Способ созревания пива

 

Изобретение относится к способу непрерывного созревания пива после основного брожения. Незрелое пиво после удаления дрожжей и тепловой обработки пропускают через биореактор, заполненный материалом носителя с иммобилизованными на нем дрожжами. Указанный материал носителя в основном состоит из древесных частиц и/или частиц, полученных из травянистых растений. Это позволяет повысить экономичность процесса. 10 з.п. ф-лы, 6 табл.

Настоящее изобретение относится к способу непрерывного созревания пива после основного брожения, в соответствии с которым незрелое пиво после удаления дрожжей и тепловой обработки пропускают через биореактор, заполненный носителем с иммобилизованными на нем дрожжами. Изобретение также относится к реактору непрерывного созревания, представляющему собой вертикальный проточный реактор колонного типа, содержащий один или более сетчатых фильтров, промежуточные днища или фланцы и заполненный носителем с иммобилизованными на нем дрожжами.

Производство пива в целом состоит из следующих основных операций:

соложение зерна (обычно ячменя) проращиванием,

измельчение соложеного зерна для получения солодовой крупки,

добавление воды к солодовой крупке для образования затора,

затирание для расщепления крахмала в сбраживаемый сахар,

отделение сусла, полученного таким образом из затора,

варка сусла с хмелем для получения вкуса и аромата и остановки ферментативных процессов,

осветление и охлаждение сусла, сбраживание сусла с дрожжами для превращения глюкозы и мальтозы в этанол и диоксид углерода с получением незрелого пива,

созревание незрелого пива (второе брожение), и

фильтрация и стабилизация пива и помещение его в соответствующие контейнеры.

Созревание пива является важной операцией для придания пиву выдержанного и равномерного вкуса и запаха.

Традиционно созревание пива проводят путем хранения незрелого пива в течение нескольких недель при низкой температуре после основного брожения. Это связано с большими расходами на хранение, что и явилось толчком к развитию способа быстрого непрерывного созревания пива вместо хранения. В соответствии с таким способом дрожжи удаляют из незрелого пива после обычного основного брожения, незрелое пиво подвергают тепловой обработке (до 80-90°С в течение 5-15 мин), после чего пиво охлаждают (до 10-15°С), а затем оно созревает в реакторе, в котором дрожжи иммобилизованы на носителе. И наконец, проводят окончательную обработку пива, то есть стабилизируют и фильтруют обычным способом. Время нахождения в непрерывном реакторе составляет, например, около 2 часов.

Во время тепловой обработки α-ацетолактат, содержащийся в незрелом пиве, преобразуется в диацетил и частично в ацетоин. Вкус диацетила ощущается в пиве, даже если концентрация ацетила составляет только 0,05 мг/л. Это сильный сладковатый или конфетный привкус и запах, характерный для незрелого или свежесваренного пива. В реакторе дрожжи восстанавливают диацетил в ацетоин. В то же время некоторые другие карбонильные соединения также восстанавливаются, в результате чего пиво приобретает тонкий вкус и аромат. Ацетоин имеет более мягкий вкус и запах и значительно более высокую, чем у диацетила, пороговую концентрацию - 50-1000 мг/л, выше которой его вкус ощущается в пиве.

Известные способы описаны в следующих статьях: Monograph XXIV of the European Brewery Convention, E.B.C. - Symposium Immobilized yeast applications in the brewing industry, Espoo, Finland, October 1995 (ISBN 3-418-00749-X): E.Pajunen: Immobilized yeast lager beer maturation: DEAE-cellulose at Sinebrychoff (pp.24-40) и I.Hyttinen: Use of porous glass at Hartwall brewery in the maturation of beer with immobilized yeast (pp.55-56). По первому способу носителем, применяемым для иммобилизации дрожжей, является DEAE целлюлоза с диоксидом титана и полистиролом, перемешанными в ней; в патенте США 4915959 описан такой же способ. По второму способу носителем является пористое стекло. Колонну, в которой дрожжи иммобилизованы в DEAE целлюлозе, применяли в производстве слабоалкогольного или безалкогольного пива (H.Lommi: Immobilized yeast for maturation and alcohol-free beer, Brewing and Distilling International, May 1990, стр. 22-23).

В техническом смысле эти способы работают хорошо и производимое по ним пиво - хорошего качества, как и у пива, созревшего по традиционной технологии. Однако в известных способах существует проблема, связанная с высокой стоимостью материалов носителя. Затраты на материал носителя существенны и из-за высокой цены носитель должен быть регенерирован после определенного периода использования, так чтобы им можно было пользоваться снова.

При традиционном созревании в контейнере достаточно большие деревянные рейки, например, 400-500 мм длиной и 40-50 мм шириной помещали в контейнеры для хранения. Назначение этих реек состоит в том, чтобы связать некоторое количество дрожжей и таким образом содействовать осветлению и в некоторой степени вторичному брожению пива. Это традиционная медленная периодическая технология. Некоторые пивовары до сих пор пользуются этой технологией в основном для сохранения традиции.

В производстве этилового спирта по технологии непрерывного брожения иммобилизацию дрожжей осуществляли с применением кусочков древесины, например бука (M.Moo-Young, J.Lamptey и C.W.Robinson: Immobilisation of yeast cells on various supports for ethanol production, Biotechnology Letters 2 (1980) №.12, pp.541-545) и березы (М.А.Gencer и R.Mutharasan: Ethanol fermentation in a yeast immobilized tubular fermentor, Biotechnology and Bioengineering 25 (1983), pp.2243-2262). Однако производство этилового спирта абсолютно отличается от производства пива: в первом целью является достижение эффективного насколько возможно процесса брожения, в то время как во втором основной целью является совершенствование желаемого хорошего вкуса и запаха в сочетании с процессом брожения.

В производстве пива также проводились маломасштабные эксперименты, в которых при проведении основного брожения для иммобилизации дрожжей использовали древесную щепу: J.Kronlof and V.- P.Maatta: Main fermentation using immobilized yeast in beer production, Mallas in Olut 1993, №.5, pp. 133-147).

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Задачей изобретения является быстрый непрерывный способ созревания пива, в котором дрожжи, иммобилизованные на носителе, эффективно снижают концентрацию диацетила до уровня ниже порогового уровня приемлемого вкусового ощущения и который применим для использования в сочетании с известными способами производства пива для созревания незрелого пива.

Задачей изобретения также является быстрый непрерывный способ созревания пива, в котором носитель представляет собой экономичный и неопасный материал.

Кроме того, задачей изобретения является реактор непрерывного созревания для осуществления данного способа.

Способ созревания пива согласно изобретению имеет отличительные признаки, указанные в пункте 1 формулы изобретения.

Реактор для созревания согласно изобретению имеет отличительные признаки, указанные в пункте 13 формулы изобретения.

Изобретение основано на проведенных исследованиях, целью которых являлось применение метода иммобилизации дрожжей при вторичном брожении и созревании пива. Неожиданно было установлено, что древесные частицы и/или подобные частицы прекрасно подходят для использования в качестве носителя для иммобилизации дрожжей.

В непрерывном способе созревания пива согласно изобретению незрелое пиво после удаления дрожжей и тепловой обработки пропускают через биореактор, заполненный в основном древесными частицами и/или подобными частицами с иммобилизованными на них дрожжами. Принцип способа согласно изобретению такой же, как и в промышленной технологии, использующей в качестве носителя DEAE целлюлозу или пористое стекло. Удаление дрожжей и другие операции вторичной обработки осуществляют так же, как в известных технологиях.

Способ согласно изобретению применим в производстве различных сортов пива, т.е. пива низового брожения и пива верхового брожения. Пригодным сырьем являются солод и другие источники крахмала и сахара, известные в производстве пива. Производимое пиво может иметь содержание алкоголя между 0 и 10% и начальную плотность сусла между 5 и 20% или более и даже 30%.

В способе согласно изобретению носитель может состоять из древесных частиц и/или подобных частиц любого размера и формы, предпочтительно нарезанных в виде достаточно мелкой щепы, палочек или любых правильных или неправильных тел приблизительно одного размера. Наибольший размер частиц в основном составляет от 1 до 100 мм, преимущественно от 1 до 50 мм и предпочтительно от 2 до 20 мм.

Используемые в способе древесные частицы могут быть получены из любой лиственной древесины, в том числе из осины, бука, пальмы и тому подобного. Частицы могут быть также получены из хвойной древесины. Используемые сорта древесины можно выбирать так, чтобы ароматические вещества, содержащиеся в них, произвели желаемое воздействие на вкус и запах производимого пива. Частицы могут быть также получены из травянистых тропических растений, например бамбука, ратана и/или подобных.

В непрерывном реакторе часть дрожжей иммобилизована на носителе, а часть может находиться в свободно взвешенном состоянии. Для использования в таком реакторе отлично подходят традиционно известные пивные дрожжи. Однако в случае использования сильнофлокулирующих дрожжей в реакторе будет быстро достигаться высокая концентрация дрожжей, а высокую концентрацию дрожжей поддерживают, чтобы таким образом повысить эффективность реактора.

Иммобилизацию дрожжей можно осуществлять любым известным способом, например, как описано в патенте США 4915959.

Как известно из уровня техники, количество иммобилизованных дрожжей в реакторе можно варьировать, предпочтительное количество составляет 10⁶-10⁹ дрожжевых клеток/1 см³ частиц наполнителя. Срок службы древесных частиц, используемых для иммобилизации дрожжей, составляет несколько месяцев, например 1-6 месяцев, но он может составлять 1 год или более.

Скорость, с которой незрелое пиво проходит через реактор, и время его нахождения в реакторе влияют на содержание диацетила в пиве. Скорость потока незрелого пива отрегулирована по объему до такого значения, что значительное количество диацетила восстанавливается в реакторе в ацетоин и конечная концентрация диацетила в созревшем пиве не превышает порог приемлемого вкусового ощущения. Скорость потока незрелого пива в реакторе может составлять 0,05-2 объема реактора/час. Предпочтительная скорость потока незрелого пива составляет примерно 0,5-1 объем реактора/час. Температура в реакторе 5-22°С, предпочтительно 5-20°С. Можно применять даже более высокие температуры.

Реактор созревания может находиться под давлением для поддержания в реакторе диоксида углерода в растворенном состоянии. Свободный диоксид углерода может мешать работе реактора. Рабочее давление можно выбирать в соответствии с температурой, желаемым вкусом и качеством пива.

После созревания пиво можно охладить до желательной стабилизирующей температуры и можно осуществить вторичную обработку пива, например стабилизацию, фильтрацию и декантацию известными способами.

Древесные частицы и/или подобные частицы, используемые как наполнитель, из-за их низкой цены можно выбрасывать после использования. Удаление частиц производится легко и без риска. Наполнитель может быть также регенерирован после использования, например, обработкой горячей водой или паром, промывкой или другим приемлемым способом.

При необходимости древесные частицы и/или подобные частицы, используемые как наполнитель, можно подвергать обработке перед иммобилизацией. Частицы могут быть, например, промыты или обработаны другим способом по желанию.

Реактор непрерывного созревания согласно изобретению является вертикальной колонной, в нем жидкость протекает через колонну снизу вверх или сверху вниз. Диаметр реактора составляет порядка 1,5±1 - 2,5±1 м, а его высота составляет порядка 2,5-10 м. Колонна может быть снабжена одним или несколькими сетчатыми фильтрами, промежуточными днищами или фланцами для удерживания частиц наполнителя в реакторе. Колонна заполнена в основном древесными частицами и/или подобными частицами с иммобилизованными на них дрожжами.

По сравнению с известным уровнем техники преимущества изобретения основаны на использовании более дешевого материала носителя, который дает такой же конечный результат, как и более дорогие материалы носителя.

Низкая цена древесных частиц и/или подобных частиц также делает регенерацию частиц необязательной. При применении дорогих носителей регенерация необходима для продления срока службы носителя. Регенерация обуславливает прямые и косвенные дополнительные затраты.

Древесина и/или подобный материал также имеет преимущество в том, что является натуральным материалом и поэтому неопасна. Изобретение будет детально проиллюстрировано на следующих примерах.

ПРИМЕР 1

Оборудование для опыта:

Березовую щепу Rauchergold KL1 (5 литров) варили в воде, очищенной ионообменом (5,5 литров), в течение часа. Воду удаляли, а щепу варили в течение 4 часов в этаноле, содержащем 10 объемных % спирта. Спиртовой раствор удаляли и, наконец, щепу варили в течение 1 часа в воде, очищенной ионообменом.

Реактор заполняли влажной щепой до отметки 5,1 л. Реактор собрали и обработали в автоклаве вместе с патрубками и шлангами при температуре 121°С в течение 21 минуты. После охлаждения в реактор в течение 6 часов закачивали 3 литра дрожжевой суспензии с использованием шлангового насоса. Воздух подавали в реактор с расходом 50 мл/мин, а сусло - с расходом 100 мл/час в течение ночи при температуре 20°С. После этого подачу материалов прекращали и реактор охлаждали до 10°С.

Незрелое пиво, загружаемое в процесс, представляло собой пиво, полученное с помощью иммобилизованного основного брожения, в котором общее содержание вицинальных дикетонов составляло около 0,8-0,3 мг/мл. После основного брожения незрелое пиво профильтровали через фильтровальную бумагу Seitz К в обработанный в автоклаве ресторанный контейнер, который использовали как подающий контейнер для реактора вторичного брожения.

Описание процесса

Процесс включает тепловую обработку незрелого пива, его охлаждение до 10°С, вторичное брожение (созревание) с иммобилизованными дрожжами и прием продукции.

Из подающего контейнера незрелое пиво перекачивают с использованием диафрагменного насоса (Prominent Mini Gamma) на тепловую обработку. Тепловую обработку (80°С, около 60 минут) проводят в тонкостенной металлической реакционной трубе, погруженной в водяную баню, при температуре около 80°С. Пиво после тепловой обработки подают в охлаждающую рубашку, выполненную из стекла, где его охлаждают до температуры вторичного брожения 10°С. Охлажденное пиво проходит через реактор снизу вверх. Из верхней части реактора пиво проходит через делительную воронку в приемный контейнер. В качестве приемного контейнера используется 50-литровый ресторанный контейнер.

Анализы

Незрелое пиво из питателя, незрелое пиво после тепловой обработки и пиво после брожения анализировали на общее содержание вицинальных дикетонов (общее VDK), свободные дикетоны (свободные VDK), ароматические вещества и видимое содержание экстрактивных веществ. Время нахождения в реакторе было рассчитано исходя из скорости потока. Дополнительно дважды в течение опытного периода анализировали цвет пива.

Результаты

Время пребывания в реакторе представлено в таблице 1. При заполнении реактора до отметки 5,1 л объем жидкости в реакторе составлял 3,6 литра. Количество жидкости в щепе, которое очень мало, поскольку щепа была все время влажной, не принималось во внимание, как и количество жидкости, оставшееся на поверхности щепы.

В таблицах 2-4 представлена конверсия вицинальных дикетонов при различных скоростях потока.

В таблице 5 представлены средние изменения содержания ароматических веществ в ходе процесса в процентном отношении к начальному количеству. Из таблицы 5 видно, что за время процесса существенно изменилась только концентрация ацетальдегида. На самом деле - это благоприятное изменение, поскольку избыток ацетальдегида придал бы пиву запах, похожий на запах растворителя. Результаты представляют собой средние значения по трем определениям при различных скоростях потока.

В таблице 6 представлены результаты определения видимого содержания экстрактивных веществ и цветности. Видимое содержание экстрактивных веществ и цветность пива определяли дважды во время проведения эксперимента, чтобы убедиться в том, что никаких изменений во время брожения не произошло, и в том, что темная древесина не добавила цвета пиву.

Изобретение не ограничивается примерами его реализации, описанными выше, и может иметь различные варианты исполнения в объеме патентных притязаний, определенных в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного созревания пива после основного брожения, по которому незрелое пиво после удаления дрожжей и тепловой обработки пропускают через биореактор, заполненный материалом носителя с иммобилизованными на нем дрожжами, отличающийся тем, что материал носителя состоит в основном из древесных частиц и/или частиц, полученных из травянистых тропических растений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные частицы представляют собой частицы в виде щепы, палочек или любых правильных или неправильных тел, размер которых составляет порядка 1-100 мм, преимущественно 1-50 мм, предпочтительно 2-20 мм.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что древесные частицы получены из лиственной древесины.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что древесные частицы получены из хвойной древесины.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дрожжи, применяемые в реакторе, являются традиционными пивными дрожжами и/или сильнофлокулирующими дрожжами.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что количество дрожжей в реакторе составляет 10⁶-10⁹ клеток/1 см³ частиц.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что температура в реакторе составляет 5-25°С, предпочтительно 5-20°С.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что скорость потока незрелого пива в реакторе составляет порядка 0,05-2 объема реактора/ч, предпочтительно 0,5-1 объем реактора/ч.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что частицы подвергают регенерации предпочтительно с использованием горячей воды или пара.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что частицы перед иммобилизацией подвергают обработке, предпочтительно варке в воде или этанольной экстракции.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что частицы промывают.