Особенности технологического процесса пивоварения. Брожение и дображивание пива в цилиндроконических танках

Возникновение ЦКТ

С тех пор, как пивоварение перешло в свою промышленную стадию, основной тенденцией стала разработка новых технологий, позволяющих увеличить рентабельность. Практически все разработки сосредоточились на том, чтобы уменьшить затратную часть пивоварения (удешевление процесса и уменьшение количества работников) и ускорить оборачиваемость оборудования (сократить, по мере возможности, время брожения и дображивания).

Старое классическое немецкое правило пивоварения гласило: «на брожение сусла уходит неделя, а на дображивание пива - столько недель, сколько процентов в начальной экстрактивности сусла». Но уже в XIX веке оно стало неактуальным. Подгоняемые растущей конкуренцией, пивовары стремились максимально ускорить процесс производства пива.

Ярким образцом подобных изысканий служат разработки швейцарского ученого Натана6), который в XIX веке разработал и впервые применил на практике технологию сверхбыстрого пивоварения: весь процесс брожения и дображивания занимал у него всего 10-14 дней (в зависимости от начальной экстрактивности). Путем подбора специального температурного и технологического режима Натан увеличивал скорость прироста дрожжевой массы в 2,5 раза. Молодое пиво он на ранней стадии принудительно избавлял от углекислого газа, в котором в этот период содержатся летучие вещества, являющиеся причиной незрелого вкуса напитка. После этого пиво карбонизировалось чистой углекислотой и отстаивалось. Этот метод широко не прижился. По комментарию чешских специалистов, пиво, сваренное ускоренным методом по Натану «не достигало традиционного качества чешского пива» (думаю, то же самое можно смело сказать и о немецком пиве).

Тем не менее, эта технология в громадной степени обещала ускорить оборачиваемость оборудования, что делало ее в глазах многих пивоваров с коммерческой жилкой очень привлекательной. Это является хорошим показателем того, какое большое значение уже в то время придавалось сокращению общего времени пивоваренного цикла.

По словам Зденека Шубрта, экс-технолога «Plsensky Prazdroj a.s.», первый реально действующий ЦКТ был установлен в 1928 году в Европе на пивоварне «Кулмбах» (Бавария). Размеры этого танка были далеко не такие впечатляющие, как у современных емкостей: его диаметр достигал трех, высота - десяти метров. Емкость танка составляла около 80 кубических метров (800 гектолитров). Также именно специалистам «Кулмбах» приписывается честь выведения нового штамма дрожжей, пригодного для брожения в ЦКТ, где высота столба сусла (а значит - и давления на дрожжевые клетки) значительно возросла. При этом относительная величина дрожжевой клетки была уменьшена практически вдвое.7)

Еще позднее была разработана технология брожения и дображивания под давлением, сокращавшим цикл производства светлого 11%-ного пива до 14-15 дней, а также метод непрерывного брожения для производства пива в промышленных масштабах (в СССР впервые был внедрен в 1973 на «Москворецком пивоваренном заводе»). Сегодня на процесс брожения и дображивания стандартно отводится около 15-20 дней, но тенденция к сокращению времени производственного цикла сохраняется. Наиболее существенным препятствием в этом остается необходимость сохранить качество производимого пива (как минимум). Лучшие возможности в данном плане, как выяснилось, предоставляли цилиндро-конические танки.

Кроме этого, существенную роль в том, чтобы отдать приоритет ЦКТ, сыграл еще один фактор: с развитием пивоваренной промышленности величина существующих емкостей брожения перестала отвечать возросшим потребностям пивоваров. Возникла насущная необходимость в более крупных, а заодно - более экономичных в использовании емкостях. К сожалению, по ряду технических (и технологических) причин бродильные чаны и лагерные танки ограничены в размерах. Все эти причины создали весомые предпосылки для появления цилиндро-конических танков.

Первый опытный экземпляр емкости для брожения большого объема (однофазный способ производства) был изготовлен еще в 1908 году. «Отцом» этого «прародителя ЦКТ» был все тот же швейцарский ученый Натан. Величина емкости составила 100 гектолитров, полный производственный цикл длился 12 дней. Надо сказать, что идея применения в пивоварении емкостей большого объема тогда не прижилась: возникли практически неразрешимые (на то время) проблемы. Прежде всего - с ухудшенным осаждением дрожжей (не была отработана технология) и обеспечением качественного санирования оборудования.

Необходимо заметить, что первые ЦКТ изготавливались из обычной черной стали, покрытой изнутри специальной смолой. Это защитное покрытие нуждалось в регулярном обновлении. В наши дни ЦКТ изготавливаются исключительно из нержавеющей стали. По данным чешского пивовара Ф. Главачека, впервые в Европе нержавеющая сталь нашла применение при изготовлении емкости большого объема в 1957 году. Широкое использование нержавеющей стали привело к перелому в дальнейшем развитии технологий производства пива.

В шестидесятые годы ХХ века наступила «эра ЦКТ» - началось быстрое распространение новой технологии по странам и континентам. Уже в это время ЦКТ разделились на цилиндро-конические танки брожения (ЦКТБ), цилиндро-конические танки лагерные (ЦКТЛ) и уни-танки (соединяющие в себе основные черты ЦКТБ и ЦКТЛ).

Благодаря удачному техническому решению, ЦКТ начали строить на «свежем воздухе». До этого идея вынести бродильные и лагерные емкости «на улицу», вне помещений пивоварни, звучала, по меньшей мере, диковато. Возможность осуществить ее была воспринята чуть ли не как революционная. Дольше всего в пивоваренном процессе длятся фазы брожения и дображивания, поэтому бродильные и лагерные цеха были самыми большими помещениями пивоварни. Традиционно они состояли из отдельных помещений, в которых располагались деревянные бочки или танки.

Теперь не ограниченные габаритами внутренних помещений здания, пивовары пустились в негласное «соревнование» - кто построит ЦКТ большего размера, выпустит больше пива и опередит конкурентов. Уже в то время объемы ЦКТ достигли 5 тысяч гектолитров, диаметр - пяти, а высота - восемнадцати метров. В семидесятые годы в большинстве европейских стран прочно господствовала технология производства пива в ЦКТ.

В те же годы была отработана и приобрела завершенность технология охлаждения ЦКТ, в частности - режим и очередность активации отдельных охлаждающих рубашек и конуса (как известно, грамотное охлаждение ЦКТ способствует хорошему выпадению дрожжевого осадка). Также выяснилось, что ЦКТ помогает достигнуть наименьшей потери горьких веществ (около 10%), предоставляет возможность максимального насыщения пива СО2 и утилизации образующегося при брожении углекислого газа.
Основные преимущества и недостатки ЦКТ

Технический уровень цилиндро-конического танка (и взаимосвязанного с ним оборудования) при условии хорошего знания технологии дает возможность достичь одинаково высокого, стандартного качества производимого пива при самых больших производственных объемах. При этом процесс брожения пива в ЦКТ относительно несложно автоматизировать (как вариант - компьютеризировать). То же самое относится к процессу мойки и санированию танка.

Относительно высокие начальные капиталовложения экономически оправдываются тем, что с помощью ЦКТ можно существенно ускорить процесс ферментации пива, а значит - увеличить объемы его производства. Именно поэтому технология ЦКТ является сегодня наиболее распространенным способом производства пива во всех промышленно развитых странах.

Поставив в свое время танки брожения и холодной выдержки «на попа», конструкторы ЦКТ в громадной степени увеличили эффективность использования производственных площадей. Этот фактор и сегодня является одним из наиболее существенных дополнительных плюсов пивоварения в ЦКТ.

Определенные трудности, которые в свое время возникали у пионеров пивоварения с осаждением дрожжевых клеток в ЦКТ, сегодня успешно преодолеваются с помощью отработанных приемов охлаждения и из разряда проблем перешли в разряд обычных рабочих моментов. Замедленное (относительно классического варианта) размножение дрожжевых клеток компенсируется более высокой аэрацией сусла и большими дозами вносимых дрожжей.

ЦКТ позволяет заметно улучшить экологию рабочих мест, а кроме этого - существенно повысить производительность труда и уменьшить себестоимость продукции. Возможность работы всех рубашек охлаждения в автономных режимах делает режим охлаждения ЦКТ гибким и эффективным. Также к дополнительным достоинствам цилиндро-конических танков относится то, что из этих емкостей можно оперативно отводить осаждающиеся дрожжи.

Среди основных недостатков ЦКТ - невозможность полного устранения дрожжевых дек, образующихся на поверхности бродящего сусла и более длительный (в сравнении с чаном) период осаждения дрожжевых клеток. Кроме этого, в ЦКТБ необходимо резервировать около 20% от общего объема емкости под образующуюся там пену, что заметно снижает производственную эффективность танка. Впрочем, в традиционных бродильных чанах также резервируется около 20% свободного пространства) ЦКТЛ этот недостаток присущ в меньшей степени (свободное пространство 10%).

Если говорить о максимально эффективных условиях применения ЦКТ, следует отдельно подчеркнуть, что весь смысл использования ЦКТ заключается в открытом Натаном эффекте: увеличение гидростатического давления столба пива способствует ускоренному накоплению в нем СО2 при дображивании (в свою очередь, от скорости и степени накапливания СО2 напрямую зависит скорость формирования органолептического букета пива, то есть - его созревания). За счет этого и сокращается длительность пивоваренного цикла. Наиболее простым вариантом для того, чтобы увеличить высоту столба сусла, будет поставить используемую емкость «на попа», получив вместо горизонтального уже цилиндро-конический танк, что, собственно, и проделал Натан.

В этом контексте становится понятным, почему емкость ЦКТ (при стандартных пропорциях танка) должна составлять не менее 20 гектолитров - в противном случае мы не получим необходимой высоты столба пива, который должен запустить механизм ускоренного накопления углекислого газа при повышенном давлении. Также стоит учесть, что при 20-30 гектолитрах всего лишь «будет наблюдаться эффект» ЦКТ. Созревание пива тут ускорится на считанные сутки. По настоящему эффективным ЦКТ становится, начиная со 150-200 гектолитров (объем для среднего, а не мини-пивзавода). Поэтому использование на мини-пивзаводах вертикально расположенных танков брожения и дображивания можно объяснить, прежде всего, желанием расположить оборудование более компактно.

Материалы, использующиеся при изготовлении ЦКТ

Первые ЦКТ изготавливались из обычной черной стали, покрывавшейся изнутри специальным покрытием на основе эпоксидных смол. Такое покрытие нуждалось в регулярном обновлении. Сегодня ЦКТ изготавливаются исключительно из нержавеющей стали (обычно марки DIN 1.4301, но могут использоваться более устойчивые и дорогие AISI 304 или AISI 316L). Как уже говорилось выше, этот материал является достаточно нейтральным и устойчивым к воздействию на него пива и продуктов его брожения, а также - санационных средств.

На сегодня нержавеющая сталь является оптимальным материалом. Тем не менее, следует помнить, что ее применение не всегда исключает возможность появления коррозии. Она может возникнуть:

• при наличии хлоридных ионов или молекул свободного хлора в нейтральной или кислой среде (плохо подобранные средства санитации);
• в том случае, если сварка нержавеющей стали проводилась не в атмосфере инертного газа (например - аргона). Тогда на участке, подвергшемся воздействию высокой температуры, произойдет кардинальное изменение свойств стали;
• при контакте с обычной сталью. В этом случае для появления коррозии достаточно контакта с истертым или ржавым участком обычной стали.

Мы предлагаем емкости ЦКТ для хранения и брожения пива, в том числе и под давлением. Емкости могут быть в разной комплектации и соответственно отличающейся ценовой политикой. Многие думают что в стоимости емкости это главное ее объем - чем больше тем дороже. На самом деле это не так, 50% стоимости ЦКТ составляет ее комплектация, краны, термоизоляция, рубашки охлаждения, люки, мерные линейки и т.д. В связи с этим при выборе емкости нужно понимать, что именно вам нужно, а без чего можно обойтись. В принципе все опции которые предлагают производители - они нужны и обеспечивают удобство работы с емкостью но тем самым увеличивая цену. На фоне этого мы сочли просто необходимым предлагать клиенту несколько вариантов емкостей в разных ценовых категориях, но это не в коем случае не означает что в более дешёвой емкости у Вас будет плохое пиво, просто все упрется в стоимость и комфорт от использования. Рассмотрим подробнее:

Простые емкости ЦКТ для пива

Самые простые емкости ЦКТ для пива объемом от 60 и выше в самой облегченной комплектации без рубашек охлаждения, но рассчитанные на давление до 2 бар. Подойдут для установки в холодильную камеру в которой можно поддерживать температуру. В наличии на складе в Москве мы обычно держим подобные емкости от 60 до 1100 литров, но под заказ можно изготовить и большие объемы ЦКТ. Подобная емкость укомплектована двумя шаровыми кранами 3/4, один в самой нижней части конуса, второй на цилиндрической части. Люком выдерживающим давление до 2 бар. Клапанами устанавливающимися в верхней части емкости или люке, позволяющими бродить в емкости при атмосферном давлении, и дображивать при давлении до 2 бар. Некоторые емкости большого объема имеют моющую головку. Толщина металла у емкостей отличается по мере увеличения объема танка, и позволяет держать заявленное давление. Все емкости опресованны при давлении большем чем заявленно, но заявленное давление является рабочим.

ЦКТ для пива с рубашками охлаждения

Стандартные ЦКТ для пива с рубашками охлаждения. Тоже идут от 60 литров и выше но в комплектации имеется ряд изменений. Первое отличие это толщина металла - даже самые маленькие емкости начинаются с толщины в 1,5мм. Это необходимо для приварки рубашки в процессе производства емкости т.к. к металлу толщиной менее 1,5мм достаточно сложно приварить рубашку. Второе отличие, это конечно же две рубашки охлаждения на конусе и цилиндре обеспечивающие нужную Вам температуру в емкости. И капсула для установки термозонда уходящая внутрь емкости до 30 см, позволяющая производить контроль и регулировку температуры в танке посредствам автоматики. Этот вид ЦКТ идеальное решение для минипивоварни, в ней есть все необходимое для производства высококачественного пива. В наличии на складе в Москве, имеются емкости от 60 до 1100 литров (более точную информацию по наличию можно посмотреть на этом сайте в разделе интернет магазина)

Профессиональные емкости для пива

Третий вариант это емкости под заказ в любой комплектации. Обычно мы подразумеваем под этим пунктом профессиональные емкости, с термоизоляцией под давление 3 бара. На них устанавливается полноценная арматура: краны типа бабочка или шаровые с кламп/горолла (быстросъемные) соединениями, пробоотборные краны, мерная линейка, полноценный шпунт аппарат итальянского или немецкого производства. И самое главное они уже идут с автоматикой контроля температуры, включая пульт управления и всю разводку по емкости. На емкости идущие под заказ можно установить любую арматуру и поиграть с размерами.

Емкостной парк любой пивоварни сравним по стоимости со всем остальным технологическим оборудованием, включая и саму варку, и в выборе а также кол-ве емкостей главное не ошибиться. Наши специалисты помогут подобрать оптимальный емкостной парк, с учетом Ваших нужд и пожеланий.

При циклическом приготовлении пива с помощью цилиндро-конических танков, для сохранения принципов поточности и ритмичности, а также для обеспечения в случае нужды максимальной производительности пивоварни исходя из мощности варочного цеха, очень важно обеспечить своевременное снятие и регенрацию семенных дрожжей при окончании главного брожения, для чего существует несколько способов.

Наиболее целесообразным способом проведения главного брожения в цилиндро-конических танках является следующий способ.

Способ проведения главного брожения

В день варки в промытый и простерилизованный цилиндро-конический танк про продезинфицированному трубопроводу(шлангу) подаётся охлаждённое сусло. При этом температура подаваемого сусла зависит от текущей рецептуры пива и его технологической карты, как правило от 8 до 25 град. В зависимости от технологических условий пивоварни, подаваемое сусло может быть дополнительно аэрировано стерильным обеспложенным воздухом.

Подав сусло, отключив магистраль и промыв и закрыв входное отверстие цилиндро-конического танка, вносятся семенные дрожжи. Обычно цилиндро-конический танк на мини пивоварнях имеет объём кратный двум варкам сусла, поэтому целесообразно вносить семенные дрожжи в первую варку.Перед внесением дрожжей необходимо удостовериться, что температура сусла имеет установленное значение. Если она отличается в верхнюю сторону, то необходимо, включив охлаждение, дождаться пока сусло охладиться до установленных значений. Если же температура сусла ниже установленных рецептурой значений, то значениями 2-3-4 град. ниже установленного значения можно пренебречь, а если ниже свыше 5 град. то необходимо дождаться второй варки и выровнять температуру до рецептурной и только потом вносить дрожжи.

На второй день после варки, необходимо аккуратно слить осадок из конуса, начало брожения можно определить(при наличии конструктивных особенностей) заглянув сверху на поверхность молодого пива, при наличии белой пены брожение началось. Далее ежедневно ведётся контроль плотности бродящего сусла и при достижении плотности около 5 %(зависит от рецептуры пива), свободный выход для углекислого газа перекрывается и танк шпунтуется, при этом оптимальным является установка давления на сброс избыточного газа около 1.5 атм. Далее продолжается вестись ежедневный контроль брожения. При достижении плотности около 3%- 3,5% в цилиндро-коническом танке включается охлаждение. Семенные дрожжи готовы для снятия, как правило через два дня.

Для снятия семенных дрожжей(при небольших объёмах цилиндро-конических танков до 2 - 4 тонн), желательно применять безрантовую кастрюлю с крышкой полностью из нержавеющей стали. Перед снятием дрожжей, кастрюля и поварёшка для перемешивания моются, споласкивается водой, а затем стерилизуется с помощью спиртсодержащих дезинфекторов способных гореть, например LERASEPT FI . Для чего кастрюля приоткрывается, затем с помощью пульверизатора она обрызгивается дезинфектором, он поджигается, и продолжая обрызгивать горящую кастрюлю струей дезинфектора, добиваемся стабильного горения спирта по всей поверхности кастрюли, крышки и поварёшки. После этого, кастрюля накрывается крышкой и идет остывание до комнатной температуры. В это время к цилиндро-коническому танку, откуда будет производиться съём дрожжей, присоединяется тщательно промытый и продезинфицированный короткий шланг. Подслив первые пару литров дрожжей в канализацию, аккуратно приоткрывая кран, начинаем медленно наполнять кастрюлю семенными дрожжами. В случае если дрожжи сильно вспениваються в кастрюле, допускается добавить к ним пару капель пищевого пеногасителя. Наполнять кастрюлю дрожжами надо не спеша, давая дрожжам возможность плавно спускаться по конусу.

После снятия дрожжей, входное отверстие в танке промывается и закрывается крышкой. Семенные дрожжи в кастрюле, перед задачей, желательно поставить в помещение лагерного цеха, чтобы они немного нагрелись в кастрюле. Перед задачей дрожжей люк и поверхность вокруг у танка куда они будут вноситься обрабатываются спиртсодержащим дезинфектором и насухо вытираються салфетками. Дрожжи в кастрюле перед задачей перемешиваються поварёшкой, бока кастрюли также обрабатываються дезинфектром и вытираються насухо. Затем, открыв люк танка, дрожжи аккуратно заливаються в сусло, при этом надо следить чтобы возможные капли со дна на котором стоит кастрюля не попали в танк! После чего люк закрывается и кастрюля моется. В паспорте пива указывается генерация дрожжей + 1.

В случае конструктивных особенностей цилиндро-конических танков, не имеющих верхних люков для задачи, применяется способ подачи дрожжей через простерелизованный шланг, для чего к танку откуда будут браться дрожжи присоединяется промытый простерилизованный шланг, на конце к нему прикручивается смотровое стекло, и кран с адаптором для присоединения к танку. После чего открывается кран в танке с дрожжами, из шланга вытесняется остатки воздуха и подлсив первые пару литров дрожжей в канализацию, шланг прикручивается к простерилизованному танку куда будут подаваться дрожжи, после чего приоткрыв на 20%- 30 % процентов кран на конце шланга, через стекло контролируем прохождения всех дрожжей танк, а как начинает идти пиво кран перекрывается, и шланг отсоединяется.после чего он отсоединяется также от танка откуда подавались дрожжи и промывается. Поскольку при подаче первого сусла в цилиндро-конический танк дрожжи уже находяться в нём, нужно особенно тщательно контролировать температурный режим подаваемого сусла,а самое первое сусло10-20% допускается намеренно подать более холодным. В паспорте пива также указывается генерация дрожжей + 1.

Продукция пивоваренных заводов - пиво - является слабоалкогольным напитком. Приготовляется пиво в основном из ячменного солода и хмеля. На разных этапах технологического процесса ячменное сусло подвергается биохимическим превращениям под действием ферментов как солода, так и пивоваренных дрожжей. Необходимые для дрожжей питательные вещества - углеводы, аминокислоты и минеральные соли - содержатся в пивном сусле.

Технологический процесс пивоварения включает следующие стадии: производство солода, варка сусла, сбраживание пивного сусла (главное брожение), выдержка и созревание пива (дображивание), фильтрация и розлив. Для производства солода ячмень замачивают, проращивают и сушат.

В процессе солодоращения в зерне накапливаются ферменты, которые затем превращают крахмал зерна в сбраживаемые сахара, а белки зерна в аминокислоты. При сушке солода под влиянием высокой температуры образуются ароматические вещества, придающие пиву характерные запах и вкус.

Сложной технологической стадией является варка сусла. Измельченный солод обрабатывают теплой водой, и под действием ферментов в раствор переходит 75 % сухих веществ солода. Варку производят в несколько этапов. Температуру регулируют так, чтобы создавались наилучшие условия для действия амилолитических (расщепляющих крахмал) и протеолитических (расщепляющих белки) ферментов. При кипячении сусла белки коагулируют, а вещества хмеля растворяются и придают суслу характерные горечь и аромат.

Процесс брожения пивного сусла разделяется, как было указано выше, на два периода - главное брожение и дображивание. Главное брожение протекает в бродильных чанах (открытых емкостях) или танках (закрытых емкостях).

В зависимости от свойств применяемых дрожжей брожение может быть низовым (холодным - при температуре 6-10°С) и верховым (теплым - при температуре 14-25°С). В результате брожения в пиве накапливаются 3-8 % алкоголя, до 0,4 % углекислого г аза и побочные продукты.

Главное брожение ведут до получения определенного количества алкоголя, соответствующего данному сорту.

Основная масса дрожжей оседает на дно сосуда, и лишь часть остается в молодом пиве на стадии дображивания. Эта стадия протекает в герметически закрытых емкостях, под давлением при температуре около 0 °С и состоит в медленном дображивании остатка сахаров, насыщении пива СО 2 и оседании дрожжей.

При созревании в пиве происходят сложные биохимические превращения веществ и изменяются органолептические показатели. После главного брожения продукт приобретает вкус и аромат (букет) готового напитка.

Важнейшие процессы при сбраживании пивного сусла дрожжами показаны на схеме 4. Пиво осветляется вследствие оседания дрожжей и различных взвесей - белковых частичек, хмелевых смол и др. Для полного осветления пиво фильтруют и разливают в бутылки и бочки под давлением.

Схема 4. Важнейшие процессы при сбраживаний пивного сусла.

Так производят пиво по классической технологии. Однако в последние десятилетия разработаны и применяются новые прогрессивные способы, позволяющие сократить длительность технологических стадий. Таких способов два: производство пива в непрерывном потоке и в крупных вертикальных емкостях - цилиндроконических танках (ЦКТ).

Технология производства пива в ЦКТ состоит в следующем. Танк заполняют на 80-85 % охлажденным суслом при температуре 8-10°С в течение суток, для чего используют 4 варки: первую порцию сусла аэрируют и в нее задают дрожжи. Брожение протекает при температуре 12-13 °С, после достижения конечной степени сбраживания пиво охлаждают до 0,5-1,5°С и выдерживают еще 6-7 сут.

В настоящее время по этой прогрессивной технологии производят не только жигулевское пиво, но и сортовое: 12 %-ное пиво за 18-20 сут вместо 38 и 13 %-ное - в течение 22 сут вместо 50. При этом достигается значительный экономический эффект и получается продукция высокого качества. Технология производства пива в ЦКТ широко применяется в нашей стране.