Обзор: непрерывное брожение пива

В пивоварении, как и в любой другой отрасли, специалисты и ученые всегда стремились к максимальной оптимизации процесса, интенсификации производства и упрощении рабочего процесса. Неудивительно, что с повсеместной автоматизацией предприятий, всё чаще можно было услышать об инновационных способах производства пива. Так, изобретенные в начале двадцатого века цилиндроконические бродильные аппараты (ЦКБА) уже к 70-м годам стали широко распространены, а в настоящее время являются основными емкостями для производства пива. Кроме того, в настоящее время идет речь об использовании наноструктуриро-ванных гибридных биороботов для улучшения процесса брожения с последующим выводом их без дополнительных этапов фильтрации [8].

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Однако еще существует несправедливо редко упоминаемый способ интенсификации брожения – с помощью непрерывного способа брожения пива. Доказано, что непрерывный способ брожения обеспечивает ряд экономических преимуществ не только при производстве пива, но и в других сферах отрасли [4].

Развитие непрерывного способа брожения пива

Автоматизация процесса пивоварения, ускорения сроков брожения и дображивания – весьма очевидные направления для развития пивоваренной промышленности. Закономерно, что разработки в этом направлении начались сразу в нескольких странах, из-за чего выделить «первопроходцев» в непрерывном брожении достаточно проблематично. Кроме того, был ряд предшествующих аппаратов, стремящихся к выполнению данной функции. Чаще всего для непрерывного брожения пива использовали ряд аппаратов, в каждом из которых сусло находилось на той или иной стадии брожения, следовательно, в каждом танке поддерживались свои необходимые условия для постоянного поддержания заданного количества дрожжей.

В СССР в 1961 году было запатентовано устройство для непрерывного брожения за авторством М.Т. Денщикова [18]. Охмеленное холодное (22 °С) сусло вместе с дрожжами подавалось в аппарат с горизонтальными перегородками, где каждая секция располагалась под наклоном, как следствие пиво постепенно переливалось из секции в секцию, а козырьки на местах поворота потока сусла обеспечивали образование газовой подушки и перемешивании пива углекислотой. Позже, в 1964 году этим же автором было опубликовано описание способа непрерывного брожения, дополненное дрожжанкой и дрожжегенератором [19]. В 1976 году был опубликован патент установки, состоящей из ряда отдельных емкостей, каждая с оптимальными условиями для той или иной стадии, кроме того, установка включала специальный аппарат для приготовления «дрожжевой разводки» в виде вертикального сосуда с устройствами для пеногашения и аэрации. Преимущество установки заключалось в наличии между танками для доб-раживания устройства для удаления летучих продуктов брожения и остаточных дрожжей через сепаратор. А в 1987 году, спустя три года с момента подачи, был запатентован способ непрерывного сбраживания пивного сусла в батарее ферментеров В.Л. Яровенко. Позже этот патент будет освещен более подробно, т. к. практические знания, полученные в ходе ряда экспериментов, позволяет наиболее детально и подробно разобрать принцип непрерывного брожения.

Для полного понимания важно обратиться к зарубежным источникам. Уже в пятидесятых годах прошлого века в Новой Зеландии Мортон Куттс, пивовар в третьем поколении, по данным разных источников, изобрел и внедрил способ непрерывного брожения [7,9]. По некоторым данным, установку он изобрел в 1953 году, в 1956 она была запатентована и внедрена в производство. В августе следующего года заявка была подана в патентное ведомство США, дополнено в 1960 и опубликована в 1966 году [10].

Мортон описал процесс ферментации и необходимые режимы, в то время как пивоварни его компании работали по этому принципу уже несколько лет. Так же автор утверждал, что установка применима не только для пивоваренной индустрии, но и для всех напитков из недистиллированного солода. За свои заслуги и прорыв в области пивоварения Куттс был назначен офицером ордена Британской империи [8].

Его метод состоял из двух «зон» пивоваренного оборудования – брожения и дображивания. Сусло непрерывно подавалось при низкой температуре вместе с дрожжами, и при постоянном перемешивании проходило через стадию брожения к дображиванию. Отмечено, что брожение могло протекать от 8 °С до точки термического уничтожения дрожжей. Сам Куттс проводил брожение при температуре 15,5 °С, что считалось довольно высокой температурой брожения. Поток был настроен с такой скоростью, чтобы постоянно добавлять не ферментированное сусло и отбирать молодое пиво. Постоянное добавление сусла поддерживает дрожжи во взвешенном состоянии в созревающем пиве. Таким образом поддерживается ферментативная активность и избегается автолиз дрожжей [10]. Основные параметры такого брожения – концентрация дрожжей в сусле не менее 12 г/л. и поддержание температуры выше 48 °F (9°). Установка предполагала, что некоторую часть дрожжей, отделившихся при брожении, можно было вернуть в систему, а также рециркулировать дрожжевое пиво в систему для получения напитка более высокой крепости. Кроме того, в патенте указана схема с прерывающимся поток между зонами, а также схема отдельной ферментации солода и сахаристых материалов. Количество дрожжей регулировалось скоростью перемешивания, концентрацией задаваемых дрожжей и температурой.

С помощью корректировки концентрации дрожжей можно вывести закономерность – при концентрации 5 г/л. пиво получается более густым и сладким, при более быстром размножении, 15 г/л. – более сухим и горьким. Здесь необходимо отметить, что концентрация дрожжей напрямую связана с изначальной экстрактивностью солода. Такие концентрации дрожжей справедливы для начальной экстрактивности 1,021 град. При более высокой концентрации, для получения пива с такими же органолептическими показателями, необходимо увеличить концентрацию дрожжей прямо пропорционально.

Мы так же располагаем практическими данными, полученные в ходе длительных исследований советских ученых. Учитывая различия в установках и небольшая разница в публикации патента Куттса и Советских ученых (устройство Куттса опубликовано в 1966, тогда как установка Денщикова уже в 1961), можно сказать, что работы велись параллельно и обособленно друг от друга. Эксперименты отечественных исследователей показали, что способ непрерывного брожения не только имеет теоретическую значимость, но и хорошо показывает себя на практике. Уже в семидесятых годах по данной технологии процесс брожения составлял 8,5 дней. Для сравнения, на тот момент классическая рецептура брожения и дображивания длилась от трех недель и выше. Всё это с использованием дрожжей Saccharomyces шт. 776. И без использования ферментных препаратов. Все показатели готового пива соответствовали стандарту, а инфицирование не произошло. Важно отметить, что батарея могла работать непрерывно 20 суток до момента дезинфекции, либо 60 суток, что так же не допускало инфи-цированность сусла, но срок брожения и добра-живания в сумме увеличивался на 13 суток. Таким образом, при наличии двух таких линий можно осуществлять процесс брожения без остановок, переводя поток на другую линию во время дезинфекции. Либо же, для большей экономии и эргономичности установить два ферментера на одну линию, которая бы позволяла осуществлять на одной линии непрекращаю-щийся поток регенерации дрожжевых клеток, путем мойки головного ферментера во время работы ферментера второго.

В конце XX века Нидерландский ученый Христиан Виллем Верстег опубликовал патенты, ныне принадлежащий компании Хайникен. Один из них описывал способы непрерывного приготовления сусла, второй – способ непрерывной варки сусла [16,17]. Таким образом можно было весь процесс пивоварения сделать непрерывным. Варка осуществлялась в нагревателе с помощью реактора с перекрываемым потоком, выполненным в виде колонны с вращающимися дисками. После сусло обрабатывается в противотоке пара в отпарной колонне. Хотя такой способ является более быстрым и менее энергозатратным, существует опасность возникновения белкового осадка в трубах, поэтому способ, при котором сусло кипятится с хмелем по стандартной всё так же имеет место быть при последующем непрерывном брожении.

Иммобилизованные клетки

Иммобилизованные (от лат. Immobilis – неподвижный) дрожжи – это дрожжи, зафиксированные на различных носителях или наполнителях. Их исследование велось примерно в то же время, что и способов непрерывного брожения пива. Дело в том, что все способы раньше использовали интактные клетки. Исследователи отмечали, что при таких параметрах непрерывная схема уступает традиционной технологии из-за сложной конструкции и сложной эксплуатации [11]. Иммобилизованные дрожжи должны были решить проблемы и устранить недостатки непрерывного брожения [12,13]. Иммобилизация различна при выборе носителя клеток. Носители могут быть органическими и неорганическими.

В качестве носителя чаще всего используется пористое стекло Siran, представляющее собой стеклянный порошок, который подвергается обжигу вместе солью. Соль в последствии вымывается и получается реагент с множеством пор, в который их задерживаются дрожжи. Такой носитель можно использовать повторно, вымывая дрожжи различными реагентами и нейтрализовывая носитель [15].

Такие дрожжи несут в себе ряд преимуществ, особенно интересных для непрерывного процесса – время брожения сокращается, а срок использования дрожжей увеличивается. Как следствие, для процесса можно использовать меньшее количество дрожжей, что уменьшает размер их колонии и позволяет сократить затраты на оборудование (т. к. для непрерывного процесса дрожжей требуется сравнительно больше).

Существенно снизить затраты на производство и выделить непрерывный способ брожения на фоне традиционной схемы производства пива позволит переход на более дешевые носители для иммобилизованных клеток. Существует исследования, доказывающие, что в качестве носителя может выступать пивная дробина. Дело в том, что дрожжи самопроизвольно прилипают к поверхности такого носителя, что приводит к прямому контакту иммобилизованной массы с жидкими субстратами [12]. Так же проводились исследования по контакту дрожжей с древесной щепой и этилцеллюлозой как возможными носителями. Не смотря на очевидное преимущество дробины, как вторичного продукта производства, а следствие, его экономическое преимущество, у этого способа был замечен недостаток – постепенное отслаивание массы. Возможны несколько путей решения этой проблемы, как составление суспензий с различными органическими реагентами (например, зернами кукурузы), либо – своевременное внесение новых суспензий дробины в меньшей концентрации.

Кроме того, пиво, приготовленное по данной технологии, хоть и имело низкое содержание высших спиртов, потребитель не смог заметить разницы с вкусо-ароматическим профилем пива, приготовленного по стандартной технологии [21].

post@vestnik-vsuet.ru Заключение

В настоящее время тема непрерывного брожения пива получает незаслуженно ограниченное внимание. Использование технологии непрерывного брожения с использованием иммобилизованных дрожжевых клеток имеет огромный потенциал для пивоваренной индустрии. Это позволит обеспечить выпуск большого количества пива с меньшими объемами производственных помещений и более гибкой эксплуатации оборудования. Использование пивной дробины так же позволит существенно снизить затраты на производство. Таким образом, непрерывное брожение имеет огромный потенциал в плане интенсификации процессов брожения и увеличения эргономичности технологического процесса.