Умягчение. Наиболее распространенный способ умягчения воды — ионообменный. При этом способе достигается не толь­ко умягчение, но и удаление нежелательных примесей. Метод основан на способности некоторых труднорастворимых веществ поглощать из растворов одни катионы или анионы и отдавать взамен другие. К ионитам относятся цеолиты, глауконит, орга­нические вещества в виде синтетических смол и сульфитиро-ванные угли.

По характеру активных групп иониты подразделяют на ка-тиониты и аниониты. Катеониты имеют кислотный характер и обладают способностью обменивать ионы водорода или другие положительно заряженные ионы на ионы металлов (катионы). Аниониты имеют основной характер и способны обменивать гид-роксильные ионы или другие отрицательно заряженные ионы на кислотные остатки (анионы).

В практике очистки воды часто используют Н+- и №+-кати-ониты. В зависимости от катиона этот процесс называют Н-ка-тионированием и №-катионированием. При Н+-катионировании повышается кислотность воды, а при №+-катионировании увели­чивается щелочность фильтрата, если в исходной воде содержа­лась карбонатная жесткость. Это объясняется тем, что при такой обработке воды образовавшийся гидрокарбонат натрия гидроли-зуется с образованием гидроксида натрия.

1.4 Хмель и хмелепродукты

Хмель относится к традиционному и наиболее дорогостоящему сырье пивоваренного производства. Хмель - вьющееся двудомное многолетнее растение, достигающее 5-8 м в длину, относящееся к семейству коноплевых. Хмель придает пиву специфический горький вкус и аромат, способствует удале­нию из сусла некоторых белков, повышает пеностойкость пива, служит антисептиком так как подавляет жизнедеятельность контаминирующей микрофлоры. Экстрактивные вещества хмеля, содержащиеся в пиве, оказывают успокаивающее, болеутоляющее и даже дезинфицирующее действие.

Различают два основных вида хмеля: горь­кий и ароматический. В пивоварении в основном используют женские соцветия ароматического хмеля.

Горькие сорта добавляют в начале варки. В середине или ближе к концу добавляют ароматические сорта. К горьким сортам относятся, например, Hallertauer Magnum, Nugget. Ароматический хмель – это Perle, Spalter Select. Некоторые сорта можно использовать как для придания горечи, так и для ароматизации пива. К таким сортам относятся Nothern Brewer и Brewers Gold.

Ко времени созревания хмеля на внутренних стерженьках шишек развиваются желто-зеленые клейкие шарики – зернышки лупулина, диаметр которых составляет 0,15-0,25 мм. Лупулин - ароматическое вещество, придающее пиву своеобразную горечь, благодаря эфирному хмелевому маслу.

Для пивоварения выращивают сорта хмеля, относящиеся к виду хмеля обыкновенного (Humulus lupulis L.), а в производстве используют только шишки. Производство хмеля сосредоточено главным образом на Украине (70 %). Наиболее распространены сорта Клон 18, Житомирский, Полесский, Сильный, Урожайный.

В состав хмеля входят арома­тические и горькие вещества. Горькие хмелевые вещества включают α- и β-кислоты, мягкие α-, β- и твердые смолы. Содержание α-кислот в зависимости от сорта хмеля может достигать 16 %. Наиболее ценные для пиво­варения производные α-кислот — изосоединения  - обеспечивают около 90 % горечи пива.

Ароматические вещества представлены в основном эфирным маслом в количестве от 0,3 до 2 %. Оно представлено смесью ароматических углеводородов и терпенов, играет определенную роль в образовании аромата пива, несмотря на то, что в процессе кипячения сусла большая часть эфирного масла улетучивается.

Важная составная часть хмеля — дубильные вещества, содержание кото­рых достигает 3 %.

По назначению хмель разделяют на две группы: тонкие сорта с количеством горьких веществ примерно 15 % и α-кислот (от 3 до 5 %) и грубые сорта с содержанием горьких веществ более 20 %. Тонкие сорта применяются для изготовления пива по классической тех­нологии, Грубые сорта предназначены для производства порошков, гранул и экстрактов. В пивоварении используют высушенные хмелевые шишки, молотый, гранулированный или брикетированный хмель, а также различные хмелевые экстракты, использование которых способствует снижению потерь и улучшению качества пива.

На качество хмеля влияет такой внешний признак  как целостность шишек, от чего зависит содержание в них лупулина. Хмель не должен быть перезрелым, с открытыми шишками, у которых высыпаются семена. Собирать хмелевые шишки необходимо с черенками для того, чтобы сохранить их целостность.

Согласно ГОСТ 21947—76 хмель, поступающий на завод, должен содержать в пересчете на абсолютно сухое вещество α-кислоты не менее 2,5 %, золы не более 14 %, иметь влажность не выше 13 и не ниже 11 %.

К хмелепродуктам относится брикетированный хмель, гранулированный, экстракты и комбинированные препараты хмеля. На мировом рынке примерно 30 % продаж занимает гранулированный хмель, 30 % – экстракт хмеля, и только 40 % натурального шишкового хмеля.

Хмель и хмелепродукты следует хранить в сухом, темном и охлажденном помещении с температурой от 0 до 2 оС и относи­тельной влажностью воздуха не выше 70 %.

Оценка качества хмеля

Оценка качества хмеля осуществляется путем ручной оценки качества (бонитировки) хмеля в шишках и определения содержания в хмеле и хмелепродуктах горьких веществ.

В соответствии со стандартным методом Научной комиссии Европейского бюро по производству хмеля по положительным свойствам хмеля дается оценка до +100 баллов и по снижающим качество свойствам дается оценка до -30 баллов.

Таким образом, оценивают:

Качество сбора (+1 - +5 баллов)

Хмель должен быть хорошо вычесан, без загрязнений, стеблей и листьев.

Высушенность (+1 - +5 баллов)

При сжатии шишка не должна склеиваться или рассыпаться; стерженек не должен ломаться.

Цвет и блеск (+1 - +15 баллов)

Цвет должен быть желтовато-зеленым, а блеск - шелковисто-блестящим.

Размер шишек (+1 - +15 баллов)

Желательно, чтобы шишки были равномерно крупные, закрытые; у ароматических сортов стрежень должен быть выражено суставчатым и густо покрытым волосками. Плотно закрытые шишки позволяют сделать вывод о достаточном созревании и бережной сушке. Это препятствует выпадению зернышек лупулина.

Лупулин (+1 - +30 баллов)

Содержание лупулина должно быть как можно более высоким (+1 - +15 баллов). Зернышки лупулина должны иметь окраску от лимонно-желтой до золотисто-желтой, быть блестящими и клейкими.

При оценке качества хмеля качество лупулина является для пивовара важнейшими показателем.

Аромат (+1 - +30 баллов)

Аромат должен быть чистым, очень тонким и очень устойчивым. Каждый тип и сорт хмеля обладает собственным ароматом.

Болезни, вредители, семена (0 - -15 баллов)

Сюда относятся повреждения пероноспорой, чернота (тля, лежалость (клещ патинный), красный кончик лепестка (галлица), наличие отмерших шишек, листьев и семян (семянность), а также прорастание листьев и шишек.

Неправильная обработка (0 - -15 баллов)

К признакам неправильной обработки относят коричневый или пережженный лупулин из-за слишком высокой температуры сушки, прорастание семян из-за избыточной влажности, сильное разрыхление шишки, наличие пятен от опрыскивания и посторонние запахи.

Общая оценка хмеля производится в зависимости от общего количества баллов следующим образом:

до 60 баллов  - плохой хмель;

от 60 до 66 баллов  - средний;

от 67 до 73 баллов  - хороший;

от 74 до 79 баллов  - очень хороший;

80 баллов и выше  - отборный.

Свойства ксантогумола хмеля

Хмель содержит ксантогумол (0,3 до 1,1 % от массы сухого вещества). Между содержанием ксантогумола и α-горьких кислот была обнаружено положительное соотношение.

Ксантогумол относится к группе хмелевых полифенолов ряда халконов. Он занимает центральное место в группе веществ, называемых пренил-флавоноидами. Так как при биосинтезе он секретируется вместе с хмелевыми смолами и эфирными маслами в лупулиновые железы, ксантогумул - нечто переходное между хмелевыми смолами и полифенолами.

С хмелевыми смолами у этого вещества есть и другие общие свойства, например, изомеризация в процессе кипячения сусла с хмелем или экстрагирование органическими растворителями при аналитических тестах. К настоящему времени в хмеле было выделено девять пренил-флавоноидов.

Кроме ксантогумола, составляющего от 80 до 90 % пренил-флаваноидов в хмеле, к менее существенным составляющим относятся десметилксантогумол (от 2 до 3 %), дегидроциклоксантогумол (от 2 до 4 %) и дегидроциклоксантогумол-гидрат (от 3 до 6 %). Остальные пренил-флаваноиды встречаются в хмеле в незначительных количествах.

Содержание ксантогумола в разных сортах хмеля непосредственно после урожая колеблется в пределах 0,2-1,1 % от массы. В процессе старения хмеля флаваноиды утрачиваются. Хансель и Шульд констатировали 50 %-ную утрату ксантогумола в течение шести месяцев хранения, однако продукты его распада ими не изучались.

Содержание пренил-флаваноидов значительно меняется при переработке хмеля на хмелепродукты, прежде всего на хмелевой экстракт. При производстве этанольного экстракта в нем остается минимум 90 % пренил-флаваноидов хмеля. При экстракции углекислым газом он остается в отходах хмеля.

Растворимость ксантогумола в воде -1,3 мл/л при 8 °С, в 5 % этанола - 3,5 мг/л и в пиве при температуре 8 °С - 4 мг/л. При кипячении сусла он изомеризуется на изоксантогумол. Остальные пренил-флаваноиды изомеризуются на пренил-нарингенины и геранил-нарингенины. При производстве пива, однако, происходят значительные потери пренил-флаваноидов. Кроме ограниченной растворимости, существенной причиной потерь является адсорбция на грубых и мелких частицах (18-26 %) и пивоваренных дрожжах (11-32 %). Дальнейшие потери происходят при фильтрации и стабилизации пива, в результате чего общее содержание пренил-флаваноидов, согласно Фостеру, может снизиться всего до 10 %.

Пренил-флаваноиды хмеля в последнее время являются центром внимания медицинских исследований, так как у них были обнаружены значительные антиоксидантные, противовоспалительные, антивирусные и антиканцерогенные свойства. Например, ксантогумол и дегидроциклоксантогумол, как оказалось, активируют действие хинонредуктазы. Этот фермент предохраняет клетки от токсического действия ксенобиотиков тем, что изменяет хиноны на гидрохиноны, которые в организмах млекопитающих легче распадаются.

У изоксантогумола и 8-пренилнарингенина были обнаружены ингибирующие свойства на энзимы цитохрома Р450, активирующие действие разных канцерогенов. Тобе и др. установили, что костная ресорбция в значительной степени подавляется некоторыми веществами хмеля, прежде всего ксантогумолом и гумулоном. Данные соединения одновременно считаются перспективными терапевтическими средствами против остеопороза.

Антиоксидантные свойтсва пренил-флаваноидов проявляются в подавлении окисления липопротеинов «low density», в результате чего снижается риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Цитотоксическое действие ксантогумола, дегидроксантогумола и изо-ксантогумола на раковые клетки разных органов человека было отмечено для концентраций от 0,1 до 100 мкМ. Учитывая это, можно ожидать, что количество хмеля, используемого не для нужд пивоваренной промышленности, в будущем будет расти.

1.5 Ферментные препараты

При использовании большого объема несоложеного сырья (более 20 %  либо солода невысокого качества) необходимо использовать ферментные препараты обычно в количестве от 0,001 до 0,075 % к массе перерабатываемого сырья.

Применяют амилолитические (Амилосубтилин П10х, Амилоризин Пх и др.), протеолитические (Протосубтилин Г10х, Протосубтилин Г20х, Проторизин П25х и др.), цитолитические (Цитороземин П10х, Целлоконингин П10х, Пектофоетидин П10х, Целлолигнорин П10х и др.) ферментные препараты, а также их смеси в виде мультиэнзимных композиций.

Амилолитические препараты применяют при затирании при повышенном количестве несоложеного сырья и низком качестве исходного сусла. Они существенно повышают выход экстракта и улучшают качество сусла.

Протеолитические ферментные препараты используют при повышенных количест­вах несоложеного сырья и для улучшения качества сусла из некачественных солодов, а также для ликвидации коллоидных помутнений в пиве.

Цитолитические препараты повышают выход экстракта за счет гидролиза некрахмальных полисахаридов, в основном гемицеллюлозы. Одновременно повышаются качество сусла и стойкость пива.

Последние состоят из препаратов бактериального и грибного происхождения  были созданы на основе разработок Харьковского филиала НПО напитков и минеральных вод, ВНИИбиотехники, Московского государственного университета пищевых производств Московским заводом ферментных препаратов в конце семидесятых годов прошлого века. Применение этих композициий позволило использовать при производстве пивного сусла до 50 % несоложеного сырья, что является одним из резервов интенсификации пивоваренного производства и снижения материалоемкости продукции. Активность этих препаратов превосходит активность ферментов солода по осахаривающей способности в 3-4 раза, по разжижающей - в 8-10 раз, по декстринирующей - в 10-20, по протеолитической - в 15-20 раз.

Опыт использования в пивоваренной промышленности МЭК свидетельствует о том, что создание широкого набора эффективных мультиэнзимных композиций способствует успешной переработке повышенных количеств несоложеного сырья при получении пивного сусла.

Среди наиболее известных производителей ферментных препаратов, представленных на отечественном рынке, также можно назвать компании "Novozymes" (Дания), "Quest International BV" (Голландия), "Gistbrocades" (Англия).

Лабораторная работа № 1

ОЦЕНКА   КАЧЕСТВА   ЯЧМЕНЯ   КАК  СЫРЬЯ   ДЛЯ

ПИВОВАРЕННОГО И СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Цель работы: изучить методики определения органолептических и физико-химических показателей качества ячменя, используемого в пивоварении и в спиртовом производстве.

Ячмень, поставляемый для пивоварения (ГОСТ 5060-86) и ячмень для переработки на солод в спиртовом производстве (ГОСТ 7510-82) должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 7.

Таблица 7 – Органолептические и физико-химические показатели качества ячменя, поставляемого

для пивоварения и переработки на солод в спиртовом производстве