Технология за производство на пиво

Производството на пиво е пряко свързано с качествата и особеностите на изходните основни суровини. В класическия си вид това са вода, малц, хмел и пивни дрожди.
Първоначалната цел в пивопроизводството е получаването на т.нар. пивна мъст. Тя се формира в резултат на майшуването на основните зърнени суровини, последващото им филтриране и разделяне от твърдите части. Пивната мъст съдържа всички необходими разтворени вещества необходими за нейната ферментация - ферментируеми захари, аминокиселини, белтъчини и много други. Образуването на всички тези нискомолекулни разтворими вещества е възможно единствно след каталитичното действие на естествените малцови ензими формирани в хода малцовото производство. Те спомагат за разграждането на наличните в малца високомолекулни вещества и трансформирането им в нискомолекулни разтворими продукти.
В следствие на ферментацията проведена с помоща на чиста култура пивни дрожди, първоначалната пивна мъст се трансформира в един коренно различен алкохолен продукт. Ферментационният процес отново е основан на действието на естествените им ензимни системи. Благодарение на тях става трансформирането на захарите в алкохол и въглероден диоксид, обуславящ естествената газировка. Освен това, при производството на пивна мъст е възможно и частичното заместване на малца с редица други зърнени суровини, като ечемик, пшеница, царевичен грис и ориз. Те се употребяват предимно без да се малцуват и се прибавят в малки количества спрямо малца. Те се преработват заедно с него, и по този начин се създадат всички необходими условия за ензимно разграждане на съдържащите се в тях ценни високомолекулни вещества - скорбяла белтъчини и други.
Всяка една от тези суровини има своята характерна особеност, която съчетана с тази на другите суровини в хода на технологичния процес формира характера на най-различни пива. Някои от тях са коренно различни едни от други.
Самият технологичен процес преминава през няколко основни етапа, които могат да бъдат обобщени и в приложената примерна операционна схема.

Приемане, съхранение и пречистване на малца

Дозиране на малца

Смилане на малца

Смесване на малца с вода

Майшуване

Филтрация на малцовата каша

Промиване на малцовите трици

Варене на пивната мъст с хмел

Отделяне на горещите утайки

Охлаждане и аериране на пивната мъст

Заквасване на пивната мъст

Главна алкохолна ферментация

Доферментиране и съзряване на пивото

Филтриране на пивото

Успокояване на пивото

Бутилиране на пивото

Споменатите тук технологични процеси лежат в основата на пивопроизводството. Разбира се трябва да се уточни, че всяка една пивоварна определя своя собствена технология, която в зависимост от конкретния етап може малко или значително да се различава от общоприетата.

Приемане, съхранение и пречистване на малца

Обикновено малцът бива доставян на пивоварните от външни производители, но разбира се съществува възможност производството му да бъде осъществено и на територията на самото предприятие в собствени цехове за производство на малц.
При снабдяването на пивоварната с малц се цели осигуряване на необходимото количество качествена суровина за нормалното функциониране на предприятието за конкретен период от време. Самото окачествяване се извършва чрез надежден лабораторен анализ. Обикновено се проследяват основните показатели като: влагосъдържание, време за озахаряване и филтрация, екстракт и рандеман на екстракт, общ и разтворим азот, съответно число на Колбах, съдържание на α-аминен азот и редица други. Малцът с добри технологични показатели, предназначен за производството на светло пиво има влагосъдържание около 5 - 5,5%, време за озахаряване – между 10 и 15 минути, рандеман на екстракт в абсолютно сухо вещество – над 78%, число на Колбах – над 35 - 36 и т.н.
Тъй като е необходимо създаването на известен запас от малц, то в базата на пивоварните присъстват и силози за съхранение на малца, до момента на неговото включване е производствения процес. Зареждането на силозите, както и тяхното разтоварване се осъществява чрез различни системи от механични или пневматични транспортьори. Най-широко използвани са механичните транспортьори, представени от шнекови и лентови транспортьри, редлери и елеватори. Шнековите транспортьори и редлерите се използват предимно за придвижване на зърнената маса в хоризонтална или леко наклонена равнина, докато елеваторите са приложими за транспорт във вертикална посока.

Приложението на пневматичните транспортьри също не е за пренебрегване, въпреки че заедно с предимствата си те носят и редица недостатъци. Като част от техните предимства могат да се спомене че те имат възможност за разтоварване на насипните материали на едно или няколко места едновременно. Успоредно с това, наличието на добре затворени тръбопроводи обезпечава липсата на загуби на пренасяният материал, както и заниженото запрашаване.

Съществени техни недостатъци обаче са невъзможността за транспорт на влажни и лепкави материали, както и много високият разход на енергия.
Принципа на действие на този вид транспортьори се основава на попадането на зърнената маса в мощен въздушен поток, който може да бъде създаден по различен начин. Най-общо пневматичните транспортьори се делят на: смукателни, нагнетателни и комбинирани.
Чистотата на малца е много важно условие за нормалното протичане на технологичните процеси. В хода на съхранението на малца, както и при неговото транспортиране се създават условия за неговото замърсяване с примеси от различно естество. Тези примеси по никакъв начин не вземат участие в технологичните процеси. Успоредно с това те биха могли да доведат до редица материални щети по машините в дадена линия.
Прахът е най-често срещания замърсител. Голямото му количество може значително да затрудни филтрацията на малцовата каша. Той може да бъде отделен чрез използването на полир-машини или чрез т.нар. дестонер. Дестонерът има възможност да отдели механичните частици чрез прилагането на вибриращо сито, а отделянето на праха става с прилагането на мощна засмукваща вентилация. Дестонерът се монтира непосредствено преди бункера за дозиране на малц за смилане, което гарантира постъпването само на пречистен малц.
Напълно възможно е и попадането на метални частици биха могли да увредят безвъзвратно мелниците за малц, поради което е наложително тяхното предварително отстраняване. Това се осъществява чрез т.нар. магнитни сепаратори, които се монтират на изхода на дестонера. Те могат да бъдат с постоянен магнит или с електромагнит. Схемата с използване на постоянен магнит не се прилага отдавна поради своята ниска ефективност, особено при голяма прозиводителност на линията за пречистване. Електромагнитните сепаратори нямат тези недостатъци и това обуславя тяхното широко приложение. – схема на магнитни сепаратори Едновременното прилагане на подобна система за пречистване на малца осигурява безпроблемното смилане на пречистен малц. Важно е да се отбележи че всички съоръжения от линията за пречистване на суровината са свързани в обща мощна и ефективна аспирация. Така пречистеният малц се отправя към следващия технологичен етап.

Дозиране на малца

Претеглянето на малца винаги предхожда неговото смилане. Това се определя от необходимостта от точно дизиране на смления малц в смесително-озахарителния апарат. От една страна, майшуването се провежда при строго определен хидромодул, т.е. съотношението между количеството малц и количеството вода. Този факт до голяма степен определя и последващите физико-химични характеристики на получената пивна мъст. Това означава че е необходимо да бъде дозирано точното количество малц за да бъде спазен зададения хидромодул с водата и обратно. От друга страна производителността на един такъв апарат е изчислена спрямо конкретни максимални стойности. Това включва силово-предавателните уредби за разбъркването на майша, както и топлообменната повърхност.
В съвременната практика за дозирането на малца са се наложили автоматичните порционни везни. При тях става претеглянето на малки порции малц – около 20-50 kg. Малцът постъпва от линията за пречистване в малък бункер снабден с датчици за маса. На изхода на бункера е разположен изходящ шибър, управляван автоматично и задвижван от пневматична система. След претегляне на зададеното количество малц, автоматиката на изходящия шибър получава сигнал и отваря шибъра. По този начин малцът моменталното се пропуска по пътя към линията за смилане. Така например, ако везната е настроена да претегля 20 kg малц на порция, ако трябва да се претеглят 4000 kg малц за смесване, то през везната ще преминат и ще бъдат претеглени 200 порции по 20 kg.

Смилане на малца

Смилането на малца е една от най-важните операции в началния етап на производството на пиво. Целта на смилането е да се създадат благоприятни условия за протичане на ензимните процеси при майшуването и съответно получаването на максимално количество екстракт. Това е така понеже за да се осъществи разграждането на веществата, налични в малца е необходимо ензимите да достигнат до тях. Това най-лесно и практично се осъществява именно чрез смилането на малца. По този начин малките вече частички малц много по-лесно се разграждат до захари, аминокиселини и други вещества. Начинът на смилане оказва съществено влияние върху процесите на озахаряване на малцовата каша, рандемана на екстракт, скоростта на филтрация на малцовата каша и самите вкусовите качества на готовото пиво. Така например финото смилане на малца осигурява по-добър контакт на водата със съставките му и по този начин спомага за по-пълното протичането на ензимните процеси и разтварянето както на наличните, така и на допълнително образуваните разтворими вещества, които се включват в екстракта на пивната мъст. От друга страна обаче, финото смилане може да затрудни филтрацията на малцовата каша и пълното отделяне на екстрактните вещества от нея. Това може да се случи поради прекомерното уплътняване на фините частици на малцовата каша.

От съществено значение е факта, че отделните съставни части на зърното имат различни физични и химични свойства. Това налага и прилагането върху тях на различна степен на смилане. Като пример – люспите на малцовите зърна са изградени предимно от неразтворима целулоза и други органични и неорганични вещества. Значителна част от тях не са разтворими във вода, съответно нямат отношение към екстрактното съдървание на пивната мъст. Други групи вещества от своя страна могат да преминат в екстракта, но значително влошавайки нейните свойства. Въз основа на това, може да се направи извода че е излишно финото смилане на люспите. Нещо повече – запазвайки максимално цялостта им, може значително да се успори и подобри филтрацията на малцовата каша чрез формирането на допълнителен филтриращ слой с добра структура. Това е една от причините малцът да се подлага на смилане след като е преминал период на отлежаване от около 3-4 седмици, тъй като непосредствено след сушенето му, люспите и ендосперма са много крехки и се смилат прекалено фино. В този период протичат някои биохимични и физико-химични процеси. Наблюдава се леко увеличаване на влагосъдържанието на малца, като в последствие структурата на малца става по-еластична и подходяща за обработка.

Разглеждайки друга основна част на малцовото зърно – ендосперма, може да споменем че той е съставен основно от скорбяла и белтъчини. Те, и продуктите от тяхното ензимно разграждане са основния източник на екстракт. Следователно за да могат ензимните процеси да протичат пълноценно е необходимо финото смилане на ендосперма, което обаче както бе споменато може значително да забави филтрацията. Именно с цел избор на подходяща степен на смилане, малцът се анализира и по показателят разлика в рандемана на екстракт при фино и грубо смилане. Счита се че при добре разграден малц по-едрото му смилане е за предпочитане. Обратно – при лошо разграден малц е по-целесъобразно финото смилане.
Всичко това обаче пряко зависи и от внедрената система за филтрация на малцовата каша.
Като цяло се счита, че при добър избор на степен на смилане се получава максимален добив на екстракт при едно добро време за филтрация на кашата.
Предварително пречистения и претеглен малц се смила в специални малцови мелници. В конструктивно отношение те могат да бъдат най-различни. За момента най-разпространени са валцовите мелници, които могат да провеждат сухо смилане, сухо смилане с кондициониране на малца, мокро смилане, както и мокро смилане с кондициониране на малца. Това е една важна особеност, понеже при различните конструкции, едрината на смлените частички може да определи скоростта на филтрация. Това обикновено се постига или чрез разделното смилане на люспите и ендосперма, или чрез предварителното омокряне на малца.
Споменатото до тук важи за най-масовите конструкции на филтрационните апарати. При използването на т.нар. майш-филтри, нещата стоят много по-различно. Там целта е да се получи максимално фино смилане на малца.

Сухо смилане
Това е методът който най-широко се прилага за смилането на немалцувани суровини. В миналто е широко използван и при смилането на малц, докато в днешни дни е поизместен от другите по-модерни методи.
Смилането може да се осъществи в различни по конструкция валцови мелници. Валците могат да бъдат два, четири, пет или шест, разположени по двойки. Самите те могат да бъдат гладки или набраздени (рифеловани). В зависимост от производителността на мелниците могат , валците могат да бъдат с дължина между 300 и 1300 mm и диаметър между 30 и 350 mm.
Най-наложилите се мелници са шествалцовите – за смилане на малц и четиривалцовите – за смилане на сурогати. При четиривалцовите мелници се наблюдава общия недостатък за трудното разделно смилане на люспите и едрите грисове. Този проблем е много добре решен при шествалцовите мелници.
Един от най-важните фактори и елементи на контрол при смилането е разстоянието между валците в мелницата. Според стойността на това разстояние, смилането при всяка една двойка може да бъде по-фино, или обратно – по-грубо. Приблизителните разстояния между валците на шествалцовата мелница следните:

• Първа двойка валци за грубо, предварително смилане - 1,2 ÷ 1,4 mm;
• Втора двойка валци за смилане на люспите - 0,6 ÷ 0,8 mm;
• Трета двойка валци за смилане едрите грисове - 0,3 ÷ 0,5 mm.

В случаите когато пивоварната е оборудвана с майш-филтър, начинът на смилане е много по-различен. Тъй като при този метод на филтрация на кашата не се използва принципа на допълнителния филтриращ слой, не е наложително запазването на люспата. Тук се прилага филтрация под налягане през платна от полимерни материали. Размерът на отворите на платната е много малък, както и дебелината на слоя от малцови трици – около 4-5 cm.
При този тип филтрационни апарати се цели максимално финото смилане на малца. За тази цел се използват т.нар. чукови мелници. При тях роторът може да бъде разположен хоризонтално или вертикално. При работата на мелницата се осъществяват серия от удари на работните елементи - пластини (чукове) върху малцовите зърна. В резултат на това те се разбиват на много фини частици, които формират отделни фракции. Тези фракции могат да бъдат контролирани чрез ситата които са приложени в периферията на конкретната чукова мелница. – схема на чукова мелница

Сухо смилане с кондициониране на малца
Този метод представлява рановидност на сухото смилане. Разликата се състои в предварителното омокряне на малца непосредствено преди самото смилане. Омокрянето на малцовите зърна се осъществява с специален кондициониращ шнек предимно чрез вода, която може да бъде и с различна температура. В резултат на това кратко намокряне, влажността на люспата се увеличава с около 1,5 – 2%, което значително повишава нейната еластичност и спомага за максималното запазване на цялостта й. След провеждане на това навлажняване на малцовите зърна, смилането продължава в мелница за сухо смилане.

Мокро смилане
Идеята при мокрото смилане на малца е по същият начин да се запази максимално целостта на люспата чрез омокрянето му със значително по-голямо количество вода. Освен увеличаване на еластичността на малцовата люспа, се постига и значително набъбване на колоидните мицели. В резултат на това се постига значително подобряване на филтрацията на малцовата каша.

Количеството на водата обикновено се движи между 65 и 100 dm³ за 100 kg и се дозира чрез оросително устройство, монтирано в специален бункер върху самата мелница. Температурата на водата се определя в зависимост от началната температура на избрания метод на майшуване. В приемния бункер постъпва и цялото количество предварително претеглен малц предназначен за 1 варка. Омокрянето на малца се осъществява чрез циркулация на водата в бункера с помоща на рециркулационна помпа.

В резултат на проведеното накисване влажността на малцовите зърна нараства от около 5-6% до 25-30%. След приключване на накисването, водата от бункера се източва и обикновено се изхвърля. Наблажнения малц се подава за смилане. За да се избегне полепване на влажния малц върху повърхността на валците, по време на смилането, чрез дюзи към тях се подава вода. Получената смес от смлян малц и вода се събира в специална камера разположена под валците и посредством помпа се подава в смесително-озахарителния апарат за майшуване. Процесът на мокро смилане отнема около 1-1,5 часа.

Съществен проблем при този тип смилане се появява, когато се налага обработката на недостатъчно разграден малц. В този случай високата му влажност пречи на ефективното смилане на ендосперма, съответно и на оптималното му разграждане. Като резултат се наблюдава затруднено озахаряване и понижаване на рандемана на екстракт.

Мокро смилане с кондициониране на малца
Прилагането на този метод на смилане значително подобрява негативните страни на мокрото смилане.
В конструктивно отношение мелниците са много близки до тези за мокро смилане. Съществена е разликата в начина на омокряне (кондициониране) на малца. Тук навлажняването се осъществява не в приемния бункер, а в специална камера за накисващо кондициониране, разположена между самата мелница и бункера. Количеството на подаваната вода е по-малко – около 60 ÷ 65 dm³ за 100 kg малц, като температурата и отново се съобразява с началната температура от метода на майшуване. При самото кондициониране на малца, контакта му с водата в камерата е за около 55 ÷ 60 секунди, като при този контакт, влажността му се повишава до около 20%, след което се подава за смилане. То се провежда чрез рифелованите (набраздени) валци на мелницата, като се използва останалата вода от кондиционирането. Получената каша се смесва с водата за майшуване.
Този метод на смилане позволява максимално запазване на целостта на малцовата люспа и оптималното разграждане на еносперма. Друго съществено предимство на този тип мелници е, че някои от тях имат техническата възмоност да провеждат смилането при наличие на среда от инертен газ, както и за добавянето на млечна киселина. Това в известна степен намалява степента на окисление на кашата и подобрява киселинността й, съответно спомага за оптималния ензимен хидролиз и подобряване на качествените характеристики на крайния продукт.

Смесване на малца с вода

Както вече бе споменато, една част от пивоварната технология се основава на действието на различни ензимни системи върху наличните в малца вещества. Това няма как да се осъществи без наличието на вода. Именно за това един от най-важните етапи – майшуването, се провежда след смесването на малца с вода, и формирането на т.нар. малцова каша. Водата осигурява възможност за действие на ензимите, както и условия някои вещества да преминат в разтворима форма. Смесването на смления малц с вода може да се извърши по-няколко начина. Най-елементарният начин е директното добавяне на водата в смесително-захарителния апарат с последващо добавяне на смления малц (малцов шрот) или обратно. По този начин обаче, в началото се постига неравномерно смесване и образуване на нежелани бучки. Освен това малца много лесно се разпрашава и полепва по стените на апарата, при това на места където няма контакт с водата. Това автоматично води до невъзможност за озахаряване на този малц, съответно и до загуби на екстракт.
Един от най-широко прилаганите методи на смесване е този с използването на т.нар. предсмесител. Характерното при това елементарно устройство е противоположното движение на потоците от смлян малц и вода. В резултат на това се постига едно добро и равномерно омокряне на малцовия шрот. По този начин се избягва и разпрашаването на брашното по стените на смесително-озахарителните апарати.

Майшуване

Майшуването е един от най-важните, но може би и един от най-сложните процеси при производството на пиво. Процесът представлява поддържането на определени температури на малцовата каша за определено време. По-просто казано, това са т.нар. температурни паузи. На пръв поглед процеса не изглежда сложен, но сложността му се крие в неговата цел – разграждане на високомолекулните неразтворими вещества в малца и/или немалцуваните суровини под действие на собствените естествени ензимни системи на малца.
Ензимните системи, извършващи тези процеси могат да действат най-добре само при оптимални за тях условия – температура, рН и други. На тази база се гради и майшуването. По този начин, чрез умелото регулиране на температурните паузи, майшуването може да се провежда в желаната от технолога посока, т.е. до получаването на най-различни по качество и количество екстрактни вещества.
Разградените вещества преминават в разтворима форма и формират екстракта на пивната мъст. Тя е течната част на малцовата каша подложена на майшуване (получава се при филтриране на малцовата каша след майшуването). В условията на България, стойностите на екстракта на крайната пивна мъст предназначена за конкретни асортименти пиво варира в сравнително широки граници – между 9 и 16%. Именно част от този екстракт впоследствие може да бъде подложен на ферментация и да позволи обособяването на пивото като специфична алкохолна напитка със съответните й органолептични характеристики.
Нормално в ечемикът съдържа между 6 и 7% разтворими вещества, докато в малца те са между 14 и 22%. Тази разлика е следствие най-вече на ензимните процеси, протекли при производството на малца. Разтворимите вещества съдържащи се в пивната мъст се състоят предимно от захари – между 6 и 10%, белтъчни вещества – между 2 и 5% (аминокиселини, пептиди и други азотни вещества), декстрини, фенолни и минерални вещества, неорганични и органични фосфати, витамини и други.
Клетъчните стени на малца подложен на майшуване са изградени основно от белтъчни вещества, целулоза, хемицелулоза и β-глюкани. Целулозата не претърпява промени в хода на майшуването и оказва съществено влияние при формирането на допълнителния филтриращ слой от малцови трици, характерен за филтрацията на малцовата каша.
Ще разгледаме и промените настъпващи с най-съществените групи вещества.

Промени при въглехидратите в процеса на майшуване  

 Посочената в табличен вид информация, много добре изразява промените на въглехидратите по време на майшуването. Тя представлява сравнителни данни за част от наличните въглехидрати в малца и пивната мъст получена от него.

В процеса на майшуване въглехидратите на малца значително се променят, като се увеличава както количеството на моно-, ди- и тризахаридите така и на декстрините. Очевидно е, че в малца се съдържа предимно скорбяла, която през време на майшуването напълно се разгражда. Самата скорбяла се състои от амилоза – 17 ÷ 24% и амилопектин – 76 ÷ 83%. Молекулата на амилозата представлява линейна верига от α-1,4-глюкозидно свързани глюкозни остатъци, която в слабо кисел разтвор се навива като спирала. Схема на амилоза Много характерна реакция за съставните части на скорбялата е цветната им реакция с йода. Тя служи за контрол на т.нар. процес на озахаряване (разграждане на скорбялата), протичащ при майшуването в производствени и лабораторни условия.

Амилозата с йод дава синьо оцветяване. Установено, че оцветяването на амилозата от йода е в пряка зависимост от дължината на веригата й. Синьото оцветяване намалява и напълно изчезва при постепенното разграждане на молекулата на скорбялата. Един спирален сегмент от веригата й се състои от около 11 ÷ 12 спирали с по 6 ÷ 7 глюкозни остатъка. Амилопектинът е съставен от глюкозни остатъци, свързани в основната си верига с α-1,4 връзки и разклонения с α-1,6 връзки. Във вода той е неразтворим и образува клейстер, а с йода дава червено-виолетово оцветяване.

Самото разграждане на скорбялата се осъществява в резултат на действието на амилолитичния ензимен комплекс, съставен основно от ензимите α- и β-амилаза и амилфосфатаза. β-амилазата хидролизира амилозата, като действието й започва от нередуциращия край на веригата, а при амилопектина – от нередуциращия край на веригите му.

Хидролизирането протича в три последователни фази – клайстеризация, втечняване и озахаряване.

• Клайстеризация

В студена вода скорбялата е неразтворима, но при повишаване на температурата, скорбелните зрънца поемат водата вследствие на което набъбват. При достигане на температурата на кипене те се разрушават и образуват колоиден разтвор. Ако водата е недостатъчно скорбелните зрънца силно набъбват и се образува т.нар. клайстер. Температурата при която се извършва клайстеризацията на скорбялата зависи най вече от нейния произход. Така например, ечемичната скорбяла при наличие на амилолитични ензими клайстеризира при 60°С, докато оризовата скорбяла постига същото при около 80°C. Отдавна е установено, че клайстеризираната скорбяла се озахарява много по-бързо и ефективно. Клайстеризираното нишесте се озахарява много по-бързо. Именно тази особеност е заложена в същността на декокционните или т.нар. партидни методи на майшуване.

• Втечняване

Под действие на α-амилазта от молекулата на амилозата много бързо се образуват олигозахариди, съставени от около 6 ÷ 7 глюкозни остатъка и α-декстрини. Това обяснява бързата промяна на цветното съединение между амилозата и йода.

Под действието на ензимите на малца, втечняване на скорбялата води и до значително намаляване на вискозитета на разтвора.

Успоредно с това, при действие на α-амилазата върху амилопектина първоначално забелязва бързо намаляване на вискозитета и образуване на α-декстрини. Следва по-продължителен етап свързан с образуване на значителни количества ферментируеми захари.

• Озахаряване

Под озахаряване се разбира съвместното действие на α- и β-амилазите върху скорбялата, водещо до разграждането й до декстрини, които не дават оцветяване с йода. Времето необходимо за това се нарича време за озахаряване и представлява съществен качествен показател.
Оптимална температура за действието на β-амилазата е между 60 и 65°С при рН около 5,5. При едновременно продължително действие на α- и β-амилазите и при създаването на оптимални условия, около 95 % от скорбялата може да се хидролизира до ферментируеми захари.

Една продължителна температурна пауза при 63 ÷ 65°С формира оптимални условия за действието на β-амилазата, в резултат на което се натрупва значително количество ферментируеми захари, т.е. получава се пивна мъст с потенциал за по-високо алкохолно съдържание - висока ферментационна степен. При температура между 70 ÷ 75°С се създават оптимални условия за действие на α-амилазата и се натрупват по-голямо количество декстрини, т.е. пивната мъст е с по-ниска ферментационна степен. Влиянието на тези температури върху майшуването е много съществено и е задължително да се правят паузи при тях.
Трябва да се има предвид, че в хода на майшуването действието на ензимите не е равномерно. Например β-амилазата в началните 10 ÷ 20 минути от процеса рязко увеличава своята активност, докато след около 30 ÷ 40 минути активността й постепенно намалява. Това определя и необходимостта от правилно фиксиране на продължителността на температурните паузи при майшуването.
Важно е да се спомене, че повишаването на температурата на майша над 78 ÷ 80°С е крайно нежелателно. Въпреки че обикновено това води до намаляване на вискозитета, то при висока температура допълнително се разтваря скорбяла от твърдите частици на майша и тя преминава в разтвора. При температура над 80°С, амилолитичните ензими са почти инактивирани и съответно разтворената скорбяла не може да се разгради. Това води до точно обратния и негативен ефект – значително повишаване на вискозитета, съответно и затруднена филтрация на майша. Ето защо това налага при всички методи на майшуване крайната температура да е между 76 и 78°С.

Промени при белтъчните вещества в процеса на майшуване
За разлика от пълното разграждане на скорбялата през време на майшуването, само около 30 ÷ 40% от белтъчните вещества преминават в състава на пивната мъст. Разтворимите азотни вещества на мъстта се формират през време на майшуването в зависимост от качеството на малца и възприетия температурен режим.
Най-общо белтъчните вещества се разглеждат като три фракции – високомолекулни, средномолекулни и нискомолекулни.
От съществено значение е провеждането на правилен ензимен хидролиз на белтъчните вещества през време на майшуването. Независимо че азотните вещества съставляват около 5 ÷ 6% от екстракта на пивната мъст, те оказват влияние върху следващите технологични процеси и в значителна степен определят органолептичните качества и колоидната стабилност на готовото пиво.
Голямото количество високомолекулни белтъци е нежелателно, тъй като оказват негативно влияние върху колоидната стабилност на пивото и заедно с полифенолите са основните причинители за колоидното дестбилизиране - помътняване.
Средномолекулната фракция обуславя пълнотата на вкуса, пенообразуването и пянозадържащата способност на пивото, т.е. играе съществена роля в органолептичната характеристика на бъдещото пиво.
Нискомолекулната фракция белтъчни вещества представлява съвкупност от α-аминокиселини (α-аминен азот) и нискомомекулни пептиди. Тази фракция е изключително важен източник на азотна храна за дрождите и се включва в техния метаболизъм по време на алкохолната ферментация. В зависимост от техния количествен и качествен състав те оказват влияние върху ароматно-вкусовите качества на готовото пиво. Съдържанието на α-аминокиселини съставлява около 40% от разтворимите азотни вещества на пивната мъстта. Колбах е установил, че 56% от него се образува при самото производство на малц - малцуване, 23% от него се формира в хода на майшуването и 21% се съдържа в изходния ечемик предназначен за производство на малц.
Регулирането на белтъчните фракции на пивната мъст се осъществява чрез управляване на ензимните процеси хидролизиращи белтъците, т.е. отново чрез правилно подбрани температурни паузи в хода на майшуването.  

Промени при хемицелулозите в процеса на майшуване
Разтворимите във вода хемицелулози се състоят от около 80 ÷ 90% β-глюкани и 10 ÷ 20% пентозани. Разтворимите β-глюкани на ечемика и малца са изградени от глюкозни остатъци, съдържащи около 75% β-1,4- и 25 % β-1,3-връзки. Схема за строеж на β-глюканите Високомолекулните β-глюкани са склонни да образуват гел при определени условия. Това автоматично води до повишава вискозитета и затрудняване на филтрацията. При използването обаче на добре разграден малц с висока ендо-β-глюканазна активност, в началото на майшуване при температура 40 ÷ 52 °С, по-голяма част от β-глюканите успяват да преминава в разтворима форма и в значителна степен се намалява възможността за образуване на такъв гел.
β-глюканите преминават от малца в пивната мъст в резултат на следните процеси:

• Екстрахиране на образувания разтворимите β-глюкани още в хода на производството на малц.
• Екстрахиране на освободените β-глюкани от хемицелулозата през време на майшуването.
• Хидролизиране на получените β-глюкан от ензимите ендо-β-1,4- и ендо-β-1,3-глюканаза при температура под 60°С.
• Освобождаване на β-глюканите, свързани с белтъчните вещества и скорбялата посредством водородни връзки при клейстеризиране и при по-високи температури на майшуване.

Схема за хидролиз на β-глюкани Пентозаните се различават в зависимост от разположението си в зърното. Пентозаните, съдържащи се в люспите са изградени от ксилозни остатъци, свързани с β-1-4 връзки, но към тях се свързват арабиноза и глюкоронова киселина. Водоразтворимите пентозани в страничната си верига имат само арабиноза.

Ензимите, които хидролизират пентозаните са ендо-ксиланаза, екзо-ксиланаза, арабинозидаза и ксилобиаза. Схема за хидролиз на пентозани  

Промени при мазнините в процеса на майшуване
В малцовия шрот винаги се съдържат ненаситени мастни киселини. Те са локализирани в алейроновия слой, обвивките и зародиша на зърното. Ненаситените мастни киселини са много активни и лесно се разкъсва двойната връзка чрез окисляване. Това се осъществява от ензима липоксигеназа или по неензимен път. Ензимът е локализиран основно в листния кълн. В резултат на действието му, получените междинни продукти са в основата на вкусовото дестабилизиране на пивото при неговото продължително съхранение. Оптималното рН за действие е около 6, но липоксигеназата е силно чувствителна и спрямо температурата. При сушенето на зеления малц, около 60 ÷ 70% от ензима се инактивира, но все пак около 30 ÷ 40% остава в малца в активно състояние. Дори пълното отстраняване на кислорода не може да попречи на ензимния хидролиз на липидите от липоксигеназата и натрупването на ненаситени мастни киселини. Тяхното количество може да се намали например с използване на инертен газ и по-ниско pH. В повечето съвременни мелници за мокро смилане е предвидена опция за подаване на млечна киселина с цел намаляване на рН в началото на смилането и замайшването.

Други процеси протичащи при майшуването
Част от фосфорните органични съединения при майшуването се хидролизират от ензима фитаза, която има оптимална температура за действие между 45 и 50°С при рН около 5,3. Отделената фосфорна киселина повишава киселинността и буферната способност на малцовата каша. Буферната способност между рН 6 ÷ 7 се обуславя от неорганичните фосфати и тя значително нараства. Част от фосфатите участват в реакции със солите на водата, обуславящи карбонатаната твърдост и влияят върху измененението на рН и буферната способност. Органичните фосфорни съединения играят съществена роля при обмяната на веществата.

От люспите и ендосперма при по-продължително майшуване при по-висока температура се извличат дъбилни вещества и антоцианогени, които съществено влияят върху колоидната стабилност на пивото. В екстракционните процеси на тези вещества може да се влияяем в много малка степен, основно чрез кондициониране на водата използвана за промиване на малцовите трици.

Филтрация на малцовата каша

Технологичният етап, следващ непосредствено майшуването е филтрацията на малцовата каша. Самата озахарена малцова каша се състои от тези две фази – течна и твърда. Идеята заложена в този процес е да се отдели течната от твърдата фаза на майша.

Течната фаза представлява разтвор на екстрахираните вещества от малца и се нарича пивна мъст, като в първия етап на филтрацията тя е с най-високо съдържание на екстрактни вещества и се нарича сладка пивна мъст. Съдържа различни групи вещества, но предимно съдържа малтоза, глюкоза, декстрини, белтъчни вещества под няколко форми, фенолни, багрилни вещества и други.

Твърдата фаза малцовата каша е съставена от неразтворимите части на малцовия шрот, или т.нар. малцови трици. За малцовата каша е характерно че тя съдържа значително количество твърди частици, които се наслояват върху порестата преграда според тяхната плътност и големина. Първи се утаяват най-тежките частици, а след това по-леките. Самата пивна мъст остава над слоя от малцови трици, както и в самите трици, тъй като те са сравнително рехави и това позволява на мъстта да преминава през тях.

Задържайки малцовите трици върху пореста преграда, пивната мъст сравнително лесно би могла да се филтрира през твърдите части, използвайки ги като допълнителен филтриращ слой. При филтрационните апарати от класически тип, използваната пореста преграда представлява метално сито, а при майшфилтрите – обикновено е полипропиленова тъкан. Самото филтрирането на малцовата каша протича на два етапа:

1. Отделяне на сладката пивна мъст съдържаща най-голямо количество екстрактни вещества
2. Допълнително извличане на остатъчните екстрактните вещества от малцовите трици чрез промиването им с гореща вода

Относно технологичните характеристики на процеса филтрация е важно да се споменат степента на избистряне и скоростта на филтрация.

Степента на избистряне се определя от задържащата способност на филтрационния апарат и в значителна степен зависи от начина на смилане на малца, начин на регулиране на филтрацията и други фактори, които ще бъдат разгледани по-долу.

Скоростта на филтрация се определя от количеството пивна мъст преминала през 1 m² от филтрационната повърхност за единица време. Обикновено тя определя и производителността на варилното отделение за 24 часа или друг период от време. Счита се че филтрацията на малцовата каша е най-тясното звено във варилното отделение, т.е. най-бавния процес. Разбира се това в значителна степен зависи от типа на използваното оборудване, въприет режим, качествени характеристики на суровините и други. С развитието на техниката и технологията се цели съкращаване на това време и повишаване на производителността.

Важно е да се отбележи, че високата скорост на филтрация обикновено води и до недостатъчно ефективно извличане на екстрактните вещества. Това важи особено при отделянето на промивните води след отделянето на сладката пивна мъст.

Скоростта с която протича процеса на филтрация зависи от редица фактори, най-важните от които са:

• Температура и вискозитет на пивната мъст
• Дебелина и структура на допълнителния филтриращ слой
• Концентрация на екстрактни вещества
• Налягане

Температура и вискозитет на пивната мъст

Двата фактора са пряко свързани един с друг в обратнопропорционална зависимост и оказват директно влияние върху скоростта на филтрация. При нарастване на температурата на пивната мъст се понижава нейния вискозитет. Това довежда до нарастване на скоростта на филтрация, т.е. повишаването на температурата оказва положителен ефект. Тук е моментът да се отбележи, че по никакъв начин обаче температурата не бива да се повишава на 77-78°С. Това се дължи на факта, че при по-висока температура, неразтворената скорбяла клайстеризира и рязко повишава вискозитета на пивната мъст. За това допринася и спирането на действието на α-амилазата тъй като при температура над 80°С тя се инактивира. При това положение ензимът няма как да разгради остатъчната скорбяла и така получения клей забавя значително филтрацията. Така вместо ускоряване на процеса, с превишаване на 78°С той съществено се затруднява.

Дебелина и структура на допълнителния филтриращ слой

Както беше споменато, малцовата каша подлежаща на филтрация се разполага върху пореста преграда. Поради големината на отворите си тя не е в състояние да осигури добро задържане на частиците в началото на процеса. В резултат на това, в първоначалните порции изтичаща пивна мъст се съдържат множестно малки частици, което я прави мътна. Постепенно обаче, малцовите трици се наслояват върху ситото и формират желания допълнителен филтриращ слой. Като резултат, постепенно пивната мъст започва да се избистря. Поради тази причина, първоначално мътната пивна мъст се връща обратно към филтрационния апарат, т.е. осъществява се рециркулация с цел нейното избистряне.

Върху скоростта и степента на избистряне пряко влияе и самата структура на слоя от малцови трици, обусловен от начина на смилане на малца. Счита се, че колкото по-едро е смилането му, толкова по-голям е диаметъра на каналчетата образуващи се между частиците, т.е. създава се предпоставка за ускорена филтрация. Самият слой е по-рехав и по-пропусклив.

Влияние оказва и дебелината на образувания слой от трици. Колкото е по-дебел – толкова повече намалява скоростта, за сметка обаче на по-добра бистрота и обратно. Финото смилане предпоставя по-добър ензимен хидролиз при майшуването, но и по-плътен допълнителен филтриращ слой, съответно по-бавна филтрация. Получената като филтрат пивна мъст е значително по-бистра, но фината структура на слоя обуславя и по-лесното запушване на каналчетата от малките частици, което допълнително забавя процеса.

Съвсем нормално, в хода на филтрацията каналчетата формирани в допълнителния филтриращ слой се запушват в резултат на преминаващите фини частици и уплътняване на слоя. Това налага и периодичното или непрекъснато разрохкване на слоя. Това се осъществява от съответните устройства на апаратите снабдени с подходящите за целта ножове. По този начин се постига и оптимална структура на слоя способстваща за нормалното протичане на филтрацията.

Концентрация на екстрактни вещества

Влиянието на концентрацията на екстрактни вещества в пивната мъст се отразява пряко чрез нейния вискозитет. С нарастване на екстракта на мъстта нараства и вискозитета, т.е. те са в правопропорционална зависимост. Повишения вискозитет автоматично довежда до намалява на скоростта на филтрация и обратно. Наличието на повишено количестно високомолекулни вещества също има негативен ефект. Това обаче много зависи от начина на провеждане на майшуването, използваните суровини и разбира се от желания качествен и количествен състав на пивната мъст предназначена за съответния тип пиво.

Налягане

Прилагането на налягане не е характерно при използването на филтрационни апарати от класически тип. В случай на прилагане, то слоя от малцови трици значително би се деформирал поради тяхната рехава структура и нееднородност на частиците. Това би довело до запушване на каналчетата в структурата на допълнителния филтриращ слой, съответно и до забавяне на филтрацията.

Не така стоят нещата обаче при използването на майш-филтри. При тях упражняването на външно налягане е заложено в самия принцип на действие, съответно и в тяхната конструкция. При този тип апарати слоя от трици в камерите на апарата е малък, което значително улеснява отделянето на сладката пивна мъст и промивни води. Успоредно с това, прилаганото налягане от мембраните на тези апарати много лесно преодолява оказваното съпротивление от сбития слой трици. Поради тази причина при майш-филтрите е възможно да се получи добрата комбинация от фино смилане на малца и добра скорост на филтрация. От казаното дотук могат да се направят изводи за няколко възможни случая при филтрацията на малцовата каша:

• Провеждане на филтрация с висока скорост, но при влошена бистрота на пивната мъст и неефективно извличане на екстрактните вещества
• Провеждане на филтрация със средна скорост при приемлива бистрота и сравнително добро извличане на екстрактните вещества
• Провеждане на филтрация с малка скорост, но с постигане на максимална бистрота и ефективност при извличане на екстрактните вещества

Промиване на малцовите трици

След приключване на отделянето на сладката пивна мъст, съдържаща най-голям процент екстракт, малцовите трици остават почти сухи. В тях обаче остава все още значително количество екстрактни вещества. С цел ефективното оползотворяване на този екстракт, както и от икономически съображения, малцовите трици се подлагат на промиване с гореща вода с температура между 75 и 78°С. Самото промиване се осъществява с помощта на оросителното устройство при класическия тип филтрационни апарати. При оросяването на триците, те поемат водата и отново започва отделянето на порции филтрат, които вече се наричат промивни води. Колкото степента на промиване е по-голяма, логично намалява и процента на екстрактните вещества в промивните води. Това довежда и до намаляване на вискозитета, което обуславя и по-бързото им отделяне.

Промиването на малцовите трици не бива да се осъществява до пълното извличане на екстрактните вещества. Някои групи от тях обикновено довеждат до значително влошаване на качествената характеристика на получената пивна мъст, съответно и на самото пиво. Това до голяма степен се предопределя и от показателите на използваната вода за промиване. В зависимост от това за какъв тип пиво е предназначена пивната мъст, промиването продължава до достигане на остатъчен екстракт от порядъка на 1 - 2%

Най-често процесът на промиване се осъществява по следните начини:

• Подаване на цялото предварително изчислено количество вода за промиване и последващо отделяне на промивните води
• Непрекъснато подаване на водата за промиване, съответно и непрекъснатото отделяне на промивните води до достигане на предвидения екстракт.

При използването на майш-филтър, водата предназначена за промиване се подава към камерите на филтъра, запълнени с малцовите трици. Отделянето на промивните води първоначално може да се извърши без упражняването на допълнително налягане, но в последствие то се прилага задължително с цел пълноценното извличане на течната фаза от триците.