Završni rad
Andriana Đurić
SADRŢAJ INDEKS ...........................................................................................................................................2 1. UVOD ..........................................................................................................................................3 2. OPŠTE KARAKTERISTIKE PROIZVODNJE PIVA ..............................................................5 2.1. PROIZVODNJA SLADOVINE ..................................................................................6 2.1.1. Drobljenje slada ............................................................................................6 2.1.2. Ukomljavanje slada .......................................................................................7 2.1.3. Filtracija komine ...........................................................................................7 2.1.4. Kuvanje sladovine sa hmeljom .....................................................................7 2.1.5. Dodavanje hmelja .........................................................................................8 2.1.6. Odvajanje sladovine od hmeljnog tropa .......................................................8 2.1.7. HlaĎenje i bistrenje sladovine .......................................................................8 2.2. GLAVNO I NAKNADNO VRENJE ..........................................................................9 2.2.1. Alkoholno vrenje ..........................................................................................9 2.2.2. Naknadno vrenje i zrenje piva ....................................................................10 2.3. BISTRENJE I ISTAKANJE PIVA. GOTOVO PIVO ..............................................10 2.3.1. Filtracija piva ..............................................................................................10 2.3.2. Punjenje piva ...............................................................................................11 3. KARAKTERISTIKE PIVA KAO NAPITKA I ZNAČAJ .......................................................12 3.1 HEMIJSKI SASTAV I OSOBINE PIVA ...................................................................12 4. UGLJENDIOKSID KOD NAKNADNOG VRENJA I ODLEŢAVANJA PIVA ...................13 4.1. UREĐAJI ZA ODLEŢAVANJE PIVA .....................................................................16 4.1.1. Leţni tankovi ..............................................................................................17 4.1.1.1. Horizontalni tank za pivo .............................................................17 4.1.1.1. Vertikalni tank za pivo .................................................................18 4.2. ŠPUND APARATI ....................................................................................................19 5. KARBONIZACIJA PIVA ........................................................................................................20 5.1. METODE KARBONIZACIJE ..................................................................................20 5.2. KARBONIZATORI ...................................................................................................21 6. UTICAJ UGLJENDIOKSIDA NA PENIVOST I STABILNOST PENE ...............................24 7. ZAKLJUČAK ...........................................................................................................................27 8. LITERATURA .........................................................................................................................28 1
Završni rad
Andriana Đurić
INDEKS SLIKE: Slika 1. Proizvodnja piva u Egiptu.......................................................................................... Slika 2. Blok šema tehnološkog procesa proizvodnje piva..................................................... Slika 3. Deo linije punjenja piva............................................................................................. Slika 4. Vrste piva................................................................................................................... Slika 5. Horizontalni tank za pivo............................................................................................ Slika 6. Vertikalni tank za pivo................................................................................................ Slika 7. Špund aparat sa polugom............................................................................................ Slika 8. Aparat za zasićavanje piva ugljendioksidom............................................................. Slika 9. Kolonski karbonizator................................................................................................. Slika 10. Pivo sa dobrom penom i ‘’kapom’’...........................................................................
4 5 11 12 17 18 19 22 23 26
TABELE: Tabela 1. Rastvorljivost ugljendioksida u vodi i u etilalkoholu..............................................
2
16
Završni rad
Andriana Đurić
1. UVOD Pivo je staro koliko i ljudska istorija. Tokom istorije proizvodni proces i kvalitet piva su prošli i još uvek prolaze kroz brojne promene. Prema drevnim iskopinama i zapisima arheolozi su utvrdili da su stari Vavilonci proizvodili pivo u domaćinstvu još 7000 godina p.n.e. Imali su 16 vrsti piva a za varenje su koristili ječam i pšenicu. Odavde se prenela proizvodnja piva u drevni Egipat, Persiju, Grčku i dr. zemlje. Egipćani su znali da prave pivo već 2000 godina pne. (slika 1) (www.pivnica.net/izpovijesti-pivarstva/105/). Proizvodnja piva i hleba bila je svakodnevna aktivnost u starom Egiptu, gde se i jedno i drugo redovno pravilo kod kuće. Ţene su bile te koje su pravile pivo od ječmenog hleba i prodavale ga. Istoričari smatraju da se pivo pripremalo mrvljenjem dobro uskislog, slabo pečenog hleba, u vodi i vrenjem procedjene tečnosti. Iako su stari Egipćani znali da od ţitarica pripremaju osveţavajuće piće zvano synthum, u koje su dodavali gorko korenje i začine, hmelj nisu koristili kao začin. Egipćani su upotrebljavali dvostepeni postupak: prvo su zrnevlje pošećerili, što objašnjava raznoliku morfologiju skrobnih zrnaca u staroegipatskim ostatcima piva, a zatim su odliveni rastvor šećera i skroba previrali u pivo. Mesopotamski pivari nisu cedili pivo, pa je u tečnosti plivalo i zrnevlje ječma. Zato je gost uz zemljani vrč piva dobijao i cevčicu od jedne vrste palme ili trske. Grci su, primajući civilizaciju od Egipćana, naučili i veštinu proizvodnje piva, za njima Rimljani, pa stari Germani i onda ostale evropske zemlje. U tim vremenima pivo je pravljeno iz slada, ali bez hmelja, tako da je dobijen proizvod bio veoma kiseo. Tada su u pivo dodavali različite trave - pelin, lupin glog, šafran i dr. Primena hmelja predstavlja vaţno otkriće i čini osnovu savremene tehnologije piva. Hmelj se prvi put počeo koristiti u Novogorodskoj Rusiji. Usavršavanje parne mašine veoma se povoljno odrazilo na razvitak pivarstva. Najvaţniji tehnički pronalazak predstavlja pronalazak mašine za hlaĎenje. Zahvaljujući najvaţnijim naučnotehničkim dostignućima u 19. veku stvoreni su uslovi za pretvaranje usitnjenih preduzeća u velike mehanizovane fabrike piva. (www.tehpiva.tripod.com). Pivo je slabo alkoholno piće sa prijatnom aromom po hmelju i prijatnim nagorkim ukusom. Osnovne karakteristike piva su: mali sadrţyaj alkohola prijatna gorčina i aroma po hmelju stabilna pena i osveţavajući karakter Osveţavajući karakter ili reskost piva potiče upravo od ugljendioksidakoji se nalazi njemu i koji je specifično rastvoren i vazan u pivu i koji pored ovog najvaţnijeg senzornog uticaja ima još i mnogo uticaja na karakteristike piva kao pića. Stoga je zadatak i cilj ovog rada da prikaţe uticaj ugljendioksida na karakteristike i osobine piva kao i njegov značaj za pivo kao piće širokih narodnih masa. Pored toga opisace se postupci i ureĎaji u tehnologiji piva gde se postiţe karbonizacija i kako se odrţava potrebni nivo sadrţaja ugljendioksida koji će dati potreban nivo kavaliteta piva.
3
Završni rad
Andriana Đurić
Slika 1. Proizvodnja piva u Egiptu (www.pivnica.net/iz-povijesti-pivarstva/105/)
4
Završni rad
Andriana Đurić
2. OPŠTE KARAKTERISTIKE PROIZVODNJE PIVA Na slici 2 data je blok šema tehnološkog procesa proizvodnje piva.
Slika 2. Blok šema tehnološkog procesa proizvodnje piva Pod pivom se podrazumeva slabo alkoholno piće, koje se proizvodi u procesu alkoholnog vrenja iz slada, hmelja, vode i pivskog kvasca. Voda je glavni deo svih napitaka. Ona sluţi kao 5
Završni rad
Andriana Đurić
rastvarač. Slad daje pivu sastojke ekstrata od kojeg zavisi punoća ukusa i koncentracija osnovnog ekstrata piva. Hmelj konzervira pivo i daje mu ugodan miris i gorak ukus, dok pivski kvasac izaziva alkoholno vrenje u kome šećer prelazi u alkohol i ugljen dioksid. Proizvodnja piva se deli na nezavisne tehnologije:
Tehnologija slada Tehnologija piva
Tehnologiju slada obuhvata: čišćenje i sortiranje ječma, močenje ječma, klijanje ječma, sušenje zelenog slada, oslobaĎanje slada od klice i poliranje. Tehnologija piva obuhvata: 1. Proizvodnja sladovine 2. Glavno i naknadno vrenje 3. Bistrenje i punjenje piva
2.1. PROIZVODNJA SLADOVINE Proizvodnja sladovine prikazuje proces proizvodnje sladovine u klasičnoj pivari koji se moţe podeliti na sledeće faze: 1. 2. 3. 4. 5.
Drobljenje slada Ukomljavanje ili ekstrakcija slada Filtracija komine Hmeljenje sladovine Bistrenje i hlaĎenje sladovine
2.1.1. Drobljenje slada Drobljenje slada predstavlja mehaničku pripremu slada za ekstrakciju. Glavni zadatak drobljenja slada je olakšavanje i ubrzavanje fizičkih i biohemijskih procesa rastvaranja sadrţaja zrna u toku ukomljavanja radi maksimalno mogućeg prevoĎenja eksraktivnih materija u vodeni rastvor, tj. sladovinu. Slad mora biti čist, sortiran i sa jednoličnom veličinom zrna, što je sve od posebnog značaja za postizanje dobrog sastava prekrupe. Na prinos ekstrakta utiče i stepen usitnjavanja slada. Kod drobljenja slada i boljeg usitnjavanja endosperma postavlja se zadatak da se plevica mnogo ne ošteti , odnosno usitni.
6
Završni rad
Andriana Đurić
2.1.2. Ukomljavanje slada Suština procesa ukomljavanja leţi u prevoĎenju nerastvornih materija slada i nesladovane ţitarice u rastvorni oblik putem enzimske hidrolize. U sladu ima malo sastojaka koji se rastvaraju u vodi (10-15%) od ukupne teţine suve materije. Sastojci slada rastvorljivi u vodi su: šećeri, deo belančevina i proizvoda njihove razgradnje, te male količine pentozana, pentoza, heksozana i heksoza, pektina, taninskih i gorkih kiselina. Sve ove supstance brzo prelaze u rastvor, a najznačajniji deo zrna slada, koga čini skrob, nije rastvorljiv. Pored skroba ima još jedan deo belančevina u sladu koji je u nerastvorljivom obliku. Da bi mogli preći u rastvor, glavni sastojci zrna: skrob i belančevine moraju se dalje razgraditi putem enzimske hidrolize. Ova enzimska razgradnja odvija se pod uticajem amilolitičkih i proteolitičkih enzima. Amilaze razgraĎuju skrob na maltozu, glukozu, maltotriozu i više dekstreine. Proteaze prevodi sloţene belančevinske supstance do aminokiselina. Fitaza razgraĎuje fitin na inozitol i fosfate, a lipaza razgraĎuje masti.
2.1.3. Filtracija komine Pošto su u toku procesa ukomljavanja i kuvanja sve rastvorene materije prešle u sladovinu, nuţno je da se ona odvoji od nerastvorenih delova tropa. Postupak filtracije se vrši u dve faze: prva faza je oticanje prve sladovine, koja ima veću koncentraciju osnovnog ekstrakta,tzv. prvenac i druga faza - ispiranje ekstrakta iz tropa koja se vrši putem ekstrakcije sa toplom vodom.
2.1.4. Kuvanje sladovine sa hmeljom Kod kuvanja sladovine sa hmeljom prelaze gorke i aromatske materije u sladovinu, a belančevine se izdvajaju u krupne pahuljice koje se postepeno taloţe i sladovina se bistri. U toku procesa kuvanja dešavaju se sledeće fizičko-hemijske promene:
razgradnja i rastvaranje hmelja i njegovih preraĎevina, ekstrakta u jednostavnije spojeve koagulacija belančevina i izdvajanje belančevina u vidu pahuljica isparavanje vode u cilju postizanja standardne koncentracije osnovnog ekstrakta sterilizacija sladovine inaktivacija enzima bojenje sladovine oksidacija sladovine obrazovanje redukujućih materija
Zadatak kuvanja je stabilizacija sastava sladovine uz gore navedene fizičko-hemijske promene. Sa dodatkom hmelja postiţe se njegova ekstrakcija koja utiče na kvalitet piva (ukus, biološku stabilnost, penu). Kraj kuvanja se praktično odreĎuje prema koncentraciji ekstrakta u sladovina, prema izdvajanju belančevina u vidu pahuljica i prozirnosti vruće sladovine. U sladovini i u pivu nalaze se materije koje se veţu sa kiseonikom i stvaraju nerastvorni oblik taninsko-belančevinskih kompleksa koji su uzročnici zamućenja piva usled dugog stajanja. Zbog toga je vaţno da u sladovini postoje redukujuće supstance koje mogu da suzbiju oksidaciju koja 7
Završni rad
Andriana Đurić
nastaje aeracijom. Ove supstance su tzv. reduktoni, dolaze sa sirovinama u sladovinu, i stvaraju se u procesu kuvanja.
2.1.5. Dodavanje hmelja Količina hmelja koja se dodaje u sladovinu varira od 200-500g po hektolitru piva. To zavisi od više faktora:
zahtevima i ukusu potrošača kvalitetu hmelja tipu i vrsti piva sastavu vode kvalitetu slada
Svetla piva u odnosu na tamna zahtevaju 20-30% više hmelja po hektolitru piva. Razlog je da svetla piva treba da imaju hmeljnu gorčinu, dok su tamna piva slabo aromatičnog ukusa.
2.1.6. Odvajanje sladovine od hmeljnog tropa Nakon završenog kuvanja hmeljne sladovine ona se prepumpava preko cedila za hmelj u taloţnjak. Na dnu hmeljnog cedila nalaze se sita gde ostaje hmeljni trop i deo koagulisanih belančevina, a bistra sladovina izlazi kroz sita i odlazi do taloţnjaka. Hmeljni trop koji ostaje u cedilu sadrţi dosta upijene sladovine koja se ispira toplom vodom. Danas se u modernim pivarama kada se radi sa ekstraktima hmelja i jako male količine nativnog hmelja dodaje se u zadnjoj fazi za postizanje arome, hmeljni trop se odvaja direktno u vrtloţnom taloţniku (’’Virpool’’) zajedno sa toplim talogom.
2.1.7. HlaĎenje i bistrenje sladovine Zadatak procesa hlaĎenja je sniţavanje temperature koja odgovara potrebama početnog stadijuma vrenja i zasićavanje kiseonikom iz vazduha u cilju podsticanja vrenja. Osim toga treba da se izdvoji talog kako bi se dobila bistra sladovina kao jedna od osnovnih preduslova za proizvodnju piva visokog kvaliteta. U sladovini koja dolazi na hlaĎenje nalaze se belančevine koje čine fini talog. Sniţenjem temperature one se taloţe kao i druge materije. Za vreme hlaĎenja sladovina se mora zasititi kiseonikom iz vazduha i osloboditi grubog taloga. U vezi ovog zahteva sladovina se hladi u dve faze, pa dobijamo dve vrste taloga - vrući i hladni talog. Vrući talog koaguliše u vidu krupnih pahuljica prilikom taloţenja sladovine. Hladni talog počinje da se izdvaja na temperaturi ispod 60° C.
8
Završni rad
Andriana Đurić
2.2. GLAVNO I NAKNADNO VRENJE 2.2.1. Alkoholno vrenje Osnovu tehnologije dobijanja piva sačinjava alkoholno vrenje. Proces vrenja je ţivotna pojava disanja kvasca, kada dolazi do razgradnje šećera u alkohol i ugljenu kiselinu (Pasterova vitalna teorija vrenja). C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 + E
E = 29 kcal
Posle Pastera pojavila se i nova teorija prema kojoj treba alkoholno vrenje posmatrati posledicom delovanja enzima, a kvasac je neophodan kao nosilac enzima vrenja. Enzim koji se nalazi u kvascu dobio je ime cimaza. Uzročnici svih vrsta vrenja su mikroorganizmi koji proizvode enzime kao specifične izazivače hemijskih promena. Sve te mikroorganizme moţemo podeliti u tri glavne grupe, i to: 1. kvasci 2. bakterije 3. plesni Za proizvodnju piva koriste se pivski kvasci. U pivarstvu kvasci se dele na pahuljaste i praškaste. Pahuljasti kvasci imaju niţi stepen prevrenja sladovine jer se zgrušavaju u pahuljice i imaju manju kontaktnu površinu sa sladovinom. Praškasti kvasci imaju viši stepen prevrenja sladovine, jer je veća površina njihovih ćelija u kontaktu sa sladovinom. Ovi kvasci imaju odreĎene osobine značajne za tok alkoholnog vrenja. One se ogledaju u sledećem: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
brzini razmnoţavanja brzini i trajanju vrenja bistrenja piva brzini taloţenja kvasca sposobnosti za prevrenje piva ukusu piva
Na sladovini prilikom vrenja dolazi do vidnih promena. Te promene se mogu podeliti na sledeće faze: 1. 2. 3. 4. 5.
niska bela pena srednja pena visoka pena opadanje pene hlaĎenje i taloţenje
1. Prvi znaci vrenja se pokazuju stvaranjem belog pokrivača od pene koju stvara ugljendioksid, a koji se oslobaĎa prilikom vrenja i prelazi u atmosferu. Pri kraju ove faze vrenja 9
Završni rad
2.
3. 4.
5.
Andriana Đurić
počinju se nakupljati male količine hmeljnih smola i belančevinskih materija, što se naziva faza niske bele pene. U ovom stadijumu mehurići ugljen-dioksida razvijaju se intenzivnije i nastaje gušća kompaktna pena, koja se počinje podizati. Usled pojačanog izdvajanje hmeljnih smola, pena dobija ţućkasto-smeĎu boju. Boja zavisi od hemijskog sastava i koncentracije sladovine i vrste kvasca i količine hmelja. Treća faza predstavlja fazu najintenzivnijeg zrenja. U ovoj fazi temperatura dostiţe maksimum, a nastajanje pene je najintenzivnije. Četvrta faza je karakteristična po tome što se u njoj pored smenjivanja pene i njenog postepenog propadanja dolazi do flokulacije pene i bistrenja piva. Pena se postepeno gubi i na kraju površina piva ostaje pokrivena tankim slojem pene. Proizvod dobijen na kraju ove faze naziva se "mlado pivo". U ovoj fazi se pivo hladi kako bi se ubrzalo taloţenje kvasca i postigla temperatura 4-5° C. Za odreĎivanje završetka glavnog vrenja sluţi stepen prevrelosti i spoljni znaci na površini sladovine, odnosno "mladog piva". Pivo se uzima u čašu od 50ml i kada se dobro prosvetli treba da pokazuje suspendovane čestice na dnu i to bi bio znak da se dobro izbistrilo i da je proces glavnog vrenja završen.
2.2.2. Naknadno vrenje i zrenje piva Za naknadno vrenje karakteristična je lagana fermentacija šećera, pri kojoj se odigravaju isti procesi kao kod glavnog vrenja, ali oni teku sporije. Brzina biohemijskih reakcija procesa se smanjuje usled niţih temperatura i manjeg broja ćelija kvasca po jedinici zapremina piva, jer se glavni deo kvasca uklanja po završetku glavnog vrenja. U toku naknadnog vrenja oksidoredukcioni potencijal piva opada, tom prilikom dolazi do oksidacije nestabilnih materija, usled čega se pojavljuje fino oksidaciono zamućenje, koje se samo delimično odstranjuje filtracijom, a ostatak se otklanja prirodnim taloţenjem. Ovo bistrenje piva predstavlja drugu fazu vrenja i sastoji se u tome što ćelije kvasca apsorbuju belančevine zamućenja i druge suspendovane materije koje padaju na dno. U toku naknadnog vrenja koagulišu se belančevine, taninske materije i hmeljne smole. U toku zrenja menja se ukus mladog piva, dolazi do smanjenja gorčine što se objašnjava procesom koagulacije i razgradnje hmeljnih smola.
2.3. BISTRENJEI ISTAKANJE PIVA. GOTOVO PIVO 2.3.1. Filtracija piva Poznato je da u toku procesa glavnog vrenja i zrenja dolazi do odreĎenih fizičko-hemijskih i senzornih promena u sastavu i osobinama piva. Pivo se bistri, ćelije kvasca i druge suspendovane materija belančevinsko-taninskog kompleksa se taloţe, a osloboĎeni ugljen-dioksid se veţe za pivo, tako da poprima svoj konačan sastav, ukus i druge osobine. Filtrirano pivo treba da bude kristalno bistro, sa potrebnom trajnosti, ukusom i ostalim karakteristikama. Radi toga, filtracija ima veliki značaj kao poslednja faza proizvodnog procesa, jer tek filtrirano pivo ima sve one
10
Završni rad
Andriana Đurić
karakteristike koje traţe potrošači. Danas se u svetu u cilju postizanja bistrenja piva primenjuju dva osnovna postupka, i to: a. separacija piva b. filtracija piva
2.3.2. Punjenje piva Filtrirano pivo dolazi u tankove pod pritiskom u kojima treba da se zadrţi 8-12h pre punjenja. Zadrţavanje piva u tankovima ima svrhu da se pivo ohladi na temperaturu 1-2°C kako bi se sprečilo penušanje u procesu otakanja piva. Pivo se puni pod izobarometarskim pritiskom na liniji za otakanje piva (slika 3) (www.vladars.net). Pod ovim pojmom se podrazumeva konstanti protiv-pritisak ugljendioksida kojim se omogućava normalno punjenje piva i koji sprečava gubitak ugljendioksida i oksidacija piva. (www.tehpiva.tripod.com)
Slika 3. Deo linije punjenja piva (www.vladars.net)
11
Završni rad
Andriana Đurić
3. KARAKTERISTIKE PIVA KAO NAPITKA I ZNAČAJ Pivo je penušavo osveţavajuće piće sa karakterističnom aromom po hmelju i sa prijatnim nagorkim ukusom. Pošto je zasićeno ugljendioksidom, i pošto sadrţi male količine etilalkohola, pivo ne samo što utoljava ţeĎ, nego i doprinosi poboljšanju opšteg stanja organizma čoveka. Pošto predstavlja dobar emulgator hrane, pivo doprinosi postizanju pravilnije razmene materija i povećanju iskorišćenja pojedinih sastojaka hrane u organizmu. Pored toga, ekstrakt piva organizam veoma lako i potpuno asimiluje. U pivu postoje i izvesne količine vitamina, kao npr., vitamina B1-tiamina, B2-riboflavina, H-biotina, B6-piridoksina, a znatno više vitamina PPniacina. Pivo poboljšava apetit. Zbog svoje hranljive vrednosti i prijatnog karakterističnog ukusa, pivo je kao napitak veoma rasprostranjeno(Malcev, 1967).
3.1 HEMIJSKI SASTAV I OSOBINE PIVA Glavni sastojci gotovih piva su voda, alkohol, ugljen-dioksid i ekstrakt (neprevreli deo ekstrakta). Zavisno od vrste (slika 4) (www.vesti-online.com) piva sadrţaj alkohola se kreće od 2-6%. Pored etil alkohola u pivu se nalaze male količine viših alkohola. U pivu normalno ima 0,30-0,40% ugljen-dioksida. Prisustvo ugljendioksida deluje povoljno na ukus, daje sveţinu, a predstavlja i vaţnu komponentu za penušavost piva. Sposobnost drţanja pene zavisi o količini i hemijskom sastavu ekstrakta. Od piva se traţi da pri punjenju u čašu peni, tako da se ova gusta i čvrsta pena zadrţi na površini najmanje 3 minuta. Mehurići ugljendioksida koji se diţu od dna ka površini pomaţu odrţavanju pene. Ekstrakt piva preteţno čine ugljeni hidrati i manja količina proteina, aminokiselina, glicerina i sastavnih delova hmelja. Od sastava ekstrakta zavisi punoća ukusa piva. Hemijski sastav ekstrakta ne zavisi samo od vrste slada, nego i načinu proizvodnje sladovine i voĎenju fermentacije, odnosno stepenu konačnog prevrenja na kraju fermentacije.
Slika 4. Vrste piva (www.vesti-online.com) 12
Završni rad
Andriana Đurić
4. UGLJENDIOKSID KOD NAKNADNOG VRENJA I ODLEŢAVANJA PIVA Naknadno vrenje i odleţavanje piva imaju presudnu vaţnost obzirom na ukus, penivost i stabilnost piva. Za naknadno vrenje karakteristicna je lagana fermentacija, usled niţih temperatura i manjeg broja ćelija kvasaca, Jedan od ciljeva naknadnog vrenja je karbonizacija piva, tj. njegovo zasićavanje ugljendioksidom. Ugljendioksid je najvaţniji sastojak piva. On mu daje prijatan i osveţavajući ukus, potpomaţe nastajanje pene, štiti pivo od dodira sa kiseonikom iz vazduha, i konzerviše pivo pošto sprečava razmnoţavanje stranih štetnih mikroorganizama. U mladom pivu nakon završenog glavnog vrenja ima oko 0,2% rastvorenog ugljendioksida, dok ga u gotovom pivu ima 0,35-0,40%. Za nakupljanje potrebnih 0,2% ugljendioksida potrebno je utrošiti pribliţno oko 0,4% ekstrakta koji moţe da prevri. Fermentacijom ostataka šećera nastaje ugljendioksid, koji se rastvara u pivu u količini koja je upravo proporcionalna pritisku u leţnim tankovima, a obrnuto proporcionalan temperaturi piva. Za normalno zasićavanje piva ugljendioksidom potrebno je da naknadno vrenje teče mirno, i da u mladom pivu bude ne manje od 1% ekstrakta koji moţe da prevri. Potreba viška ekstrakta koji moţe da prevri objašnjava se čitavim nizom razloga: u prvom redu, u toku naknadnog vrenja se, po pravilu, nikada ne dostiţe granični stepen prevrelosti; drugo, u prvom stadijumu naknadnog vrenja (kada je ureĎaj za špundovanje otvoren) dolazi do gubitka ugljendioksida; treće, ugljendioksid se vezuje tek nakon izvesnog vremena posle dostizanja pritiska špundovanja. Rastvorljivost gasovitog ugljendioksida pokorava se Henry-jevom zakonu, prema kome je koncentracija ugljendioksida u tečnoj fazi utoliko veća, ukoliko je veći njegov parcijalni pritisak u gasovitoj fazi. Prema tome, količina gasa koja prelazi u rastvor, proporcionalna je pritisku iznad rastvora: P K= --c gde je: p – pritisak gasa iznad tečnosti; c – koncentracija gasa rastvorenog u tečnosti; K – konstanta; ona se menja sa promenom temperature rastvarača. Rastvaranjem u vodi, gasoviti ugljendioksid daje ugljenu kiselinu, koja je nestabilna i razlaţe se ponovo na ugljendioksid i vodu: CO2 + H2O ↔ H2CO3 Ipak, ugljendioksid je u pivu vezan drugačije nego u vodi. Iz piva se ugljendioksid izdvaja postepeno u obliku sitnih mehurića i polako, pri čemu nastaje pena. Pivo se moţe osloboditi od ostatka ugljendioksida tek nakon jakog mućkanja i zagrevanja. Iz gazirane se vode, meĎutim, ugljendioksid oslobaĎa burno i brzo. Prema jednoj od hipoteza, glavni deo gasovitog ugljendioksida nalazi se u pivu u stanju presićenosti. U nekim se tečnostima rastvaraju veće količine gasa, no što bi se moglo očekivati 13
Završni rad
Andriana Đurić
na osnovu fizičkih zakona (tzv. metastabilna ravnoteţa sistema tečnost-gas). Deo gasa u tečnosti koji se nalazi u stanju prezasićenosti, razlikuje se od ostale količine gasa, koja odgovara rastvorljivosti na datoj temperaturi, po tome što se on moţe lako izdvojiti iz rastvora mehaničkim putem, dok se ostatak gasa moţe izdvojiti samo ako se promeni pritisak, ako se rastvor zagreje, ili ako se ukloni rastvarač. U špundovanom pivu najveći deo ugljendioksida nalazi se u stanju presićenosti. Stanje presićenosti gasa u pivu postiţe se nakon dugotrajnog mirnog odleţavanja piva. Vezivanje i nakupljanje ugljendioksida u pivu moguće je zahvaljujući tome, što se naknadno vrenje odigrava u zatvorenim rezervoarima pod povišenim pritiskom. Ako je pritisak u leţnom tanku 1,28 bar (1,3 at), sadrţaj ugljendioksida u pivu iznosi 0,390-0,410%; ako se pritisak povisi na 1,47 bar (1,5 at), sadrţaj ugljendioksida se povećava na 0,470-0,480%. Prema tome, pivo se zasićava, pa čak i presićava ugljendioksidom zbog toga što se u ureĎajima za vrenje nalazi pod povišenim pritiskom. Prosečno, pod normalnim uslovima naknadnog vrenja, presićenost piva ugljendioksidom dostiţe 30-40%. Presićenost piva ugljendioksidom razlikuje se od presićenosti vode; ovo se objašnjava time, što se u pivu ugljendioksid koji nastaje fermentacijom nalazi u posebnom fizičkom stanju u obliku koloidnog rastvora sitnih mehurića, stabilizovanih adsorpcionim opnama koje se stvaraju na njihovim površinama. U toku procesa fermentacije nastaju kao sporedni proizvodi u malim količinama koloidno rastvorene materije velikih površinskih aktivnosti. Ove materije grade na površinama sitnih mehurića, ili čak na površinama najmanjih tragova gasovite faze zaštitne (stabilizacione) opne. Ove adsorpcione opne, koje obavijaju mehuriće čim se oni počnu stvarati, sprečavaju koalescenciju, tj. spajanje mehurića meĎusobno, i samim tim usporavaju proces njihovog prodiranja nagore. Osim toga, one mogu usporavati difuziju gasa iz spoljne presićene sredne u mehurić. Sve ovo dovodi do znatnog usporavanja nastajanja stanja presićenosti nakon smanjenja pritiska, u poreĎenju s slučajem, kod koga je presićenost postignuta jednostavnom saturacijom vode pod pritiskom. Prema drugoj pretpostavci, usporeno nestajanje stanja presićenosti izazvano je činjenicom, što u toku fermentacije nastaju vrlo nestabilna hemijska jedinjenja tipa estara ugljene kiseline, koja se nakon smanjenja pritiska postepeno raspadaju uz oslobaĎanje slobodnog ugljendioksida. Jedan deo ugljendioksida stupa u hemijske reakcije sa aminokiselinama i etilalkoholom. Time nastaju estri ugljene kiseline. Izrazita razlika bukea gotovog piva od bukea mladog piva delimično se objašnjava prisutnošću estara ugljene kiseline. Razlika nastajanja dietil estra ugljene kiseline predstavlja se sledećim reakcijama: C2H5OH + HOH + CO2 ↔ C2H5OCOOH + H2O; C2H5OH + C2H5OCOOH ↔ (C2H5O)2CO + H2O. Estri ugljene kiseline su nestabilni. Ako se uslovi odleţavanja piva izmene, ili ako se na pivo deluje fizičkim sredstvima, prikazana ravnoteţa sistema se raspada uz nastajanje alkohola i ugljendioksida. Prema tome, ugljendioksid se u pivu nalazi u rastvorenom i u vezanom obliku. IzmeĎu pojednih oblika ugljendioksida postoji sledeća dinamička ravnoteţa:
RCO2
→
rastvoreni CO2 ↔ CO2 gas,
14
Završni rad
Andriana Đurić
gde je RCO2 – vezani ugljendioksid. Sporo oslobaĎanje ugljendioksida prilikom otakanja piva i njegovog nalivanja u čaše objašnjava se takoĎe i na osnovu fizičkohemijskih osobina ekstrakta – adsorpcije. Pivo je smeša pravih vodenih rastvora (alkohola, šećera, kiselina, soli) sa koloidnim rastvorima (dekstrina, belančevinastih materija, pektina, hmeljnih smola i obojenih materija). Koloidi imaju veliku adsorpcionu površinu. Pozitivno naelektrisani koloidi piva adsorbuju po svojoj površini kiseline, pa prema tome i ugljendioksid. Prema tome, soli koloida uslovljavaju metastabilno stanje ugljendioksida, na osnovu čega se i objašnjava usporeno izdvajanje gasovitog ugljendioksida iz piva. Mućkanjem piva metastabilno stanje se narušava, i dolazi do brzog i burnog oslobaĎanja ugljendioksida. Sadrţaj ugljendioksida kod odreĎenog pritiska špundovanja zavisi od temperature piva. Povišenjem temperature za 1 °C, koncentracija ugljendioksida se smanjuje za oko 0,01%. Na zasićavanje piva takoĎe utiče i visina sloja piva u tanku za odleţavanje. Visina stuba piva od 1 m odgovara pritisku od 0,098 bar (0,1 at); ovaj pritisak povišava sadrţaj ugljendioksida u pivu za 0,03%. Zbog toga se kod tankova visine 3 m, u donjim slojevima piva nalazi oko 0,09% ugljendioksida više, nego u gornjim slojevima. Rastvaranje ugljendioksida u pivu teče polako tako da se nikada, pa čak ni kod vrlo malih količina ugljendioksida, sav nastali gas ne rastvara, nego se nakuplja nad površinom piva i stvara povišeni pritisak u tanku. Na rastvaranje ugljendioksida ne utiče samo vrednost pritiska, nego i trajanje odleţavanja pod datim pritiskom. Trajanje špundovanja (prebivanja piva pod datim pritiskom) ne moţe se tačno odrediti. Smatra se da je za dostizanje odreĎene koncentracije ugljendioksida u pivu potrebno da ono bude pod povišenim pritiskom špundovanja bar 8-14 dana, pošto se proces karbonizacije piva uglavnom završava nakon 8 dana špundovanja. Veoma je vaţno da se pravilno odabere trenutak početka špundovanja. Sa špundovanjem treba otpočeti tada, kada pritisak usled izdvajanja ugljendioksida usled naknadnog vrenja još uvek raste. Početak špundovanja zavisi od sadrţaja materija koje mogu da prevru u mladom pivu. Pivo sa velikim stepenom prevrelosti (malim sadrţajem ekstrakta koji moţe da prevri) treba špundovati ranije. Višak ugljendioksida do koga moţe doći usled dugotrajnog špundovanja ili odleţavanja piva pod povišenim pritiskom špundovanja, moţe biti čak štetan. U prešpundovanom pivu ima više ugljendioksida, no što bi odgovaralo na osnovu hemijskog sastava i fizičkih osobina ekstrakta; pri tome se najveći deo ugljendioksida nalazi u stanju presićenosti. Stanje presićenosti piva ugljendioksidom ima veliki praktični značaj za filtraciju i otakanje piva. Ako pritisak špundovanja naglo opadne, dolazi do tako burnog oslobaĎanja viška ugljendioksida, da se počne oslobaĎati i ugljendioksid koji se u pivu nalazi u metastabilnom stanju. Ovim se dobija pivo sa nedovoljno stabilnom penom, praznim i oštrim ukusom. Na rastvorljivost gasa utiče i rastvarač. Tako je, npr., rastvorljivost ugljendioksida u alkoholu znatno veća nego u vodi. Ako se zna sadrţaj ekstrakta i etilalkohola u pivu, moţe se odrediti količina ugljendioksida u njemu. Zapremina i teţina ugljendioksida u pivu kod date temperature i datog pritiska moţe se izračunati na osnovu tabele 1 (Malcev, 1967.).
15
Završni rad
Andriana Đurić
Tabela 1. Rastvorljivost ugljendioksida u vodi i u etilalkoholu kod raznih temperatura i kod barometarskog pritiska od 760 mmHg (8356 N/m2) (Malcev, 1967.). temperatura, mililitara CO2 po mililitru °C tečnosti voda alkohol 0 1,7967 4,3295 1 1,7207 4,2368 2 1,6481 4,1466 3 1,5787 4,0589 4 1,5126 3,9736 5 1,4497 3,8908 6 1,3901 3,8105 7 1,3339 3,7327 8 1,2809 3,6573 9 1,2311 3,5844 10 1,1847 3,5140 11 1,1416 3,4461 12 1,1016 3,3807 13 1,0653 3,3177 14 1,0321 3,2573 15 1,0020 3,1993
temperatura, mililitara CO2 po mililitru °C tečnosti voda alkohol 16 0,9753 3,1438 17 0,9519 3,0908 18 0,9318 3,0402 19 0,9150 2,9921 20 0,9014 2,9465 21 0,8900 2,9034 22 0,8860 2,8628 23 0,8710 2,8427 24 0,8630 2,7890 25 0,8560 2,7558 26 0,8505 2,7251 27 0,8460 2,6969 28 0,8420 2,6711 29 0,8390 2,6478 30 0,8370 2,6270
4.1. UREĐAJI ZA ODLEŢAVANJE PIVA Sazrevanje piva je najdugotrajniji proces. Punoća ukusa, penivost i stabilnost piva u znatnoj meri zavise od uslova odleţavanja,tako na pr. odeljenje za odleţavanje piva mora biti hladno, čisto i suvo. U prostorijama mora postojati dobra ventilacija. Stabilno pivo se moţe dobiti samo ako je temperatura njegovog odleţavanja dovoljno niska. Temperatura u odeljenju za odleţavanje treba da bude u granicama od 1 -2 ºC . Kao i odeljenja za glavno vrenje ,odeljenja za odleţavanje piva mogu biti podzemna i nadzemna . Izgradnja nadzemnih odeljenja za odleţavanje piva je jeftinija, tako da im se često daje preimućstvo. Odeljenje za odleţavanje piva postavlja se u blizini odeljenja za glavno vrenje, ili ispod njega. HlaĎenje piva se mora vršiti postepeno, jer ako se pivo naglo hladi nepovoljno utiče na naknadno vrenje,oteţava prenos toplote i nepovoljno utiče na ukus piva. Korišćenje leţnog odeljenja zavisi od veličine i oblika tankova za odleţavanje piva. Najbolji koeficijent iskorišćenja površine i zapremine leţnog podruma dobija se kod postavljanja armiranobetonskih tankova pravougaonog preseka, a metalni tankovi se postavljaju jedan iznad drugoga u dva-tri reda.
16
Završni rad
Andriana Đurić
4.1.1. Leţni tankovi Naknadno vrenje i sazrevanje piva se odvija u hermeticki zatvorenim metalnim rezervoarima cilindričnog oblika, koji se još zovu leţni tankovi. Oni se prave od čelika,aluminijuma,emajliranih metala ili od armiranog betona. Za vreme naknadnog vrenja i odleţavanja piva ovi ureĎaji nalaze se pod malim unutrašnjim pritiskom, koji je neophodan za prirodnu karbonizaciju piva. Leţni tankovi mogu biti horizontalni i vertikalni. Na svakom tanku na donjem delu nalazi se manipulativni otvor, a na gornjem aparat za špundovanje. Visina tankova ne treba da bude veća od 2m, mada se u praksi ponekad primenjujui tankovi visine ili precnika do 3m. Kod veće visine tankova pivo se sporije bistri i usled velike razlike visina, u raznim slojevima sadrţi različite koncentracije ugljendioksida.
4.1.1.1. Horizontalni tank za pivo Horizontalni tank predstavlja hermetički zatvoreni metalni cilindar sa ispupčenim dancima. Na njemu se nalazi slavina za punjenje i praţnjenje tanka (1), manipulativni otvor (2), probne slavine za uzimanje uzoraka (3), priključak za špund-aparat ili aparat za regulisanje pritiska (4), priključak za manometar (5), priključak za komprimovani vzduh (6), te nosači za vazduh (7). Svi ovi elementi i armatura tanka prikazani su na slici 5 (http://www.njuskalo.hr). Tankovi se postavljaju na čelične pojaseve, oslonjene sa po dva čelična nosača, napravljena po obliku dizalice, čija se visina reguliše pomoću zavrtnja. Kod postavljanja tankova obezbeĎuje se nagib od 10 mm po poduţnom metru na stranu slavine za otakanje. Kod montaţe aluminijumskih tankova,izmeĎu cilindra i čeličnog nosećeg pojasa postavlja se izolacioni materijal, koji sprečava nastajanje galvanskog sprega. Ovakav galvanski spreg mogao bi dovesti do korodiranja aluminijuma.
Slika 5. Horizontalni tank za pivo (http://www.njuskalo.hr)
17
Završni rad
Andriana Đurić
4.1.1.2 Vertikalni tank Vertikalni tank za pivo (slika 6) (www.alibaba.com) razlikuje se od horizontalnog po načinu postavljanja i razmeštanja manipulativnog otvora i armature. On se postavlja na pojaseve – krstaše, čiji krajevi leţe na četiri stojeća nosača tipa dizalice.
Slika 6. Vertikalni tank za pivo (www.alibaba.com) Vertikalni tank za pivo sastoji se od: 1 - manipulativnog otvora, 2 - priključka za špundaparat, 3 - probne slavine, 4 - slavine za punjenje i praţnjenje tanka , 5 - sigurnosnog ventila . Izolacioni sloj mora biti hemijski inertan obzirom na materijal tanka i mora biti dielektrikum, što je naročito vaţno kod čeličnih leţnih tankova. Za unutrašnje premaze čeličnih leţnih tankova u inostranstvu upotrebljavaju se epoksi smole, kako čvrste,tako i tečne. Pored sintetskih smola upotrebljava se specijalna pivarska smola, koja se pravi od kolofonijuma, parafina i biljnog ulja, takoĎe se upotrebljava bakelitni lak. Aluminijumske i tankove od nerĎajućeg čelika ne treba ničim premazivati. Spoljašnje površine čeličnih tankova premazuju se bojom otpornom na vlagu. Maksimalna zapremina jednog tanka ne treba da bude veće od dnevne realizacije piva. Celokupna količina piva treba da se otoči odjednom. Ako se otace u više partija dolazi do gubitka ugljendioksida i ulaska vazduha u tank, čime se oštećuje kvalitet proizvoda.
18
Završni rad
Andriana Đurić
4.2. ŠPUND APARATI U toku naknadnog vrenja nastaje znatno više ugljendioksida nego što ga se moţe rastvoriti u pivu. Višak gasa nakuplja se u prostoru iznad piva, i povišava se pritisak iznad odreĎene granice, tako da je potrebno automacki odvoditi. Prilikom odvoĎenja viška ugljendioksida iz tankova , u njima se mora odrţavati strogo odreĎeni pritisak, koji ni u kom slučaju ne sme opasti. Ako bi pritisak opao,došlo bi do narušavanja ravnoteţe, pri čemu rastvoreni ugljendioksid prelazi u gasovito stanje,tako da se u pivu pojavljuju fini mehurići gasa, koji se penju nagore, mute pivo i narušavaju normalni tok izbistravanja. Za odrţavanje piva pod odreĎenim pritiskom koriste se specijalni regulatori pritiska, koji se još zovu špund aparati. Špund aparat omogućava da pivo odleţava u tanku ili buretu pod stalno jednakim pritiskom. Prilikom porasta pritiska višak ugljendioksida se otpušta automacki. Konstrukcije špund aparata su različite. Neki od njih su po konstrukciji slični najobičajnijim manometrima za tečnosti, koje se sastoje od spojenih sudova ispunjenih vodom ili ţivom. Špund aparati sa vodom ili ţivom izgubili su praktični značaj kod zamene drvenih sudova za odleţavanje sa aluminijumskim tankovima. Silfonski špund aparati koji su se pojavili 1954.god. sloţeni su i nisu našli širu primenu. U poslednje vreme kao špund aparati počinju da se koriste sigurnosni ventili na principu poluge, opruge ili membrane, kod kojih se ugljendioksid otpušta tek kada pritisak dostigne odreĎenu vrednost. Oni se pričvršćuju na slavinu za špundovanje. Membrenski špund aparati su velikog kapaciteta, tako da mogu opsluţivati po nekoliko tankova. Cev koja spaja špund aparat i manometar sa tankom mora se lako skidati, kako bi se mogla čistiti. Na slici 7 prikazan je špund aparat sa polugom, čije je šuplje telo spojeno sa poluţnim ventilom i manometrom. Telo aparata spaja se za odvod gasa iz tanka . Pritisak u tanku automacki se odrţava na datoj vrednosti postavljanjem tega na odgovarajući poloţaj grduisane poluge. Poluţni aparat radi automacki i drţi tank potpuno hermetički zatvoren do trenutka u kome pritisak unutar tanka ne dostigne odreĎeni pritisak. Sastoji se od: 1 - poluge, 2 – tega, 3 – tela, 4 – ventila, 5 - manometra (Malcev, 1967.).
Slika 7. Špund aparat sa polugom (Malcev, 1967.) 19
Završni rad
Andriana Đurić
5. KARBONIZACIJA PIVA Karbonizacija piva je proces zasićavanja piva gasovitim ugljendioksidom. Postoji prirodna karbonizacija, i veštačka karbonizacija piva. Prirodna karbonizacija je proces koji prati alkoholno vrenje, i odigrava se u toku glavnog vrenja, i naročito, naknadnog vrenja, u toku koga se jedan deo nastalog gasa rastvara u pivu. Veštačka, tj. naknadna karbonizacija vrši se retko, i to samo u slučajevima kada u pivu nema dovoljno ugljendioksida. Pod normalnim uslovima pivo se dovoljno zasićava ugljendioksidom za vreme naknadnog vrenja u leţnim tankovima. Ali, ako se pivo proizvodi iz osnovne sladovine sa malim sadrţajem ekstrakta (do 6%), normalna karbonizacija ne moţe se ostvariti putem naknadnog vrenja. Čak i kod piva sa velikim sadrţajem ekstrakta u osnovnoj sladovini ponekad se ne postiţe zadovoljavajuće zasićenje ugljendioksidom usled nehermetičnosti leţnog tanka (bureta) ili špund aparata, ili usled nedovoljne koncentracije ekstrakta koji moţe da prevri u mladom pivu koje je dovedeno u leţne tankove (Malcev, 1967.).
5.1. METODE KARBONIZACIJE Pivo se karbonizuje u raznim fazama tehnološkog procesa. Tako se, npr., ponekad najpre karbonizuje mlado pivo po završetku glavnog vrenja, pre prebacivanja u leţni tank. U tom cilju se mlado pivo provodi preko zatvorenog hladnjaka i kroz karbonizator. Karbonizovano pivo, koje je ohlaĎeno na 0 °C, odvodi se u leţne tankove. Posle odleţavanja, pre punjenja, pivo se po drugi put karbonizuje. Najčešće se karbonizuje filtrirano pivo, pri čemu se izmeĎu filtra i karbonizatora postavlja zatvoreni hladnjak. Po drugom postupku karbonizuje se pivo u leţnom podrumu. U tom cilju na leţnom tanku nalaze se manometar i sigurnosni ventil, koji se postavlja na 1,63 bar (1,66 at). Na bočnom zidu tanka, na visini 20-25 cm od dna, postavljaju se sveće od porozne mase. Spoljni kraj sveće – karbonizatora spaja se sa rezervoarima za gas. Pre dolaska u sveću, ugljendioksid iz rezervoara prolazi kroz reduktor, u kome mu se pritisak sniţava sa 16,68 na 1,28-1,47 bar (sa 17 na 1,3-1,5 at). Da bi se sprečilo zamrzavanje, reduktor se zagreva električnim grejačem. Posle spajanja spoljašnjeg kraja sveće-karbonizatora sa rezervoarom za gas, otvara se ventil. Ugljendioksid prolazi kroz poroznu membranu sveće i ulazi u pivo u obliku sićušnih mehurića. Rastvaranje ugljendioksida u pivu otpočinje tek nakon savlaĎivanja svih protivotpora: protivpritisak u samom pivu (oko 0,59 bar = 0,6 at), otpor poroznog zida sveće (oko 0,196 bar = 0,2 at) i teţina stuba piva iznad sveće (0,098 bar =0,1 at po 1 m visine). Iskustvo je pokazalo da je najpogodniji pritisak za karbonizaciju piva u horizontalnom tanku zapremine 230 hl 1,96 bar (2 at), kod protivpritiska od 1,62 bar (1,65 at); kod tanka zapremine 100 hl dovoljan je pritisak gasa od 1,77 bar (1,8 at), uz protivpritisak od 1,47-1,57 bar (1,5-1,6 at). Pivo gornjeg vrenja karbonizuje se kod pritiska ne većeg od 1,57 bar (1,6 at); ali, ako temperatura leţnog podruma iznosi 7-8 °C, a odleţavanje ne traje duţe od nedelju dana, pritisak gasa kod karbonizacije iznosi najmanje 1,96 bar (2 at). Trajanje karbonizacije u leţnim tankovima zavisi od pritiska gasa i temperature piva. Saglasno tome, minimalno vreme trajanja karbonizacije iznosi 48 h. UtvrĎeno je, npr., da je za karbonizaciju piva u tanku od 100 hl, kod pritiska od 1,77 bar (1,8 at) i temperature piva od 5 °C 20
Završni rad
Andriana Đurić
potrebno oko 60 h. Ako se pritisak gasa povisi na 1,96 bar (2 at), vreme trajanja karbonizacije skraćuje se na 48 h. Kod tanka od 200 hl, i vremena trajanja karbonizacije od 60 h, za karbonizaciju piva u leţnom tanku potrebno je oko 50-60 kg ugljendioksida. Zasićenost piva ugljendioksidom kontroliše se uzimanjem uzoraka. U trenutku uzimanja uzorka prekida se sa dovoĎenjem gasa. Ako se kod uzetog uzorka pojavi gusta pena od sitnih mehurića, visine 2 cm, koja se odrţava u toku 2 min., karbonizacija se prekida. Po završetku karbonizacije vrši se čišćenje sveća uronjavanjem u 10%-ni rastvor kaustične sode ili u hlornu vodu (2 g hlora na litar vode), u kojoj se one drţe 8 dana. Posle čišćenja sveće se temeljno spiraju destilovanom vodom do potpunog ispiranja sode ili hlora. Ovaj postupak je jednostavan i ne zahteva mnogo kontrole. Na ventilu za gas zadaje se odreĎeni pritisak; 2 do 3 puta dnevno pritisak se skoro potpuno sniţava da bi izašao vazduh i višak ugljendioksida, koji se nakuplja nad pivom. Obično se pivo karbonizuje posle filtracije i pre punjenja. Karbonizacija se tada vrši uvoĎenjem ugljendioksida u cevovod, kojim se pivo vodi od filtra u mašinu za punjenje. Da bi zasićavanje piva ugljendioksidom bilo što bolje, ono se hladi na 0,5-1 °C preko hladnjaka postavljenog iza filtera (Malcev, 1967.).
5.2. KARBONIZATORI Za karbonizaciju piva upotrebljavaju se kontinualni i diskontinualni ureĎaji. Kontinualni karbonizator je komora za mešanje, u koju se uvode ohlaĎeno pivo i ugljendioksid. Ugljendioksid ulazi u cilindar preko redukcionog ventila, pomoću koga mu se pritisak sniţava na 6,87-10,79 bar (7-11 at). Pri vrhu cilindra nalaze se uski otvori. Ugljendioksid pod pritiskom od 6,87-10,79 bar (7-11 at) ulazi u cilindar za razvoĎenje, iz koga kroz uske otvore ulazi u pivo i meša se sa njim. Na aparatu se ulazni otvor za dovoĎenje piva nalazi u visini otvora za izlazak ugljendioksida na cilindru. Pomoću klipa otvori se mogu po ţelji zatvarati i otvarati, čime se moţe regulisati dovoĎenje ugljendioksida. Pivo pomešano sa ugljendioksidom ide nagore, i prolazi kroz niz sita, usled čega se dalje vrši njihovo uzajamno mešanje. UgraĎivanjem sita se, prema tome, poboljšava zasićavanje piva ugljendioksidom. Kod ovog aparata se za 100 hl piva za karbonizaciju troši u proseku 15 kg ugljendioksida (slika 8.) Opisani karbonizator zadovoljava za kapacitet do 600 hl piva na sat. On se moţe upotrebiti takoĎe i za karbonizaciju piva u leţnim tankovima.
21
Završni rad
Andriana Đurić
Slika 8. Aparat za zasićavanje piva ugljendioksidom Aparat za zasićavanje piva ugljendioksidom sastoji se od: 1 - otvora za dovod ugljendioksida, 2 - cilindra, 3 - otvora za izlazak ugljendioksida i 4 sita. U ruskim pivarama upotrebljava se kolonski karbonizator. On se sastoji od mesingane kolone (karbonizatora) ispunjene staklenim kuglicama, bakarnog filtra za prečišćavanje gasovitog ugljendioksida, i bakarnog rezervoara za karbonizovano pivo (slika 9) (www.bastech.ru/equip/drinks/prig_napitkov/carbon/). Glavni deo aparata je kolona, u koju je na donjem delu ugraĎen raspršivač ugljendioksida. Iznad raspršivača nalazi se mesingana rešetka, na kojoj leţe staklene kuglice. Na gornjem delu nalazi se laterna za nadgledanje toka karbonizacije. Unutrašnja površina aparata koja je u dodiru sa pivom, prevlači se kalajom. Karbonizacija piva u kolonskom karbonizatoru vrši se na sledeći način: Filtrirano i ohlaĎeno pivo uvodi se kroz cev u donji deo kolone, i dolazi u dodir sa ugljendioksidom, koji pod pritiskom izlazi iz raspršivača. Ugljendioksid se u raspršivač dovodi iz balona, pošto mu se preko reduktora pritisak snizi na 1,47-1,96 bar (1,5-2,0 at), i pošto preĎe preko meĎufiltra od vate. Pivo pomešano sa ugljendioksidom dalje ide nagore, prolazi kroz mesinganu rešetku, i ulazi u glavnu zonu karbonizacione kolone, ispunjenu staklenim kuglicama. Zahvaljujući ovim kuglicama, pravac kretanja piva mnogo puta se menja. Na ovaj se način put piva u koloni znanto produţava, a površina dodira piva sa ugljendioksidom mnogostruko se povećava. Obrazovanje velike površine dodira izmeĎu tečne i gasovite faze pogodno je za brţe i bolje rastvaranje gasa, i za potpunije zasićavanje piva ugljendioksidom. Pivo zasićeno ugljendioksidom izlazi iz kolone i cevovodom odvodi se u rezervoar, iz koga pod proivpritiskom ugljendioksida odlazi u prihvatni rezervoar za filtrirano pivo. U ovom rezervoaru pivo pre punjenja odleţava 4 do 12 sati (Malcev, 1967.).
22
Završni rad
Andriana Đurić
Slika 9. Kolonski karbonizator ( www.bastech.ru/equip/drinks/prig_napitkov/carbon/) 1 - kolona (karbonizator), 2 - bakarni filtar za prečišcavanje ugljendioksida, 3 - rezervoar za pivo, 4 – slavina za ispuštanje gasa iz rezervoara 5 – raspršivač ugljendioksida, 6 – mesingana rešetka, 7 - laterna, 8 – bakarna rešetka, 9 – stativ, 10 - tronoţac, 11 – staklene kuglice, 12 – cevovod za pivo 13 – termometar, 14 – manometar (Malcev, 1967.).
23
Završni rad
Andriana Đurić
6. UTICAJ UGLJENDIOKSIDA NA PENIVOST I STABILNOST PENE Gusta i stabilna pena znak je dobrog kvaliteta piva. Pivo koje ima gustu i čvrstu penu ima punoću ukusa i dugo odrţava sveţinu. Pena predstavlja slabo dispergovan gas u maloj količini tečnosti, kod čega mehurići gasa nisu rasporeĎeni po masi tečnosti, nego su povezani meĎusobno tankim zidovima od tečnosti tako, da grade kompaktnu višećelijsku tvorevinu. Prema tome, pena je takav diperzioni sistem, u kome ulogu dispergovane faze igra gas, a disperzione tečnost. U peni dispergovana faza su mehurići ugljendioksida, a disperziona sredina – vodeni rastvor alkohola i ekstraktivnih materija. Nastajanje pene u pivu povezano je sa oslobaĎanjem mehurića ugljendioksida. Mehurići gasa na dodirnoj površini ugljendioksid – supstrat u vrenju obrazuju apsorpcioni sloj, u kome se koncentrišu površinski aktivne materije (pektini, gumaste materije, belančevinaste materije i proizvodi njihove razgradnje). Prema tome, svaki mehurić gasa obavijen je črstim zidom, koji ga štiti od spajanja sa drugim mehurićima i od raspadanja. Kada mehurić gasa doĎe nad površinu tečnosti, on povlači za sobom deo tečnosti kao opnu, i iznad dela mehurića koji je iznad tečnosti, nastaje nova opna. Ova je nova opna odvojena od postojeće slojem tečnosti. Struktura tečnog zida, koji obavija mehurić gasa, je sledeća: unutrašnja površinska opna (prvi adsorpcioni sloj), unutrašnji sloj tečnosti, i spoljašnja površinska opna (drugi apsorpcioni sloj). Slepljivanjem pojednih mehurića gasa nastaju ćelije pene. Najstabilnija je pena sa malim ćelijama i sa čvrstim površinskim opnama. Što je struktura opne sličnija strukturi čvrstog tela, to je opna čvršća. Belančevine, proizvodi njihove razgradnje, obojene materije, i u maloj meri dekstrini, adsorbuju se na površini, i postepeno prave tvrde opne. Pomenuti koloidi uz progresivno smanjivanje disperznosti prelaze iz stanja sola u stanje gela, usled čega pena postaje sve čvršća. Čiste tečnosti nemaju stabilnu penu zato, što sa stvaranjem pene dolazi do povećanja površine. Ovome se opire površinski napon tečnosti tako, da se mehurići raspadaju, i spajaju sa osnovnom masom tečnosti. Stabilnija pena se dobija kod rastvora površinski aktivnih materija, koje jako sniţavaju površinski napon. Ovakve materije, pošto pogoduju stvaranju pene, nazivaju se penušavci. Penušavci su albumoze, peptoni, smole, i gorke materije hmelja. Svaka pena vremenom nestaje usled promene površinskog napona. Trajanje postojanja pene, tj. njena stabilnost, vaţna je karakteristika pene. Pod pojmom stabilnosti pene podrazumeva se vreme (u sekundama ili minutima) koje protekne od trenutka nastajanja pene do trenutka njenog potpunog nestajanja. Najtačnija karakteristika stabilnosti pene je vreme postojanja jednog mehurića, koji se naziva elementarna pena. Pored površinske aktivnosti penušavca, na stabilnost pene znatno utiče i njihova sklonost ka pravljenju čvrstih adsorpcionih opni. Osnovna uloga penušavca je obrazovanje mehanički čvrstih strukturnih opni. Ako se u opni jedna materija zameni drugom, koja dobro adsorbuje materije koje daju čvršći površinski sloj, stabilnost pene se povećava. Ovakve materije se nazivaju stabilizatorima pene. Stabilizatori pene su pektinske i gumaste materije. Gume ječma i kvasca povoljno deluju na stabilnost pene. Nasuprot tome, ako se penušavac potisne iz površinskog sloja, i zameni materijom koja ima dobre adsorpcione osobine ali ima manju sposobnost obrazovanja pene, stabilnost pene se 24
Završni rad
Andriana Đurić
smanjuje. Ovakve materije, koje uništavaju penu, su antipenušavci. Odavde zaključak: nisu sve površinski aktivne materije dobri penušavci. Tako, etilalkohol, sloţeni estri, viši alkoholi, i isparljive kiseline, mada imaju mali površinski napon, nepovoljno deluju na stabilnost pene. Viši alkoholi i sloţeni estri su dobri antipenušavci. Sposobnost obrazovanja pene u pivu zavisi od koncentracije penušavca. Povećanjem koncentracije penušavca u rastvoru, stabilnost pene se u početku brzo povećava, dostiţe izvestan maksimum, i zatim se postepeno smanjuje. Stabilnost pene zavisi od stepena dispergovanosti koloidnih materija. Obzirom na stabilnost pene, optimalni su srednje dispergovani koloidi. Ovo se objašnjava time, što grubodisperzione čestice brţe koagulišu, a nastale velike hidratisane čestice usled svojih znatnih dimenzija i nepravilnih kontura razaraju strukturu pene. Tako, pivo koje je zamućeno usled hlaĎenja, ima slabu stabilnost pene. Ako se iz piva filtracijom uklone krupnije pahuljaste čestice, stabilnost pene se povećava. Filtracija deluje povoljno na stabilnost pene tada, kada se njome zadrţavaju krupnije česice, koje predstavljaju centre koagulacije sitnijih čestica, i uništavaju strukturu pene. Ako filtar zadrţava koloide srednje dispergovanosti (adsorpcija), stabilnost pene se smanjuje. Ako se dispergovanost koloida jako poveća, tako da se oni pribliţe pravim rastvorima, stabilnost pene se smanjuje. Da bi se obezbedila stabilna pena piva u trenutku izdvajanja ugljendioksida i nalivanja piva u čašu, potrebno je da u pivu pored već koagulisanih materija bude i materija koje mogu da koagulišu. Mešanjem odleţalog piva pre istakanja stabilnost pene se povećava. Ovo se objašnjava time, što pod odreĎenim uslovima u toku dugotrajnog odleţavanja piva dolazi do nepovoljnih odnosa stepena dispergovanosti koloida. Odleţalo pivo u izvesnoj meri predstavlja monodisperzioni sistem sa skoro jednakim dimenzijama koloidnih čestica. Mešanjem piva iz raznih leţnih tankova ostvarena ravnoteţa koloidnog stanja sistema se narušava, namesto monodisperzionog stvara se polidisperzioni sistem i dolazi do koagulacije. U buradi i u bocama pivo se nalazi pod izvesnim nadpritiskom, i predstavlja presićen rastvor gasa. Kod točenja ovog piva pritisak naglo opada, pivo u najboljem slučaju prelazi samo u zasićen rastvor, a višak ugljendioksida se izdvaja i podiţe se nagore. Pored toga, udarom struje piva o unutrašnju površinu čaše, ubrzava se izdvajanje ugljendioksida. Usled izdvajanja slobodnog ugljendioksida iz piva dolazi do stvaranja pene. Što se ugljendioksid sporije izdvaja, i što su mehurići izdvojenog ugljendioksida manji, to je pena kompaktnija. Dobra se penivost zapaţa kada je pivo dovoljno zasićeno ugljendioksidom. Pivo bogato ugljendioksidom, koje se ravnomerno peni, „hrani“ penu. Istovremeno sa uništavanjem gornjeg sloja pene, nanovo se stvara nova pena odozdo. Pivo ove vrste daje veliki sloj (kapu) pene. U visokim i uţim posudama nastaje više pene, i ona se duţe odrţava, nego u širokim posudama. Obzirom na penu i zasićenost piva ugljendioksidom, postavljaju se sledeći zahtevi: kod nalivanja piva u čašu moraju se polako izdvajati mehurići ugljendioksida, uz nastajanje kompaktne i stabilne pene. Usled mehaničkog udara u trenutku nalivanja, deo ugljendioksida koji se u pivu nalazi u stanju presićenosti, brzo se izdvaja uz zid čaše. Prema tome, u prvom trenutku brzina nastajanja pene je znatno veća od brzine njenog nestajanja, tako da nastaje kragna pene. Zatim se izdvajanje ugljendioksida usporava, raspadanje pene postaje brţe od procesa njenog nastajanja, i zapremina pene se smanjuje. Brzina iščezavanja pene zavisi od njene stabilnosti. Dobra penivost i stabilnost pene predstavljaju jedan od najvaţnijh problema pivarstva (slika 10) (www.agropress.org.rs).
25
Završni rad
Andriana Đurić
Praksa pokazuje, da se gusta i stabilna pena dobija ako se preraĎuje ječam bogat azotom, ako je ukomljavanje sporo, hmeljenje sladovine jako, fermentacija hladna i spora, i ako se u toku naknadnog vrenja u pivo dodaje pena iz faze glavnog vrenja. Ovi faktori pogodni su za stvaranje obilja koloida u pivu. Ponekad u toku opadanja, pena tamni, i na površini piva zaostaju ostrvca smeĎe boje i uljanog izgleda. Ova veoma nepoţeljna pojava nastaje usled oksidacije humulonske smole u prisustvu gvoţĎa. Ako se spreči rastvaranje gvoţĎa u pivu, sprečava se tamnjenje pene (Malcev, 1967.).
Slika 10. Pivo sa dobrom penom i ‘’kapom’’ (www.agropress.org.rs)
26
Završni rad
Andriana Đurić
7. ZAKLJUČAK Ugljendioksid je najvaţniji sastojak piva. On mu daje prijatan i osveţavajući ukus, štiti pivo od dodira sa kiseonikom iz vazduha, i konzerviše pivo pošto sprečava razmnoţavanje stranih štetnih mikroorganizama. Ugljendioksid takodje potpomaţe nastajanje pene, koja je osnovni pokazatelj kvaliteta piva.
27
Završni rad
Andriana Đurić
8. LITERATURA 1. Malcev P. M.: Tehnologija slada i piva, Poslovno udruţenje industrije piva, Beograd 1967. 2. www.agropress.org.rs 3. www.alibaba.com 4. www.bastech.ru/equip/drinks/prig_napitkov/carbon/ 5. www.njuskalo.hr 6. www.pivnica.net/iz-povijesti-pivarstva/105/ 7. www.tehpiva.tripod.com 8. www.vladars.net 9. www.vesti-online.com
28
