оборудование для паллетизации и депаллетизации............................761 5.7.5.1. Роботизированные комплексы........................................761 5.7.5.2. Конструкция и принцип действия паллетизаторов и депаллетизаторов..763 5.7.5.3. Штабелирование паллет.............................................765 5.7.5.4. Транспортные средства для механизации погрузочно-разгрузочных работ с паллетами...............................................................766 5.7.5.5. Складирование поддонов ...........................................766 5.7.5.6. Устройства для подачи групповых упаковок к паллетизаторам.........766 5.7.5.7. Промежуточное хранение поддонов...................................766 5.7.5.8. Контроль поддонов.................................................766 5.7.5.Э. Крепление груза на поддонах.......................................767 5.7.5.10. Паллетизация при розливе в кеги..................................767 5.8. Комплектная линия розлива........................................................767 5.9. Потери пива......................................................................773 5.9.1. Расчет объема товарного пива..............................................773 5.9.2. Снятие остатков и пересчет на товарное пиво...............................773 5.9.3. Расчет потерь по жидкой фазе..............................................774 5.9.4. Расчет расхода солода (кг/гл пива)........................................775 5.9.5. Оценка потерь и возможности их снижения...................................776 Общие места образования потерь.............................................776 6. Мойка и дезинфекция 6.1. Материалы, используемые для изготовления емкостей и трубопроводов, и их устойчивость по отношению к моющим средствам.....................................779 6.1.1. Емкости из алюминия.......................................................779 6.1.2. Емкости, трубопроводы и арматура из нержавеющей стали.....................780 6.1.3. Шланги и уплотнения.......................................................782 6.2. Моющие средства..................................................................783 6.3. Дезинфицирующие средства.........................................................785 6.4. Проведение СТР-мойки и дезинфекции...............................................786 6.5. Процесс мойки....................................................................793 6.6. Механическая мойка...............................................................794 6.7. Контроль мойки и дезинфекции.....................................................795 6.8. Меры безопасности при проведении мойки и дезинфекции.............................795
Содержание 19 7. Готовое пиво 7.1. Химический состав пива.................................................................797 7.1.1. Компоненты пива.................................................................797 7.1.2. Пиво и здоровье.................................................................800 7.2. Органолептические показатели пива......................................................802 7.2.1. Аромат и вкус пива..............................................................802 7.2.1.1. Аромат пива............................................................802 7.2.1.2. Полнота вкуса..........................................................805 7.2.1.З. Игристость.............................................................806 7.2.1.4. Горечь пива............................................................806 7.2.2. Пенистость и пеностойкость пива.................................................807 7.3.1. Пиво верхового брожения.........................................................811 7.3.1.1. Особенности верхового брожения.........................................811 7.З.1.2. Пшеничное пиво типа Вайцен.............................................814 7.З.1.З. «Белое» пиво типа Берлинер Вайсе (Berliner Weisse).....................819 7.З.1.4. «Старое» пиво типа Альт (Alt)..........................................819 7.3.1.5. Пиво Кёлып ( Koelsch)..................................................820 7.3.1.6. Эль....................................................................820 7.З.1.7. Стаут (Stout)..........................................................821 7.3.1.8. Портер (Porter)........................................................821 7.3.1.9. Бельгийские типы пива..................................................821 7.3.2. Типы и сорта пива низового брожения.............................................823 7.З.2.1. Пиво типа Пилзнер (Pilsner)............................................823 7.3.2.2. Пиво типа Лагер/Фолль (Lager/Voll).....................................824 7.3.2.3. Пиво типа Export.......................................................825 7.3.2.4. Пиво типа «Шварц» (Schwarzbiere, Черное пиво)..........................825 7.3.2.5. Пиво типа «Фест» (Festbiere, «Праздничное»)............................826 7.3.2.6. Пиво Айс (Eisbier, «Ледяное»)..........................................826 7.3.2.7. Пиво типа «Мерцен» (Maerzen)...........................................826 7.3.2.8. Пиво типа Бок (Bockbier)...............................................826 7.3.2.9. Пиво «Двойной Бок» (Doppelbock)........................................827 7.3.2.10. Безалкогольное пиво...................................................827 7.3.2.11. Диетическое пиво......................................................828 7.3.2.12. Легкое пиво (Leicht, Light)...........................................829 7.3.2.13. Солодовый напиток («солодовое пиво»)..................................830 7.3.2.14. Типы пива, производимые в незначительных количествах..................831 7.3.2.15. Смешанные напитки на основе пива......................................831 7.3.3. Тенденции в приготовлении типов и сортов пива без учета немецкого Закона о чистоте пивоварения...........................................................833 7.4. Контроль качества......................................................................836 7.4.1. Дегустация пива.................................................................836 7.4.2. Микробиологическое исследование.................................................838 7.4.3. Анализ пива.....................................................................842 7.4.3.1. Определение содержания спирта, действительного экстракта и концентрации начального сусла.................................................842 7.4.3.2. Определение цветности пива.............................................846 7.4.3.3. Определение значения pH................................................848 7.4.3.4. Определение содержания кислорода в пиве................................848 7.4.3.5. Определение содержания диацетила в пиве................................849 7.4.3.6. Определение пеностойкости..............................................849 7.4.3.7. Определение содержания диоксида углерода...............................851 7.4.3.8. Определение содержания горьких веществ (в единицах горечи).............851 7.4.3.9. Определение склонности к помутнению....................................851 7.4.3.10. Фильтруемость пива....................................................852 7.4.3.11. Прочие методы анализа.................................................853 7.5. Лабораторное оборудование и измерительная техника......................................853
20 Содержание 7.5.1. Приборы для измерения температуры...........................................854 7.5.2. Расходомеры.................................................................854 7.5.3. Измерительные преобразователи уровня........................................855 7.5.4. Измерительные преобразователи плотности.....................................856 7.5.5. Оптические онлайновые приборы...............................................857 7.5.6. Приборы для измерения содержания кислорода..................................859 7.5.7. Измерение значения pH.......................................................859 7.5.8. Измерение электрической проводимости........................................859 7.5.9. Датчики сигнализации предельного уровня.....................................859 7.5.10. Измерение давления.........................................................859 8. Малые пивоваренные производства 8.1. Барные и ресторанные мини-пивзаводы................................................862 8.2. Производственный мини-пивзавод.....................................................868 8.3. Любительское пивоварение...........................................................869 9. Утилизация отходов и охрана окружающей среды 9.1. Законодательство об охране окружающей среды........................................875 9.2. Сточные воды.......................................................................875 9.2.1. Расходы на водоочистку и водоотведение......................................876 9.2.2. Основные понятия, имеющие отношение к сточным водам.........................878 9.2.3. Очистка сточных вод.........................................................880 9.2.3.1. Устройства и сооружения для аэробной очистки сточных вод............880 9.2.3.2. Установки для анаэробной очистки сточных вод........................880 9.2.3.3. Объемы и состав промышленных стоков пивоваренного предприятия.......882 9.2.3.4. Очистка стоков с использованием смесительных и распределительных бассейнов................................................883 9.3. Остатки материалов и отходы........................................................884 9.3.1. Пивная и хмелевая дробина...................................................885 9.3.2. Взвеси......................................................................887 9.3.3. Остаточные дрожжи...........................................................887 9.3.4. Кизельгуровый шлам..........................................................887 9.3.5. Старые этикетки.............................................................888 9.3.6. Бой стекла..................................................................888 9.3.7. Банки для пива..............................................................888 9.3.8. Небольшие по объемам отходы.................................................889 9.4. Промышленные выбросы...............................................................889 9.4.1. Пыль и пылевые выбросы......................................................889 9.4.2. Выбросы из варочного цеха...................................................889 9.4.3. Выбросы продуктов сгорания..................................................890 9.4.4. Шумы........................................................................890 9.5. Вторичная переработка ПЭТ-бутылок..................................................890 10. Энергетическое хозяйство на пивоваренных и солодовенных предприятиях 10.1. Потребление энергии при производстве солода и пива................................891 10.2. Паровые котельные агрегаты........................................................892 10.2.1. Виды топлива...............................................................893 10.2.2. Пар........................................................................894 10.2.2.1. Теплота парообразования............................................894 10.2.2.2. Влажный пар........................................................895 10.2.2.3. Перегретый пар.....................................................895 10.2.2.4. Горячая вода.......................................................895 10.2.3. Паровой котел..............................................................896 10.2.3.1. Классификация паровых котлов.......................................896 10.2.3.2. Типы конструкций паровых котлов....................................896 10.2.3.3. Трехходовой котел..................................................897 10.2.3.4. Рекуперация энергиии повышение КПД.................................900 10.2.4. Паросиловые установки......................................................901
Содержание 21 10.2.5. Блочные теплоэлектростанции...............................................902 10.3. Холодильные установки.......................................................903 10.3.1. Хладагенты и хладоносители................................................903 10.3.1.1. Хладагенты........................................................903 10.3.1.2. Хладоносители.....................................................904 10.3.1.3. Принцип действия установок холодильных установок..................905 10.3.2. Компрессионные холодильные установки......................................910 10.3.2.1. Принцип действия..................................................910 10.3.2.2. Испарители........................................................911 10.3.2.3. Компрессор........................................................912 10.3.2.4. Конденсаторы......................................................914 10.3.2.5. Регулирующий клапан...............................................916 10.3.2.5. Накопитель ледяной воды...........................................916 10.3.3. Абсорбционная холодильная установка.......................................917 10.3.4. Охлаждение помещений и жидкостей..........................................918 10.3.4.1. Охлаждение традиционных бродильных цехов и отделений дображивания.... 918 10.3.4.2. Современные холодильные установки.................................919 10.3.4.3. Охлаждение жидкостей..............................................921 10.3.5. Рекомендации по повышению экономичности эксплуатации холодильной установки .. 922 10.4. Электроборудование...............................................................924 10.4.1. Получение электроэнергии..................................................924 10.4.2. Коэффициент мощности cos <р...............................................924 10.4.3. Преобразование (трансформация) электрического тока........................927 10.4.4. Меры безопасности.........................................................927 10.4.5. Рекомендации по экономичному расходу электроэнергии.......................928 10.5. Насосы, вентиляторы, компрессоры.................................................929 10.5.1. Насосы....................................................................929 10.5.1.1. Лопастные насосы..................................................929 10.5.1.2. Объемные насосы...................................................933 10.5.1.3. Расчет параметров насосов.........................................938 10.5.1.4. Регулирование числа оборотов насосов..............................939 10.5.1.5. Торцевое уплотнение...............................................940 10.5.2. Вентиляторы...............................................................940 10.5.2.1. Осевые вентиляторы................................................941 10.5.2.2. Центробежные вентиляторы..........................................941 10.5.3. Компрессорные установки для сжатого воздуха...............................941 10.5.3.1. Компрессоры.......................................................943 10.5.3.2. Осушители воздуха.................................................945 10.5.3.3. Ресивер...........................................................948 10.5.3.4. Трубопроводы высокого давления....................................949 10.5.3.5. Воздушные фильтры.................................................949 10.6. Рост энергопотребления в мире....................................................950 11. Автоматизация и проектирование пивоваренных предприятий 11.1. Рекомендации по применению средств КИПиА.........................................953 11.1.1. Общие рекомендации........................................................953 11.1.2. Требования к погрешностям измерений.......................................954 11.1.3. Требования, предъявляемые к месту монтажа и к совместимости с системами мойки и дезинфекции....................................................955 11.1.4. Требования к надежности и безопасности оборудования.......................956 11.1.5. Требования к техническому обслуживанию и уходу............................957 11.1.6. Требования к средствам автоматизации......................................957 11.2. Проектирование пивоваренных предприятий и оборудования...........................961 11.2.1. Введение..................................................................961 11.2.1.1. Общие замечания...................................................961 11.2.1.2. Общие принципы проектирования оборудования........................961 11.2.2. Основы проектирования промышленного оборудования..........................964
22 Содержание 11.2.3. Варианты проектирования оборудования......................................965 11.2.4. Проектные документы.......................................................967 11.2.4.1. Общие рекомендации...............................................967 11.2.4.2. Технологическая схема............................................968 11.2.4.З. Структурная блок-схема...........................................970 11.2.4.4. Технологическая мнемосхема.......................................971 11.2.4.5. Схема трубопроводной сети и КИПиА................................971 11.2.4.6. Трубная обвязка и схемы монтажа..................................973 11.2.4.7. Описание технологического процесса...............................973 11.2.4.8. Подготовка проектной документации................................974 11.2.5. Рекомендации по содержанию и форме контракта.............................976 11.2.6. Ввод в эксплуатацию и достижение расчетной производительности............977 11.2.7. Завершение проекта.......................................................978 11.2.8. Проектная документация...................................................978 11.3. Конструирование установок и требования к ним....................................979 11.3.1. Общие рекомендации.......................................................979 11.3.2. Условия автоматизации современного оборудования..........................979 11.3.3. Требования к конструкции трубопроводов и аппаратов с учетом предотвращения возможностей контаминации.........................................................980 11.3.4. Требования к надежности работы оборудования..............................980 11.3.4.1. Принцип разделения сред..........................................980 11.3.4.2. Запас прочности оборудования.....................................983 11.3.5. Рекомендации по выполнению трубопроводов.................................984 11.3.5.1. Общие рекомендации...............................................984 11.3.5.2. Виды соединений..................................................985 11.3.5.3. Прокладка трубопроводов и элементы их крепления..................987 11.3.5.4. Скорость течения в трубопроводах. Потери давления................989 11.З.5.5. Меры против гидравлических ударов и вибрации.....................991 11.3.5.6. Продувка трубопроводов. Удаление кислорода.......................993 11.3.5.7. Теплоизоляция трубопроводов......................................993 11.3.5.8. Выпускные отверстия трубопроводов................................994 11.3.5.9. Защита трубопроводов от замерзания и «пробок»....................994 1135.10. «Мертвые зоны» в трубопроводах....................................995 11.3.5.11. Трубопроводы для пара...........................................995 11.3.6. Рекомендации по теплоизоляции............................................995 11.3.6.1. Общие соображения................................................995 11.3.6.2. Предотвращение диффузии водяного пара и образования конденсата....996 11.3.7. Рекомендации по соединению трубопроводов, арматуры и пробоотборникам.....996 11.3.7.1. Общие соображения................................................996 11.3.7.2. Гибкое (ручное) соединение.......................................997 11.3.7.3. Жесткая трубная обвязка..........................................998 11.3.7.4. Арматура для трубопроводов и оборудования........................998 11.3.7.5. Пробоотборная арматура...........................................999 11.3.7.6. Варианты арматуры...............................................1000 11.3.8. Рекомендации по монтажу и эксплуатации СТР-станций......................1005 11.3.9. Рекомендации по хранению химикатов......................................1006 11.3.10. Требования к качеству поверхностей оборудования и аппаратов............1007 Литература...........................................................................1009 Основные единицы измерения...........................................................1016 Список сокращений....................................................................1018 Предметный указатель.................................................................1019
Введение Пиво — древнейший народный напиток Производство пива связано с тремя после- довательными биохимическими процессами: образованием ферментов в прорастающем зерне злаков, превращением этими фермен- тами крахмала в сахара и последующим сбра- живанием сахаров в спирт и СО2. Для изго- товления вина требуется лишь последний процесс, то есть сбраживание сладкого вино- градного сусла. Опьяняющий результат этих процессов известен людям уже многие тысячелетия, хотя первоначально они не осознавали их взаимосвязь и возможность управлять ими. Наши знания о производстве пива человеком теряются в глубине веков. Скорее всего, пиво стали изготовлять в период перехода племен собирателей и охотников к оседлости около 12 000 лет назад; в то время начали и возде- лывать зерновые культуры. Пиво — напиток очень древний, и его исто- рию благодаря раскопкам и археологическим находкам можно проследить на протяжении почти 5000 лет. Самое древнее упоминание пива встречается в шумерской (Месопота- мия) клинописи, датируемой 2800 г. до н. э., где говорится о ежедневном рационе работ- ников, состоявшем из пива и хлеба. При- готовление и продажа пива в розлив были регламентированы в законодательном акте вавилонского царя Хаммурапи (1728-1686 гг. до н. э.). Там приводились и возможные нарушения в этой области. В наше время в Северной Сирии из остат- ков продуктов, обнаруженных в ходе раско- пок поселений позднего бронзового периода (XIII век до н. э.) в хорошо сохранившихся глиняных сосудах, немецким пивоварам уда- лось в местных условиях приготовить пиво так, как его получали и потребляли все слои населения в те времена (так называемым «хо- лодным» способом затирания) [361]. Дальнейший расцвет пивоварение полу- чило в древнем Египте, что засвидетельство- вано в многочисленных рисунках и других археологических находках (рис. 0.1). Здесь нужно заметить, что уже тогда пиво не содержало опасных для человека микро- организмов, и что даже вода, зачастую не- безупречная, могла благодаря брожению и Рис. 0.1. Приготовление пива в Древнем Египте
24 Введение образованию в пиве натуральных кислот обез- зараживаться. Поэтому пиво (а в некоторых местностях — и вино) в течение многих столе- тий являлось ежедневным средством утоле- ния жажды как для господ, так и для простых людей, тогда как в Восточной Азии наибо- лее распространенным напитком был чай. В Европе пиво было любимым напитком уже у древних германцев, а также у скифов и кельтов. Как и повседневная пища, пиво варилось в домашнем хозяйстве женщина- ми — ведь варка пива и выпечка хлеба счи- тались женской работой у всех первобытных народов. В монастырских пивоварнях уже в средние века произошел переход к товарному пивова- рению, то есть пиво готовилось уже не только для собственных потребностей, но и на про- дажу. Одновременно пивоварение превра- тилось в мужскую профессию (см. рис. 0.2 и 0.3) и оставалось таковой во все последующие времена вплоть до наших дней. В XIV веке в качестве единственной пряности для изго- товления пива начали применять хмель (пре- жде применяли смесь различных пряностей, которую называли «грут» — «Grwt»). В Германии в средние века условия для приготовления пива на севере существен- но отличались от условий на юге. На севере право на пивоварение являлось «городским». Осуществлялось оно в крупных городах, та- ких как Бремен, Гамбург или Эйнбек. На юге Германии в XIV веке происходит посте- пенный переход от домашней варки пива к «профессиональной». При этом в городах на пивоваров оказывали существенное адми- нистративное воздействие, выражавшееся в том, что право на пивоварение стало монар- шей привилегией. Это имело особое значение в связи с тем, что в южногерманских землях в раннем средневековье пивоварение стано- вится наиболее распространенным ремеслом. В XV веке положение пивовара как ре- месленника укрепляется, но ограничивается большим числом законоположений, осо- бенно в южной Германии [5]. Организация ремесленного производства, качество конеч- ного продукта и его сбыт должны были со- ответствовать жестким административным требованиям, которые включали в себя даже положение о ценах на дрожжи и надзор за их качеством. Эти требования учитывали прежде всего интересы пекарей, получавших эти дрож- жи от пивоваров, так как в то время и в даль- нейшем монополией на приготовление дрож- жей обладало пивоваренное производство. Неурожай и другие обстоятельства иногда из-за недостатка привычного сырья вынуж- дали применять другие сырьевые продукты. Так, хмель иногда заменяли горькими тра- вами, при приготовлении пива примешива- ли хлебное зерно или перерабатывали более дешевый овес. В связи с применением не- которых трав-заменителей могла возникать опасность для здоровья людей, поэтому во избежание этого административно было установлено, что для приготовления пива может применяться только вода, хмель и со- лод. Первое документальное упоминание об этом содержится в статье 12 принятого Рис. 0.2 (старый 0.2). Пивовар (1397 г.)
Введение 25 Рис. 0.3. Приготовление пива в средние века (1568 г.) в 434 г. закона «Statuta thaberna» г. Вайсензее в Тюрингии. Аналогичные требования к при- готовлению пива были приняты в 1447 г. в г. Мюнхене. Баварский «Указ о чистоте» был подписан 23 апреля 1516 г. на ландстаге в Ингольштадте правителями Вильгельмом IV и Людвигом X (рис. 0.4) и тем самым приоб- рел силу закона. С 1906 г. этот «Указ о чистоте» имеет в Гер- мании силу закона для приготовления пива низового брожения. В соответствии с ним пиво должно изготовляться из ячменного со- лода, хмеля и воды. Целью законодательного регулирования было обеспечение граждан продукцией хо- рошего качества в достаточном объеме по до- ступной цене. На этой основе советы городов регламентировали изготовление продукции в интересах защиты потребителей и уста- навливали цены в соответствии с качеством продукции. Поэтому «Указ о чистоте» мож- но считать первым в мире законом о защите прав потребителей. Тридцатилетняя война отбросила развитие пивоварения назад. Одновременно с введени- ем в обиход новых напитков, таких как чай и кофе, выпуск пива существенно сократился. Позднее во всей Германии и в Богемии (Че- хии) начинает получать признание темное лагерное (от нем. lagern — хранить, выдержи- вать) пиво низового брожения под названием «баварское пиво». Чтобы противостоять про- никновению этого пива, за пределами Бава- рии около 1830 г. были построены пивоварни, производившие его на местах. Изобретение Джеймсом Уаттом в 1765 г. первой паровой машины послужило своего рода «краеугольным камнем» для введения в пивоваренное производство новой техни- ки. В Англии первые паровые машины были применены в 1784 г., и к 1800 г. они получили там широкое распространение. Однако до их появления в Германии прошло значительное время, и лишь в 1846 г. Габриэль Седлмайр после поездки в Англию смонтировал в своей новой пивоварне в Мюнхене паровую маши- ну мощностью 1 л. с. Изобретение в 1871 г. и Ьак'феп/Ьае furan allnnljalbn m rnfern ©tcttnl ttn/vnnb auf bent 2.annbe/ju Faititm picr/mtwc |7исЦ>/ bcnn flllrnn (Serflcn/ljopfJtn/vnb nwffcr/genomcn vnnb g<p:and)t folic nxcbtmXVcIbcc nbcr bifc vnnfctc otbnunfl Рис. 0.4. Отрывок из «Указа о чистоте» от 12 апреля 1516 г. о применении для приготовления пива толь- ко воды, хмеля и ячменя
26 Введение применение в 1876 г. Карлом фон Линде (рис. 0.5) холодильной машины, а также развитие сети железных дорог в последующие деся- тилетия привели во всех развитых странах к созданию новых и реконструкции старых крупных пивоварен. Не случайно первый груз, доставленный по первой немецкой железной дороге в 1836 г., состоял из двух бочек пива. Однако зависи- мость производства от времени года и необ- ходимость запасать зимой естественный лед исчезли прежде всего благодаря появлению холодильных машин. Развитие современных исследований дрожжей и брожения началось в середине XIX в. с работ Фридриха Августа Кюцинга (1807-1893), Теодора Шванна (1810-1882) и Шарля Кажнье де ла Тура (1777-1859), которые независимо друг от друга пришли к выводу, что дрожжи — это живая субстанция, состоящая из отдельных клеток, которая и вызывает брожение [311]. Первым наблюдал размножение отдельных дрожжевых клеток под микроскопом и задокументировал этот процесс Эльхард Мичерлих (1794-1863). Француз Луи Пастер (1822-1895) (рис. 0.6), фактически отец современной микро- биологии, показал, что процессы брожения — это результат деятельности микроорганизмов. Он сформулировал тезис «£а fermentation est la vie sans Гоху gene» («Брожение — жизнь без кислорода»), и именно ему мы обязаны не устаревающими знаниями о брожении и предпосылках для получения стойкого пива (1860 г.). Он пришел к тем же выводам, что и Шванн, однако первоначально считал, что он первым получил эти научные результаты, но в письме к Шванну (1878 г.) Л. Пастер признал его первенство в вопросе связи бро- жения и дрожжей. Тем не менее это никак не умаляет заслуг Л. Пастера в изучении дрож- жей и брожения — даже сам процесс пасте- ризации, то есть придание пиву стойкости (1860 г.), самим своим названием восходит к исследованиям Пастера и полученным им результатам. Важным шагом в исследовании дрожжей стали опыты братьев Ганса и Эдуарда Бух- неров (1846 г.), в которых была предпринята попытка проведения бесклеточного броже- ния с помощью механически измельченных дрожжевых клеток. Доказательство возмож- ности бесклеточного брожения привело к присуждению Эдуарду Бухнеру Нобелевской премии по химии за 1907 г. Благодаря работам Эмиля Христиана Хан- сена (рис. 0.7), который в 1883 г. в Карлсберг- ской лаборатории (г. Копенгаген) разработал метод получения чистой культуры дрожжей, усовершенствованный позднее в 1893 г. Пау- лем Линднером в его «капельном методе», были заложены основы для биологически Рис. 0.5. Карл фон Линде (1842-1934) Рис. 0.6. Луи Пастер (1822-1895) Рис. 0.7. Эмиль Христиан Хансен (1842-1909)
Введение 27 безупречных методик и дана возможность по- лучать чистые расы дрожжей и снижать влия- ние контаминантов. Тем самым появились предпосылки для победоносного шествия светлого пива, кото- рое все больше вытесняло преобладавшее повсеместно темное баварское. Так, в 1842 г. в Пльзене, в бюргерской пивоварне «Бюргер- лихе Браухаус» (позднее Pilsner Urquell) был разработан исходный тип пильзеньского пива, которое широко распространилось по Европе. До сих пор в Германии пиво пильзенского типа «Pilsner» — наиболее потребляемое. В 1875 г. Адольф Буш предложил на американский рынок выпускавшееся по аналогичной тех- нологии на его заводе (Anheuser-Busch) пиво «Budweiser» (Будвайзер), известную сегодня во всем мире и знаменитую торговую марку пива. Наряду с этим в разных странах создава- лись и развивались светлые сорта «лагерного» пива, с которыми сегодня идентифицируется большинство сортов пива. С середины XIX века в Европе и Америке было основано много промышленных пиво- варенных предприятий, а старые пивоварни были модернизированы. Вместе с тем очевид- но, что в тот период ручной труд применялся еще очень широко (рис. 0.8). Многие из возникших тогда пивоварен- ных предприятий являются сегодня про- мышленными гигантами с четко выражен- ным производственным профилем. В период 1843-1875 гг. появились, например, следую- щие заводы: 1843 Пивоваренное предприятие Шултхайс (Schultheiss) в Берлине, выпускавшее перед 1-й мировой войной 1,7 млн гек- толитров пива в год, самый большой пивзавод в Европе по производству пива низового брожения; Рис. 0.8. 100 лет назад: в бочкомойном цехе Затраты труда на мойку возвратных пустых деревянных бочек для перевозки пива были очень велики (фотоархив: Радебергская пивоварня экспортного пива)
28 Введение 1847 завод Карлсберг {Carlsberg) в Копенга- гене; основан Дж. К. Якобсеном, Дания; 1855 завод Патценхофер (Patzenhofer) в Бер- лине, в 1920 г. объединен с Schultheiss; 1863 завод Хайнекен (Heineken) в Амстерда- ме, Нидерланды; основан Г. А. Хайнеке- ном; 1868 акционерное пивоваренное предприя- тие Дортмундер (Dortmundefy, 1870 завод Биндинг (Binding) во Франкфур- те-на-Майне; 1872 завод экспортного пива Радебергер (Ra- deberger)-, 1872 берлинский объединенный завод Га- ствирт (Gastwirthe), Риксдорф, с 1910 г. — берлинский завод Берлинер Киндль Брауерай (Berliner Kindi Brauerei AG), Берлин-Нойкёльн; 1872 завод Левенброй (Lowenbrau AG), Мюн- хен; 1873 имперский завод Бек (Beck & Со.), в настоящее время — просто Beck & Со., Бремен; 1873 пивоваренный завод Дортмундер Уни- он (Dortmunder Union). В этот период времени увеличили про- изводство и существовавшие ранее пивова- ренные заводы. Так, «Басс Брюер и» (Bass Brewery) в г. Бертон-он-Трент производил уже 2,5 млн гл пива в год, став крупнейшим в то время пивоваренным предприятием мира, однако очень скоро его превзошел дублин- ский «Гинесс» (Arthur Guiness & Son Со. Ltd). В США развитие пивоварения было тесно связано с заселением страны иммигранта- ми из Европы. Первые пивоваренные заво- ды возникли на восточном побережье США и уже затем, в связи с основанием больших городов и развитием железнодорожной сети, распространились по всей территории стра- ны. В течение нескольких лет возникли: 1849 Joseph Schlitz Brewing Со. в г. Милуоки, штат Висконсин; 1850 Plank Road Brewery, с 1855 г. — Miller Bre- wing Со. в г. Милуоки, штат Висконсин; 1850 Stroh Brewery Со., г. Детройт, штат Ми- чиган; 1851 завод Anheuser, с 1875 г. — Anheuser- Busch, г. Сент-Луис, штат Монтана; 1858 завод Gund and Heileman, позднее — Heileman Brewing Co., г. Ла Кросс; 1861 Pabst Brewing Co. в г. Милуоки, штат Ви- сконсин; 1873 Adolf us Coors Brewing Co. в г. Голден, штат Колорадо. Во второй половине XIX века в промыш- ленном пивоварении произошел прорыв и в других странах. Так, например, в Японии были основаны: 1869 Спринг Вэлли Брюери (Spring Valley Brewery), с 1907 г. - Кирин Брюери (Kirin Brewery Co.Ltd.); 1876 Хоккайдо Кайтакуси Брюери (Hokkaido Kaitakushi Brewery), впоследствии Аса- хи Брюери (Asahi Brewery Ltd.) и Сап- поро Брюери (Sapporo Brewery Ltd.), а в Австралии в 1862 г. в г. Аделаида возникло предприятие Купере Брюери (Coopers Bre- wery). В результате бурного развития отрасли возникла и начала преподаваться наука о пивоварении. В некоторых странах, произво- дящих пиво, появились сначала исследова- тельские лаборатории и институты, которые впоследствии расширились до учебных заве- дений по пивоварению. К ним относятся: • Высшая школа пивоварения Weihenste- phan под Мюнхеном (1865 г.), ныне — кафедра технологии пивоварения науч- но-исследовательского центра пищевых продуктов, землепользования и окру- жающей среды Мюнхенского техниче- ского университета в г. Вайнштефан; • аналитическая лаборатория доктора Зи- беля в Чикаго (1868 г.), ныне — Siebel- Institut of Technology, • исследовательский и учебный инсти- тут по пивоварению в Берлине (VLB), 1883 г.; • школа пивоварения в Генте (1885); • Институт пивоварения в Лондоне (Institute of Brewing, IoB), 1886 г.; • Деменс-институт (Doemens-Lehranstal- teri) в Грефельфинге под Мюнхеном (1895 г.);
Введение 29 • Скандинавская школа пивоварения (Scandinavian School of Brewing) в г. Вал- би под Копенгагеном (1925 г.) и другие. С тех же времен ведет свою историю ряд профессиональных изданий, с помощью ко- торых научные знания и информация дово- дились до специалистов, например: • AUgemeine Brauer- und Hopfenzeitung, ныне — Brauwelt («Мир пива»), г. Нюрн- берг (1861 г.); • Brewer’s Journal («Журнал Пивовара»), г. Лондон (1869 г.); • The American Brewers Gazette («Аме- риканский журнал по пивоварению), г. Нью-Йорк, 1871 г.; • Brewer’s Guardian, 1871 г.; • The Western Brewer («Западный пиво- вар»), г. Чикаго, 1876 г.; • Wochenschrift fuer Brauerei, («Ежене- дельник по пивоварению»), г. Берлин, 1883 г., ныне — Brauerei-Forum («Форум по пивоварению»); • Tageszeitung fuer Brauerei ( « Ежедневник по пивоварению»), г. Берлин, 1903 г. и многие другие. Чтобы разработать методы анализа и по- казатели, сравнимые в международном мас- штабе, специалисты объединились в разного рода организации, например: • Аналитическую комиссию по пивоваре- нию Центральной Европы (МЕВАК); • Европейскую конвенцию по пивоваре- нию (ЕВС)', • Американское общество химиков-пиво- варов (American Society of Brewing Che- mists, ASBC) и др. Соответственно почти во всех странах формировались мощные пивоваренные сою- зы и объединения пивоваров, такие как • Германский союз пивоваров (DBB), основанный в Дрездене в 1871 г.; • Германский союз мастеров-пивоваров и солодовщиков (DBMB), основанный в Лейпциге в 1893 г.; • Федеральное объединение частных пи- воварен; • Германский союз солодовщиков; • Ассоциация мастеров-пивоваров Аме- рики (МВАА) и многие др. Естественно, что в Германии основным законодательным актом оставался упоми- навшийся выше «Указ о чистоте», но уже в 1860-1870-е гг. пивовары, особенно амери- канские, признали экономические выгоды добавления кукурузной муки или рисовой сечки. Благодаря совершенствованию обо- рудования и технологии переработки несо- ложеного сырья был создан новый тип пива, завоевавший международное признание. В США в 1919 г. в связи с введением су- хого закона (Prohibition Act) по пивоварению был нанесен тяжелый удар. В этот период пивоваренные заводы смогли «удержаться наплаву» только благодаря так называемому «питательному» пиву (Naehrbier). Из-за это- го сухого закона, отмененного лишь в 1933 г., расцвела контрабанда алкогольных напитков и усугубилась криминальная обстановка, так что результат от действия данного зако- на можно оценить как негативный. В этой связи следует отметить, что некоторые су- щественные ограничения на изготовление и потребление спиртных напитков действуют до настоящего времени (например, в сканди- навских странах). Что касается развития пивоварения в Германии во второй половине XIX века, то в 1873 г. работала 13 561 пивоварня, из кото- рых 10 171 варили пиво верхового брожения. К ним следует добавить 36 297 домашних хозяйств, где готовили домашние напитки, не облагавшиеся налогом [2]. К 1891 г. число действующих пивоварен сократилось до 7785 (не в последнюю очередь из-за появления крупных акционерных пивоваренных пред- приятий). Несмотря на это, ряд кустарных пивоваренных заводиков существует до сих пор. Большие различия в мощностях пред- приятий дают возможность более крупным заводам внедрять самую современную техни- ку, что обусловлено экономическими сообра- жениями. Экономические преимущества бо- лее крупных предприятий особенно заметны на примере внедрения паровых котлов, рабо- тавших на каменном угле, для энергообеспе- чения котлов в варочных цехах, для привода компрессоров холодильных установок и для
30 Введение выработки собственной электроэнергии. Не- большие кустарные предприятия не могли себе позволить дорогие установки и до сего дня многие из них продолжают применять свое традиционное оборудование и методы работы. Традиционный для пивоваров мате- риал — дерево (рис. 0.9) долго и упорно вы- теснялся из пивоварен железом, которое по- крывалось пивной смолкой. Деревянные чаны были заменены от- крытыми бродильными чанами, деревянные бочки — превосходившими бочки во многих отношениях танками. Этот процесс на неко- торых предприятиях по различным причинам затянулся вплоть до последних десятилетий XX века. Наряду с железом важное значение чуть позже приобрел алюминий — особенно для изготовления бродильных и лагерных танков. С момента появления легированных нержавеющих сталей и инструментов для их обработки не вызывает сомнения их превос- ходство во всех областях пивоварения. Даже деревянная бочка для перевозки пива, про- державшаяся столетиями, вытеснена, нако- нец, кегом из нержавеющей стали. Наибольшие изменения претерпели ма- териалы и способ обогрева варочных аппа- ратов, где на смену открытым литым чанам, распространенным еще в середине XIX века, Рис. 0.9. Долгое время деревянные чаны и бочки были своего рода «лицом» пивоварни пришла медь. Гордостью мастера-пивовара стали блестящие емкости с красивой медной крышкой и вытяжной трубой, сначала обо- греваемые углем или газом, но уже примерно 90 лет — преимущественно паром (рис. 0.10). Зачастую и в настоящее время современный чан из нержавеющей стали накрывают мед- ной крышкой. Эта тенденция не обошла сто- роной и варочные аппараты (рис. 0.11), тем более что технологические преимущества не- ржавеющей стали очевидны, а медные котлы стоили неимоверно дорого. В течение столетий при изготовлении со- лода и пива использовались только основные биохимические процессы: • проращивание ячменя в солодовне для образования ферментов; • затирание в варочном цехе для расще- пления ферментами крахмала и образо- вания сбраживаемых сахаров; • сбраживание сахара в спирт и двуокись углерода. В течение 150 лет солод повсеместно из- готавливали собственными силами, для чего каждое пивоваренное предприятие имело собственную солодовню, в которой зимой готовился солод, а затем в начале лета он перерабатывался в пиво. Все работы выпол- нялись одними и теми же людьми, и поэтому возникла профессия «пивовар-солодовщик», существующая в Германии и поныне. Наряду с солодовнями при пивоваренных предприятиях имелись и кустарные солодов- ни, а иногда и специальные солодовенные Рис. 0.10. Гордость пивовара — блестящие емко- сти с медными крышками
Введение 31 заводы, существовавшие отдельно от пивова- рен, например: 1823 Baird’s Malt Ltd. в Уитэме, графство Эс- секс, Великобритания; 1864 Friedrich Weissheimer Malzfabrik в Андер- нахе, Германия; 1868 Pauls Malt Ltd. в Ипсвиче, графство Саффолк, Великобритания; 1879 Michael Weyermann Malzfabrik в Бамбер- ге, Германия. Приготовление солода в те времена и до середины XX века было очень трудоемким в связи с применением тяжелого физического труда на гигантских токах. При сушке для перелопачивания солода также требовался ручной труд. Переход к современным пнев- матическим системам солодоращения свя- зан с большой экономией энергии и рабочей силы. Сегодня в солодовне почти не видно людей — всем управляет компьютер. Производством солода занимаются пре- имущественно крупные фирмы, большин- ство из которых возникли путем слияния нескольких мелких компаний. Наиболее крупные производители выпускают еже- годно более 1 млн т солода — например, американские фирмы Con Agra/Tiger- Oats Malt (1996 г.) и Cargill Malt Inc. (1978 г.) или французские Soufflet (1952 г.) и Malteurop (1984) (в скобках указан год основания). Су- ществуют и другие компании, производящие более 500 000 т солода/год — это, например, американские Lesaffre-ADM (1998 г.) и Rahr Malting (1847 г.), а также английская груп- па Greencore Group (1991 г.). Все эти фирмы имеют дочерние предприятия в других стра- нах, что позволяет им производить на местах более дешевый солод (рис. 0.12). В совокуп- ности эти крупные холдинги производят око- ло 7 млн т солода, обеспечивая таким образом почти половину мирового производства соло- да (15,4 млн т), необходимого для получения пива (данные 2002-2003 гг.) [238]. За последние 150 лет произошли револю- ционные изменения и на пивоваренных пред- приятиях. После появления холодильных машин следующим крупным достижением явилось применение Лоренцем Энцингером фильтрования пива (1879 г.). С тех пор стало Рис. 0.11. Современный варочный цех с аппаратами из нержавеющей стали
32 Введение Рис. 0.12. Современное солодовенное предприятие возможным отфильтровывать пиво до бле- ска — фильтруя сначала через фильтр-массу, а затем через кизельгур и другие материалы. С помощью применения соответствующих стабилизирующих средств стало возможным обеспечить весьма продолжительную стой- кость пива и тем самым производить его не- зависимо от времени потребления. Благодаря появлению пивных бутылок, а позднее банок, а также массовому использо- ванию пивного стекла вместо преобладавших непрозрачных керамических кружек вошло в моду светлое пиво — вместо обычного ранее темного (не только в пивных, но и для до- машнего потребления). Использование высокопроизводительных линий розлива, почти полностью исключаю- щих доступ в пиво воздуха, обеспечивает се- годня сохранение исходного качества пива в течение долгого времени. Прежде постоянно приходилось сталкиваться с проблемой обе- спечения стойкости вкуса пива, однако в по- следние годы были получена важная научная информация, помогающая ее решить. Важно не только качество пива — стано- вится все очевиднее, что для побуждения по- купателя к покупке пива необходимо придать ему безупречный товарный вид (рис. 0.13). Этикетка на бутылке по своей форме, цве- товой гамме и выразительности должна при- влекать внимание к единственной в своем роде продукции, но одной этикетки недоста- точно, и поэтому необходимо еще украсить горлышко фольгой, особенно если она при- сутствует у конкурента. Рис. 0.13. Совместное воздействие формы бутыл- ки, этикетки, стекла, пивной пробки способствует укреплению престижа пивного бренда В последнее время относительно тяже- лая и хрупкая стеклянная бутылка частично утратила свою роль. Во всем мире укрепи- лись позиции намного более легких пивных банок, а в последнее время у потребителей приобретает популярность сверхлегкая ПЭТ- бутылка (материал которой стал значительно более газонепроницаемым), чему способству- ет возможность формировапния небольших групповых упаковок типа «мультипак». Но не только бутылки или банки, но и пив- ные бокалы и кружки давно утратили свое «анонимное» существование в виде больших кружек с ручкой, которые изредка еще встре- чаются в открытых торговых точках на столах завсегдатаев. Приобретя декор, характерный для того или иного бренда пива или пивова- ренного предприятия, они своей формой и дизайном отражают «философию торговли» именно этим сортом пива данного пивова- ренного предприятия. Кружка с крышечкой и подставкой, налитая дополна и привлека- тельно украшенная, призвана дарить радость
Введение 33 от напитка как в ресторане, так и дома — в конце концов, мы «пьем и глазами». Вырабо- танная веками культура потребления должна присутствовать везде. В настоящее время уже можно контро- лировать приготовление пива, применяя разнообразные механизмы контроля и ре- гулирования, а совершенная техника обе- спечивает непрерывный производственный контроль on-line. При помощи автоматизации обеспечивается автоматическое протекание большинства процессов приготовления пива. Все чаще рабочее место пивовара характе- ризуется наличием компьютера. Кроме того, благодаря использованию соответствующих методов отбора и контроля качества сырья и вспомогательных материалов повышается уровень производства, гарантирующий усло- вия для достижения хорошего качества пива. В связи с этим сегодня к пивовару предъ- являются повышенные требования. Он дол- жен принимать правильные решения и да- вать объективную оценку при существенно возросшем количестве параметров и росте общей информации, с одной стороны, и при отсутствии возможности детально оценить продукт «на глаз», с другой. В этой ситуации особое значение приобретает всесторонность знаний пивовара, и предназначение данной книги — привести их в систему и, по возмож- ности, увеличить. Количество и размеры пивоваренных предприятий зависят от истории развития отрасли в той или иной стране. По сравнению с другими странами в Германии имеется еще довольно много мелких пивоваренных произ- водств, большинство из которых сосредото- чено в Верхней Франконии. Более половины немецких пивоваренных производств — это небольшие пивоварни при барах и рестора- нах, число которых к настоящему времени увеличилось до 350. Около 1000 пивоварен с объемом выпуска до 50 000 гл в год дают лишь 7% от общего количества производимо- го пива. К крупнейшим немецким пивоваренным группам и частным предприятиям по обще- му объему реализации произведенного на них пива относятся (Brauwelt. 2006, № 46/47, с. 1434): Общий объем Пивоваренная группа сбыта, млн гл 2005 2002 1991 InBev, Bremen 17,3 7,2 4,3 Radeberger 13,7 8,8 8,9 Bitburger 8,0 4,8 3,1 Brau Holding Munchen 7,4 4,6 2,7 Carlsberg-Holsten 7,0 9,8 6,1 Oettinger 6,5 4,0 1,0 Krombacher Brauerei 5,6 4,8 2,7 Warsteiner 4,9 5,7 4,8 Karlsberg Verbund Homburg 4,2 3,8 3,3 Actris Gruppe Mannheim 2,6 2,4 8,7 Veltins 2,4 2,3 2,0 Огромные перемены в общем объеме реализации пива объясняются по большей части слияниями и перепродажами фирм. Так, группа Actris изначально принадлежала группе Maerz, компания Interbrew поглоти- ла в 2002 г. сначала Becks, Diebels и группу Gilde, а затем группу Spaten, включая пивза- вод Dinkelacker. Группа Carlsberg приобрела группу Holsten и уступила пивзаводы Lichter и Koenig Brauerei группе Bitburger. Группа Radeberger приобрела в 2004 г. группу Brau und Brunnen и образовала Radeberger Gruppe KG, в состав которой в 2005 г. вошел пивза- вод Freiberger. По объемам годового производства (гл) пивоваренные предприятия Германии рас- пределяются следующим образом: Объем годового производства, гл Год Изменение 1993 2005 До 5000 615 804 +189 До 10 000 136 87 -49 До 50 000 280 190 -90 До 100 000 106 74 -32 До 200 000 60 35 -25 До 500 000 62 35 -27 До 1 млн 24 23 -1 Свыше 1 млн 28 26 -2 ФРГ, всего 1311 1274 -37 Хотя в Германии в период с 1993 по 2000 г. было открыто более 200 новых ресторанных
34 Введение мини-пивзаводов (включенных в приведен- ную выше статистические данные), коли- чество закрывшихся пивоваренных произ- водств существенно больше, чем кажется на первый взгляд. За 7 лет (1993-2000 гг.) было окончательно закрыто около 240 пивоварен- ных предприятий (прежде всего, мелких про- изводств), из-за чего существенно изменился «ландшафт» производства пива в ФРГ. В мировом масштабе, напротив, отмеча- ется преобладание на рынке крупных пиво- варенных групп, которые частично путем массированного приобретения пивоварен- ных производств в других странах и слияния с другими группами захватывают мировые рынки сбыта. Наряду с развитием крупных пивоварен- ных предприятий и их объединений развива- ются также небольшие пивоваренные произ- водства, преимущественно мини-пивзаводы ресторанного типа, число которых во всем мире можно оценить как «свыше 3000». Од- новременно во всем мире растет число объ- единений тех, кто, как домашние пивовары, пытается в установленных законом рамках самостоятельно варить оригинальное по вку- су пиво. При этом производство пива в мире, не- смотря на застой во многих странах Европы и Северной Америки, значительно возросло — на 206 млн гл лишь за 2000-2005 гг., что дает среднегодовой прирост объемов производ- ства около 41 млн гл. В отдельные годы про- изводилось пива [140,217]: Год Млн гл 1990 1142 1991 1165 1992 1163 1993 1190 1994 1222 1995 1248 1996 1269 1997 1295 1998 1313 Год Млн гл 1999 1365 2000 1392 2001 1424 2002 1444 2003 1478 2004 1552 2005 1598 2006 1699 Увеличение производства пива (при сред- нем потреблении на душу населения 23 л в год) приходится преимущественно на страны Центральной и Восточной Европы, Латинской Америки, на страны Азии и Океании, а также Южной Африки. Наибольший прирост про- изводства пива отмечается в Китае, который с объемом производства пива в 2006 г. 351 млн гл (в 1997 г. было 170 млн гл) опередил США и превратился, таким образом, в страну с крупнейшим в мире объемом производства пива. Вместе с тем, с учетом численности на- селения (1,3 млрд человек) при существую- щем потреблении пива на душу населения (23 л/год, тогда как Германии — 125 л) в Ки- тае имеются существенные резервы для даль- нейшего наращивания производства пива. В России, как и в других восточноевропей- ских странах, производство пива в прошед- шие годы также значительно возросло [240]. Сведения о производстве пива в странах, где его выпускают ежегодно более 2 млн гл, при- ведены в нижеприведенной таблице [140] Страна Объема производства, млн гл 1993 1995 2001 2005 Европа Германия 116,0 117,0 108,5 105,5 Россия 24,5 17,7 63,0 89,2 Великобритания 54,9 58,8 56,8 56,0 Польша 16,7 15,2 24,1 29,0 Испания 24,3 25,3 27,7 32,5 Украина 14,0 5,7 13,1 23,7 Нидерланды 20,4 23,1 25,2 24,5 Чехия 17,8 17,8 17,8 19,1 Франция 18,3 18,3 18,8 16,4 Бельгия 14,2 14,5 15,0 17,2 Италия 11,7 12,0 12,6 12,3 Румыния 9,1 8,5 12,1 15,2 Ирландия 6,9 7,4 8,7 9,0 Австрия 9,8 9,7 8,6 8,8 Дания 9,4 10,0 7,2 8,8 Венгрия 7,8 7,8 7,1 7,0 Турция 5,4 6,9 7,0 8,9 Португалия 6,8 6,9 6,6 7,4 Сербия и 5,0 5,4 5,3 6,7 Черногория Словакия 3,9 4,4 4,5 3,9 Швеция 5,5 5,3 4,4 3,7 Болгария 4,2 4,7 4,3 4,2 Финляндия 4,4 4,4 4,1 4,6 Греция 4,1 4,1 4,0 4,0 Хорватия 2,4 3,2 3,8 3,6
Введение 35 Швейцария 3,9 3,7 3,5 3,4 Литва 1,2 1,6 2,5 3,0 Словения 2,0 2,1 2,3 2,0 Норвегия 2,1 2,2 2,2 2,3 Европа, всего 435,9 430,7 489,7 543,3 Америка США 237,3 233,7 231,0 230,2 Бразилия 57,0 84,0 84,0 90,0 Мексика 43,8 44,5 62,3 72,5 Канада 23,0 22,8 23,9 23,1 Венесуэла 15,5 15,9 21,8 22,0 Колумбия 19,5 17,8 13,4 16,5 Аргентина 10,3 10,4 12,4 13,7 Перу 6,8 8,5 5,2 7,1 Чили 3,6 4,1 3,9 4,6 Доминиканская 2,2 3,1 3,0 республика Эквадор 2,5 2,3 3,0 Америка всего 436,0 459,2 479,5 502,9 Африка Южная Африка 22,8 24,5 22,5 25,9 Нигерия 6,7 4,5 6,7 10,0 Камерун 3,6 3,2 4,1 4,3 Кения 2,7 3,2 2,6 3,5 Африка всего 54,0 54,9 60,2 74,2 Азия Китай 22,5 154,6 227,0 306,1 Япония 68,9 67,2 71,3 63,4 Южная Корея 15,3 17,7 20,0 17,0 Таиланд 4,2 6,5 12,3 17,0 Филиппины 13,5 14,0 12,0 13,5 Вьетнам 2,3 5,0 8,1 13,7 Индия 3,0 4,3 6,0 7,8 Тайвань 4,6 4,3 3,8 3,7 Азия всего 240,2 281,7 370,6 456,5 Австралия/ Океания Австралия 18,0 17,9 17,4 17,1 Новая Зеландия 3,5 3,5 3,0 3,0 Австралия/ Океания, всего 22,5 22,3 21,4 21,1 Потребление пива на душу населения в различных странах очень отличается как по фактическим цифрам, так и по тенденциям развития. Наибольшее потребление на душу населения уже долгое время наблюдается в Чехии (около 160 л в год на человека), за ними следуют немцы. Пивовары, выпуская пиво хорошего ка- чества и благодаря соответствующей разъ- яснительной работе среди потенциальных потребителей о преимуществах умеренного потребления пива, должны содействовать дальнейшему росту его потребления (по край- ней мере, препятствуя его снижению). Среднедушевое потребление пива (л) в по- следние годы составило [213]: Страна 1995 2000 2005 Чехия 161,1 159,1 160,0 Германия 138,0 135,9 125,5 Ирландия 112,6 112,7 126,0 Дания 126,7 124,4 102,2 Австрия 116,6 115,7 108,1 Великобритания 103,7 100,9 95,4 Бельгия + 105,6 103,5 98,0 Люксембург Австралия 98,9 96,9 95,4 Новая Зеландия 102,1 98,8 93,9 Словакия 93,4 87,5 90,2 Нидерланды 86,0 85,8 82,8 США 85,2 83,5 83,4 Финляндия 82,9 80,2 77,9 Венгрия 84,7 75,3 72,3 Венесуэла 73,6 71,9 71,0 Испания 66,5 66,6 70,8 Канада 68,5 68,9 67,8 Португалия 62,3 64,7 64,6 Швеция 67,3 64,5 56,1 Швейцария 64,8 62,7 58,3 Колумбия 57,5 57,5 54,5 Япония 59,9 56,2 55,7 ЮАР 56,9 55,5 54,2 Мексика 49,8 50,9 53,4 Болгария 53,2 53,2 53,3 Норвегия 50,5 52,5 51,5 Польша 36,4 39,0 45,7 Греция 42,0 40,0 39,0 Франция 39,3 39,1 36,2 Румыния 41,7 39,2 38,0 Исландия 27,3 30,6 32,5 Италия 26,2 25,4 28,0 Рынок пива у же давно стал глобальным и характеризуется международными слияниями и поглощениями пивоваренных предприятий, причем рыночная доля отдельных промыш- ленных хрупп существенно изменилась [293]. Если в 2003 г. на 10 крупнейших пивоварен- ных холдингов приходилось 53,3% рынка пива, то в 2006 г. — уже 60,6%, что в пересче- те на объемы производства пива составляет 1030 млн гл.
36 Введение 40 крупнейших пивоваренных холдингов (по состоянию на 31.12.2006 г.) представлены в нижеприведенной таблице. Объем производства, млн, гл Год___________ Доля Ранг наименование холдинга Страна 2003 2004 2005 2006 в мировом производстве пива, % 1 InBev Бельгия * 193,4 202,1 222,0 13,1 2 SAB Miller Великобритания 137,8 148,3 176,0 216,0 12,7 3 Anheuser-Busch США 152,0 159,7 173,5 183,2 10,8 4 Heineken Нидерланды 99,0 112,6 118,6 131,9 7,8 5 Molson-Coors США/Канада *# 59,4 48,3 49,5 2,9 6 Modelo Мексика 41,9 42,8 45,5 49,4 2,9 7 Carlsberg Дания 88,8 92,0 48,3 49,2 2,9 8 Tsingtao Китай 32,6 36,9 40,9 45,7 2,7 9 Балтика (BBH) Россия 16,1 36,0 41,5 45,5 2,7 10 Femsa Мексика 24,6 25,7 27,0 37,7 2,2 И Yan Jing Китай 22,3 28,5 31,2 35,3 2,1 12 Scottich ^Newcastle Великобритания 31,8 30,2 29,1 29,7 1,7 13 Asahi Япония 25,9 25,9 24,6 23,8 1,4 14 Kirin Япония 32,1 22,5 22,6 23,7 1,4 15 Diageo (Guinness) Ирландия 13,0 13,0 13,0 19,5 1,1 16 Efes Турция 11,8 13,0 18,0 18,8 1,1 17 Schincariol Бразилия 15,0 14,3 15,5 18,0 1,1 18 Chong Qing Китай 9,1 11,2 14,4 17,3 1,0 19 Polar Венесуэла 11,0 15,5 16,5 16,9 1,0 20 Gold Star Китай 9,4 12,3 15,8 16,6 1,0 21 San Miguel Филиппины 14,8 16,9 17,0 16,1 0,9 22 BGI/Castel Франция 12,6 12,9 13,9 15,2 0,9 23 Radeberger Германия 7,6 14,2 15,0 14,0 0,8 24 Mahou-San Miguel Испания 10,3 10,7 11,2 11,6 0,7 25 Hite Южная Корея 10,0 10,9 9,7 10,3 0,6 26 Beer Thai Таиланд 11,1 9,5 9,1 9,8 0,6 27 Оболонь Украина 9,3 0,5 28 Singha Таиланд 6,8 9,2 0,5 29 Foster's Австралия 12,7 10,5 9,2 9,1 0,5 30 Petropolis Бразилия 9,0 0,5 31 Lion Nathan Новая Зеландия 10,6 8,6 8,0 8,5 1,5 32 Sapporo Япония 8,5 9,7 9,0 8,1 0,5 33 Bitburger Германия 5,8 8,6 8,2 8,0 0,5 34 Oettinger Германия 6,4 7,0 7,4 0,4 35 Damm Испания 6,1 6,2 6,5 7,2 0,4 36 CCU Сети. Unidas Чили 5,9 6,4 7,2 0,4 37 Suntory Япония 6,8 6,8 6,6 6,8 0,4 38 Dezhou KaDaiEr Китай 6,5 0,4 39 Shenzhen Jinwei Китай 5,2 6,5 0,4 40 San de Li Китай 5,6 6,4 0,4 Всего 1435,9 84,5 Мировое производство пива в 2006 г. 1699,0 100,0 * В 2003 г. — Interbrew и AmBev. ** В 2003 г. — Molson и Coors.
Введение 37 20 ведущих стран по выпуску пива [293,362]: Место Страна Годовое производство пива, тыс. гл 1999 2005 2006 1 Китай 185000 306156 351515 2 США 236000 230245 231822 3 Германия 112800 105452 107174 4 Россия 43200 892005 99900 5 Бразилия 80401 90000 93600 6 Мексика 57256 72500 78162 7 Япония 71510 63430 62980 8 Великобритания 57854 56021 54133 9 Испания 25852 32500 33600 10 Польша 22500 29000 32500 И ЮАР 25700 25900 27000 12 Украина 8500 23700 26730 13 Нидерланды 24502 24560 26479 14 Венесуэла 17000 22000 24000 15 Канада 22949 23156 23636 16 Таиланд 10499 17030 20209 17 Чешская республика 17946 16069 19800 18 Колумбия 18400 19 Бельгия 14105 17274 18383 20 Вьетнам 18000 Нормативно-правовая база производства пива в ФРГ Прежде чем приступить к рассмотрению сырья и процессов производства солода и пива, необходимо остановиться на некоторых нормативно-правовых основах производства солода и пива, действующих в ФРГ. Исходя из «Закона о чистоте пива», основные принципы этих положений закреплены в «Проекте зако- на о пиве» в редакции от 29.07.1993 г. Наибо- лее важные моменты сформулированы в § 9: § 9 Приготовление пива (1) Для приготовления пива низового брожения разрешается использовать толь- ко ячменный солод, хмель, дрожжи и воду (за исключением требований, изложенных в пп. 4-6). (2) На приготовление пива верхового бро- жения распространяется действие п (1), од- нако при этом допускается также применение солода другого типа и использование техни- чески чистого тростникового, свекловичного или инвертного сахара, а также крахмальной патоки и красящих веществ, полученных из сахара данного типа. (3) Под солодом понимают любое искус- ственно пророщенное зерно. (4) Использование «красящего пива», при- готовленного только из солода, хмеля, дрож- жей и воды, при производстве пива допуска- ется, но требует специальных мер контроля. (5) При приготовлении пива разрешается вместо хмеля применять хмелевой порошок или хмель в иной измельченной форме, а также хмелевые экстракты, если указанные хмелепродукты соответствуют приведенным ниже требованиям. 1. Хмелевой порошок или хмель, измель- ченный иным способом, а также хмелевой экстракт должны быть получены исключи- тельно из хмеля. 2. Хмелевые экстракты должны: • содержать вещества хмеля (его арома- тические или горькие вещества), пере-
38 Введение ходящие в пивное сусло при кипячении, причем в таком состоянии, в каком они присутствуют в хмеле перед кипячени- ем сусла или в ходе кипячения; • соответствовать положениям пищевого законодательства. Хмелевые экстракты разрешается вносить в пивное сусло только перед началом или в ходе кипячения сусла. (6) В качестве осветлителей сусла и пива разрешается использовать только вещества механического или адсорбционного действия, которые можно вновь отделить техническими средствами до концентраций, не представля- ющих риска для здоровья человека и не обла- дающих посторонними запахом и вкусом. (7) В отдельных случаях при приготовле- нии специальных сортов пива, а также пива на экспорт или предназначенного для науч- ных целей, на основании особого заявления допускается нарушение пп. 1 и 2. Соответ- ствующие разрешения выдаются уполномо- ченными на то органами в соответствии с за- конами данной федеральной земли. (8) Положения пп. 1 и 2 не относятся к пивоваренному производству при приготов- лении пива исключительно для собственного потребления (домашние пивоварни).
1. Сырье Для приготовления пива требу- ется четыре вида сырья: ячмень, хмель, вода и дрожжи. Качество этого сырья оказывает огромное влияние на качество изготовляе- мой продукции. Знание свойств сырья, его влияния на способ приготовления и на конечную продукцию является основой для подготовки и переработки сырья. Благодаря знаниям свойств сы- рья можно сознательно управлять технологическим процессом. Основное сырье для приго- товления пива — ЯЧМЕНЬ. Его применение основано на том, что в нем содержится много крахма- ла и что даже после обмолота и переработки в солод в ячмене со- держатся оболочки зерна (мякин- ные оболочки), которые способны формировать фильтрующий слой, необходимый в последующем про- цессе производства. Перед исполь- зованием для варки пива ячмень должен быть переработан в солод. Зачастую используются также несоложеные зерновые — куку- руза, рис, сорго, ячмень, пшеница или приготовленные из них про- дукты - НЕСОЛОЖЕНЫЕ ЗЕР- НОПРОДУКТЫ (так называемая НЕСОЛОЖЕНКА). ПШЕНИЦА применяется в виде соложеного сырья, особенно для производства пива верхово- го брожения; также в соложеном виде перерабатывается и сорго, особенно в Африке. ХМЕЛЬ придает пиву горько- ватый вкус и влияет на его аромат. От качества хмеля существенно зависит качество пива. Рис. 1.0. Ячменный колос с длинной остью В процентном отношении наи- больший объем среди всех видов сырья занимает ВОДА, которая, участвуя во многих процессах приготовления пива, влияет на его характер и качество. Кроме того, вода необходима для мойки и дезинфекции, а также других процессов солодоращения и пиво- варения. Спиртовое брожение при при- готовлении пива вызывается жиз- недеятельностью ДРОЖЖЕЙ, которые поэтому необходимы. Одновременно дрожжи оказывают влияние на качество пива через по- бочные продукты брожения. 1.1. Ячмень В ячмене (Hordeum vulgare) со- держится необходимый для при- готовления пива крахмал, кото- рый позднее, в варочном цехе, превращается в сбраживаемый экстракт. Путем правильного воз- делывания необходимо получать соответствующие сорта ячменя, дающие солод, богатый экстрак- том и гарантирующий хорошее качество пива благодаря другим своим компонентам. 1.1.1. Группы и сорта ячменя Ячмень является зерновой куль- турой, колос которого отличается особо длинной остью (рис. 1.0). Различают несколько групп ячме- ня и большое количество его со- ртов, которые по-разному влияют на приготовление солода и пива.
40 1. Сырье 1.1.1.1. Группы ячменя Ячмени бывают озимые, высеваемые обычно в середине сентября, и яровые, высеваемые в марте-апреле. Все пивоваренные ячмени под- разделяются на две группы. В каждой группе имеются свои сорта, которые можно разде- лить по расположению зерен на оси колоса в два или несколько рядов. У многорядного ячменя на каждой ступеньке оси находятся по три цветка, которые после оплодотворе- ния образуют по одному зерну. При взгляде на колос сверху (рис. 1.1) можно заметить по три зерна справа и слева (шестирядный яч- мень). 1 ? Рис. 1.1. Строение ячменного колоса по Ауфхаммеру (Aufhammer): 1 — двухрядный ячмень; 2 — шестирядный ячмень; а) сверху; Ъ) от середины ряда; с) от широкой стороны Если членики колосового стержня сравни- тельно длинные, то зачастую видны только четыре ряда, так как два других ряда, лежа- щих на них, закрыты, хотя и имеются в дей- ствительности (так называемые четырехряд- ные ячмени). У двухрядного ячменя на каждой ступень- ке оси образуется только одно зерно, так как имеется только один плодотворный цветок. При виде сверху можно справа и слева заме- тить по одному зерну (двухрядный ячмень). Группы ячменя (яровой, озимый, двухряд- ный, многорядный) отличаются друг от дру- га многими показателями, представляющими для нас особый интерес, а именно: У двухрядного ячменя крупные полные зерна с обычно тонкой волнистой оболочкой. Поэтому в таком ячмене содержится сравни- тельно много ценных экстрактивных веществ и мало пленок, а следовательно, меньше ду- бильных и горьких веществ. Все зерна одина- ковые, содержание экстракта сравнительно высокое. Двухрядный ячмень, как правило, яровой и объединяет в себе все преимущества, важные для приготовления солода и пива. У шестирядного ячменя зерна разной ве- личины, и так как им не хватает места для ро- ста, то зерна боковых рядов — более узкие, а их кончики изогнуты («кривонос»), что слу- жит отличительным признаком шестирядных ячменей. Урожайность озимого ячменя составляет около 70-80 ц с гектара, и таким образом она существенно выше, чем у ярового (в среднем около 50 ц с гектара), что связано с более ко- ротким (примерно вдвое) вегетативным пе- риодом ярового ячменя. По этой причине во многих странах возделывают больше озимого ячменя, чем ярового. Таким образом, используются следующие группы пивоваренного ячменя: • двухрядные яровые; • двухрядные озимые; • шестирядные озимые; • шестирядные яровые. 1.1.1.2. Сорта ячменя Вышеуказанные группы разделяют на боль- шое количество сортов, четко различаемые по ряду свойств. В странах, подписавших Европейскую пивоваренную конвенцию, до- пускается использование около 300 яровых, 100 — двухрядных и 100 — шестирядных озимых сортов. Одно это свидетельствует об огромном разнообразии ячменя. Для приготовления солода и пива подхо- дят преимущественно двухрядные сорта яро- вого ячменя, так как систематическая работа по улучшению их пивоваренных качеств ве- лась в течение более ста лет. Большое число этих сортов обладает прекрасными техноло- гическими свойствами.
1.1. Ячмень 41 Однако и среди озимого ячменя в на- стоящее время появляется все больше двух- рядных сортов, которые по своему качеству приближаются к двухрядным яровым [86]. Выведение озимого ячменя с высокими пи- воваренными свойствами многообещающе, так как сочетание высокой урожайности и хорошего качества ведет к повышению эко- номической эффективности производства солода. Чтобы получить хороший однородный со- лод, необходимо наличие односортности всех зерен в данной партии. Это требует чисто- сортного возделывания ячменя на возможно больших площадях. Только так можно полно- стью использовать преимущества возделыва- ния чистых сортов. При выведении новых сортов обращают большое внимание на следующие показатели качества: • устойчивость к болезням и вредителям; • устойчивость к полеганию; • высокая восприимчивость к питатель- ным веществам; • высокая урожайность; • хорошие форма и расположение зерен; • высокая способность к водопоглоще- нию и низкая водочувствительность; • низкое содержание белка; • высокая способность к прорастанию к моменту солодоращения; • высокая способность к образованию ферментов; • высокая растворимость; • высокий выход экстракта при солодо- ращении. Для проверки вышеназванных показате- лей проводят лабораторное солодоращение 1.1.2. Возделывание ячменя Наиболее развитой областью возделыва- ния пивоваренных сортов ячменя является Центральная Европа, где их систематически возделывают около 150 лет. Вообще же Евро- па, где выращивают около 90 млн т ячменя, является не только крупнейшим производи- телем ячменя в мире, но и регионом с самой высокой потребностью в пивоваренном ячме- не (около 10 млн т). При этом крупнейшим производителем ячменя в Европе является Германия (13 млн т, из которых 3 млн т при- ходятся на яровой ячмень), за ней следует Россия (11,2 млн т), Франция (10,0 млн т) и Испания (9,9 млн т) [299]. Поэтому не уди- вительно, что в Германии селекции высоко- качественных сортов пивоваренного ячменя придается особое значение. После трехлетних испытаний Федераль- ным ведомством по сортоиспытанию к вы- ращиванию в промышленном масштабе ежегодно допускается 4-8 новых сортов пи- воваренного ячменя. Разрешение получают только такие сорта, которые характеризуют- ся высокой урожайностью и хорошими по- казателями качества. В 2005 г. официальное разрешение на возделывание имели 48 сортов ярового ячменя, 34 из которых были сортами пивоваренного ячменя. Наиолее распространенными сортами яро- вого пивоваренного ячменя в Германии по со- стоянию на 2004-2005 гг. являются Auriga, Barke, Scarlett, Braemar, Pasadena. Кроме того, сохраняется интерес к сортам Ursa и Margret, а также к Annabell и Prestige. Другими важны- ми сортами, возделываемыми во многих стра- нах, является Optic, датские сорта Lux и AUiot, британские Chariot, Riviera, Prisma, а также возделываемые во Франции сорта Astoria, Nevada и Aspen. Во Франции более 30% со- бранного озимого ячменя используется для производства пива. Из озимого ячменя в на- стоящее время особое предпочтение отдается сортам Vanessa, Tiffany и Regina. Тем не менее работы по селекции новых сортов пивоварен- ного ячменя не прекращаются. Следует отметить, что в последние годы возделывание пивоваренного ячменя в Гер- мании несколько сократилось, так что растет его импорт (300-400 тыс. т/год). В 2006 г. в Германии было выращено ячменя лишь 57% по сравнению с 1991 г. [364]. Стоимость 1 т пивоваренного ячменя в 2005-2006 гг. соста- вила 130-140 евро/т (что соответствует стои- мости солода около 240-250 евро/т). Цена на ячмень подвержена существенным колеба- ниям в зависимости от года (в 2003-2004 гг. цена пивоваренного ячменя была 155 евро/т,
42 1. Сырье в 2004-2005 гг. — 125-130 евро/т, а осенью 2006 г. почти во всей Европе она поднялась из-за очень плохого урожая (дефицит соста- вил 1 млн т) до 180-200 евро/т. Основными регионами возделывания яч- меня являются зоны умеренного климата северного полушария (в основном Европа, Канада и США), а в южном полушарии его выращивают в Австралии, Аргентине и Уруг- вае. Из почти 130 млн т собранного в 2002 г. ячменя на страны ЕС пришлось 48 млн т, а на страны Восточной и Центральной Европы — 35 млн т, то есть в Европе производится поч- ти 70% ячменя. В Северной Америке годовой объем про- изводства ячменя составляет 13-14 млн т, при этом 11,5 млн т предназначены для вну- треннего потребления, а пивоваренные сорта ячменя возделываются с ориентацией на экс- порт, особенно в Канаде. В связи с особенно- стями географического положения и корот- ким вегетативным периодом в провинциях Альберта (53%), Саскачеван (35%) и Манито- ба (12%) пивоваренные ячмени возделывают как яровые. Канада продает ежегодно около 1 млн т двухрядного и 0,4 млн т шестирядно- го пивоваренного ячменя. В США соотношение между получени- ем пивоваренных ячменей и потребностью в солоде примерно такое же. Из 10 млн т око- ло 35% возделывается на Среднем Западе, в штатах Миннесота, Северная и Южная Дако- та; из них приблизительно 80% — пивоварен- ные сорта Robust (58%), Excel, Morex, Azura. На западе США (штаты Монтана, Айда- хо, Вайоминг, Колорадо) на пивоваренный ячмень приходится около 30%; здесь возде- лывают преимущественно двухрядные сорта. В США доминируют шестирядные яровые сорта ячменя, в селекции которых были до- стигнуты существенные успехи (по сравне- нию с двухрядными). В южном полушарии важнейшей терри- торией возделывания ячменя является Ав- стралия, которая при производстве около 6-7 млн т является крупным экспортером. Районы возделывания ячменя находятся в основном в областях Западной и Южной Австралии, прилегающих к пустыням, а так- же за горными цепями субтропических зон. Мировое производство пива составило в 2001 г. почти 1,4 млн гл, для чего потребова- лось около 15,4 млн т солода. На производство виски расходуется примерно 1 млн т солода, а для питания человека — лишь около 0,5 млн т. Это соответствует мировой ежегодной потреб- ности в ячмене около 21 млн т с тенденцией к ее росту, так как ежегодно производство пива в мире растет примерно на 1-1,5%. 1.1.3. Строение ячменного зерна По строению ячменного зерна можно делать выводы о его ценности и о путях его перера- ботки. При этом следует различать наружное и внутреннее строение. 1.1.3.1. Наружное строение На рис. 1.2 показаны спинная сторона зерна (а) со спинной или покровной оболочкой (7), которая у культурных ячменей продолжает- ся на колосе длинной остью, отбиваемой при обмолоте. По морщинистости (5) спинной мякинной оболочки определяется ее тонкопленочность, Рис. 1.2. Ячменное зерно: а — брюшная сторона; b — спинная сторона; 1 — основание; 2 — кончик; 3 — брюшная бороздка; 4 — базальная щетинка; 5 — морщинистость; 6 — брюшная мякинная обо- лочка; 7 — спинная мякинная оболочка
1.1. Ячмень 43 которая, в свою очередь, позволяет оценивать ячмень по крахмалистости. На брюшной сто- роне (Ь) находится брюшная или передняя мякинная оболочка. В брюшной бороздке (3) зерна находится базальная щетинка (4), оста- ток неоплодотворенного цветка, которая по- зволяет судить о сорте ячменя. Применяемые в пивоваренной промыш- ленности сорта ячменя всегда являются пленчатыми, то есть у них брюшная и спин- ная оболочки настолько плотно срослись с семенной и плодовой оболочками зерна, что остаются на зерне и при обмолоте. В проти- воположность этому, при обмолоте пшеницы обе оболочки отделяются, так что остается оголенное зерно. Однако существуют и такие сорта ячменя, где оболочки отделяются (так называемые голозерные ячмени), но в пиво- варенном производстве Германии они не на- ходят применения. Основание зерна заострено сильнее, чем кончик, так как при обмолоте ость отбива- ется. Если остеотбойник настроен слишком тонко, то это может привести к повреждению зерен. Поверхность отделения зерна от стерж- ня колоса всегда гладкая; форма поверхности отделения (прямая или косая) позволяет се- лекционеру судить о сорте ячменя. 1.1.3.2. Внутреннее строение Ячменное зерно (рис. 1.3) делится на три основные части: зародышевую, мучнистое тело и оболочки. Зародышевая часть состоит из зародыша стебля (У) с вегетационными почками для за- родыша листа (2) и зародыша корешка (3). От эндосперма зародыш отделен тонким слоем ткани — щитком (scutellum) (4) и слоем эпителия (5), то есть слоем клеток вертикаль- ной формы с очень тонкими стенками. Эндосперм (мучнистое тело) (6) состоит из стабильных клеток, в которых находятся зерна крахмала. Стенки клеток представляют собой густое переплетение целлюлозы и вы- сокомолекулярных белков, которые соедине- ны цепочками 0-глюкана. В клетках находятся большие и малые зер- на крахмала; зерна крахмала средней величи- ны в клетках ячменного зерна отсутствуют (рис. 1.4). Рис. 1.3. Ячменное зерно (продольный разрез): 7 — зародыш стебля; 2 — зародыш листа; 3 — зародыш корешка; 4 — щиток; 5 — слой эпителия; 6 — эндосперм; 7 — пустые израсходованные клетки; 8 — алейроновый слой; 4 — оболочка семени; 10 — оболочка зерна; 11 — мякинная оболочка Рис. 1.4. Клетки крахмала с крахмальными зерна- ми (фото: VLB Берлин, НИИ сырья)
44 1. Сырье Крупные зерна крахмала (тип А) име- ют диаметр 20-30 мкм. Хотя крахмал всего лишь на 10% состоит из крупных зерен, они составляют почти 90% его массы. Малые зер- на (тип Б) диаметром 3-5 мкм составляют 70-95% от общего числа зерен крахмала в эндосперме, но их масса — всего лишь 3-10% от общей массы крахмала [161]. Число малых зерен крахмала может изменяться в широких пределах и зависит от генетических харак- теристик данного сорта ячменя и условий окружающей среды во время развития зерна. Малые зерна крахмала влияют на солодовые свойства ячменя и качество получаемого со- лода — в процессе солодоращения они интен- сивно расщепляются [358], их температура клейстеризации на 2 °C выше, и они характе- ризуются повышенным показателем VZ 45° (см. об этом раздел 2.8.3.2). Стенки клеток крахмала состоят из сре- динной ламеллы, включающей фосфоли- пиды и протеины, которые регулируют весь обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой (рис. 1.5). Средняя ламелла с обеих сторон окружена слоем 0-глюкана [248, 249], который, в свою очередь, окружен очень по- ристым слоем пентозана, на котором закре- пляются различные вещества, в частности органические кислоты и феруловая кислота. Стенки клетки на 70% состоят из 0-глюканов, на 23% — из пентозанов, на 5% — из белков и на 2% — из целлюлозы [360]. На рис. 1.5 расстояние между слоями для наглядности сознательно увеличено; на са- мом деле они плотно прилегают друг к другу и «склеены» между собой. В результате воз- никает очень прочный и устойчивый каркас клеточной стенки. Толщина стенки клетки является сортовым признаком, который, однако, зависит от усло- вий возделывания. Стенки клеток у пивова- ренного ячменя в целом тоньше, чем у кор- мового. Толщина клеточной стенки является важным показателем пригодности ячменя к солодоращению, так как толстая клеточная стенка лучше противостоит расщеплению. До своего расщепления клеточные стенки препятствуют обмену веществ и защищают содержимое клетки, их стабильность придает зерну ячменя твердость. При необходимости Рис. 1.5. Строение клеточных стенок крахмала (по Бэмфорту): 1 — срединная ламелла; 2 — слой 0-глюкана; 3 — слой пентозана; 4 — закрепленные органические кислоты (например, при переработке ячменя как не- соложеного сырья) зерно можно разрушить, только приложив значительное усилие. Промежуточное пространство между от- дельными зернами крахмала заполнено со- держащей белки матрицей эндосперма, ко- торая может быть очень плотной, а может и совсем отсутствовать. Однако по плотности матрицы нельзя судить о солодовых свой- ствах ячменя. Все стенки, окружающие зерна крахмала, очень стабильны. Их толщина является при- знаком, сильно зависящим от сорта ячменя и условий его произрастания (рис. 1.5). У пи- воваренных сортов ячменя стенки клеток обычно тоньше, чем у кормовых сортов. Тол- щина стенок клеток — важный фактор для со- лодоращения, так как толстые стенки дольше противостоят растворению. Они препятству- ют обмену веществ и защищают содержимое клеток — при необходимости даже более ста лет! Стабильность этих клеток придает яч- менному зерну жесткость, которую при необ- ходимости можно преодолеть только значи- тельным механическим воздействием. Мучнистое тело окружено слоем бога- тых белком клеток — алейроновым слоем (рис. 1.3; 8). При солодоращении он являет- ся важнейшим «исходным пунктом» фермен- тообразования. В стабильном белке этого слоя
1.1. Ячмень 45 присутствуют и другие вещества — жиры, ду- бильные и красящие вещества. Оболочки зерна состоят из семи различ- ных слоев, которые принято объединять в три основных. Внутренняя оболочка снару- жи алейронового слоя называется семенной оболочкой или «тестой» (9). Она окружает все зерно и пропускает только чистую воду, задерживая растворенные в ней соли, что обусловливается ее полунепроницаемостью. Следующая за ней снаружи плодовая обо- лочка или «перикарп» (10) плотно срослась с семенной оболочкой. Она охватывает тесту, а та охватывается эпидермисом, который за- щищен снаружи мякинной оболочкой (11) зерна. Оболочки состоят в основном из целлю- лозы и гемицеллюлоз; в них содержится не- большое количество веществ, которые MOiyr неблагоприятно влиять на качество пива — это прежде всего дубильные, горькие веще- ства и кремниевая кислота. 1.1.4. Состав и свойства отдельных частей ячменя Влажность ячменя составляет в среднем 13-15% и может колебаться от 12% при су- хой до свыше 20% при очень влажной уборке. Влажный ячмень плохо хранится и обладает низкой прорастаемостью, в связи с чем требу- ется его сушка. Для лучшей сохранности яч- мень должен обладать влажностью ниже 15%. Остальная часть зерна называется сухим ве- ществом (СВ) и имеет обычно следующий химический состав: I общие углеводы 70,0-85,0% белок 10,5-11,5% минеральные вещества 2,0-4,0% жиры 1,2-2,0% прочие вещества 1,0-2,0% 1.1.4.1. Углеводы Углеводы по своему составу образуют об- ширнейший комплекс веществ, существенно различающихся по своим свойствам и, следо- вательно, по их значению для переработки и получения готового продукта. 1.1.4.1.1. Сахара и полисахариды Простейшим сахаром является глюкоза (С6Н12О6). Она образуется при фотосинтезе зеленых лиственных растений из СО2 и Н2О с помощью солнечного света как источника энергии и в форме целлюлозы накапливается в древесине, стеблях или в зернах и плодах. Важнейшими полимерами глюкозы являются целлюлоза и крахмал — наиболее распростра- ненные органические соединения на Земле (ежегодно растениями с помощью фотосин- теза их продуцируется более 100 млрд т). Внешний вид и свойства полимеров глю- козы, глюканов зависят от двух факторов: • от положения ОН-группы на первом атоме углерода; • в циклической структуре молекулы глюкозы каждому атому углерода при- своен порядковый номер, начиная с ато- ма углерода у кислородного мостика (см. рис. 1.6, где для наглядности вместо атомов углерода приведены их номе- ра). От положения ОН-группы на этом атоме углерода зависит, идет ли речь об а- или p-конфигурации глюкозы. Это имеет большое значение, поскольку а- и р-глюканы по-разному вступают в реакции. Например, крахмал явля- ется полимером a-конфигурации, то есть а-глюканом, а целлюлоза имеет P-конфигурацию, то есть она является р-глюканом; • от типа связей между молекулами глю- козы; • при полимеризации глюкоза образует длинные цепочки, при этом молекулы глюкозы соединяются с образованием одного кислородного мостика, причем первый атом углерода соединяется с 4-м атомом углерода следующей молекулы Рис. 1.6. Глюкоза в а- и р-конфигурации
46 1. Сырье глюкозы. Эта 1,4-связь является обыч- ной связью, но возможны и другие ее варианты (1,3,1,6). Из углового положе- ния ОН-группы при а-конфигурации получается спиральная структура мо- лекулы глюкозы (см. рис. 1.7 и 1.8). У р-глюканов угловое положение совер- шенно иное, что обусловливает и дру- гую структуру р-глюканов. В ячмене содержание сахара невелико (1,8-2%), так как полимеризованная глюкоза накапливается в эндосперме в виде крахма- ла. Сахара ячменя представлены преимуще- ственно сахарозой, а также небольшим коли- чеством глюкозы и фруктозы. 1.1.4.1.2. Крахмал Доля крахмала (С6Н10О5)п в ячмене состав- ляет около 63% (он является важнейшим его компонентом). Зерна крахмала (амилопласты) почти на 98% состоят из чистого крахмала; остальное — это белки, жиры и минеральные вещества. При этом различают амилозу и амилопектин. Амилоза составляет примерно 20% (16- 24%) крахмала ячменя; в небольших зернах содержание амилозы доходит до 40%. Амило- за обычно локализована внутри зерен крах- мала, состоит из длинных неразветвленных спиральных цепочек с 1,4-связями (см. рис. 1.7 и 1.8) и может содержать до 2000 молекул Рис. 1.7. Структура амилозы глюкозы в форме спирали («геликса»). Амилоза с более чем 8-ю молекулами глюко- зы дает красное йодное окра- шивание (у более длинных цепочек оно синее). Амилопектин составляет около 80% (76-84%) содержи- мого зерен крахмала. Наряду с 1,4-связями встречаются также 1,6-связи (рис. 1.9), то есть молекулы амилопектина являются разветвленными и примерно в 10 раз крупнее молекул амилозы (они состо- ят из почти 40 000 молекул глюкозы). Молекулы амило- пектина (рис. 1.10) похожи на Рис. 1.8. Спиральная цепочка молекулы амилозы раскидистое дерево, от ствола которого по 1,6-связям отходит большое коли- чество групп (кластеров) спиралей молекул глюкозы длиной около 9 нм [367]. Считается, что 6-7% всех связей амилопектина представ- лено 1,6-связями. Амилоза и амилопектин состоят из а-глю- козы, то есть являются а-глюканами. Для пи- вовара крахмал является потенциальным ис- точником экстрактивности. 1.1.4.1.3. Целлюлоза Целлюлоза является каркасным веществом и содержится только в оболочке ячменя (5-6%). Это высокомолекулярный р-глюкан, состоящий из молекул глюкозы с 1,4-связью,
1.1. Ячмень 47 Рис. 1.9. Структура амилопектина что делает целлюлозу нерастворимой и не расщепляемой ферментами солода. Целлюло- за используется в качестве фильтровального материала при фильтровании сусла в вароч- ном цехе. Если при фильтровании вещества оболочек (кремниевая, дубильная и горькая кислоты, и т. п.) подвергнутся сильному вы- щелачиванию, то они могут отрицательно сказаться на качестве пива. 1.1.4.1.4.1емицеллюлоза Гемицеллюлозы — главные составные части Рис. 1.10. Структура амилопектина (по Бертофту [367]). Стрелками обозначены 1,6-связи стенок клеток эндосперма. Они состоят из Р-глюканов и пентозанов, которые совместно образуют прочный каркас стенок клеток муч- нистого тела, р-глюканы и пентозаны облада- ют различной структурой и оказывают раз- ное влияние на технологию и качество пива, и поэтому ниже они будут рассматриваться раздельно. Гемицеллюлозы состоят на 80-90% из Р-глюкана и на 10-20% из пентозанов. р-глюкан Под р-глюканом понимают длинные цепочки глюкозных молекул, связанные друг с другом в положении 1,3 и чаще — в положении 1,4. P-Соединение означает, что молекулы глюко- зы не закручены, как у амилозы, а образуют длинные цепочки. Эти цепочки соединяются в пучки с высокомолекулярными белками клеточных стенок эндосперма (см. рис. 1.5). Когда они позднее переходят в раствор, то соединяются посредством водородных мо- стиков и образуют ассоциаты (рис. 1.11), ко- торые из-за своего вида называются «бахром- чатыми мицеллами». Под действием различных факторов (см. раздел 3.2.1.4) р-глюкан склонен к геле- образованию, особенно при затягивании за- тирания, что может отрицательно влиять на фильтруемость пива.
48 1. Сырье * Рис. 1.11. Ассоциаты молекул р-глюкана («бахромчатые мицеллы») н он Пентозаны Пентозаны состоят из пентоз — ксилозы и арабинозы. В основном пентозаны имеют длинные цепочки 1,4-В-ксилозных остатков, в которые в некоторых местах включены ара- бинозные остатки. Оболочка зерна почти на- половину состоит из пентозанов; примерно 67% пентозанов содержится в алейроновом слое и 20% — в эндосперме. Хотя пентозаны и расщепляются ферментами, в процессе их расщепления участвует множество фермен- тов и, как правило, до конца не проходит, так что в конце процесса солодоращения в солоде еще присутствует большое количество высо- комолекулярных пентозанов [376]. Отрицательное влияние пентозанов на фильтруемость пива, похоже, больше, чем считалось прежде. 1.1.4.2. Белковые вещества В ячмене содержание белка составляет 10- 11,5%. Примерно 30% белка накапливаются в стенках клеток эндосперма (см. раздел 1.1.3.2) и регулируют обмен веществ. Из этих белко- вых веществ в готовое пиво попадает около трети, и хотя содержание белковых веществ в пиве сравнительно невелико, они могут су- щественно влиять на его качество. Так, белковые вещества в определенной степени влияют на возникновение помутне- ний. Во всяком случае, содержание экстракта в солоде столько же (0,7-1,0%), насколько возрастает содержание белка в ячмене. Содержание белка в пивоваренном ячмене не должно превышать 11,5% (к сухому веще- ству).
1.1. Ячмень 49 1.1.4.2.1. Аминокислоты Мельчайшими структурными элементами белковых веществ являются аминокислоты. Всего известно около 150 аминокислот, но для белковых веществ важны примерно 20. Структура аминокислот описывается общей формулой nh2-r-cooh. NH2-rpynna образует аминную группу, особенно важную для дрожжей, слабо диссо- циированная СООН-группа (карбонильная) является собственно «кислотной» (см. об этом раздел 1.1.4.3), a «R» определяет струк- туру главной группы. В присутствии воды две аминокислоты соединяются в один дипептид (см. нижепри- веденный рисунок). При этом NH2- и СООН-группы объе- диняются в NH-CO-связь; NH2-rpynna со- храняется лишь в концевой аминокислоте. Чем короче цепочки, тем больше свободных концевых аминокислот. Для дрожжей важны именно свободные NH2-группы, и поэтому для питания дрожжей необходимо следить за достаточным количеством свободного амин- ного азота (FAN). Далее мы будем постоян- но приводить данные по FAN — свободному аминному азоту. В горячем охмеленном сусле должно содержаться не менее 200 мг свобод- ного аминного азота/л. О необходимых для питания дрожжей аминокислотах см. раздел 4.1.2.2. 1.1.4.2.2. Протеины Все протеины образуются живыми организ- мами в виде неразветвленных цепочек ами- нокислот. Последовательность аминокислот в цепочке задается данным организмом и яв- ляется для него типичной. Количество амино- кислот в цепочке может доходить до 300, а мо- лекулярная масса может превышать 1 млн. Го- воря о структуре протеинов, различают: • первичную структуру, заданную после- довательностью аминокислот; • вторичную структуру (подобно спираль- ному расположению глюкозных остат- ков в молекуле амилозы аминокислоты в белке закручены в виде спирали напо- добие телефонного шнура, по меньшей мере, на отдельных участках); • третичную структуру, где длинная моле- кула протеина, закрученная на отдель- ных участках в спираль, свернута в клу- бок в определенном порядке; благодаря водородным и сульфидным мостикам, электростатическому взаимодействию и т. п. гигантские молекулы образуют оп- ределенную структуру, присоединяя гидратационную воду. Таким образом протеины превращаются в коллоиды, вязкость которых возрастает с разме- ром молекулы. Протеины амфотерны, то есть их реакция может быть как кислотной, так и щелочной; в изоэлектрической точке (ИТ) они нейтраль- ны и имеют наименьшую растворимость. При производстве пива для обработки белковых веществ важно значение pH. При нагревании крупные белковые молекулы денатурируют- ся и в конечном итоге коагулируют. При этом связи разрушаются, и возникает хаотическое состояние, завершающееся выпадением осад- ка, но это в значительной мере зависит от раз- мера и структуры молекулы. К протеинам относится большая часть бел- ков ячменя (около 92%). По Осборну протеи- ны по растворимости делятся на следующие присутствующие в ячмене группы. Глютелин Белок ячменя примерно на 30% состоит из глютелина, растворимого в слабощелочных растворах. Этот белок локализуется в основ- ном в алейроновом слое и позднее не рас-
50 1. Сырье щепляется, переходя в дробину неизменен- ным. Проламин Проламин ячменя называется гордеином и составляет около 37% ячменного белка; он растворяется в 80%-ном спиртовом растворе и частично попадает в дробину. Глобулин Глобулин ячменя называется эдестином. Он растворяется в слабых солевых растворах, а также в заторе и составляет около 15% белка ячменя. Эдестин состоит из четырех компо- нентов (а, р, у, б), из которых содержащий серу р-глобулин даже при длительном ки- пячении никогда полностью не осаждается и может вызывать в пиве помутнение. Альбумин Альбумин ячменя называется лейкозином. Он состоит из 16 различных компонентов, а его средняя молекулярная масса составляет 70 000. Размер молекулы обычно выражают в кДа (килодальтонах, 1 дальтон, Да, соот- ветствует массе одного протона; тем самым молекулярная масса 70 000 = 70 кДа). Лей- козин растворяется в воде и составляет 11% ячменного белка. К альбуминам относят также протеин Z (40 кДа), а также липидтрансферпротеин LPT1 (10 кДа,) которые считаются важней- шими компонентами пены. В процессе соло- доращения эти два компонента претерпевают некоторые изменения. Наряду с вышеописанными протеинами в ячмене присутствуют гликопротеины, пред- ставляющие собой соединение протеинов с углеводами (например, глюкозой, маннозой или галактозой) и способные расщепляться в ходе солодоращения. Гликопротеины харак- теризуются в пиве пеностабилизирующими свойствами. 1.1.4.2.3. Продукты расщепления белка Название этих веществ обусловлено тем, что они всегда растворимы в воде и при кипя- чении не выпадают в осадок. В готовое пиво попадают практически только продукты рас- щепления белка, а не сами белки. Продукты расщепления составляют мини- мальную часть (около 8%) белковых веществ ячменя. При солодоращении и варке сусла их содержание возрастает. Различают следую- щие продукты расщепления белка. Высокомолекулярные продукты расщепления Они состоят из комплекса продуктов рас- щепления протеина — протеоз, название ко- торых происходит по аналогии с протеина- ми, из которых они образованы (альбумозы, глобулозы), и из комплекса образовавшихся пептонов. Высокомолекулярные продукты расще- пления улучшают пеностойкость пива и уча- ствуют в образовании мути. Особое значение имеет расщепление протеинов (протеолиз) при солодоращении. 1.1.4.3. Жиры (липиды) Ячменное зерно содержит около 2% жиров, которые откладываются главным образом в алейроновом слое и в зародыше, причем в алейроновом слое и в оболочке содержится жиров в 9 раз больше, чем в зародыше. Основными составляющими жиров (ли- пидов) являются жирные кислоты. Под жир- ными кислотами понимают углеводородные соединения с концевой группой СОО-Н+, через которую определяется слабая кислота: н н н I н I н I с\1 /С\1 I СХI с н I н I н н При этом различают: • жирные кислоты с короткой цепочкой, например, уксусная кислота СН3СООН; • жирные кислоты с цепочкой средней длины, с 5-14 атомами углерода; • жирные кислоты с длинными цепочка- ми, с 16-18 атомами углерода. В последующем нам еще придется иметь дело с этими жирными кислотами, причем особое значение будут иметь ненасыщенные жирные кислоты — такие, у которых суще- ствует одна или более двойных связей между
1.1. Ячмень 51 строго определенными атомами углерода (см. рис. 1.12): Ненасыщенные жирные кислоты имеют большое значение для нашего питания, тем более, что некоторые из них не могут синте- зироваться человеческим организмом (так называемые незаменимые жирные кислоты). Они играют существенную роль и при при- готовлении пива: так, ненасыщенные жирные кислоты требуются для построения стенок дрожжевых клеток (см. раздел 1.4.1); их про- изводные участвуют в процессах старения пива с ухудшением его вкуса после розлива. В ходе технологических процессов можно проследить изменения в составе ненасыщен- ных жирных кислот и продуктов их расще- пления (дериватов). Ненасыщенные жирные кислоты очень ак- тивны и весьма склонны к разрыву двойных связей через окисление. Это может проис- ходить при участии фермента липоксигеназы или неферментативным путем. Жирные кислоты с цепочками средней длины образуются в основном при главном брожении. При созревании пива они в значи- тельной степени экстрагируются дрожжами и весьма отрицательно влияют на пенообра- зование. Жиры (липиды) являются сложными эфи- рами жирных кислот с глицерином (глице- ролом). Сложные эфиры — это соединения кислот и спирта. Глицерин является спиртом (трехвалентным пропиловым, пропанолом). Жирные кислоты реагируют с глицерином с выделением воды следующим образом: ожк - соо - н + он - с - н2 I ожк - соо - н + он-с-н I ожк - соо - н + он - с - н2 (где ОЖК — остаток жирной кислоты). Образуется липид (жир, масло). В процессе появления прогорклости эти составные части в присутствии воды снова разделяются. 1.1.4.4. Минеральные вещества Содержание минеральных веществ в ячмене изменяется в пределах 2-3%. Большая их Число атомов Название углерода Число КИСЛОТЫ двойных связей ение двойных связей Ill 1 10Л0Ж Ill -U Муравьиная 1:0 О Уксусная 2: 0 Пропионовая 3: 0 Скх" Масляная 4: 0 Валериановая 5: 0 Капроновая 6: 0 CVX/ Каприловая 8: 0 Каприновая Ю: 0 О^/Хх Лауриновая 12: 0 Ск^Хх Меристиновая 14: 0 О^х^ Пальметиновая 16: 0 Стеариновая 18: 0 Олеиновая Линолевая Линоленовая Арахиновая 20: 0 CVx Арахидоновая 20: 4; 5,8,11,14 Os/Xz В липидах не содержатся ноос-сн2-снг-сн2-сн2-сн3 Рис. 1.12. Важнейшие жирные кислоты Кружком обозначена СООН-группа; ломаной линией — СН2-группа или, при насыщенной жирной кислоте, СН-группа; конец цепочки — СН3-группа
52 1. Сырье часть связана неорганически. Основными ми- неральными веществами ячменя являются: • фосфаты — около 35% (в пересчете на Р2О5); • силикаты — около 25% (в пересчете на SiO2); • калийные соли — около 20% (в пересче- те на К2О). Фосфаты являются не только основны- ми составляющими минеральных веществ и их соединений; их присутствие в ячменном зерне играет существенную роль в образова- нии важнейших органических соединений (например, фитина, нуклеиновых кислот, ко- энзимов, белковых веществ и т. д.). Из этих соединений фосфаты высвобождаются при солодоращении и пивоварении. Присутствие фосфатов играет большую роль во многих технологических процессах. Так, без фосфатов не может проходить спир- товое брожение, поскольку протекающие при этом процессы химически связаны с превра- щениями АТФ-АДФ (см. раздел 4.1.2). Особо много силикатов находится в обо- лочке ячменного зерна, а также в крахмале. Они коллоидно-растворимы и обнаружива- ются в каждом помутнении пива. Для приготовления пива имеют значения соли в качестве микроэлементов, например, соли цинка для брожения (см. раздел 4.1.2.5). Большинство солей попадает в пиво из ячме- ня. Среднее пиво (12%-ное) содержит около 1600 мг минеральных веществ и их окислов на литр. Из них около 400 мг поступает из воды, а около 1200 мг — из солода (причем все карбонаты поступают в пиво из воды). 1.1.4.5. Прочие вещества В ячмене содержится еще ряд веществ, при- сутствующих в незначительном количестве, но влияющих на приготовление пива и его качество. Речь идет о дубильных и горьких веществах, витаминах и ферментах. 1.1.4.5.1. Дубильные вещества или полифенолы В оболочке ячменя, а также в алейроновом слое откладываются дубильные вещества. Об- наруживаются они главным образом в виде неприятного горького («царапающего») вкуса. В химическом отношении они характери- зуются соединением нескольких фенольных колец (отсюда и название — полифенолы). Хотя полифенолы составляют лишь 0,1- 0,3% СВ ячменя, они, будучи антиоксиданта- ми, оказывают существенное влияние на ста- бильность вкуса и стойкость самого пива. Среди полифенолов наиболее важную роль играют флаван-3-ол (см. рис. 1.13), который считается особенно стойким к помутнению, а также антоцианидины и их предшественни- ки. Антоцианидины — это горькие красящие и ароматические вещества, присутствующие во многих фруктах и способные изменять их цвет в зависимости от значения pH. Полифенолы обладают антиокислитель- ным действием. При окислении они теряют свое антиоксидантные свойства и оказывают отрицательное влияние на пиво, из-за чего любыми средствами необходимо предотвра- щать их окисление. Рис 1.13. Структурная формула флаван-3-ола 1.1.4.5.2. Витамины Витамины — это составляющие пищи; они могут вырабатываться только растениями. Витамины необходимы человеческому орга- низму для поддержания многих процессов обмена веществ, и они должны поступать в него в достаточном количестве. Недостаток витаминов может служить причиной различ- ных заболеваний. В ячмене содержатся в основном следую- щие витамины: • Bi (тиамин) — преимущественно во внешних частях зерна; • В2 (рибофлавин);
1.1. Ячмень 53 • С (аскорбиновая кислота) — в меньшем количестве; • Е (токоферол) — в жире зародыша. Витамины — это соединения со сложным строением. При хранении и переработке они довольно сильно разрушаются. 1.1.4.5.3. Ферменты ячменя Ферменты входят в состав всех живых расте- ний и животных организмов, причем ячмень и дрожжи содержат широкий набор фермен- тов. Многообразные превращения веществ во время получения солода и пива протекают почти исключительно благодаря действию ферментов. Остановимся подробнее на их строении и механизме действия. Ферменты — высокомолекулярные белко- вые вещества, которые как биокатализаторы делают возможным или существенно уско- ряют определенные реакции. Они действуют уже в весьма малых концентрациях и опреде- ляют направление и скорость биохимических превращений. Название фермента образуется из назва- ния расщепляющегося субстрата с заменой суффикса и окончания на «-аза». Так, фер- мент, расщепляющий сахарозу, носит назва- ние «сахараза». В ячмене уже содержится ряд ферментов, но в относительно небольших количествах. Большая же часть ферментов образуется лишь в ходе его проращивания при солодора- щении. Строение ферментов Строительными «кирпичиками» для фермен- тов служат аминокислоты, соединенные друг с другом пептидными связями — CO-NH (см. раздел 1.1.4.2.2). Пептидные цепочки разме- щены в ферментах не в одной плоскости, а имеют винтообразную структуру, реализуе- мую с помощью разнообразных связей («мо- стиков»). Эти спирали, кроме того, много- образно соединены другими видами связей в складки и клубки (третичная структура, рис. 1.14). Такие структуры в виде спиралей, складок и клубков предварительно точно за- программированы образующим их организ- мом и играют решающую роль в механизме действия фермента. Рис. 1.14. Структура сложной белковой молекулы Во всех известных случаях ферменты со- стоят из белковых клубков, образующих ти- пичную для себя полость («карман»), складку или бороздку, в которую точно «укладывает- ся» субстрат (по принципу «ключ-замок»). Механизм действия ферментов В специфичных для данного фермента участ- ках — «кармашках», складках или бороздках (рис. 1.15), образуемых внутри молекуляр- Рис. 1.15. Механизм действия фермента (на примере р-амилазы): а — вхождение субстрата; b — связь с активным центром; с — аминокислоты возвращаются в свое положение; d — продукт покидает кармашек фермента; 1 — кармашек фермента; 2 — активный центр; 3 — субстрат; 4 — продукт;
54 1. Сырье ного клубка, находится активный центр (2) фермента, состоящий из расположенных определенным образом аминокислот и дру- гих активных групп. Активный центр воздей- ствует на субстрат притягивающей силой (а). Когда субстрат находится в ферментном кар- машке, то аминокислоты и другие действую- щие группы фермента связываются с ним. Эти связи имеют электронную или химиче- скую природу. При этом объемное располо- жение аминокислот изменяется; субстрат находится в своего рода ловушке (Ь) [19, 20]. После расщепления (с) аминокислоты актив- ного центра возвращаются в исходное поло- жение, продукт отделяется от фермента (J), и фермент готов для следующего процесса расщепления. В связи тем что кармашек и активный центр обладают специфической структу- рой, каждый фермент способен реагировать только со строго определенным субстратом. Отсюда возникает высокая избирательность всех ферментов к тем или иным субстратам, и поэтому для механизма действия фермен- та характерен каталитический реакционный цикл, представленный на рис. 1.16. Рис. 1.16. Цикл реакции катализа фермента У многих ферментов каталитическое дей- ствие связано с присоединением простети- ческой группы (кофермента, или коэнзима). Для работы некоторых ферментов зачастую важно наличие двухвалентных ионов метал- лов, например, железа, магния, кальция и т. д. Эти металлы образуют связи в структуре фермента. Причины ускорения реакций ферментами При осуществлении химических реакций, особенно при расщеплении богатых энергией соединений, для высвобождения энергии не- обходимо преодолеть энергетический барьер. Если, например, окислить (сжечь) энергона- сыщенную целлюлозу (древесину) до низко энергонасыщенных воды и двуокиси угле- рода, то высвобождается энергия (тепло). Однако этот (экзотермический) процесс не развивается сам по себе, для него требует- ся (эндотермический) запуск, при котором благодаря подведению тепла (поджиганию) преодолевается энергетический барьер. Это важно для всех подобных процессов в при- роде: ведь если бы не существовало энергети- ческих барьеров, то все вещества очень ско- ро перешли бы в состояние равновесия — не было бы энергетических различий, и жизнь стала бы невозможной. Если субстрат, обладающий определенным количеством энергии (рис. 1.17), переводится из состояния с высоким уровнем энергии (А) в состояние с пониженной энергией (С), то сначала он должен быть переведен в состоя- ние активации (В) путем подведения энер- гии. Требуемая для этого энергия называется энергией активации (ЕД Лишь после преодоления этого энергети- ческого барьера может быть достигнут энер- гетический уровень состояния (С) [21]. При наличии фермента (катализатора) энергия активации понижается. Рис. 1.17. Снижение энергии активации путем использования фермента (действие катализатора)
1.1. Ячмень 55 Это означает, что энергетический барьер становится существенно ниже (Bt) и поэто- му требуется значительно меньшая энергия активации (ЕД Таким образом, возникает существенное увеличение скорости реакций процессов ферментативного расщепления веществ. В ячмене, находящемся в состоянии по- коя, присутствует незначительное количе- ство ферментов, в основном нерастворимых. Большинство их образуется или освобожда- ется при проращивании. Эти ферменты необходимы, чтобы пере- вести находящиеся в эндосперме нерас- творимые вещества в растворимую форму, обеспечивающую зародышу возможность по- строения новых клеточных веществ или воз- можность получения энергии. За их образование и действие отвечают определенные гены. В большинстве случаев это несколько генов, взаимодействие которых вызывает специфическое действие (темпера- турный оптимум и т. д.). Из этого следует, что у других сортов такое специфическое дей- ствие может быть вызвано другими генами, но с другим температурным оптимумом. Главной целью солодоращения является образование ферментов при проращивании, так как позднее они необходимы для процес- сов расщепления веществ при затирании в варочном цехе. 1.1.5. Оценка качества ячменя Качество ячменя в решающей степени влия- ет на качество солода и производимого пива. Поэтому его оценка для солодовщика весьма важна. Оценку качества ячменя осуществляют • путем визуального и ручного обследо- вания; • путем технохимических методов ана- лиза. Оценку качества проводят по определен- ным показателям при поставке (контроль со- ответствия) и при хранении. Чем больше партия ячменя, тем больше может выявиться отклонений. Чтобы полу- чить точную картину о среднем составе, не- обходимо отобрать пробы из возможно боль- шего числа мест и перемешать их. 1.1.5.1. Визуальное и ручное обследование Пивоваренные ячмени выбирают в основном по сорту и месту возделывания. Наряду со ставшими сегодня привычными экспресс- методами при поставке ячменя в настоящее время возрастает значение ручного обсле- дования, то есть оценка качества ячменя по внешним показателям. При этом оценивают следующие показатели. Запах Он должен быть чистым, свежим, соломен- ным. Затхлый, гнилостный, плесневелый за- пах указывает на то, что ячмень хранился при повышенной влажности и мог потерять свои качества. В этом случае следует ожидать по- ниженной всхожести и возникновения труд- ностей при переработке. Влажность На ощупь ячмень должен быть сухим и обла- дать хорошей сыпучестью. Если зерна прили- пают к рукам, то их влажность повышена. Цвет и блеск Ячмень должен быть светло-желтым, цве- та соломы, блестеть, а зерна должны иметь одинаковые размеры. Зеленоватые зерна свидетельствуют о ранней уборке. Ячмень, перестоявший под дождем, выглядит серым и матовым. Коричневые кончики зерна могут быть признаком сорта (например, Isaria), но обычно это вызывается уборкой при повы- шенной влажности и приводит к повышен- ной водочувствительности зерен. Красное зерно Красные зерна (эндосперм красного цвета) указывают на массовое поражение фузариу- мом. При приготовлении солода из подобно- го зерна появляется большая опасность воз- никновения такого нежелательного явления, как гашинг (фонтанирование) пива. Ячмень с красными зернами для солодоращения не- пригоден. Характеристики оболочек Оболочки должны иметь тонкую морщини- стость, которая свидетельствует о хорошем,
56 1. Сырье богатом экстрактом ячмене. Недостаточно вызревшие зерна зачастую имеют толстые или гладкие оболочки. Толстые оболочки содержат больше дубильных и горьких ве- ществ. В иные годы в период созревания наблю- дается растрескивание зерен ячменя. Это яв- ление возникает из-за смены теплой (солнеч- ное облучение) и дождливой погоды в период налива и созревания зерна. Оно усиливается или ослабляется в зависимости от генети- ческих особенностей тех или иных сортов и влияния плесневых грибов, задерживающих созревание [192]. При этом могут возникать следующие эффекты [191]: • растрескивание оболочек', при этом переход от брюшной к спинной обо- лочке закрыт не полностью; оболочки, находящиеся ниже, обычно не повреж- дены; • растрескивание зерна', при этом воз- никают трещины в оболочке и в нахо- дящихся ниже слоях, возможно, и в эн- досперме; растрескивание — явление, явно затрудняющее получение каче- ственного ячменя; • прорастание зерна', оно возникает, ког- да при весьма влажной уборке ячмень начинает прорастать уже на стебле; в этом случае ячмень для приготовления солода непригоден; при нормальных условиях естественный период покоя зародыша гарантирует от прорастания зерна; в случае очень влажной уборки процессы жизнедеятельности все-таки могут начаться, но прорастание зерна остается незаметным. В этом случае го- ворят о «скрытом прорастании» зерна. Наиболее надежным методом его вы- явления является определение актив- ности эстераз с помощью флуоресцин- дибитурата (эстеразы — это ферменты, расщепляющие сложноэфирные связи в липидах). Проявление активности эсте- раз является безошибочным признаком начала процесса прорастания; • премалтинг', это неточный термин, включающий в себя в основном приве- денные выше эффекты. Степень загрязнения В зерне не должны присутствовать никакие посторонние предметы, семена сорняков, пе- сок, камни, обрывки веревок, солома, коло- сья, ости, металлические предметы, половин- ки зерен, спорынья и другие злаки. Поврежденные зерна Поврежденные зерна при переработке вы- зывают технологические и биологические затруднения и должны своевременно устра- няться. Повреждения зерен возникают пре- жде всего при обмолоте и из-за воздействия вредителей. Форма и величина зерен Зерна должны быть крупными, полными и округлыми; такие зерна ячменя содержат обычно по сравнению с плоскими и длинны- ми больше экстракта и меньше белка. Однако форма зерна зависит в первую очередь от его сорта. Однородность Для производства желательно иметь одно- родный ячмень с высоким содержанием пол- ных зерен. Проросшие зерна При уборке, происходившей в очень влажных условиях, партия ячменя может содержать уже проросшие зерна; такие партии для по- лучения солода не используются, так как яч- мень в них прорастает очень неравномерно. Поражение зерна вредителями Наиболее распространенным вредителем зерна является долгоносик. У поврежденных им зерен наблюдаются четкие отверстия по- грыза, зерна при замачивании всплывают. Такой ячмень для приготовления солода не пригоден. 1.1.5.2. Технохимический анализ 1.1.5.2.1. Сортирование Сортирование ячменя является важнейшим видом его анализа и может осуществляться быстро и просто. Для этого ячмень разделяет- ся на 4 группы на ситах с отверстиями 2,8 мм,
1.1. Ячмень 57 2,5 мм и 2,2 мм. Все, что остается на ситах I (2,8 мм) и II (2,5 мм), относится к первому сорту (полный ячмень); все, что пройдет че- рез них, но останется на III сите, является II сортом. Прошедшее через все три сита зерно считается отходами и реализуется как кормо- вой ячмень. Поскольку всегда исследуется 100 г ячме- ня, то в данном случае грамм равен проценту. Пример Сито I 42,5 г 88,5% I сорта Сито II 46,0 г (полный ячмень) Сито III 10,5 г 10,5% II сорта На дне 1,0 г 1,0% отходов 100,0 г = 100% Нормируемые показатели содержания ячменя! сорта в различных типах ячменя: Пивоваренный ячмень (среднего качества) минимум 85% Хороший пивоваренный ячмень минимум 90% Отборный ячмень минимум 95% Нормируемые показатели содержания отходов: Недостаточно очищенный ячмень более 4% Пивоваренный ячмень среднего качества 3-4% Хороший пивоваренный ячмень 2-3% Отборный ячмень менее 2% 1.1.5.2.2. Масса 1000 зерен Так как масса 1000 зерен увеличивается с их влажностью, то производится пересчет на су- хое вещество (СВ). Масса 1000 зерен может относиться к результату сортировки и к вы- ходу экстракта ячменя. С возрастанием массы 1000 зерен может увеличиваться содержание I сорта, а значит, и экстрактивность ячменя. Масса 1000 зерен подсчитывается с исполь- зованием счетной доски или счетного аппа- рата и определяется на весах. Поврежденные и посторонние зерна следует предварительно удалить и их массу из подсчета исключить. Вычисление осуществляют по формуле: Масса 1000 зерен, г на ВСВ = (Масса ото- бранных зерен х 1000 )/ Число всех зерен. Масса 1000 зерен, г на АСВ = 1000 - [Масса отобранных зерен (ВСВ) х (100 - IV)] / 100, где IV— влажность ячменя, %. Пример Проба 40 г содержит 1,6 г поврежден- ных и посторонних зерен и 1048 ячмен- ных зерен; IV ячменя — 11,5%. 1048 зерен весят 40,0 - 1,6 = 38,4 г. Масса 1000 зерен на ВСВ = = (38,4 • 1000)/ 1048 = 36,6 г. Масса 1000 зерен на АСВ = = [36,6 • (100 - 11,5)]/100 = 32,4 г. Масса 1000 зерен составляет 32,4 г. Нормируемые значения массы 1000 зерен на ВСВ: 37-40 г — легкий ячмень; 41-44 г — ячмень среднего веса; свыше 45 г — тяжелый ячмень; на АСВ: нормальные значения — от 38 до 40 г; предельные значения — 30 и 45 г. 1.1.5.2.3. Масса гектолитра Масса гектолитра рассчитывается из массы 1 гл ячменя. Пивоваренный ячмень имеет массу гектолитра в среднем от 68 до 75 кг. Изменение массы гектолитра при опреде- ленной влажности зависит от многих факто- ров, которые в настоящее время еще не уста- новлены. 1.1.5.2.4. Проба на срез Проба ячменя на срез может дать ценные сведения о его ожидаемых технологических свойствах в солодовне и о качестве готового со- лода. Испытание эндосперма ячменя методом пробы на срез осуществляют с помощью фари- натома, а также различных устройств для по- перечного или продольного разрезания зерна. Хороший пивоваренный ячмень должен содержать не менее 80% мучнистых зерен. Стекловидность других зерен может быть временной или постоянной. Для исследова-
58 1. Сырье ния зерна его следует замачивать 24 ч, затем высушить и вновь разрезать. Постоянная (со- храняющаяся) стекловидность означает, что солод обладает неблагоприятными для его дальнейшей переработки свойствами. 1.1.5.2.5. Технохимические исследования Каждую партию ячменя анализируют на влажность и содержание белка; другие ана- лизы проводят по необходимости. Влажность Определение влажности проводят методом стандартной сушки, при котором измель- ченный ячмень высушивают установленное время при строго определенной температуре. Существуют также приборы для экспресс- анализа влажности, которые обеспечивают контроль при поставке каждой партии. Содержание белка Содержание белка в ячмене играет суще- ственную роль во время приготовления со- лода и пива. Ячмень, богатый белком, перера- батывается труднее и с большими потерями при солодоращении. Каждый процент увели- чения содержания белка дает около одного процента уменьшения экстракта. Поэтому содержание белка играет особую роль при заключении договоров на поставку ячменя; общепринято, что превышение оговоренного содержания белка означает штрафные санк- ции в том же процентном отношении. Определение содержания белка осущест- вляется по методу Кьельдаля (Kjeldahl) или экспресс-методом, для чего определяют со- держание азота. В белке ячменя содержание азота составляет в среднем 16%. Путем умно- жения на 6,25 (100:16) получают искомое со- держание белка. При приемке партии ячменя очень важно, чтобы она соответствовала со- гласованным показателям по влажности и со- держанию белка, причем результаты анализа требуются как можно быстрее. В этих целях применяют методы спектроскопии в ближне- инфракрасной области спектра (NIR, см. раз- дел 7.5.12). При более позднем обнаружении несоответствия партии требуемым показате- лям она уже будет смешана в силосе с други- ми партиями, и отбраковать ее не удастся. 1.1.5.3. Физиологические исследования 1.1.5.3.1. Про растаем ость Под прорастаемостью понимают процентное содержание в пробе всех живых зерен незави- симо от того, находится ли ячмень в состоя- нии покоя или нет (см. раздел 2.2.5). Должны прорастать как минимум 96% всех зерен. 1.1.5.3.2. Энергия и способность к прорастанию Под энергией и способностью к прорастанию понимают процентное содержание зерен, проросших к моменту исследования при нор- мальных условиях солодоращения. Энергия прорастания характеризует прорастаемость зерен через 3 сут, а способность прораста- ния — через 5 сут. Высокая энергия и способность прораста- ния свидетельствует о хорошем, здоровом со- стоянии ячменя и тем самым — об успешной последующей переработке его на солод. По истечении 5 сут способность к прорас- танию должна составлять 96-98%. Энергия прорастания через 3 сут должна быть как можно ближе к способности к прорастанию через 5 сут. Наряду с определением прорастаемо- сти применяется также ускоренный метод определения потенциала прорастаемости по тетразолхлориду (метод ТТС), особенно хо- рошо применимый для определения прорас- таемости до первого октября данного года уборки. 1.1.5.3.3. Водочувствительность Различные типы и сорта ячменя обладают различной чувствительностью к водопо- глощению, и это должно учитываться в со- лодовне при замачивании зерна. С ростом водочувствительности время замачивания следует ограничивать. Водочувствительность определяется по разности энергии прораста- ния зерен при различном количестве воды (4 мл-тест минус 8 мл-тест). Водочувствительность ячменя до 10% счи- тается очень низкой; от 11 до 25% — низкой; от 26 до 45% — средней, а свыше 45% — высокой.
1.2. Хмель 59 1.1.5.3.4. Способность к водопоглощению (способность к замачиванию) Чем больше ферментативная активность ячменя, тем выше его способность к водопо- глощению и тем лучше его пивоваренные свойства. Исследование должно определить, в состоянии ли ячмень при минимальном времени замачивания достичь наибольшего водопоглощения. Способность к водопоглощению (способ- ность к замачиванию) через 72 ч замачивания оценивается следующим образом: ниже 45% — неудовлетворительная; 45-47,5% — удовлетворительная; 47,6-50,0% — хорошая; свыше 50% — очень хорошая. 1.2. Хмель Хмель (Humulus lupulus L.) — это многолет- нее двудомное вьющееся растение из группы крапивоцветных и семейства коноплевых растений. В пивоварении применяют соцве- тия женских растений; они содержат горькие смолы и эфирные масла, придающие пиву го- речь и ароматические свойства. Можно привести такую формулировку: хмель — это высушенные шишки соцветия женских растений хмеля и приготовленные из них продукты, содержащие только основ- ные компоненты хмеля. Выращивают хмель в особых областях воз- делывания, имеющих для этого подходящие условия. После уборки хмеля, чтобы избе- жать снижения его ценности, осуществляют его сушку и переработку. Для оценки хмеля важны некоторые показатели относительно строения хмелевой шишки и ее состава. 1.2.1. Области возделывания хмеля Бесспорно, основными странами, где возде- лывают хмель, являются Германия и США, за ними следуют Чехия и в последнее время Ки- тай. В10 крупнейших странах-производителях хмеля было собрано следующее количество хмеля [217]: Страна Собр 1995 ано,т 2005 Германия 34121 34 466 США 35 768 24 001 Китай 10000 9772 Чешская Республика 9910 7831 Польша 3264 3414 Словения 3967 2539 Англия 4078 1593 Украина 2565 1473 Франция 1108 1371 Испания 1724 1294 Австралия 2558 1238 Очевидно, что урожаи почти во всех странах сократились. Так, общий сбор хмеля в мире сни- зился с 126 686 т в 1995 г. до 94 115 т в 2005 г., хотя производство пива в мире в аналогичный период возросло примерно на 350 млн гл. По- севные площади хмеля в мире продолжали сокращаться (1994 г. — 86 786 га, 2004 г. — 50 639 га), то есть за 10 лет они сократились на 42%. Общая потребность в хмеле составляет около 100 000 т, и она не всегда покрывается колеблющимся уровнем ежегодного производ- ства хмеля, составляющим 85 000-100 000 т (рис. 1.18). С другой стороны, имеющиеся ми- ровые резервы хмеля покрывают всю годовую потребность в нем.
60 1. Сырье В регионах, где сильно развито потребле- ние пива, легко заметить снижение потребно- сти в хмеле за счет: • постоянного или частично снижающе- гося потребления пива; • повсеместно снижающейся горечи пива; • возрастающего использования сортов с высоким содержанием а-кислоты. Германия Без сомнения, крупнейшей областью возде- лывания хмеля в Германии является Халлер- тау (рис. 1.19). Основное количество германского хмеля производится на площади 14 221 га (в 1997 г. было 17 410 га) между Аугсбургом и Реген- сбургом с центром в районе Майнбурга. В районе Эльба-Заале 47 производителей (данные 1996 г.) возделывают хмель на об- щей площади 1332 га (в 1997 г. было 1526 га). Этот район расположен на территории феде- ральных земель Саксония, Тюрингия и в юж- ной части Саксонии — Ангальте. Область возделывания Теттнанг занимает площадь 1193 га (в 1997 г. было 1666 г.) се- вернее Боденского озера. Район Шпальт пощадью 395 га (в 1997 г. было 627 га) расположен к юго-западу от Нюрн- берга. Херсбрук, расположенный северо-восточ- нее Нюрнберга, находится на границе мас- сива Франконский Альб. По своей площади (около 20 га, в 1997 г. было 106 га) район Херс- брук относится к самым небольшим областям возделывания хмеля в Германии. Хмель из Херсбрука учитывается вместе с хмелем из области Халлертау. Самой маленькой областью возделывания хмеля в Германии является район Баден/Бит- тбург/Рейнпфальц (около 16 га, всего 3 про- изводителя). Посевные площади под хмель в мире снизились с 90 000 га в 1993 г. до 50 000 га в 2005 г. Несмотря на сокращение посевных площадей в 1993-2005 гг. более чем на 44%, Рис. 1.19. Области возделывания хмеля в Германии: 1 —Халлертау; 2 — Теттнанг; 3 — Шпальт; 4 — Херсбрук; 5 — район Эльба-Заале; 6 — Баден/Биттбург/Рейнпфальц
1.2. Хмель 61 общее производство а-кислоты снизилось всего на 11,1% [379]: 2005 г. 1993 г. Сбор хмеля, т 91 000 137 000 Производство а-кислоты, т 8000 9000 Примерно треть мирового производства хмеля составляет так называемый ароматиче- ский хмель, однако в последние десятилетия возделывается все больше горького хмеля и хмеля с высоким содержанием а-кислоты, которые при невысокой дозе внесения дают более интенсивную горечь. Крупнейшим производителем а-кислоты в мире является Германия (39%); за ней идут США (34%) и Китай (8%) (рис. 1.20). Доля Чехии составляет около 3%. В Германии преобладают ароматические сорта, однако наблюдается тенденция к уве- личению доли сортов хмеля с высоким содер- жанием а-кислоты. Соответственно в 1996 и 2005 гг. было собрано (т): 1996 г. 2005 г. ароматического хмеля 24 316 18 950 горького хмеля 8735 1227 хмеля с высоким содержанием а-кислоты 6300 14 234 Всего по Германии 39 511 34 466 О различных сортах хмеля см. раздел 1.2.6. США В США наибольшее количество хмеля соби- рают в штате Вашингтон (22977 т в 2001 г.), далее следуют штаты Орегон (5191 т) и Айда- хо (2091 т). В 1997 и 2005 гт. было собрано: 1997 г. 2005 г. ароматического хмеля 7741 7175 горького хмеля 5030 490 хмеля с высоким 19 550 16 335 содержанием а-кислоты Всего по США 34 006 24 001 Среди ароматических сортов доминиру- ет Willamette, за ним следуют Cascade и Mt. Hood. Среди горьких сортов хмеля и хмеля с высоким содержанием а-кислоты преоблада- ют Galena, Nugget, Columbus и Zeus. Чешская республика Основной областью возделывания хмеля в Чехии является Жатецкая (в районе г. Хо- мутов) (площадь 4382 га, данные 2005 г.), далее следуют небольшие области Уштецкая (756 га) (между гг. Литомнержице и Ческа Липа) и Тршицкая (недалеко от г. Оломоуц) (700 га). Возделываются исключительно аро- матические сорта. Жатецкий хмель (Saazef) со средним содержанием а-кислоты 4,0% по- прежнему считается одним из лучших сортов ароматического хмеля. Англия В Англии хмель возделывают на площа- ди 1071 га (данные 2005 г.; в 1997 г. было 3067 га) в графствах Кент и Херфордшир. Основным является сорт с высоким содержа- нием а-кислоты Target и ароматические сорта Goldings, First Gold, Fuggles и Challenger. Рис. 1.20. Диаграмма произ- водства а-кислоты в мире
62 1. Сырье Китай Производство пива в Китае существенно воз- росло. Соответственно увеличилось и возде- лывание хмеля. В 2001 г. в Китае с площади 5000 га (в 1996 г. было 4400 га) было получе- но около 13 000 т хмеля. Возделывают хмель образом в следующих провинциях (данные 1996 г.): Синьцзян 2500 га, 7500 т; Гансу 1700 га, 4000 т Нинься 150 га, 400 т. Возделывают в основном горькие сорта Tsingdao Flower 641, а также Marco Polo. 1.2.2. Сбор, сушка и предохранение хмеля от порчи После сбора хмель следует высушивать и под- вергать стабилизирующей обработке для хра- нения. 1.2.2.1. Сбор хмеля Сбор хмеля проводят в период его техниче- ской зрелости, как правило, в конце августа, и он должен быть завершен в течение 14 дней. Сбор хмеля заключается в освобождении стебля от поддерживающей его проволоки и отделении хмелевых шишек (женских соцве- тий) с короткими цветоножками. В настоя- щее время уборка хмеля осуществляется ис- ключительно хмелеуборочными машинами. 1.2.2.2. Сушка хмеля Влажность свежеубранного хмеля 75-80%, поэтому в таком виде он храниться не может и должен быть немедленно высушен. Суш- ка осуществляется на ленточных сушилках, а на небольших предприятиях — на решетках партиями. На решетках хмель высушивают до влажности 8-12% в щадящем режиме при температуре максимум 50° С. Затем хмель упаковывают, то есть прес- суют в тюки или в более крупные виды упа- ковки для хранения. В таком виде хмель не может храниться долго без потери качества. Уменьшение содержания горечи и другие не- гативные явления возникают из-за действия кислорода, влажности и нагревания, в связи с чем хмель следует подвергать стабилизирую- щей обработке. 1.2.2.3. Стабилизирующая обработка Большая часть убранного хмеля перерабаты- вается в экстракт и гранулы, а часть исполь- зуется в натуральном виде. Однако во всех случаях от уборки до переработки проходит некоторое время, когда хмель необходимо предохранить от порчи. Для этого высушен- ный хмель прессуют (гидравлическим прес- сом) в баллоты длиной около 1,1 м и диаме- тром 0,6 м, его перетягивают мешковиной и зашивают. Подобные баллоты весят около 65 кг. Благодаря прессованию доступ воз- духа к хмелю уменьшается и затрудняется поглощение влаги. Для лучшего использо- вания помещений хранилища баллоты скла- дируют в штабеля прямоугольной формы (60 х 60 х 120 см). 1.2.3. Строение хмелевой шишки Так как хмель относится к двудомным рас- тениям, при его возделывании культивируют только женские растения, которые со второ- го года дают соцветия, называемые из-за их формы хмелевыми шишками или хмелевыми зонтиками. Знание строения хмелевой шиш- ки очень важно для дальнейшего понимания компонентного состава хмеля (рис. 1.21). Рис. 1.21. Хмелевая шишка: 1 — цветоножка; 2 — стерженек; 3 — цветки; 4 — лепестки; 5 — лупулин
1.2. Хмель 63 Часть шишки Свойства Цветоножка Стерженек Цветки Должна быть короткой Зигзагообразный изогнутый На каждом изгибе сидят почти невидимые цветки с большими лепестками. Если хмель оплодотворен, здесь образуются семена; оплодотворенный хмель имеет более раскрытую шишку Лепестки Желто-зеленые листья яйцевидной формы; на растущем конце они желтее, чем на кончике; лепестки образуют шишку Лупулин Желтое клейкое вещество, содержащееся в прицветной чешуйке, которая расположена между стержнем и лепестком. Получается как бы «бокальчик» железы, в котором образуются горькие смолы и эфирные масла; бокальчик пересекается мембраной, препятствующей вытеканию секрета. При касании лупулиновый бокальчик разрывается. Лупулин содержит все компоненты хмеля, важные для приготовления пива (за исключением дубильных веществ) 1.2.4. Состав и свойства компонентов хмеля Состав хмеля оказывает решающее влияние на качество производимого из него пива. Хмель в сухом виде состоит из: горьких веществ 18,5% хмелевого масла 0,5% дубильных веществ 3,5% белка 20,0% минеральных веществ 8,0% Остальное — это целлюлоза и другие веще- ства, не имеющие особого значения для про- изводства пива. Важнейшими для него явля- ются горькие вещества и хмелевое масло. 1.2.4.1. Горькие вещества или хмелевые смолы Уже на ранних стадиях развития растения об- разуются 0-кислоты, обладающие небольшой горечью и выделяющиеся в образующих- ся лупулиновых железках. При созревании часть этих 0-кислот превращается в значи- тельно более горькие а-кислоты. Превраще- ние части 0-кислот во многом зависит от по- годных условий. Жаркая и сухая погода при созревании препятствует подобным превра- щениям больше, чем холодная и влажная. Важнейшие соединения для формирова- ния горечи пива — а-кислоты (рис. 1.22) или гумулоны, но они не являются единственны- ми. Одному из соединений, а именно когуму- лону, приписывают негативную роль в фор- мировании горечи пива. Так как количество образующихся а-кислот и их состав явля- ются сортовыми признаками, при селекции хмеля стремятся получить сорта с меньшим содержанием когумулона. Желательное со- держание когумулона — менее 20-25% от со- держания а-кислот. Некоторые сорта, например Northern Brewer, отличаются повышенным содержа- нием а-кислот (6-9%) и повышенным содер- жанием когумулона (более 30% от а-кислот). Они обладают большей горечью, но из-за по- вышенного содержания когумулона зачастую уступают по качеству другим сортам с более низким содержанием когумулона. Нерастворимые изначально а-кислоты при последующем кипячении с суслом изо- меризуются и переходят в растворимые изо- а-кислоты, которые несмотря на осаждение
64 1. Сырье при охлаждении и брожении сусла переходят в готовое пиво и способствуют формирова- нию его горечи. Горькие вещества обладают очень высокой поверхностной активностью и благодаря это- му повышают стойкость пены; поэтому у бо- лее горького пива следует ожидать и лучшей пеностойкости. Горькие вещества также тормозят разви- тие в пиве микроорганизмов; однако эта бак- териостатическая сила не особенно велика и не заменяет необходимых мероприятий по повышению стойкости пива. Стойкость а-кислот ограничена, посколь- ку мембраны лупулиновых желез проницае- мы и слабо защищают их содержимое. Под влиянием кислорода, повышенных темпера- тур и высокой влажности воздуха а-кислоты все больше распадаются. Поэтому можно считать, что при температуре хранения 18 °C за два месяца а-кислоты расщепляются на 25% [155]. Это означает, что после образова- ния а-кислот и до созревания уже начинается процесс их распада. В связи с этим возникает необходимость хранения хмеля до переработки в холодных и сухих условиях без доступа воздуха. Превращение а- и р-кислот заканчивает- ся образованием твердых смол, не имеющих ценности для пивоварения. Одновременно из боковых цепочек выделяется валериано- вая кислота, которая придает старому хмелю сырный запах Горькие вещества, то есть хмелевые смолы, разделяют на фракции (главным образом, по их растворимости) (см. нижеприведенную схему). Как мы уже отмечали, отдельные горькие вещества имеют весьма различную горечь, причем горечь а-кислоты в 9 раз больше, чем общей p-фракции. Исходя из этого Вольмер (Wollmer) предложил формулу для оценки горечи хмеля: Величина горечи = а-кислоты + р-фракция/9. Горькие вещества являются наиболее ценными и характернейшими компонентами хмеля. Они придают пиву горьковатый вкус, улучшают его стабильность и повышают (благодаря своим антисептическим свойствам) биологическую стойкость пива. S 1—г а-кислоты, к которым относятся: гг-гумулон когумулон адгумулон р-кислоты Гулупоны Гуминовые (лупулон) кислоты к которым относятся: п-лупулон колупулон 1 1—1 rt со прегумулон адлупулон Общие Общие смолы к*( г» S Q постгумулон прелупулон постлупулон р-фракция \ мягкие смолы (растворимые (растворимые в холодном ) метаноле и в диэтиловом эфире) СО S Изо-а-кислоты, к которым относятся: изо-гумулон мзо-когумулон мзо-адмугулон нзо-прегумулон * изо-постгумулон Более детально не определяются в гексане) Твердые смо- лы (не раство- римые в гек- сане)
1.2. Хмель 65 Бесспорно, важнейшим компонентом, опре- деляющим товарную ценность хмеля, является а-кислота. Поэтому в последние десятилетия усиленно занимались селекцией и возделы- ванием хмеля с высокой горечью (горький хмель), начиная с сорта Northern Brewer. Сорта хмеля новой селекции характеризу- ются более высоким содержанием а-кислоты — до 16%. К таким сортам хмеля относятся, например, Nugget, Herkules, Northern Brewer, Hallertauer Magnum, Hallertauer Merkur и HaUertauer Taurus. Доля сортов с высоким со- держанием а-кислоты постоянно увеличива- ется. В последнее время на рынке появились со- рта хмеля с высоким содержанием а-кислоты (например, сорта Magnum и Taurus) — от 12 до 16% при содержании когумулона менее 25% [156]. Возделыванию ценных сортов хмеля с высоким содержанием а-кислоты уделяют большое внимание во всем мире. Доля бога- тых горькими веществами сортов хмеля с вы- соким содержание а-кислоты составляет во всем мире 8,8%. Мягкие смолы (не специфицированные от- дельно) придают пиву примерно 1/3 горечи и составляют, таким образом, дополнительную группу горьких вкусовых веществ [324]. 1.2.4.2. Хмелевое эфирное масло Хмель содержит от 0,5 до 1,2% хмелевого эфирного масла, под которым понимают от 200 до 250 различных эфирных веществ, лег- ко улетучивающихся при кипячении. Они выделяются вместе с лупулином во время созревания и придают хмелю характерный аромат. Хмелевое эфирное масло представляет собой смесь углеводород- и кислородсо- держащих соединений. С помощью газовой хроматографии можно определить лишь со- держание отдельных компонентных составля- ющих хмелевого масла. При этом отдельные соединения представляются в виде пиков, но из этого невозможно сделать заключение о взаимодействии отдельных составляющих аромата, которые в конце концов определяют полный аромат. Поэтому при оценке хмеля качество, как и прежде, устанавливается пу- тем ручной оценки качества (бонитировки). Конкретный состав хмелевого масла зави- сит от сорта хмеля. Некоторые из соединений имеют особое ароматическое действие. Различают арома- тические компоненты, более склонные к цве- точной или фруктовой ноте. В последнее время в качестве активных ароматических веществ хмелевого масла был выявлен ряд прежде неизвестных соединений (со сложными названиями, которые мы здесь приводить не будем). Особенно следует упо- мянуть мирцен, линалоол и нонаналь. Низкокипящие монотерпены типа мирце- на придают аромату хмеля известную остро- ту; Мирцен придает пиву грубый неблаго- родный оттенок и поэтому его присутствие довольно нежелательно. Иначе обстоит дело с линалоолом, кото- рому в последнее время придается все боль- шее значение. Это хмелевое масло имеет два изомерных соединения: К(_)-линалоол и S(+)- линалоол. В хмеле К(_)-линалоол составляет около 90%; однако в процессе пивоварения отношение изменяется в пользу 5(+)-лина- лоола (52:48). Были получены многочисленные под- тверждения действия К(_)-линалоола как активного вкусоароматического вещества, отвечающего за выраженные апельсино- вый и гераниевый оттенки [337]. Благодаря частичному превращению цветочного R( )- линалоола в менее ароматически выражен- ный 8(+)-линалоол многие ароматически ценные компоненты в процессе пивоварения теряются. Для получения подчеркнутого хмелевого букета наиболее эффективным технологическим приемом следует считать внесение хмеля в вирпул [345], но при этом придется смириться со снижением горечи. Благодаря специальным методам фракцио- нирования существует возможность получать чистые продукты с хмелевым ароматом (Риге Hop Aroma Product, PHAS, например, фирмы Barth & Sohn, г. Нюрнберг), в частности, R( )- линалоол, внося их в пиво. Поскольку это не соответствует закону о чистоте пива, в Герма- нии их применение запрещено. Напротив, в качестве примера положи- тельных компонентов аромата можно рас- сматривать сесквитерпены — р-кариофиллен,
66 1. Сырье Р-фарнезен или гумулены, а также их эпоксиды. Хотя они летучи и испаряются при длительном кипячении, остаток хмелевого масла попадает в пиво и придает ему желательный арома- тический оттенок, зависящий от типа пива. Чтобы сохранить хотя бы часть аромати- ческого хмелевого масла, обычно небольшую часть хмеля добавляют в конце кипячения сусла, лишаясь при этом части изомеризован- ной а-кислоты (см. раздел 3.4.1.1). В этих целях селекционируют так называ- емые ароматические сорта хмеля (ароматиче- ский хмель), то есть сорта с тонким ароматом и содержанием а-кислоты 4-6% при требуе- мом содержании когумулона менее 20% и возможно более высоком содержании в хме- левом масле гумулена и фарнезена. Ароматическими сортами хмеля считают- ся HaUertauer Mittelfrueh, HaUertauer Tradition, Hersbrucker Spaet, Opal, Perle, Saphir, Smaragd, Spalter, Spatter Select и Tettnanger. Цены на хмель очень различаются — на свободном рынке они колеблются от 2,50 до 4,00 евро/кг. В Германии субсидируют лик- видацию плантаций горького хмеля и хмеля с высоким содержанием а-кислоты и заклад- ку новых участков возделывания ароматиче- ского хмеля. 1.2.4.3. Дубильные вещества (полифенолы) В хмеле содержится дубильных веществ от 2% до 5% на СВ, которые находятся почти исклю- чительно в лепестках и стерженьках. Дубиль- ные вещества обладают несколькими важны- ми для пивовара свойствами, а именно: • антиокислительным действием; • вяжущим вкусом; • способностью связывать и осаждать комплексные белковые вещества; • окислением в красно-коричневые сое- динения — флобафены; • способностью связываться с солями же- леза, образуя соединения с черноватым оттенком. Из анализа этих свойств следует, что ду- бильные вещества влияют на образование в пиве помутнений, на его вкус и цвет. Дубиль- ные вещества представляют собой в большей или меньшей степени сложные полимерные соединения, состоящие из множества моно- мерных фенольных соединений (поэтому их и называют полифенолами). Они представ- ляют собой сложную смесь, в состав которой входят таннины, флавонолы, катехины и ан- тоцианогены. Классификация полифенолов хмеля при- ведена на рис. 1.23. Среди полифенолов по количеству и зна- чимости важнейшими являются антоциано- гены (рис. 1.24), которые составляют около 80% полифенолов хмеля. Антоцианогены солода, содержащиеся преимущественно в алейроновом слое, имеют в основном ту же структуру, что и в хмеле. В сусло обычного состава 80% антоцианогенов поступает из со- лода и 20% — из хмеля. Полифенолы хмеля отличаются от соло- довых прежде всего более высокой степенью конденсации и большей химической актив- ностью. Полифенолы обладают антиокислитель- ным действием и тем самым оказывают по- ложительное влияние на стойкость вкуса. Так как в процессе окисления их антиокис- лительные свойства теряются, то усилия спе- циалистов должны быть направлены на недо- пущение окисления. К полифенолам хмеля относятся также ксантотумол (рис. 1.25) и изоксантогумол. Этим соединениям приписывают как антио- кислительное, так и профилактическое ати- канцерогенное действие [305]. Так как при традиционных способах пивоварения в го- товом пиве содержание ксантогумола может составлять менее 0,2 мг/л, был разработан специальный метод, благодаря применению которого достигается концентрация ксанто- гумола в пиве 1-3 мг/л. 1.2.4.4. Белковые вещества От 12 до 20% сухого вещества хмеля состав- ляют белковые вещества; из них 30-50% по- падает в пиво. При приготовлении пива белок хмеля не имеет особого значения (для пено- образования, для полноты вкуса) прежде все- го из-за очень небольшого количества. Прочие составляющие хмеля (углеводы, органические кислоты и минеральные веще-
1.2. Хмель 67 кислоты Рис. 1.23. Классификация полифенолов н он онн он Рис. 1.24. Структурная формула антоцианогена (лейкоантоцианидин) ства) не представляют для приготовления пива большого интереса. 1.2.5. Оценка качества хмеля Оценка качества хмеля осуществляется путем • ручной оценки качества (бонитировки) хмеля в шишках и • определения содержания в хмеле и хме- лепродуктах горьких веществ. Рис. 1.25. Структурная формула ксантогумола 1.2.5.1. Ручная оценка качества хмеля в шишках Хотя аналитические методы дают весьма конкретные данные о составляющих хмеля, ручная оценка качества (ручная бонитиров- ка) хмеля, как и прежде, играет значитель- ную роль и дает о нем достаточное общее представление. В соответствии со стандартным методом Научной комиссии Европейского бюро по производству хмеля
68 1. Сырье • по положительным свойствам хмеля дается оценка до +100 баллов и • по снижающим качество свойствам да- ется оценка до -30 баллов. Таким образом, оценивают следующие по- казатели. Качество сбора (1-5 баллов) Хмель должен быть хорошо вычесан, без за- грязнений, стеблей и листьев. Стерженек шишки засчитывется при длине более 2,5 см, причем допускается содержание не более 3% листьев и стеблей. Высушенность (1-5 баллов) При сжатии шишка не должна склеиваться или рассыпаться; стерженёк не должен ло- маться. При слишком высокой влажности шишка буреет, легко развиваются грибы, пле- сень, и хмель приобретает затхлый запах. Цвет и блеск (1-15 баллов) Цвет должен быть желтовато-зеленым, а блеск— шелковисто-блестящим. Серо-зеленый цвет шишки свидетельствует о незрелости; желто- красный, вплоть до цвета ржавчины, — о пере- зрелости (наличие окисления); темно-коричне- вый — о перегреве из-за высокой влажности; наличие красноватых, вплоть до коричневых пятен указывает либо на пораженность хмеля болезнями или вредителями, либо на воздей- ствие града; белый налет и искривленность шишек указывает на пораженность мучнистой росой. Закопченный вид шишки указывает на пораженность черной плесенью, а светло-жел- тый цвет шишки и зеленый цвет стебельков свидетельствуют об избыточной сульфитации. Размер шишек (1-5 баллов) Желательно, чтобы шишки были равномерно крупные, закрытые; у ароматических сортов стержень должен быть выраженно суставча- тым и густо покрытым волосками. Плотно за- крытые шишки позволяют сделать вывод о до- статочном созревании и бережной сушке; это препятствует выпадению зернышек лупулина. Лупулин (1-30 баллов) Содержание лупулина должно быть как мож- но более высоким (1-15 баллов). Зернышки лупулина должны иметь окраску от лимонно- желтой до золотисто-желтой, быть блестя- щими и клейкими. Лупулин цвета от красно- желтого до красно-коричневого, матовый и сухой свидетельствует о сушке при слишком высокой температуре или о старости хмеля (дополнительно 1-15 баллов). При оценке качества хмеля качество лупулина является для пивовара важнейшим показателем. Аромат (1-30 баллов) Аромат должен быть чистым, очень тонким и очень устойчивым. При органолептической оценке шишки, растертой на руке, различают чистоту, тонкость и интенсивность аромата. Чистота аромата оценивается как однород- ная, неоднородная или с посторонним запа- хом. Аромат может оцениваться как очень тонкий, достаточно тонкий, средне-тонкий, не тонкий, соломенный, затхлый или с посто- ронними запахами. По интенсивности аромат оценивается как очень устойчивый, устой- чивый, среднеустойчивый, слабый, крат- ковременный, назойливый, пронзительный и неприятно режущий. Каждый тип и сорт обладает собственным ароматом. Посторон- ними запахами являются дымный, горелый, луковый, чесночный, соломенный, травяной, сенной и серный. Болезни, вредители, семена (от 0 до -15 баллов) Сюда относятся повреждения пероноспорой, чернота (тля), лежалость (клещ патинный), красный кончик лепестка (галлица), наличие отмерших шишек, листьев и семян (семян- ность), а также прорастание листьев в шишки. Неправильная обработка (от 0 до -15 баллов) К признакам неправильной обработки отно- сят коричневый или пережженный лупулин из-за слишком высокой температуры сушки, прорастание семян из-за избыточной влаж- ности, сильное разрыхление шишки, нали- чие пятен от опрыскивания и посторонние запахи. Общая оценка хмеля производится в за- висимости от общего количества баллов сле- дующим образом:
1.2. Хмель 69 до 60 баллов плохой хмель; 60-66 баллов средний; 67-73 балла хороший; 74-79 баллов очень хороший; 80 баллов и выше отборный. 1.2.5.2. Содержание в хмеле горьких веществ Для пивовара содержание в хмеле горьких веществ является важнейшей характеристи- кой. Его можно точно определить только в лаборатории, для чего используют различные общеизвестные методы. При помощи кондуктометрического ме- тода определяют содержание общих смол, общих мягких смол, твердых смол, ориенти- ровочные нормативные значения которого составляют приблизительно (в % на ВСВ): Хмель в шишках и молотый Обога- щенный молотый хмель Хмелевой экстракт Общие 12-24 22-40 30-60 смолы Общие 10-18 18-36 24-54 мягкие смолы 0-фракция 5-9 11-16 15-24 Твердые 2-4 2-7 3-10 смолы Показание кондуктометра соответствует содержанию а-кислоты. Чтобы иметь возможность осуществить надежное дозирование, на вакуумных упаков- ках или на банках всегда указывается общее количество а-кислоты в граммах. Если, например, вакуумная упаковка со- держит 1350 г хмелепродукта, и наряду с обо- значением происхождения, сорта и года сбора хмеля напечатано также «196 г а» («196 G а»), то это означает следующее: в упаковке, содер- жащей 1350 г молотого хмеля или гранул, со- держится 196 г а-кислоты. Процентное содержание рассчитывается решением обычной пропорции: 1350 г содержимого упаковки = 100% 196 г а-кислоты = х % х = (196 • 100%)/1350 = 14,52. Итак, в данном хмелевом продукте содер- жится 14,52% а-кислоты. 1.2.6. Сорта хмеля При рыночной стоимости 2,50-4,00 евро/кг хмель, без сомнения, является наиболее до- рогим сырьем при производстве пива. В связи с этим особо важное значение должно при- даваться выбору сорта как при выращивании хмеля, так и при торговле им. Выше уже было показано, по каким раз- личным параметрам хмель оценивается, од- нако известно также, что наряду с хмелем, обладающим высоким уровнем горечи, боль- шим спросом пользуются и менее горькие ароматические сорта хмеля. При торговле хмелем различают следую- щие сорта: • ароматические; • горькие; • сорта с высоким содержанием а-кислоты. Первые отличаются приятным хмелевым ароматом, содержанием когумулона менее 20% и высоким содержанием ароматических составляющих (кариофиллена, фарнезена). Несмотря на несколько пониженное содержа- ние а-кислоты, (2,5-5,0%), такие сорта хмеля зачастую продают по сравнительно высокой цене. К основным немецким ароматическим сортам относятся Perle («Жемчужина»), Spal -ter Select («Селекционный Шпальтера») и HaUertauer Tradition («Традиция Халлертау»). Сорта с высоким содержанием а-кислоты (рис. 1.26) являются горькими сортами, от- личающимися очень высокими значениями а (от 10 до 15%). От хороших сортов этого типа требуется также, чтобы содержание когуму- лона было не более 25%. Новыми сортами с высоким содержанием а-кислоты являют- ся HaUertauer Merkur (10-14% а-кислоты, 17-22% когумулона) и HaUertauer Herkules (12-17% а-кислоты, 32-38% когумулона). К новым сортам относятся также HaUertauer Opal (5-8% а-кислоты), HaUertauer Saphir (2-4,5% а-кислоты) и HaUertauer Smaragd (4-6% а-кислоты); содержание когумулона у перечсисленных трех сортов составляет
70 1. Сырье 12-18%). Горечь сортов хмеля с низким со- держанием когумулона оценивается в целом как более мягкая и приятная; хмель с пони- женным содержанием когумолона улучшает пеностойкость пива. Рис. 1.26. Хмель сорта Hallertauer Magnum с высо- ким содержанием а-кислоты ние площади возделывания на 1 хозяйство увеличились до 9,08 га/хозяйство. Несмотря на это, хмеля на рынке еще слишком много (прежде всего, в Германии и США), что отра- жается на его цене. Чтобы гарантировать качество хмеля и ис- ключить возможный обман, каждая партия натурального хмеля из немецких областей возделывания опечатывается и снабжается сопроводительным документом (рис. 1.27), на котором проставляется: • административное наименование не- мецкой земли (например, Бавария); • область возделывания (например, Хал- лертау); • год (например, 1993); • сорт (например, Tettnanger)', • номер тюка или баллота; • масса в кг. Поскольку качество хмеля зависит не только от сорта, но и от области его возделы- вания, то партию хмеля обозначают сначала по области возделывания, и лишь затем по сорту, например: • Hallertau Hallertauer Tradition (Халлер- тау, сорт Hallertau Tradition) или • Elbe-Saale Hallertauer Tradition (Эльба- Заале, сорт Hallertauer Tradition). Содержание а-кислоты в хмеле зависит также от года его сбора и в зависимости от погодных условий может колебаться доволь- но в широких пределах. В Германии селекция сортов хмеля направ- лена на создание ценных сортов с высоким содержанием а-кислот, таких, как Hallertauer Magnum, тогда как старые горькие сорта (Northern Brewer, Brewers Gold или Hersbrucker Spaet) пользуются меньшим спросом. Количество предприятий по возделыва- нию хмеля (в основном самостоятельных хмелеводческих хозяйств) в 2001 г. составля- ло 2095, то есть на 102 единицы меньше, чем в предшествующем году. В 1995 г. количество таких предприятий составляло 3122, то за несколько лет количество хозяйств сократи- лось почти на одну треть. Вместе с тем сред- BEGLEITURKUNDE Ausgestellt auf Grund der Verordnung (EWG) Nr. 1696/71 vom 26. 7.1971, geSndert durch Verordnung (EWG) Nr. 1170/77 vom 17. 5.1977 DEUTSCHER SIEGELHOPFEN (ohne Samen) Zertifiziertog Erzeugnis - Verordnung (EWG) Nr 890/78 - DEN 19 Siegelmeister/Aufsicht DIENST- SIEQEL Рис. 1.27. Пример сопроводительного документа на немецкий хмель
1.2. Хмель 71 1.2.7. Хмелепродукты Количество пивоваренных предприятий, ис- пользующих натуральный шишковой хмель, продолжает сокращаться, так как применение хмелепродуктов дает существенные преиму- щества, а именно: 1. Благодаря применению гомогенных хмелепродуктов можно получить рав- номерную горечь пива. 2. Хмелепродукты можно хранить практи- чески неограниченное время. Благодаря этому можно управлять запасами хме- ля, полученными в благоприятные для урожая годы; одновременно возрастает независимость от большого колебания цен на рынке хмеля. 3. Можно повысить выход горьких ве- ществ. 4. Хмелепродукты требуют меньших за- трат на их транспортировку и хране- ние. 5. Благодаря применению хмелепродук- тов становятся ненужными хмелеотде- лители. 6. Хмелепродукты можно дозировать ав- томатически. Наиболее распространенные хмелепродук- ты можно разделить на следующие группы: 1.2.7.1. Гранулированный хмель Гранулирование хмеля дает возможность для сохранения его компонентов. Для этого хмель размалывается и затем уплотняется в гранулы. В виде гранул хмель находится в сыпучем состоянии, что существенно об- легчает его применение. Различают три вида гранул: • гранулы (типа 90); • гранулы-концентрат (типа 45); • изомеризованные гранулы. Гранулы типа 90 При производстве гранул типа 90 из 100 кг хмеля-сырца получают 90 кг порошка, со- храняющего все важнейшие компоненты ис- ходного хмеля. Производство хмелевых гранул типа 90 осуществляется так (рис. 1.28), что шишки хмеля сначала высушивают воздухом с тем- пературой 20-25 °C (7), затем теплым воз- духом температурой 40-50 °C досушивают до влажности 7-9% (2) и измельчают в поро- шок с размером частиц 1-5 мм (3). Этот по- рошок перемешивается и гранулируется (4) в грануляторе с перфорированной матрицей (рис. 1.29). При этом измельчаемый матери- ал спрессовывается и приобретает цилиндри- ческую форму, типичную для гранул. В ходе этого процесса происходит нагревание хмеля, в связи с чем может потребоваться отвод теп- ла. Нобходимо следить, чтобы температура не превышала 50 °C. В заключительной стадии охлаждения (5) гранулы охлаждают и направляют в бункер (6), при отсутствии кислорода воздуха гер- метично упаковывают (7), а упаковку напол- няют защитным газом — двуокисью углерода или азотом, что необходимо для сохранения качества компонентов хмеля. Гранулы хмеля хранить в прохладных условиях при температуре 1-3 °C, так как при более теплом хранении происходит заметное снижение качества из-за уменьшения горечи и образования твердой смолы. Гранулы-концентрат (тип 45) Для производства гранул-концентрата (тип 45), обогащенных лупулином, учитывают то
72 1. Сырье 1 — шишковый хмель 2 — сушка до влажности 7-9% 3 — измельчение 4 — гранулирование 5 — охлаждение 6 — бункер для упаковки 7 — упаковка Рис. 1.28. Производство гранулированного хмеля, тип 90 Рис. 1.29. Гранулятор: 1— пресс-форма (матрица); 2 — вальцы; 3 — распределительное устройство; 4 — перемычка вальцов; 5 — обрезающий нож; 6 — гранулы (по Rohner, МК Muller) обстоятельство, что общие смолы и хмелевое масло находятся в лупулиновых зернах раз- мером около 0,15 мм. Задача состоит в том, чтобы изолировать эти зерна от шишки и ча- стично отделить их от листьев и стерженьков. Цля этого используются щадящие измель- чающие и ситовые механизмы. При проведении механической обработки лупулиновые зерна должны быть твердыми и утратить свою клейкость. Следовательно, их жидкое содержимое должно затвердеть, в связи с чем измельчение и просев произво- дят при очень низких температурах (обычно при -35 °C). Тонко размолотый материал содержит лупулиновые зерна и составляет половину массы шишек. Грубая часть, рассматриваемая как отходы, состоит из частиц листьев и стер- женьков. При производстве обогащенных гранул предпосылкой является наличие не раздавленных, целых лупулиновых зерен. При одноразовом процессе рассева отде- лить лупулиновые зерна невозможно — лишь при многократном последовательном измель- чении и рассеве достигается результат, когда практически все целые лупулиновые зерна не остаются в грубой фракции, а попадают во фракцию тонкого помола (рис. 1.30). При этом решающее значение для разде- ления имеет выбор измельчающей техники и размер отверстий применяемых сит (от 150 до 500 мкм). Процесс разделения в целях дальнейшего концентрирования лупулина
1.2. Хмель 73 Рис. 1.30. Производство последовательно обогащаемых гранул (выходное значение соответствует размолотому хмелю-сырцу): ТП — тонкий помол; ГП — грубый помол может продолжаться до получения гранул типа 25 [164]. В последние годы можно наблюдать ра- стущую тенденцию к использованию именно обогащенных гранул. Существенным момен- том является то, что при применении обо- гащенных хмелевых гранул с уменьшением количества остатков листьев и стерженьков уменьшается и содержание дубильных ве- ществ. Гранулы по сравнению с шишковым хме- лем увеличивают выход горьких веществ примерно на 10%. Это связано главным обра- зом с ускоренным распределением компонен- тов гранул в варочном котле и тем самым — с увеличением их контактирующей поверхно- сти, из-за чего ускоряется экстракция и изо- меризация. Решающим условием для сохранности гра- нул, чувствительных к наличию кислорода, является применение герметичной упаков- ки. Чтобы добиться содержания остаточного кислорода ниже 0,5% об., упаковку запол- няют инертным газом. Доступ кислорода в упаковку предотвращается благодаря приме- нению четырехслойной фольги с защитным алюминиевым покрытием. Упаковка осуществляется (по выбору) из расчета: • кг гранул на упаковку или • кг а-кислоты на упаковку. Изомеризованный гранулированный хмель Изомеризация а-кислот может достигаться путем добавления окиси магния. Подобный изомеризованный гранулированный хмель более выгоден по сравнению с обычным, так как после изомеризации: • увеличивается выход изо-а-кислот; • сокращается время кипячения; • сокращаются затраты на хмель и энер- гию; • изомеризованные гранулы не требуют хранения при пониженной температуре; • образуется меньше взвесей горячего сусла. Изомеризованные гранулы производят аналогично обогащенным гранулам типа 45 (рис. 1.30), но со следующими отличиями: • перед гранулированием добавляется окись магния, которая, как катализатор, способствует изомеризации а-кислот; • после упаковки гранул с окисью магния в фольгу и картонные коробки их вы- держивают в термокамере при темпе- ратуре до 50 °C до обеспечения полной изомеризации. Этот процесс контролируется; так как гранулы в фольге упакованы герметично, до- полнительный кислород к ним проникнуть не может (в Германии применение изомери- зованных гранул запрещено).
74 1. Сырье 1 — сырой хмель 2 — сушка до содержания влаги 7-9% 3 — глубокое замораживание до температуры -35 °C 4 — измельчение 5 — трехступенчатый рассев (см. рис. 1.30) 6 — гомогенизация гранул 7 — гранулирование т 8 — охлаждение и сортировка @ 4 — упаковка Рис. 1.31. Производство гранул хмеля типа 45 1.2.7.2. Экстракты хмеля Под экстракцией понимают извлечение от- дельных составляющих из твердого вещества с помощью соответствующих растворителей. В пищевой промышленности чаще всего не ограничиваются процессом растворения, а концентрируют жидкости путем испарения растворителей. Задача растворителя — из- влечь вещество из твердого тела, то есть он лишь выполняет роль транспортного сред- ства. В качестве растворителя при производстве хмелевых экстрактов сегодня используют преимущественно жидкий СО2 или этанол, которые по соображением защиты окружаю- щей среды заменили метиленхлорид, прежде долгое время применявшийся для экстрак- ции. Оба упомянутых растворителя хорошо подходят именно для экстракции хмеля, так как полностью растворяют хмелевые смолы и масла. Применение других органических раство- рителей весьма проблематично, так как при- готовленные из них экстракты неизбежно содержат остатки веществ, которые либо счи- таются токсичными, либо не соответствуют представлениям о чистоте в смысле немецко- го «Закона о чистоте пивоварения». 1.2.7.2.1. Экстракция хмеля этанолом Экстракция хмеля этанолом осуществляется непрерывным способом, при этом обычный товарный хмель (рис. 1.32, 1) направляется в сепараторы тяжелых и металлических при- месей и затем перемешивается шнеками (2) с 90%-ным этанолом. Хмелеспиртовая смесь перекачивается на дробилку мокрого помо- ла и попадает в многоступенчатый противо- точный экстрактор непрерывного действия (5). В противотоке с хмелем постоянно про- текает спирт, который при этом обогащается компонентами хмеля. Почти полностью вы- щелоченная хмелевая дробина (4) покидает установку и обезвоживается, тогда как все ценные компоненты остаются в спиртовом растворе (так называемой мисцелле). Мисцелла, однако, должна быть сгущена в спиртовой экстракт. Это происходит в много- ступенчатой вакуумной испарительной уста- новке (7, 8) со стадией сгущения до высокой концентрации. В этой установке экстракт- сырец превращается в концентрированный экстракт. На следующей ступени обработки происходит дальнейшее снижение содержа- ния спирта в центрифуге (9) и разделение на экстракт смол (10) и экстракт дубильных ве- ществ, растворимый в горячей воде (11).
1.2. Хмель 75 13 ©• 1 — товарный хмель 2 — шнеки для смешивания хмеля с этанолом 3 — противоточный экстрактор 4 — сушка хмелевой дробины 5 — гранулирование 6 — фильтрование мпсцеллы 7 — испаритель с ниспада- ющим потоком жидкости 8 — дистилляционная колонна 9 — центрифуга 10 — экстракт хмелевых смол /4 77 — водный экстракт D дубильных веществ 12 — конденсационная установка 13 — ректификация 14 — этанол Рис. 1.32. Экстракция хмеля этанолом В ходе отдельного процесса в промывоч- ной колонне спирт конденсируется (72) и без остатка удаляется с помощью водяного пара. Этот процесс (73) происходит в вакууме (120 мбар), так что обработка паром может происходить при щадящих условиях (темпе- ратура 60 °C), при этом в экстракте остается больше хмелевого масла и изомеризуется меньшее количество а-кислоты. Полученный спирт (14) можно затем снова использовать в технологическом процессе. 1.2.7.2.2. Экстракция хмеля жидкой двуокисью углерода Компоненты хмеля можно перевести в рас- твор с помощью жидкого СО2. Так как СО2 при нормальных условиях находится в га- зообразном состоянии, его необходимо сжи- жать, но при нормальном давлении это невоз- можно. Жидкая фаза СО2 существует только выше тройной точки при давлении 5,1 бар и температуре 217 К. Экстракцию хмеля жидким СО2 проводят при температуре около 20 °C и давлении око- ло 70 бар. При этом в экстракционной емко- сти жидкий СО2 обогащается компонентами хмеля. Во второй емкости СО2 испаряется, и остается нелетучий хмелевой экстракт. Испарившийся СО2 посредством подведе- ния механической энергии снова сжимается и сжижается, а затем опять вводится в про- цесс. На 1 кг хмеля требуется около 20 кг жидкого СО2. Расход энергии при этом ме- тоде несколько больше, и поэтому сам метод становится дороже. Поскольку продукт при использовании данного метода получается очень чистым, то около трети сбора урожая хмеля перерабатывается в экстракт именно этим методом. 1.2.7.2.3. Экстракция хмеля сверхкритическим СО2 Принципиально существуют два состояния СО2, при которых возможна экстракция. Кри- тическое давление для СО2 составляет 73 ба- ра, критическая температура — 31 °C. Выше этого давления и ниже этой температуры СО2 находится в жидком состоянии, но его растворяющие свойства очень ограничены. За пределами критических точек говорят о сверхкритическом или жидком (флюидном) СО2. Для нас растворяющие свойства сверх- критического СО2 играют важную роль, на- чиная со 120 бар. Во всем мире в настоящее время использу- ют экстракцию хмеля сверхкритическим СО2
76 1. Сырье при давлении 150-300 бар и температурах 32-100 °C. Экстракция хмеля сверхкритическим СО2 представлена на рис. 1.33/ Экстрагируемый хмель подается в виде гранул (У) в экстракционную емкость (2), давление в которой повышается до давле- ния экстракции. Жидкий СО2 при давлении 60-70 бар отбирается из рабочего танка (3) и сжимается до давления экстракции (4). В те- плообменнике (5) устанавливается темпера- тура экстракции, и сверхкритический СО2 прокачивается через экстракционную ем- кость (2). При этом горькие и ароматические вещества растворяются в СО2. Обогащен- ный этими веществами СО2, попадает в ис- паритель (7) с резервуаром-сепаратором (8). Предварительно давление в расширительном клапане (6) понижается до 60-80 бар и СО2 испаряется в тепооменнике (7). При этом СО2 теряет свойство растворителя, и экс- тракт осаждается (9). Газообразный СО2 сжи- жается в конденсаторе (10) и снова попадает в циркуляционный контур экстракции. Весь процесс экстракции осуществляет- ся порциями; большинство экстракционных установок снабжено несколькими экстракто- рами. При экстракции под высоким давлени- ем можно изменять растворяющую способ- ность СО2 путем варьирования температуры и давления. При этом процессы окисления, приводящие к загрязнению окружающей среды, исключаются, и ароматические ком- поненты извлекаются полностью. Полученный с помощью СО2 экстракт хмеля в настоящее время находит широкое применение. 1.2.7.2.4. Порошкообразный экстракт хмеля Под ним понимают экстракт хмеля, нанесен- ный на силикагель. Чтобы порошок приоб- рел сыпучесть, для него требуется как мини- мум 30-40% силикагеля. Вместо последнего можно использовать хмелевой порошок или гранулированный хмель, но в этом случае со- держание порошка или гранул должно быть больше, так как они не мо1ут воспринять так много экстракта, как силикагель (иначе поро- шок стал бы клейким и потерял бы свойства сыпучести). 1.2.7.2.5. Изомеризованный экстракт хмеля Экстракт хмеля можно изомеризовать. Бла- годаря уже проведенной изомеризации изо- меризованный экстракт хмеля можно вно- сить на различных ступенях пивоваренного производства. Это позволяет увеличить сте- пень использования горьких веществ хмеля 1 — гранулированный хмель 2 экстракционная емкость 3 — рабочий танк с СО2 4 — компрессия 5 — теплообменник 6 — расширительный клапан 7 — теплообменник/ испаритель 8 — резервуар-сепаратор 9 — экстракт хмеля 10 — конденсатор Рис. 1.33. Экстракция хмеля сверхкритическим СО2
1.2. Хмель 77 до 95%, тогда как при применении натураль- ного хмеля или гранул может использоваться только 25-30%, поскольку в процессе варки промежуточные продукты осаждаются. Для хранения и транспортировки изоме- ризованного хмелевого экстракта требуются относительно небольшие затраты; хранить его можно в закрытом виде два года без по- тери качества. После разведения такой экс- тракт хмеля легко дозировать, обеспечивая точную дозировку содержания горьких ве- ществ в пиве. Если изомеризованный хме- левой экстракт комбинировать с другими хмелепродуктами, то его содержание должно составлять 30-40%. (в Германии применение изомеризованных экстрактов не разрешено.) Производство изомеризованного экстракта хмеля Изомеризованный экстракт хмеля получают из СО2-экстракта (рис. 1.34). Экстракт нагревается и эмульгируется де- аэрированной водой (У). Эта эмульсия снова нагревается (2) и изомеризуется благодаря введению щелочного катализатора (3). Про- цесс изомеризации должен контролировать- ся. После изомеризации от основного продук- та отделяют хмелевые воска и нехарактерные мягкие смолы (4), не представляющие инте- реса для дальнейшей переработки. Раствор охлаждают (5) и в нем устанавливают значе- ние pH в размере от 7 до 8. При этом осаж- даются и отделяются 0-кислоты (6). Благо- даря дальнейшему сдвигу pH в направлении значений от 5 до 6 в сепараторе отделяются неизомеризованные а-кислоты (7). Свободные изо-а-кислоты осаждают пу- тем радикального снижения значения pH до 2 (9) и в этом виде их хранят до окончательной расфасовки. Лишь перед самой поставкой на пивоваренные предприятия изо-а-кислоты переводят в форму калийной соли (3) и разво- дят дистиллированной водой до товарной кон- центрации, после чего разливают в тару (10). 1.2.7.2.6. Другие хмелевые препараты для придания горечи К подобным препаратам относят вещества, которые вносят лишь в конце процесса про- изводства пива, прежде всего: • тетра-изо-а-кислоту; • гекса-гидро-изо-а-кислоту и • тйо-изо-а-кислоту. Эти соединения представлены под различ- ными торговыми наименованиями (Redihop, Tetrahop и др.) и производятся из изо-а-кислоты по специальной технологии (рис. 1.35) [331]. Главное преимущество таких препаратов состоит в том, что их применение для при- 1 — деаэрированная вода 2 — пар 3 — добавление карбоната калия 4 — отделение мягких смол 5 — охлаждение 6 — отделение 0-кислот 7 — отделение неизомернзованных а-кислот 8 — добавление кислоты 9 — выпадение свободного изогумулона 10 — стандартный изомеризованный экстракт (20/30%) и розлив изомеризованного экстракта Рис. 1.34. Производство изомеризованного экстракта хмеля
78 1. Сырье Тетрагвдро-изо-а-кислота Гексагидро-изо-а-кислота Rho-изо-а-кислота Рис. 1.35. Производство хмелевых препаратов для внесения горечи: 1 —нагревание в щелочной среде; 2 — восстановление боргидридом натрия (NaBH4); 3 — гидрирование водородом (Н2) с использованием палладия в качестве катализатора дания горечи исключает образование «за- свеченного» привкуса, который может давать изо-а-кислоты под действием света. Этот неприятный «засвеченный» привкус связан с отщеплением от изо-а-кислоты так назы- ваемого «светового» меркаптана (3-метил- 2-бутилен-1-тиола), порог вкусового вос- приятия которого составляет менее 1 мкг/л (лучшей защитой от этого эффекта является розлив пива в бутылки коричневого цвета). Поскольку указанные хмелевые препараты исключают данный дефект, то это позволят осуществлять розлив пива в прозрачные бу- тылки. Одним из условий их применения явля- ется то, что в ходе производственного про- цесса следует предотвратить любое внесение изо-а-кислот (через трубопроводы, дрожжи и т. д.), поскольку в противном случае эти изо-а-кислоты индуцируют появление «за- свеченного» привкуса. Описываемые хмелепродукты обладают различными свойствами. .R/zo-изо-а-кислота, например, придает очень приятную мягкую горечь, тогда как гексагидро-изо-а-кислота прежде всего улучшает пенообразование. Благодаря соответствующему подбору хме- левых препаратов повышают пеностойкость пива и достигают более мягкую и приятную горечь по сравнению с изо-а-кислотами. Интенсивность горечи хмелевых препа- ратов, вносимых в конце производственного процесса, близка к интенсивности изо-а- кислот. Если горечь последней принять за 1, то горечь гАо-изо-а-кислоты будет рав- на 0,7, гексагидро-изо-а-кислоты — 1,1, а тетрагидро-изо-а-кислоты — 1,0-1,7 [369]. Описываемые хмелепродукты произво- дятся в чистой форме и поставляются в виде прозрачного раствора (немецким Законом о чистоте пива их применение не разрешено). В странах, не подпадающих под действие этого закона, указанные хмелепродукты применяются все шире, но с регламентаци- ей их дозирования в готовое пиво (см. раз- дел 4.6.2.4.6).
1.3. Вода 79 1.3. Вода В производстве пива наибольшей по своей массе составной частью сырья является вода, причем только часть воды идет непосред- ственно в пиво; другая часть расходуется на мойку, ополаскивание и т. п. Получение и подготовка воды в пивоваре- нии имеет особое значение, так как качество воды существенно влияет на качество произ- водимого пива. 1.3.1. Круговорот воды в природе Вода на Земле находится в постоянном круго- вороте. Солнце испаряет воду с поверхности водоемов и земли, а дождь и снег возвращают ее на землю. Количество осадков сильно за- висит от климатических условий. Около 50% осадков поглощается непосред- ственно растениями и снова ими испаряется. Оставшаяся часть стекает большей частью на поверхность земли, только часть просачива- ется в глубокие подземные слои, где она со- бирается в виде грунтовых вод. Наличие воды и ее использование в от- дельных водных бассейнах существенно различается и подвержено в течение года сильным колебаниям. Если в жаркие летние месяцы во многих областях наблюдается хро- ническая нехватка воды, то после сильных дождей или во время снеготаяния огромное количество воды бесполезно стекает в море. В последние десятилетия потребность в питьевой воде постоянно растет из-за даль- нейшей модернизации домашнего хозяйства, возрастающей индустриализации и роста потребностей сельского хозяйства. Одновре- менно постоянно растут требования к каче- ству питьевой воды. Тем не менее во многих регионах качество воды является серьезной проблемой. Из-за обильного внесения в почву удобрений и на- копления отходов вода зачастую не обладает требуемым качеством. Из атмосферы в воду поступают окисли азота, двуокись серы, ам- миак, а из вносимых в почву удобрений и применяемых средств защиты растений — нитраты, соли тяжелых металлов, галоген- содержащие производные углеводородов и другие ядовитые вещества. С другой сторо- ны, увеличение затрат на водоснабжение и водоподготовку, а также на обработку сточ- ных вод требует постоянной экономии воды как в быту, так и на производстве. Поэтому вполне естественно, что государственные органы все в большей степени пытаются ис- ключить возможный экологический ущерб. Законодатели также добиваются, чтобы и в пивоварении применялась исключительно вода, удовлетворяющая по качеству требова- ниям, предъявляемым к питьевой воде. (Для производства пива минимальным условием является вода, имеющая качество питьевой. Кроме того, к качеству воды предъявляются дополнительные требования, обусловленные спецификой производства пива). Для любой воды, применяемой в пивоваренном произ- водстве, должны соблюдаться установленные в данной стране требования (в Германии — «Trinkwassemerordnung»), которые более под- робно будут рассмотрены в разделе 1.3.4. 1.3.2. Потребление воды в пивоваренном производстве Вследствие постоянно растущих затрат на водоснабжение и утилизацию сточных вод пивоваренные предприятия вынуждены ми- нимизировать свое водопотребление. Для производства пива на 1 гл пива требуется в среднем 5-8 гл воды. При этом неболь- шие пивоваренные предприятия, потребля- ют, как правило, больше воды, чем крупные (рис. 1.36) [234, 235], водопотребление кото- рых в большинстве случаев составляет менее 3,5 гл/гл товарного пива. Расчетное водопотребление на 1 гл товар- ного пива в разных подразделениях представ- лено в таблице на следующей странице [225]. Потребление воды на разные цели на пи- воваренном предприятии с общим расходом воды 4,08 гл на 1 гл товарного пива представ- лено на рис 1.37 [236]. В 2002 г. в Германии стоимость свежей воды составляла в среднем 1,80 евро/м3, а тарифы
80 1. Сырье Рис. 1.36. Удельное водопотребление в зависимости от выпуска пива на предприятии Наименование подразделения Водопотребление, гл воды/гл товарного пива Варочный цех до кипячения сусла 1,80-2,20 Бродильный и дрожжевой цеха 0,50-0,80 Отделение дображивания 0,30-0,60 Отделение фильтрования 0,10-0,50 Участок розлива в бутылки (доля бутылок 70%) 0,90-2,10 Участок розлива в бочки/кеги (доля бочек 30%) 0,08-0,24 Расход на мойку, в том числе на бытовые нужды 1,00-3,00 Котельная 0,10-0,30 Компрессорная 0,12-0,50 Общее водопотребление 4,90-12,64 Ри с. 1.37. Водопотребление в зависимости от цели применения: мойка и дезинфекция (47%); холодное сусло (27%); водоподготовка (7%); получение побочных продуктов (4%); конденсат вторичного пара (3%), прочие потребители (10%) на сброс сточных вод — 3,50-7,20 евро/м3. Так как для производства пива требуется много воды, то цена на воду является важной ча- стью себестоимости пива, и пивоваренные предприятия заинтересованы в ограничении своего водопотребления. В некоторых ре- гионах в жаркое время года воды может не хватать, что также является стимулом для экономии воды. Рециркуляция воды Необходимость сокращения водопотребле- ния воды требует применения рециркуля- ционной воды (при необходимости после соответствующей водоподготовки). В § 10 (абзац 1) немецкого Положения о качестве воды (2000 г.) говорится:
1.3. Вода 81 «Местные органы власти могут разрешать отдельным предприятиям пищевой промыш- ленности для определенных нужд использо- вать воду, не соответствующую требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды согласно §§ 5-7 или §11, если можно гаран- тировать, что качество пищевых продуктов, изготовленных или обработанных на этом предприятии, не снизится настолько, что их потребление будет представлять риск для здоровья человека». Это означает, что для получения разре- шения на использование рециркуляционной воды не существует различия между приме- няемыми технологиями водоподготовки — необходимо лишь, чтобы они обеспечивали требуемые микробиологические и физико- химические показатели согласно Положению о подготовке питьевой воды (2001 г.) [218]. Условием использования рециркуляционной воды является наличие программы микро- биологического и химического контроля, надзор за исполнением которой возложен на местные органы власти. 1.3.3. Забор воды из водных источников Одной из основ жизни человека, животных и растений является достаточное водоснабже- ние. В Германии основное количество питье- вой воды получали из подземных источников и лишь в отдельных случаях для получения питьевой воды использовались поверхност- ные воды и их прибрежный фильтрат. Позд- нее началось строительство первых заводов для забора подземных вод, а затем стали стро- ить плотины в целях получения имевшихся в достаточном количестве поверхностных вод в незагрязненном состоянии. Небольшую часть воды забирают непосредственно из родников. 1.3.3.1. Забор подземных вод Подземной называется та вода, которая про- сочилась в почву. Просачивание воды зависит от свойств грунта и его строения, а также от длительности и интенсивности осадков. Различные виды грунтовых пород по- разному сопротивляются просачиванию воды. В зависимости от своей пористости слои грунта либо поглощают воду (водонос- ные слои), либо не пропускают ее (водоупор- ные слои). Просачивающаяся вода движется по естественным склонам до водоупорного слоя (например, глины, сланцев, мергеля, гра- нита, сиенита и т. п.) и заполняет поры нахо- дящегося над ним водоносного слоя (напри- мер, песка, гальки, гравия, извести, гипса, лесса и т. п.). Такая вода называется грунто- вой, а ее поверхность — зеркалом грунтовых вод*. При прохождении через водоносные слои грунтовые соли растворяются в воде, из- за чего химический состав воды изменяется. Высота зеркала грунтовых вод подвержена сильным колебаниям. Зеркало грунтовых вод поднимается из-за выпадающих в течение года осадков с различной интенсивностью — оно может понижаться благодаря естествен- ному оттоку и вследствие забора воды из ко- лодцев и скважин. Из-за постоянно растущей потребности в воде и, соответственно, расту- щего водозабора в некоторых странах уро- вень грунтовых вод понизился до величины, вызывающей закономерное беспокойство. Даже в дождливое лето уровень грунтовых вод может подниматься лишь незначительно, так как большая часть осадков уходит на по- требление воды растениями. Подъем уровня грунтовых вод происходит прежде всего в не- вегетационный и морозный периоды — обыч- но с октября по март. Вода, фильтрующаяся в прибрежных по- лосах рек, занимает промежуточное поло- жение между поверхностными и грунтовы- ми водами. Под ней понимают речную воду, которая сравнительно хорошо фильтруется водонепроницаемыми слоями прибрежных полос рек. По своему составу такая вода ко- леблется в тех же пределах, что и речная, по- скольку растворенные в ней вещества не от- фильтровываются. * Подземные воды по условиям залегания разде- ляются на верховодку, грунтовые и артезианские. Верховодка залегает наиболее близко к поверхно- сти и ввиду отсутствия водоупорной кровли легко подвергается загрязнению. К грунтовым относятся воды первого от поверхности постоянно существу- ющего водоносного слоя. Артезианские напорные воды залегают между водоупорными слоями. — Примеч. ред.
82 1. Сырье Забор подземных вод осуществляется: • через буровые скважины (преимуще- ственно); • через колодцы с горизонтальным филь- тром; • через шахтные колодцы старой кон- струкции (редко); • из родников, через которые подземные воды выходят на поверхность (в неко- торых случаях). Под буровой скважиной понимают устрой- ство для забора подземных вод, подающее воду через вертикальную скважину, стенки которой изготовлены из перфорированных труб. Такую скважину бурят на глубину до 300 м и более, и при этом по всей своей длине она фильтрует водоносный горизонт, охваты- вая его по всей глубине. В связи с этим по- добная скважина, как правило, имеет доволь- но высокую производительность. Чем больше глубина залегания воды, тем меньше в ней микроорганизмов, так как по мере прохождения через слои грунта проис- ходила ее фильтрация, которая биологически очистила воду (в скалистых районах этого, разумеется, не происходит). Подъем воды на поверхность происходит с помощью насосов. Так как у центробежных насосов высота всасывания ограничена (примерно до 6,5 м), то подача воды осущест- вляется насосом с трансмиссионным валом (рис. 1.38) или погружным насосом, где сам насос и электро- двигатель объединены в водонепро- ницаемый агрегат, работающий под водой. Рис. 1.38. Схема скважины для забора подземных вод: 1 — помещение насосной станции; 2 — изо- ляция; 3 — дренажная подсыпка грунта; 4 — дерновое покрытие; 5 — электрощитовая; 6 — вентиляционная труба; 7 — дно скважи- ны; 8 — керамическая труба; 9 — гравийная засыпка фильтра; 10 — керамическая труба фильтра; 11 — уровень (зеркало) подзем- ных вод; 12 — всасывающий патрубок; 13 — насос; 4 — керамическая обсадная труба; 15 — направляющая труба; 16 — подъемная труба; 17 — электродвигатель; 18 — водо- мер; 19 — обратный клапан; 20 — заслонка (шибер)
1.3. Вода 83 1.3.3.2. Забор родниковых вод Родник образуется при выходе грунтовых вод на поверхность в складках местности, в связи с чем предпосылками для появления род- ников является пересеченный рельеф мест- ности. Родниковая вода считается особенно чистой и ценной, так что для пивоваренных предприятий использование родниковых вод — это действенное средство маркетинга (если из родника получают воду требуемого качества, дебит источника достаточен и вода из него поступает в течение всего года). Как правило, родниковую воду защищают трубопроводами и охраняют прилегающую к роднику территорию от вредных воздей- ствий. 1.3.3.3. Забор поверхностных вод Поверхностные воды забираются из рек или озер, а в больших объемах — из водохрани- лищ. Речная вода всегда загрязнена сточными водами промышленных и сельскохозяйствен- ных предприятий, а также коммунальными сточными водами. Очистка речной воды до- вольно затруднительна, и от ее применения зачастую отказываются по гигиеническим соображениям. Если приходится пользовать- ся речной водой, то водозабор осуществляют выше по течению от населенных пунктов и от мест сброса сточных вод. При этом исполь- зуют прямые участки берега или внешнюю сторону поворотов реки, так как эти места за- грязнены меньше. Все большее значение приобретает соору- жение плотин в верховьях рек. Путем созда- ния водохранилищ можно регулировать сток поверхностных вод, избегать наводнений, осуществлять забор относительно чистой по- верхностной воды и использовать часть задер- жанной воды для выработки электроэнергии. Водохранилища располагают в верховьях рек. В благоприятном с геологической точки зрения месте в верховье реки долину пере- гораживают плотиной так, чтобы получить большую вместимость водохранилища. Для водохранилищ с питьевой водой необходимо, чтобы на территории водоохранной зоны не было промышленных предприятий и других потребителей, сбрасывающих свои сточные воды. Именно по этой причине в подобных водохранилищах даже запрещено купание. Собирающаяся в водохранилище вода оста- ется в нем несколько месяцев и за это время самоочищается. Так как поверхностные воды еще не имели соприкосновения с внутригрунтовыми соля- ми, содержание солей в них еще невелико. Тем самым такая вода не обладает буферной способностью и имеет низкий pH, что дела- ет ее агрессивной по отношению к железу и стали. 1.3.3.4. Значение собственного водоснабженния Вода стоит денег! При получении воды из коммунальных источников за нее приходит- ся платить, и немало. Поэтому вполне по- нятно, почему большинство пивоваренных предприятий располагают собственными установками по забору воды. Как правило, в их распоряжении несколько скважин, из ко- торых они и качают воду. Естественно, следует учитывать, что соб- ственная вода должна иметь особые качества. Доказательством тому служат названия от- дельных сортов пива и их рекламные мате- риалы (например, «с использованием воды из горных источников»). 1.3.4. Требования к воде Полученная из различных источников вода не всегда удовлетворяет требованиям по ка- честву. Чтобы соответствовать всем этим требованиям, она должна, как минимум, ис- следоваться на наличие определенных пока- зателей. Прежде всего, вода для пивоварения долж- на обладать качеством питьевой воды в соот- ветствии с действующими нормативами по питьевой воде, то есть удовлетворять всем органолептическим, физико-химическим, микробиологическим и химическим требо- ваниям, предъявляемым к питьевой воде. Кроме того, она должна соответствовать ряду специфических для пивоваренной промыш- ленности технологических требований, со- блюдение которых оказывает положительное
84 1. Сырье влияние на процесс производства пива. В Гер- мании с 01.01.2003 г. действует Положение о питьевой воде в редакции 2003 г. [218]. 1.3.4.1. Требования к питьевой воде Согласно немецкому Положению о питьевой воде она должна быть бесцветной, прозрач- ной и без запаха. По своему содержанию и со- ставу растворенных в воде веществ согласно директивам ЕС установлены следующие ис- ходные показатели и предельные значения [134,218]: Содержание Предельное значение, мг/л Нитратов 50 Нитритов 0,5 Свинца 0,01 Меди 2 Никеля 0,02 Пестицидов и биоцидов 0,0001 Бензола 0,001 Высокие требования предъявляются и к микробиологическим свойствам воды. После соприкосновения с землей загрязняется лю- бая вода. Число бактерий при этом изменя- ется в зависимости от степени загрязнения. По мере проникновения в подземные слои во все возрастающей степени осуществляется фильтрация и происходит (в общем случае) улучшение биологических свойств воды. Так как питьевая вода является важнейшим сред- ством поддержания жизни, ее чистоте следу- ет уделять максимальное внимание. Вода почти всегда содержит хотя бы не- сколько микроорганизмов, о которых без проведения трудоемких исследований нельзя судить, насколько они болезнетворны (пато- генны) или безвредны. Большинство присут- ствующих в воде бактерий не являются пато- генными, но как это определить? Патогенные микроорганизмы могут про- исходить только от человека или живот- ных — носителей возбудителей заболеваний. В толстом кишечнике человека и животных в большом количестве присутствуют без- вредные легко определяемые бактерии — Escherichia coli (бактерии группы кишечной палочки, БГКП), служащие показателем воз- можности наличия в воде болезнетворных микроорганизмов. Воду исследуют на наличие БГКП. При их наличии можно судить о возможности пере- дачи постоянно присутствующих возбудите- лей болезней и, следовательно, эпидемий. В немецком Положении о качестве воды для потребления человеком (Положение о питьевой воде в редакции 2001 г.) в § 5 «Ми- кробиологические показатели» говорится: (2) В воде для потребления человеком не допускается превышение предельных значе- ний микробиологических параметров, уста- новленных в Приложении 1, часть 1 (там ре- гламентировано, что в 100 мл воды не долж- ны присутствовать какие-либо колиформы). 1.3.4.2. Требования к воде для пивоварения В воде всегда растворены соли, причем по- скольку степень разбавления очень велика, они содержатся в воде не в виде солей, а почти полностью диссоциированы на ионы. Поэтому правильнее говорить о растворенных ионах. Большая часть этих ионов не реагирует при затирании с компонентами солода (ког- да они встречаются в первый раз). Другие же, напротив, реагируют с определенными его компонентами. Соответственно, различают: • химически неактивные ионы и • химически активные ионы. Химически неактивные (пассивные) ионы Под химически пассивными понимают все те ионы, которые не вступают в химические ре- акции с составляющими солода и переходят в пиво без изменения. Если они присутствуют в повышенных концентрациях, то могут ока- зывать на вкус пива как положительное, так и отрицательное воздействие. Например, вкус пива округляется при наличии хлорида натрия NaCl. К химически неактивным солям отно- сятся хлорид натрия, хлорид калия КС1, суль- фат натрия Na2SO4, сульфат калия K2SO4 и др. Однако некоторые из этих химически неактивных ионов при производстве пива влияют на те или иные процессы. Так, при- сутствие 20-30 мг/л нитратных ионов может
1.3. Вода 85 приводить к торможению брожения, если в сусле содержатся нитратредуцирующие бак- терии. Понятие «химическая неактивность» по отношению к упомянутым ионам относит- ся только к их индифферентности по отноше- нию к компонентам солода, с которыми они могут контактировать во время приготовле- ния сусла. Химически активные ионы Ряд ионов, присутствующих в используемой для производства пива воде, при затирании реагируют с компонентами солода, что в ходе технологического процесса влияет на изме- нение водородного показателя pH. Водородный показатель pH Химически чистая вода состоит не только из молекул, так как очень небольшая их часть электролитически диссоциирована. Н2О Н+ + он- Вода имеет нейтральную реакцию, по- скольку число Н+-ионов равно числу ОН- ионов: в 1 л воды при 25 °C содержится 10 7 грамм-ион Н+, то есть одна десятимилли- онная часть грамм-ион Н+ и 10~7 грамм-ион ОН", то есть также одна десятимиллионная часть грамм-ион ОН. Если с помощью добавления кислоты уве- личить содержание Н+-ионов, то по закону сохранения массы уменьшится процентная доля ОН"-ионов, и наоборот, при добавлении оснований и гидроокисей доля ОН-ионов увеличивается, а доля Н+-ионов уменьшается. Любой водный раствор (не важно, идет ли речь об очень сильной кислоте или осно- вании) содержит Н+- и ОН -ионы, однако их содержание, естественно, различное. Одина- ково оно только в нейтральной воде. Характер раствора определяется содержа- нием в нем Н+-ионов. Концентрация Н+-ионов в растворе выра- жается десятичным показателем степени. Так как в этом случае получились бы очень длин- ные числа (вплоть до 14 десятичных знаков), на практике применяется только отрицатель- ный показатель степени, обозначаемый pH. Водородный показатель pH — это отрица- тельный десятичный логарифм концентра- ции водородных ионов в растворе (-lgCH+). Пример В некотором растворе содержится 0,000000001 г-ион Н+. В виде десятич- ного показателя это выражается как 10“9 г-ион Н+. pH раствора составляет 9,0. Нейтральной точкой является pH чистой воды, равный 7,07, в которой содержится одинаковое число Н+ и ОН-ионов (рис. 1.39). Величина pH Рис. 1.39. Концентрация Н+-и ОН“-ионов По их реакции растворы делятся на три группы: рН<7 кислая реакция pH = 7 нейтральная реакция рН>7 щелочная реакция Все кислоты, Вода, Все основания, например, нейтральные например, соляная НС1, соли, гидроокись серная H2SO4 например, натрия NaOH, ит.д. хлористый гидроокись натрий NaCl, кальция сульфат Са(ОН)2, натрия основные соли, Na^O, например, карбонат натрия NajCOg, карбонат калия К^СОз pH измеряется электрометрически и кало- риметрически, а для приблизительной оцен- ки — при помощи специальных пропитанных бумажных полосок для определения pH. Значение pH в некоторых жидкостях, в том числе применяемых при производстве пива, примерно составляет: 0,1 н НС1 1,0 0,1 н СН3-СООН 2,9 Вино 2,8-3,5
86 1. Сырье Пшеничное пиво 3,3-3,7 Светлое пиво 4,4-4,7 Готовое сусло 5,4-5,5 Водопроводная вода 7,4-7,8 0,1 н NaHCO3 7,6 0,1 н Na2CO3 8,5 ОДнЫаОН 13,0 Влияние ионов на значение pH При производстве пива значение pH суще- ственно влияет на многие процессы. Напри- мер, ферменты действуют оптимально при определенном pH, при других же его значе- ниях их воздействие незначительно. От зна- чения pH также зависят состояние горьких веществ хмеля и развитие микроорганизмов. Показатель pH затора и сусла определяет- ся находящимися в них диссоциированными солями и органическими соединениями, по- падающими в раствор из воды, солода и из несоложеного зернового сырья и хмеля. При затирании находящиеся в воде хими- чески активные ионы и растворимые веще- ства затора образуют различные соединения. Пример 1. Обладающий щелочной реакцией двузамещенный фосфорнокислый калий из солода реагирует с нейтральным сульфатом кальция: 4К,НРО, + 3CaSO - 4 Ч. Са3(РОД + 2КН,РО, + Z 4 3K,SCT двузамещенный сульфат фосфат однозамещенный сульфат фосфорнокислый кальция кальция фосфорнокислый калия калий калий Образовавшийся фосфат кальция нерастворим; однозамещенный фосфорнокислый калий имеет кислую реакцию, и поэтому pH затора уменьшается. Пример 2. Обладающий кислой реакцией однозамещенный фосфорнокислый калий реагирует с нейтральным гидрокарбонатом кальция: 2КН2РО4 + Са(НСО3)2 -> I^HPO, + СаНРО4 + 2Н2О + 2СО2 гидрофосфат вода двуокись кальция углерода Из имеющего кислую реакцию однозамещенного фосфорнокислого калия образуется основной двузамещенный фосфорнокислый калий, pH возрастает. С участием химически активных ионов pH в процессе приготовления пива изменяется. Смещение значения pH может проис- ходить в кислую или щелочную сторону (см. выше). Для качества пива важны даже самые малые изменения величины pH. Большинство процессов при производстве пива протекает лучше или быстрее, если pH больше сдвигается в кислую область. Поэтому в ходе процесса производства значение pH должно быть по возможности низким. При повышении pH придется стол- кнуться с некоторыми технологическими за- труднениями. Поэтому химически активные ионы соли подразделяются на ионы, повышаю- щие и понижающие значение pH. Так как соли в применяемой в пивоварении воде находятся большей частью в форме диссоциированных ионов, то лучше говорить об ионах, повышаю- щих значения pH или понижающих его, или об • увеличивающих кислотность (понижа- ющих pH) ионах и • снижающих кислотность (повышаю- щих pH) ионах.
1.3. Вода 87 Жесткость воды Жесткость воды образуется из-за растворен- ных в ней ионов кальция и магния. Данные приводятся в немецких градусах жесткости (ed), определяемых следующим образом: I’d = 10 мг СаО/л = 1 г СаО/гл или также 7,19 мг MgO/л. По степени жесткости воду классифици- руют следующим образом (при этом 1 °d = - 0,357 мг-экв./л = 0,18 ммоль/л): ПриМ Характеристика жесткости Щелочно- земельные ионы нал ВОДЫ мг-экв./л ММОЛЬ 0,1-4 Очень мягкая 0,11-1,44 0-0,7 4,1-8 Мягкая 1,45-2,88 0,7-1,5 8,1-12 Средней 2,89-4,32 1,5-2,2 жесткости 12,1-18 Достаточно 4,33-6,48 2,2-3,2 18,1-30 Жесткая жесткая 6,49-10,8 3,2-5,3 >30 Очень жесткая >10,8 >5,3 По более современной классификации: область жесткости 1 до 13 ммоль/л = до 7°d (мягкая); область жесткости 2 13 ммоль/л — 2,5 ммоль/л = 7-14°d (средней жесткости); область жесткости 3 2,5 ммоль/л — 3,8 ммоль/л = 14-21,3°d (жесткая); область жесткости 4 свыше 3,8 ммоль/л = свыше 21,3°d (очень жесткая). Повышающие pH ионы (карбонатные и би- карбонатные) ухудшают ход технологическо- го процесса и качество пива (см. раздел 6.4). Содержание в воде карбонатных и бикар- бонатных ионов называется карбонатной жесткостью, временной жесткостью или об- щей щелочностью. Повышающему pH действию карбонатных ионов противостоит понижающее действие прочих кальциевых и магниевых ионов, име- ющихся в виде хлоридов и сульфатов кальция и магния. Действие этих солей объединяется под понятием «некарбонатная жесткость» (или остаточная, а также сульфатная, гипсо- вая жесткость, так как часть жесткости обра- зуется соответствующими солями). Общая жесткость - карбонатная жесткость = некарбонатная жесткость Химически активные ионы I---------1---------1 Понижающие pH ионы Повышающие pH ионы Все Са-ионы и Mg-ионы, Все карбонатные за исключением тех, и бикарбонатные ионы действие которых перекрывается ионами, повышающими pH Некарбонатная Карбонатная жесткость жесткость 1---------1---------1 Общая жесткость Все Са-ионы и Mg-ионы Карбонатную и общую жесткость в Германии определяют по DIN 17640 Для оценки характера воды, содержащей как повышающие, так и понижающие вели- чину pH ионы, служит такой параметр, как остаточная щелочность (ОЩ). Под ОЩ по- нимают разность между карбонатной жест- костью (КЖ) и некарбонатной жесткостью (НКЖ), выражающуюся отношением „ттт tzmz КЖ + 0,5 магниевой жесткости 3,5 Чем выше остаточная щелочность, тем сильнее проявляется действие карбонатной жесткости, и следует ожидать большего зна- чения pH. Например, для производства пива типа Pilsner ОЩ не должна превосходить 2 °dH, в противном случае используемую воду следует умягчать. 1.3.4.3. Значение отдельных ионов Наряду с их ролью в смещении значения pH сусла и пива отдельные ионы важны как фактор влияния на вкус или их роли для здоровья. Так, катион натрия (Na+) регули- рует давление (внутри)клеточной жидкости и играет важную роль в кислотно-щелочном балансе организма. Ежедневное потребление
88 1. Сырье поваренной соли в размере 5 г совершенно достаточно, а при потреблении более 10 г в сутки увеличивается риск повышения арте- риального давления. В небольшом количе- стве NaCl в виде поваренной соли является важным элементом формирования округло- сти вкуса. Любая домохозяйка при приго- товлении любого блюда, даже десерта, всегда добавляет щепотку соли. Когда это было еще разрешено, пивовары тоже добавляли «ще- потку соли» для округления вкуса пива. Катионы калия (К+) очень важны для ре- гулирования внутриклеточного давления и распределены/ воды в организме. Сбалан- сированное содержание калия в организме способствует правильному мочеиспусканию. Калий содержится в достаточном количестве в питьевой воде, а также в ячмене. Ионы аммония (NH4+) в питьевой воде почти всегда свидетельствуют о наличии за- грязнений, в связи с чем в немецком Положе- нии о питьевой воде допустимое их предель- ное значение составляет 0,5 мг/л. Анионы нитрата (NO3“) и нитрита (NO2“) могут попадать в грунтовые воды в результате разложения органических веществ — навоза или бытовых стоков. Нитрат под действием бактерий может восстанавливаться до значи- тельно более ядовитого нитрита. Эта реакция происходит или в кишечнике человека, или в условиях длительного хранения пищевых продуктов, содержащих большое количество нитратов, при повышенных температурах, что особенно опасно для грудных детей. Кроме того, существует риск расширения сосудов, падения артериального давления и образова- ния канцерогенных соединений. Предельное значение по содержанию нитратов, согласно немецкому Положению о питьевой воде, со- ставляет 50 мг NOg/л. Анионы сульфатов (SO4 ) вызывают удер- жание жидкости в организме, и на этом осно- вано выводящее действие сульфатов магния и натрия, так как в результате задержки жид- кости в кишечнике происходит увеличение объема и тем самым улучшается перисталь- тика. В особых случаях немецкое Положение о питьевой воде допускает превышение пре- дельного значения содержания сульфатов до 500 мг 8О4/л. 1.3.5. Способы улучшения состава воды Зачастую качество воды нуждается в улуч- шении. При этом следует определиться с тем, что именно требует улучшения или из- менения — цель определяет способ водопод- готовки. К примеру, при использовании воды в качестве питающей для паровых котлов со- вершенно не важно, содержит ли вода микро- организмы, тогда как количество растворен- ных в ней солей, наоборот, имеет решающее значение. С водой для мойки все обстоит как раз наоборот. В связи с этим различают сле- дующие способы водоподготовки: • для удаления взвешенных веществ; • для удаления растворенных в воде ве- ществ; • для уменьшения остаточной щелочно- сти воды при производстве пива; • для удаления микроорганизмов; • для удаления растворенных в воде газов. 1.3.5.1. Способы удаления взвешенных частиц Под взвешенными частицами понимают по- павшие в воду нерастворимые частицы почвы и растений. Их удаление обычно осуществля- ется в два этапа. Осветление в отстойнике С помощью снижения скорости движения воды захваченные ею взвешенные частицы медленно осаждаются. Чем отстойник больше по площади, тем сильнее эффект осветления (при том же объ- емном расходе), поскольку скорость движе- ния воды падает почти до нуля. Естественны- ми отстойниками являются водохранилища. В отстойном бассейне удаляется, как правило, 60-70% взвешенных частиц, но все взвешен- ные вещества удалить не удается, и поэтому воду необходимо отфильтровать. Фильтрование предварительно осветленной воды При фильтровании воду пропускают сквозь слой чистого, прокаленного кварцевого пе- ска одинаковой крупности. Взвешенные в
1.3. Вода 89 фильтруемой воде частички остаются в его порах. При больших расходах воды в установках коммунального промышленного водоснабже- ния применяются открытые фильтры площа- дью до 150 м2. На дне фильтра находится слой кварцевого песка высотой около 2 м, и че