Produkcja piwa

Fermentacja alkoholowa
Fermentację alkoholową można prowadzić stosując jako substraty wielocukry (skrobia), które przez enzymy zostają rozłożone na cukry proste, które następnie ulegają fermentacji. W czasie fermentacji mogą powstać w reakcjach ubocznych także niewielkie ilości innych związków (alkohole – propylowy, izobutylowy, amylowy oraz estrów, ketonów i kwasów organicznych), tworząc tzw. olej fuzlowy, fuzle – ciecze o przykrym zapachu i smaku, pozostające po oddestylowaniu frakcyjnym alkoholu etylowego – surowego produktu fermentacji.

Enzymy prowadzące fermentację zostają unieczynnione po osiągnięciu ok. 15% alkoholu etylowego.
Mikroorganizmy:
- Saccharomyces cerevisiae – alkohole
- Saccharomyces carlsbergensis – piwo ciemne “lager”

Produkcja piwa składa się z następujących etapów:
- produkcja słodu
- przygotowanie brzeczki
- fermentacja brzeczki
- leżakowanie piwa
- filtracja

Produkcja słodu
Słód to jeden z głównych składników przy produkcji piwa. Najczęściej wykorzystywany jest słód jęczmienny. Obecnie zakłady produkujące piwo (browary) rzadko zajmują się produkcją słodu i kupują słód od słodowni. Produkcja słodu polega na namoczeniu i poddaniu kiełkowania ziaren jęczmienia. Trwa to tak długo, aż zawartość wody w ziarnach wyniesie ok. 48% (zwykle 24h). Po jednym dniu namaczania i czterech dniach kiełkowania oddziela się kiełki i suszy słód do niskiej zawartości wody. W tym stanie słód trafia do produkcji piwa. Przy niektórych gatunkach piwa ciemnego słód poddaje się dodatkowo karmelizacji poprzez ogrzanie go do wysokiej temperatury. Oprócz jęczmienia przy niektórych gatunkach piwa dodaje się słodu z ziarna pszenicy, gryki i kukurydzy. W produkcji można zastosować jęczmień nie zawierający proantocyjanidyn (PA), które wytrącając się wraz z białkami na dalszych etapach produkcji znacznie zmniejszają klarowność piwa (pierwszy mutant bez PA – Carlsberg 1974).

Wymogi technologiczne słodu:
- zawartość wody od 12-13%
- zawartość białka od 9-11,5%
- zawartość β- glukanu – max. 4%
- ilość mikroorganizmów poniżej założonego poziomu
- zawartość pestycydów, aflatoksyn itp. poniżej obowiązujących norm
- stopień kiełkowania 97% po 3 dniach

Przygotowanie (warzenie) brzeczki
Proces ten odbywa się w warzelni. Przygotowanie brzeczki polega na zmieleniu słodu i surowców niesłodowych i zmieszaniu ich z wodą, przeprowadzeniu procesu zacierania, odfiltrowania oraz gotowania do uzyskania pożądanego ekstraktu zwanego ekstraktem brzeczki podstawowej. Na tym etapie dodawane są także inne dodatki, m.in. chmiel. Następnie brzeczka jest chłodzona, napowietrzana i przekazywana do fermentacji. Zacieranie zachodzi przy pH ok. 5,5, optymalnym dla enzymów biorących udział w procesie. Podczas zacierania aktywne są m.in. następujące enzymy (1-9, 1-4)
– β-glukanaza i ksylanaza degradujące błony komórkowe;
– endopeptydazy i karboksypeptydazy – degradujące białka;
– amylazy, dekstrynazy i α-glukozydazy – degradacja słodu;

Wykres zacierania w odniesieniu do temperatury poszczególnych podprocesów:
1 – mieszanie ciepłej wody i słodu
2 – uwolnienie enzymów (m.in. (1-3, 1-4)-β-glukanazy i ksylanazy; endo-peptydazy i karboksypeptydazy; amylazy, dekstrynazy i alfa-glukozydazy), białek i aminokwasów
3 – uwolnienie maltozy i dekstryn
4 – degradacja pozostałej skrobi i inaktywacja enzymów

Scukrzanie – wytwarzanie dużej ilości prostych sacharydów (mono- i disacharydy);

Proces filtracji zachodzi zwykle z zacieraniem. Wszystko odbywa się w miedzianych reaktorach zawierających wbudowane moduły filtrujące.

Dodawany w czasie gotowania chmiel powinien spełniać kilka warunków:
- substancja nadająca smak gorzki –19%
- tłuszcze max. 0,5%
- polifenole 4%
- białka 20%
- minerały 8%

Podczas gotowania zachodzą pewne zmiany w smaku, np. dzięki izomeryzacji słabo rozpuszczalnych kwasów α-humulonowych do lepiej rozpuszczalnych, izomerycznych izo-α-humulonowych.

Rozróżnia się 3 rodzaje procesu fermentacji brzeczki:
- fermentację klasyczną przeprowadza się w otwartych kadziach
- fermentację w tkankach cylindryczno-stożkowych
- w tkankach w podwyższonym ciśnieniu

Ze względu na rodzaj użytych drożdży rozróżnia się:
- metodę fermentacji dolnej (najczęściej stosowana)
- metoda fermentacji górnej (rzadko stosowana)
Fermentacja dolna daje jasne, dobrze nasycone CO2 piwo o ostrym, ale bardziej płytkim smaku niż fermentacja górna. Otrzymuje się w ten sposób klasyczne piwo – jasne pełne typu lager i pilsner. Długość fermentacji od kilku do kilkunastu dni.

Leżakowanie – po zakończeniu fermentacji piwo poddawane jest leżakowaniu. Celem leżakowania jest przede wszystkim rozłożenie diacetylu, który znajduje się w piwie jako produkt uboczny fermentacji oraz uzyskanie stabilności fizykochemicznej piwa. Proces ten odbywa się w tzw. tankofermentatorze zwanym uni-tankiem (zbiornik poziomy lub pionowy). Etap ten jest czasem pomijany w nowych technologiach (fermentacja i leżakowanie odbywa się w jednym naczyniu).

Filtracja – celem filtracji jest uzyskanie odpowiedniej klarowności oraz oddzielenie zawiesin. W procesie tym obniża się temp. do -2°C, aby wytrącić głównie białka i ich kompleksy z protoantocyjanidami; pozbycie się tych związków wpływa także na powiększenie stabilności piwa. Piwo filtruje się najczęściej przy pomocy ziemi okrzemkowej, istnieją także instalacje ultra filtracji.