Licenta Bere

UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS”−GALAŢI FACULTATEA TRANSFRONTALIERĂ DE ŞTIINŢE UMANISTE, ECONOMICE ŞI INGINEREŞTI. Specializarea : Ingineria Produselor Alimentare

LUCRARE DE LICENŢĂ

Coordonator, Prof. Dr. Ing. Traian Hopulele

Absolvent, Culaxiz Alexei

Galaţi−2009

CUPRINS 1. TEMA PROIECTULUI

1

2. JUSTIFICAREA NECESITĂŢII ŞI OPORTUNITĂŢII REALIZĂRII

2

ELEMENTULUI DE PROIECT 3. ELEMENTE DE INGINERIE TEHNOLOGICA 3.1 Analiza comparativă a tehnologiilor existente pe plan mondial pentru

4 4

realizarea producţiei proiectate 3.2 Elemente definitorii ale produselor utilizate in proiect

17

3.2.1 Materii prime folosite la fabricarea berii

17

3.2.1.1 Orzul

17

3.2.1.2 Apa

23

3.2.1.3 Hameiul

28

3.2.1.4 Drojdia

32

3.2.1.5 Malţul

44

3.2.1.6 Înlocuitorii malţului

45

3.3 SCHEMA TEHNOLOGICĂ DE OBŢINERE A BERII

48

3.4 DESCRIEREA SCHEMEI TEHNOLOGICE DE OBŢINERE A

51

BERII - PARTEA DE FERMENTARE ÎN TANCURI CILINDROCONICE 3.4.1 Limpezirea la cald

51

3.4.2

Racirea mustului

54

3.4.3

Limpezirea la rece

55

3.4.4

Aerarea

57

3.4.5

Însămânţarea

59

3.4.6

Fermentaţia alcoolică

64

3.4.6.1 Fermentaţia primară a mustului de bere

65

3.4.6.2 Echipamente pentru fermentare

66

3.4.6.3 Procedeu pentru fermentarea berii în reactoare cilindro-

70

conice 3.4.6.4 Colectarea drojdiei de la fermentaţia primară şi tratarea sa

72

3.4.6.5 Valorificarea drojdiei de bere

76

3.4.6.6 Recuperarea de CO2 de la fermetaţia primară

76

3.4.6.7 Fermentaţia secundară a mustului de bere

77

3.4.7

Maturarea berii

79

3.4.8

Filtrarea berii

79

3.4.8.1 Filtrarea sterilizantă 3.4.9

Carbonatarea berii

3.5 FACTORII CARE INFLUENŢEAZA REALIZAREA PRODUCŢIEI

80 81 83

ŞI CALITATEA PRODUSULUI FINIT 3.6 CALCULUL BILANŢULUI DE MATERIALE

88

3.6.1

Consumuri specifice şi randamente de fabricaţie

95

3.6.2

Bilanţul de materiale pe întreaga durată de fermentare

97

3.6.3

Bilanţul caloric pe toată durata de fermentare

100

4. ELEMENTE DE OPERAŢII ŞI UTILAJE

103

4.1 alegerea, descrierea şi calulul utilajelor

103

4.2 Măsuri de protecţie antiincendiare

110

4.3 Masuri de protecţie a Muncii

112

5. MANAGEMENTUL CALITĂŢII ŞI SIGURANŢEI ALIMENTARE

114

5.1 Identificarea riscurilor

123

5.2 Determinarea punctelor critice de control.

125

5.3 Stabilirea unui plan de acţiuni corective

132

6. IGIENA OBIECTIVULUI PROIECTAT

134

6.1 Etapele igienizării

136

6.2 Agenţi de curăţire

137

6.3 Substanţe pentru dezinfectie

140

6.4 Reguli de igienizare pentru personalul Operativ

142

6.5 Instalatia de igienizare CIP

143

7. CALCULUL ECONOMIC 7.1 Stabelirea valorii investiţiei

147 147

7.1.1

Valoarea terenului, clădirilor, amenajarilor

147

7.1.2

Valoare utilajelor supuse montării

147

7.1.3

Valoare utilajelor nesupuse montării

147

7.1.4

Valoarea mobilierului si a obiectelor de inventar

148

7.1.5

Valoarea primei dotări cu mijloacele circulante

148

7.1.5.1 Aprovizionarea cu materie prima

148

7.1.5.2 Aprovizionarea cu materii prime, auxiliare, ambalaje,

149

etichete 7.1.5.3 Promovare, reclama si publicitate, activitate de prospectare

149

a pieţei, precontracte 7.1.5.4 Taxe avizare si licenţa de fabricaţie

149

7.1.5.5 Aprovizionarea cu materiale de intretinere, reparaţii si

149

piese de schimb 7.2 Stabelirea cheltuielilor

150

7.2.1

Cheltuieli cu materiile prime

150

7.2.2

Cheltuieli cu materii auxiliare, ambalaje

150

7.2.3

Cheltuieli de transport

150

7.2.4

Cheltuieli cu utilităţile

150

7.2.5

Salarii directe brute

151

7.2.6

CAS + X

151

7.2.7

Cheltuieli intretinere – reparaţii

151

7.2.8

Cheltuieli de amortizare a mijloacelor fixe

151

7.2.9

Alte cheltuieli generale (birotica, furniture, imprimante,

152

telefon, fax, reclama, protocol) 7.2.10 Cheltuieli cu creditele 7.3 Antecalculatia de pret 7.3.1

Tabel cu produsele realizate prin proiect si preturile de livrare

152 152 152

7.4 Indicatori de eficienta economica

153

BIBLIOGRAFIE

154

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

1. TEMA PROIECTULUI: Proiectarea tehnologică a unei secţii de fermentare a mustului de bere cu capacitatea de 200.000 hl bere/an folosind procedeul de fermentare în tancuri cilindro-conice. Elemente iniţiale: -

În secţie se primeşte must limpezit şi răcit cu temperatura iniţială de 9°C.

-

La proiectare se va ţine seama că secţia lucrează 300 zile/an şi că se produce bere blondă cu extract primitiv Ep = 12,0°P.

-

La dimensionarea utilajelor din secţie se va ţine seama că în trimestrul de vârf trebuie să se realizeze 33% din producţia anuală de bere.

-

Procedeul de fermentare se va alege pe baza unui studiu comparativ al procedeelor de fermentare rapidă folosite pe plan mondial.

-

Celelalte date necesare pentru proiectare vor fi luate din literatura de specialitate şi din practică.

1

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

2. JUSTIFICAREA NECESITĂŢII ŞI OPORTUNITĂŢII REALIZĂRII ELEMENTULUI DE PROIECT În această lucrare se prezintă un studiu asupra aspectelor tehnologice şi tehnicoeconomice privitoare la obţinerea berii, la materiile prime utilizate, compoziţia produsului fabricat, la calculul tehnologic precum şi metode de analiză şi control al calităţii berii conform planului HACCP . Bautura alcoolica naturala, placuta şi reconfortanta, berea este obtinuta prin fermentatia alcoolica a unei infuzii de orz germinat - numit malţ - si aromatizata cu hamei. Prin compozitia sa, berea este o bautura igienica si nutritiva, si dupa parerea celor mai multi specialisti, consumarea ei in cantitati rationale are un efect pozitiv asupra organismului. Berea contine componentele nutritive ale maltului si, in plus produsi noi rezultati din fermentatia alcoolica adica acizi organici: acetic, malic, lactic; aldehide; alcool superior; vitamine hidrosolubile provenite din drojdie: B1, B2, B6, B12, PP, H; factori de crestere: biotina, inozitol, acid pentatonic. Prin substanţele care le contine, berea este un produs foarte bine asimilat de organism şi contribuie la refacerea tesuturilor. In afara de cele aratate, Berea mai contine (din partile componente ale materiilor prime) proteine in diferite stadii de degradare si care alaturi de extractul nefermentat, formeaza lementul nutritiv al produsului. Prin calitatile sale, berea a patruns pe scara larga in consumul populatiei, folosindu-se sute de retete, diferite de la tara la tara. Berea este cunoscută de peste 7000 de ani, prima atestare documentară datând de pe vremea regelui Hamurabi al Babilonului (1728-1686i.e.n.). De altfel, cercetările arată că egiptenii si babilonienii cunoşteau 16 băuturi alcoolice cu proprietăţile berii. În Mesopotamia berea se fabrica din hamei, iar vechii mexicani o obţineau din porumb. Triburile din Africa Centrala consumau un fel de bere preparată din sorg. Fabricarea si comercializarea berii a inceput in anul 1200 D.C. in Germania de astazi. In 1506 apare Legea Germana a Puritatii care spune clar ca ingredientele berii trebuie sa fie doar apa pura, orzul, hameiul si graul. Inbutelierea berii a inceput in 1605. Adevarata productie de masa a berii pe teritoriul Tarilor Romane dateaza de la inceputul secolului 19 cand Johann de Gotha a inaugurat, in 1809, la marginea Bucurestilor, o fabrica de bere, distrusa de flacari in timpul revolutiei de la 1821. Incepand cu a doua jumatate a secolului

2

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

19, aparitia catorva fabrici de bere se traduce prin inaugurarea a numeroase berarii, dintre care unele au avut numai o viata efemera. In toata lume 20000 de feluri de bere sunt imbuteliate in 180 de feluri, de la normala, slab alcoolizata, slab alcoolica, pils, la amara, crema de bere si bere neagra. Avand în vedere şi efectele de stimulare a secreţiilor gastrice şi intestinale, acţiunea de creştere a diurezei şi rehidratare a organismului în sezonul cald, precum şi alte efecte benefice, este explicabil de ce producţia de bere şi cererea de bere, în special în sezonul cald, au capatat o tendinţa semnificativă de creştere Am ales proiectarea sectiei de fermentare a unei fabrici de bere deoarece cererea de bere este relativ mare, mai ales in sezonul estival. In Romania consumul mediu pe cap de locuitor a fost in 1994 de 44 l , si cea mai bauta , este berea blonda, cu o cota de piata de 98,2%. Astfel incit berea blonda este mai des ceruta de consumatori, sectia de fermentatie proiectata va produce acest tip de bere cu un extrat primitiv Ep= 12.0%. Sectia este proiectata pentru о productie de 200.000 hl bere/an.

3

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

3. ELEMENTE DE INGINERIE TEHNOLOGICĂ 3.1 Analiza comparativă a tehnologiilor existente pe plan mondial pentru realizarea producţiei proiectate Procesul tehnologic clasic de fabricare a berii constă în următoarele: •

Obţinerea malţului, care se relizează prin urmatoarea succesiune de faze: precuraţirea, trierea, sortarea, germinarea, uscarea, curăţirea de radicele a boabelor de orz sau orzoaică;

•

obţinerea mustului de bere, care se realizează prin

următoarea succesiune de faze:

măcinare, plămădire, zaharificare, filtrarea plămadei, fierberea mustului de malţ cu hamei; •

fermentaţia primară şi fermentaţia secundară;

•

operaţiile finale care constau în filtrare, pasteurizare şi îmbuteliere. Procedeele de fermentare sunt atât de variate încât depinde de producător ce vrea să

obţină şi în cât timp, eficienţa economică a procedeului de fermentare. În lume există mai multe procedee de fermentare cum ar fi:  Procedeul Wellhoener Este un procedeu de fermentare sub presiune elaborată de prof. Wellhoener. Deşi preconizat încă din 1954, acesta s-a putut afirma abia după 1964, răspândindu-se repede în multe ţări din Europa. În ultimii ani metoda, cu unele adaptări locale, a fost introdusă în Ungaria, Polonia, Iugoslavia şi alte ţări. Se pleacă de la un must de bere obţinut conform tehnologiei clasice, care trebuie limpezit foarte bine, recomandându-se eliminarea avansată a trubului la rece. Pentru fermentare se recomandă utilizarea unei culturi speciale de drojdie, adaptate pentru presiuni mărite care să aibă o vigurozitate bună la doza de 1 1/hl şi temperaturi de lucru de 8—12°C. Se preferă o prefermentare clasică timp de 20 h în linuri deschise, după care mustul este pompat în tancuri închise, în care spaţiul liber să fie de cca 20%. Prin fermentarea fără răcire, temperatura creşte repede la cea 18 °C. Peste această temperatură se procedează la răcire ca să nu se depăşească acest nivel, iar suprapresiunea este reglată astfel ca să nu depăşească 2 bar. În atari condiţiuni procesul de fermentare primară se termină după 4—5 zile. Se continuă fermentarea secundară la aceeaşi temperatură timp de 4 zile, până când berea ajunge aproape la gradul final de fermentare. Urmează o răcire a berii la 4°C şi suprapresiune de 0,8—0,9 bar cu introducere concomitentă de kiselgur în doze de 30—50 g/hl. După o maturare în astfel de condiţiuni timp de 7 zile berea este 4

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

gata pentru consum. Se recoltează drojdia depusă în vederea recuperării şi se filtrează berea pentru îmbuteliere.  Experienţele Krauss-Sommer Krauss şi Sommer au efectuat cercetări sistematice pentru scurtarea duratei de fermentare prin mărirea temperaturii, presiunii, a dozei de drojdie, cât şi prin agitare. Ei au publicat rezultatele obţinute în 1967 şi 1971 privitor la un număr de peste 20 de variante, care au fost experimentate pe scară semiindustrială. Prezentăm două dintre variantele ce prezintă interes şi care au fost reţinute pentru transpunere pe scară largă: — „varianta nr. V" Mustul de bere a fost însămânţat la temperatura de 7.°C cu o cultură de drojdie selecţionată. Doza folosită a fost de 0,5 1/hl. După o prefermentare de 12 h, fără răcire, la presiune atmosferică, s-a procedat la transvazarea în recipientul de fermentare sub presiune. În aceasta s-a fermentat la presiuni de până la 2 bar şi temperaturi de până la 20°C. Durata de fermentare primară a fost de 7 zile, după care a urmat o maturare de 7 zile la temperatura de 1°C. Plecând de la un must cu un extract de ll,84% s-a oprit fermentarea primară la un extract de 3,85% şi un pH de 4,54. Conţinutul de diacetil din berea tânără a fost de 0,04 mg/l, cel de alcooli superiori de 81 mg/l şi de aldehide de 31,4 mg/l. Drojdia s-a înmulţit de cea 3 ori; — „varianta nr. VII" Temperatura de însămânţare a fost de 9°C cu aceeaşi drojdie şi la aceeaşi doză de 0,5 1/hl. Mustul a fost pompat direct în tancul de fermentare, fără o prefermentare preliminară. S-a realizat un grad de fermentare de 67% la o presiune de 0,4 bar. Temperatura a crescut în primele 24 h de fermentare la 18°C, apoi la 20°C după care s-a procedat la răcire pentru menţinerea ei la acest nivel. În continuare fermentarea primară s-a efectuat la o presiune de 2 bar iar durata totală de fermentare primară a fost de 7 zile. A urmat, ca mai înainte, o maturare timp de 7 zile la 1°C, după care s-a procedat la filtrarea şi îmbutelierea berii. Faţă de varianta precedentă, conţinutul de extract după terminarea fermentării primare a fost de 3,3%, cel de diacetil de 0,09 mg/l, iar cantitatea de drojdie recoltată de 1,7 1/hl.  Procesul de fermentare primară sub presiune din românia În ceea ce priveşte procesele de plămădire, zaharificare, filtrare şi fierbere, nu se pun condiţiuni deosebite. Se cere ca mustul să fie zaharificat perfect la temperatura de 65—70°C iar pH-ul să fie de 5,2—5,5. După fierbere urmează separarea uzuală a trubului fierbinte cu ajutorul

5

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

cicloanelor de tipul Rotapool. Urmează răcirea rapidă de la 70—80°C la 9°C cu schimbătoare de căldură cu plăci. O cantitate de cca 30% din mustul rezultat este folosită pentru formarea cuibului de drojdie în linurile de însămânţare, iar restul de must se răceşte numai până la 11°C, în vederea introducerii directe în tancurile de fermentare. Întreaga cantitate de must, indiferent dacă este folosită pentru cuibul de drojdie sau direct pentru fermentaţia primară, este supusă în prealabil limpezirii prin filtrare aluvionară şi unei aerisiri corespunzătoare care să asigure oxigenul necesar. Pentru prefermentare, respectiv formarea cuibului de drojdie se folosesc linurile uzuale de beton închise sau deschise, prevăzute cu serpentine de răcire. Doza de drojdie este de 0,5—0,8 1/hl. În decursul prefermentării care durează circa două zile, temperatura mustului creşte treptat, ajungând la 12—12,5°C. În acest timp conţinutul de extract scade de la 12% la 8%. Mustul în fermentaţie se răceşte numai dacă temperatura creşte peste 12,5°C. Spaţiul liber din linuri pentru pierderi şi spumare este de cca 18%. După formarea cuibului de drojdie, acesta este trecut din linurile de beton în tancurile de fermentare sub presiune. Ele reprezintă recipiente metalice cilindrice, orizontale, de 420 hl cu protecţie antiacida şi serpentine de răcire interioară din cupru prin care trece agentul având temperatura de —10 °C. Pentru reglarea şi menţinerea presiunii constante în interiorul tancurilor se utilizează un aparat de control şi reglare automată de tipul Spund, montat în circuitul de evacuare a bioxidului de carbon. În cazul depăşirii presiunii reglate, bioxidul de carbon este evacuat prin intermediul unei conducte colectoare racordată la partea superioară a fiecărui recipient şi legată cu un ventilator care refulează gazul în atmosferă. Fiecare tanc este prevăzut cu supapă de siguranţă pentru prevenirea formării de suprapresiuni accidentale, în cazul funcţionării necorespunzătoare a Spund-aparatului. După introducerea cuibului de drojdie şi completarea cu must proaspăt filtrat şi răcit la temperatura de 10—11°C, amestecul va avea la începutul perioadei de fermentare primară o temperatură de 11—12°C şi un conţinut mediu în extract de cca 10°Bllg. Durata de fermentare primară este de cca 4 zile. În prima zi se lasă recipientul deschis pentru favorizarea evacuării unor produse volatile după care recipientul se închide şi începe ridicarea presiunii. În paralel creşte şi temperatura. Începând cu a treia zi de fermentare temperatura ajunge la 20°C iar presiunea la 2 bar, urmărindu-se să nu depăşească aceste limite.

6

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Conţinutul de extract scade până la cca 4%. În situaţia utilizării unei suşe de drojdie viguroasă, conţinutul în extract poate să scadă până la 3%. După terminarea fermentării primare berea este trecută printr-un răcitor cu plăci în condiţii izobarometrice la tancurile de fermentare secundară. Durata de fermentare secundară este de 17 zile, după care urmează o subrăcire la —2°C, depozitarea berii în tancuri de liniştire timp de 2 zile şi apoi filtrarea în vederea îmbutelierii. În felul acesta se realizează o durată totală de fermentare de 23 zile, respectiv prefermentarea 2 zile, fermentare primară 4 zile şi maturare 17 zile.  Fermentarea în tancuri sfero-conice de mari capacităţi Plecând de la premisa că sub aspectul rezistenţei faţă de presiune tancurile sferice sunt cele mai economice, s-au efectuat studii ample pentru realizarea unor astfel de recipiente şi a unei tehnologii adecvate de fermentare. După verificarea în exploatare a unui astfel de tanc de 300 hl s-au dat în funcţiune în 1973 la întreprinderea „El Aquila" din Madrid 40 de astfel de tancuri cu capacităţi de câte 5000 hl. Ele sunt construite din oţel inoxidabil de tipul AISI-304, au un diametru de 10 m şi o înălţime de 11,95 m. Suprafaţa de răcire este de 150 m2 şi se realizează cu numeroase buzunare exterioare, răcirea efectuându-se cu propilenglicol. Tancurile sunt izolate cu un strat de spumă de sticlă organică de 220 mm şi protejate în exterior cu un strat de răşini epoxidice. Procesul tehnologic constă în fermentarea primară la temperaturi de 12—14°C până la realizarea unui grad de fermentare de 80—82%, respectiv până la reducerea conţinutului de extract real la 2,4%. Doza de drojdie de însămânţare este de 30 milioane celule/ml. După terminarea fermentării primare se procedează la răcire la 8°C timp de 2 h în care are loc flocularea drojdiei şi mărirea gradului de saturaţie cu C02. Urmează recuperarea drojdiei din partea inferioară a recipientului. Ea are un conţinut în substanţă uscată de 17—20%. Durata de fermentare primară, în funcţie de sortul de bere este de 3—5 zile. După eliminarea drojdiei urmează o maturare la 0°C timp de 21 zile la o presiune de 1 bar. Conţinutul de C02 al berii finite este de 0,55%. Berea finită este supusă filtrării la productivitatea de 20 hl/m2 şi h, la un consum de kiselgur de 100 g/hl. Turbiditatea berii astfel obţinute este de 0,7 unităţi BBC. Sub aspect organoleptic berea corespunde cu cea obţinută în instalaţii clasice. Conţinutul de diacetil este de 0,08—0,15 mg/l, iar persistenţa spumei, de 135 s.

7

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Conţinutul de alcooli superiori este de 90—101 mg/l iar de esteri de 30—31 mg/l. Amăreala este mai intensă şi mai plăcută decât cea a berii obţinute cu procedee clasice. Principalele avantaje atribuite fermentării în tancuri sfero-conice de mari capacităţi, amplasate sub cerul liber, sunt: costul de investiţii mai scăzut cu cea 20% faţă de tancuri cilindrice orizontale şi cu 100% mai mic decât la tancurile cilindro-conice verticale de aceeaşi capacitate. Costul de fermentare şi maturare este de 4l% faţă de cel al procedeelor clasice cu tancuri ciltaidrice în încăperi răcite. Fermentarea primară se realizează la presiuni de 1,3 bar. Recuperarea drojdiei se face mai uşor decât în alte recipiente din cauza formei conice a fundului, care se încadrează bine în începutul sectorului sferic. Din aceleaşi considerente, formarea curenţilor de convecţie şi uniformitatea fermentării sunt mai bune decât la alte tipuri de recipiente de fermentare.  Procedeul Bio-Brew Se urmăreşte fermentarea şi maturarea cvasicontinuă a berii cu înmulţire limitată a drojdiei. În acest scop mustul obţinut cu procedee clasice este răcit, eliberat de 55—65% din conţinutul de trub la rece şi impregnat cu oxigen în cantităţi de 3 mg/l. Mustul astfel pregătit este pompat printr-un bioreactor care reprezintă un filtru cu rame aluvionat cu kiselgur şi drojdie. Debitul şi presiunea sunt similare cu cele ale filtrării uzuale, trecerea mustului prin filtru fiind de maxim 10 min. În atari condiţiuni are loc o fermentare rapidă a berii până la un grad de fermentare de cca 76%, corespunzând cu un conţinut în extract al berii obţinute de 2,8—3%. Creşterea conţinutului de drojdie este de cea 20%. Cantitatea de bioxid de carbon dezvoltată este de cea 4 kg/hl. Berea părăseşte bioreactorul sub formă de lichid spumos. Acesta este încălzit cu un schimbător de căldură cu plăci până la cea 22°C pentru stimularea descompunerii dicetonelor vicinale. Procesul este automatizat, inclusiv al reglării pH-ului prin trecerea unei mici cantităţi de must direct în schimbătorul de căldură, fără fermentare în bioreactor. Berea astfel obţinută este introdusă în tancuri de maturare unde rămâne timp de 24 h. Se adaugă 3—4% creste. Berea este menţinută în aceste tancuri la presiune atmosferică. Cantitatea de bioxid de carbon ce se degajă prin fermentare, spală berea din tancurile de maturare cu o creştere concomitentă a gradului de impregnare cu C02 care ajunge la 0,3%. După terminarea maturării berea este răcită la 0°C şi supusă unei impregnări cu C02 prin intermediul unui tub de tip Venturi. În felul acesta, conţinutul de C02 creşte la 0,45—0,5%. Apoi, berea este supusă stabilizării prin adaus de agenţi de stabilizare de 50—70 g/hl şi trecută la filtrare. În final,

8

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

culoarea berii, în situaţia administrării unor agenţi de stabilizare la doze de 200 g/hl, este de 7,50 unităţi EBC, la 100 g/hl de 8,25 unităţi, faţă de 8,75 unităţi EBC realizate conform tehnologiei clasice. Cu privire la produsele secundare volatile de fermentare conţinuturile înregistrate exprimate în mg/l au fost următoarele: propanol-1 — 11,3; izobutanol — 7,8; 2-metil-butanol-l — 12,5; 3-metil-butanol-l — 39,1; 2-feniletanol — 23,5; acetat de etil — 21,9; acetat de amil — 1,6; lacid izova-lerianic —2,04; acid capronic— 2,5; acid caprilic — 5,00; acid oaprinic — 0,83; acetaldehidă — 4,8; diacetil — 0,06; acetoină — 3,50; 2-acetolac-tat — 0,05; 2acetohidroxibutirat — 0,03. Procedeul a fost transpus pe scară industrială la o fabrică din Germania, în 1971. Baker şi Kirsop au elaborat un procedeu asemănător de trecere de scurtă durată a mustului printr-un strat aluvionat de drojdie. Pentru eliminarea rapidă a subproduselor volatile de fermentare berea ieşită din bioreactor este încălzită timp de 4 minute la 80°C într-un pasteurizator cu plăci şi apoi trimisă din nou într-un fermentator. În a doua treaptă de fermentare diacetilul este repede eliminat prin metabolismul drojdiei. Urmează maturarea şi stabilizarea în mod asemănător cu cele descrise mai înainte. Prin acest procedeu drojdia se dezvoltă foarte puţin, ea trebuind să fie înlocuită la fiecare săptămână. Procedeul poate fi introdus uşor în unităţile existente, deoarece nu necesita spaţii suplimentare de producţie.  Procedee semicontinui şl continui : Cunoscându-se avantajele economice ale proceselor continui sub aspectul creşterii vitezei şi al mecanizării operaţiunilor, cât şi posibilităţile obţinerii de produse de calitate constantă s-au emis propuneri pentru introducerea unor astfel de tehnici încă din 1892 de către Delbrück. Transpunerea în practică s-a izbit de greutăţi imprezivibile, din cauza necesităţii lucrului la temperaturi ridicate, în majoritatea cazurilor, cu mărirea pericolului de infecţie şi a înrăutăţirii însuşirilor senzoriale, asociate cu pierderea rapidă a puterii de fermentare a culturilor de drojdie, a apariţiei de mutaţii spontane şi a altor multiple riscuri necontrolabile. Necesitatea trecerii din faza aerobă în cea anaerobă, dificultăţile de eliminare continuă a drojdiei floculante au agravat această situaţie. De altfel, dintr-un număr de 77 procedee, citate în 1972 de Mostek, se aplică pe scară industrială sub 10, iar numărul fabricilor ce practică astfel de procedee nu trece de 20, majoritatea funcţionând în Anglia şi producând sorturi de bere de fermentare superioară.

9

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

De cele mai multe ori procedeele continui au şi unele operaţii semi-continui, sau chiar şi statice. Cele mai cunoscute se bazează pe înmulţirea în trepte, fermentarea în cascadă, grăbirea procesului prin agitare mecanică şi trecerea prin coloane de fermentare.  Procedee prin fermentare treptată (semicontinui) Conform tehnologiei elaborate în 1967, de Hlavacek şi Kahler, aplicată la fabrica din Branik, se folosesc şase linuri verticale din aluminiu a câte 140 hl, în care fermentarea se realizează în trepte. Mustul cu un extract de 10—ll% este supus eliminării trubului fierbinte prin prerăcire rapidă şi aseptică şi decantare timp de 30 minute, apoi este trecut printr-un schimbător de căldură cu plăci pentru a ajunge la 10°C. Mustul răcit este filtrat prin aluvionare cu kiselgur, aerat şi introdus în primul lin. Acesta este umplut pe jumătate cu must apoi se adaugă suspensia concentrată de drojdie obţinută dintr-un tanc de prefermentare de 30 hl. După 40 h de fermentare jumătate din mustul prefermentat este trecut în linul următor şi se completează ambele linuri cu must proaspăt. Se repetă acest proces succesiv, astfel încât în fiecare zi este golit şi umplut pe jumătate câte un lin. După terminarea fermentării primare care durează 4—5 zile, berea tânără este limpezită prin centrifugare. Urmează maturarea la rece cu adaus de creste, impregnarea cu bioxid de carbon cu 2 zile înainte de filtrare şi tratare cu agenţi de stabilizare. Datorită proceselor intense de fermentare nu sunt necesare măsuri de dezinfecţie după fiecare şarjă, ci numai o spălare a linurilor cu apă sub presiune de 8—10 bar. Dezinfecţia şi înnoirea culturilor se realizează la cca 6 săptămîni. Nu este necesară sterilizarea mustului şi se elimină operaţiunile de însămânţare zilnică cu drojdie. Capacitatea de producţie a instalaţiei este de 21 000 hl bere/lună la un regim de 5 zile de lucru pe săptămână. Pe principii asemănătoare, dar aplicând principiul fermentării sub presiune, se bazează procedeul Wellhoener. Conform acestuia mustul este introdus în trepte, pe măsura desfăşurării fermentării într-un prim tanc de prefermentare la 10—12°C. De aici el este trecut în alte două tancuri în care are loc fermentarea primară şi creşterea succesivă a presiunii cu câte 0,2 bar. După eliminarea drojdiei sedimentate are loc trecerea în secţia de maturare, unde berea ajunge succesiv în alte trei tancuri de aceeaşi capacitate. În penultimul, are loc impregnarea cu bioxid de carbon în contracurent, cu eliminarea gustului de bere crudă prin spălarea compuşilor volatili nedoriţi. Capacităţile tancurilor sunt de 40, 30, 20 iar ultimele trei de maturare la 0°C, de câte 15 hl. Însămânţarea în tancul de prefermentare se efectuează, de asemenea, la intervale foarte mari, care pot ajunge până la 3 luni. Ultimele trei tancuri de maturare sunt amplasate la un nivel sub cel al

10

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

secţiei de fermentare primară, pentru a favoriza scăderea liberă a berii într-un recipient sub atmosferă de bioxid de carbon. Presiunea scade în primul tanc de maturare cu 0,2 bar faţă de cea din ultimul de fermentare primară, iar în urma impregnării cu C02 ea ajunge în final la 0,7 bar. Pentru asigurarea realizării parametrilor urmăriţi este necesară o cultură specială de drojdie, adaptată pentru fermentarea sub presiune în atmosferă îmbogăţită cu bioxid de carbon. Se susţine că acest procedeu de fermentare sub presiune în trepte a fost aplicat la 28 de fabrici şi că se realizează o economie de hamei de 10% faţă de procedeele clasice. Durata totală a procesului este de cca 12 zile. Un alt procedeu semicontinuu a fost conceput de Schalk, semănând cu cel realizat de Hlavacek, introducându-se succesiv jumătate din mustul prefermentat în linul următor şi completând ambele cu must proaspăt. Se folosesc şase linuri orizontale a câte 1700 hl.  Procedee de fermentare in cascadă Primul procedeu de fermentare în cascadă prin trecerea continuă a mustului în fermentare prin mai multe tancuri a fost introdus de către Ramsdem la o fabrică de bere din Londra, în 1960. El foloseşte patru recipiente cilindrice prin care trece succesiv lichidul în curs de fermentare de jos în sus. În primul are loc înmulţirea drojdiei la 21 °C, în al doilea, fermentarea primară la cea 15°C, în al treilea sedimentarea drojdiei la 7°C şi în ultimul, maturizarea şi limpezirea berii la rece. Procedeul necesită sterilizarea prealabilă a mustului. Datorită mişcării continue, drojdia este ţinută în permanenţă în suspensie. Primul lin este prevăzut cu agitator, iar ultimele două au fundul conic pentru evacuarea drojdiei sedimentate. Durata totală de fermentare-maturare este de cca 10 zile. Plecând de la un must cu un extract de 10%, acesta scade la ieşirea din fiecare lin, succesiv la 8,8; 5,6; 3,8 şi 3,3%. După varianta Bishop, asemănătoare cu precedenta, aplicată la patru linii de producţie din Mortlake ale concernului Watnei din Anglia, primele tancuri sunt prevăzute cu agitatoare. Durata de fermentaţie este de 14—16 h la debite variabile între 75 şi 300 hl/h. Producţia săptămînală este de 18 700 hl, iar suprafaţa de lucru necesară de cinci ori mai redusă decât cea a tehnologiei convenţionale. Spre deosebire de alte procedee care urmăresc obţinerea unui sort de bere, aici se aplică tehnologii continui în mod curent pentru 4 sorturi de bere de fermentare superioară. La unitatea N.F.D. din Paris s-a pus în funcţiune o instalaţie de fermentare în cascadă, ce foloseşte recipiente cilindro-conice. La o producţie zilnică de 750 hl de bere costurile de investiţii au fost de cea 30% faţă de cele ale unor instalaţii similare ce lucrează conform tehnologiei

11

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

clasice. Suprafaţa de construcţii s-a redus la cea 1/10. Temperatura de fermentare variază între 10 şi 13°C. Doza de drojdie însămânţată este de 0,2 1/hl. Sub aspect calitativ s-au obţinut rezultate foarte bune, sensibilitatea la rece în 24 h este de 0,20 unităţi de formazină, conţinutul de dicetone vicinale de sub 0,25 mg/l, iar cel de acetat de etil, mai mic decât în cazul berii obţinută conform tehnologiei uzuale. Berea rezultată are un pH de 4,05.  Procedee de fermentare în recipiente cu agitatoare Cel mai cunoscut procedeu este cel elaborat de Coutts, aplicat la două fabrici din Noua Zeelandă.

Fig. 1. Linie continuă de fabricare a berii în Noua-Zeelandă: 1 – cazan de fierbere ; 2 – cazan de fierbere propriu-zisă; 3 – separator de hamei; 4 – răcitor; 5 – tanc de stabilizare; 6 – filtru cu pământ de diatomee; 7 – tanc de depozitare bere filtrată; 8 – tanc pentru bere aerată; 9 – fermentatoare CF-1; 10 – fermentator CF-2; 11 – separator de drojdie; 12 – must fermentat pentru diluţie; 13 – agenţi de finisare; 14 – adaos zahăr caramelizat şi arome; 15 – adaos extract de hamei; 16 – adaos zahăr; 17 – impregnare cu CO2; 18 – răcitor; 19 – linie de retur pentru reducerea pH-ului

Mustul eliberat complet de trub este introdus în partea inferioară a primului tanc cu agitator. Pentru mărirea efectului de amestecare, tancul este prevăzut cu un difuzor-distribuitor cu sită, cu un diametru de 1/6 faţă de cel al recipientului. În difuzor pătrunde atât mustul cât şi agitatorul, realizându-se o turbionare suplimentară în circuit închis. Alimentarea cu suspensie de drojdie se efectuează tot în partea inferioară a recipientului cu agitator.

Mustul trece, deobicei

succesiv prin două tancuri, iar berea rezultată ajunge într-un decantor vertical de drojdie, de unde, 12

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

după sedimentare aceasta se re-circulă în parte în recipientele de fermentare, iar excedentul se elimină. Berea separată prin partea superioară a decantorului ajunge într-un tanc de impregnare şi spălare cu C02, recuperat de la fermentare, având capacitatea de 16 ori mai mare decât debitul orar de bere. Urmează răcirea la —1°C într-un schimbător de căldură cu plăci şi maturarea după o tratare preliminară cu un agent de stabilizare. Temperatura de fermentare este reglabilă între 7 şi 27°C, în funcţie de sortul de bere şi de caracteristicile drojdiei. La o doză a drojdiei de însămânţare de 50 g/hl şi 7°C, rezultă într-o oră 1/60 din volumul total al recipientelor de fermentare, iar la doze de 70 g/hl şi temperaturi de 27 °C producţia creşte de 6 ori. În funcţie de parametrii de mai sus, productivităţile instalaţiilor sunt de 680—2450 hl/zi. Pe principiul trecerii continui a mustului prin trei tancuri cu agitator se bazează procedeul Geiger-Compton. Se urmăreşte fermentarea distinctă prin aerare în primul recipient şi în situaţia anaerobă în următoarele două. Temperatura de fermentare este de 18°C, doza de drojdie de însămânţare de l,2%. După trecerea prin primul recipient, conţinutul de extract aparent scade la 8,9%, după al doilea, la 2,6% şi după ultimul la 2,5%. În comparaţie cu procedeele clasice concentraţia de drojdie este de peste 10 ori mai mare. Durata totală de fermentare şi maturare este de 36 h. Eliminarea drojdiei sedimentate se realizează prin centrifugare. Pe principii asemănătoare funcţionează instalaţia Pollock, care foloseşte recipiente cilindro-conice cu agitatoare. Mustul trece continuu prin acestea cu ajutorul unor pompe dozatoare şi este evacuat prin intermediul unor tuburi care pătrund până în apropierea părţii superioare, ajungând apoi în decantoare verticale pentru sedimentarea drojdiei şi limpezirea berii. Capacitatea de producţie zilnică este practic egală cu volumul recipientelor de fermentare. Se pare că instalaţia n-a trecut de faza de staţie pilot, ea realizând 100l bere/zi. Asemănătoare cu precedenta este instalaţia Hough-Ricketts. Diferă dimensiunile recipientului de sedimentare şi eliminare a drojdiei care are forma de V.  Procedee cu turnuri de fermentare Acestea urmăresc realizarea continuă a fermentării prin trecerea de jos în sus prin turnuri sau coloane, având înălţimea de cel puţin 5 ori mai mare decât diametrul. De cele mai multe ori se folosesc concentraţii foarte ridicate de drojdie. Astfel de procedee au fost realizate pe scară industrială de către A.P.V. Le Francois şi in Germania. Instalaţii de tip turn realizate de A.V.P. funcţionează la Cervecera în Spania şi la trei fabrici din Anglia. Se urmăreşte folosirea de doze foarte mari de drojdie care ajung la 250 g/l. 13

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Este necesară o sterilizare preliminară a mustului. Temperatura poate fi reglată în cursul fermentării, dar de cele mai multe ori se renunţă la automatizare, lăsând să crească aceasta până la 15°C. Un turn cu înălţimea de 6,4 m şi diametrul de 0,15 m produce 3,6 hl bere/zi. Se folosesc mai multe turnuri în paralel, de unde berea crudă ajunge în alte turnuri de maturare pe principiul funcţionarii în cascadă, trecând de sus în ios. În final ea este răcită puternic şi supusă reâmpregnării şi stabilizării. Părţile superioară şi inferioară ale coloanelor sunt din sticlă pentru observarea vizuală a desfăşurării proceselor. Prin menţinerea constantă a unui echilibru stabil de concentraţie mare de drojdie nu este necesară o sterilizare frecventă a instalaţiei, reducându-se posibilitatea de infecţie. Se susţine că sa poate lucra până la 6 luni fără întrerupere. Unitatea din Cervecera produce 30 000 hl bere/lună, din care 1/4 din must cu 15o/0 extract şi 3/4 din must de 12% extract. Fermentarea primară are loc în cinci turnuri, iar maturarea, în patru coloane. Suprafaţa secţiei de fermentare este de 380 m2. Eliminarea drojdiei are loc cu separatoare centrifugale conice, înainte de răcire şi impregnare. Se recuperează bioxidul de carbon dezvoltat, unitatea dispunând de o instalaţie de purificare şi comprimare la un debit de 360 kg/h. Consumul de abur este de 4 t/h, cel de apă de 44 m3/hf iar frigul este asigurat de trei compresoare cu amoniac de câte 125 CP. Costurile de investiţii şi exploatare s-au redus cu minim 50% faţă de cele ale unor instalaţii similare ce funcţionează pe principii clasice. Consumurile de materii prime s-au redus cu cea 2%. Durata întregului ciclu al procesului de producţie de la măcinarea malţului şi până la expedierea berii îmbuteliate este de maxim 10 zile. În Anglia s-au realizat şi turnuri cu diametre mai mari, de peste 1 m şi înălţimea de 8 m. Astfel, la fabrica Bass din Burton-on-Trent se produc săptămânal 20 000 hl bere de tip Ale în butoaie metalice de tipul Keg, în cinci turnuri. Spre deosebire de procedeul A.P.V. mustul trece printr-o sită, pe care se menţine aluvionat un strat de drojdie. Berea crudă, care are la sfirşitul procesului de fermentare primară temperatura de 18°C, trece printr-un separator centrifugal, se răceşte la -1°C şi apoi se filtrează cu kiselgur. Înainte de livrare are loc o pasteurizare de scurtă durată. Conţinutul de subproduse de fermentaţie, în special de acetat de izoamil, este foarte scăzut dacă stratul de drojdie rămâne compact pe fundul turnului de fermentare. Conţinutul de diacetil este limitat prin asigurarea unei cantităţi mărite de azot alfa-aminic. Pierderile de substanţe amare sunt mai mici decit cele conform tehnologiilor tradiţionale, permiţând economisirea de 30% hamei. Sterilitatea mustului se verifică continuu printr-un filtru cu membrană, legat în deviaţie sub vid şi expus examinării la microscop cu tehnici de fluorescentă.

14

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Firma Nordon-Diebold din Nancy a elaborat, în colaborare cu Le Francois, un procedeu de fermentare continuă în turn, în strat subţire de maximum 40 mm, cu insuflare concomitentă de CO2. În felul acesta se urmăreşte intensificarea fermentării prin creşterea suprafeţei de contact între must şi drojdie, asigurarea desfăşurării anaerobe şi bioxidul de carbon este recirculat continuu, generând astfel şi o spumare care previne apariţia de infecţii. Temperatura de fermentare este de maxim 10°C, după terminarea fermentării primare se elimină drojdia cu un separator centrifugal şi se procedează la maturare conform unor tehnologii clasice. Capacitatea instalaţiei este de până la 100 hl/h. În Germania., Mdwius şi colaboratorii, au elaborat un procedeu de fermentare şi maturare continuă sub presiune în turnuri. Mustul sterilizat şi răcit la 10°C este aerat cu 6—8 mg 02/lf ajungând apoi intr-un prefermentator prin care trece timp de 16,7 h la o presiune de 0,5 bar până la ajungerea la un extract aparent de cca 6%. Berea prefermentată trece apoi printr-o coloana în care se încălzeşte până la 20°C la presiunea de 2 bar durata fiind de 41 h. Urmează o răcire puternică la 0—1°C, sedimentarea drojdiei şi recuperarea ei. Sedimentarea şi recuperarea drojdiei au locb în turnuri înclinate la 50°, care asigură un efeet foarte mare de separare. Durata totală de fermentare şi maturare la această instalaţie semiindustrială este de 3 zile. Tot în Germania s-a dat în funcţiune în 1974 în localitatea Gotha a fabrică pentru producerea continuă a berii de fermentaţie inferioară, cu un ciclu total de 7 zile. Procedeul permite şi folosirea de cereale nemalţificate în proporţie de până la 50% faţă de cea de malţ. La fierberea mustului se foloseşte extract de hamei. Fermentarea are loc în trei turnuri cu înălţimea de câte 22 m şi diametrul de 8 m, fiecare având cinci zone suprapuse cu regimuri diferite de temperaturi. Gradul de automatizare al instalaţiei este de 80%, iar volumul specific al suprafeţelor necesare pentru fermentare şi maturare s-a redus de cinci ori faţă de cel necesar, conform tehnologiei uzuale. Costul de investiţie a fost de 78 milioane mărci. În Olanda fabrica de bere Skol din Breda posedă un turn de fermentare cu o înălţime de 10 m şi diametrul de 0,9 m. În acesta se realizează un proces de fermentare continuă pentru obţinerea de bere de fermentare inferioară, la o capacitate de 8 hl/h. Se întâmpină greutăţi frecvente cu privire la conţinutul de diacetil, care este mai mare decât cel uzual. Se previne această situaţie prin reglarea compoziţiei mustului şi a ratei de înmulţire a culturii de drojdie. În Cehoslovacia funcţionează o instalaţie semiindustrială de obţinere continuă a berii prin fermentare inferioară, folosind culturi de drojdii cu defecte de respiraţie, care permit fermentarea

15

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

fără să se înmulţească. Dozele de drojdie sunt de 1,2—1,8 g/l. După o prefermentare se realizează fermentarea continuă în coloane legate în cascadă prin sifonare. Ultima coloană este răcită la 2— 3°C. Maturarea durează 7—10 zile. Durata de fermentare primară variază în funcţie de caracteristicile suşei de drojdie, ea ajungând până la 8 zile. Spre deosebire de alte procedee continui, se preferă desfăşurarea lentă a procesului la temperaturi mai scazute.  Cupajarea, subrăcirea şi liniştirea berii Pentru menţinerea constantă a berii rezultată din mai multe şarje de fierbere şi de fermentare-maturare, se procedează la cupajarea loturilor, respectiv la golirea concomitentă a mai multor tancuri şi amestecarea continuă a berii în aşa-zise lanterne de cupajare. Acestea reprezintă agregate mobile cu mai multe stuţuri de alimentare continuate cu vizoare şi cu o singură conductă de colectare. Se pot amesteca diversele loturi la debite variabile. Vizoarele permit observarea berii care se scurge prin ele. Pentru prevenirea pătrunderii de aer în momentul terminării golirii unui recipient, fiecare lanternă este prevăzută cu bile plutitoare cu cauciuc, care închid automat vizoarele în momentul lipsei de bere. Din lanternele de cupiajare berea este trimisă la filtrare sau în tancuri de liniştire cu pompe regulatoare de presiune.

Acestea sunt de tip centrifugal şi

permit creşterea presiunii fără trepte în anumite limite cu scăderea corespunzătoare a debitului şi invers. În vederea măririi stabilităţii nebiologice a berii se procedează uneori la răcirea la temperaturi de până la -2 C şi păstrarea timp de 24-48 k la această temperatură. În astfel de condiţiuni se depun substanţe proteice şi de altă natură, generatoare de tulbureli, care pot fi reţinute prin filtrare. De asemenea se ameliorează legarea bioxidului de carbon, micşorându-se pierderile acestuia la îmbuteliere. Înainte de filtrare berea trebuie păstrată timp de cea 24 h în tancuri de liniştire, independent de faptul dacă ea a fost subrăcită sau nu. Tancurile sunt, de regulă, recipiente cilindrice verticale amplasate în încăperi răcite cu aer, situate cât mai aproape de sala de îmbuteliere. Berea este menţinută în aceste tancuri sub presiune de aer sau, mai bine, sub atmosferă de bioxid de carbon. Pentru reducerea efectelor negative ale contactului cu aerul, liniştirea nu poate să depăşească 24 h. În afară de efectele de omogenizare şi eliminare a aerului realizate prin liniştire, se pot prelua fluctuaţiile de la funcţionarea liniilor de îmbuteliere şi şocurile din filtre.

16

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

3.2 Elemente definitorii ale produselor utilizate in proiect 3.2.1 Materii prime folosite la fabricarea berii

Principalele materii prime folosite la fabricarea berii: maltul, cereale nemaltificate, hameiul si apa. 3.2.1.1 Orzul Orzul este materie prima traditionala pentru fabricarea berii, foarte raspandita in cultura, fiind a patra cereala cultivata in lume dupa grau, orez si porumb. Este putin pretentioasa din punct de vedere al solului si climei, cultivarea facandu-se in zona temperata pana spre cercul polar si poate atinge cele mai mari altitudini de cultivare. Practic toate semintele de cereale se pot maltifica, dar la fabricarea berii este preferat orzul, deoarece are bobul acoperit cu un invelis care protejeaza embrionul in timpul procesului de germinare, invelisul care si din punct de vedere tehnic este utilizat in formarea stratului filtrant la filtrarea plamezii cu cazane de filtrare. Orzul nu introduce in bere substante care sa-i imprime acesteia un gust sau un miros neplacut, iar din punct de vedere enzimatic, prin germinarea unui orz bine maturat, se acumuleaza in bobul orzului un echipament enzimatic bogat si echilibrat. Initial orzul se folosea ca atare (nemaltificat) la obtinerea berii. Maltificarea orzului a fost introdusa deabia in secolul al VIII-IX lea e.n. De atunci berea se fabrica aproape in exclusivitate din malt, hamei, apa si drojdie, fiind interzisa in tarile mai conservatoare utilizarea altor cereale nemaltificate. Cu toate acestea se folosesc astazi in numeroase tari si cereale nemaltificate ca : orz, porumb, orez etc., datorita in special avantajelor economice. Dintre cereale, orzul este cel mai folosit la fabricarea maltului pentru bere datorita urmatoarelor avantaje pe care le prezinta : •

Este cereala al carui bob este acoperit cu un invelis care protejeaza plumula in timpul germinarii ;

•

Boabele de orz, fiind îmbrăcate în palee, sînt supuse vătămărilor în măsură mai mică în timpul manipulărilor decît boabele altor cereale; în plus, paleele joacă un rol de filtru în timpul separării substanţelor solubile

17

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

•

LUCRARE DE LICENŢĂ

Prin germinare in bobul de orz se acumuleaza un echipament enzimatic divers si bogat ;

•

Bobul de orz contine β-amilaza in cantitate apreciabila ;

• Temperatura de gelatinizare a amidonului din bobul de orz este inferioara trmperaturii de inactivare a α-amilazei ; • Bobul de orz nu contine substante care sa influenteze negativ gustul si aroma berii ; •

Din punct de vedere economic orzul este avantajos pentru a fi folosit la fabricare maltului ;

•

Este o planta care se cultiva bine in zona temperata pana la altitudini foarte mari.

Soiuri de orz Orzul face parte din clasa Gramineelor, genul Hordeum L., specia Hordeum vulgare L, cu patru convarietăţi. După numărul de rânduri de boabe pe spic există în cultură două specii principale de orz şi anume: orzul cu şase rânduri de boabe pe spic (Hordeum hexastichum) şi orzul cu două rânduri de boabe pe spic (Hordeum distichum). Hordeum hexastichum: Astfe orzul pe şase rânduri de boabe pe spic cunoscut sub denumirea de "orz'' la care toate cele trei spiculeţe, de la călcâiul de rahis, sunt fertile, astfel încât, la fiecare călcâi de rahis se găsesc trei boabe. Spicele au boabele dispuse frecvent pe şase rânduri. În cazul varietăţiilor cu spice laxe, spiculeţele laterale de pe cele două părţi ale rahisului se suprapun rezultând "orzul pe 4 rânduri''. Hordeum distichum : Din cele trei spiculeţe este fecundat şi deci fertil numai spiculeţul din mijloc, încât se formează numai două rânduri de boabe pe spic, boabe care se dezvoltă nestânjenite, sunt mai mari şi simetrice. Această formă este denumită curent „orzoaică” şi reprezintă, cel puţin pentru ţările europene, cel mai bun orz pentru fabricarea berii, datorita conţinutului ridicat în amidon şi scăzut

18

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

în proteine, energiei de germinare ridicată şi învelişului subţire, fapt ce permite condiţii bune de prelucrare. Circa 20-25% din malturile folosite in industria berii pe plan mondial, provine din orzoaica. Proprietăţile bobului de orzoaica sau orz (structura substanţelor albuminoase, conţinutul în diferite enzime, randamentul în extract şi alţi indicatori) depind, în cea mai mare măsură, de soiul cultivat. Utili-zînd soiuri pure, de orzoaica sau orz, se obţine un produs de calitate bună şi mai uniformă. Este indicat să se stabilească soiurile cele mai corespunzătoare, atît din punctul de vedere al industriei cît şi al culturii şi care să fie folosite în exclusivitate pentru fabricarea berii. Calitaţile maţeriei prime pentru fabricarea malţului, respectiv a berii, are o deosebită importanţa. Ca materie primă folosită pentru fabricarea maltului pe plan mondial, sînt cunoscute două tendinţe : sînt ţări care folosesc in proporţie de 90% numai orzoaica pentru fabricarea malţului şi ţări unde orzul selecţionat special pentru fabricarea berii se foloseste in proporţie de peste 50%. In primul grup de ţări, care folosesc numai orzoaica pentru fabricarea berii, nu este admis adaosul de stabilizatori în bere. Ţările care întrebuinţează în mare proporţie diferite soiuri de orz pentru fabricarea berii folosesc însă şi diferite substanţe enzimatice, pentru a-i asigura stabilitatea proteică. Adaosul substanţelor străine în bere este însă o măsură care pe lîngă faptul că nu este admisă de legile sanitare din multe ţări, ele necesită, în plus, folosirea în special de enzime în procesul de fabricaţie şi operaţii suplimentare. Superioritatea orzoaicei faţă de orz constă în primul rînd că are un conţinut mult mai redus în proteine decît orzul în general şi decît orzul furajer în special. Conţinutul în amidon este mai mare la orzoaica cu cel puţin 3% decît la orz. Farinozitatea bobului este de asemenea mult mai mare la orzoaica decît la orz. La fel şi uniformitatea boabelor este mult mai buna la orzoaica decît la orz. Datorită calităţilor orzoaicei, malţul obţinut este de bună calitate. Avînd un conţinut scăzut în proteine şi bogat în amidon, în timpul procesului de malţificare se produce o bună dezagregare a bobului şi se acumulează un complex enzimatic (în special enzime amilolitice şi

19

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

proteolitice) care permit în timpul procesului de plămădire-zaharificare descompunerea hidraţilor de carbon şi a proteinelor. De asemenea, efecte aproximativ asemănătoare se pot obţine şi atunci cînd se foloseşte orz de calitate corespunzătoare pentru bere. În acest caz, indicii de calitate ai orzului, conţinutul in proteine şi în amidon, energia de germinare şi uniformitatea trebuie să fie cit mai apropiaţi de cei ai orzoaicei. Folosirea unei materii prime corespunzătoare pentru fabricarea malţului, orzoaică-orz, duce la rezultate bune la fabricarea berii atît din punct de vedere calitativ cît şi cantitativ. În ceea ce priveşte efectele calitative, în primul rînd se obţine o bere corespunzătoare din punct de vedere organoleptic, iar în al doilea rînd, o îmbunătăţire substanţială a stabilităţii proteice a acesteia. Un malţ obţinut dintr-o orzoaica sau un orz corespunzător are o uniformitate şi o activitate enzimatică constantă, ceea ce permite o conducere ritmică a procesului tehnologic. Dacă se foloseşte un orz necorespunzător, malţul rezultat este neuniform şi îngreuiază procesul de plămădire-zaharificare, filtrare, fermentare şi îmbuteliere a berii. Berile obţinute dintr-o materie primă corespunzătoare pot avea o stabilitate proteică ridicată, fără nici un fel de tratament, în comparaţie cu stabilitatea scăzută, la o bere produsă dintr-o materie primă mai puţin corespunzătoare. Compozitia chimica a orzului Compoziţia chimică a boabelor de orz este influenţată de factorul genetic şi de condiţiile de mediu, înregistrându-se varietăţi importante ale conţinutului de proteină şi amidon Tabelul 1 Specificare

Proteină% S.U.

Amidon% S.U.

minim

mediu

maxim

minim

mediu

maxim

Orz de toamnă

10,86

13,29

14,08

54,94

56,33

59,79

Orzoaică de primăvară

9,48

11,61

13,08

57,23

59,60

62,28

Orzul are un conţinut mai mare în proteină şi mai redus în amidon, decât orzoaica.

20

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Conţinutul în proteină este favorizat de climatul cald şi uscat, care scurtează perioada umplerii boabelor, determinând o cantitate mai mică de amidon acumulată. De asemenea, îngrăşămintele cu azot şi fertilitatea ridicată a solului măresc procentul de proteină, din boabe. Orzoaica, utilizată în industria berii, trebuie să aibă un conţinut în proteină de 10 - 12 %, care se poate obţine în condiţiile climatului umed şi răcoros, ce favorizează acumularea amidonului, în detrimentul proteinei. Boabele de orzoaică pentru bere trebuie să fie mari (MMB 40 -48 g) uniforme, cu o energie germinativă ridicată favorizând obţinerea unui malţ de bună calitate. Componentele cele mai importante care intra in compozitia chimica a orzului si limitele lor de variatie ce sunt raportete la substanta uscata in % : Tabelul 2. Compozitia chimica a taratei de orz Fractiunea % Apa 7,4 Proteina 7,1 Pentozani 20,0 Fibra 22,6 Lipide 2,1 Cenusa (inclusiv silicati) 10,0 Amidon 8,2 Alte materiale, libere de azot 22,6 Tabelul 3. Compozitia chimica a orzului Fractiunea Amidon Zaharoza Zaharuri reducatoare Alte zaharuri Gume solubile Hemiceluloze Celoloze Lipide Proteina bruta(N×6.25) -albumine + globuline(proteine solubile in solutie salina) -hordeina -glutelina -aminoacizi si peptide -acizi nucleici Minerale Alte substante

% fata de s.u. 63-65 1-2.0 0.1-0.2 1 1-1.5 8-10 4-5 2-3 8-11 3.5(0.5% albumine si 3% globuline) 3-4 3-4 0.5 0.2-0.3 2 5-6

21

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Bobul de orz este compus din apa (12-20%) si substanta uscata (88-80%). Un continut mare in apa influenteaza negativ randamentul in productie si este dezavantajos din punct de vedere economic, deoarece face dificila depozitarea. Din punct de vedere cantitativ, amidonul constituie componentul cel mai important al orzului. La plamadire, el se transforma, sub actiunea amilazelor, in dextrina si maltoza. Dextrinele ramin, ca atare, in bere, pe cind maltoza este scindata, prin fermentare in alcool si bioxid de carbon. Substantele azotoase, care se subdivide in mai multe grupe, joaca un rol foarte mare la fabricarea berii. Substantele azotoase mai putin complexe servesc ca substante nutritive pentru drojdie, in timpul fermentarii, deoarece celelalte nu pot patrunde prin peretii celulelor. Atunci insa, cind in must exista prea multe substante azotoase cu molecula mica, nu sînt assimilate toate de drojdie si astfel ramine o cantitate prea mare in bere. Aceastea constituie un teren nutritive bun pentru organizmele straine, care altereaza berea si pericliteaza stabilitatea ei. Substantele azotoase complexe sint factori principali pentru spuma si gustul plin al berii, dar, la un moment dat, ele se separa si atunci tulbura berea. De aceea exista teama de a folosi orzul care contine prea mut azot, pentru ca aceasta conduce la obtinerea unei beri instabile. Dar si orzul prea sarac in azot este tot asa de nedorit, fiindca da o bere goala, cu putina spuma. Astazi exista convingerea, aproape genereala, ca felul substantelor azotoase este mai important pentru calitatea berii, decit continutul lor total in azot. In ceea ce priveste Hemicelulozele, la maltificare acestea sint dezagregate si solubilizate de enzima citaza. În urma dezagregarii se formeaza xyloza, care poate servi ca hrana pentru germini. In felul acesta, hemicelulozele sint substante care pot servi intr-o oarecare masura ca rezerva de substante nutritive. Pentozanii (intra in component hemicelulozei, pectinei si substantelor gumoase) dizolvati, ca si pentozanii formati in continuare prin dezagregarea acestora, ajung in must, si respective in bere, si contribuie, in mare masura impreuna cu substantele gumoase, la formarea gustului berii. Taninul si cantitati mici de rasini amare, ce se gasesc in coaja orzului, atunci cind exista in cantitati prea mari pot transmite berii un gust astringent si o amareala neplacuta. 22

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Aprecierea orzului destinat fabricarii maltului pentru bere Orzul folosit la fabricarea maltului pentru bere trebuie sa aibe un continut ridicat in amidon si scazut in proteine. Cu cat continutul in amidon este mai mare cu atat creste si randamentul in extract al maltului. La cresterea continutului in proteina are loc o scadere a randamentului in extract. Intrucat proteinele se solubilizeaza in must numai in proportie de 35-40%. Pentru fabricarea berii se preteaza orzul cu bobul mare. Boabele trebuie sa prezinte un aspect caracteristic pentru orz si orzoaica, culoarea boabelor trebuie sa fie galbena, ca paiul, fara pete sau varfuri negre, iar mirosul specific, placut, fara miros de inchis sau de mucegai. Gustul orzului este specific, putin dulceag, fara sa fie amar sau acid. 3.2.1.2 Apa Apa este una din materiile prime de bază pentru fabricarea berii. Din punct de vedere cantitativ, apa reprezintă cea mai mare pondere din materiile prime şi auxiliare care intră într-o fabrică de bere(88%). Cele mai renumite şi mai tipice beri fabricate în lume îşi datorează caracteristicile îndeosebi calităţilor apelor cu care sunt obţinute. Astfel, berea de Pilsen este obţinută cu o apă cu duritate foarte mică, berile brune de Műnhen, Dublin sau Londra se obţin cu ape ce au un conţinut ridicat în bicarbonaţi de calciu şi puţini sulfaţi, berea de Dortmund, puternic aromată, este obţinută cu o apă cu duritate mare conţinând îndeosebi sulfaţi şi cloruri, în timp ce berile amare de Burton se obţin utilizând la fabricaţie ape cu conţinut mare de sulfat de calciu. Tehnicile actuale oferă posibilitatea tratării şi corectării caracteristicilor apelor ce stau la dispoziţia fabricilor de bere pentru a le putea aduce la parametrii impuşi de obţinerea unui anumit tip de bere. Apa se foloseşte la înmuierea orzului, în procesul de fierbere (brasaj), la spălatul sticlelor, al butoaielor, al utilajului şi încăperilor, în procesul de răcire, pentru cazanele cu abur. Pentru industria berii — în majoritatea locurilor unde se foloseşte apa trebuie să corespundă unei ape potabile. De aceea apa de suprafaţă nu se poate folosi decît după o prealabilă filtrare şi tratare, în general, cel mai mult folosite în fabricile de bere sînt apele de adîncime

23

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Consumul de apa intr-o fabrica de bere variaza in functie de mai multi factori, dintre care fac parte : felul berii ce se fabrica, procesul tehnologic aplicat. Instalatiile folosite (la racire, si la spalarea sticlelor, cazanelor de abur) etc. Compozitia chimica a apei Apele naturale conţin in medie 500 mg reziduu la evaporare (substanţă uscată), la litru. această cifră poate varia insă in limite mai mari, şi anume intre 1 500 şi 2 000 mg/l, in majoritatea apelor, reziduul la evaporare este format din săruri care sînt dizolvate în ара. Sărurile existente in apă, fiind intr-o concentraţie relativ mică, mai întotdeauna se găsesc in stare disociată şi cationii cu sarcină pozitivă fac echilibru anionilor cu sarcina negativă. Principalii ioni care se gasesc in apele naturale sint : Cationii : H+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Fe3+, Al3+, Mn2+, NH4+; Anionii :OH-, HCO3-, CO32-, SO42-, Cl-, SiO32-, NO3-, NO2-, PO43-; In afară de substanţele anorganice, in apa mai există şi substante organice. Un conţinut ridicat din aceste substanţe arata o impurificare a apei şi prezinta un pericol, in special pentru curăţirea utilajului, a sticlelor, butoaielor etc. De asemenea, in apa se mai gasesc dizolvate si gaze (O2, N2, CO2 si altele) Sărurile şi ionii din apă, din punct de vedere al fabricaţiei berii, se împart în inactivi (NaCl, KCl, Na2SO4 şi K2SO4) şi activi, care sunt acele săruri sau ioni care interacţionează cu sărurile aduse de malţ şi influenţează în acest mod pH-ul plămezii şi al mustului. Totalitatea sărurilor de calciu şi de magneziu din apă formează duritatea totală, exprimată în grade de duritate: 1º duritate = 10 mg CaO/l apă Tabelul 3. Clasificarea apelor după duritatea totală

Caracterul apei

Duritatea (°D)

Apă foarte moale

0-4

Apă moale

4,1-8

Apă moderat dură

8,1-12

Apă relativ dură

12,1-18

Apă dură

18,1-30

Apă foarte dură

Peste 30

24

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Duritatea totală este formată fin duritatea temporară sau de carbonaţi (dată de conţinutul în carbonaţi şi bicarbonaţi) şi din duritatea permanentă sau de sulfaţi (dată de sărurile de calciu şi magneziu ale acizilor). Sărurile şi ionii care dau cele două componente ale durităţii se împart în ioni şi săruri care, în plămadă, contribuie la creşterea pH-ului (bicarbonaţii de calciu şi magneziu şi carbonaţii şi bicarbonaţii alcalini) şi ioni şi săruri care contribuie la scăderea pH-ului (ionii de calciu şi magneziu şi sărurile de calciu şi magneziu cu acizii minerali tari: sulfuric, clorhidric, azotic). Cele mai importante procese biochimice şi fizico-chimice care au loc în timpul obţinerii berii sunt influenţate de modificări ale pH-ului, majoritatea acestor procese necesitând un pH mai scăzut. De valoarea pH-ului depinde activitatea enzimelor la brasaj, extragerea substanţelor polifenolice din malţ, solubilizarea substanţelor amare din hamei, formarea tulburelii la fierbere etc. Prin influenţa pe care o au ionii şi sărurile din apă asupra însuşirilor senzoriale ale berii, apa contribuie în mare măsură la fixarea tipului de bere. În tabelul 4 sunt prezentate principalele tipuri de bere din lume şi caractreristile apelor utilizate la obţinerea lor. Tabelul 4. Compoziţia apelor de brasaj folosite la obţinerea unor beri reprezentative

Műnchen

Pilsen

Dortmund

Wien

Indicatorul Duritatea totală Duritatea temporară Duritatea permanentă Duritatea de Ca Duritatea de Mg Alcalinitatea remanentă

mmol/l 0,28

°

D 1,6

mmol/l 2,63

°

D 14,8

mmol/l 7,35

°

D 41,3

mmol/l 6,87

°

0,23

1,3

2,53

14,2

2,99

16,8

5,50

30,9

0,05

0,3

0,10

0,6

4,36

24,5

1,37

7,7

0,18

1,0

1,89

10,6

6,53

36,7

4,06

22,8

0,10

0,6

0,75

4,2

0,82

4,6

2,81

15,8

0,16

0,9

1,89

10,6

1,01

5,7

3,93

22,1

D 38,6

Pentru a caracteriza mai bine apa utilizată la fabricarea berii s-a introdus noţiunea de alcalinitate remanentă sau necompensată, care reprezintă acea parte a alcalinităţii totale a unei ape care nu este compensată de acţiunea ionilor de calciu şi magneziu din apa respectivă. Se calculează cu formula:

25

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Alcalinitatea remanentă = (alcalinitatea totală – duritatea de la calciu +0,5 • duritatea de la magneziu)/3,5 Pentru obţinerea berilor de culoare deschisă, de tip Pilsen, este necesar ca alcalinitatea remanentă a apei utilizate să nu depăşească 5°D, corespunzătoare unui raport dintre duritatea temporară şi cea permanentă de circa 1:3,5. Pentru apele cu alcalinitate mai mare este necesară corectarea lor. Corectarea durităţii apei se face cu scopul de a aduce caracteristicile apei dintr-o sursă la caracteristicile specifice obţinerii unui anumit tip de bere. Corectarea constă în: decarbonatarea apei (prin fierbere, cu ajutorul laptelui de var, cu schimbători de ioni), demineralizarea apei (cu schimbători de ioni, electroosmoză, osmoză inversă) sau prin modificarea naturii sărurilor din apă (tratarea cu acizi). Cele mai utilizate metode sunt cele de decarbonatare cu schimbători cationici sau lapte de var. Purificarea microbiologică se face prin clorinare, ozonizare, tratare cu radiaţii U.V., filtrare sterilizantă etc. Cea mai simplă metodă este clorinarea, dar cantitatea de clor rezidual trebuie să fie foarte scăzută, deoarece la concentraţii de 1 µg/l dă reacţii cu fenolii din apă formând clorfenoli, substanţe care la concentraţii de peste 0,015 µg/L dau un gust de ’’medicament’’ berii la a cărei fabricaţie s-a utilizat apa. Influenta compozitiei apei asupra proceselor ce au loc in timpul fabricarii maltului si a berii. Sărurile din apă au un rol mare in ceea ce priveşte desfăşurarea anumitor procese in timpul fabricării malţului şi a berii. La înmuierea orzului, prezenţa carbonatului de sodiu în apa, de exemplu, extrage din coji substanţele amare, colorante şi tanante, ceea ce este avantajos pentru obţinerea unui malţ de bună calitate. Conţinutul mare in saruri de fier in apă duce la combinaţii cu substanţele tanante nedorite. Aceste combinaţii conduc la obţinerea unui malt de culoare închisă. Conţinutul mare de săruri, in apa de înmuiere, duce la o intirziere a germinării orzului supus maltificarii. Influenţa cea mai mare a sărurilor din apă se manifestă in procesul de fierbere, şi anume prin modificarea pH-ului. Un pH coborit are o influenţă favorabilă asupra intregului proces de fabricare a berii, pe cînd un pH ridicat influenţează negativ acest proces prin prelungirea duratei de zaharificare. De asemenea, filtrarea merge mai greu, iar mustul este tulbure, coagularea

26

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

substanţelor azotoase este incompleta, mustul se colorează mai intens, randamentul in extract este mai scazut, amareala berii este mai aspră. De asemenea, un pH ridicat face ca berea să fie mai sensibilă la dezvoltarea bacteriilor lactice care produc tulburelile de natură microbiologică. Influenţa unor componenţi ai apei asupra malţului şi a berii. In afară de cele arătate pînă aici, trebuie menţionat că şi alţi componenţi dizolvaţi în apă influenţează procesele care au loc în diversele faze tehnologice. Nitriţii, de exemplu, sînt toxici pentru drojdie. Apariţia lor în apă se datoreşte trecerii acesteia prin straturi sau locuri impurificate cu ape de scurgere, în care se produc procese microbiologice nedorite. Nitraţii sînt de asemenea dăunători drojdiei de cultură chiar de la o concentraţie de 25 mg/l. Ionul sulfat influenţează gustul berii la o concentraţie destul de mare (peste 400 mg/l). Acesta dă berii un „gust uscat" şi mai amar decît la berea obişnuită. Magneziul acţionează ca şi calciul, totuşi nu are acelaşi efect, deoarece fosfatul secundar de magneziu este mai solubil în apă decît fosfatul secundar de calciu. Fierul şi manganul. Apa cu un conţinut mare de fier are un gust de metal care poate aduce cu al cernelii. Peste o concentraţie de 1 mg/l, fierul produce o degenerare a celulelor de drojdie şi provoacă precipitări coloidale. Dă combinaţii cu taninul, intensificînd culoarea mustului. In mod asemănător se manifestă şi manganul, influenţînd în acelaşi timp enzimele malţului, mărind solubilizarea proteinelor în timpul procesului de plămădire. Ionul clor dă berii un gust dulceag. Deci el nu trebuie îndepărtat complet acolo unde dorim o plinătate a gustului berii. E bine ca el să nu depăşească o concentraţie mai mare de 200 mg/l. Bioxidul de siliciu în cantităţi prea mari influenţează neplăcut calitatea berii. Silicaţii coboară capacitatea fermentativă a drojdiei prin formarea unor substanţe complexe cu produsele de metabolism, depunidu-se astfel pe suprafaţa celulelor.

Substanţele organice din apa naturală

pot fi de origine vegetala sau animală. Aceste ape indică o impurificare şi ele vor conţine sigur un număr mare de microorganisme, substanţe proteice şi amoniac.

27

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

3.2.1.3 Hameiul Hameiul este cunoscut astăzi ca una din cele mai însemnate plante tehnice, prin faptul că inflorescenţele femele (conurile) reprezintă o materie primă indispensabilă în industria berii. Conurile imprimă însuşirile cunoscute ale acestei băuturi: spuma, gustul şi aroma specifică, culoarea şi limpezimea, asigurând şi conservabilitatea ei. Aceste însuşiri sunt conferite, în principal, de lupulina produsă de conuri, care conţine substanţe amare (acizi amari şi răşini), uleiuri volatile şi taninuri (cantităţi mari de tanin se află şi în rahis) etc. Nici o altă substanţă chimică (naturală sau sintetică) nu a putut înlocui lupulina din conurile de hamei, pentru a realiza însuşirile fizico - chimice şi gustative ale berii. Particularitati biologice : Hameiul, denumit în botanică Humulus lupaliis, este o plantă căţărătoare din grupa plantelor urzicătoare şi a plantelor înrudite cu cînepa. Este o plantă cu două sexe, ale cărei flori masculine şi feminine cresc pe două plante diferite. În industria berii, sub numele de hamei se înţelege floarea femeiască, care conţine răşini amare şi uleiuri eterice. Hameiul este o plantă vivace, ale cărei rădăcini iernează în pămînt. iar în primăvară formează mlădiţe (lăstari) noi. La o plantă de hamei se deosebesc următoarele părţi : rădăcina, tulpina (butucul) cu coarde anuale, frunzele şi florile. Rădăcina. Hameiul are o rădăcină puternică (pătrunde în pămînt la 3—4 m adîncime) şi este mult ramificată. Tulpina (butucul) şi coardele anuale. Butucul are o grosime de 10—15 cm şi o înălţime de 30—40 cm. Partea de sus se numeşte capul butucului şi se găseşte la 12—15 cm adîncime. Primăvara, din butucul de hamei cresc mulţi lăstari care au la unele soiuri vîrfurile roşie tice. Frunzele hameiului pornesc de la nodurile lăstarilor principali sau secundari. Faţa inferioară a frunzei este netedă şi de culoare verde-des-chis, iar faţa superioară este poroasă şi de culoare verde-închis.

28

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Florile. La sfîrşitul lunii iunie şi începutul lunii iulie, hameiul începe să-şi formeze inflorescenţele, care se dezvoltă în subsoara frunzelor. Inflorescenţele se compun din 20—60 de flori. Florile femele sînt grupate într-o inflorescenţă în formă de con . Conurile de hamei sînt compuse din 40—60 frunzişoare, aşezate în jurul unui ax păros cotit de 8—10 ori. Dezvoltarea completă a unui con se realizează în 10 - 24 de zile, după soi şi condiţiile de vegetaţie. In faza de maturizare, capetele inferioare ale frunzişoarelor sînt acoperite cu aşa-numitele grăunţe de lupulină. Lupulina este o secreţie a plantei şi este purtătoarea principală a substanţelor aromatice şi amare ale hameiului. Ea nu este o combinaţie chimică determinată, ci se compune din substanţe diferite. După recoltare, pe măsura învechirii hameiului granulele de lupulină devin mate, culoarea se închide, trecând în portocaliu-roşietic iar mirosul din aromat se transformă în miros neplăcut de brânză. Conurile de hamei sînt folosite în industria alimentară la fabricarea berii, iar în industria farmaceutică, ca medicament antiscorbutic şi diuretic. Scopul principal pentru care se cultivă hameiul este obţinerea conurilor de hamei necesare la fabricarea berii. La recoltare, în funcţie de soi, numărul de coarde dirijate, masa totală a unei plante este de 5 -15kg, din care: 35 - 40% reprezintă masa conurilor. Soiuri de Hamei La clasificarea soiurilor de hamei trebuie avute in vedere perioade vegetatie si culoarea butasilor. Dupa perioada de vegetatie, hameiul se clasifica astfel : -

Soiuri timpurii;

-

Soiuri semitimpurii;

-

Soiuri tirzii; După culoarea lăstarilor, clasificarea soiurilor de hamei este următoarea :

-

hamei cu lăstari roşii — din această grupă fac parte cele mai multe soiuri timpurii şi semitimpurii;

-

hamei cu lăstari verzi; acestei grupe îi aparţin cele mai multe soiuri tardive ;

29

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

-

LUCRARE DE LICENŢĂ

hamei cu lăstari verzui ; soiurile de hamei din această grupă au o mai bună importanţă pentru cultura hameiului. Aceste soiuri reprezintă o formă intermediară între hameiul cu lăstarii roşii şi hameiul cu lăstari verzi.

Soiurile de hamei cu lăstari roşii îşi păstrează această caracteristică şi în perioada de vegetaţie. De la această însuşire se trage denumirea hameiul cu lăstari roşii. Lăstarii acestui hamei apar de timpuriu, în luna martie. In general, soiurile de hamei ce fac parte din această grupă dau producţii relativ mici, însă de calitate superioară. La soiurile de hamei cu lăstari verzi, dezvoltarea plantei este mai lentă, iar inflorescenţele apar mai tîrziu. Producţia de hamei dată de aceste soiuri este mai mare, însă calitatea hameiului este inferioară faţă de a celui cu lăstari roşii. In Romania sînt cultivate următoarele soiuri de hamei : a. Soiuri semitimpurii: -

Zatec — este originar din R. S. Cehoslovacă, face parte din grupa hameiului cu lăstari roşii, iar conurile sînt de formă oval-alun-gitâ, puţine într-un buchet.

-

Hallertau – este originar din Bavaria ; face parte din grupa hameiului cu lastari rosii, iar conurile sînt relativ mici.

-

Poperinghe — este originar din Belgia; face parte din hameiul cu lăstari verzi. Conurile sint alungit-ovale si cilindrice, si mai mari in comparaţie cu celelalte varietăţi,

b. Soiuri tîrzii : Brarribling's Early Golding, denumit pe scurt Golding — este originar din Anglia; face parte din grupa hameiului cu lăstari verzui. Forma conurilor este mai mult ovală с. Soiuri timpurii: -

Sigkişorean — face parte din grupa hameiului cu lăstari roşii; conurile sînt relativ mici.

-

Tettnang face parte din grupa hameiului cu lăstari roşii. Conurile sînt relativ mici.

-

Bourgogne — este originar din Franţa ; face parte din grupa cu lastari rosi.

Cele mai bune rezultate s-au obţinut cu varietăţile Sighişorean, Hallertau şi Zatec care, în afară de faptul că sînt bogate în lupulina au şi o aromă mai fină. Rezultate mai slabe s-au obţinut cu varietatea Poperinghe, ale cărui conuri de hamei au conţinut redus de lupulină, iar aroma este mai puţin fină. De reţinut este faptul că în cadrul aceluiaşi soi de hamei, sînt diferenţe de calitate, fapt ce se datoreşte neselecţionării corespunzatoare a tuturor butaşilor. 30

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

De asemenea, la stabilirea soiurilor de hamei trebuie să se aibă in vedere asigurarea condiţiilor optime de lucru în perioada de recoltare şi uscare, eşalonînd aceste operaţii pe o perioadă mai lungă, fără a influenţa negativ calitatea hameiului. Este deci necesar să existe plantatii cu mai multe soiuri de hamei din cele trei categorii, respectiv semitimpurii, timpurii şi tîrzii. În industria berii, hameiul se utilizează sub formă de conuri uscate

(150 -450 g/hl bere,

iar pentru unele sortimente până la 1500 g/hl bere), pulbere fină presată sau nepresată, pulbere granulată, extract sau combinaţii ale acestora, în ultimul timp, dozarea se exprimă în grame acizi alfa/hl bere, revenind între 6,8 - 9,3 g acizi alfa/hl bere, pe plan mondial. Componentele chimice ale hameiului contribuie la o mai buna stabilitate si limpezire a mustului si la imbunatatirea insusirilor de spumare a berii. Conurile de hamei trebuie culese pe cat posibil la maturitate si in decurs a zece zile dupa atingerea maturitatii tehnice. Recoltarea hameiului se face manual sau mecanic. Hameiul proaspat recoltat contine 75-80% apa si pentru a putea fi conservat el trebuie uscat cat mai repede dupa recoltare. In compozitia conurilor de hamei intra atat substante comune tuturor vegetalelor cat si substante specifice, care dau caracteristica si valoare pentru fabricarea berii, ca substantele amare si uleiurile esentiale, aduse de hamei. Componentele specifice hameiului sunt : •

uleiuri eterice

•

acizi amari

•

rasinile

•

sustante tanante

 Uleiurile eterice sunt in proportie de 1% si se prezinta sub forma unui lichid transparent, de culoare galben aurie, cu gust slab amarui si aroma placuta. Componentele principale sunt humulonul, cohumulonul, adhumulonul, prehumulonul si posthumulonul.  Acizi amari sunt componentii cei mai importanti a conurilor de hamei si se prezinta sub doua forme: •

α-acizi (humulon)……4-12%

•

β-acizi (lupulon)……..4-6%

31

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Ei contribuie la formarea spumei, in special humulonul si au actiune antiseptica.  Rasinile din hamei se impart in doua categorii : •

rasini moi ;

•

rasini tari.

Rasinile moi se impart la randul lor in rasini α si rasini β. Ele au gust amar, exercita o actiune antiseptica puternica si asigura persistenta spumei berii. Rasinile moi constituie 3-4% din substanta uscata a hameiului proaspat. Rasinile tari sunt cosiderate ca avand o slaba putere de amarare, dar cu o buna solubilitate in must si in bere. In rasinile tari din hamei a fost identificat xantohumolul. Rasinile tari sunt prezente in hameiul proaspat in proportie de 1,5-2%.  Substantele tanante reprezinta 2-5% din substanta uscata. Ele sunt de doua feluri : •

taninuri hidrolizabile (galotaninuri si elagotaninuri) ;

•

taninuri condensabile sau nehidrolizabile (antocianidinele).

Substantele tanante participa la culoarea si gustul berii. 3.2.1.4 Drojdia După criterii practice drojdiile de bere se împart în drojdii se fermentaţie superioară (Saccharomyces cerevisiae) şi drojdii de fermentaţie inferioară (Saccharomyces carlsbergensis). In caracterizarea morfologica si citologica a drojdiilor trebuie sa aiba in vedere urmatoarele aspecte : aspectul morfologic, marimea celulei, raportul lungime/latime (grosime), capacitate de a forma spori, caracteristicile coloniilor gigant, viteza de reproducere, diferentele imunologice cauzate de compozitia peretilor celulari ai

Saccharomyces cerevisiae

drojdiilor de fermentatie superioara si inferioara, diferentele intre sistemele citocronice, caracteristicile electroforetice, durata unei generatii. Drojdii de fermentaţie superioară. Fermentează optim la temperaturi de 15—25°C, sporulează mai uşor decît cele de fermentaţie inferioară. După o incubare pe blocul de ghips de peste 48 h, apar spori în cele mai multe din celule. După înmugurire celulele de drojdie de

32

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

fermentaţie superioară rămîn legate între ele, iar în timpul fazelor de fermentaţie intensă sînt ridicate în stratul de spumă. Drojdiile de fermentaţie superioară au o capacitate respiratorie mult mai mare decît cele de fermentaţie inferioară. Din punct de vedere al capacităţii de fermentare a rafinozei, unul din testele biochimice de bază pentru diferenţierea celor două tipuri de drojdie, drojdiile de fermentaţie superioară pot fermenta numai o treime din rafinoză (respectiv numai fructoza conţinută în acest trizaharid), ele fiind lipsite de activitate melibiazică. Drojdiile de fermentaţie inferioară . Sînt drojdii ce fermentează zaharurile la temperaturi de 5-10°C. După înmugurire celulele se despart relativ uşor, încît la microscop apar de obicei celule singure sau în perechi. La sfîrşitul fermentaţiei celulele sedimentează formînd un depozit .Capacitatea de sporulare a acestor drojdii este slabă şi sporii apar, la încubare pe blocul de ghips, după 60-72 ore numai în unele din celule. Capacitatea respiratorie a acestor drojdii este mai scăzută decît la drojdiile de fermentaţie superioară, ceea ce se poate corela şi cu cantitatea mai mică de biomasă (de 3-4 ori inoculul iniţial) decît la drojdiile de fermentaţie superioară (pînă la de 6 ori inoculul iniţial). In ceea ce priveşte capacitatea de fermentare a rafinozei, drojdiile de fermentaţie inferioară o pot fermenta integral, deoarece pe lîngă capacitatea invertazică (β-hfructozidazică) au şi capacitate melibiazică. Flocularea drojdiei Capacitatea de floculare a unei suşe de drojdie este o însuşire de o considerabilă importanţă practică fapt care a determinat examinarea diferitelor suşe de drojdie din acest punct de vedere şi clasificarea drojdiilor in două tipuri principale, drojdii „pulverulente" şi drojdii „floculante" sau „aglutinante", fiecare din ele cu manifestări specifice. Flocularea este definita ca „o agregare sau aglutinare reversibilă a celulelor de drojdie". Celulele de drojdie care au floculat se depun la fundul vasului de fermentare când drojdia este de fermentaţie inferioara sau se ridică în stratul de spumă când drojdia este de fermentaţie superioară. Capacitatea de floculare se determină, în general, prin viteza de sedimentare a celulelor de drojdie suspendate într-o soluţie tampon (metoda Burns modificata de Helm). Testul permite o bună diferenţiere a drojdiilor în drojdii de tip „floculant" care tind să se aglutineze şi să sedimenteze mai repede dintr-un must care fermentează, conducând la o bere limpede dar cu un grad

33

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

mai mic de fermentare şi în drojdii de tip „pulverulent", care rămân un timp mai îndelungat în suspensie în mediul de fermentare şi care conduc la beri cu un grad mai scăzut de limpezire, dar cu o atenuare avansată. Drojdiile floculante produc beri mai dulci şi cu o accentuată plinătate a gustului; datorită faptului că se separă repede din mustul fermentat, prin folosirea lor se evită apariţia unui gust aspru de drojdie, caracteristic când drojdia rămâne mult timp în contact cu berea. Drojdiile puternic floculante însă, fac ca berea tânără, la trecerea la fermentarea secundară, să antreneze un număr prea mic de celule, ceea ce scade mult viteza de fermentaţie în această fază a procesului tehnologic şi de cele mai multe ori este necesar să se recurgă la adaosul de drojdie activă sub forma de must în fermentaţie. Un alt dezavantaj al utilizării unei drojdii puternic floculante îl constituie o mai mare susceptibilitate la tulburări biologice ale berii obţinute cu ea, deoarece berea din care drojdia a floculat repede e mai bogată în substanţe nutritive (zaharuri şi aminoacizi). Drojdiile pulverulente au însuşiri contrastante cu cele floculante. Utilizarea unei drojdii puternic pulverulentă, deşi conduce la beri cu atenuare mare, limpezirea lor are loc foarte încet, ceea ce devine primejdios pentru aroma berii care poate căpăta o tentă nedorită. Mecanismul fenomenului de floculare a drojdiei nu este încă suficient clarificat, deşi sint numeroase teorii care caută să îl explice. În ceea ce priveşte influenţa compoziţiei şi a indicilor fizico-chimici ai mediului asupra apariţiei floculării, s-a stabilit că zaharurile împiedică sau intirzie flocularea, manifestând însă acţiuni diferite. Cele mai multe tulpini de drojdie se dispersează când sânt introduse in soluţii de zahăr, îndeosebi de glucoza şi maltoză. Cele mai multe dintre drojdii încep să floculeze cînd cea mai mare parte din zaharurile din must au fost consumate prin fermentaţie. Dacă zaharurile previn flocularea, unele substanţe proteice din mediu ,o favorizează. Substanţele cu moleculă complexă de tipul gumei denumită treberină, provenită din orzul cu şase rînduri de boabe pe spic, ca şi gumele prezente în orz, favorizează de asemenea flocularea drojdiei. Se poate spune că, în general, compoziţia multului şi prin urmare, calitatea materiei prime influenţează comportarea drojdiei. Astfel, cultivarea drojdiei în musturi obţinute din sau cu un

34

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

procent ridicat de cereale nemalţificate favorizează o comportare pulverulenta a acesteia. Ionii bivalenţi şi îndeosebi ionii de calciu şi magneziu sânt esenţiali pentru apariţia floculării, având un efect antagonic cu cel al ionului de sodiu. Este stabilit că sărurile în general şi în special fosfaţii prezenţi în must stimulează flocularea. Drojdiile de bere pierd uneori caracterul floculent şi capătă caracter pulverulent, pierzând capacitatea de aglutinare, fenomen ce se accentuează cu creşterea numărului de reînsămînţări a drojdiei în must proaspăt. Se caută să se explice acest proces printr-o selecţie naturală a drojdiei în timpul refolosirii ei precum şi prin contribuţia pe care o are metodologia de reutilizarea a drojdiei. In straturile superioare ale depozitului de drojdie din lin se concentrează drojdii mai puţin floculante incit reutilizarea drojdiei de mai multe ori din aceste straturi duce la îmbogăţirea în drojdii slab floculante a drojdiei de însămânţare. Un fenomen invers de transformare a drojdiilor-pulverulente în drojdii floculante este observat extrem de rar. Compoziţia chimica a drojdiei Drojdia presată conţine cea 75% apă din care cca 60% apă intracelulară. Exprimat în substanţă uscată drojdia conţine substanţe azotoase între 45-60%, hidraţi de carbon între 15-35%, grăsimi între 2-12%, substanţe minerale între 6-12% şi urme de vitamine. Substanţele azotoase conţinute în drojdie formează în cea mai mare parte (peste 90%) peretele celular (albumine, fosfoglobuline şi nucleoproteine). Drojdia mai conţine aminoacizi liberi, acizi nucleici şi derivaţii lor. Acidul nucleic este constituit dintr-o pentoză, dintr-un fosfat si o bază purinică sau pirimidinică. Hidraţii de carbon sînt prezenţi în pereţii celulari sub formă de glucan şi manan, iar în plasmă sub formă de glicogen constituind rezervă de hidraţi de carbon. Cantitatea lui variază intre 3 şi 10%. Drojdia mai conţine şi dizaharidul trehaloză în cantităţi reduse. Grăsimile aflate în drojdie variază cu vîrsta şi condiţiile de înmulţire. Cantitatea de grăsimi poate să crească în condiţii speciale de la 2% pînă la 40% la s.u. Pe lînga lipide se află în drojdie şi lipoide cum sînt fosfatidele, în cantităţi mai mari. Substanţele minerale sînt formate din potasiu, calciu, sodiu, magneziu, fosfaţi şi alte elemente aflate în urme.

35

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Vitaminele deşi se află în drojdie în cantităţi reduse joacă un rol important în dezvoltarea şi activitatea fermentativă a drojdiei. Enzimele din drojdie. Drojdiile conţin numeroase enzime, care participă la toate fenomenele ce au loc ca urmare a activităţii vitale. Ele sînt amplasate în membrana celulară, citoplasmă, nucleu celular, vacuole. După Narziss în procesul de fermentare participă următoarele grupe de enzime: -

grupa hidrolazelor, care provoacă scindarea hidrolitică a diferitelor substanţe. Din această grupă fac parte enzime ca: α-glucozidaza (maltaza), β-fructofuranozidaza (β-hfructozidaza), zaharaza (invertaza), α-galactozidaza (melibiaza), diferite fosfataze, lipaze, peptidaze şi amidaze;

-

transferazele ca urmare a acţiunii lor se transferă anumite grupe de tipul fosforil, aminoglicozil şi altele. Din această grupă fac parte enzime ca: hexchinaza, fosfoglicerochinaza şi piruvatchinaza, transglicozidazele şi transaminazele;

-

oxido-reductazele, sub acţiunea cărora se transferă hidrogenul şi electronii de la un substrat la altul. Se disting dehidrogenazele care acţionează fie sub formă de enzime aerobe respectiv

hidrogenul scindat din substrat se transferă către oxigen sau sub formă de enzime aerobe respectiv transferă hidrogenul pe o altă moleculă dar nu către oxigen. Oxidazele (peroxidaza şi catalaza) transferă atomii de hidrogen către oxigenul molecular, iar oxigenazele transferă atomul de hidrogen pe un alt substrat. -

Liazele, scindează legăturile carbon-carbon fără adiţionare de apă. Ele se împart în decarboxilaze şi dehidrataze. Din grupa decarboxilazelor face parte şi enzima piruvatdecarboxilaza care produce decarboxilarea acidului piruvic, în acetaldehidă şi C02.

-

Izomerazele, catalizează transformările intramoleculare ale atomilor în moleculă, de exemplu transformarea glucozei in fructoză. Se disting fosfohexoizomeraze şi fosfomutaze.

-

Ligazele denumite şi sinteaze, fac legătură între două molecule necesitînd pentru această sinteză energie. În această grupă aparţin,toate enzimele care sintetizează legăturile între carbon-azot, carbon-sulf şi carbon-carbon.

36

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Degenerarea drojdiei de bere Prin degenerarea drojdiei se înţelege modificarea nedorită ireversibilă şi gradată a însuşirilor ei în timpul mai multor fermentaţii succesive. Astfel, de exemplu, realizarea unei fermentaţii mult prea lente, formarea de produşi secundari ai fermentaţiei nedoriţi, atingerea unui grad de fermentare scăzut, formarea de cantităţi insuficiente de acizi, o insuficientă decolorare a berii, o recoltă slabă de drojdie, modificarea însuşirilor de floculare etc., sînt considerate semne ale degenerării drojdiei. Modificarea însuşirilor drojdiei se poate manifesta şi prin imprimarea berii a unui miros neplăcut de drojdie sau prin formarea unei cantităţi prea mari de diacetil care în timpul maturării să fie insuficient redus. Datorită numeroaselor neajunsuri pe care le poate provoca degenerarea drojdiei în timpul utilizării ei în fermentaţii succesive, durata reutilizării unei anumite culturi de drojdie este limitată. În cazul menţinerii unei bune purităţi biologice, după 8-10 reutilizări a drojdiei încep să apar modificări care impun înlocuirea culturii utilizate cu o cultură nouă, obţinută în staţia de culturi pure a fabricii sau de la o altă fabrică. Degenerarea apare după un număr mai mare sau mai mic de reutilizări după condiţiile specifice unei anumite fabrici. Cauzele degenerării variază de la fabrică la fabrică , se grupează în două grupe principale: a) cauze endogene, care provin din însăşi celula de drojdie; b) cauze exogene, adică diferiţi factori externi care influenţează condiţiile de viaţă şi activitate ale drojdiei, ca de exemplu: compoziţia apei şi a malţului care se reflectă în compoziţia mustului (o degradare insuficientă a anumitor componente la brasaj), o aerare insuficientă sau prea puternică, o temperatură de fermentare necorespunzătoare sau o conducere greşită a fermentaţiei. Cea mai mare importanţă se acordă cauzelor exogene. O compoziţie deficitară a mustului poate fi consecinţa utilizării unui malţ prost solubilizat, a apei cu alcalinitate remanentă ridicată sau cu un conţinut mare în nitraţi, a prelucrării greşite a plămezii (cu o descompunere insuficientă a substanţelor proteice şi a

37

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

amidonului), a fierberii insuficiente a mustului, a unei proaste îndepărtări a trubului, sau insuficienta dizolvare de oxigen în must înainte de îsamînţarea cu drojdie. Concentraţia prea mică sau prea mare a mustului poate de asemenea grăbi degenerarea drojdiei. Oxigenul este necesar drojdiei pentru înmulţirea care are loc după însămînţarea ei în must. O aerare insuficientă determină o creştere înceată a drojdiei urmată de o fermentare insuficientă. O supraaerare a mustului ce trece în linul de fermentare sau o aerare a mustului după 24 ore de la însămînţare este în foarte multe cazuri corelată cu slăbirea timpurie a drojdiei. Substanţele toxice ca produsele de metabolism ale altor microorganisme (ca de ex. a termobacteriilor), metalele grele (fierul, cuprul) ca şi curenţii electrici ce se formează în linul de fermentaţie între serpentinele din cupru şi linul din oţel inoxidabil, constituie tot atîţia factori care determină modificări în drojdia de bere şi deci degenerarea ei. În ceea ce priveşte influenţa tempereaturii s-a stabilit că fermentarea la temperaturi prea ridicate grăbeşte ieşirea din activitate a drojdiei, ca dealtfel şi răcirea bruscă a berii în fermentaţie. S-a pus de asemenea in evidenţă apariţia în populaţia de drojdie folosită a unor celule de drojdie care nu mai fermentează maltotrioza. În acest caz drojdia folosită pentru insămînţare trebuie îndepărtată din fabrică şi introdusă o cultură nouă de drojdie. De asemenea trebuie sterilizată instalaţia de culturi şi traseul drojdiei pînă la insăminţarea în lin. Metabolismul drojdiei de bere Drojdia este un microorganism

heterotrofic, a cărui creştere depinde de compoziţia

chimică a mediului de cultură. Ea se poate dezvolta şi în absenţa aerului (fermentează) precum şi în prezenţa lui (respiră, are metabolism oxidativ). Dezvoltarea celulei de drojdie este rezultanta bilanţului reacţiilor de oxido-reducere din celula ei, metabolismul fiind constituit dintr-o componentă degradativă (catabolism), de generarea energiei şi de o componentă de biosinteză de materie celulară (anabolism), consumatoare de energie. Cele două laturi ale metabolismului celulei de drojdie se intercondiţionează. Celula dispune de asemenea de un mecanism de depozitare de substanţe de rezervă care să asigure nevoile metabolice în anumite situaţii. Din reacţiile metabolice-catabolice şi anabolice rezultă şi sînt eliberaţi în mediul de cultură al celulei o serie de produşi intermediari şi de deşeu metabolic ca de exemplu produsele

38

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

principale (alcoolul etilic şi bioxidul de carbon) şi produsele secundare ale fermentaţiei alcoolice, produse extrem de importante pentru însuşirile senzoriale ale berii. Mustul primitiv reprezintă pentru drojdie un mediu de cultură complex din care ea preia substanţele necesare metabolismului şi în care elimină unii produşi intermediari sau de deşeu metabolic. Metabolismul hidraţilor de carbon Extractul mustului de bere este format în proporţie de 90-92% din hidraţi de carbon, 7080% din aceştia fiind zaharuri fermentescibile. Concentraţia în zaharuri fermentescibile şi nefermentescibile, variind cu concentraţia mustului, compoziţia malţului şi a înlocuitorilor parţiali ai malţului, precum şi cu metoda de brasaj. Mustul de bere conţine următoarele zaharuri ce pot fi fermentate de drojdia de bere: maltotrioza (în proporţie de cca 20%) maltoză (cca 59%), zaharoză (cca 6%), glucoza (cca 14%) şi fructoza (cca 1%). Zaharoza este hidrolizată la nivelul peretelui celular de β-fructozidază (invertaza), glucoza şi fructoza rezultate fiind transportate în celulă în timp ce maltoza şi maltotrioza sînt hidrolizate în celulă în glucoza de o maltază (a-glucozidază). Maltopermeaza şi maltotriozopermeaza sînt enzime adaptative. La sfîrşitul fermentaţiei primare drojdia este capabilă să le sintetizeze prin adaptare la substrat şi le conţine în cantitate suficientă, încît este recomandată reutilizarea imediată a drojdiei recoltate după fermentaţia primară. Depozitarea drojdiei recoltate sub apă, face să se piardă adaptarea amintită mai sus. Pierderea capacităţii drojdiei de a fermenta maltoza, după cum s-a dovedit experimental este rapidă şi mult mai completă la drojdiile de fermentaţie inferioară decît la cele de fermentaţie superioară. Adaptarea şi pierderea capacităţii drojdiei de bere de-a fermenta maltoza s-a dovedit a avea loc atât în condiţii de anaerobioză cît şi de aerobioză. Fermentarea maltotriozei începe mai tîrziu şi este o însuşire numai a unora din drojdiile de bere. Unele suşe de drojdie de bere nu fermentează maltotrioza şi berile obţinute cu ele sînt bogate în acest trizaharid, avînd un extract ridicat şi dimpotrivă, berile obţinute cu drojdii care fermentează repede şi complet maltotrioza sînt caracterizate de un extract scăzut. La fermentarea mustului de bere viteza de fermentare a diferitelor zaharuri depinde de concentraţia zaharurilor în must. La concentraţii mai scăzute în extract a mustului, fermentarea maltozei şi maltotriozei este mai rapidă. Drojdiile mai floculante fermentează maltotrioza cu o viteză mai mică decît drojdiile mai puţin floculante. In toate drojdiile de bere, în urma a diferite

39

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

hidrolize enzimatice, zaharurile fermentescibile din must sint transformate în glucoza care este metabolizată preferenţial. Descompunerea glucozei în celula vie de drojdie se poate face în condiţii de anaerobioză sau de aerobioză, prin diferite mecanisme metabolice, fiecare din ele însă reprezentând o sursă mai importantă sau mai puţin importantă de energie pentru celulă. Metabolismul anaerob al hidraţilor de carbon. Descompunerea glucozei în condiţii anaerobe are loc prin fermentaţia alcoolica. C6H12C6→2C2H5-OH+2CO2+22Kcal În cazul fermentaţiei alcoolice, acidul piruvic sub acţiunea piruvat decarboxilazei se decarboxileaza ireversibil cu formare de aldehidă şi degajare de CO2

Aldehida acetică astfel rezultată este redusă sub acţiunea alcooldehidrogenazei (enzimă NADPH+H+), CH3—CH=O → CH3—CH2—OH + NADP+ În cazul fermetaţiei acoolice trebuie să menţionăm importanţa pe care o au anumiţi ioni. De exemplu aldolaza este activată de prezenţa ionilor de Zn+2, Fe2+ şi Ca2+, iar enzima piruvatdecarboxilaza are nevpoie de Mg+2 şi tiaminpirofosfat drept cofactori. În cazul fermentaţiei alcoolice se formeaza numai 2 ATP pentru fiecare mol de glucoză. În mediile cu cantitaţi limitate de azot asimilabil, înmulţirea drojdiei este limitată, ceea ce conduce la transformarea glucozei din mediu numai în proporţie de aproximativ 70% în alcool etilic şi bioxid de carbon, restul fiind transformată în glicogen. Bilanţul masic al fermentaţiei alcoolice este următorul: 180 g glucoză = 2 x 46 g alcool etilic + 2 x 44 g dioxid de carbon Randamentul teoretic este de 51,1%. Randamentul practic este de 0,64÷0,67 din randamentul teoretic, deoarece nu toată cantitatea de zahăr este transformată în alcool. O parte

40

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

din cantitatea de zahăr este transformată în produse secundare, în produşi de biosinteză intracelulari (biomasă), iar o altă cantitate este transformată prin respiraţie în produşi finali. Metabolismul aerob al hidraţilor de carbon. Pentru numeroasele specii de drojdie, între care şi drojdiile de bere, care sînt facultativ anaerobe metabolizarea hidraţilor de carbon în condiţiile aerobe reprezintă cea mai importantă sursă de energie a celulei şi se realizează pe cale oxidativa a ciclului acidului citric sau ciclul lui Krebs. Prin metabolismul aerob al glucidelor se intelege procesul de degradare al acestor substante cu ajutorul oxigenului. In procesul de respiratie, care are la baza degradarea aeroba a glucidelor, se obtin ca produsi finali CO2, H2O si o mare cantitate de energie. Bilanţul energetic al ciclului Krebs este echilibrat şi mai bogat în formarea de produşi macroergici. De exemplu, fiecare moleculă de glucoză metabolizată pe cale aerobă pînă la CO2 şi H2O formează 38 molecule de ATP. În ciclul respirator, CO2 nu provine din combinarea glucidelor cu oxigenul. El se formeaza prin decarboxilarea substratului respirator, iar apa provine din combinarea H2 desprins de pe substratul respirator cu oxigenul din aer. Dupa numeroase cercetari, s-a stabilit ca degradarea aeroba a glucidelord în ciclul respirator se produce în doua etape principale. In prima etapa se produc aceleasi reactii ca si în ciclul glicolizei, pâna la formarea acidului piruvic, iar în etapa a II - a se produce oxidarea acidului piruvic, printr-un alt ciclu de reactii, in CO2 si H2O. Sediul desfaşurării ciclului Krebs şi al lanţului respirator al celulei sînt mitocondriile. Hidrogenul care rezultă din ciclul prin intermediul NAD, FAD şi enzimelor citocromice este transformat în ioni şi combinat cu O2 din aer cu formarea de apă. Importanţa fiziologică a metabolizmului în condiţiile aerobe constă pe lîngă furnizarea unei cantităţi mult mai mari de energie raportat la unitatea de hexoză consumată, în comparaţie cu fermentaţia şi în formarea de substanţe cu care se face legătura la metabolismul proteic şi lipidic, încît 9 din cei 18 aminoacizi mai importanţi pentru metabolizmul drojdiei au directă legătura cu ciclul lui Krebs sau prin acetil CoA cu metabolismul lipidelor.

41

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

În condiţii normale în decursul fermentaţiei mustului de bere, drojdia de bere consumă 98%din zahăr prin fermentaţie şi 2% prin respiraţie. Metabolismul substanţelor azotoase Drojdiile de bere pentru a se multiplica, deci pentru a sintetiza substanţă celulara, au nevoie pe lîngă hidraţii de carbon şi surse de azot, element ce intră în structură celor mai importante substanţe pentru fiziologia celulei. Speciile de drojdie din genul Saccharomyces pot utiliza a surse de azot substanţe cu molecula mică: săruri de amoniu, aminoacizi şi peptide, саrе pot trece prin peretele celular. Mustul de bere conţine 650-1000 mg N/l din care aproximativ 30% este inclus în aminoacizi, respectiv 180-250 mg/l, 20% în proteine macromoleculare, 40% în polipeptide si 10% in purine şi alţi compuşi α-aminoacizii şl peptidele simple reprezintă principalele surse de azot din mustul de bere pentru drojdii. În timpul fermentaţiei mustului sînt asimilaţi αaminoacizii, di- şi tripeptidele şi rămîne neconsumat aminoacidul prolina. Mustul de bere trebuie să asigure o anumită cantitate de azot asimilabil, dacă ţinem cont de doza normală de drojdie însămînţată şi de multiplicarea ei în timpul fermentaţiei. Problema se pune în mod deosebit cînd musturile se obţin cu înlocuirea malţului în procent ridicat cu orz sau porumb, care aduc în must cantităţi de aminoacizi mai mici decît maltul, sau cu zahăr care nu aduce substanţe azotoase. Drojdia sintetizează aminoacizi prin mecanisme complexe şi apoi îi asamblează în proteine, fiecare moleculă de proteină avînd o succesiune specifică de aminoacizi. Drojdia asimilează în total 40-50% din azotul total existent în mustul de bere. Factori de creştere necesari drojdiei de bere In afara principiilor nutritive de bază – hidraţi de carbon, substanţe cu azot, lipide – pentru creşterea şi multiplicarea celulelor, drojdia are nevoie şi de o serie de substanţe denumite generic „factori de ecrestere". În absenţa unora din aceşti factori de creştere sau vitamine, drojdia nu se dezvoltă sau se dezvoltă foarte slab. Necesarul în vitamine diferă cu specia de drojdie. Cele mai mul suşe de drojdie de bere au absolută nevoie de biotina exogenă; numeroase suşe necesită prezenţa în mediu de cultură a acidului pantotenic. Alte suşe mai puţin numeroase necesită pentru creştere prezenţa mezoinozitolului. Sînt puţine exemplele de suşe care să nu fie sensibile, la absenţa altor vitamine

42

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

ca vitamina B1, B2, acid p-aminobenzoic. Diferenţele privind necesarul în anumite vitamine pot servi ca test pentru caracterizarea suşelor. Diferitele vitamine, îndeosebi în calitate de cofactori, intervin în metabolismul hidraţilor de carbon, al lipidelor sau al substanţelor cu azot.

-

Biotina (vitamina H sau Bios II) serveşte în numeroase mecanisme în anabolismul drojdiei: carboxilarea acidului piruvic, în sinteza acizilor graşi şi acizilor nucleici, în sinteza bazelor purinice şi pirimidinice, în sinteza proteinelor şi a polizaharidelor.

Biotina nu influenţează numai creşterea drojdiei Sacch. carlsbergensis ci are efect şi asupra vitezei de fermentaţie. Biotina poate deveni un factor limitator al creşterii lui Sacch. carlsbergensis în fermentaţia continuă a mustului -

Mezoinozitolul (Bios I) este rapid adsorbit de Saccharomyces cerevisiae din mediu. Lipsa mezoinozitolului determină o slabă diviziune celulară şi schimbări morfologice în celulă. Deficienţa în mezoinozitol produce o metabolizare slabă a glucozei.

Necesarul de vitamine al drojdiei este puternic influenţat de temperatura la care se dezvoltă drojdia. La temperaturi ridicate (25°C) numai biotina este un factor limitativ al creşterii, în timp ce la temperaturi mai scăzute (12°C) alături de biotină fi mezoinozitolul este un factor puternic limitativ al creşterii. Mustul de bere este o sursă bogată de factori de creştere şi asigură necesarul drojdiei în aceşti factori. Prin dezvoltarea in must a drojdiei, acesta absoarbe însemnate cantităi din factori, încît berea finită conţine mult mai puţine din aceste substanţe. Produsele secundare ale metabolismelor şi importanţa lor Principalele substanţe ce se formează ca produse secundare în metabolismul drojdiei sînt alcoolii superiori, aldehidele, acizii organici, esterii, dicetonele vicinale, produşii volatili cu sulf. Alcoolii superiori. Sînt produse secundare care însoţesc întotdeauna formarea alcoolului etilic prin biosinteză şi aduce o contribuţiei importantă la formarea aromei berii. Formarea alcoolilor superiori (izobutanolul, n-propanolul, alcoolul fenil-etilic, triptofolul) are loc în timpul fermentaţiei primare intense, mai ales în faza de înmulţire a drojdiilor şi numai în slabă măsură, (5-20%) din cantitatea totală de alcooli superiori dintr-o bere, se formează în decursul fermentaţiei secundare. Formarea alcoolilor superiori este puternic influenţată de condiţiile în care a lucrat drojdia în timpul fermentaţiei respectiv de compoziţiamustului de bere şi de condiţiile de fermentaţie (tempereatura, agitaţie, cantitatea de aer din must, cantitatea de drojdie utilizată la 43

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

însămînţare etc.) precum si de rasa de drojdie. Drojdiile de fermentaţie superioară, produc în general mai multe produse secundare de fermentaţie, iar drojdiile floculente mai mulţi decît cele pulverulente. Aldehidele.

Aldehidele apar ca intermediari în formarea alcoolilor. La începutul

fermentaţiei formarea aldehidelor este mai puternică şi scade apoi chiar în decursul fermentaţiei primare, dar îndeosebi în timpul fermentaţiei secundare. Se consideră că aldehida în cantitate mai mare împreună cu unele combinaţii cu conţinut de sulf este responsabilă de gustul de bere tînără, descresterea conţinutului în aldehide în decursul fermentaţiei secundare corespunzînd dispariţiei caracterului de aromă de bere tînără. Formarea aldehidelor este intensificată de utilizarea unei doze mari de drojdie de însămînţare, de aerare insuficientă a mustului, de o amorsare a fermentaţiei la temperaturi ridicate şi sub presiune se accelerează formarea aldehidelor acetice. Acizi organici. Rezultă în decursul fermentaţiei o serie de acizi organici volatili si ficşi, care alături de CO2 produc scăderea pH-ului berii fermentate, fată de must şi contribuie la aroma berii prin formarea de esteri(acetat de etil, acetat de izoamil). Formarea acizilor are loc în mare măsură în timpul degradării glucozei. Dintre acizi volatili în bere sînt prezenţi îndeosebi acidul acetic şi acidul formic. Formarea lor depinde mult de rasa de drojdie şi deasemenea de modul de conducere al fermentaţiei. 3.2.1.5 Maltul Este principala materie prima utilizata la fabricarea berii, este o sursa de substante cu rol de substrat si o sursa de enzime hidrolitice, care prin actiunea lor asupra substratului determina la fabricarea mustului de bere formarea extractului. In industria berii, maltul este analizat din punct de vedere fizic si chimic. Se apreciaza aspectul, marimea, uniformitatea boabelor, culoarea, puritatea, mirosul, gustul si rezistenta la spargere intre dinti. Boabele de malt trebuie sa fie cat mai mari si mai uniforme. Maltul blond trebuie sa aiba o culoare galbuie uniforma, asemanatoare cu cea a orzului, un miros caracteristic, placut, fara iz de mucegai. Prin spargerea bobului de malt intre dinti, trebuie sa se remarce la maltul blond un gust dulceag, iar la cel brun un gust aromatic. Indicii fizici cuprind determinarea masei hectolitrice (care variaza intre 53-60 kg), sticlozitatii, a duritatii, a uniformitatii, alungimei plumulei si a comportarii la scufundare.

44

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

In cadrul analizei chimice a maltului se determina umiditatea (valoarea limita este de 5%), randamentul in extract a maltului, durata de zaharificare, culoarea si alti indici. Maltul achizitionat de fabrica este depozitat in silozuri la 10-15oC, dezinsectizate. Inainte de utilizare, maltul trebuie curatat de impuritati prin trecere prin separator magnetic si tarar aspirator. Maltul curatat, prelucrat pe sarja este cantarit cu un cantar automat. 3.2.1.6 Înlocuitorii malţului In multe tari maltul este inlocuit prtial cu cereale nemaltificate sau cu zahar, ceea ce aduce o serie de avantaje, dintre care se pot mentiona urmatoarele : •

Se produc cheltuieli aferente maltificarii ;

•

Dispar pierderile in amidon care intervin in mod normal la maltificare ;

•

Se pot utiliza la obtinerea berii sarje ce au o energie slaba de germinare si nu se pot maltifica ;

•

Are loc o crestere a randamentului fierberii atunci cand se prelucreaza cereale nemaltificate cu un extract superior maltului ;

• Se imbunatateste uneori culoare, plinatatea si spumarea berii obisnuite. In mod obisnuit se pot inlocui 23% din cantitatea de malt cu cereala nemaltificate. Peste procentul de inlocuire mai sus mentionat transformarile enzimatice care au loc la brasaj nu se desfasoara normal, rezultand musturi deficitare in aminoacizi, inrautatindu-se fermentatia si calitatea berii obisnuite. Datorita descompunerii insuficiente a proteinelor, musturile astfel obtinute contin cantitati mari de fractiuni proteice macromoleculare, inrautatinduse gustul si stabilitatea coloidala a berii. La stabilirea procentului de cereale nemaltificate, se are in vedere desfasurarea normala a zaharificariisi filtrarii plamezii, a fermentatiei si limpezirii berii cat si asigurarea unei calitati corespunzatoare berii finite, in special in ceea ce priveste gradul de fermentare, gustul, spuma si stabilitatea coloidala. Cei mai utilizati inlocuitori sunt : porumbul, orezul si orzul.

45

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Porumbul

Este folosit ca inlocuitor partial al maltului, el prezentand in comparatie cu alte cereale avantajul ca se produce in cantitate mare si are un continut mai ridicat in amidon Compozitia chimica a porumbului este : • Umiditate…………………….13,5% • Substante fara azot……………67,9% • Substante proteice…………….9,6% • Substante grase………………..5,1% • Celuloza bruta………………...2,4% • Substante minerale……………1,5% Porumbul se poate folosi la brasaj sub forma de faina, grisuri, amidon din porumb cat si alte deseuri care rezulta de la obtinerea malaiului. Prin adaus de porumb in procent de maxim 30% se obtine berea cu o buna plinatate si un gust dulceag. In cazul utilizarii unui malt cu o activitate enzimatica ridicata procentul de porumb poate ajunge chiar la 40% fara sa fie necesare enzimele microbiene. Orezul

Orezul se foloseste ca inlocuitor al maltilui in tarile producatoare de orez, in proportie de pana la 40%. La noi in tara se foloseste brizura de orez inproportie de 15-20%, deseu ce ramane la decorticarea orezului. Compozitia chimica a orezului este : • Umiditate…………………11-15% • Substante fara azot………..8083% • Substante proteice ………...7-9% • Substante grase…………….0,3-1% • Celuloza ……………..…….0,5-1% • Substante minerale…………0,3-1%

46

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Prin folosirea orezului la brasaj se obtine beri de culoare mai deschisa, cu spuma ceva mai buna, insa cu gust mai sec. Orzul nemaltificat

Prin folosirea orzului nemaltificat la brasaj rezulta beri cu o spumare mai buna, datorita continutului mai ridicat de β-glucani proveniti orzul nemaltificat. Cantitatea de orz la brasaj este in procent de pana la 20%, uneori chiar mai mult. La proportiimai ridicate de inlocuire a maltului cu orz apar dificultati la filtrarea plamezii, la fermentare, la limpezire si la filtrarea berii finite. Pentru a se evita aceste neajunsuri si a se mari procentul de orz nemaltificat se recomanda folosirea de preparate enzimatice microbiene cu activitate complexa.

47

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

3.3 SCHEMA TEHNOLOGICĂ DE OBŢINERE A BERII

Hamei

Apa potabilă

Corectare apa de brasaj

Malţ

Cereale nemalţificate

Drojdia de bere

Polisare

Curăţire

Culture pure de laborator

Eliminare impurităţi metalice

Cântarire Măcinare

Multiplicare în instalaţia de culturi pure

Cântarire Condiţionare

Plămădire nemalţificat

Macinare Plămădire Zaharificare plămada

Filtrare plămada

Borhot de malt

Primul must

Spalare borhot

Fierberea mustului cu hamei

Apa de spălare

Borhot de malt epuizat

Must fiert cu hamei

48

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Must fiert cu hamei

Separare borhot de hamei

Borhot de hamei

Limpezire la cald

Trub la cald (grosier )

Raciere must

Limpezire la rece

Trub la rece (fin )

Must primitiv

Aerare cu aer steril

Apa

Drojdie reziduală

Drojdie purificată

Însămânţare

Tratare

Fermentare primară

Drojdie recoltată

CO2

Purificare comprimare

Bere tânară

Fig. 2

Schema tehnologică de obţinere a berii tinere

49

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

Bere tânără Fermentare secundară maturare

CO2

Bere matură

Drojdie reziduală cu bere

CO2 purificat comprimat

Carbonatare

Recuperare bere

Stabilizatori

Stabilizare

Materiale filtrante

Filtrare

Butoaie igienizate

Bere filtrată Liniştire

Tragere in butoi

Îmbuteliere

Închidere butoaie

Pasteurizare in vrac

Depozitare bere la butoaie

Îmbuteliere aseptica

Capsulare

Etitichetare

Întroducere sticle in navete Depozitare bere la sticle

Fig. 3 Schema tehnologica de obtinere a berii

50

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

3.4 DESCRIEREA SCHEMEI TEHNOLOGICE DE OBŢINERE A BERII - PARTEA DE FERMENTARE ÎN TANCURI CILINDRO-CONICE

Obţinerea berii conţine urmatoarele etape: -

obţinerea mustului de bere;

-

fermentaţia mustului de bere

-

condiţionarea si imbutelierea berii. Dupa cantarire maltul si cerealele nemaltificate sunt macinate in mori speciale pentru a da

posibilitatea enzimelor sa actioneze in timpul operatiei de plamadire si zaharificare. Cu ajutorul apei si sub actiunea enzimelor din malt se realizeaza la plamadire si zaharificare transformarea substantelor macromoleculare insolubile din malt in produse solubile cum asa moleculara mica si medie care vor alcatui extractul mustului de bere. Dupa zaharificare plada este filtrata in scopul separarii mustului de partile insolubile care vor forma borhotul de malt. Astfel primul must mai concentrat rezultat, cat si apele folosite pentru spalare si epuizarea borhotului in extract sunt supuse apoi fierberii cu hamei. Fierberea mustului cu hamei are ca scop principale solubilizarea substantelor amare si de aroma ale hameiului, coagularea proteinelor, inactivarea enzimelor si sterilizarea mustului. Dupa terminarea fierberii se face separarea conurilor de hamei iar mustul fierbinte este trecut in instalatiile de tratare in vederea fermentarii. Pregătirea mustului pentru fermentare: Principalele fenomene care au loc la pregătirea mustului sunt: formarea trubului la cald, răcire, formarea trubului la rece,absorbţia oxigenului in must, de aici rezultând operaţiile specifice fiecărui fenomen si anume: limpezire la cald, răcire, limpezire la rece si aerarea mustului. 3.4.1. Limpezirea la cald: Mustul fiert cu hamei conţine in suspensie borhotul de hamei si precipitate, trubul la cald sau trubul grosier, produs în timpul fierberii mustului cu hamei ca urmare a coagulării proteinelor sub acţiunea căldurii şi a polifenolilor din hamei. Trubul la cald este format din particule de 3080 μm, care au densitate ceva mai mare decat a mustului, si din acest motiv vor sedimenta relativ usor, formand o masă compactă, dacă timpul este suficinet. Trubul la cald se formează in 51

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

cantitate de 200-400g trub umed/hl must, şi depinde de soiul de orz, anul recoltei, conţinutul în proteine, solubilizarea malţului, procedeul de brasaj, calitatea filtrării plămezii, durata şi intensitatea fierberii mustului cu hamei, pH-ul mustului, cantitatea de hamei şi conţinutul său în polifenoli. Compozitia trubului la cald este prezenta in tabelul urmator : Componentul

Valoarea (%)

Proteine

40-65

Substanţe amare (α-acizi si izo - α-acizi)

4-8

Acizi graşi

1-2

Polifenoli

4-8

Glucide

4-10

Trubul la cald se poate separa prin centrifugare, sedimentare, filtrare sau separare hidrodinamică. Separarea centrifugală a trubului la cald se poate face atât în centrifuge cu camere inelare cât şi în separatoare centrifugale cu talere. Centrifugele cu camere inelare lucreaza la 4000 rot/min, spaţiul de depunere a trubului fiind 60-70 l , corespunzator mustului obţinut din circa 5000 kg maciniş de malţ. Debitul centrifugei este de 80-100 hl/h. Funcţionarea este discontinuă, curaţarea lor fiind greoaie, astfel încat în ultimul timp se folosesc tot mai mult separatoarele cu talere si evacuare automată a trubului, cu turaţii de 6000-7000 rot/minut. Trubul este elimint cu 70% umiditate, pierderile de must fiind mici. Separarea centrifugală este costisitoare ca invenţie si consum de energie, dar este mai rapidă.Separarea prin sedimentare a trubului la cald se poate face utilizând cazanul de sedimentare, Whirpoolul cu fund conic sau inclinat .

52

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

Fig.1 Wirlpool cu fund conic 1-burlan pentru evacuare gaze şi vapori de apă;2-duză de stropire;3-dispozitiv pentru jet de soluţie de curăţire situat la 2 m faţă de bază;4-intrare must in Wirlpool; 5,6-evacuare must;7-evacuare trub şi soluţii detergente de spălare;

LUCRARE DE LICENŢĂ

Fig 2. Cazan de sedimentare 1.conductă pentru intrare must;2- distribuitor de must;3-conductă pivotabilă; 4-conductă evacuare must; 5-evacuare must tulbure; 6.evacuare apă murdară; 7-intrare apă rece; 8-ieşire apă caldă;9-clapetă ajustabilă; 10burlan eliminare vapori/gaze;

Separarea hidrodinamică în Whirlpool sau Rotapool este procedeul cel mai utilizat. Whirlpoolul este un vas cilindric închis, aşezat vertical, în care mustul cu trub este alimentat tangenţial. Forţele care acţionează la separarea trubului sunt forţa centrifugă şi forţele de frecare a lichidului de pereţii şi fundul vasului care orientează particulele de trub către centrul fundului vasului unde se acumulează depozitul de trub sub forma unui con, deasupra căruia mustul rămâne limpede. Whirlpoolul este construit din oţel placat cu oţel inox sau aluminiu. Alimentarea cu must se face tangenţial printr-un racord situat în treimea inferioară a înălţimii vasului, alimentare care imprimă mişcarea de rotaţie lichidului din vas sau printr-un racord situat pe fundul vasului pentru a preveni absorbţia de oxigen în must. Evacuarea mustului se face printr-un racord situat deasupra nivelului maxim al conului de trub. Mustul rămâne în Whirlpool circa 20÷40 minute. După evacuarea mustului care este trimis la răcire, trubul este evacuat cu o cantitate de apă de 1,5÷2% faţă de volumul mustului fiert, amestecul format din trub şi apă fiind trimis la filtrarea plămezii, după scurgerea primului must. Pierderile de must cu trubul sunt de 0,3÷0,5% faţă de cantitatea de must fiert sau de 3÷3,5 l/100 kg malţ.

53

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

3.4.2 Racirea mustului Mustul cald, limpede, trebuie racit de la temperatura de 95-98 o C pană la temperatura de însamantare cu drojdie, adica la 5-7

o

C pentru drojdia de fermentaţie inferioară, şi 10-15

pentru metodele rapide de fermentare, respectiv de 12-18

o

o

C

C pentru drojdiile de fermentaţie

superioară. Racirea unei sarje de must trebuie să se faca in 50-90 minute. Răcirea mustului se mai face şi in scopul formării trubului la rece. Mustul cald este limpede, dar pe masură ce se răceste el devine turbid din cauza formării trubului la rece , care constă din particule de dimensiunea 0,5μm, cu o masă specifică mai scăzută ca cea a trubului la cald, ceea ce face ca separarea completă a trubului la rece să nu fie posibilă în fabrică (cantitatea totală de trub la rece se poate separa şi determina numai în laborator prin răcirea mustului la 0°C). Conţinutul mustului în trub la rece variază între 150-300 mg s.u./L reprezentând astfel mai puţin de 1/3 din cantitatea de trub la cald. În cadrul tehnologiei clasice de fermentare este necesară o îndepărtare a trubului la rece în proporţie de circa 50%, iar în cazul procedeelor de fermentare şi maturare accelerată a beri separarea trebuie să fie cu atât mai mare cu cât se urmăreşte mai mult scurtarea duratei de fermentare. Pentru răcire se pot utiliza: •

linuri de răcire, în care mustul se aduce în strat de 10 cm – metoda nu mai este folosită, deoarece prin acest procedeu mustul se poate contamina;

•

răcitoare deschise formate din ţevi orizontale prin care circulă agentul de răcire, iar mustul este răcit la suprafaţa ţevilor – procedeu utilizat foarte rar, datorită pericolului de contaminare a mustului;

•

răcitoare plane care prezintă acelaşi dezavantaj ca precedentele;

•

răcitoare tubulare închise;

•

răcitoare ţeavă în ţeavă;

•

răcitoare aeratoare;

•

răcitoare cu plăci în sistem închis, care permit o răcire rapidă a mustului, evitându-se contaminările cu microorganisme. Răcitoarele cu plăci sun formate din pachete de plăci din tablă de oţel inoxidabil

prevăzute cu orificii pentru introducerea şi ieşirea mustului şi a apei de răcire. Utilajul este împărţit în două zone: 54

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

•

LUCRARE DE LICENŢĂ

în prima zonă, formată dintr-un număr mai mare de plăci se realizează răcirea mustului cu apă potabilă obişnuită până la temperatura de 20÷250C;

•

în cea de-a doua zonă se răceşte mustul până la temperatura de însămânţare cu drojdie de 5÷120C, folosind ca agent de răcire apă răcită la 0,5÷10C. Fig4. Răcitor cu plăci: 1 – batiu anterior; 2 – batiu posterior mobil; 3 – tirant; 4 – placă de strângere; 5 – tijă de strângere; 6 – plăci; 7 – suport; 8 – placă de separare a celor două zone; 9 – vizor.

Răcitorul cu plăci (fig.4.) se confecţionează din oţel inoxidabil şi are două sectoare de răcire, respectiv treapta întâia cu apă din reţeaua obişnuită cu temperatura medie de 150C şi treapta a doua, cu apă răcită la 0÷20C sau cu etilenglicol. Se compune din batiul fix, placa de presare, plăci schimbătoare de căldură, picioare, tiranţi laterali şi racorduri olandeze 3.4.3 Limpezirea la rece La răcirea mustului sub 60

o

C, acesta începe să se tulbure datorită formării unor

precipitate fine care constituie trubul la rece sau trubul fin. Răcirea mustului sub 30 o C şi până la 0 o C conduce la creşterea cantitaţii de trub la rece. La 0 o C cantitatea de trub la rece variază între 15- 30 g/hl, ceea ce reprezintă 15-35% din cantitatea de trub la cald.Trubul la rece constă în mare parte din complexe proteino-taninice care precipită în mare masură la răcirea mustului, dar care se redizolvă la încălzirea acestuia. Din cauza dimensiunilor reduse, trubul la rece se sedimentează foarte greu. Acest trub are proprietatea de a adera la alte particule , cum ar fii bule de aer sau drojdii. Chiar la o răcire avansată în must rămâne circa 14 % trub solubilizat. Se consideră că în mustul răcit şi clarificat trebuie să mai rămână 40-50 mg trub la rece /l de must sau chiar 150 mg/l , acesta contribuind la un gust mai plin al berii. Utilajele de îndepartare a

55

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

trubului la rece pot fii: filtre cu Kieselgur, aparate de flotaţie,sepa- ratoare centrifugale, aparat Whirlpool. Dintre procedeele utilizate de separare a trubului la rece se pot enumera: •

Limpezirea prin sedimentare se face în linuri sau în tancuri de sedimentare, înălţimea stratului de must fiind de circa 1m . Sunt necesare 12-16 ore de repaus. Când se face limpezirea în linuri de angajare a mustului însamânţat cu drojdie, după limpezire, mustul trebuie trecut în linul de fermentare înainte de demararea operaţiei de fermentaţie

•

separatoarele centrifugale – se folosesc aceleaşi tipuri de separatoare centrifugale cu funcţionare automată, ca şi la separarea trubului la cald, cu deosebirea că în acest caz se lucrează la o capacitate mai redusă, deoarece vâscozitatea mustului răcit este mult mai mare decât cea a mustului fierbinte, iar densitatea particulelor care formează trubul la rece este mai scăzută. Separatoarele centrifugale necesită un consum mai ridicat de energie, dar manopera este scăzută în condiţiile automatizării procesului, inclusiv a curăţirii separatoarelor. Pierderile în extract sunt de circa 0,2%;

•

filtrul cu kieselgur – permite îndepărtarea trubului la rece din must în proporţia cea mai ridicată de 75÷85%, recomandându-se în special în cazul procedeelor de fermentare accelerată a berii. Se folosesc aceleaşi tipuri de filtre cu kieselgur ca la filtrarea berii, cu deosebirea că se lucrează la o capacitate cu 50÷60% mai mare. Ca avantaje ale utilizării filtrului cu kieselgur se pot enumera: o mărirea eficienţei de separare a trubului la rece; o scăderea azotului coagulabil cu 10÷15% şi a polifenolilor cu 17÷20%, rezultând beri cu o mai bună stabilitate coloidală. Ca dezavantaje, în cazul utilizării filtrelor cu kieselgur, se pot enumera: ○ manoperă mai ridicată necesară pentru deservirea filtrului; ○ se produc pierderi în substanţe amare de 10÷14% în berea finită şi o uşoară diminuare a spumării berii.

•

tancul de flotaţie – se bazează pe antrenarea particulelor care formează trubul la rece cu ajutorul aerului insuflat în must în cantitate mare. Bulele de aer se ridică la suprafaţa mustului antrenând cu ele trubul la rece sub forma unui strat de spumă, care după câteva ore se colorează în brun. Prin acest procedeu se realizează concomitent şi o foarte bună aerare a

56

UNIVERSITATEA DUNĂREA DE JOS

LUCRARE DE LICENŢĂ

mustului. Durata flotaţiei este de 4÷8 ore. Prin flotare se îndepărtează 60÷65% din trubul la rece. Ca avantaje ale procedeului: •

costul investiţiei mai redus;

•

manoperă mai redusă;

•

nu se folosesc aditivi de filtrare. Mustul răcit şi limpezit trebuie aerat pentru a se asigura condiţii normale la multiplicarea

drojdiilor. Aerarea se efectuează prin dispersie fină de aer steril în must, utilizându-se 3÷10 l aer/hl must de bere

3.4.4 Aerarea Mustul răcit si limpezit trebuie aerat pentru a se asigura condiţii normale la mul-tiplicarea drojdiilor. Aerarea se face prin dispersie plină de aer steril in must. Conţinutul optim de oxigen în must corespunde la 75% din saturarea maxima la 50 o C (10 mg O2 /l ) şi trebuie să fie deci de 89 mg /l. Pentru realizarea acestei aerări, în practică se utilizează 3-10 l aer/hl must. În cazul unei aerări nesatisfăcătoare , avem de-a face cu: -

fermentaţie iniţială defectuoasă;

-

prelungirea cu până la trei zile şi chiar mai mult a duratei de fermentare;

-

dezvoltarea insuficientă a drojdiilor( nu tansformă suficient extract);

-

fermentaţia secundară defectuoasă;

-

calitatea necorespunzătoare berii respective; Pentru distribuirea aerului în must sub forma de bule mici fine,cu dimensiuni