3.2 Proizvodnji proces priprave piva
3.2.2 Proizvodnja pivine
Po pripravi sladu sledi proizvodnja pivine, ki jo po posameznih korakih shematsko prikazuje Slika 2. Prvi korak v proizvodnji pivine je mletje sladu, ki mu sledijo drozganje, odcejanje oziroma separacija pivine in vrenje pivine. Na koncu se izvede še separacija vroče in hladne trube (tj. manjše grudice znotraj pivine, ki nastanejo zaradi razpadanja pene med vrenjem pivine) od pivine.
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
10
Slika 2: Shematski prikaz proizvodnje pivine [3]
Mletje sladu
Z mletjem poteka mehanska razgradnja sladu, da postane škrobni endosperm dostopnejši za encime v sladu. Znanih je več tehnik mletja in izbira najbolj primerne je odvisna od izbire metod za drozganje in separacijo v nadaljnjih korakih.[2][3]
Mletje se mora izvajati pri pogojih, ki zagotavljajo, da se v nadaljnji fazi odcejanja ohrani struktura ječmenovih lupin, zato da se lahko izoblikuje prepustna filtracijska pogača. S pretiranim mletjem se lahko pore med odcejanjem namreč hitro zamašijo, zmanjša se poroznost in s tem prepustnost ter podaljša čas iztekanja filtrata, saj je filter potrebno večkrat mehansko sprostiti. Pri premalo zmletem sladu se lahko pojavijo velike izgube, če se škrob adsorbira na plašč zrn, saj se izrabljena zrna po koncu filtracije odstranijo.[2][3]
Poznane so različne tehnike mletja: suho, mokro in mletje s kondicioniranjem.[2]
Najbolj popularno je suho mletje, kjer se uporabljajo mlini z nasprotno vrtečimi se valji.
Učinkovitost mlina (koliko sladu se lahko zmelje na enoto časa) je odvisna od dolžine valja, časa vrtljajev in hitrosti valjev. Možne so različne postavitve valjev: 2, 3, 4, 5 ali 6 valjev. Ko se slad zmelje, sledi tresenje in vibriranje zmletega sladu, kjer se fini delci ločijo od grobih. Delci, ki potrebujejo dodatno mletje ponovno prehajajo skozi mlin. Ker je endosperm izjemno krhek, se v zadnjem času vse bolj uporablja metoda popolnega namakanja ali navlažitve sladu pred mletjem. Vlažne ječmenove luske so bolj elastične in se zato med mletjem manj poškodujejo kot suhe. Pri mletju s kondicioniranjem se slad navlaži z mrzlo ali vročo vodo, da se volumen ječmenovih lusk poveča za 10-20%, kar
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
11
vodi do lažje separacije drozge in delcev lusk. Pri tem načinu mletja je hitrost degradacije škroba višja, prav tako je večji tudi izkoristek.[2][3]
V večjih pivovarnah se uporablja slad, ki je zmlet v fini prah. Manjši delci imajo večjo površino in posledično se lahko izvede učinkovitejša pretvorba škroba v sladkorje. V povezavi s tem je tudi učinkovitost ekstrakcije sladkorjev iz netopnih ostankov z membransko filtracijo večja.[1]
Drozganje
Drozganje je proces razčlenjevanja škroba s pomočjo encimov iz sladu, da nastanejo enostavnejši sladkorji. Razčlenitev škroba do enostavnih sladkorjev, ki jih kvasovke lahko sprejmejo, je potrebna zato, da lahko poteče fermentacija. Škrob se z α- in β-amilazami hidrolizira do topnih sladkorjev, kot so maltoza, dekstrini in α-glukani.
Proteini in β-glukani se hidrolizirajo s pomočjo proteinaz oziroma z β-glukanazami.
Prihaja do reakcij med proteini in ogljikovimi hidrati, katerih rezultat so glikoproteini, ti pa so koristni za stabilnost in zadrževanje pene.[1]
Proces drozganja se začne se z dodatkom vode k sladu, da se s hidratacijo sladu aktivirajo vsi prisotni encimi. Ker voda vsebuje velike količine kisika, ki negativno vpliva na stabilnost okusa, se uporablja prezračena voda. Z uporabo prezračene vode se minimalizira vnos kisika. Za 100 kg ječmenovega slada se običajno porabi 2-4 hL vode, odvisno od uporabljene metode varjenja in željene gostote proizvedenega piva.[2]
Različni režimi drozganja vplivajo na vsebnost alkohola v pivu, koncentracijo nefermentiranih sladkorjev, peptidov in aminokislin v pivini, količino dodanih hranil h kvasu, kapaciteto pufrov, pH pivine in piva ter vsebnost β-glukanov v pivu. Drugačna metoda drozganja vpliva na fizikalne lastnosti piva, kot so barva, pena in jasnost.[2]
Encimska razgradnja se nadzira s temperaturo, merjenjem viskoznosti, pH vrednosti in časom drozganja. Za hidrolizo škroba do topnih sladkorjev je najnižja potrebna temperatura pri vseh režimih drozganja vedno višja od 60°C. Najpogostejše metode drozganja so infuzija, infuzija po korakih, dvojna infuzija in dekokcija.[1][3]
Infuzijska metoda se tradicionalno uporablja za ale piva. Celotna drozga se naenkrat segreje na končno temperaturo (~65°C) ter se pri tej temperaturi seegrevanje vzdržuje1-2 uri. S tem se dosežejo optimalni pogoji za amilaze, ki hidrolizirajo škrob. Metoda je uporabna predvsem za slade z nižjo vsebnostjo beljakovin, tradicionalno za varjenje pale ale piv, vendar se danes uporablja tudi v proizvodnji lagerjev. Prednosti infuzijske metode
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
12
so v tem, da je proces enostavno avtomatizirati in nadzorovati, poraba energije je za 20-30% nižja kot pri metodi dekokcije.[1][2]
Dekokcija se tradicionalno uporablja za lager piva, oziroma za premalo modificirane slade s šibko encimsko aktivnostjo in slade z visoko vsebnostjo proteinov. Poteka tako, da se le del drozge segreje do vrelišča (~100°C) in se nato primeša nazaj k preostalemu, nesegretemu delu drozge. Degradacija posameznih skupin proteinov poteka pri različnih končnih temperaturah, ki se dosežejo z večkratnim ponavljanjem segrevanja dela drozge in mešanja nazaj k preostalemu, nesegretemu delu drozge. V takšnih primerih se lahko postopek dekokcije ponovi dvakrat (dvojna dekokcija) ali pa trikrat (trojna dekokcija).
Prav tako se lahko različna temperatura doseže s spreminjanjem razmerja med vrelim in preostalim delom drozge. Zaradi velike porabe energije se trojna dekokcija uporablja le za proizvodnjo posebnih vrst piva.[1][2]
Ključna parametra drozganja sta vsebnost mineralov in pH vrednost pivine, saj odločilno vplivata tako na izvajanje procesa, kot tudi na končne lastnosti pivine, ki postane medij za vse nadaljnje faze kuhanja. Hidrolitični encimi potrebujejo pH srednjih vrednosti, t.j.
med 4,5 in 5,0, oziroma za njihovo maksimalno aktivnost maksimalno pH 5,4. Drozga svetlih sladov (ang. pale malts) in destilirane vode ima pH blizu 6, medtem ko ima slad, ki vsebuje znatne količine barvanih in praženih sladov pH manj kot 5. Prisotnost kislih soli v pivini je koristnejša pri varjenju svetlih piv, medtem ko so alkalne soli primernejše za temnejša piva. Kisle soli se nahajajo v trajno trdi vodi in med njih spadajo CaSO4, CaCl2 in MgSO4. Med alkalne soli pa spadajo Ca(HCO3)2, Mg(HCO3) in CaCO3, ki se nahajajo v začasno trdi vodi. Začasna ali karbonatna trdota se odstrani s prekuhavanjem, saj se pri segrevanju vode kalcijevi in magnezijevi hidrogenkarbonati pretvorijo v netopne karbonate. Vse ostale mineralne snovi, ki se s prekuhavanjem ne izločijo, pa spadajo v trajno ali nekarbonatno trdoto. [1]
Po zaključku procesa drozganja sledi faza odcejanja, kjer poteka separacija pivine od zrn.[1]
Odcejanje (separacija pivine)
Pri separaciji pivine s filtracijo se neraztopljene snovi ločijo od pivine. Netopni del, ki ga predstavljajo izrabljena zrna, je sestavljen iz lupin, sejancev in drugega netopnega materiala. Za optimiziranje ekstrakcije sladkorjev iz slada se ječmenove luske pri določeni temperaturi sperejo z vročim alkoholom (ang. sparging). V tej fazi se lahko izvedejo analize pivine brez dodanega hmelja, določi se tudi osnovna masna gostota pivine, da se lahko pozneje določi učinkovitost ekstrakcije.[1][2]
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
13
Vrenje pivine
Pivina se skupaj s hmeljem prekuhava, filtrira in se nato hitro ohlajena prenese v fermentacijsko posodo. Proces vrenja ustavi delovanje encimov, sterilizira pivino, ji doda aromo in strjuje nekatere proteine, ki bi sicer povzročali motnost. Pomembno je, da se pivina intenzivno zavre, zato da je ekstrakcija grenkobe iz hmelja čim višja ter da se odstranijo vse nezaželene hlapne snovi, predvsem žveplove spojine.[1][2]
Vrenje pivine je pri postopku proizvodnje piva energijsko najbolj potratna faza. Predvsem za starejše pivovarne s starejšo tehnologijo je značilna ogromna poraba energije že za začetno segrevanje pivine ter za celoten proces vretja, ki je zelo dolgotrajen. Z namenom zmanjševanja stroškov so se izoblikovale optimizirane metode, kot so nizkotlačno vrenje in visokotemperaturno vrenje pivine, s katerimi se je poraba energije občutno znižala. Za nove, optimizirane metode je poleg nižje porabe energije značilen tudi manjša toplotna obremenitev pivine med vrenjem. Manjša toplotna obremenitev pozitivno vpliva na fizikalne lastnosti piva in pene. Kvantitativno jo lahko ocenimo z meritvami barve, (količina tiobarbituričnih kislin) ali s koncentracijo visokotemperaturnih kazalcev.[2]
Cilj vrenja pivine:
- ekstrakcija grenkih substanc in aromatičnih komponent iz aromatiziranih sredstev,
- obarjanje proteinov, polifenolov in lipidov, med katere spadajo verižne maščobne kisline in estri,
- odstranitev neželenih hlapnih spojin, vključno z organskimi žveplovimi spojinami.
Ekstrakcija grenkih substanc ter aromatičnih komponent poteka iz cvetov in storžkov ženske rastline hmelja. Glede na določeno sorto hmelja in zahtevane pivovarske specifikacije, mora biti končna vsebnost hmelja v pivu pri posameznih serijah proizvodnje konstantna. Istočasno se lahko uporabi samo ena vrsta hmelja ali tudi več sort hkrati za doseganje posebnega hmeljskega karakterja. Hmelj se lahko dodaja v različnih stopnjah vrenja. Tisti, ki vsebuje več α-kislin, se doda na začetku vrenja, medtem ko se aroma hmelja doda proti koncu vrenja. Namen tega je doseči željeno grenkobo in hkrati ohraniti aromo.[1]
Zagotavljanje konstantne grenkobe med različnimi serijami je v večjih pivovarnah pomemben komercialni faktor. Grenkoba se izraža z Mednarodnimi grenkobnimi enotami
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
14
- IBU (International Bittering Units) in se določi s standardnimi metodami ekstrakcije topila in kolorimetrijo. V manjših pivovarnah se grenkoba oceni z izračunom števila enot α-kislin iz mase hmeljskih storžkov ob predpostavki, da je po 5 minutah izkoristek vrenja 10%, po 30 minutah 20% in po 1 uri je izkoristek vrenja 30%. Končna količina izomeriziranih α-kislinskih enot se pretvori v IBU enote tako, da jih pomnožimo s faktorjem 75.[1]
Drugi pomemben vidik vrenja je obarjanje proteinov, polifenolov in lipidov, med katere spadajo verižne maščobne kisline in estri. Odstranitev proteinov in polifenolov vpliva na stabilnost bistrosti končnega produkta (piva). Z odstranitvijo lipidov se zmanjša tveganje za prezgodnje staranje in postanost piva. Za zmanjšanje količine snovi, ki povzročajo motnost in postanost se dodajo sredstva za bistrenje, med katerimi je najpogostejši irski mah (posušena rdeča morska alga Chondrus crispus).[1]
V tej stopnji se lahko poleg hmelja dodajo še drugi dodatki, kot so na primer koriander, pivovarski sladkorji, sirupi in karamela.[1]
Vizualne spremembe pri vrenju
Kmalu po začetku segrevanja se na površini pivine tvori rjava pena. Z začetkom vrenja pena razpade na manjše grudice, ki krožijo znotraj vrele pivine. V pivovarskem žargonu se to imenuje vroča truba (ang. hot trub). Zaželeno je, da truba ostane znotraj vrtinca in tako ne pride v stik s fermentirano pivino.
Vroča truba je sestavljena iz proteinov, polifenolov, lipidov in mineralov, ki povzročajo motnost in postanost piva. Če se delci vročega truba ne odstranijo, lahko med fermentacijo poškodujejo celično steno kvasovk ter tako stimulirajo usedanje kvasovk med fermentacijo. Izkoristek fermentacije je zaradi tega nižji. Vroča truba povzroča temnejšo barvo piva, trpek, močen okus po tropinah in slabo stabilnost pene. Za odstranjevanje vroče trube obstajajo različne metode; metoda hmeljnega drožja (ang.
hopback methode), hlajenje trube v večjem hladilniku (ang. coolship) in metoda vrtincev (ang. whirlpool) .[1][2]
Med vrenjem intenzivno poteka Maillardova reakcija ali neencimsko rjavenje, katere rezultat je proizvodnja različnih hlapnih in nehlapnih arom ter barvnih melanoidov.
Rezultat vrenja pivine pri svetlih pivih je povečanje barve pivine za 4 EBC enot.
Povečanje barve je posledica formiranja melanoidov, karamelizacije sladkorjev in oksidacije polifenolov. Obseg Maillardove reakcije je večji pri višjem pH, torej se intenziteta barve povečuje z višanjem pH pivine.[2]
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
15