MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2012 DAVID NĚMEC

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav technologie potravin Problematika technologie nealkoholického piva v pivovaru Černá Hora Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Tomáš Gregor, Ph.D. Vypracoval: David Němec Brno 2012

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Problematika technologie nealkoholického piva v pivovaru Černá Hora vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. V Brně, dne podpis autora

4 Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Tomáši Gregorovi, Ph.D. za odborné vedení a rady při vypracování mé bakalářské práce a panu Vlastimilu Zedkovi za poskytnuté informace o výrobě nealkoholického piva v pivovaru Černá Hora.

5 Abstrakt V předkládané bakalářské práci se pojednává o výrobě nealkoholického piva. V první části je vymezen pojem nízkoalkoholické a nealkoholické pivo a jsou zde popsány dostupné postupy výroby nízkoalkoholických a nealkoholických piv. V další části bakalářské práce je popsáno zařízení pro výrobu nealkoholického piva, které bylo v roce 2007 instalováno do pivovaru Černá Hora jako prototypové zařízení o výkonu 270 l piva bez alkoholu za hodinu. Jedná se o vakuovou rektifikační výplňovou kolonu doplněnou o vařák, odlučovač oxidu uhličitého, dohřívač nástřiku, separátor a kondenzátor lihových par. Kolona byla projektována tak, aby koncentrace oddestilovaného alkoholu byla 40 % obj. a obsah alkoholu v pivu nepřekročil 0,04 % obj. Klíčová slova Postup výroby, vakuová destilace, nízkoalkoholické pivo, alkohol Abstract This Bachelor`s thesis deals with a production of non-alcoholic beer. In the first part the terms of low-alcohol and non-alcoholic beer are defined. In the following part a machine for low-alcohol beer production is described. This machine has been installed, as a prototype with an output of 270 litres of non-alcoholic beer per hour, in the Černá Hora brewery. It consists of a vacuum rectifier, still retort, carbon dioxide separator, and alcohol steam separator and condenser. Rectifier parameters were designed to reach an alcohol concentration in distillate about 40 % vol. and in final beer less than 0.04 % vol. Key words Production process, vacuum distillation, low-alcohol beer, alcohol

6 Obsah: 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ PŘEHLED Nízkoalkoholické a nealkoholické pivo Legislativa nízkoalkoholického a nealkoholického piva Metody výroby nízkoalkoholických a nealkoholických piv Postupy s úpravou technologie a receptury omezující tvorbu alkoholu Použití speciálních sladů s nízkou aktivitou β-amylázy a úpravou rmutovacího postupu Postup s vynecháním kvašení Výroba z mláta Smíchání piva s nezkvašenou sladinou nebo mladinou Oddělené zakvašení dvou mladin s různou koncentrací extraktu Využití inhibičního účinku tlaku Zahřátí kvasícího média Nízká teplota kvašení Limitované kvašení nízkokoncentrované mladiny Limitované kvašení vysokokoncentrované mladiny Postupy s využitím speciálních kvasinek nebo jiných mikroorganismů Použití imobilizovaných kvasinek Geneticky modifikované pivovarské kvasinky Použití kmene Saccharomyces ludwigii Produkce nízkoalkoholického piva s využitím jiných speciálních mikroorganismů Metody založené na odstranění alkoholu z piva Odpaření alkoholu z piva... 18

7 Odpaření s klesajícím filmem Vakuová destilace alkoholu Vakuový odpar s využitím talířové odstředivky Reverzní osmóza Dialýza Další metody pro odstranění alkoholu Senzorické odchylky VÝROBA NEALKOHOLICKÉHO PIVA V PIVOVARU ČERNÁ HORA Výroba piva Šrotování Vystírání a rmutování Scezování sladiny Chmelovar Chlazení mladiny a vyloučení hrubých kalů Hlavní kvašení Pivovarské kvasinky Propagace kvasnic Faktory ovlivňující průběh hlavního kvašení Stacionární spodní hlavní kvašení Stádia hlavního kvašení Dokvašování piva Filtrace Odstranění alkoholu z piva Popis aparatury Technologický postup výroby Čištění a sanitace Technické parametry linky... 36

8 4.2.5 Faktory ovlivňující správný chod linky Kontrola obsahu alkoholu Další sledované parametry Ekonomika výroby Produkty ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM TABULEK A OBRÁZKŮ SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK PŘÍLOHY... 46

9 1 ÚVOD Pivo je kvašený, slabě alkoholický nápoj, který se vyrábí z obilních sladů, vody a chmele za účasti mikroorganismů, tedy pivovarských kvasinek. Je to jeden z celosvětově nejpopulárnějších nápojů. Pivo je důležitou součástí ve výživě člověka i díky jeho příjemným smyslovým vlastnostem. Jeho výroba sahá hluboko do historie. Jako země původu je uváděna Mezopotámie, kde přibližně 7000 let před naším letopočtem lidé pěstovali různé obiloviny, především ječmen, pšenici a proso. Tyto obiloviny sloužily k výrobě chleba, ale také kvašených nápojů. Jednalo se o nápoje dosti odlišné tomu, jak pivo známe dnes. Nejstarší důkazy o výrobě piva v oblasti střední Evropy se datují do období asi 800 let před naším letopočtem. První písemně doložená zpráva o vaření piva v Čechách je z roku Ve středověku docházelo ke zdokonalování výroby piva a ve 14. století byly založeny první pivovary. V 18. století výsledky vědeckého bádání přinesly velký pokrok v poznání složitých chemických, fyzikálních a biochemických procesů při výrobě piva a výroba se stává opět dokonalejší. V této době české pivovarnictví produkuje piva specifických vlastností, které ovlivní vývoj tohoto oboru po celém světě. Ve 20. století se výroba piva stává i přes určité problémy během hospodářské krize a světových válek moderní a dochází k průmyslové velkoprodukci. A právě v období světových válek jsou vyráběna piva s nízkým extraktem původní mladiny, což způsobí i nízký obsah alkoholu v pivu. Nízkoalkoholická piva byla také vyráběna v USA v letech 1919 až V těchto letech byla výroba nízkoalkoholických piv následkem nedostatku surovin. K obnovení zájmu o výrobu nízkoalkoholických a nealkoholických piv dochází v sedmdesátých a osmdesátých letech 20. století a to hlavně z důvodu legislativy vztahující se k řízení motorových vozidel, přísnějším právním požadavkům na bezpečnost práce a zdravotním aspektům, které představují výhody v pití menšího množství alkoholu. V součastné době mohou být nealkoholická a nízkoalkoholická piva vyráběna různými technologickými postupy. I přes různorodost těchto metod lze produkovat nealkoholická a nízkoalkoholická piva jen přibližné chuti jako u piva s klasickým obsahem alkoholu, protože ten má zásadní vliv na chuť piva. Nicméně tato piva jsou nezávislými, kvalitními produkty, které mají svoje místo na trhu. 8

10 2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je popsat výrobu nealkoholického piva a jednotlivé technologie, které se používají pro výrobu nízkoalkoholických a nealkoholických piv. Dále pak představit a popsat výrobní zařízení pro výrobu nealkoholického piva, které je od roku 2007 instalováno v pivovaru Černá Hora. 9

11 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Nízkoalkoholické a nealkoholické pivo Nízkoalkoholická a nealkoholická piva se stávají oblíbenými výrobky. Ve skutečnosti v celém světě roste jejich popularita a to hlavně díky jejich typicky pivním rysům a nízkému obsahu alkoholu (Bell & Watson, 1999). Výroba nízkoalkoholických a nealkoholických piv byla občas zkoušena před více než 100 lety. V různých obdobích měla rozdílné příčiny. Pivo s nízkým obsahem alkoholu bylo ve značné míře vyráběno v době první a druhé světové války. Příčinou byl nedostatek surovin, piva se produkovala s velmi nízkým extraktem původní mladiny a s velkým podílem náhražek sladu k sypání, což vedlo k nízkému obsahu alkoholu v pivu. Také v USA se v letech 1919 až 1933 vzhledem k částečné prohibici připravovala piva s nízkým obsahem alkoholu (Moll, 1994). V sedmdesátých a osmdesátých letech 20. století mají pivovary zájem obohatit sortiment výrobků o nízkoalkoholická a nealkoholická piva. Tento obnovený zájem má zajistit růst výroby pomocí nových druhů piv v oblastech, kde je nejvyšší spotřeba piva, ale kde je již trh nasycen a nelze očekávat vyšší odbyt běžných výrobků. Je třeba podpořit zdravotní a bezpečnostní aktivity, které vedou k omezení konzumace alkoholických nápojů u pracovníků působících ve fyzicky náročných profesích, jako je například hutnictví a dále v oblastech, kde je vysoká spotřeba alkoholických nápojů. Také je snaha zajistit spotřebitelům možnost konzumace oblíbeného výrobku i při řízení motorových vozidel a obecně při dalších činnostech, při nichž je konzumace alkoholu zakázána (Basařová et al., 2010). Nealkoholická piva mohou konzumovat určité skupiny lidí, jako jsou profesionální sportovci, těhotné ženy a lidé, jejichž onemocnění nedovoluje konzumaci alkoholu. Také se pro pivovary otvírá možnost vývozu výrobků do zemí, kde je konzumace alkoholu zakázána zákonem nebo je nepřípustná z náboženských důvodů (Sohrabvandi et al., 2010). 10

12 3.2 Legislativa nízkoalkoholického a nealkoholického piva Klasické pivo obsahuje 2,5 až 13 % obj. etanolu. Největší podíl na celém světě tvoří piva s obsahem etanolu v rozmezí 3 6 % obj. V posledních letech dochází ke zvýšení podílu na trhu u piv s nízkým obsahem alkoholu a nealkoholických piv (Sohrabvandi et al., 2010). Rozlišení nízkoalkoholického a nealkoholického piva není v celém světě jednotné. Často se právní definice v různých zemích liší. K určitému sjednocení došlo v zemích Evropské unie. Jako nealkoholické pivo je zde označován výrobek s obsahem alkoholu do 0,5 % obj. a za nízkoalkoholické pivo je označován výrobek s obsahem alkoholu od 0,6 do 1,2 % obj. V USA a v Kanadě nesměly výrobky s obsahem alkoholu pod 0,5 % obj. nést název pivo, ale musely být označeny jako lehký sladový nápoj. V Japonsku jsou tato piva označována jako nápoj podobný pivu nebo nápoj chutnající jako pivo (Basařová et al., 2010). V Arabských zemích nesmí obsah alkoholu u nealkoholického piva překročit hodnotu 0,1 % objemových (Sohrabvandi et al., 2010). V některých regionech je u piva bez alkoholu požadováno, aby v něm nebyl přítomný žádný alkohol (Munroe, 1995), to znamená, že jeho obsah musí být pod společným analytickým detekčním limitem, který je 0,05 % obj. alkoholu (Caluwaerts, 1995). V České republice pivo se sníženým obsahem alkoholu musí obsahovat nejvýše 1,2 % objemových alkoholu. Toto pivo nesmí být požíváno řidiči před jízdou ani během jízdy. Naproti tomu nealkoholické pivo s obsahem alkoholu nejvýše 0,5 % objemových je určeno pro řidiče (Kosař et al., 2000). 3.3 Metody výroby nízkoalkoholických a nealkoholických piv V současné době existuje několik metod použitelných pro výrobu nízkoalkoholického a nealkoholického piva. Tyto postupy lze rozdělit do tří skupin. První skupinu tvoří receptury omezující tvorbu alkoholu během výroby piva úpravou technologického postupu. Takto vyrobená piva jsou ve většině případů ekonomicky méně náročná, ale v řadě případů mohou vykazovat určité příchutě. Především se jedná o mladinovou příchuť. Tato piva jsou také náchylná k možné kontaminaci. Druhou skupinou jsou procesy využívající speciální kvasinky nebo jiné mikroorganismy. Technologie z této skupiny jsou ekonomicky náročnější. Zvyšují se náklady na 11

13 přípravu speciálních variant mikroorganismů a obtížně se dosahuje organoleptických vlastností blízkých běžným pivům, zvláště pokud dojde k nahrazení pivovarských kvasinek jiným mikroorganismem. Do třetí skupiny se řadí technologie založené na odstraňování alkoholu z piva šetrnou cestou. Metody založené na tomto principu jsou energeticky a investičně nejnáročnější. Vyžadují poměrně drahá speciální zařízení, kterými dochází k redukci, popřípadě odstranění alkoholu nebo úpravě ředící vody. Z hlediska organoleptických vlastností se těmito metodami daří vyrobit piva, která jsou velice podobná pivům běžným (Basařová et al., 2010) Postupy s úpravou technologie a receptury omezující tvorbu alkoholu Piva vyráběná těmito postupy nevyžadují žádné speciální zařízení pro odstranění alkoholu. Takto vyrobené produkty mají často vyšší plnost, jsou sladší a mají výrazný mladinový charakter (Basařová et al., 2010) Použití speciálních sladů s nízkou aktivitou β-amylázy a úpravou rmutovacího postupu Metoda je založena na zkvašení mladiny s nízkým obsahem sacharidů, který se zajistí použitím sladů s malou aktivitou β-amylázy. Tím dojde i k redukci mladinové příchutě u vyrobeného piva (Basařová et al., 2010). Při varním postupu se omezuje amylolýza při nižší cukrotvorné teplotě 63 C. V mladině tak zůstane vyšší podíl zbytkového extraktu. Také se při výrobě nízkoalkoholických a nealkoholických piv snižuje koncentrace extraktu původní mladiny často na 5 až 8 % (Narziss et al., 2005). Tento výrobní postup se používá v řadě českých pivovarů. Zkvašuje se mladina ochlazená na teplotu 3 až 3,5 C a při krátkém kvašení se nechá teplota vystoupat nejvýše na 6 C. Poté se směs rychle ochladí na teplotu 0 C a pivo při této nízké teplotě zůstává dále ležet na kvasnicích, tím se obohatí o typické buketní látky, ale již se neprokvašuje. Následně se filtrací a stabilizací sníží v pivu hladina koloidních látek, především polypeptidů a polyfenolů, což zajistí fyzikálně-chemickou stabilitu (zabrání se vzniku nebiologického zákalu). Po filtraci se vyrobené pivo nasytí oxidem uhličitým, stočí se a pasteruje (Basařová et al., 2010). 12

14 Postup je třeba dokonale prověřit a upravit podle kvality zpracovávaného sladu i technologie konkrétního závodu. Jinak by výrobky mohly vykazovat silnější sladovou příchuť, která může být chuťově až velmi nepříjemná Postup s vynecháním kvašení Při tomto typu výroby nejsou do mladiny přidány žádné pivovarské kvasinky. Etapa kvašení je zcela vyloučena. Senzorické vlastnosti hotového výrobku nejsou optimální, je třeba je zlepšit řadou přísad. Takto vyrobené nealkoholické pivo bude vykazovat prázdnou chuť. Nicméně metoda je jednodušší a úspornější než jiné postupy a je v současné době uplatňována v některých islámských zemích, jako je například Írán (Sohrabvandi, 2008) Výroba z mláta Jedním z dalších výrobních postupů na přípravu nízkoalkoholického piva je výroba z mláta. Při výrobě piva z mláta je třeba mláto nejdříve extrahovat s vodou nebo ho podrobit kyselé hydrolýze. Získaná mladina s obsahem extraktu asi 7,6 % se 90 minut povaří s chmelem. Po prokvašení se nechá mladé pivo asi 14 dnů dokvašovat. Takto připravený produkt obsahuje 1 % objemové alkoholu a lze předpokládat, že se jen stěží bude blížit chuťovým vlastnostem u běžných piv (Basařová et al., 2010) Smíchání piva s nezkvašenou sladinou nebo mladinou Jde o naředění koncentrace alkoholu. Při tomto postupu se smíchá hotové pivo s nezkvašenou mladinou nebo sladinou. Takto připravená směs se nechá ležet několik týdnů na kvasnicích. Působením nízké teploty se omezí metabolizmus kvasinek a tím i vznik alkoholu. Následnými filtračními a stabilizačními úpravami se získá pivo se značně redukovaným obsahem alkoholu. Také u tohoto piva lze předpokládat, že bude vykazovat silnou sladinovou či mladinovou příchuť (Basařová et al., 2010). 13

15 Oddělené zakvašení dvou mladin s různou koncentrací extraktu Metoda využívá oddělené zakvašení dvou mladin s různou koncentrací extraktu a následné míchání podílu mladého piva z obou várek. Metoda pochází z Anglie, jedná se o takzvaný Barrel-patent. Podle použitých podílů mladého piva s rozdílným stupněm prokvašení a rozdílným obsahem alkoholu se připravují piva s různou koncentrací etanolu. K zajištění vhodných organoletických vlastností piva je možné regulovat množství těkavých látek jejich převodem během kvašení z jedné várky do druhé (Basařová et al., 2010) Využití inhibičního účinku tlaku V tomto případě se kvašení provádí pod tlakem a při nízké teplotě. V primární fázi kvašení, kdy je produkováno požadované množství alkoholu a senzoricky významných látek, dojde ke zvýšení hydrostatického tlaku na hodnoty, při kterých je fermentace omezena nebo úplně zastavena. Zvýšení tlaku lze provést například oxidem uhličitým. Pro zvýšení účinnosti se proces provádí za nízkých teplot (Sohrabvandi et al., 2010) Zahřátí kvasícího média Další z postupů, u kterého se využívá působení fyzikálních veličin k zastavení nebo omezení fermentace, je metoda, při níž dojde k zahřátí mladiny během kvašení. V určité fázi kvašení, kdy vzniklo jen nízké množství alkoholu, dojde k zvýšení teploty a tím se inhibuje činnost kvasinek, které již nebudou schopny produkovat alkohol (Huige et al., 1990). Tento postup se běžně nepoužívá, protože vysoká teplota vyvolá nežádoucí změny v chuťovém profilu produktu (Sohrabvandi et al., 2010) Nízká teplota kvašení Výrobní metoda studeného kontaktu neboli nízké teploty kvašení využívá teploty fermentace mezi 0 až 5 C, často v kombinaci s delší dobou kvašení. Doba fermentace může trvat až 24 hodin. Ve většině případů se používá vysoká koncentrace kvasinek. Kvasinky v takto nízkých teplotách vykazují pomalý primární metabolismu, přesto může probíhat řada biochemických reakcí, při kterých vznikají estery a vyšší alkoholy. Karbonylové sloučeniny, u nichž je podezření, že jsou nositelé mladinové příchutě, jsou 14

16 částečně redukovány na odpovídající alkoholy. Tak lze produkovat pouze žádoucí pivní příchutě. Hodnota ph není tak nízká jako obvykle, proto je nutné okyselit mladinu chemicky (na ph 4) nebo se na okyselení použijí imobilizované mléčné bakterie (Preedy, 2009) Limitované kvašení nízkokoncentrované mladiny Prvním krokem tohoto postupu je příprava mladiny se zvýšeným obsahem dextrinů a nižším obsahem jednoduchých cukrů o koncentraci 4 až 6 % extraktu. Často se používá přídavek 2 až 6 % karamelového nebo pšeničného sladu. Tím se docílí plnější chuti a zabezpečí se pěnivost piva. Používá se infuzní nebo jednormutový varní postup s vystírkou do 37 C a rychlým překročením nižších cukrotvorných teplot až na 73 C, kde je prodleva a kontrola zcukření. Odrmutovací teplota je 78 C. Na chmelení je vhodné používat jemně aromatické chmele. Občas se v této fázi upravuje ph na 5,1 až 5,3. Při kvašení nealkoholického piva jde především o odstranění mladinové chuti a minimalizaci tvorby alkoholu. Toho se dosáhne snížením dávky kvasinek o třetinu oproti klasickému pivu. Sníží se zákvasná teplota na hodnotu mezi 5 až 7 C. Během krátké doby hlavního kvašení, většinou 12 až 24 hodin, dojde k omezené tvorbě alkoholu a odbourání mladinové chuti. Může se provést další snížení ph pomocí kyseliny mléčné na ph 4,5 až 4,7. Pivo zůstává v ležáckém sklepě 7 až 21 dnů, denně se sleduje obsah alkoholu a jakmile se dosáhne požadované hranice, je nutné pivo zfiltrovat a stočit (Šuráň & Potěšil, 2007) Limitované kvašení vysokokoncentrované mladiny Základem této metody je příprava mladiny se zvýšeným obsahem dextrinů o koncentraci 16 až 18 % původního extraktu. Tomu odpovídá i vyšší chmelení. Hlavní kvašení probíhá do prokvašení 40 %, používá se stejné množství kvasinek jako u klasického piva. Teplota kvašení je také stejná jako u klasického postupu výroby piva, pohybuje se mezi 6 až 9 C. Po prokvašení dojde k naředění mladého piva na 50 % upravenou vodou. Pivo se zchladí na 1 C a 14 až 21 dnů zraje v ležáckých sklepech. 15

17 Výsledná hodnota původního extraktu je vyšší než u piva vyrobeného limitovaným kvašením nízkokoncentrované mladiny. U obou těchto postupů se po filtraci provádí konečná úprava obsahu alkoholu upravenou vodou na HGB (High Gravity Brewing) jednotce (Šuráň & Potěšil, 2007) Postupy s využitím speciálních kvasinek nebo jiných mikroorganismů Výrobní procesy vyžívají imobilizované kvasinky nebo geneticky upravené kvasinky, které umožňují omezit tvorbu etanolu při kvašení. Také lze využít kvasinky s defektem v citrátovém cyklu nebo mikroorganismy, které nemají schopnost zkvašovat maltosu ani maltotriosu (Eβlinger, 2009) Použití imobilizovaných kvasinek Tato metoda využívá imobilizovaných (upoutaných) kvasnic pro hlavní kvašení piva. Jako nosič těchto kvasinek se nejčastěji používá alginát vápenatý (Chládek, 2007). Často se také používají materiály jako je sklo, keramika nebo nerezová ocel. (Fergus, 2006). Hlavním požadavkem na nosič je velký povrch, mechanické stabilita a odolnost na podmínky sanitace a dezinfekce. Vysoké nároky jsou také kladeny na řízení a kontrolu procesu. Nutné je dokonalé odstranění kalů z mladiny (Kosař et al., 2000). Při výrobě nealkoholického piva s použitím imobilizovaných kvasinek se využívá možnosti regulovat dobu styku mladiny s produkčním mikroorganismem. Tím i míru zkvašení sacharidů za tvorby etanolu. Jde o poměrně technicky náročný postup. Mladina pro tento způsob produkce musí být předem vyčeřena, aby tuhé částice nezalepovaly imobilizovaný biosystém. Nerozpustné nosiče, na kterých je navázána nebo jinak zachycena kvasinková populace se střídavě ponořují do mladiny a opětovně se vyndávají. Další možností je, že kvasící mladina periodicky cirkuluje bioreaktorem s imobilizovanými kvasinkami do té doby, než se docílí požadované nízké hladiny alkoholu. Následuje zrání piva při nízké teplotě, filtrace a stáčení (Basařová et al., 2010) Geneticky modifikované pivovarské kvasinky Nízké hladiny alkoholu u piva lze dosáhnout použitím speciálně geneticky modifikovaných kmenů Saccharomyces cerevisiae, u kterých byla genovým inženýrstvím za- 16

18 kódována inhibice dekarboxylace pyruvátu. Tím se zamezí tvorbě etanolu (Basařová et al., 2010). Dále byla vyzkoušena produkce nealkoholického piva použitím mutantních kmenů kvasinek s defektem v syntéze cyklu trikarboxylových kyselin. Tyto kmeny byly použity ve volné i imobilizované formě, ve vsádkovém i kontinuálním procesu. Pivo vyrobené tímto postupem vykazovalo koncentraci 0,07 až 0,31 hmotnostních % etanolu. Vytvořené organické kyseliny, obzvláště kyselina mléčná, poskytovaly silný ochranný efekt na mikrobiologickou stabilitu finálního produktu. Organické kyseliny tvoří kromě konzervačního účinku i významnou senzorickou složku u fermentovaných nápojů. V souvislosti s výrobou nealkoholického piva mohou sloužit na překrytí jeho prázdné mladinové chuti (Selecký & Šmogrovičová, 2007) Nevýhoda při použití modifikovaných kvasinek je jejich malá dostupnost, vyšší cena a nutnost vedení dvou kmenů kvasnic. Výsledný produkt se velice blíží pivu klasickému (Šuráň & Potěšil, 2007) Použití kmene Saccharomyces ludwigii Pro výrobu nealkoholického a nízkoalkoholického piva byly navrženy postupy, kdy se kmen pivovarských kvasinek Saccharomyces cerevisiae var. uvarum nahradí kmenem Saccharomyces ludwigii. Tato kvasinka má schopnost zkvašovat glukosu, fruktosu a sacharosu, tyto cukry představují asi 15 % všech cukrů obsažených v mladině, ale nemůže zkvašovat maltosu, tedy nejvíce zastoupený sacharid v mladině. Pivo připravené speciálním kmenem kvasinek obsahuje méně než 0,5 % objemových etanolu a obsahuje významné množství nezkvašené maltosy a maltotriosy. Přestože maltosa není tak sladká jako glukosa, bude takto připravené pivo vykazovat vyšší sladkost. Chuť výrobku se bude podstatně lišit od piva připraveného s použitím pivovarského kmene kvasinek (Briggs et al., 2004). Výroba piva s použitím jiných mikroorganismů než pivovarských kvasinek se doporučuje v kombinaci s mladinou, u které je vhodným výběrem surovin a upraveným technologickým postupem zajištěn nízký obsah sacharidů (Basařová et al., 2010). 17

19 Produkce nízkoalkoholického piva s využitím jiných speciálních mikroorganismů Sohrabvandi et al. (2010) uvádí možnost použití kvasinek Saccharomyces rouxi, které mají schopnost spotřebovat určitou část etanolu vyprodukovaného ve stacionární fázi v případě vystavení kvasinky aerobním podmínkám. Výsledkem může být výroba piva se sníženým množstvím alkoholu. Jako další možnost byla v poloprovozních podmínkách odzkoušena výroba nízkoalkoholických piv s použitím okyselené mladiny a určitého kmene Lactobacillus jako vhodného substrátu (Basařová et al., 2010) Metody založené na odstranění alkoholu z piva Odstranění alkoholu z hotového piva je proces, při kterém se alkohol vzniklý fermentací odstraní pomocí různých fyzikálních metod (Sohrabvandi et al., 2010). Obecně lze rozlišit dva druhy fyzikálních procesů. Využívají se tepelné a membránové procesy, jako je vakuová destilace, odpařování alkoholu, dialýza a reverzní osmóza. Některé tyto procesy jsou v současné době využívány k průmyslové výrobě nízkoalkoholických a nealkoholických piv (Preedy, 2009). Na trhu se výrazněji prosadila difůze alkoholu přes membránu oproti vakuové destilaci, protože vykazuje absenci termické zátěže produktu. To ale neznamená, že membránové systémy jsou v každém ohledu lepší a že jejich použitím dojde k výrobě kvalitnějšího nealkoholického piva. Významné místo mezi membránovými technikami zaujímá i dialýza. Avšak vakuová destilace se jeví jako výhodnější vzhledem k výši pořizovacích nákladů na membrány a vysokotlaké pumpy při dialýze, ale může podporovat syntézu nežádoucích sloučenin zodpovědných za sladovou příchuť a barvu (Selecký & Šmogrovičová, 2007) Odpaření alkoholu z piva Proces odstranění alkoholu za atmosférických podmínek je nejjednodušší fyzikální metoda pro výrobu nízkoalkoholického a nealkoholického piva. Pivo se zahřeje k varu a dojde k oddělení těkavých látek v plynné fázi (Preedy, 2009). Basařová et al. (2010) uvádí, že pro odpaření alkoholu z piva za atmosférických podmínek se přidá 30 % podílu vody ke klasickému pivu do chmelové mladinové pán- 18

20 ve. Tato směs se povaří. Přídavek vody zajistí zachování původní koncentrace mladiny po odpaření alkoholu. Negativním vlivem této úpravy může být ztráta hořkých látek, změna barvy a zhoršení senzorických vlastností piva. Po ochlazení se k takto upravenému pivu přidají kvasinky a provede se druhá fermentace, poté následuje finální úprava piva. Tato metoda umožní snížení alkoholu v pivu až na 0,5 % objemových. Běžně se tímto postupem vyrábí pivo s obsahem alkoholu 2,5 % objemových etanolu (Brenner, 1980) Odpaření s klesajícím filmem Výroba nealkoholického piva odpařením s klesajícím filmem se provádí v trubkových odparkách, které tvoří 4 až 5 kolon. Pivo se vyhřívá nejvýše na 45 C. Ve spodní části kolony kondenzuje pivo, které je částečně zbaveno alkoholu. Destilát se poté vede spojovací trubkou z kolony do separátoru, kde dojde k oddělení páry obsahující alkohol od dealkoholizovaného piva, které kondenzuje. Opakovaným postupem lze docílit obsahu etanolu v pivu 0,03 % objemových (Basařová et al., 2010). Metoda se vyznačuje svou jednoduchou konstrukcí a velkou účinností. Výhodou je, že neobsahuje žádné pohyblivé části, které by rychle podléhaly opotřebení. Nealkoholické pivo připravené touto metodou vykazuje mírně nižší koncentrace hořkých látek než pivo klasické. PH piva je o trochu vyšší než u původního, to je způsobeno ztrátou těkavých kyselin (Preedy, 2009). A vstup piva B odvod páry C výpusť částečně dealkoholizovaného piva D vstup ohřáté páry E výstup kondenzátu 1 hlava kolony 2 tělo kolony 3 spodní část kolony 4 převodivé potrubí 5 separátor Obrázek 1: Schéma odparky s klesajícím filmem (Preedy, 2009) 19

21 Vakuová destilace alkoholu Dalším postupem pro odstranění alkoholu z piva je vakuová destilace alkoholu. V této separační metodě se využívají procesní kroky odpařování a kondenzace. Použitím podtlaku se podstatně sníží bod varu kapalné směsi a tím se omezí tepelná zátěž, která působí na pivo. Zařízení pro vakuovou destilaci pracuje v absolutním tlaku mezi 60 až 200 mbar (Eβlinger, 2009). Při využití této metody pro výrobu nealkoholického piva teploty nepřekračují 45 C, tím se zajistí minimální změny barvy a chuti konečného výrobku. K destilaci se používají dvojstupňové až třístupňové odparky. Vyhřívání odparek se provádí párou nejvýše na teplotu 45 C. V první fázi se pivo vyhřeje v deskovém výměníku na 45 C a převede se do destilátoru aromatických látek, kde se při nižší teplotě koncentrují snadno těkavé látky z chmele a sladu, které jsou důležité pro pivní buket. Tyto látky se rychle odpaří a soustředí se v rekombinačním tanku. Pivo z destilátoru se převede do vakuové sekce odparky, kde dojde při teplotě mezi 30 až 45 C k odpaření alkoholu. Odpařený etanol putuje do kondenzátoru. V další fázi se pivo, ze kterého je odstraněn alkohol přivede na deskový výměník, kde dojde k ochlazení na 0 až 1 C, přidají se k němu dříve odpařené těkavé látky, pivo se naředí odplyněnou vodou na původní koncentraci a provedou se finální úpravy (Basařová et al., 2010). Pokud se použije výparník v kombinaci s rektifikační kolonou, lze dosáhnout nižšího obsahu alkoholu než 0,05 % objemových. Ve srovnání s původním pivem vykazuje výrobek podrobený vakuovému odpařování mírný nárůst barvy a mírný pokles obsahu hořkých látek. Rovněž se zvyšuje ph z důvodu ztráty těkavých organických kyselin. K dosažení lepších senzorických vlastností může být dealkoholizované pivo smícháno až do povoleného obsahu alkoholu s pivem neupraveným (Eβlinger, 2009). 20

22 Obrázek 2: Schéma vakuového odparu alkoholu z piva (Basařová, 2010) Vakuový odpar s využitím talířové odstředivky Postup výroby s využitím talířové odstředivky vyvinula firma Alfa-Laval. Metoda využívá nižší teploty než u vakuové destilace, také doba zdržení média při odparu je kratší. Pivo je čerpáno na vnitřní povrch rotujícího kuželového výměníku tepla. Zařízení pracuje s rychlostí 1500 otáček za minutu. Tím se vytvoří asi 0,1 mm tlustý film na povrchu výměníku. Pivo se zde zdrží jen 0,5 až 1 sekundu a za tuto dobu dosáhne teploty 30 až 40 C. Dealkoholizované pivo se soustředí na okrajích rotujícího kužele a je odsáváno do chladiče. Pára odchází středem kužele do kondenzátoru. Touto metodou je možné zachovat více aromatických sloučenin v pivu než při využití vakuové destilace. Pro snížení obsahu alkoholu pod 0,5 % objemových je možné proces opakovat (Briggs et al., 2004) Reverzní osmóza Metoda využívá polopropustných membrán. Membrány jsou propustné pro vodu, etanol a jiné malé molekuly. Velké molekuly, včetně chuťových látek, přes membránu neprojdou a zůstávají v koncentrovaném pivu (Sohrabvandi et al., 2010). 21

23 Oddělení látek probíhá překročením osmotického tlaku. Proces filtrace se uskutečňuje s tangenciálním nátokem piva, jde o takzvanou cross-flow filtraci, která probíhá za vysokého tlaku 3 až 6 MPa. V zařízení dochází vlivem působení vysokého tlaku k nárůstu teploty, proto se musí celý systém ochlazovat. Teplota nesmí překročit 15 C. Na výrobu membrán se používá mnoho materiálů, jako je acetát celulózy, nylonu nebo jiných polymerů. Voda, která se oddělí průchodem přes membránu, se doplňuje přítokem odplyněné vody. Při snížení obsahu alkoholu ze 4 na 0,5 % objemových se spotřeba vody pohybuje mezi 2 až 3 hl na1 hl piva Oddělená směs vody, etanolu a dalších látek s malou molekulovou hmotností, které přešly přes membránu, se může podrobit frakční destilaci. Těkavé látky bez frakce alkoholu se přidávají k dealkoholizovanému pivu k zajištění potřebného buketu (Basařová et al., 2010). Metoda má vyšší nároky na hygienu a vyžaduje pravidelnou kontrolu a výměnu membrán (Lewis & Young, 2001) Dialýza Dialýza je další výrobní metoda, která se řadí do skupiny membránových technik. Na rozdíl od reverzní osmózy není potřeba využívat vysoký tlak (Eβlinger, 2009). Etanol se odděluje průchodem přes membránu do dialyzátu na základě vyrovnávání rozdílných koncentrací. Na jedné straně membrány protéká osolená voda a na druhé straně membrány, opačným směrem, proudí pivo. Póry membrány, kterou většinou tvoří celulózová vlákna, propouštějí hlavně molekuly vody a etanolu. Alkohol přechází z piva do dialyzátu tak dlouho, dokud se nevyrovná koncentrace na obou stranách membrány. Dialyzát se průběžně odvádí a odpařováním se z něho odstraňuje alkohol. Poté se opět vrací do dialyzačního zařízení. S použitím rektifikační kolony lze z dialyzátu oddělit frakce zbavené alkoholu, ale obsahující buketní látky, které lze dávkovat zpět do piva a zlepšit tak jeho senzorické vlastnosti. Dialýza se opakuje tak dlouho, než se docílí požadovaný obsah alkoholu v pivu. Výhoda dialýzy je v tom, že na rozdíl od reverzní osmózy pracuje zařízení bez vysokého nároku na tlak. Nutný je pouze určitý přetlak, který udrží hladinu oxidu uhličitého. Protože se k vyloučení hraničních plošných koncentrací pracuje s velkými rych- 22

24 lostmi proudícího média, při kterých dochází k zahřívání piva, je třeba zařízení zpětně chladit tak, aby se teploty procesu pohybovaly mezi 1 až 6 C. Výroba nealkoholického piva dialýzou je vůči pivu velmi šetrná. Nedochází zde ke změnám barvy a extraktu piva. Také ztráty těkavých látek jsou stejně jako u reverzní osmózy podstatně nižší než při vakuové destilaci. Hotový produkt se dosycuje oxidem uhličitým, protože během dialyzačního procesu dochází k větším ztrátám tohoto plynu (Basařová et al., 2010). Z důvodu malých koncentračních rozdílů je dialýza méně vhodná pro dosažení velmi malých koncentrací etanolu. Kvalita piva vyrobeného dialýzou je velmi dobrá, ale i zde se mohou vyskytovat určité senzorické odchylky. Ke zvýšení výsledné kvality produktu mohou přispět přídavky speciálních sladů, důležitý je i správně zvolený postup rmutování. Hlavní výhodou membránových technik je především absence termální zátěže produktu (Eβlinger, 2009) Další metody pro odstranění alkoholu Jako další možnou metodu pro odstranění alkoholu z piva uvádí Sohrabvandi et al. (2010) adsorpční odstranění alkoholu z piva. V praxi je tato technika velmi obtížně využitelná a nepoužívá se pro průmyslovou výrobu. Adsorpční odstranění alkoholu zvýší cenu a časovou náročnost procesu. Možná je i extrakce alkoholu oxidem uhličitým při různých teplotách a tlacích, kdy kritický bod je 31 C a 7,3 MPa. Obdobný proces se používá pro extrakci aromatických látek. Mezi další metody s okrajovým využitím se řadí frakční krystalizace, lyofilizace, nanofiltrace a sprejové sušení piva a následné naředění prášku odplyněnou vodou (Basařová et al., 2010). 3.4 Senzorické odchylky Při výrobě nízkoalkoholického a nealkoholického piva je velmi důležité udržení charakteristické pivní chuti. Nicméně, piva vyrobená výše popsanými metodami, mají tu nevýhodu, že chuť konečného výrobku není tak dobrá, jako u klasického piva. Lihuprosté pivo vykazuje prázdnou, neharmonickou chuť, zatímco produkt, ve kterém bylo zabráněno tvorbě alkoholu v počátečních fázích výroby, má typickou nepří- 23

25 jemnou chuť mladiny. Klíčovou roli při tvorbě charakteristické chuti hraje etanol. Pokud je alkohol z klasického piva odstraněn za použití různých metod dealkoholizace, je částečná ztráta chuťových látek nevyhnutelná. Obnovení ztracených chuťových látek je možné jejich extrakcí z odstraněného alkoholu pomocí oxidu uhličitého. Vyextrahované látky se opětovně zavedou do nealkoholického piva. Ovšem ani tento postup není zcela vyhovující, protože pivo upravené tímto způsobem je organolepticky odlišné od běžného. Často vykazuje nevyhovující chuť, která bývá popsána jako plochá nebo umělá. Postup je také velice ekonomicky náročný. Další problém piva bez alkoholu je jeho slabší plnost, tu lze upravit přídavkem glycerolu do konečného produktu nebo použitím kvasinek, které jsou schopné poskytovat během kvašení zvýšené množství glycerolu. Použití mutantních kmenů Saccharomyces cerevisiae pro výrobu nealkoholických piv, způsobuje zvýšenou tvorbu acetaldehydu. Ten má negativní vliv na chuť, proto musí být v průběhu nebo po kvašení odstraněn. Stejně tak použití kmene Saccharomyces ludwigii má za následek určitý defekt chuti ve finálním výrobku. Tyto speciální kvasinky nejsou schopny kvasit maltózu, proto je pivo vyrobené tímto způsobem příliš sladké. Také nadměrné množství kyseliny mléčné, které při kvašení vzniká, ovlivňuje konečnou chuť produktu. Dalším negativním vlivem, který způsobuje absence alkoholu, je snížená pěnivost, vyšší náchylnost na zmrznutí a fyzikální nestabilita. Piva bez alkoholu jsou více náchylná k mikrobiální kontaminaci, potřebují vyšší pasterační teploty ve srovnání s pivem obsahující alkohol. To také může mít určitý vliv na chuťové vlastnosti a koloidní stabilitu (Sohrabvandi et al., 2010). 24

26 4 VÝROBA NEALKOHOLICKÉHO PIVA V PIVOVARU ČERNÁ HORA Od roku 2007, kdy bylo do pivovaru Černá Hora instalováno prototypové zařízení na výrobu nealkoholického piva, obohatil pivovar svůj sortiment o nealkoholické pivo Forman. K výrobě byla vybrána metoda vakuového odpařování alkoholu v rektifikační výplňové koloně. Použití tohoto zařízení umožňuje produkci piva s velmi nízkým obsahem alkoholu. Oddestilovaný alkohol slouží k výrobě pivních destilátů. K destilaci se používá 10% filtrované pivo. 4.1 Výroba piva Výroba piva se skládá z následujících částí: šrotování, vystírání, rmutování, scezování sladiny, výroba mladiny, separace kalů, chlazení mladiny, zakvašování mladiny, hlavní kvašení, ležení piva a filtrace (Chládek, 2007). Cílem varního zpracování je převést za pomoci enzymů extraktivní látky ze sladu do roztoku. Dále je třeba získaný extraktivní roztok sladiny oddělit s minimálními ztrátami od nerozpustných zbytků sladového zrna (mláta) a povařením sladiny s chmelem produkt ohořčit a tepelně stabilizovat. Získaná mladina je po odloučení kalů a ochlazení připravena pro kvasný proces (Kosař et al., 2000) Šrotování Účelem mletí sladu je dokonalé vymletí endospermu sladových zrn na vhodné podíly jemných a hrubých částic při zachování celistvosti obalových pluch. Mechanické porušení zrna je potřebné pro zpřístupnění extraktivních látek sladu a urychlení jejich rozpouštění a fyzikální, chemické a biochemické změny, které probíhají při rmutování a v dalších fázích přípravy mladiny (Basařová et al., 2010). K mletí ječného sladu se používají válcové šrotovníky (Kosař et al., 2000) Vystírání a rmutování Cílem vystírání je dobře smíchat sladový šrot s nálevem varní vody (Basařová et al., 2010). Směs se poté začne pomalu zahřívat. Škrobová zrna, která jsou obsažená v rozemletém sladu, začínají při pomalém zahřívání bobtnat a při teplotě okolo 52 C 25

27 z nich vzniká škrobový maz. Tento škrobový maz se během dalšího zvyšování teploty ztekucuje a při dosažení teploty mezi 72 až 75 C dojde ke zcukření (Chládek, 2007). Tento postup je v pivovaru prováděn dekokčním způsobem rmutování. Při tomto postupu se část rmutu oddělí, samostatně zpracuje a před vrácením do vystírací pánve povaří. Objem odděleného rmutu musí odpovídat požadovanému zvýšení teploty ve vystírací pánvi. Povařením rmutů se dosáhne zmazovatění a ztekucení škrobu i v hrubých méně rozluštěných podílech šrotu a současně se zničí ve rmutu přítomné enzymy. K uvolnění škrobu u světlých piv stačí doba varu 12 až 15 minut. U tmavých piv se volí doba varu mezi 25 až 30 minutami. Po vrácení rmutu do vystírací pánve je zpřístupněný škrob rychle zcukřen enzymy vystírky. Rmuty je nutné vracet pomalu a za stálého míchání, aby nedošlo k místnímu přehřátí zbytku vystírky (Kosař et al., 2000). Infuzním způsobem rmutování se v pivovaru vyrábí pouze pšeničné pivo Scezování sladiny Po odrmutování následuje v procesu přípravy mladiny scezování. Jde v zásadě o fyzikální proces, filtraci, při které se nejdříve oddělí předek (roztok, který obsahuje extraktivní látky sladu) od zbytků sladového šrotu neboli mláta. Následuje vyluhování extraktu zachyceného v mlátě pomocí horké vody. Tento proces se nazývá vyslazování. Získané vodní výluhy, výstřelky, po spojení s předkem dávají celkový objem sladiny. Cílem scezování je získat čirou sladinu a maximum extraktu (Basařová et al., 2010). Operace scezování sladiny i vyslazování mláta se provádí ve scezovací kádi. Je to nejstarší a v Evropě nejvíce užívaný scezovací systém. Káď je konstruována jako válcová, dobře izolovaná nádoba s plochým dnem a klenutým nebo kuželovým víkem ukončeným párníkem. Na pevném dně je s malým odstupem uloženo druhé perforované scezovací neboli jalové dno. Je to plocha, na které se zachytává mláto (Kosař et al., 2000). Typickým prvkem scezovací nádoby jsou scezovací kohouty (Basařová et al., 2010). Scezovací káď musí být uložena vodorovně, aby bylo zaručeno rovnoměrné vyslazování mláta. Konstrukčním materiálem je nerezová ocel (Kosař et al., 2000). Po přečerpání sladiny do scezovací kádě mláto určitou dobu sedimentuje na dnu kádě a vytvoří vrstvu vysokou přibližně 20 až 30 cm. Přes tuto vrstvu začne sladina protékat a tím se čistit. První část sladiny je kalná a proto se vrací scezovacím čerpadlem a potrubím zpět do scezovací kádě nad vrstvu mláta. Jakmile se dosáhne požadovaná 26

28 čirost, dojde k přepnutí ventilů a předek začne téct do mladinové pánve. Pro zlepšení průtočnosti sladiny se vrstvou mláta prořezává soustava svisle postavených nožů. V další fázi je třeba extrakt zachycený ve vrstvě mláta vyluhovat horkou vodou. Teplota vody se pohybuje kolem 75 C. Tímto vyslazením se získají výstřelky, které se shromažďují společně s předkem v mladinové pánvi. Postup vyslazování se několikrát opakuje (Chládek, 2007). Doba vyslazování je 90 až 120 minut, celková doba scezovacího procesu bývá tři až tři a půl hodiny (Basařová et al., 2010) Chmelovar Sladina získaná scezováním se v mladinové pánvi vaří s chmelem po dobu 90 až 120 minut. Tímto procesem se získá horká mladina (Kosař et al., 2000). Při vaření sladiny s chmelem probíhá řada fyzikálních, chemických a biochemických reakcí za spolupůsobení vlivu mechanického pohybu. Výsledek se odráží ve složení mladiny a ovlivňuje další průběh technologie a vlastnosti piva. Cílem chmelovaru je: - odpařit přebytečnou vodu a těkavé látky a docílit tak obsahu extraktu mladiny, který odpovídá typu vyráběného piva - inaktivovat enzymy, které přetrvaly předchozí proces výroby sladiny a determinovat tak složení sacharidů a oxidačně-redukční kapacitu mladiny - sterilovat mladinu a inhibovat reziduální mikroflóru z vody, sladu, chmele a zařízení - zajistit koagulaci vysokomolekulárních dusíkatých látek - rozpustit a izolovat hořké látky z chmele včetně dalších složek - vytvořit produkty Maillardovy reakce, redukující látky a zajistit oxidační reakce - snížit hodnotu ph a zintenzivnit barvu V současné době k obohacení mladiny o hořké chmelové látky jsou používány chmelové přípravky. Ty umožňují jednodušší manipulaci i poloautomatické nebo automatické dávkování a zajišťují lepší využití technologicky důležitých chmelových složek. Používají se granulové chmelové výrobky a chmelové extrakty. 27

29 Dávka chmele a chmelových přípravků se stanoví podle obsahu α-hořkých kyselin u jednotlivých produktů. Při určování dávky se vychází z požadovaného obsahu izosloučenin ve vyráběném pivu. Pohybuje se v rozmezí 18 až 36 mg.l -1. Chmelovar probíhá v mladinové pánvi. Nejdřív se zaplaví výhřevná plocha pánve. Vyhřívání se reguluje tak, aby var nastal, až když je celý objem sladiny pohromadě a je ukončeno veškeré vyslazování. Var se udržuje při teplotě 100 C po dobu kolem 100 minut (Basařová et al., 2010) Chlazení mladiny a vyloučení hrubých kalů Mladina po chmelovaru obsahuje hrubé kaly. Jsou to vysrážené vločky a další částečky ze sladu a chmele (Chládek, 2007). Hrubý kal musí být z mladiny odstraněn v co největší míře. Jeho vločky zanášejí povrch kvasničných buněk, zhoršují vyčeření a filtrovatelnost piva. Při větším obsahu kalů může hotové pivo vykazovat hrubou hořkost, kalovou chuť a zhoršené pěnotvorné vlastnosti (Kosař et al., 2000). Dříve se pro separaci těchto kalů používaly chladící stoky, na kterých kaly sedimentovaly. Horká mladina postupně chladla vlivem okolního studenějšího vzduchu. V současné době jsou tato zařízení, z důvodu možné mikrobiologické kontaminace mladiny, nahrazována vířivými nebo méně často usazovacími káděmi. Lze využít i odstředivky nebo dekantéry. Do vířivé kádě se vysokou rychlostí načerpá tangenciálně mladina, ta se v kádi roztočí a rotující pohyb mladiny vynese těžší kaly ke středu vířivé kádě. Když se pohyb zastaví, dojde k odčerpání vyčeřené mladiny otvory umístěnými v různých výškách stěny vířivé kádě. Čerpaná vyčeřená mladina je horká. Je ji nutno zchladit na zákvasnou teplotu kolem 6 C. Pro chlazení mladiny se využívají chladiče, které jsou tvořeny nerezovými deskami, mezi kterými střídavě proudí chlazená mladina a chladící médium. Desky chladiče jsou speciálně profilované tak, aby proudění mladiny a chladícího média bylo turbulentní. Při tomto vířivém proudění je přenos tepla mezi médii nejintenzivnější. Mladina zchlazená na zákvasnou teplotu se dále provzdušňuje (Chládek, 2007). 28

30 4.1.6 Hlavní kvašení Cílem hlavního kvašení je neúplné zkvašení cukernatých látek extraktu mladiny pivovarskými kvasinkami za tvorby etanolu, oxidu uhličitého a vedlejších metabolitů za současného pomnožení kvasničného zákvasu (Basařová et al., 2010) Pivovarské kvasinky Výroba piva se opírá o cílené využívání kvasinek, převážně druhu Saccharomyces cerevisiae (Basařová et al., 2010). V současné době jsou pod pojmem pivovarské kvasinky zahrnovány dva typy kvasinek. Prvním typem jsou kvasinky svrchního kvašení. Tyto kvasinky mají schopnost kvasit při vyšších teplotách, které se většinou pohybují mezi 15 a 23 C. Používají se zejména pro výrobu pšeničného piva. Druhým typem jsou kvasinky spodního kvašení. Ty kvasí za nižších teplot, většinou mezi 6 až 14 C (Chládek, 2007). Využívají se pro produkci piva plzeňského typu (Kosař et al., 2000) Propagace kvasnic Propagace neboli kultivace kvasnic je aseptické pomnožení čisté kultury v množství potřebném pro provozní fermentaci (Basařová et al., 2010). Celý proces probíhá v propagační stanici v nerezových uzavřených nádobách neboli propagátorech. Ty jsou vybaveny duplikátorovým chlazením, přívodem sterilního vzduchu nebo kyslíku, teplotními čidly a vzorkovacím zařízením. Veškeré zařízení včetně potrubí musí být důkladně sanitovatelné. Využívá se dezinfekce horkou párou. Kvasnice se propagují v provozní mladině, která musí být nejprve sterilizována 30 minut při teplotě 100 C. Maximální teploty kvašení jsou voleny o několik stupňů nad provozními teplotami, běžně v rozmezí 14 až 16 C (Kosař et al., 2000) Faktory ovlivňující průběh hlavního kvašení Pro průběh hlavního kvašení jsou rozhodující tyto faktory: složení mladiny a její koncentrace vlastnosti kmene kvasinek a jeho vitalita 29

31 teplotní průběh kvašení a jeho regulace doba kvašení stupeň provzdušnění mladiny a kvasnic dávka kvasnic a způsob zakvašování stupeň homogenizace směsi kvasnic a mladiny druh fermentoru, jeho geometrie a podmínky tlaku způsob a intenzita cirkulace (Basařová et al., 2010) Stacionární spodní hlavní kvašení Stacionární postup kvašení se řadí mezi tradiční technologické postupy hlavního kvašení (Basařová et al., 2010). Prostor, ve kterém probíhá kvašení piva, se nazývá spilka. Je důležité, aby tato místnost byla dobře větrána a nehromadil se v ní oxid uhličitý, který se vytváří při kvašení. Teplota ve spilkách se pohybuje mezi 5 až 10 C. Je vhodné, aby tyto prostory byly tepelně izolované. Chladí se celý prostor spilky a současně mohou být chlazeny samostatně i jednotlivé kádě. Původním materiálem na výrobu kvasných kádí bylo dřevo, ale pro obtížnost sanitace bylo od použití tohoto materiálu upuštěno. Nyní lze použít betonové kádě s vhodným nátěrem nebo železné kádě s vhodnou povrchovou úpravou, převážně smaltováním. Využití hliníkových kádí omezuje jejich malá odolnost proti některým sanitačním prostředkům. Vhodné je využití kádí vyrobených z nerezavějící oceli. Kvasné kádě obvykle mají hloubku 200 cm a jsou umístěny na vhodné konstrukci do spádu, který umožňuje samovolné vytékání piva. Zakvašování začíná po zchlazení mladiny na zákvasnou teplotu 6 až 9 C a přečerpání do kvasných kádí. Kvasnice se dávkují v množství přibližně 0,5 l hustých kvasnic na 1 hl mladiny (Kosař et al., 2000) Stádia hlavního kvašení 1. Zaprašování je stádium, ke kterému dochází po 12 až 24 hodinách. Jde o tvorbu pěny na hladině po zakvašení mladiny vyvolané vznikajícím oxidem uhličitým. V tomto období mírně klesá hodnota extraktu a ph, zároveň mírně stoupá teplota. 2. Nízké až vysoké bílé kroužky, v této fázi se tvoří bílé růžice pěny na povrchu kvasící mladiny, které postupně rostou. K tomuto jevu dochází 24 až 40 hodin po začát- 30

32 ku hlavního kvašení. Období je charakteristické vznikem maximálního množství oxidu uhličitého. Nadále klesá hodnota extraktu a ph zatímco roste teplota. 3. Vysoké hnědé kroužky se tvoří v období třetího až pátého dne kvašení. Hnědé zbarvení kroužků způsobují kaly, které jsou vynášeny z kvasícího média. Hodnota ph klesá na 4,4 a dochází k dalšímu úbytku extraktu. Teplota stoupá na maximum, na kterém se udržuje dva dny. Poté je zahájeno chlazení s poklesem teploty o 1 C za den. 4. Propadání deky je poslední fáze. Dochází ke snížení intenzity kvašení a probíhá sedimentace kvasnic na dně nádoby. Kroužky propadají a na hladině zůstává 2 až 3 cm tlustá tmavá vrstva pěny, která se musí včas odstranit, protože látky v ní obsažené by po rozptýlení v kvasícím médiu nepříznivě ovlivňovali hořkost piva (Basařová et al., 2010). Sbírání deky se někdy provádí opakovaně jeden den před sudováním a těsně před sudováním. Celková doba hlavního kvašení je obvykle 6 až 10 dní a počet dnů by měl být stejný nebo nižší než původní stupňovitost mladiny (Kosař et al., 2000) Dokvašování piva Cílem dokvašování piva je dosažení optimálních organoleptických vlastností, nasycení oxidem uhličitým a vyčeření (Kosař et al., 2000). Dokvašování a zrání piva probíhá při nízké teplotě a mírném přetlaku. Nejdůležitějšími reakcemi jsou pozvolné zkvašování zbylého extraktu, které zajistí sycení piva oxidem uhličitým, zrání chuti a vůně piva způsobené změnou složení koloidních a těkavých látek a přirozené čiření vylučováním vysokomolekulárních látek z roztoku. Složení piva se optimalizuje a pivo získává přirozenou koloidní stabilitu (Basařová et al., 2010). Dokvašování piva se děje v ležáckém sklepě, kde jsou umístěny ležácké tanky, válcové ocelové nádoby uložené do spádu k výpustnímu otvoru. Tanky mají vhodnou úpravu vnitřního prostoru. Jsou vybaveny hradícími přístroji, které udržují požadovaný přetlak oxidu uhličitého nad hladinou piva (Kosař et al., 2000). Teplota mladého piva se pohybuje v rozmezí 0 až 3 C (Chládek, 2007). Výčepní piva dokvašují 20 dnů až jeden měsíc a ležáky dokvašují dva až tři měsíce. 31