МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)

Школа Биомедицины

Кафедра биотехнологии и функционального питания

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«Классические технологии производства пива как функционального напитка»

		Выполнили студенты гр. Б7102 Смаль Илья Игоревич Исаенко Анна Андреевна Смольяников Виктор Александрович Слепцов Юрий Юрьевич
		Проверил кандидат технических наук Грищенко Владимир Владимирович

г. Владивосток

2014

Содержание

Введение

Сырье и его характеристика

Ячмень

Другие виды зернового сырья

Хмель

Технологии

Приготовление ячменного солода

Приготовление пивного сусла

Классическое брожение и созревание пива

Фильтрование пива

Разлив

Характеристика готового продукта

Функциональная направленность (строение ЖКТ)

Выводы

Глоссарий

Список литературы

Введение

Пиво представляет собой игристый освежающий напиток с характерным хмелевым ароматом и приятным горьковатым вкусом. Вследствие насыщенности углекислым газом и небольшого количества этилового спирта пиво хорошо утоляет жажду и повышает общий тонус организма.

Пивоварение является одним из древнейших производств. Пред­полагается, что еще за 7 тыс. лет до н.э. в Вавилоне варили пиво из ячменного солода и пшеницы. Затем способ приготовления пива рас­пространился в Древнем Египте, Персии, среди народов, населяв­ших Кавказ и юг Европы, а позже — по всей Европе.

Пиво варилось в домашних хозяйствах как повседневная пища, а уже в средние века в монастырских пивоварнях производился переход к товарному пивоварению.

Для придания характерного аромата и вкуса в глубокой древности в пиво добавлялись в различные травы – полынь, восковник, люпин, багульник, шафран и другие, а в 14 веке в качестве единственной пряности для изготовления пива начали применять хмель, который применяется и по сей день.

Французский ученый Луи Пастер, отец современной микробиологии, показывал, что процессы брожения – результат деятельности микроорганизмов. Он сформулировал тезис: «Брожение – это жизнь без кислорода», и благодаря этому мы получили знания о брожении и предпосылки для получения стойкого пива.

Таким образом, на протяжении нескольких тысячелетий люди постепенно, путем неустанного наблюдения и благодаря научным открытиям, научились руководить процессами, происходящими при солодоращении, приготовления пивного сусла и брожении.

Основу технологических процессов производства пива составляют биохимические превращения веществ в живом организме, происходящие под влиянием ферментов, и физико-химические процессы взаимодействия этих веществ под влиянием условий внешней среды.

С течением времени способы производства пива изменяются и совершенствуются, неизменными остаются химические и биохимические процессы, которые при этом происходят.

Сырье и его характеристика

Ячмень

Характеристика ячменя. Основным сырьем для приготовления пива служит ячменный солод, который получают из пивоваренных сортов ячменя. Посевы ячменя широко распространены в нашей стране и занимают большие площади.

Ячмень относится к семейству злаковых, роду Гордеум (Hordeum sativum), в котором есть два вида: двухрядный и многорядный (шестирядный). Двухрядные ячмени бы­вают в основном яровыми, а шестиряд­ные - озимыми и яровыми.

Двухрядные ячмени имеют на коло­совом стержне по обе стороны от него по одному нормально развитому зерну и несколько неразвившихся. При таком расположении зерна двух­рядного ячменя хорошо развиваются, вы­растают крупными и одинакового раз­мера. Боковые зерна шестирядного ячменя имеют неправильную изогнутую форму и более мелкие.

Шестирядные ячмени используются на корм скоту, их называют фуражны­ми, а двухрядные для производства солода, поэтому их называют пивоваренными. У пивоваренных сортов ячменя оболочка зерна более тонкая, содержа­ние экстрактивных веществ (в основном крахмала) больше, а белка меньше, чем у кормовых ячменей.

Строение ячменного зерна. Ячменное зерно состоит из зародыша, эндосперма (мучнистого тела) и оболочек.

Зародыш находится у нижнего конца зерна. Состоит из зародышевого листа-почечки и зародышевого корешка. Зародыш является основной частью зерна, ответственной за его проращивание.

От эндосперма зародыш отделен щитком, через клетки которого при прорастании подводятся питательные вещества.

Эндосперм - мучнистая часть зерна.

Основная масса эндосперма - круп­ные клетки, заполненные крахмальными зернами и белком. Тонкие стенки клеток состоят из гемицеллю­лозы. Наружная часть эндосперма представляет собой алейроновый слой, который состоит из трех слоев толсто­стенных клеток, содержащих белок и жир. По мере приближения к зародышу толщина слоя уменьшается, а вблизи зародыша алейроновый слой исчезает.

Клетки эндосперма, расположенные рядом с зародышем, не содержат крахмала, так как он был израсходован зародышем при созревании и хранении зерна. В этом слое во время прорастания зерна образуется большая часть ферментов. Клетки алейронового слоя живые (также как у зародыша), а остальные клетки эндосперма являются резервными для развития зародыша.

Оболочки. Зерно окружено оболочками, которые располагаются в следующем порядке: наружная - цветочные пленки, под ними находится плодовая, затем семенная оболочка.

Если цветочные пленки срослись с зерновкой (эндосперм), такой ячмень называется пленчатым, если не срослись, то голозерным. У голозер­ных ячменей оболочка отделяется при обмолоте. В пивоварении ис­пользуют пленчатые ячмени. Оболочки защищают зерно от повреждения, пропускают внутрь воду, но задерживают соли. В большом количестве в них содержится целлюлоза, не имеющая значения в пивоварении. Некоторые веще­ства оболочек (полифенольные, азотистые, жир, кремниевая кисло­та, горькие вещества) влияют на качество пива.

Химический состав зерна. Сухое вещество ячменя представляет со­бой сумму органических и неорганических веществ. Органические - это в основном белки и углеводы, а также жиры, полифенолы, орга­нические кислоты, витамины и др. Неорганические — это фосфор, сера, кремний, калий, натрий, магний, кальций, железо, хлор. Неко­торая часть этих элементов связана с органическими соединениями.

Средний химический состав ячменного зерна, % на сухое вещество

Крахмал	45-70
Белок	7-26
Пентозаны	7-10
Сахароза	1,7-2,0
Целлюлоза	3,5-7,0
Зольные элементы	2-3
Жир	2-3

В массе зерна компоненты распределяются неравномерно. Наибольшее количество углеводов находится в эндосперме, жиры, азотистые и минеральные вещества - в зародыше, целлюлоза - в оболочке.

Углеводы, находящиеся в зерне, представлены моносахаридами, дисахаридами, трисахаридами, полисахаридами.

Моносахариды — это глюкоза и фруктоза, у которых химичес­кая формула одинаковая (С₆Н₁₂O₆), но структура молекул разная, и ксилоза (С₅Н₁₀О₅). Дисахариды в зерне в основном находятся в виде сахарозы и мальтозы с общей формулой С₁₂Н₂₂О₁₁. Трисахариды - представлены рафинозой (С₁₈Н₃₂O₁₆). Моно -, ди - и трисахариды находятся в зародыше и эндосперме, хорошо растворяются в воде. Они, являясь питанием для зародыша, благотворно влияют на прорастание зерна.

Полисахариды зерна — это крахмал, гемицеллюлозы, целлюлоза, гумми и пектиновые вещества. Но основную часть полисахаридов ячменя составляет крахмал. Крахмальные зерна величиной 5—30 мкм, входят в состав эндосперма. В крахмале содержится около 3% приме­сей (белки, жиры, минеральные вещества). Молекула крахмала (C₆H_l0O₆)_x состоит из остатков молекул глюкозы, повторяющихся в молекуле крахмала х раз. У ячменей с хорошими пивоваренными свойствами крахмальные зерна крупные.

Крахмал — это смесь двух полисахаридов: амилозы и амилопекти­на. В ячменном крахмале приблизительно 20% амилозы и 80% амилопектина. Под действием кислот оба полисахарида расщепляются и образуют глюкозу

(C₆H₁₀O₅) + х Н₂O — х С₆Н₁₂O₆.

В амилозе значение х равно 60—2000, для амилопектина — от 6000 до 40000. Амилоза находится преимущественно внутри крахмальных зерен, а амилопектин — в поверхностном слое.

В холодной воде крахмал не растворяется, но набухает, а при 65— 80°С он клейстеризуется (у ячменей, выросших в жарком климате, клейстеризуется при 50°С). С йодом крахмал образует адсорбционный комплекс и дает синее окрашивание.

Целлюлоза (С₆Н₁₀0₅)_x входит в состав оболочки зерна, значение х равно 2000-11000. В воде не растворяется. Под действием кислот целлюлоза распадается до глюкозы. В технологическом процессе остается неизменной.

Гемицеллюлозы располагаются в оболочке зерна и стенках клеток эндосперма. От крахмала и целлюлозы они отличаются продуктами распада, так как кроме глюкозы под действием кислот образуются пентозы (арабиноза и ксилоза) и уроновые кислоты. Гемицеллюлозы на 80—90% состоят из нерастворимых β-глюканов и на 10—20% из пентозанов, частично расщепляющихся при солодоращении. β-Глюканы растворимы в воде, обусловливают вязкость сусла и пива, пентозаны в значительно меньшей мере влияют на технологический про­цесс. В воде гемицеллюлозы нерастворимы.

Гемицеллюлозы оболочек зерна и эндосперма содержат 6 и 77% глюкана соответственно, ксилана 76 и 17%, арабана 15 и 6%.

Такое же строение, как гемицеллюлозы, имеют гумми-вещества, но у них меньшая молекулярная масса и они растворяются в воде. Однако растворы имеют большую вязкость, что в ходе технологи­ческих процессов замедляет фильтрование заторов.

Азотистые вещества ячменя - это белки, свободные аминокис­лоты, продукты распада белков. Белок, кроме углерода, водорода и кислорода всегда содержит азот. Азот, содержащийся в ячмене во всех формах, называют общим азотом, который состоит из белково­го и небелкового. Небелковый включает в себя аминный (азот ами­нокислот), аммиачный (содержащий соли органических кислот), минеральный (содержащий соли азотной кислоты), амидный (когда в органической кислоте гидроксил заменяется на аминогруппу, и образуется соединение, имеющее группу —CONH₂). .Для технологи­ческой оценки ячменя важны растворимый азот — азот водораство­римых белков и продуктов их распада, азот аминокислот, амидов, и коагулируемый азот — часть азота, входящего в белковые вещества, коагулирующие при назревании.

Молекулы белка построены из остатков аминокислот, содержа­щих одну или две аминогруппы (—NH₂) и одну или две карбок­сильные группы (—СООН). Всего в природе известно около 150 аминокислот, но в построении молекул белка ячменя участвуют: только 20 аминокислот: глицин, аланин, валин, лейцин, аспараги­новая и глютаминовая кислоты, лизин и др.

Белки находятся в алейроновом слое зерна и в эндосперме. Они разделяются на четыре группы: растворимые в воде и в разбавленных солевых растворах — альбумины (лейкозин); растворимые в разбав­ленных солевых растворах, но нерастворимые в чистой воде — глобу­лины (эдестин); растворимые в спирте - проламины (гордеин); ра­створимые в слабощелочных растворах - глютелины. Молекулярная масса белков колеблется от 26000 до 166000.

Кроме простых белков (протеинов), которых в ячмене около 92%, в зерне содержатся сложные белки (протеиды) - соединение белков с веществами небелковой природы, например фосфорной или нук­леиновой кислотой и др.

При прорастании белки подвергаются расщеплению до аминокис­лот и пептидов, которые используются прорастающим зерном в об­мене веществ и построении новых тканей. Содержание белков в зерне связано с содержанием крахмала: чем больше крахмала, тем меньше белков, и наоборот.

Жиры ячменя составляют 2—3%. Находятся в основном в зароды­ше и в алейроновом слое. Часть жира расходуется при проращива­нии зерна. Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и жирных кислот (олеиновой, линолевой, пальмитиновой, стеарино­вой и др.). Жиры имеют большую поверхностную активность, но низкую поверхностную прочность, поэтому являются пеногасите­лями, отрицательно влияя на пеностойкость. Большая часть жиров при приготовлении сусла остается в дробине и удаляется из техно­логического процесса.

Полифенольные (дубильные) вещества содержатся, в основном, в оболочке зерна и являются нежелательным компонентом экстракта солода, так как имеют неприятный терпкий вкус и могут отрица­тельно влиять на стойкость пива.

Минеральные вещества. В зерне ячменя имеются следующие мине­ральные вещества (% к массе сухих веществ):

Р205	SO2	SiO2	Cl	К2О	Na2O	CaO	MgO	Fe203
35,10	1,80	25,91	1,02	20,92	2,89	2,64	8,83	1,19

В ячмене содержится комплекс основных ферментов: амилолитические (α-амилаза, β-амилаза), под действием которых крахмал превращается в сахар и декстрины; протеолитические ферменты, расщепляющие белки; цитолитические, разрушающие стенки клеток эндосперма. При хранении зерна активность ферментов невысокая, но при проращивании зерна она значительно повышается. Однако в плодовой оболочке ячменя содержится полифенолоксидаза, относящаяся к классу оксидоредуктаз, которая имеет более высокую активность, чем в солоде. Она окисляет антоцианогены.

Все пивоваренные ячмени относятся к яровым, так как озимые имеют слабую зимостойкость.

У одного и того же сорта, в зависимости от условий произраста­ния, бывают различный химический состав и величина зерна. Более крупные зерна у ячменей, выросших в зонах с умеренным климатом. В зонах с сухим и жарким климатом получают зерна мелкие, с высо­ким содержанием белка.

С технологической точки зрения лучшими являются ячмени, лег­ко прорастающие и теряющие при этом наименьшее количество пи­тательных веществ. Равномерно замачиваться, и прорастать будет яч­мень с зернами примерно одинаковой величины. Ячмень принято разделять на фракции по толщине зерна: более 2,8; 2,5 и 2,2 мм.

Цвет зерна должен быть светло-желтым, желтым или серовато-­желтым, недоспелые зерна обычно имеют зеленоватый оттенок. Тем­ные кончики свидетельствуют о том, что зерно было подмочено во время уборки или хранения. Такой ячмень хуже проращивается. У зерна должен быть свежий запах. Наличие плесневелого, солодо­вого или затхлого запаха свидетельствует о непригодности ячменя к солодоращению.

В ячмене не должно быть много зерновой и сорной примеси

Ячмень, поступающий на приготовление солода, должен быть одного сорта, так как зерна различных сортов замачиваются по-раз­ному и проращиваются с различной скоростью.

Для производства солода используют ячмень, разделяемый на два класса и удовлетворяющий требованиям действующего ГОСТ 5060. Свойства ячменя первого и второго классов по данному ГОСТ при­ведены в табл. 1.

Таблица 2

Показатель	Класс ячменя
	первый	второй
Цвет	Светло-желтый или желтый	Светло-желтый, желтый или серо­вато-желтый
Запах	Свойственный нормальному зерну ячменя (без затхлого, солодового, плесневого запахов)
Состояние	Здоровый, не греющийся
Влажность, %, не более	15,0	15,5
Белок, %, не более	12,0	12,0
Сорная примесь, %, не более	1,0	2,0
в том числе: вредная примесь	0,2	0,2
в числе вредной примеси гелиотроп опущенноплодный и триходесма седая	Не допускаются
Зерновая примесь, %, не более	2,0	5,0
Мелкие зерна, %, не более	5,0	7,0
Крупность, %, не менее	85,0	60,0
Способность прорастания, %, не менее для зерна, поставляемого не ранее, чем за 45 дней после его уборки)	95,0	90,0
Жизнеспособность, %, не менее (для зерна, поставляемого ранее, чем за 45 дней после его уборки)	95,0	95,0
Зараженность вредителями хлебных	Не допускается, кроме зараженности клещом не выше 1 степени
запасов

Отношение экстрактавности Способность к солодоращению к содержанию белка

Свыше 8,2:1	очень хорошая
7,8—8,1	хорошая
7,2—7,7	удовлетворительная
ниже 7,2:1	плохая

Встречаются трудноразрыхляемые ячмени, которые в обычных ус­ловиях солодоращения не достигают разрыхления эндосперма, по­этому свежепроросший солод, полученный из него, имеет «резино­подобный»- эндосперм и обладает слабой ферментативной активнос­тью. Такие ячмени по анатомо-морфологическим характеристикам: массе зародыша, толщине алейронового слоя и цветочных пленок — не отличаются от ячменей с хорошими пивоваренными свойствами. Содержание белка в зерне не всегда большое, но в эндосперме его содержание в 2 раза выше, а на стенках крахмальных зерен в 1,5 раза больше прочно прикрепленного белка, чем у хорошего ячменя. Ак­тивность протеолитических ферментов не отличается, цитолитичес­ких на 25% ниже, дыхательного фермента каталазы в 2 раза ниже, чем у хороших пивоваренных ячменей.

Применение шестирядных ячменей в пивоварении.

В некоторых странах (США, Канаде и некоторых европейских странах) применя­ют такой ячмень в производстве солода и пива. Яровые сорта шести­рядного ячменя имеют невысокую урожайность, а озимые дают уро­жай с 1 га на 8 ц больше, чем яровой двухрядный. Созревает озимый ячмень на 10—20 дней раньше ярового, что позволяет убирать его в более ранние сроки и раньше начинать выпуск солода. Для пивоваре­ния неудовлетворительным является то, что в яровом ячмене более высокое содержание целлюлозы, гемицеллюлозы, белка и зольных веществ, а крахмальные зерна более мелкие, низкое содержание крах­мала и экстрактивность.

Солод из шестирядного ячменя имеет более высокую фермента­тивную активность, дробина более ценная как кормовой продукт из-за высокого содержания белка.

Считается, что использование шестирядных ячменей экономичес­ки целесообразно. Учитывая, что озимый шестирядный ячмень более высокоурожайный даже при меньшей его экстрактивности, выход экстракта в пересчете на посевную площадь выше. Но для его перера­ботки на солод необходимо соблюдать специальные технологические режимы: его необходимо замачивать до большей влажности и прора­щивать более продолжительное время.

Другие виды зернового сырья

В пивоварении в качестве несоложеных материалов, т. е. без прора­щивания, применяют также кукурузу, рис и, реже, пшеницу.

Кукуруза (Zea mays). Применяется как добавка к солоду в виде ку­курузной муки или кукурузной сечки. Кукуруза содержит много жира, снижающего стойкость пены. Жир содержится в основном в зароды­ше, поэтому снизить его количество в муке можно только предварительно отделив зародыш. Содержание жира для кукурузной муки или сечки не должно превышать 2%. Жир кукурузы легко прогоркает, поэтому сечку или муку должны хранить не более 3 мес в темном и прохладном месте. Экстрактивность кукурузы выше, чем у ячменя, и составляет 82-90%. Мука кукурузы содержит в среднем 12-13% воды, 63% крахмала и 9% белков.

Средний процентный химический состав зерна кукурузы (в пе­ресчете на сухое вещество СВ): углеводов — 78,5; белковых ве­ществ — 12,15; целлюлозы — 2,5; жира — 5,1; золы — 1,75. Крахмал кукурузы содержит 21—23% амилозы и 77-79% амилопектина. Крах­мальные зерна мелкие и трудно гидролизуются ферментами. За ру­бежом в пивоварении применяют кукурузные хлопья. Для этого увлажненный помол кукурузы пропускают через вальцы, обогре­ваемые паром, и получают спрессованные пластинки с небольшой влажностью. При такой обработке крахмал в значительной степени подвергается клейстеризации и не требует дополнительной подго­товки в пивоварении.

Рис (Oryza sativa). Его добавляют к солоду в виде муки или сечки, являющейся отходом рисоочистительного производства. До обработ­ки рис представляет собой зерно, покрытое цветочными оболочками. Количество пленки в зерне составляет 17—23%. Содержание крахмала в сечке около 80% (амилозы 21-31%, амилопектина 69-79%), белка 6~8%, экстрактивность 95-97% к массе сухих веществ.

Средний процентный химический состав зерна риса без пленок (в % к массе сухих веществ): крахмал — 75-81; сахар - 2-5; целлюлоза — 0,6—0,8; белковые вещества — 7-9; жиры — 1,6—2,5; зола — 1,0—1,2.

Как и у кукурузы, крахмальные зерна риса мелкие, они трудно гидролизуются амилазами.

Рисовая сечка содержит мало жира и много крахмала, что поло­жительно влияет на качество готового пива. В нем отсутствуют фрак­ция белка β - глобулина и антоцианогены, участвующие в помутне­нии пива, что позволяет повышать стойкость пива, приготовленного с использованием риса. Абсолютная масса составляет 15-43 г.

Все зерновые несоложеные материалы следует хранить в виде зер­на и размалывать непосредственно перед подачей в производство, поскольку в муке активно протекают окислительные процессы, и качество ее ухудшается.

Пшеница (Triticum), Иногда в качестве несоложеного сырья или как сырья для приготовления солода используют пшеницу.

Это — однолетнее яровое или озимое растение, относится к се­мейству злаковых. Соцветие представляет собой колос, в котором зерновка не срастается с цветочными пленками, поэтому пшеница относится к голозерным культурам. Зерно состоит из двух оболочек (плодовой и семенной), зародыша и эндосперма. Каждая из оболочек состоит из трех слоев клеток. В плодовой оболочке первый слой обра­зован продольными, второй поперечными, третий — трубчатыми клетками. В семенной оболочке первый слой состоит из прозрачных клеток, второй, называемым пигментным, содержит красящие ве­щества, определяющие окраску всего зерна, а третий состоит из не­прозрачных набухающих клеток.

Масса оболочек зерна составляет 5,6—11,2%; зародыша — 1,4— 4,2%; эндосперма — 78,7—84,3% к массе сухих веществ зерна. Влаж­ность зерна пшеницы 8—18%.

Сухие вещества зерна пшеницы содержат (в %): крахмала 60—80; белка 7—18; целлюлозы 2—2,5; сахаров примерно 3; жира 0,5—1; минеральных веществ 1,5—2; гумми-веществ 0,3—0,44% к массе су­хих веществ.

Основным углеводом пшеницы является крахмал, в зернах кото­рого содержится 17—24% амилозы и 76—83% амилопектина. Темпера­тура набухания крахмала 58°С, клейстеризации 64°С.

Содержание белка в пшенице может достигать 25%, но в пивова­рении допустимо 12-13%, лучше ниже 11%. При получении солода из такой пшеницы наблюдается хорошее растворение зерна, солод имеет высокое содержание экстракта и низкую цветность. Белки глиадин и глютенин (глютелин) образуют при затирании клейковину, затрудняющую фильтрование заторов. Пшеница содержит очень мало антоцианогенов, поэтому даже при повышенном содержании белка стабильность пшеничного пива выше. В зернах пшеницы имеются витамины: β - каротин, Е, В₆, биотин, ниацин, пантотеновая кисло­та, рибофлавин, тиамин, фолацин, холин.