UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ŽIVILSKA TEHNOLOGIJA - PDF

Description
UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ŽIVILSKA TEHNOLOGIJA BIOTEHNOLOŠKA PROIZVODNJA ALE PIV Jure Sadar, Tomaž Pušnik, Matjaž Rihtaršič (študentje tretjega letnika študija Živilske tehnologije)

Please download to get full document.

View again

of 22
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Speeches

Publish on:

Views: 32 | Pages: 22

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ŽIVILSKA TEHNOLOGIJA BIOTEHNOLOŠKA PROIZVODNJA ALE PIV Jure Sadar, Tomaž Pušnik, Matjaž Rihtaršič (študentje tretjega letnika študija Živilske tehnologije) prof.dr.peter Raspor in asist.dr.maja Paš (mentorja) Ljubljana, 2003 *Seminarska naloga pri predmetu Biotehnologija Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, Povzetek Prvotni proces varjenja piva je bil verjetno podoben sodobni metodi. Ječmen so pustili kaliti, kar je nastalo so zmešali z vodo in dobljeno zmes izpostavili kvasovkam iz zraka. Za sodobno varjenje pa so značilne tri večje faze: drozganje, hmeljenje in fermentacija, ki traja 3-5 dni. Drozganje je proces, ki traja 2-5 ur, pri tem procesu z vodo v postopku slajenja ekstrahiramo ogljikove hidrate in druga pomembna hranila iz slada. Najprej je potrebno slad zmleti in drobljenec zmešati z vročo vodo (T do 65ºc). Ko je amiloza končana vodo bogato s sladkorji (ki se zdaj imenuje sladica) odstranimo, tropine pa nato spiramo z svežo, vročo vodo tako, da speremo čim več sladkorja. Sledi kuhanje med katerim se dodaja hmelj (na začetku, med kuhanjem in pred zaključkom kuhanja), ki da želeno grenkost, okus in aromo proizvoda. Pred koncem kuhanja se pivina loči od hmelja in pripravi na fermentacijo (oborine izločimo v usedalnikih). Pivini nato inokuliramo s kvasovkami vrste Saccharomyces cerevisiae. To so kvasovke zgornjega vrenja, ki se združujejo v kosmiče in skupaj z CO2 dvigovati na površino (flokulacija). Ko se fermentabilne snovi pretvorijo v etanol se pivo pretoči v tanke v katerih se nato odvija sekundarna fermentacija, med katero se proizvaja še dodatni CO2 odvija pa se tudi redukcija snovi, ki dajejo pivu vonj po maslu. Po nekaj tednih je nato pivo primerno za poljnenje v atmosferi CO2. Summary The original process was probably similar to this modern method. Barley was buried in pots and allowed to germinate. The resulting malt, mixed with water, fermented by exposure to airborne yeasts. Modern Brewing requires three basic processes: mashing, boiling and fermenting. Fermentation lasts for two to several days. Here s a description of each process.mashing: This process which lasts from two to five hours, extracts fermentable sugar and other important compounds from the malt. First the malt is coarsely ground, then mixed with warm water and allowed to sit a temperature of about 65ºC. After this, the sugar-rich water (now called wort) is drained off and the malt is rinsed with fresh, hot water to extract as much sugar as possible. Boiling: Wort from the mash is boiled in the kettle, usually for one to two hours. During the boil, hops are added at various times (at the beginning, between boiling and before the end of the boil) order to impart the bitterness, flavor and aroma that the brewer desires. At the end of the boil, the wort is separated from the hops and chilled to prepare it for fermentation. Bittered wort is fermented by the addition of strains of yeast (Saccharomyces cerevisiae ). This process uses a top-fermenting strain, which releases carbon dioxide and rises to the surface, forming a head. Fermentation. When the fermentable material is converted to alcohol, the beer is transferred to tanks for a slow, secondary fermentation, during which carbon dioxide is produced. After a period of several weeks to several months, it is ready for final processing and packaging. This process may include charging the liquid with carbon dioxide gas or adding other agents for flavor or color. Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, KAZALO 1. UVOD 4 2. ZGODOVINA BIOPROCESA Prvi začetki Pojav hmelja in začetki modernega pivovarništva Prihod na industrijsko proizvodnjo Proizvodnja v 20. Stoletju MIKROBIOLOŠKE OSNOVE BIOPROCESA Uvod Saccharomyces cerevisiae 8 4. BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA Kemizmi slajenja Razgradnja škroba Razgradnja beljakovin Razgradnja hemiceluloze in vlaknin Razgradnja organskih fosfatov Razgradnja polifenolov Kemizmi alkoholne fermentacije BIOINŽENIRSKE OSNOVE BIOPROCESA Pripravljalni postopki Priprava ječmenovega slada Ječmen Predelava ječmena v slad Priprava vode za proizvodnjo piva Voda Priprava vode Priprava hmelja Hmelj Uporaba hmelja Priprava kvasovk Kvasovke Uporaba kvasovk Potek bioprocesa Priprava in mletje slada Kuhanje in hmeljenje Primarna fermentacija Sekundarna fermentacija Zaključni postopki Zorenje Polnjenje EKOLOŠKI ASPEKT BIOPROCESA Pivske tropine Pivski kvas CO UPORABA BIOPROIZVODOV V PREHRANI REFERENCE..19 Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, UVOD Pivo je pijača z večtisočletno tradicijo, saj so ga poznali že Sumerci. Ječmen so zmleli, mu dolili vodo in pustili, da se posuši. Zmes so potem razdrobili in znova zmešali z vodo. Pijača je bila sicer drugačna od današnjega piva, vendar gotovo dobra. V Evropo so pivo izza Karpatov prinesli Slovani in tako se je udomačilo tudi na Slovenskem. O pripravi piva piše že Valvazor, o pivovarnah v današnjem smislu pa lahko govorimo od 17. stoletja dalje. Varjenje piva je bilo že od nekdaj prava umetnost. Sam postopek ostaja sicer v glavnem enak in se zgleduje v tradiciji, pač pa se, skladno s splošnim tehniškim napredkom, spreminja tehnologija ( ). Ječmen je osnovna surovina za izdelavo slada. Dobimo ga s kaljenjem ječmena v sladarni. Za izdelavo slada se uporablja predvsem dvoredni jari ječmen, pri katerem je klas sestavljen iz dveh pravilnih redov zrn, enake velikosti in bogatih s škrobom. Ječmen se najprej očisti in sortira, potem ga namočimo in prečrpamo na kaljenje. Pri tem dobimo tako imenovani zeleni slad , ki ga posušimo. Posušen in očiščen slad dozoreva vsaj mesec dni. Piva seveda ni brez hmelja, tiste zadnje pike na i, začimbe , ki z grenkimi in aromatičnimi snovmi daje pivu značilno prijetno aromo in osvežilno grenkobo. Vendar je hmelj že dolgo znan tudi kot zdravilna rastlina. Nekatere njegove sestavine ostanejo tudi v pivu, tako da to ni le osvežujoča pijača, ampak ima tudi zdravilne lastnosti. Postopek se nadaljuje v varilnici. Z varjenjem dosežemo optimalne pogoje za delovanje encimov in pripravimo čim boljšo hrano za delovanje kvasovk. Poleg slada je nujno potrebna kakovostna voda, s katero navlažimo slad in ga zmeljemo. To fazo imenujemo drozganje, mešanico vode in slada pa drozga. V posebnih posodah z dvigovanjem temperature ustvarjamo pogoje za delovanje encimov in s tem za razgradnjo snovi v sladu. Pri nižjih temperaturah se pod vplivom proteoličnih encimov razgrajujejo beljakovine, pri višjih temperaturah pa pod vplivom amiolitičnih encimov ogljikovi hidrati. Snovi, ki tako nastanejo, imenujemo ekstrakt, tekočino pa sladica. Sladico s precejanjem ločimo od netopnih delov slada, ki jih zaradi preostankov ekstrakta še izpiramo z vodo. Mešanico, ki ji pravimo pivina, kuhamo v kuhalni posodi, kjer ji v več obrokih dodajamo hmelj. Pivino prečrpamo v posebno posodo, kjer se sedimentira vroča usedlina. Pivino nato ohladimo na začetno temperaturo vrenja, prezračimo s sterilnim zrakom in dodamo kvas, da se začne alkoholno vrenje, pri katerem nastajajo alkohol, ogljikov dioksid in stranski produkti. Sprošča se tudi toplota, zato je treba za vzdrževanje želene temperature pivo med vrenjem ohlajati. Po končanem vrenju nastane mlado pivo, ki ga ohladimo, mu odstranimo kvas in ga prečrpamo v tanke za zorenje, kjer dobi pri temperaturi okrog nič stopinj zaokrožen okus in aromo ter se nasiti s CO2. Proces poteka pod pritiskom in traja nekaj dni. Po končanem zorenju je pivo še vedno bolj ali manj motno. Da bi dosegli kristalno čistost piva in njegovo obstojnost, ga moramo še prefiltrirati. Pred polnjenjem pivo toplotno obdelamo - pasteriziramo, s čimer podaljšamo predvsem biološko trajnost piva. Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, ZGODOVINA BIOPROCESA 2.1 Prvi začetki Pijače iz raznih vrst žit so znali pripravljati že najstarejši narodi. Ta umetnost je znana v vseh delih sveta, tudi pri najprimitivnejših ljudstvih. Večinoma so to mlečne kisle pijače, ki ne vsebujejo nič ali le malo alkohola. Najstarejši odkrit dokument, ki nedvoumno izpričuje proizvodnjo piva, je glinasta ploščica, na kateri je vrezan prizor varjenja piva v žrtvene namene. Ploščico so našli na področju Mezopotamije in je stara 8000 let (6000 let pr.n.št.). Najstarejši znani pivovar je egipčanski mojster, ki je varil pivo pred 6400 leti (Repe, 1993 ). Slika 1: Egipčanska ploščica-prvi varilec piva. (http://www.history-of beer.com) V stari Mezopotamiji so obstajala številna velika polja posejana z ječmenom. Pekli so kruh in varili pivo. Pivo so izdelovali iz posebnega, v ta namen pripravljenega kruha, ki so ga stlačili z ječmenovim sladom in pustili, da je fermentiral, občasno pa so mu dodajali tudi cimet, dateljne in med. Pivo so uporabljali tudi za žrtvene verske obrede. Tudi Egipčani so se precej ukvarjali s pivom. Vse svoje znanje so uprizorili in shranili vklesano na templje in vtisnjeno na žgane glinaste plosče. Pekarne in pivovarne so bile med najpomembnejšimi proizvodnimi obrati. Varili so najboljše pivo za bojevnike, duhovščino in vladarje, ki so ga delali iz prebranega ječmena in ga filtrirali, navadno pivo pa je bilo namenjeno kmetom in delavcem. V mnogih svetovnih muzejih hranijo pivovarniške posebnosti kot na primer pivski vrč, ki ga je uporabljal faraon Tutankamon. Tudi prebivalci svete dežele so poznali pivo imenovano sicero. Ob tem omenjajo kralja Davida, ki si ga se danes lastijo kot svojega zaščitnika. Sesterokraka zvezda, sestavljena iz dveh prekrižanih enakostraničnih trikotnikov, izvira iz davnine in pomeni znamenje za pivovarja. Vse do srednjega veka so pivo v glavnem pripravljale ženske, pili pa so ga pretežno moški. V srednjem veku so pričeli prenašati pivovarstvo iz družinskega kroga v prav temu namenu posvečene obrate. Pivovarne so bile v glavnem v moških samostanih in ženskih konventih, delno so obstajale tudi mestne pivovarne. Pivo je v tem času spremenilo namembnost. Iz pijače za kultne namene, kakor tudi za vsakdanje domače namene, pripravljene v vsakem gospodinjstvu, je čedalje bolj postajalo izdelek priviligiranih stanov. Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, Pojav hmelja in začetki modernega pivovarništva Skoraj 6000 let so pili pivo brez hmelja. Z njegovo uporabo se za ne obdobje modernega pivovarništva. V srednji Evropi se hmelj prvi omenja kot dodatek pivu v neki listini samostana Convey leta 822. Njegova raba se je prihodnja stoletja v nemških deželah dokaj posplošila. Na českem je hmelj že v 12. stoletju splošen poljski pridelek. Prvi se omenja varjenje piva na češkem v Visegradu pri Pragi leta V 15. in 16. stoletju je bilo pivovarništvo na Českem, Moravskem in v Sleziji že močno razvito. Varili so dve vrsti piva, belo iz pšenice in rdeče iz ječmena. Izjemoma so uporabljali tudi oves (Repe, 1996, str. 19). Slika 2 : Obiralci hmelja v 15. stoletju. (http://www.history-of beer.com) 2.3. Prehod na industrijsko proizvodnjo Mejnik v razvoju moderne pivovarske tehnologije je bila uvedba parnega stroja leta 1821 v Munchenski pivovarni Spaten, kar je omogočilo prehod od tedanje izključno rokodelske proizvodnje v strojni obrat. Radikalni preobrat v kakovosti piva pa je pomenila uvedba hladilnega stroja, ki ga je prvi v isti pivovarni postavil Carl von Linde leta Do tedaj so namreč lahko za proizvodnjo piva potrebno nizko temperaturo vzdrževali le pozimi z naravnim ledom, ki so ga vlagali v kleti. Iznajdba umetnega hlajenja pa je omogočila tudi uveljavitev metode spodnjega alkoholnega vrenja in s tem uvedbo proizvodnje piva taksnega okusa, kot ga poznamo danes. Pred tem so pivo lahko pričeli variti šele oktobra, sezona varjenja pa je bila končana aprila. Do konca 18. stoletja so pivo transportirali izključno v lesenih hrastovih sodih različnih velikosti: osminka (12.5 l), četrtinka ali»viertel«(25 l), polovica ali»halbe«(50 l),»hekto«(100l) in»doppler«(200l). Leta 1880 je Pusch razvil prvi strojni polnilnik za sode, leta 1905 pa je Adolf Baschofen patentiral postopek in napravo za izobarometrično polnjenje piva v sode v sodu pred polnjenjem ustvarijo nadtlak, zato se pri polnjenju iz piva ni razgradil ogljikov dioksid, kar se je ohranilo do danes (Pivovarna Union, 1980, str. 15). Leta 1861 se je popolnoma udomačilo pivo v steklenicah, ki je bilo bolj kakovostno, bolj rezko in je ostalo dalj časa sveže kot pivo iz soda. Ko pa so leta 1893 uvedli se etiketiranje steklenic, so lahko potrošniki videli celo datum polnjenja in s tem izbrali najbolj sveže pivo. Po letu 1960 je iz Anglije prodrla revolucionarna novost: starodavne lesene sode so zamenjali cilindrični kovinski sodi. Za razvoj pivovarstva na današnjo tehnološko raven pa ni bil potreben le tehnični razvoj, temveč tudi številne znanstvene raziskave Pasteura, Hansena, Lindnerja in Kocha. Pasteur je šele pred 140 leti razjasnil bistvo fermentacije, ki je osnovni proces proizvodnje piva. Šele to odkritje je pomagalo, da se je pivovarstvo začelo razvijati z vrtoglavo hitrostjo. Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, Proizvodnja v 20. stoletju Pivovarniška industrija se je v 20. stoletju razvila v eno največjih in najpomembnejših industrijskih panog. Velikemu razcvetu pivovarstva pred prvo svetovno vojno je med obema vojnama sledil padec proizvodnje. Sesule so se mnoge pivovarne, nekatere so propadle zaradi pomanjkanja surovin in drugih razlogov; mnoge je prizadela prohibicija v nekaterih državah, največ pa je storila gospodarska kriza v tridesetih letih. Za prva desetletja tega stoletja je bila značilna krepitev velikih imperijev na račun majhnih. Tako so nastali pivovarniški imperiji. Veliki so kupovali majhne, v nekaterih primerih so obdržali blagovne znamke majhnih pivovarn, ki so varile dobro pivo. Ameriška pivovarna Anheuser-Busch je danes največja pivovarna na svetu. Njihov rekord je 40 milijonov hektolitrov v enem letu. Drugo veliko ime pivovarstva je Guinness, ki je se danes največji izvoznik piva (Repe, 1993, str. 127). Najpomembnejše vrste ale piv so: Saisons (Sezonsko) naravno dozorelo pivo, ki ga varijo v belgijski Valoniji in na severu Francije; Braubiere (Rjavo pivo) je pivo temnorjave barve, poznano v Britaniji kot Brown Ale ; Altbier (Staro pivo); Palen Ale, Burton Pale Ale je grenko pivo proizvedeno na Irskem in v Franciji in pa pivo Porter, ki je najbolj tipično londonsko pivo. Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, MIKROBIOLOŠKE OSNOVE BIOPROCESA 3.1 Uvod Kvasovke so enocelični organizmi, spadajo med glive, ki jih v pivovarstvu uporabljamo za fermentacijo sladkorjev slada v alkohol in CO 2. Za uspešno rast potrebujejo kvasovke fermentabilne ogljikovodike, vir dušika, vitamine in minerale. Te snovi načeloma že vsebuje slad. Če kvasovka the snovi ne dobi, lahko pride do mutacij same kvasovke, slabe sedimentacije med fermentacijo, nezaželjenega okusa ali slabe stabilnosti piva, lahko se celo ustavi fermentacija. Potrebna količina hranil varira od vrste kvasovke. Poleg alkohola in CO2 med fermentacijo kvasovke proizvajajo še druge bioprodukte, kot so razni estri, aldehidi, višji alkoholi, maščobne in organske kisline in žveplene spojine. Koncentracije slednjih so zelo nizke, hkrati pa imajo zelo nizko stopnjo zaznavnosti in veliko prispevajo k organoleptičnim lastnostim piva. Na njihovo koncentracijo moramo paziti in jo uravnavati. Pomagamo si z prezračevanjem slada in z uravnavanjem temperature in tlaka. Na kocentracijo vpliva tudi vrsta kvasovke. Življenjski cikel kvasovke med fermentacijo: A) lag ali pripravljalna faza-v tej fazi kvasovke kopičijo rezervno hrano. Pride do povišanja celičnega volumna in do znižanja celične mase. Sprva energijo za razmnoževanje črpajo iz rezervnega glikogena šele kasneje začnejo asimilirati sladkorje iz slada B) rastna ali respiracijska faza-začne se ko kvasovke nakopičijo dovolj rezervne hrane. Na površju slada se začne delati pena zaradi izločanja CO 2. V tej fazi kvasovke uporabljajo O 2 iz slada za oksidacijo različnih kislinskih component. Posledica je padec ph-ja. C) fermentacijska faza-zacne se ko kvasovke porabijo ves kisik (fermentacija je namreč anaeroben process) in traja od 3 do 7 dni. Značilno je zmanjšanje specifične teže slada, proizvaja se CO 2, etanol in ostali bioprodukti. Med tem časom so kvasovke v suspenziji, kar jim omogoča največji možni stik z sladom. Posledica je hitra fermentacija. D) sedimentacijska faza-začne se ko v sladu zmanjka fermentabilnih sladkorjev. V tej fazi se kvasovke zbirajo v kosmih in usedajo na dno fermentacijske posode. Sprožijo sintezo glikogena in se pripravljajo na mirovanje V biotehnološki proizvodnji piva poznamo 2 tipa kvasovk. Saccharomyces cerevisiae, kvasovka zgornjega vrenja s katero proizvajamo ale piva in Saccharomyces carlsbergensis, kvasovka spodnjega vrenja s katero proizvajamo lager piva ali po slovensko ležak. 3.2.Saccharomyces cerevisiae Spada v rod Saccharomyces ta rod spada v družino Saccharomycoideae, ta druižina pa spada pod družino Saccharomycetaceae, ki sodi še v večjo skupino Ascomycetes. Njena optimalna temperatura delovanja je od 15 do 22 C. Nižje temperature fermantacijo upočasnijo, pod 10 C pa se bioproces ustavi. Značilna za njih je hidrofobična površina. Posledica tega je zbiranje celic v kosmih in ločevanje od piva, slada. Ti kosmi se vežejo na Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, CO2 mehurčke in se z njimi dvigajo na površino in tam ustvarjajo debel gost kosem, zato jim tudi pravimo kvasovke zgornjega vrenja. Od kvasovke S. Carlsbergensis se ločijo tudi po tem, da ne morejo fermentirati disaharid melibioze. Biotehnološka proizvodnja ale piv, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA 4.1 Kemizmi slajenja Razgradnja škroba Škrob se v ječmenu nahaja v obliki zrnc, ki so sestavljena iz 98% kemijsko čistega škroba, ostali delež pa predstavljajo več ali manj skeletne substance, kot so proteini, lipidi, hemiceluloze in razne vlaknine. Zrnca vsebujejo še razne minerale, kot so fosfati, kalcij in magnezij. Sam škrob pa je sestavljen iz 30% amiloze in 70% amilopektina. Amiloza je nerazvejana vijačna veriga sestavljena iz glukoznih enot povezanih z α-1,4-glikozidnimi vezmi. En zavoj je dolg 6 glukoznih enot. Amilopektin pa je razvejana veriga sestavljena iz glukoznih enot povezanih z α-1,4 in α-1,6-glikozidnimi vezmi na razvejitvenih mestih. Amiloza in amilopektin se med slajenjem z pomočjo različnih encimov razgrajujeta direktno do monosaharidov ali do oligo in polisaharidov različnih velikosti. Cilj razgradnje škroba je pridobiti določeno količino fermentabilnih sladkorjev, ki se bodo med alkoholnim vrenjem spremenili v etanol. Encimi, ki sodelujejo pri razgradnji spadajo med karbohidraze: β-amilaza deluje tako, da hidrolizira 1,4-vezi amiloze in amilopektina z nereducirajočega konca in odceplja maltozne enote,s tem da se razgradnja amilopektina pri 1,6-vezi ustavi. α-amilaza hidrolizira 1,4-vezi amiloze z sredine verige. Vsakič se odcepi po en heliks. Dobivamo različne oligosaharide,čez dalj casa pa maltotrioze, maltoze in glukoze. Amilopektin pa razgrajuje izključno tako hidrolizira 1,4-vezi med razvejitvenimi mesti in dobivamo dekstrine, ki še ne morejo fermentirati. Mejna dekstrinaza hidrolizira α-1,6 vezi, ki jih α in β-amilazi ne moreta razgraditi. Nastaja
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks