MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ TECHNOLOGIE POTRAVIN
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Problematika koncentrovaných mladin při výrobě piva
BRNO 2009
TOMÁŠ ONDRÁČEK
Prohlášení: Prohlašuji,
že
jsem
svoji
bakalářskou
práci
na
téma
Problematika
Koncentrovaných mladin při výrobě piva vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně, dne ……………
Podpis………………….
Poděkování: Děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Tomáši Gregorovi, Ph.D., za odborné vedení, sládkům ze Starobrna, cenné rady a poskytnuté konzultace.
Anotace V Bakalářské práci je řešena výroba piva z koncertovaných mladin (HGB), konkrétně o koncentracích 14,6; 16 a 20% ředěním nasyceným roztokem CO2 na požadovanou konečnou stupňovitost piva. Nejdříve je teoreticky řešena problematika výroby piva se zaměřením na výrobu koncentrované mladiny. Jsou konkrétně řešeny technologické postupy ředění již prokvašené koncentrované mladiny řezacími stanicemi s automatickou detekcí parametrů piva, jako je původní extrakt mladiny, koncentrace alkoholu a obsah CO2. Je také řešena problematika vlivu podmínek kvašení koncentrované mladiny na obsahově významné látky piva, včetně senzorických parametrů. Dále je uveden příklad výroby piva z koncentrované mladiny přímo v pivovaru Heineken – Starobrno.
Anotation This bachelor diploma thesis deals with high gravity browning, specifically with the dilution of 14.5, 16 and 20 percent concentration with saturated CO2 solution to the required final beer alcoholic strength. First, the beer production with concentration on the high gravity brewing problems is solved theoretically. Technological procedures of dilution of already fermented wort fermentation with cutting stations with automatic detection of beer parameters, like initial wort fermentation extract, alcohol strength and CO2 content, are dealt with. The problems of concentrated worth fermentation condition influence on significant substances of beer, inclusive of sensory parameters are solved, as well. Next, the example of the high gravity browning in the Heineken – Starobrno brewery is given.
Obsah
1. Úvod ………………………………………………………………….. 1 2. Cíl práce ……………………………………………………................. 3 3. Literární část…………..………………………………………………. 4 3.1. Suroviny pro výrobu piva ……………………………………………...4 3.1.1. Sladovnický ječmen ………………………………………………. 4 3.1.2. Voda ………………………………………………………………. 5 3.1.3. Chmel ……………………………………………………………... 7 3.1.4. Kvasinky ………………………………………………………….. 9 3.2. Technologie výroby piva……………………………………............... 9 3.2.1. Šrotování ………………………………………………………….. 9 3.2.2. Vystírání a rmutování …………………………………………….. 9 3.2.3. Výroba mladiny …………………………………………............. 11 Scezování mladiny ……………………………………………. 11 Vlastní výroba mladiny ……………………………….............. 12 Chlazení mladiny a separace hrubých kalů …………………… 13 Hlavní kvašení mladiny ………………………………............. 14 Kvasné kádě …………………………………………… 15 Kvasinky ………………………………………………. 20 3.2.4. HGB (High Gravity Brewing) ………………………………………… 21 Vliv podmínek kvašení HGB na obsahově významné látky piva …………………………………... 23 Systém na přípravu HGB ……………………………………………... 28 Příklad výroby z praxe ………………………………………………... 29 3.2.5. Ležení a dokvašení piva …………………………………………. 30 3.2.6. Filtrace piva ……………………………………………………… 35 3.2.7. Plnění piva …………………………………………………..…… 38 4. Závěr ………………………………………………………………… 41 5. Seznam zkratek ……………………………………………………… 43 6. Seznam požité literatury …………………………………………….. 44
1.
Úvod Prvním dokladem souvisejícím přímo s výrobou piva je nadační listina
prvního českého krále Vratislava II. (1061-1092) pro vyšehradskou kapitulu z roku 1088, ve které mimo ostatní dary a privilegia panovník přidělil kapitule desátek chmele na vaření piva. Pro rozvoj pivovarství bylo důležité přidělení práva várečného (nebylo nikdy oficiálně zrušeno) a práva mílového (zrušeno v roce 1788). V závěru 18. Století zasáhl do vývoje reformátor a zakladatel racionálního pivovarnictví český sládek F. O. Poupě, který opouští pověry, zavádí do praxe objektivní měření teploměrem a hustoměrem, reorganizuje výrobní postup a zakládá první sladovnickou školu. Je autorem česky psané knihy „Počátkové základního umění o vaření piva“ a německého spisu „Kunst des Bierbrauens“. Další pronikavý zásah do pivovarnictví učinil K. N. Balling, profesor na pražské technice. Vypracoval teorii o vztahu mezi extraktem mladiny a vzniklým alkoholem. Balling zkonstruoval a dále zdokonalil sacharometr. Rozvoj vědy a techniky v 19. Století umožnil pochopení základních kvasných dějů a postupný přechod od řemesla k průmyslové výrobě. Rozvojem dalších přírodních věd ve 20. Století, především organické chemie, analytické chemie, biochemie a biologie, získalo pivovarnictví vědecký základ. Pivo je slabě alkoholický nápoj vyráběný z obilného sladu, vody a chmele pomocí pivovarských kvasinek. Postup přípravy je po staletí stejný, ale postupně se významně zdokonalovaly jednotlivé technologické kroky a zařízení. Pivo je velmi významným zdrojem mnoha důležitých nutričních látek jako jsou vitaminy, aminokyseliny, minerální látky, vláknina a další. Z hlediska energetického to není “prázdný” nápoj a svým poměrným zastoupením živin je velice vhodným doplňkem výživy.
Zdrojem energetické hodnoty piva jsou extraktové složky piva,
představované zejména sacharidy a alkoholem. Významnou vlastností extraktových složek piva je jejich vysoká stravitelnost. Pivo je snadno stravitelný nápoj podporující trávení a zvyšující chuť. Je to způsobeno zvýšenou sekrecí pepsinu a urychlením metabolismu lipidů. Pivo urychluje a podporuje transport vody v lidském těle.
1
Díky přírodním surovinám chmelu, sladu a vodě a přirozenému procesu kvašení jsou cenné obsažené látky přítomny v optimální kombinaci, v jaké je člověk může přijímat. (http://www.cspas.cz/pivo.asp?lang=1)
2
2.
Cíl Cílem zadané bakalářské práce bylo vypracovat literární rešerši na téma, které
řeší problematiku koncentrovaných mladin v pivovaru Starobrno. Součástí práce jsou technologické postupy výroby piva, se zaměřením na konkrétní praktické aplikace technik koncentrovaných mladin v pivovaru Starobrno.
3
3.
Literární část
3.1.
Suroviny pro výrobu piva
3.1.1. Sladovnický ječmen Pro výrobu sladu a sladových výtažků se na našem území pěstují vybrané odrůdy jarního, dvouřadého ječmene (Hordeum distichum var. nutans), které patří k nejkvalitnějším odrůdám na světě. Mnohé zahraniční odrůdy mají genetický základ pocházející z našich odrůd, zejména z oblasti Hané. Na podkladě technologických zkoušek a hospodářských výsledků jsou u nás pěstované odrůdy jarních ječmenů řazeny do skupiny sladovnických – Akcent, Amulet, Kompakt, Krona, Olbram a další. Kromě nich se zkoušejí nové odrůdy ozimých ječmenů, odrůda Tiffany, i víceřadé ječmeny a ječmeny nesladovnické. Nejznámější ječmenářskou oblastí u nás je Haná. (Prof. Ing. Pavel Kadlec, Drsc. a kolektiv) Plně vyzrálá ječná obilka se skládá ze sušiny (86 až 88%) a vody (mezi 14 až 12% celkové váhy zrna. Látky obsažené v sušině zrna patří jednak organickým (84 až 85%), jednak k minerálním látkám (2 až 3%). Obsah vody kolísá v ječmeni po sklizení mezi 10 až 20%). Odnětí vody pod 8% ohrožuje život klíčku. Hlavní skupinou látek tvořící obsah obilky jsou glycidy (sacharidy). Co do množství a významu je nejvíce škrobu. V pivovarství je škrob ječmene základní látkou, zdrojem cukru, jehož zkvašením vznikají v pivě dvě hlavní součásti piva líh a kysličník uhličitý. Obilka sladovnických ječmenů obsahuje 60 až 70 % škrobu. Je uložen v endospermu ve vnitřních buňkách. Celulóza je hlavní součástí pluch. Nerozpouští se ani při rmutování a představuje hlavní filtrační hmotu v mlátě při scezování celkové množství celulózy v zrnu je 5%. Hemicelulózy jsou hlavní součástí buněčných stěn endospermu. Účinkem enzymu cytázy se při klíčení štěpí a tím se uvolňuje škrob z buněk. Z ostatních polysacharidů jsou zastoupeny v buněčných stěnách pektiny, gumovité látky a pentosany; jejich štěpením vznikají látky, které ovlivňují viskozitu mladiny a piva. Tuky a tukovité látky obsahuje ječná obilka v množství 2 až 3% v auleuronové vrstvě, také v pluše a část v klíčku.
4
Různé bezdusíkaté látky ječného zrna jsou obsaženy v pluše. Náleží k nim třísloviny a hořké látky, které ve větším množství udělují pivu drsnou chuť. V ječném zrnu tvoří dusíkaté látky hlavně látky zásobní. V normálním plně zralém a vyvinutém zrnu je skoro výlučně v podobě složitých bílkovina jen část je štěpné dusíkaté látky. Všude, kde v ječné rostlině probíhají životní děje, jsou vysokomolekulární dusíkaté látky štěpeny proteolytickými enzymy na látky o nižší molekulové hmotě. Tyto látky jsou schopny pronikat z endospermu do klíčku, kde se účastní vytváření nových buněk pletiv. Méně složité dusíkaté látky s menšími molekulami mají význam při kvašení jako výživa kvasinek. Velmi důležité látky, které nemohou kvasinky přijmout, jsou významným činitelem pro plnost chuti a pro pěnivost piva. Množství bílkovin ovlivňuje technologické vlastnosti ječmenů. Sladovnický ječmen nemá obsahovat větší množství bílkovin, takové ječmeny se nesnadno sladují. Poskytují slady bohaté bílkovinami, piva z nich vyrobená mají rovněž zvýšený obsah bílkovin a jsou náchylná k bílkovinným zákalům. V ječném zrnu jsou obsaženy tyto nejznámější skupiny enzymů: proteázy (proteinázy a peptidázy) štěpící bílkoviny, amylázy štěpící škrob, cytázy rozpouštějící buněčné stěny, fosfatázy odštěpující kyselinu fosforečnou a lipázy štěpící tuky. Vitamíny ječmene přecházejí při výrobě do sladu, pak do sladiny a mladiny. Velký podíl jich zadržují kvasinky a malá část přejde do piva. Ječmen obsahuje hlavně vitamín B1, vitamín B2, vitamín C, vitamín E. Obsah minerálních látek v ječmeni je v mezích 2 až 2,6 % až 3%. Hlavní podíl je vázaný organicky. (Kosař a kol. 2000)
3.1.2. Voda Voda je jednou ze základních surovin pro výrobu piva a její složení má vliv na konečný produkt. Přírodní vodu, která se požívá v pivovarech, lze rozdělit ne dvě základní skupiny. Spodní voda, do které zahrnujeme pramenitou, studniční, infiltrační z vrtů poblíž povrchových zdrojů. Spodní vody mají nízký obsah organických látek, vyšší obsah iontů, rozpuštěné plyny, nižší obsah mikroorganismů.
5
Povrchová voda, kde patří říční, z údolních přehrad, rybniční, jezerní. Povrchové vody obsahují zákaly, tvořené částicemi nerozpustných zemin, rozpuštěné a koloidní látky organického a anorganického původu, řasy, vyšší obsah mikroorganismů, rozpuštěné plyny. Přírodní vody jsou více či méně koncentrovanými roztoky iontů. Nejvíce zastoupené ionty jsou uvedeny v tab. 1.
Tab. 1. Průměrné zastoupení aniontů a kationtů ve váreční vodě
Obsah jednotlivých iontů ve vodě závisí zejména na geologickém složení útvarů, kterými voda prochází. Voda, která se používá při přípravě mladiny, musí mít charakter pitné vody, proto se přírodní voda musí upravovat. Podzemní vody často obsahují Fe2+ a Mn2+, někdy též rozpuštěný CO2. Tyto složky je nutno před použitím pro pivovarskou výrobu odstranit. Rozpuštěný CO2 lze odstranit buď odplyněním, nebo chemicky – nejčastěji přídavkem CA(OH)2. K separaci Fe2+ a Mg2+ se využívá oxidačních postupů - Fe2+ a Mg2+ se převádí na sloučeniny s vyšším oxidačním stupněm – na trojmocné železo a čtyřmocný mangan. Oba kovy se potom vyloučí ve formě nerozpustných sloučenin Fe(OH)3 a MnO2.Úprava povrchové vody se provádí v 5. fázích úpravy, odstranění tuhých nečistot, koagulace, sedimentace, filtrace a mikrobiologické zajištění. (Kosař a kol. 2000)
6
3.1.3. Chmel Chmel, jako jedna ze tří základních pivovarských surovin, je představován usušenými chmelovými hlávkami samičích rostlin chmele evropského. Poskytuje pivu typickou hořkou chuť, přispívá k tvorbě charakteristického aroma a má další technologicky důležité vlastnosti. V České republice se pěstuje chmel na vysoké úrovni a velká část z celkové produkce se vyváží téměř do celého světa. Chmele vyšlechtěné v první polovině tohoto století v žatecké oblasti se staly na dlouhé období světovým standardem nejvyšší kvality. Jejich hlavní předností bylo a stále je vynikající jemné aroma bez jakýchkoliv tónů nežádoucích vedlejších vůní či pachů. Botanicky se zařazuje chmel do čeledě rostlin konopovitých. Má tři druhy, z nichž první, chmel otáčivý, zahrnuje poddruh chmel evropský, který se pěstuje v mnoha odrůdách pro pivovarské účely. Je rozšířen jako rostlina vytrvalá v mírném pásmu obou polokoulí a v plné plodnosti vydrží až přes 25 let. Chmel je rostlina dvoudomá, tj. květy samčí i samičí jsou na různých rostlinách. K pivovarským účelům se pěstují pouze rostliny samičí. Chmelové hlávky, které se sklízejí pro pivovarské účely, se skládají ze stopky, vřeténka, pravých a krycích listenů a při oplození obsahují navíc semeno neboli pecku. Na vnitřní straně listenů se při zráni chmele vylučují pryskyřičné zrnka lupulinu, obsahující chmelové pryskyřice a silice, pivovarsky nejcennější složky chmele. Obsah vody v chmelových hlávkách po sklizni bývá 72 až 82% a sušením se musí snížit až na 8%. Chmel se suší nejčastěji v komorových žaluziových sušárnách, které jsou obdobou tělískových hvozdů ve sladovnách. Ve vrstvě přibližně 20 cm se suší chmel 5 až 8 hodin teplým vzduchem, přičemž teplota pod spodní žaluzií nemá přesáhnout 50oC. Modernější pásové sušárny pracují kontinuálně, mají vyšší výkon a mohou být zapojeny do linky přímo k česacímu stroji. Po dosušení se chmel skladuje na půdách, kde přijímá vzdušnou vlhkost, a tím zvyšuje obsah vody asi na 11%. Poté se třídí, lisuje do žoků a odesílá buď k dalšímu pracování, nebo přímo do pivovarů. V České republice se podle uzákoněného předpisu veškerý chmel certifikuje za účelem garance původu chmele, odrůdové čistoty a dodržení předepsaných kvalitativních parametrů. Pro pivovarskou kvalitu chmele je rozhodující úroveň posklizňového zpracování chmele a jeho skladování, případně zpracování na chmelové výrobky.
7
Hlavními fyzikálně-chemickými faktory, které ovlivňují kvalitu chmele, jsou teplota, doba, přístup kyslíku a světla. Nejdůležitější složky chmele – chmelové pryskyřice a silice – jsou vesměs chemicky labilní látky, které se snadno oxidují, štěpí a vzájemně reagují, což jsou reakce, které vesměs vedou ke zhoršení jeho počáteční kvality. Z pivovarského hlediska se odrůdy chmele dělí na jemné čili aromatické, představované především
žateckými
odrůdami,
s ušlechtilým
a
příjemným
chmelovým aroma. Dále na hořké a vysokoobsažné odrůdy s vysokým obsahem pryskyřic, hlavně α-hořkých kyselin, ale s méně příznivým aroma, a na odrůdy ostatní. Podle zabarvení chmelové révy se rozdělují chmelové odrůdy na červenáky, opět představované žateckými odrůdami, a na zeleňáky pěstované v zahraničí, zejména ve Velké Británii, Austrálii a v USA. V současné době převažuje dělení odrůd do čtyř kvalitativně odlišných skupin. (Kosař a kol. 2000) Do prví skupiny jemných aromatických odrůd patří chmele žatecké genetické větve – žatecký poloraný červeňák, německé odrůdy Tettnang i Spalt. Obsah αhořkých kyselin se pohybuje v rozsahu 3,5 až 4,0%, podíl kohumulonu v rozsahu 25 až 30% a podíl farnesenu 10 až 15%, přičemž u žateckého červeňáku bývá až 18%. Do druhé skupiny aromatických odrůd patří bavorské tradiční chmele Hersbrucker a Hallertauer, slovinský Golding, americký Cascade i nová česká hybridní odrůda Sládek. Chmele této skupiny mívají 3,5 až 6,5% α-hořkých kyselin, podíl kohumulonu činí 20 až 40% a podíl Farnesenu obvykle do 5%. Do třetí skupiny hořkých chmelů patří anglická odrůda Northern Brewer, slovinská odrůda Super Steier, polská odrůda Marinka i dvě české hybridní odrůdy Bor a Premiant. Chmele těchto odrůd vykazují většinou obsah α-hořkých kyselin okolo 8%, podíl kohumulonu okolo 30% a podíl farnesenu do 2%. Předností hořkých odrůd je relativně vysoký obsah látek, které jsou zdrojem hořkosti. Do čtvrté skupiny vysokoobsažných chmelů patří vesměs hybridní odrůdy vyšlechtěné cíleně pro dosažení vysoké hadiny α- hořkých kyselin, s čímž souvisí jejich relativně horší aroma. Patří sem německé odrůdy Magnum a Taurus, anglický Nugget i americky Target a Columbus. (Ing. Mikyška, RNDr. Jurková, CSc 2003)
8
3.1.4. Kvasinky Kvasinky jsou jednobuněčné mikroorganismy. Zařazujeme do říše: Fungi, třídy: Ascomycetes, čeleď: Saccharomycetaceae. Nejvhodnější pro druh spodních pivovarských kvasinek je Saccharomyces cerevisiae subsp. uvarum carlsbergensis a pro svrchní pivovarské kvasinky Saccharomyces cerevisiae subsp. cerecisiae. Kvasinky se rozmnožují vegetativně – pučením, a za nepříznivých podmínek pohlavně – sporulací. Počet pučení jedné mateřské buňky dosahuje průměrně asi 20 cyklů. Metabolismus kvasinek je z pivovarského hlediska hlavně přeměnou zkvasitelných cukrů na alkohol a oxid uhličitý za účasti řady enzymů a koenzymů. Metabolismus kvasinek souvisí s mnoha dalšími složkami mladiny a vzniká při tom široké spektrum vedlejších produktů, které ovlivňují charakter hotového piva. Metabolismus kvasinek je ovlivňován složením mladiny, vlastnostmi kvasnic a podmínkami procesu. (Kosař a kol. 2000)
3.2.
Technologie výroby piva Výroba piva se skládá z následujících částí: šrotování, rmutování scezování
sladiny, výroba mladiny, separace horkých kalů, chlazení mladiny, zakvašování mladiny, hlavní kvašení a ležení piva. Od začátku 20. století se navíc pivo po skončení ležení piva filtruje. V současné době se dále pasteruje a stabilizuje.
3.2.1. Šrotování Před várkou se ječný slad na dvou- nebo víceválcových šrotovnících rozemele. Vzniklý sladový šrot, nebo, jak se odborně říká, sladová tluč, se pak na varně dále zpracovává.
3.2.2. Vystírání a rmutování Na začátku várky se sladový šrot smíchá s vodou ve vystírací kádi nebo ve rmutovystírací pánvi. Této směsi se říká dílo nebo vystírka. Směs se pak začne pomalu zahřívat (rmutovat). Škrobová zrna obsažená v rozemletém sladu začínají při pomalém zahřívání bobtnat a při určité teplotě (přibližně 52° C) z nich vzniká škrobový maz. Tento škrobový maz se během dalšího zvyšování teploty na hodnotu
9
přibližně 65° C (nižší cukrotvorná teplota) ztekucuje a při dosažení teploty 72 - 75° C (vyšší cukrotvorná teplota) zcukřuje. Tento základní postup je možno provádět buď dekokčním, nebo infuzním rmutováním. Oba typy rmutování se od sebe liší nejen technologickým postupem, ale i nárokem na strojní vybavení varny. Zatímco infuzní způsob představuje nejjednodušší způsob výroby sladiny a je možno provádět jej pouze v jedné vyhřívané nádobě, pro dekokční rmutování jsou potřeba dvě nádoby, z toho je jedna vyhřívaná (rmutovací pánev nebo kotel, většinou s parním nebo elektrickým ohřevem, výjimečně ohřevem přímým plamenem). Objem rmutovací pánve může být třetinový až poloviční ve srovnání s objemem vystírací kádě. Dekokční rmutování se provádí na jeden rmut, na dva rmuty nebo na tři rmuty, v našich pivovarech je nejběžnější používaný dvourmutový způsob. Pro získání typicky českého piva se používá výhradně dekokční rmutování. Infuzní rmutování je běžné v řadě jiných zemí, zejména ve Velké Británii, v Německu a dalších zemích. (http://www.gorvin.mysteria.cz/pivo/pivovarstvi.htm) Dekokční rmutování
Rmutování na jeden rmut – tento postup popsal již v roce 1854 profesor Balling: 100 kg sladového šrotu se smíchá (vystře) v 420 l vody, teplé 62,5° C, ve vystírací kádi, teplota díla po smíchání klesne na 58° C, a poté se polovina díla, tzv. rmut, přečerpá do rmutovací pánve. V této pánvi se zahřeje na 75° C, nechá se prodleva pro proběhnutí zcukření škrobu a poté se zkouší jodovým roztokem, zda je veškerý škrob zcukřen (kápnutím pár kapek rmutu na bílý talířek a přidáním jodového roztoku se kontroluje případná změna barvy rmutu; pokud zůstane původní, u světlého piva žlutá, u tmavého piva tmavě okrová, je všechen škrob převeden na cukr a rmut se může ohřát k bodu varu). Pokud se barva přidáním jodu změnila do modrofialová, je nutno prodloužit dobu prodlevy do té doby dokud všechen škrob nezcukří. Zcukřený rmut se vaří po dobu 10 – 30 minut, poté se vrátí do vystírací kádě a smíchá se s jejím obsahem. Tím se dosáhne zvýšení teploty v celém díle přibližně na 75° C, při které proběhne zcukření škrobu i v původním díle. Rmutování na jeden rmut má samozřejmě řadu variant. Rmutování na dva rmuty – sladový šrot se vystírá do vody o teplotě 37° C, poté se dílo ohřeje přidáním určitého množství horké vody, tzv. „zapářkou“; množství této vody se určuje tzv. křížovým pravidlem a tím se zvýší teplota díla na 52° C. Poté se jedna třetina díla, tzv. první rmut, přečerpá (spustí) do rmutovací
10
pánve, kde se opět ohřívá jako u jednormutového způsobu na teplotu 72 - 75° C, po zcukření a provedení zkoušky na zcukření se rmut povaří a vrátí se zpět k původnímu dílu. Takto se zvýší teplota díla na 65° C. Poté se spustí opět jedna třetina, druhý rmut, a postup se opakuje. Vrácením povařeného rmutu se opět dosáhne teplota celého díla 75° C. Rmutování na tři rmuty – začátek rmutování je shodný s dvourmutovým způsobem, avšak po vystření se ihned spouští první rmut. Postup ohřevu a var rmutu je též shodný, po vrácení povařeného prvního rmutu se zvýší teplota celého díla na 52° C. Poté se spouští druhý rmut a výrobní postup je shodný s dvourmutovým postupem. (Kosař a kol. 2000) Infuzní rmutování
Sladový šrot se vystře do vody o teplotě 60° C až 62° C a nechá se při této teplotě po dobu až 45 minut. Po proběhnutí této prodlevy se teplota díla ohřeje na 72° C a šrot se nechá při této teplotě dalších přibližně 60 minut. Na rozdíl od dekokčního způsobu se tedy při infuzním rmutování část díla nepovařuje.
3.2.3. Výroba mladiny Scezování mladiny Po skončení rmutování se musí vzniklé dílo rozdělit na dvě fáze, kapalnou fázi, tzv. sladinu, a pevnou fází, tzv. mláto. Tato fáze se většinou provádí na scezovací kádi, do které se vyrobené dílo z vystírací kádě nebi jiné nádoby přečerpá. Po určité době mláto sedimentuje na scezovací dno kádě a vytvoří vrstvu vysokou přibližně 20 – 30 cm, přes kterou začne protékat a čistit se sladina. První část sladiny je samozřejmě kalná, a proto se vrací scezovacím čerpadlem zpět potrubím do scezovací kádě nad vrstvu mláta. „Vařič“ sleduje čirost a stupňovitost stékající sladiny, zvané předek, až dosáhne požadované čirosti. Pak přepne ventily na potrubí a „předek“ začne téci do mladinové pánve. Pro zlepšení průtočností sladiny touto vrstvou se mláto prořezává soustavou svisle postavených nožů, tzv. „kypřícím zařízením“ nebo „kopačkou“. Po skončení stékání „předku“ obsahuje mláto ještě hodně extraktu (cukru), a proto je nutno jej vysladit, tj. prolít horkou vodou, tzv. výstřelkem, jehož
11
stupňovitost se měří sacharometrem. Postup vyslazování se opakuje, až dosáhne stupňovitost posledních výstřelků požadované hodnoty, zpravidla 1%; dalším kritériem pro objem výstřelků je požadovaná stupňovitost sladiny a výstřelků. Poslední výstřelky s nízkou stupňovitostí se nazývají patoky a většinou se vedou do odpadu, někdy se používají pro další várku. Ve scezovací kádi zbylé mláto se vyhrne a dopraví do zásobníku mláta, tzv. malátníku, odkud se distribuuje jako žádané krmivo zemědělským podnikům. Mláto zvyšuje dojivost u krav, ale vzhledem ke své teplotě přibližně 72° C se brzy kazí a musí být buď rychle zkrmeno, anebo usušeno. Vlastní výroba mladiny Scezená
sladina
spolu
s výstřelky
se
smíchá
v mladinové
pánvi,
sacharometrem se změří celková stupňovitost a začne se vařit. Povařená sladina s chmelem je mladina. Během tohoto varu se postupně přidává zpravidla buď chmelový granulát, nebo tento granulát v kombinaci s chmelovým extraktem; proto se tato operace jmenuje „chmelovar“ Přírodní chmel se používá v některých pivovarech jen výjimečně, neboť vyžaduje přídavné zařízení na separaci povařených a vyloužených chmelových šištiček, tzv. „chmelový cíz“. Povařená sladina s chmelem se nazývá mladina. Chmelovar trvá přibližně 90 minut a jeho účelem je převedení hořkých látek z chmele a jejich částečná změna, odstranění nežádoucích těkavých látek z vařící se mladiny, inaktivace enzymů, sterilace mladiny, koagulace bílkovin a odpaření přebytečné vody tak, aby se dosáhla požadovaná stupňovitost vyrobené mladiny a proběhly další požadované pochody, mající vliv na vlastnosti vyráběné mladiny. Některé mladinové pánve umožňují vařit mladinu za vyššího tlaku a tím se zvyšuje i teplota vařené mladiny což má příznivý vliv na průběh chmelovaru i na jeho délku. Po skončení chmelovaru si vařič nabere „probírkou“ vzorek uvařené mladiny, změří její stupňovitost a sleduje „mladinový lom“, tj. zda se bílkoviny během chmelovaru dobře vysrážely a vytvořily „klky“, tj. shluky pevných vloček v jinak čiré mladině.(Chládek 2007)
12
Chlazení mladiny a separace hrubých kalů Mladina po chmelovaru obsahuje hrubé kaly, nesprávně označované jako horké kaly, tj. vysrážené bílkovinné vločky a další částečky ze sladu a chmele. Protože by tyto kaly způsobovaly při kvašení problémy, je nutno je odstranit. Dříve se pro separaci těchto kalů používaly chladicí stoky, na kterých kaly sedimentovaly a horká mladina (98° C) vlivem okolního studenějšího vzduchu postupně chladla. Nyní jsou tato zařízení používána z důvodů možnosti mikrobiologické infekce mladiny jen výjimečně a jsou nahrazena zpravidla vířivými nebo méně často usazovacími káděmi, odstředivkami nebo dekantéry. Do vířivé kádě se vysokou rychlostí načerpá tangenciálně mladina, která se v kádi roztočí, síly, vyvolané pohybem rotující mladiny, vynesou těžší kaly ke středu vířivé kadě a tam se ukládají ve formě kuželu, tzv. „koláče“. Po zastavení pohybu se pak vyčeřená mladina otvory, umístěnými v různých výškách stěny vířivé kádě, odčerpává pomalu do chladiče mladiny. Rychlost čerpání mladiny je volena tak, aby se neporušil vzniklý „koláč“ ve středu vířivé kádě. Čerpaná vyčeřená mladina z vířivé kádě je pořád horká (přibližně 95° C). Vzhledem k tomu, že je nutno ji zakvasit várečnými kvasnicemi, které by horká mladina jinak usmrtila, je nutno mladinu zchladit na zákvasnou teplotu přibližně 6° C a při této teplotě ji provzdušnit, aby kvasnice během procesu hlavního kvašení měly kyslík. Pro chlazení mladiny, se nyní používají výhradně uzavřené jedno- a dvoustupňové chladiče mladiny. Jedná se o deskové nerezové zařízení, tvořené soustavou nerezových desek, mezi kterými střídavě proudí chlazená mladina a chladící médium. Desky výměníků jsou profilované tak, aby proudění mladiny i chladícího média bylo turbulentní, tedy aby obě kapaliny při průchodu co nejvíce vířily, protože při takovém režimu proudění je přenos tepla mezi mladinou i chladícím médiem nejintenzivnější. Voda, používaná pro chlazení mladiny, se během průchodu deskovými výměníkem ohřeje, jímá se v horkovodním tanku a využívá se pro další várku. Mladina zchlazená na zákvasnou teplotu 6° C se pak provzdušňuje sterilním vzduchem nebo kyslíkem tak, aby hladina rozpuštěného kyslíku v mladině dosáhla hodnoty přibližně 6 miligramu v jednom litru. Zchlazenou a provzdušněnou mladinu je nutno co nejdříve zakvasit kulturními várečnými kvasnicemi, protože je ideálním prostředím pro pomnožování různých mikroorganizmů (např. v mikrobiologické laboratoři je jednou z půd pro
13
pomnožování mikroorganizmů mladinový agar). Zpravidla se dávkuje půl litru hustých vypraných a „protažených“, tj. provzdušněných kvasnic na sto litrů mladiny. Dříve se v menších pivovarech várečné kvasnice přímo nalily do kvasné kádě s mladinou; větší pivovary používaly „vajíčko“, do kterého se přečerpalo z vany s kvasnicemi odměřené množství kvasnic a sterilním tlakovým vzduchem se obsah vajíčka následně přetlačil do potrubí, kterým proudila mladina od chladiče. Nejmodernější pivovary dávkují průběžně kvasnice zvláštními dávkovacími čerpadly přímo do proudu proudící mladiny. Tento způsob zaručuje optimální rozptýlení kvasničných buněk v celém objemu vyrobené mladiny. (Kosař a kol. 2000) Hlavní kvašení mladiny Účelem hlavního kvašení je převedení extraktu na alkohol a oxid uhličitý. Doprovodným a v podstatě nežádoucím jevem při tomto procesu je současný vývoj tepla. Názorně si můžeme říci, že při kvašení 100 litrů 12% mladiny zkvasíme asi 9 kg extraktu (zkvasitelného cukru) a po hlavním kvašení nám zůstanou v mladém pivu (tak se totiž jmenuje mladina po skončení hlavního kvašení) asi 3 kg extraktu (zkvasitelného cukru). Do mladiny rozptýlené kvasnice začínají pracovat; jednak se začnou samy pomnožovat (na konci kvašení jich budou 2 l na 1hl), jednak začíná proces lihového kvašení. Teplota hlavního kvašení probíhá při teplotě volené podle typu kvasnic, zpravidla do 10 - 12° C, nejsou však řídké výjimky, kdy teploty během hlavního kvašení dosáhnou daleko vyšších hodnot, ovšem za cenu možných chuťových změn. V menších pivovarech nebo v některých restauračních pivovarech, které pro hlavní kvašení používají otevřené kvasné kádě, je možno pozorovat velmi zajímavý průběh hlavního kvašení. Zakvašená mladina začíná přibližně za dobu 12 až 24 hodin zaprašovat, to znamená, že se začne uvolňovat oxid uhličitý a vytvářet na povrchu mladiny pěnu. Konec tohoto stadia je patrný z toho, že se vznikající pěna stahuje směrem ke středu kvasné kádě. Tento jev vzniká v důsledku uvolňování oxidu uhličitého na stěnách kvasné kádě; podle těchto stěn stoupá plyn vzhůru a transportuje pěnu od stěn kádě k jejímu středu Úbytky extraktu v tomto úvodním stadiu jsou velmi nízké, pohybují se od 0,35% za den. Rovněž nárůst teploty kvasící mladiny není příliš významný, jedná se přibližně o 0,3° C za den. (Kanterelberg B., Hackensellner TH.,2001)
14
Druhé stadium hlavního kvašení probíhá rychleji, začínají se objevovat nízké (bílé) kroužky, přibližně za 36 hodin po začátku hlavního kvašení. Bílá barva těchto kroužků je dána lomem světla a nezávisí významněji na barvě kvasící mladiny. Toto stadium hlavního kvašení je charakterizováno bílými růžicemi pěny a trvá dva až tři dny. Úbytek extraktu je již výraznější, jedná se o hodnoty 0,8 – 1,2% za 24 hodin. Také teplota kvašené mladiny stoupá rychleji. (Chládek 2007) Třetí stadium hlavního kvašení se nazývá stadium „vysokých“ nebo „hnědých kroužků“; je to období nejintenzivnější činností kvasnic. Při tomto stadiu barva kroužků přechází z bílé do hnědé, a jak uvádějí Hlaváček a Lhotský, tato změna je dána intenzivním vývojem plynu oxidu uhličitého, který z kvasící mladiny vynáší různé kaly a tříslobílkovinné sloučeniny, které zbarvují pěnu na povrchu. V tomto stadiu jsou také logicky největší úbytky extraktu, až 1,8% denně. Pomnožování kvasnic v tomto stadiu se zastavuje jednak nedostatkem kyslíku a částečně též přítomnosti alkoholu a oxidu uhličitého, což jsou vlastní metabolity kvasnic. Poslední, čtvrté stadium hlavního kvašení je stejnoměrné propadávání kroužků, provázené vznikem souvislé nízké hnědé pokrývky na povrchu mladého piva. Barva této pokrývky přechází od rezavé až do hnědočerného odstínu. Úbytky extraktu jsou již opět velmi nízké, nepřesahují 0,3% za 24 hodin. Tímto stadiem je proces hlavního kvašení, při němž se z mladiny stalo mladé pivo, ukončen. Kvasné kádě Dřevěné kvasné kádě
Dříve probíhalo hlavní kvašení mladiny v dřevěných otevřených kádích, vyrobených z dubu nebo modřínu. Tvar těchto kádí neměl na průběh kvašení vliv. Nejčastěji se vyráběly dřevěné kádě ve tvaru komolého kužele. Pokud se vyrábělo svrchně kvašené pivo, tedy kvasnicemi svrchního kvašení, které probíhá prakticky při pokojové teplotě, nebyl s chlazením problém. Ten však nastal v případě spodně kvašeného piva, u kterého kvasný proces probíhá při nižších teplotách, přibližně kolem 10° C, a proto se kvasící mladina musela chladit. Před vynálezem strojního chlazení se používaly nádoby s ledem, které plavaly na povrchu mladiny. Po roztátí ledu bylo nutno vodu z roztátého ledu průběžně vylévat a plovák doplňovat novým ledem. To jistě představovalo problém, zejména v horkém létě, kterému předcházela
15
teplá zima, během které nebylo možno ze zamrzlých řek nebo rybníků naledovat dostatečné množství ledu, a nebyl tedy pro chlazení piva v pivovaru k dispozici. V kvasných kádích se měřil a v malých pivovarech dosud i v současnosti měří průběh kvasného procesu, tj. množství ještě nezkvašeného extraktu v mladině, sacharometrem, (cukroměrem), tj. cejchovaným ponorným přístrojem se stupnici na horní části. Podle Archimédova zákona odpovídá hloubka ponoření přístroje do mladiny hustotě mladiny. Na stupnici se pak na rozhraní kapaliny odečte hustota, v důsledku kapilární elevace se však musí odečítat stupnice na horní hraně kapaliny. Naměřenou hodnotu je třeba korelovat podle teploty měřené mladiny, naměřený údaj samozřejmě jen „zdánlivý extrakt“, protože měřená mladina obsahuje důsledkem kvašení alkohol a rozpuštěný oxid uhličitý, který hodnotu hustoty částečně mění. Samozřejmě že otevřené kvašení z hlediska čištění nádob a udržení sterilního prostředí kvasicí mladiny představovalo velký problém a létající hmyz, zejména v letních měsících, byl častou příčinou přenosu infekce do zchlazené mladiny, což mohlo vést až ke zkažení vyrobeného piva. (Chládek 2007) Ocelové kvasné kádě
K přechodu z dřevěných kvasných kádi na ocelové začalo docházet pivovarech už koncem 19. století, či spíše na přelomu 19. a 20. století. Kupodivu se tato novinka v českých zemích realizovala ještě později a to nikoli v nějakém velkém pivovaru Praze, Plzni nebo v Českých Budějovicích, ale, jak píše pivovarský časopis Kvas z roku 1912, byla zavedena jako první na Moravě panem Františkem Černým, sládkem v Brně. Přechod z dřevěných na kovové kvasné kádě představoval výrazný technický pokrok, který se samozřejmě později logicky prosadil ve všech našich pivovarech. Bylo však nutné provádět vnitřní nátěry ocelových kvasných kádí, aby se zabránilo leptání kovové stěny kyselinami z piva, protože uvolněné železo tvoří s tříslovinami z piva sloučeniny, které dodávají pivu nepříjemnou chuť. Místo nátěrů se vnitřní povrch těchto kádí v některých případech opatřoval i smaltem. Pokud měla kvasná káď ve dnu výpustní otvor, tak se do něj vkládala „panenka“, což byla krátká trubka, která sahala svým horním otvorem nad hladinu usazených kvasnic a zamezila při sudování jejich strhnutí spolu s mladým pivem. Je však zajímavé, že pivovar Plzeňský Prazdroj vynechal tuto etapu a z dřevěných kvasných kádí přešel v 80. letech dvacátého století přímo na nerezové
16
cylindricko-konické tanky. Původní otevřené kvasné kádě si nechal jen jako turistickou atrakci. V současné době předvádějí pro turisty „středověkou“ výrobu piva v otevřených dřevěných kádích již jen některé restaurační pivovary. Hliníkové kvasné kádě
V roce 1909 se podařilo vyvinout německé firmě Ziemann nový způsob bezešvého svařování hliníku, což umožnilo zajistit z biologického hlediska požadovaný hladký vnitřní povrch nádob a tím i bezproblémovou výrobu aluminiových kvasných kádí a ležáckých tanků. Tím se rozšířila nabídka strojního zařízení i na tyto tanky. Samozřejmě se tyto tanky udržovaly lépe než tradiční dřevěné, a tak se poměrně často v první polovině 20. století v našich i zahraničních pivovarech montovaly. Vnitřní povrchy hliníkových kvasných kádí se též upravovaly eloxací. Nevýhodou tohoto materiálu byla jeho malá odolnost proti kyselinám, používaným jako sanitační prostředek V době zavádění hliníkových kvasných kádí nikdo o negativním dopadu hliníku na lidské zdraví jistě nevěděl. Souběžně s ocelovými a hliníkovými kvasnými káděmi se tyto kádě též vyráběly z betonu, v řadě pivovarů přetrvaly až do dnešní doby. Samozřejmě bylo nutné též vnitřní stěny betonové kádě opatřit ochranným nátěrem. Půdorys těchto nádob se volil zpravidla obdélníkový nebo čtvercový. V současné době řada pivovarů provedla vyvložkování kvasných betonových kádí nerezovými plechy a místo trubkového chlazení instalovala chlazení dvojitou stěnou, kterou cirkuluje chladící médium, zpravidla voda o teplotě 1° C. Tímto řešením si pivovar zachoval tradiční technologii a podstatně snížil náklady na obnovování nátěrů a provádění sanitačních procesů. Čištění a dezinfekce nerezové kvasné kádě se provádí buď ručně, nebo pomocí přenosné rotační mycí hlavice, která se otáčí tlakem přiváděné kapaliny a účinně myje stěny a dno kádě. Ve většině pivovarů se používaly a dosud používají tlakové gumové hadice s potravinářskou výstelkou pro přívod zakvašené mladiny nebo pro odvod mladého piva. Některé pivovary mají kvasné kádě propojeny spílacím potrubím a hadice jsou používaný jen v omezené míře. Některé pivovary používají pro kvašení kovové kvasné tanky, umožňující strojní sanitaci a jímání CO2 .(Chládek 2007)
17
Cylindricko-kónické tanky pro hlavní kvašení
Během posledních několika desítek let se pro proces hlavního kvašení (a též pro dokvašení piva) začaly používat cylindricko-kónické tanky (CKT), vyrobené z nerezavějící oceli, dodávané řadou tuzemských i zahraničních firem, např. ZVU Potez Hradec Králové, Pacovské strojírny, a.s.. Pacov, nebo německou firmou Ziemann. Tyto tanky mají několik na sobě nezávislých chladících zón, včetně možnosti chlazení kuželu ve spodní části tohoto tanku. Pro chlazení se používá buď cirkulace chladícího média, např. glykolu, nebo přímý odpar čpavku. Výhodou těchto stojatých nádob je poměrně snadná automatizace procesu hlavního kvašení a možnost účinné sanitace všech vnitřních ploch tanku a potrubí pomocí rotační hlavice, umístěné ve vrchní části tanku. Díky hladkému vnitřnímu povrchu, zejména leštěnému vnitřnímu povrchu kužele tanku, a použití stacionární nebo rotační mycí hlavice se dociluje podstatně účinnější sanitace tohoto tanku ve srovnání s ručním mytím v předchozím období. Zlepšená sanitace v řadě pivovarů přinesla též zvýšení kvality piva. Nezanedbatelná je též úspora místa pro instalaci těchto tanků ve srovnání s klasickou spilkou. Další výhodou těchto zařízení je možnost jímat při kvasném procesu vyvíjený oxid uhličitý pro potřebu pivovaru, např. předplňovat tanky. Tyto cylindricko-kónické tanky se vyrábějí izolované pro instalaci do volného prostranství, kdy jsou posazeny na železobetonový skelet a jenom kuželovou částí sahají do obestavěného vytápěného prostoru. Válcová část tanku je nad tímto skeletem. Cylindricko-kónické tanky, které se celkově usazují do obestavěného prostoru, se většinou neizolují. Na víku cylindricko-kónického tanku je umístěna vyhřívaná komůrka odklopným víkem (takzvaný dóm), přístupná po obslužné lávce. V dómu je umístěn kontrolní průlez do tanku a dále potrubí, jednak pro přívod sanitačního prostředku do mycí hlavice, jednak pro obvod oxidu uhličitého vyvíjeného při kvašení, a další přístroje, např. na měření tlaku v kvasném prostoru, na měření výšky hladina (sondy maximální a minimální hladiny, pokud nejsou zabudovány průtokoměry), přístroj na kontrolu správného počtu otáček mycí hlavice během sanitačního procesu a další. Přibližně v jedné třetině výšky cylindrickokónického tanku se umisťuje potrubí pro odběr vzorků, zakončené přibližně 1,5 m nad podlahou sterilovatelnou, a řada teplotních čidel pro sledování teploty kvasící mladiny v různých výškách cylindricko-kónického tanku. Velikost těchto tanků je dána objemem várky, zpravidla se počítá naplnění do 24 hodin a prostor nad
18
hladinou přibližně 15 až 20%. Vzhledem k tomu, že tanky většinou pracují s tlakem nad 0,07 MPa (0,7 atm), jedná se o tlakové nádoby s nutností osazení pojišťovacím ventilem a opakovanými tlakovými zkouškami. Tyto cylindrickokónické tanky jsou propojeny s varnou, filtrací a sanitační stanicí soustavou potrubí, tzv. potrubním plotem, s šesti trubkami, tvořenými přívodem mladiny, přívodem sanitačního roztoku, přívodem sterilního plynu, odvodem mladého piva (tento odvod však současně slouží i pro odvod sanitačního roztoku) a případně odvodem jímaného oxidu uhličitého. Tento potrubní plot umožňuje současně plnění jednoho tanku, vyprazdňování druhého tanku a případně i mytí třetího tanku. Pro vyloučení možnosti vzájemného promíchání piva a sanitačního roztoku mezi jednotlivými navzájem propojenými trubkami jsou tyto potrubní ploty vybaveny dvousedlovými (křížovými) ventily, které jsou konstruovány tak, že v případě poškození těsnění sedla ventilu uchází kapalina mimo ventil, což upozorní obsluhu na nutnost opravy. Pokud se tanky izolují, tak se nejdříve po celém obvodu cylindricko-kónického tanku nasadí v různých výškách polystyrénové špalíčky, vysoké přibližně 100 mm, které se stáhnou nerezovým ocelovým páskem. Na tyto pásky se pak připevní trapézové plechy, vyrobené z běžné nebo nerezavějící oceli, případně z eloxovaného aluminiového plechu. Do vzniklé mezery mezi cylindricko--kónickým tankem se pak nastříká dvousložková směs, která vypění a dokonale prostor vyplní. Cylindrickokónické tanky se vyrábějí ve velikosti řádově od několika hektolitrů (poloprovoz) až po
tisíce
hektolitrů.
(http://www.radegast.cz/o-pivovaru/pruvodce-
pivovarem/cylindrokonicke-tanky.php) Podle průběhu kvašení a ležení piva v CKT rozeznáváme jednofázovou a dvoufázovou výrobu piva, pokud probíhá hlavní kvašení v jednom CKT a po skončení kvasného procesu se z tohoto tanku pouze separují v kuželu usazené kvasnice a v témže tanku probíhá dokvašování, jedná se o jednofázovou výrobu piva; pokud probíhá hlavní kvašení v jednom CKT a po skončení kvasného procesu se mladé pivo přečerpá do druhého CKT, pak je to dvoufázová výroba. (Chládek 2007)
19
3.2.4. Kvasinky Bioreaktory na imobilizované kvasinky
V poslední době proběhly v naší republice a v řadě dalších států zkoušky s využitím imobilizovaných (upoutaných) kvasnic pro hlavní kvašení piva. Jako nosič těchto kvasinek se používá alginát nebo jiný vhodný materiál. Na nosič upoutané kvasinky se umísťují do zvláštního prostoru v bioreaktoru. Účelem aplikace tohoto způsobu hlavního kvašení je zkrácení doby kvašení ze dnů na desítky hodin, a protože upoutané kvasinky ve sterilním stavu vydrží několikaměsíční provoz, není nutné zakvašovat mladinu a ani po skončení hlavního kvašení sbírat kvasnice.
Kvasničné hospodářství
Vzhledem k tomu, že nové kvasnice z propagační stanice (viz dále) lze po skončení kvasného cyklu použít vícekrát (běžně se používá troj- až čtyřnásobného nasazení, nicméně větší počet nasazení stejných kvasnic zvyšuje riziko kontaminace), je nutné kvasnice získané ze dna kvasných kádí, kvasných tanků nebo z kužele cylindricko-kónických tanků dopravit vhodným čerpadlem (peristaltické, piškotové čerpadlo) k vibračnímu sítu, kde se zbavují nečistot a oxidu uhličitého. Dále se kvasnice mohou propírat v ledové vodě; při této operaci se z nich odstraňují mrtvé buňky. V případě vyššího znečištění kvasnic se používá tzv. „kyselé praní“ kvasnic, které se provádí tak, že se kvasnice promíchají ve zředěné fosforečné nebo jiné kyselině a hned se dávkují do mladiny. Pro skladování vyčištěných kvasnic se dříve používaly otevřené kvasničné vany, ve kterých se kvasnice skladovaly pod ledovou vodou; později se přešlo na kvasničné tanky, s chladicím systémem, který udržuje teplotu kvasnic na hodnotě 2 – 3° C. Odpadní kvasnice, tedy kvasnice z vícenásobného použití, se buď prodávají přímo, nebo se suší a lisováním se z nich vyrábějí preparáty (např. Pangamin). Ve větších pivovarech se z těchto odpadních kvasnic ještě získává pivo použitím odstředivek, kalolisy (zakvašování mladiny) nebo membránovou technikou.
20
Dávkování kvasnic
Do zchlazené a provzdušněné mladiny se dříve kvasnice dávkovaly objemově nabíráním kvasnic „šaflíkem“ z otevřených kvasničných van. Později se používalo (a v řadě pivovarů ještě používá) tzv. vajíčko, v podstatě uzavíratelná tlaková nerezová nádoba (množík), do které se odměří potřebný objem kvasnic a následně se tlakem sterilního vzduchu přiváděného do uzavřené nádoby přetlačí do potrubí, kterým proudí mladina z chladiče do spilky. V současné době se ve velkých pivovarech, vybavených cylindrickokónickými tanky, pro zakvašení mladiny používají dávkovací čerpadla, která jsou řízena buď podle průtoku mladiny, kterému odpovídá objem nadávkovaných kvasnic, nebo se využívá rozdíl zákalu nezakvašené a zakvašené mladiny, který je průběžně vyhodnocován zákaloměrem, a na základě jeho údaje jsou pak řízeny otáčky dávkovacího čerpadla kvasnic. (PELIKÁN M., DUDÁŠ F., MÍŠA D 2004)
3.2.5. HGB (High Gravity Brewing) Technika Hig Gravity Brewing pochází z USA. V Evropě byla poprvé použita v roce 1975. Postup spočívá v přípravě mladin se zvýšenou koncentrací 14 – 16%, které se ředí na požadovanou koncentraci hotového piva buď před kvašením, nebo při filtraci piva. K ředění se používá speciálně upravená voda. Tímto postupem lze zvýšit instalovanou kapacitu o 20 – 30% a současně snížit výrobní náklady, zejména pak náklady na energii a mzdy. Řada velkých a středních pivovarů z ekonomického hlediska volí pro výrobu piva takzvaný HGB-systém. Tento systém byl původně vyvinut pro dodržení přesné stupňovitosti piva, zejména při exportu, protože při deklarování např. osmiprocentního piva se platí daň a clo podle kategorie osmiprocentních piv a v případě, že pivovaru se podaří uvařit o málo silnější pivo, pak výrobce platí (někdy i s dovozcem) velkou pokutu. Na druhou stranu však pivo nesmí být výrazně slabší než uvedených osm procent, protože se pak odběratel právem cítí být ošizen. Proto se vyvinul systém vaření vysokoprocentních mladin HGB (high gravity brewing), kdy se uvaří silnější pivo, které se pak po filtrací rozředí odplyněnou a CO2 nasycenou vodou, tedy v podstatě „sodovou vodou“ na přesnou stupňovitost, v našem případě osm procent. Nicméně postupem doby výrobci piva poznali možnosti, které jim systém HGB nabízí, a místo, 13% nebo
21
14% mladiny, začali vyrábět až 24% mladiny. Takto vyrobená mladina se nechá vykvasit a hotové, velmi silné pivo se na zvláštním zařízení, zvaném HGB-jednotka, po filtraci rozředí odplyněnou a CO2 nasycenou vodou, tedy v podstatě „sodovou vodou“na požadovanou stupňovitost. Podle množství přidané „sodové vody“ si může pivovar z jedné várky, „mateřského vysokoprocentního piva“ vyrobit třeba jednu třetinu lehkého piva, druhou třetinu výčepního piva a z poslední části, kterou zředí nejméně, vyrobit speciální pivo. Použitím zařízení HGB si pivovar může dvou- až trojnásobně zvýšit výrobu piva při stávající varně, kvasném a ležáckém sklepu i filtraci při podstatně nižších výrobních nákladech, protože náklad na teplo pro uvaření 12% nebo 24% mladiny je shodný a stejné jsou náklady i na chlazení horké mladiny. Jistě vyšší bude spotřeba elektřiny na chlazení, protože s vyšší stupňovitostí mladiny se prodlužuje i doba nutná na její prokvašení a závěrečné ležení piva. Jedinou investicí je nákup HGB-zařízení. Rizikem tohoto podnikání je skutečnost, že pivovar pak vyrábí piva, která, pokud se příslušný přípravek nenadávkuje, velmi rychle ztrácí pěnu a chutí připomínají zahraniční, stejnou technologií vyrobená piva typu „Eurobier“. Při přechodu na tento typ piva pivovar využívá známé skutečnosti, že chuťová paměť zákazníka trvá přibližně tři měsíce. Na začátku začne pivovar přidávat do piva nejdříve malé procento upraveného piva, přibližně do pěti procent, po třech měsících se začne přidávat patnáct procent a přibližně do jednoho roku je kompletní přechod na „Europivo“ ukončen. (Chládek 2007) Samotné zařízení HGB se skládá z jednotky na přípravu „sodovky“, tj. odplyněné a CO2 nasycené vody, směšovacího zařízení, rozpouštěcího zařízení (výdržníku) a následně měřící a řídící jednotky. Do zařízení se přivádí zfiltrované „silné“ pivo, vyrobené z mladiny s vysokým původním extraktem. Toto „silné“ pivo se přivádí do měřící jednotky HGB-zařízení, která stanoví základní analytické hodnoty tohoto piva, jeho teplotu a okamžitý průtok a na základě těchto parametrů následně vypočítá, jaký objem „sodovky“ se má do piva průběžně dávkovat. Dávkování probíhá zpravidla otevřením dvousedlového ventilu s přívodem „sodovky“. Za tímto ventilem je umístěna trubková výdržníková část, kde se silné pivo a „sodovka“ navzájem dostatečně promíchají. Zředěné pivo prochází ještě dalším kontrolním měřením. Pokud naměřené hodnoty zředěného piva odpovídají
22
požadavkům výrobce, je pivo s upravenou stupňovitostí vedeno dále na stačení do láhví nebo sudů. Problematika pěnivosti a obsahu hydrofobních polypeptidů a bílkovin se dostala do popředí zájmu se zaváděním moderní technologie výroby piva vycházející právě z výroby HGB. Při použití této technologie se ze surovin extrahuje do sladiny méně látek důležitých pro pivní pěnu než při klasickém postupu a během jednotlivých fází výrobního procesu dochází následně k jejich dalším ztrátám. Pro dobrou tvorbu a stabilitu pěny nestačí pouze dostatečná hladina těchto látek bílkovinného charakteru, ale i vyvážený obsah dalších složek piva
Vliv podmínek kvašení HGB na obsahově významné látky piva Hlavní výhodou HGB procesu je možnost výrazného zvýšení produkce bez nutnosti rozšíření existujících zařízení a flexibilita v typu výrobku, kdy vysokostupňové pivo lze prodávat či ředit upravenou vodou na různé koncentrace. Vyplývající ekonomické přednosti jsou provázeny i určitým zlepšením fyzikálněchemických vlastností piv a vyšším množstvím vzniklého etanolu na jednotkové množství zkvasitelných sacharidů. Nevýhody HGB zahrnují nižší výtěžek extrakce pivovarsky cenných a chmelových látek, který je doprovázen poklesem stability pěny. Především je však kvašením výšekoncentrovaných mladin ovlivněna aktivita kvasinek na rozdílné míry jejich etanol- a osmo- tolerance. Současná výroba HGB piv se ve světě ustálila mezi stupňovitostí 15-16%hm. V ČR je dnes většina pivovarů vybavena zařízením na konečnou úpravu stupňovitosti piva, menší část naopak vyrábí vysokostupňová piva jako konečný produkt technologií odpovídající HGB bez konečného ředění. (Koukol R 1999) Výsledky získané v čtvrtprovozním měřítku s ověřovanými dvěma kmeny pivovarských kvasinek v mladinách a koncentracích 12%, 16% a 20%: Maximální pomnožení kvasinek, jak u kmene 95, tak u kmene č.2 bylo dosaženo v 16% mladině. Výsledky aktivity kvasinek prokázaly velmi dobrý fyziologický stav násadních kvasnic. Po kvašení 16% i 20% mladiny byl u kmene č 95 pozorován mírný pokles aktivity, aktivita kvasničného kmene č.2. vysokými koncentracemi mladin ovlivněna nebyla. Zvýšená koncentrace mladin vedla u kmene č. 95 ič.2 ke snížení stupně prokvašení při zachování kmenových rozdílů vyplývajících z jejich charakteristiky vyplvající z obr. 1 růstové křivky kvasinek.
23
Obr. 1 Růstové křivky kvasinek
Obsah vzniklého etanolu vzrostl s koncentrací 20% o 57 až 59% původního množství, při vyšší produkci etanolu u hlubokoprokvašujícího kmene č.95, vyplívajícího z grafu č.1.
24
Graf č.1 Obsah etanolu
Ve využití aminokyselin se prokazatelně projevila kmenová závislost. Utilizace aminokyselin 12% mladiny bylo vyšší u středně až hlubokoprokvašujícího kmene č.2. I když zvýšení koncentrace mladin vyvolalo pokles utilizace aminokyselin u kmene č.95 cca o 25% a kmene č.2 o 30%, lze kmen č.2 hodnotit jako kmen s celkově vyšší schopností využívat aminokyseliny jak ve standardních, tak z hlediska vyšší koncentrace mladin stresových podmínkách kvašení, vyplívající z grafu č.2.
Graf č.2 Využití aminokyselin
25
Obsah vicinálních diketonů v mladých pivech z 12% mladin se u kmene č.2 a č.95. nelišil. Kmenové rozdíly se projevily při zvyšovaní koncentrace mladin, kdy u kmene č.2. Byl zaznamenán mírný nárůst v jejich obsahu a kmene č.95. jednoznačný pokles, vyplývající z grafu č.3.
Graf č.3 Obsah VDK
U kmene č. 2 byla ve srovnání s kmenem č.95 potvrzena vyšší tvorba těkavých látek (vyšších alkoholů, esterů a mastných kyselin), zejména ve skupině esterů. Závislost obsahu těkavých látek na koncentraci mladiny prokázaná nebyla (obsah v mladých pivech 250 -260 mg/l). kmen č.95 se zvyšováním koncentrace mladin vykazoval mírný nárůst jejich produkce (167 – 200mg/l), vyplývající z grafu č.4.
26
Graf č.4 Obsah těkavých látek
Vyšší koncentrace mladiny vyvolávaly intenzivnější tvorbu SO2. Z hlediska kmenových vlastností se kmen č. 2 jevil jako citlivější když množství SO2 se zvýšilo o 45%, vyplývající z grafu č.5.
Graf č.5 Obsah SO2
(Basařová, Bláha, Veselý 2003)
27
Systém na přípravu HGB Carboblend je kombinovaný systém pro míšení a dosycování - HGB - High Gravity Brewing. Jádro tohoto zařízení tvoří automatické dosycovací zařízení typu AGM. Na pivním a vodním přívodním potrubí jsou umístěny přesné indukční průtokoměry, které řídí dle nastaveného mísícího poměru nebo dle měřeného původního extraktu dávkování vody do piva. V rozpustné dráze systému dochází k intenzivnímu smísení piva a vodou i k úplnému rozpuštění CO2. Po smíšení a dosycení piva je měřen obsah CO2 a původní extrakt a data jsou předávána do řídící jednotky.
Základní systém tvoří: • mísící sekce s indukčními průtokoměry pro pivo a vodu • ventil pro dávkování vody • ovládací panel s řídící jednotkou (řízení poměru míšení)
28
Možné rozšíření systému: • automatické zařízení pro dosycování CO2 • Plato Monitor pro měření původního extraktu (s kompenzací na obsah CO2) • čerpadlo pro řízení průtoku piva • čerpadlo pro vodu
Přednosti • Vysoká přesnost • Hygienické provedení • Plně automatické řízení • Standardní příprava pro PC řízení • Snadné ovládání • Snadný přístup • Snadný servis • Nízká údržba (http://www.centec.cz/hgb-cds.php) Příklad vaření piva z praxe Světlé pivo plzeňského typu (HGB se koncentruje na 14,6°), se nejdříve uvaří, potom se přesune do tanku, kde je teplota 10°C, kde se zakvašuje, pivovar používá vlastní kvasnice dovezené z Německa, tank (4500 hl) se naplní do 24 hodin. Při kvašení se přidává sterilní vzduch, používá se horní kvašení, které trvá asi 6 až 8 dní. Teplota se postupně snižuje (kvasinky spodního kvašení) na 4°C. Po prvním zchlazení se dělá odstřel kvasnic (podle typu piva), ty jsou při teplotě 5°C uchovávány (podle počtu mrtvých buněk). Každý den se sleduje extrakt podle kvašení. Po prokvašení se zchladí mladé pivo na 1°C. Poté jde pivo do ležáckého sklepa nebo tanku (CKT). V ležáckém tanku probíhá dokvašení (podle druhu piva) 13 až 40 dnů, zbytek kvasnic klesne na dno, kde se odeberou, proces se stabilizuje. Před filtrací se provádí online měření. Pivo jde na filtr, při filtraci se bere pivo s CKT a mísí se s vodou, v případě se dosytí CO2, vše se hlídá měřícím zařízením – sondou. Nejdříve jde pivo na křemelinový filtr (křemelina se dávkuje průběžně), kvasinky se odeberou a pivo jde na stabilizační filtr (deskový), automaticky se dávkuje PVPP (váže na sebe polyfenoly – zákal trvalý), který se regeneruje zahřátím, pivo se dolaďuje, aby mělo požadované parametry. Poté jde pivo určené na stáčení do
29
přetlačeného tanku. Stáčí se do sudů a do lahví. Křemelina a kaly se likvidují jako odpad, kvasnice se prodávají.
3.2.6. Ležení a dokvašení piva Hlavním kvašením mladiny vyrobené mladé pivo má dosud nevyrovnanou chuť, není vyčeřené a dostatečně nasycené oxidem uhličitým a ještě obsahuje nezkvašené cukry. Proto musí při nízké teplotě dokvasit. Dříve pivo dokvášelo v ležáckých sudech nebo tancích, umístěných v chlazeném prostoru zvaném ležácký sklep, v dnešní době v ležáckých tancích a v nerezových cylindricko-kónických tancích, umístěných většinou na volném prostranství. Teplota procesu je 0 - 1°C. Ležácké sudy
Dříve pivo dokvašovalo neboli „leželo“ v ležáckých sudech, vyrobených z dubového dřeva. Tyto sudy měly vejčitý tvar a byly zhotoveny z tlustých dubových dužin, navzájem stažených kovovými obručemi. Největší objem sudu byl až 100 hl. Sudy snesly maximální vnitřní přetlak až 0,25 MPa (2,5 atmosfér). Dubové sudy byly velmi dobré pro dokvašování piva, protože mladé pivo se v nich ochlazovalo zvolna a stejnoměrně a kvasnice si dobře zvykaly na nové prostředí. Smolné vrstvě na vnitřní straně ležáckého sudu se připisoval kladný vliv na sedimentací kvasnic a dobrou chuť piva. Každý sud byl opatřen dvěma otvory. Jeden byl umístěn ve dvířkách (průlezu) ve spodní části čela pro narážení (čepovnice), druhý otvor byl v nejvyšším místě sudu, kudy se plnilo (zátkovnice). Horní otvor se používal též pro „mazání“ piva, kdy se nechal otevřený a nechala se unikat pěna, a potom pro „kroužkování“, tedy přidání kvasící mladiny v nejbouřlivějším stadiu kvašení. Oba otvory byly vybaveny speciálními uzávěry pro narážení sudu, upevnění hradícího přístroje. Toto „kroužkování“ se provádělo proto, že pivo bylo díky většímu obsahu oxidu uhličitého říznější, mělo hustší pěnu a lepší chuť. Sudy se v ležáckém sklepu stavěly na zpočátku dřevěné nebo kamenné, později betonové pražce, takzvané kantnýře; obvykle se do spodní řady daly větší sudy o objemu 80 – 100 hl, a na ně se vkládaly, tzv. „sedlaly“, menší sudy o objemu do 50 hl. Ležácký sklep byl dříve chlazený přírodním ledem, umístěným v přilehlých místnostech, takzvaných lednicích. Velká pozornost se věnovala kamenným podlahám a jejich vyspárování.
30
Přírodní led se získával ledováním, tj. řezáním ledu ze zamrzlé vodní hladiny. Namáhavé bylo jeho vytahování bidlem, nakládání na vůz a skladování v lednicích. Po vynálezu strojního chlazení (Linde 1876) se ležácké sudy chladily studeným vzduchem, ochlazovaným na teplotu kolem bodu mrazu žebrovanými chladicími registry. Ty se umísťovaly pod stropem ležáckého sklepa a cirkulovala jimi solanka nebo jiné chladicí médium. Smolný povlak v sudu bylo nutno pravidelně obnovovat, takzvaně „požahovat“ sud. Některý pivovar prováděl požahování ležáckých sudů po každém procesu dokvašení piva, jiné pivovary měly delší cyklus požahování, nicméně každý ležácký sud se požahoval minimálně jednou ročně. Tato operace probíhala na dvoře pivovaru. Sud se musel z ležáckého sklepa vykulit na dvůr, takzvaně vyslepit, což při větším objemu sudu představovalo velmi namáhavou a riskantní práci, při které často docházelo k úrazům nebo i k úmrtím. Na dvoře se stará smůla v sudu teplem roztavila a odstranila, nastříkla se nová, sudy se při této operaci otáčely, aby byl povlak smůly ve všech místech vnitřního povrchu sudu rovnoměrný. Na požahování byl zajímavý pohled, když z velkého sudu šlehaly plameny a šel kouř.(Chládek 2007) Zajímavým způsobem se tehdy braly z ležáckého sudu vzorky piva. Protože ležácký sud nebyl vybavený odběrnými kohoutky, „pan starý“ nebo mistr ležáckého sklepa přišel s ruční vrtačkou, vyvrtal do čela sudu otvor, zastrčil slámku, odebral si do mázu potřebné množství piva a poté stříkající vyvrtaný otvor zaslepil špejlí o požadované tloušťce. V některých pivovarech je možno dodnes vidět staré sudy nebo alespoň jejich čela, na kterých se dá podle počtu zaslepených otvorů spočítat počet odběrů. Těžkou prací bylo mytí těchto sudů; sudomyč dostal svíčku s hrotem, kbelík s rýžákem a musel se velmi úzkým průlezem v čele sudu dostat dovnitř. Oblíbenou zábavou pivovarské chasy bylo, že pokud měl poprvé mýt sud nějaký učedník, statní počkali, až se chlapec dostane dovnitř sudu a upevní si zapálenou svíčku zapíchnutím do stěny sudu, a potom mu ji proudem vody z hadice zhasli, zavřeli průlez a nechali jej nějakou dobu potmě. Nevýhodou těchto sudů byla samozřejmě velká pracnost při jejich výrobě a čištění a zejména při požahování. Problémem u ležáckých tanků bylo odstranění netěsností, které vedla při dokvašení piva ke ztrátě oxidu uhličitého a tedy k nižšímu nasycení piv tímto plynem. Pro výrobu nových ležáckých sudů bylo nutno zajistit kvalitní dubové dřevo, jehož cena stále stoupala. Proto se postupně ležácké sudy začaly na začátku 20. století nahrazovat ležáckými tanky. (Kosař a kol. 2000) 31
Ležácké tanky
Tyto tanky se nejdříve vyráběly z oceli nebo ze železobetonu, jako je tomu např. v pivovaru Janáček v Uherském Brodě nebo jinde, kde je celá budova tvořena těmito železobetonovými tanky, uspořádanými v patrech. První ocelové ležácké tanky byly vyrobeny snýtováním kruhových segmentů s klenutými dny, výjimkou nebyly ani ležácké tanky, které měly dovnitř tanku vydutá víka (staré oddělení ležáckých tanků ve Staropramenu). Ležácké tanky nejdříve dodávala do našich pivovarů např. německá firma Pfaudler, potom též naše firmy Novák & Jahn, Česká akciová strojírna a další. Ze začátku se tyto nádoby vyráběly jako horizontální i vertikální tanky. Osvědčily se horizontální, proto se nadále vyráběly pouze v tomto provedení. Ve většině pivovarů se tyto ležácké tanky „sedlaly“, tj. stavěly do více řád nad sebe. Obsah ležáckých tanků se dimenzoval v závislosti na kapacitě várky, a tedy i na objemu kvasné kádě. Běžně se vyráběly tanky v rozsahu 40 – 400 hl, přičemž nejčastější velikost bývala kolem 250 hl. Tomu odpovídají přibližně průměry ležáckého tanku v rozsahu 1,5 až 3 m. délka 1,5 až 6 m, někdy se měnily poměry průměru a délky ležáckého tanku.(Chládek 2007) Vnitřní povrch ležáckého tanku se opatřoval ochranným nátěrem, buď voskovým „Gebitem“, nebo epoxidovým „Úponem“, nejlepší však byl smaltovaný povrch. Ten se snadno myl, měl výbornou odolnost i proti agresivním sanitačním prostředkům, ale jeho nevýhodou bývala malá odolnost proti nárazu. Smalt většinou v místě nárazu odprýskl. Ležácké tanky se rovněž, podobně jako kvasné kádě, jeden čas vyráběly z hliníku, ale z finančních důvodů se tento materiál pro jejich výrobu přestal používat. Protože v ležáckém tanku vzniká během dokvašování piva tlak vyšší než 0,07 MPa (0,7 atm), nutný pro dostatečné nasycení oxidem uhličitým, jedná se podle naší legislativy o tlakové nádoby s předepsaným vybavením (pojistný ventil) a vyžadují se pravidelné tlakové zkoušky. K dalšímu vybavení ležáckého tanku patří spodní a horní výpusť. Spodní výpusť je opatřena uzavírací armaturou; dříve to byly nečistitelné kohouty, které se později nahradily sanitovatelnými klapkami. Na horní výpusť navazuje potrubí, které vede k hradicímu přístroji Hradicí přístroj je v podstatě regulátor a indikátor tlaku oxidu uhličitého (CO2) nad hladinou piva, dále
32
je opatřen nátrubkem s uzavírací armaturou pro přívod sterilního tlakového vzduchu nebo CO2 do ležáckého tanku. Tlak uvnitř tanku se odečítá na manometru, umístěném na čele hradicího přístroje. Dříve se hradicí přístroj vyráběl se závaží, které působilo na uzavírací kuželku ventilu na přívodním potrubí plynu z tanku. Pokud tlak oxidu uhličitého (CO2) překročil povolenou hodnotu, nazvedl tuto kuželku a přes skleněný válec naplněný vodou unikla do ovzduší. Bublinky plynu probublávající touto nádobou indikovaly správnou funkci kvasnic a tím i dobrý průběh dokvašování piva, které se tímto plynem dosycovalo. Hmotnost závaží se řídila požadavkem sládka na hodnotu tlaku CO2 uvnitř tanku. Při pozdějším vývoji hradicích přístrojů se závaží nahradilo ocelovou, v současné době nerezovou pružinou, jejíž předpětí a tím i hodnota tlaku v ležáckém tanku se reguluje šroubem. Moderní hradicí přístroje mají možnost dokonalé sanitace během čištění ležáckého tanku. V případě sanitace se regulační šroub dá do polohy, kdy je kuželka ventilu trvale otevřená a umožňuje plynulý průtok sanitačního roztoku celým přístrojem. Další armaturou na čele tanku je vzorkovací kohoutek, původní konstrukce těchto kohoutků však neumožňovala jejich řádné vyčištění. Ve spodní části čela tanku byl umístěný oválný průlez, opatřený na obvodu dvířek snímatelným gumovým těsněním, které se při sanitaci sundávalo a čistilo zvlášť. Dvířka průlezu se vždy otvírala dovnitř tanku, takže během procesu dokvašování je tlak piva dotlačoval přes těsnění na stěnu tanku. Jinak byla dvířka na začátku plnění prázdného tanku v zavřené poloze jištěna šroubovým mechanizmem. Průlezem se dostávala do tanku obsluha, zajišťující ruční mytí vnitřních stěn tanku, popř. pracovníci opravující poškozené vnitřní nátěry. Později byla namáhavá operace mytí tanků nahrazena takzvanou „malou mechanizaci“. Jednalo se o malý dvouosý vozík, který byl dimenzován tak, aby se dal prostrčit průlezem tanku. Na vozík se připevnila mycí pevná nebo rotační hlavice s přípojkou na hadici, kterou se přiváděl pod tlakem sanitační roztok z centrální sanitační stanice. Poloha vozíku pojíždějícího po dnu tanku se měnila postrčením nebo povytažením hadice. Mycí roztok, rozstřikovaný hlavicí, myl stěny tanku a vytékal výpustným otvorem z tanku, odkud byl čerpadlem vracen zpět do mycí hlavice nebo po ukončení mycího procesu přečerpán zpět do sanitační stanice. Na začátek plnění ležáckého tanku, tzv. „sudování“, se do výpustního otvoru ve spodní části ležáckého tanku vkládala tzv. „panenka“, tedy krátká trubka, jejíž délka byl obdobně jako u kvasných kádí volena tak, aby horní hrana trubky nasazené 33
na výpusť sahala nad předpokládanou hladinu kvasnic usazených na konci procesu ležení piva. Touto „panenkou“ se pak stahovalo čisté pivo bez kvasnic a ty se po vyjmutí trubky z tanku vypláchly (dříve do odpadu, nyní do zvláštní nádoby). Ležácké tanky se dříve chladily pouze prostředím, tedy stejným způsobem jako ležácké sudy. Po zavedení strojního chlazení se prostory, kde jsou umístěny ležácké tanky, vychlazují buď chladicími žebrovanými registry, kterými proudí dostatečně vychlazená solanka nebo jiné chladící médium, popř. se volí přímý odpar čpavku ve výparníku, přes který cirkuloval ventilátorem hnaný vzduch. V pozdější době se volilo i plášťové chlazení ležáckého tanku chladicím médiem. V každém případě by se teplota ležáckého sklepa měla pohybovat slabě pod nulou, protože přímo ovlivňuje teplotu dokvašování piva, která by měla být též u bodu mrazu. Z tohoto důvodu bylo dříve nutno stěny ležáckého sklepa řádně izolovat.
Cylindricko-kónické tanky pro ležení piva V současné době existuje řada pivovarů, které používají nejen pro hlavní kvašení, ale i pro dokvašování piva, cylindricko-kónické tanky (CKT), vyrobené z nerezavějící oceli; jedná se tedy o jednofázovou výrobu piva. Ve srovnání s cylindricko-kónickými tanky určenými pro hlavní kvašení nemusí mít CKT, určené pouze pro hlavní kvašení, instalovány chladicí zóny na celé válcové a kuželové stěně tanku, ale pouze v jeho horní části, nebo lze tyto tanky umístit do chlazeného prostoru, obdobně jako dříve ležácké tanky. Jinak je přístrojové vybavení cylindricko-kónických tanků pro dokvašování piva v podstatě shodné s cylindrickokónickými tanky, určenými pro hlavní kvašení piva, popsanými v předchozí kapitole.
Velkoobjemové tanky pro dokvašování piva Některé pivovary si zvolily jiné strojní zařízení na dokvašování (ležení) piva. Používají stojaté velkoobjemové tanky s plochým, mírně skloněným dnem (typ Asahi tank nebo Unitank) nebo ležaté velkoobjemové tanky (Budějovický Budvar). Tyto tanky jsou chlazeny vnějším prostředím. Zajímavostí tanků Asahi byl malý buldozer, který byl používán pro vyhrnování vrstvy sedimentovaných kvasnic ze dna tanku. Tyto tanky se příliš nerozšířily, pivovary dávají při rozšiřování výroby přednost osvědčeným CKT.
34
Směšovač piva (kozlík) Směšovač piva neboli kozlík se používá ve větších pivovarech, kde je současně k dispozici více ležáckých tanků s hotovým pivem různé kvality. Aby se dosáhlo zákazníkem požadovaného standardního složení piva, směšuje se na zvláštním zařízení (směšovač, kozlík) pivo z více tanků současně a vede se buď k filtraci, nebo přímo ke stačení. Směšovač je v podstatě jedna centrální trubka, umístěná na pojízdném podvozku, na kterou je přes skleněná průhledítka se zpětnými klapkami (většinou koule) a odvzdušňovacími ventily napojeno dva až šest uzavíratelných přívodů. Na tanky se směšovač napojuje potravinářskými hadicemi, stejně jako výstup z centrální hadice na filtr nebi jiný tank. Pokud má pivovar CKT s potrubním plotem, tak již tato zařízení nepoužívá. (Kosař a kol. 2000)
3.2.7. Filtrace piva Filtrace je v podstatě umělý způsob zvyšování stability piva. Ještě koncem 19. století se v pivovarnickém odborném tisku diskutovalo o správnosti tohoto postupu, protože filtrované pivo neobsahuje mimo kvasnic řadu dalších chuťových látek a filtr zakryje řadu nedostatků ve výrobě. Jedním z důvodů zavádění filtrace byl požadavek obchodníků na prodloužení doby trvanlivosti piv, které se dosahovalo pasterací. Tepelný způsob je možno použít pouze v případě filtrovaného piva, protože by v nefiltrovaném pivu obsažené a teplem usmrcené kvasničné buňky autolyzovaly, což by zkazilo chuť piva. Dalším důvodem byl přechod na skleněné půllitry (místo rozšířených dřevěných smoláčků nebo kameninových džbánků). Zákazník žádal jiskrné pivo, které mohlo být vyrobeno jedině pomocí filtru.(Kosař, Procházka 2000)
Naplavovací svíčkový filtr
Naplavovací svíčkový filtr je tvořen nerezovou tlakovou nádobou s nosnou deskou pro filtrační svíčky, vertikálně zašroubované do dělící desky, tvořící rozhraní mezi nefiltrovaným a filtrovaným pivem, dále dávkovacím zařízením s rozmíchávací nádobou pro dávkování pomocného filtračního prostředku, který se zachycuje na stěně svíček a vytváří tak filtrační přepážku, přes kterou se filtruje pivo. Svíčku tvoří kruhová konstrukce, na které je v přesně dané vzdálenosti dokola namotán drát tak, aby se mezera mezi sousedními dráty pohybovala v rozsahu 50 až 80 µm. Jako
35
pomocného filtračního prostředku se používá zejména křemelina (což je infuzoriová hlinka neboli namleté skořápky pravěkých rozsivek, diatomacel, ze dna bývalých moří; v Čechách je naleziště křemeliny u Borovan poblíž Třeboně, jinak se křemelina dováží z Francie nebo z USA), nebo perlitu. Na začátku filtrace se rozmíchá požadované množství pomocného filtračního prostředku s vodou a směs vody a křemeliny se nechá naplavit na filtrační svíčky, přičemž se křemelina zadrží na povrchu svíčky a voda projde do prostoru pro filtrované pivo, odkud je odváděna do odpadu. Po dosažení dostatečné vrstvy na filtrační svíčce se za neustálého dávkování a průtoku vody s křemelinou svíčkou (při přerušení průtoku svíčkou by vrstva křemeliny ze stojaté svíčky spadla) se pozvolna přehodí voda za nefiltrované pivo a proces pokračuje s tím, že pivo je vedeno do přetlačného tanku. Jako u všech filtračních zařízení jsou na vstupu i na výstupu piva umístěny manometry pro odečítání tlaku a průzory pro sledování čirosti přiváděného a zfiltrovaného piva. Proces filtrace je opět nutno přerušit, pokud dojde k nadměrnému nárůstu rozdílu tlaku. Pak se přívod piva zastaví a do filtru se protiproudně přivede tlaková voda nebo tlakový vzduch, který naplavenou vrstvu pomocného filtračního prostředku ze svíček shodí, filtr se umyje a proces naplavování může znovu začít. Pro sledování účinnosti filtračního postupu byla vyvinuta řada kontrolních zařízení, která sledují čirost piva na výstupu z filtru a mohou řídit dávkování křemeliny nebo hlásit alarm při překročení nastavených jednotek.( Carsten J 2002) Naplavovací sítový filtr Jsou velmi podobné jako svíčkové filtry, pouze filtrační plocha je vytvořena řadou horizontálně nebo vertikálně uspořádaných sít s velikostí oka 50 – 80 µm. V případě sítového filtru se dociluje efektním způsobem odstranění naplavené vrstvy pomocného filtračního prostředku ze sít tak, že síta jsou umístěna na otočném hřídeli. Po roztočení hřídele odstředivá síla křemelinu shodí.
Deskový filtr Deskové filtry se svojí konstrukcí podobají miskovým filtrům, ale místo misek jsou do filtru zakládány desky, mezi něž se vkládají buď naplavovací desky, nebo vlastní filtrační desky. Desky jsou opět vybaveny systémem vstupního a výstupního kanálu. Na deskovém filtru jsou umístěny na vstupu i výstupu piva manometry pro odečítání tlaku a průzory pro sledování čirosti přiváděného a 36
zfiltrovaného piva. Filtrační desky se dříve vyráběly přídavkem azbestu, který je nyní nepřípustný, a proto byl nahrazen jiným vhodným materiálem.
Membránová zařízení pro filtraci Problematika náhrady ze zdravotního hlediska nevyhovující křemelinové filtrace se řeší aplikací membránové techniky. Pravděpodobně nejdále v tomto oboru je holandský koncern Norit, který vyvinul po dvacetileté spolupráci s rovněž známým holandským pivovarským koncern Heineken modulové membránové zařízení Norit BMF. Švýcarská firma Filtrox AG, St. Gallen, rovněž vyvinula zařízení na membránovou filtraci Cross-Flow, který je po předchozích laboratorních testech nyní poloprovozně zkoušeno holandským pivovarem Bavaria NV v pivovarnickém provozu. Při použití těchto zařízení je však nutno předřadit odstředivku pro snížení podílu tuhých částic v přiváděném pivu. Zařízení je osazena membránami druhé generace, tzv. mikrosíty, při jejichž vývoji se vycházelo z obdobného systému používaného v oblasti polovodičů u mikročipů, tj. za využití tzv. DCP-systému, při němž membrány „pulsují“ 3 – 8krát za vteřinu. Zařízení osazená těmito membránami dosáhla při filtraci piva výkonu 10 – 60 hl m-2 h-1. Přitom se provozní náklady na provoz tohoto membránového zařízení již přibližují nákladům při křemelinové filtraci.
Průtokové pastéry Průtoková pasterace se provádí v průtočném tepelném výměníku, tzv. průtokovém pastéru, v němž probíhá ohřátí piva na požadovanou teplotu, při které zůstává po danou dobu, a poté je zchlazováno na původní teplotu. Toto zařízení je tvořeno ohřívací sekcí, pasterizační sekcí, výtržníkovou sekcí a dochlazovací sekcí. Z hlediska snížení energetické náročnosti je pivo při průchodu první sekcí zahříváno protiproudně vedeným, již pasterovaným pivem.
Stabilizační filtry Pivo, které má mít delší záruční dobu, je nutno fyzikálně a chemicky stabilizovat, zbavit jej všech látek, které mohou vytvářet v déle skladovaném pivu zákal. To se provádí dávkováním enzymů nebo adsorbentů, které snižují obsah
37
zákalutvorných
látek
v pivu.
Stabilizace
se
může
provádět
dávkováním
stabilizačního prostředku před filtrací piva. Prostředek se zachytí na filtru, ale není možné jej dále použít, protože odchází s křemelinou do odpadu, jedná se tedy o ztracenou stabilizaci. Pro běžnou stabilizaci se používají tzv. stabilizační filtry, které v pivu nadávkovaný prostředek zachytí a regenerují jej pro další použití.
PVPP Polyvinylpolypyrrolidon
je
makromolekulární,
ve
vodě
nerozpustná
sloučenina, která je schopna na sebe vázat selektivně všechny třísloviny obsahující fenolické složky piva. PVPP má trojrozměrnou strukturu, zpevněnou molekulovým řetězci. Reakce probíhá jenom v určité oblasti pH. V alkalickém prostředí se vazba uvolňuje a adsorbované látky přecházejí zpět do roztoku. Na tomto principu je založena regenerace PVPP. V současné době se praktikují tři způsoby stabilizace piva PVPP. První je přidání PVPP při filtraci ke křemelině při dávkování. Druhý způsob je PVPP, jako složka filtračních desek a třetím způsobem je stabilizace PVPP s následnou recyklací, dnes nejčastěji používaný způsob. (Katzke M., Waldstetten R., Nendza R 1999)
3.2.8. Plnění piva Složení lahvárenské linky na mytí a plnění skleněných láhví
Běžná lahvárenská linka je tvořena následujícím základním zařízením, které může být doplněno ještě dalšími prvky, jako je kontrolní zařízení na správnou velikost a nepoškozenost palety, přepravky, druh a barva láhve apod. V případě, že linka je určena na plnění vratných láhví, je vybavena myčkou, pokud zpracovává pouze nové nevratné láhve, pak stačí místo myčky pouze vystřikovací stroj. - Depalizátor je stroj, který paletu, osázenou přepravkami s prázdnými lahvemi, přivezenou ze skladu nebo od zákazníka, rozebere na jednotlivé přepravky. - vykladač lahví je zařízení, které vyndává jednotlivé láhve z přepravky a vkládá je na dopravní pás. Myčka láhví je kontinuálně pracující zařízení, které myje láhve jejich ponořením v jedné nebo více vanách s horkým louhem, kde jsou láhve určitou dobu vystaveny působení louhu a postupnými výstřiky vnitřního prostoru láhve horkým
38
louhem, horkou vodou, teplou a studenou vodou s přídavkem dezinfekce a následným výstřikem nezávadnou pitnou vodou se dokonale vymyjí. Myčka je vybavena přístroji sledujícími koncentraci sanitačního prostředku v jednotlivých lázních a automaticky dávkovacím čerpadlem dávkuje koncentrované sanitační prostředky a kyselinu na úpravu hodnoty pH vy výstřikové vodě. Kontrolní zařízení (inspektor) na prázdné láhve kontroluje neporušenost láhve a zejména, zda láhev neobsahuje louh z předchozích mytí. V tomto případě závadnou láhev vyřazuje. Protitlaký plnič piva je nejdůležitější část lahvárenské linky. Je tvořen otočným bubnem, na jehož spodní části jsou umístěny plnící ventily, které svojí konstrukcí umožňují přeplnění láhve tlakovým plynem, vícenásobnou evakuací a šetrné stáčení piva. Protože pivo je sycený nápoj, který by při plnění láhve s atmosférickým tlakem silně pěnil, předtlakuje se láhev oxidem uhličitým, v horším případě sterilním vzduchem, na tlak, které má pivo v otočném bubnu. Pro snížení nežádoucího příjmu kyslíku v pivu během plnění se láhve před plněním evakuují a předplňují oxidem uhličitým. Na začátek plnícího procesu se láhev hrdlem přitlačí na s bubnem se otáčející plnící ventil, během jedné otáčky bubnu proběhne požadovaná jednoduchá nebo dvojitá evakuace s mezi výplachem s oxidem uhličitým, předtlakování láhve tímto plynem na požadovaný tlak (jinak by pivo neúměrně pěnilo), následuje pomalá fáze náběhu plnění láhve, rychlá střední fáze plnění, opět pomalá závěrečná fáze dokončení plnícího procesu a odtlakování láhve. Dřívější konstrukce plnícího ventilu otevíraly a uzavíraly přívod piva a plynu mechanickým ventilem, který se otevíral a uzavíral v určité poloze otáčejícího se bubnu. Nyní se začínají
používat
na
přívodu
piva
a
plynu
a
odvodu
plynu
z láhve
elektropneumatické ventily, ovládané indukčními průtokoměry, uzavírající ventily po protečení stanoveného objemu piva. Některé plniče jsou uspořádány tak, že v případě prasknutí láhve se dotyčný ventil a oba sousední ventily během dalších dvou otáček neotevřou a jsou při každé další otáčce intenzivně ostříknuty. Tím se dosáhne „uklidnění“ piva v této části plniče a umožní bezproblémové pokračování dalšího plnícího cyklu. (Kosař, 2000) Naplněná láhev prochází v úseku mezi plničem a uzavíracím zařízením buď proudem horké tlakové vody, nebo piva, které hladinu nápoje v naplněné lahvi vypění a tím odstraní nežádoucí vzduch z hrdlového prostoru láhve, jiná zařízení pro stejný účel používají mechanický ráz nebo ultrazvuk. 39
- Uzavírací zařízení na vydezinfikované korunky a následné uzavření láhve. Kontrolní zařízení na správnost naplnění a uzavření láhve. Tunelový pastér ve kterém se usmrtí všechny mikroorganizmy, obsažené v nápoji (pokud se pivo tepelně ošetřuje tunelovým pastérem). Toto zařízení se skládá z následujících sekcí: předehřívací, ohřívací, pasterační a chladící, ve kterém jsou umístěny sprchy, do nichž se přivádí voda o teplotě odpovídající jednotlivé sekci. Naplněné láhve procházejí řadou těchto sekcí. V první, předehřívací sekci jsou láhve zvolna předehřívány proudem vody, ve druhé, ohřívací sekci jsou láhve dohřáty na pasterizační teplotu přibližně 60°C, ve třetí sekci jsou láhve na této teplotě udržovány po určitou dobu, nutnou pro usmrcení případných mikroorganismů v naplněné láhvi a v následující, čtvrté sekci, se pasterované láhve studenější vodou ochlazují. Pro získání jinak ztraceného odpadního tepla se jednotlivé sekce tunelového pastéru navzájem propojují, takže např. zchladlá voda z ohřívací sekce se dohřívá v chladící sekci průchodem přes horké pasterované láhve apod. Etiketovací zařízení na nanesení hlavní (břišní), zadní nebo krčkové etikety, popř. ozdobené staniolování nebo šátečkování hrdla láhve. Etiketa musí obsahovat všechny legislativou dané údaje, tj. druh piva, adresu výrobce nebo distributora, použité suroviny, případné aditiva, obsah alkoholu, způsob plnění, podmínky skladování, životnost, případně další požadované údaje. - Kontrolní zařízení na správnost naplnění, uzavření a etikování láhve. - Vkládač láhví pro vykládání naplněných a etiketovaných lahví do přepravek, kartonů nebo odnosných košíčků, uzavírání kartónu. - Kontrolní zařízení plnosti přepravky. - Paletizátor na vkládání naplněných přepravek ve vrstvách na paletu. - Fixace palety průtažnou nebo smrštitelnou folií či páskou nebo motouzem. - Odvoz naložené palety do skladu.(Chládek 2007) Trendy v plnění láhví Někteří zahraniční výrobci nabízejí lahvárenské linky na sterilní plnění nápojů. Tím by se měl vyřadit energeticky náročný proces pasterace. Tato tepelná operace je nahrazována buď vstřikem páry do láhví, nebo použitím různých dezinfekčních prostředků za studena (CAF – Cold Aseptic Filling
- plnění za
studena). Plnící a uzavírací korunkovací stroj je uzavřen ve sterilním boxu. (Kosař, 2000)
40
4.
Závěr Cílem této bakalářské práce bylo zpracovat literární rešerši na téma
problematiky koncentrované mladiny. Myšlenka použití koncentrovaných mladin při výrobě piva vzešla v USA, odkud se rozšířila do celého světa. Důvody pro zavedení koncentrovaných mladin jsou prozaické – snížení nákladů na výrobu piva. Výroba koncentrované mladiny, tzv. HGB, se od klasické výroby mladiny liší ve výpočtu sypání, kdy u koncentrovaných mladin je sypání mnohdy až dvojnásobné, oproti konvenční výrobě. Tím se vyrobí mladina o koncentraci až 24°, což při naředění stejným množstvím vody sycené CO2 znamená vyrobit dvojnásobné množství 12° piva při jednom cyklu varních nádob. Česká Republika registrovala v Evropské Unii v roce 2008 pojem České pivo, které je popsáno jako pivo řízné chuti, světle-jantarové barvy s vyšší hořkostí, vařené dvou nebo tří-rmutovým způsobem. Je zde také uvedeno, že pivo nesoucí označení České pivo, může být uvařeno z HGB mladiny o nejvyšší koncentraci 16°. Ve většině pivovarů používajících technologii HGB se proto vyráží mladina o koncentraci kolem 15,6-15,8°. Kvašení HGB mladin probíhá od koncentrace kolem 17° již odlišně, než klasické kvašení konvenční mladiny. Za změnu podmínek může především vysoký osmotický tlak, kvasinky si proces fermentace proto upraví zařazením tzv. alternativních metabolických drah, kdy produkují např. větší množství vyšších alkoholů, acetoinu apod. Vznik těchto látek má potom přímý vliv na senzorickou hodnotu piva. Naopak některé látky vznikají v menší míře, např. glycerol, finální naředěné pivo potom často vykazuje v chuti chybějící plnost. Reakce na poli hořkých látek, především polyfenolů, vykazují také množství změn oproti konvenčním mladinám. Hlavním nešvarem piv vyráběným HGB způsobem s kvašením v cylindrokónických tancích, kdy jiný způsob kvašení ani není možný vzhledem k přísné regulaci teploty a absolutní sterility kvašení, je hlavně tzv. uniformita chuti. Pokud senzoricky srovnáme piva vařená technologií HGB z různých pivovarů, budou po senzorické stránce velmi podobná. Hlavním důvodem je naředění kvašením vzniklých látek vodou sycenou CO2, které ve srovnání s konvenčně vyráběným pivem konzumentovi v chuti i ve vůni chybějí. Ve prospěch této technologie, díky níž mohou velké pivovary uvařit více mladiny v kratším čase, hraje hlavně
41
senzorická paměť konzumenta, která trvá asi 3 měsíce, tzn. postupným přechodem na techniku GHB při postupném zvyšování koncentrace až na možných 16° pro České pivo, konzument mnohdy nezaznamená změny v senzorickém profilu předkládaného piva. V neprospěch HGB technik hraje především uniformita piv, konzument proto často hledá „svoje chutě“ v pivech minipivovarů, které vaří klasickou konvenční technikou, senzorický profil těchto piv je potom mnohem širší, než je tomu u HGB piv.
42
5.
Seznam zkratek
CKT - Cylindricko-kónické tanky PVPP - Polyvinylpolypyrrolidon HGB - High Gravity Brewing VDK - Vicinální diketony
43
6.
Seznam použité literatury
Basařová G., Bláha M., Veselý P, Vliv kmene kvasnic na senzorickou stabilitu piva Kvasný průmysl, roč.49, č.1, 2003
Carsten J., Inovacie naplavovací Filtrácie, Kvasný Průmysl, roč.48, č. 11-12, 2002
CKT – Cylindrokónický tank: http://www.radegast.cz/o-pivovaru/pruvodce-pivovarem/cylindrokonicke-tanky.php
Hana Čížková, Jiří Dobrý, Jaromír Fiala, Jana Vernerová Vliv podmínek kvašení Výšekoncentovaných mladin na obsahově význámné látky piva, Kvasný průmysl, roč.49, č.9 2003
Ing. Alexander Mikyška, RNDr. Marie Jurková, CSc., Pivovarská Hodnota českých a moravských chmelů, Kvasný Průmysl, roč.49, č11-12, 2003
Kanterelberg B., Hackensellner TH., Moderní vaření Mladiny, Brauindustrie 86, 2001, č.9
Katzke M., Waldstetten R., Nendza R., Iontoměniče pro stabilizaci piva, Brauwelt Int. 16, 1998, č. 4
Kosař a kol. Technologie sladu a piva VUPS Brno 2000
Koukol R., „HIG GRAVITY BLENDING“ Brauwelt 139 (8), 1999
Ladislav Chládek, Pivovarnictví, Praha, Grada Publishing, 2007
PELIKÁN M., DUDÁŠ F., MÍŠA D.: Technologie kvasného průmyslu, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2004, ISBN: 80-7157-578-X
Pivovarství a sladařství v českých zemích: http://www.cspas.cz/pivo.asp?lang=1
44
Pivovarství:
http://www.vscht.cz/kch/kestazeni/sylaby/pivovarstvi.pdf
RNDr. Karel Kosař a Ing. Stanislav Procházka, Technologie výroby sladu a piva, Kvasný průmysl, Praha 2, 2000
Rmutování:
http://www.gorvin.mysteria.cz/pivo/pivovarstvi.htm
Systém na přípravu HGB:
http://www.centec.cz/hgb-cds.php
Technologie výroby piva:
http://sci.muny.cz/data/C6210/C6210_Bioprocesy_2-
2.pdf
Tradiční Technologie výroby piva: http://www.sci.muni.cz/mikrob/kvasbiotech/pivo/tradpiv.html
Vystíráni a rmutování: http://cs.wikipedia.org/wiki/Pivo#Vyst.C3.ADr.C3.A1n.C3.AD_a_Rmutov.C3.A1n. C3.AD
45