Zacieranie jednotemperaturowe - wpływ poszczególnych czynników na fermentowalność brzeczki i wydajność

Z Wiki piwo.org
Wersja z dnia 18:39, 27 lis 2010 autorstwa TomX (dyskusja | edycje) (tłumaczenie)
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Powszechnie wiadomym jest, że wiele czynników wpływa na fermentowalność brzeczki piwnej. Przedstawiona tutaj seria eksperymentów ma na celu nie tylko określenie, które czynniki uwzględnione w badaniu mają wpływ na fermentowalność brzeczki ale też jak duży jest to wpływ.

W artykule „Understanding Attenuation” wspomniane jest, że końcowe odfermentowanie piwa zależy głównie od 2 czynników: granicy (potencjału) odfermentowania i zdolności drożdży do zbliżenia się do tej granicy. Granica odfermentowania jest zależna od zacierania, i może być ustalona na podstawie szybkiego testu fermentacji. Dla uproszczenia te eksperymenty skupiają się na zacieraniu jedno temperaturowym i wpływie następujących parametrów zacierania:


  • 1) Temperatura przerwy scukrzającej: TTo pierwszy czynnik, który przychodzi do głowy dgy myślimy o warzeniu z zacieraniem. Przy pojedynczej przerwie scukrzającej temperatura zacierania ma wielki wpływ na fermentowalność uzyskanej brzeczki. Im niższa temperatura (w granicach pewnego przedziału) tym dłużej beta-amylaza będzie wstanie pracować i produkować maltozę.
  • Czas: Obok temperatury jest to jeden z najistotniejszych parametrów zacierania – określa jak długo enzymy będą pracowac nad zacierem.
  • pH zacieru : beta- i alfa-amylazy mają różne optymalne zakresy pH i z tego powodu pH zacieru może wpłynąć na stosunek aktywności pomiędzy tymi enzymami.
  • Śrutowanie: większe fragmenty ziaren trudniej się uwadniają i uwalniają skrobie na działanie enzymów. W rezultacie dużo skrobi uwalnia się po czasie, gdy aktywność beta-amylazy jest już obniżona. Skutkiem grubszego śrutowania jest niższa granica odfermentowania.
  • Stosunek wody do słodu : aktywność enzymatyczna amylaz jest zależna od gęstości zacieru. Rzadsze zaciery sprzyjają produkcji maltozy, przez co zwiększają fermentowalność brzeczki.
  • Zasyp (słód bazowy) :zaciery ze słodów o wysokiej sile diastatycznej (Pils, Pale) dadzą bardziej fermentowalne brzeczki ponieważ zawierają więcej beta-amylazy która jest w stanie wytworzyć więcej maltozy w porównaniu do zacierów o niskiej sile diastatycznej (słód monachijski, duży udział surowców niesłodowanych) przy tej samej temperaturze przerwy scukrzającej.

Sprzęt i metodologia

Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone w relatywnie małej skali. Woda była podgrzewana w mikrofali. Czas ogrzewania wody w mikrofali był każdorazowo notowany i wykorzystywany jako wskazówka przy dalszych eksperymentach. Po kilku próbach możliwe stało się zbliżenie do założonej temperatury zacierania przez ustalenie odpowiedniego czasu ogrzewania wody. Następnie woda była wlewana do małego termosu ze stali nierdzewnej i pozostawiana celem wyrównania i ewentualnej korekty temperatury przez dodatkowe podgrzanie lub pozostawienie otwartego naczynia celem wychłodzenia do pożądanej temperatury. Termos zatykany był styropianowym korkiem z zamocowanym termometrem alkoholowym, którego końcówka zanurzona była w zacierze a odczyt temperatury był dokonywany bez otwierania pojemnika. Po zmierzeniu ustalonej temperatury wody dodawana słód. Po pięciu minutach zacierania dokonywany był kolejny pomiar temperatury, po 30 minutach od wsypania słodu znowu mierzono temperaturę. Wtedy całość była mieszana i po kolejnych pieciu minutach odczytywano temperaturę. Po raz ostatni temperaturę mierzono na koniec zacierania. Po 60 minutach zacierania wykonywana była próba jodowa, choć nie we wszystkich próbkach gdyż czasem po prostu o tym zapomniałem. Następnie zacier był odcedzany n a gęstym sicie ze stali nierdzewnej. We wszystkich przypadkach już po 2 minutach pierwsza porcja brzeczki trafiała do gotowania. W międzyczasie woda do wysładzania była podgrzewana w mikrofali, po czym dokładnie mieszana z młótem i ponownie odcedzana. Po 15 minutach wrzenia brzeczka była filtrowana przez ręcznik papierowy założony na lejek. Trafiała do małych, wysterylizowanych przez wygotowanie butelek. Ze względu na duży nakład pracy później zrezygnowałem z tej metody sterylizacji, uznając wpływ ewentualnych infekcji na odfermentowanie za mało znaczący. Butelki były tylko myte i niejako sterylizowane w zmywarce do naczyń. Butelki były dopełniane wodą oczyszczoną na drodze odwróconej osmozy, aby we wszystkich znajdowało się tyle samo płynu. Przy pierwszych eksperymentach nie przejmowałem się dokładnym poziomem brzeczki w butelce, dopóki wystarczyło jej do dokonania 2 pomiarów areometrem, ale później zdecydowałem dopełniać butelki do jednakowej objętości, aby oprócz odfermentowania zmierzyć wpływ poszczególnych metod na wydajność. Po zatkaniu butelek folią aluminiową brzeczka była zostawiana do wystygnięcia, po czym mierzono ekstrakt przy użyciu areometru (zakres 0 – 40 Plato) i zaszczepiano brzeczkę ½ łyżeczki suchych drożdży piekarskich. Suche drożdże piekarskie zostały wybrane ze względu na niską cenę i konsystencję. Wcześniej w testach szybkiej fermentacji ustaliłem, że odfermentowują one podobnie do drożdży piwowarskich górnej fermentacji. Próbki fermentowały przez 4 – 6 dni w temperaturze 20C. Od czasu do czasu były potrząsane aby wzburzyć drożdże z dna po 4-6 dniach drożdże opadały na dno i nie dało się zauważyć żadnych oznak fermentacji. Wtedy mierzyłem gęstość końcową przy uzyciu dokładniejszego areometru (0,990 – 1,020). Oba areometry były wcześniej kalibrowane w różnych roztworach cukru (20, 10, 5, 2.5, 0 Plato), w odczytach uwzględniano poprawkę na temperaturę.

Eksperymenty z czasem zacierania

W eksperymentach związanych z czasem zacierania następujące parametry były stałe:

- słód – Weyermann Pilsner Malt - ilość słodu – 70g - szerokość szczeliny w śrutowniku – 0,55mm - Woda oczyszczana w procesie odwróconej osmozy, nie modyfikowane pH zacieru (w rezultacie pH zacieru ustaliło się na 5,4) - ilość wody do zacierania – 240ml - początkowa temperatura zacierania – 67C lub 72C - ilość wody do wysładzania – 250ml - wydajność wysładzania wynosiła około 90% - czas gotowania brzeczki – 15min

Ta tura doświadczeń była wykonana jako ostatnia, ale jej wyniki będą omówione jako pierwsze, bo najlepiej uwidaczniają jaka jest różnica pomiędzy zacieraniem w różnych temperaturach. Aby zmniejszyć spadek temperatury zacieru, termos był dodatkowo owijany arkuszami pianki używanej do pakowania. Mimo tych zabiegów wciąż obserwowano spadek temperatury o około 3C na godzinę.

Eksperymenty z temperaturą zacierania

W eksperymentach związanych z temperaturą (zacierania?) następujące parametry były stałe:

- słód – Weyermann Bohemian Pilsner Malt - ilość słodu – 80g - szerokość szczeliny w śrutowniku – 0,55mm - Woda oczyszczana w procesie odwróconej osmozy, nie modyfikowane pH zacieru (w rezultacie pH zacieru ustaliło się na 5,4) - ilość wody do zacierania – 240ml - czas zacierania – 60min - ilość wody do wysładzania – 250ml - wydajność wysładzania wynosiła około 90% - czas gotowania brzeczki – 15min

Eksperymenty z pH zacieru

W eksperymentach związanych z pH (zacierania?) następujące parametry były stałe:

- słód – Weyermann Bohemian Pilsner Malt - ilość słodu – 70g - szerokość szczeliny w śrutowniku – 0,55mm - Woda oczyszczana w procesie odwróconej osmozy - ilość wody do zacierania – 240ml - początkowa temperatura zacierania – 73 – 74,2C - czas zacierania – 60min - ilość wody do wysładzania – 250ml - wydajność wysładzania wynosiła około 90% - czas gotowania brzeczki – 15min - końcowa objętość brzeczki - ???

pH zacieru było regulowane białym destylowanym octem (5% kwasu octowego) lub sodą oczyszczoną (5% roztwór NaHCO3), które były dodawane w określonej objętości przez małą strzykawkę. pH próbek było mierzone na koniec zacierania. Z powodu zużycia miernika pH i faktu, ze nie działała w nim funkcja kalibracji, korekta odczytów była dokonywana przez zbadanie próbki, roztworu buforowego 4,01 i roztworu buforowego 7,01. Faktyczne pH próbki ustalano następującym równaniem:

faktyczne pH = 4 + 3 * [(pH próbki – pH bufora 4,01) / (pH bufora 7,01 – pH bufora 4,01)]

Dodatkowo próbki były badane paskami do pomiaru pH EMD's colorpHast strip, które porównywano ze skalą kolorów w świetle żarówki żarnikowej. Odczytywanie wyników w świetle świetlówek fluorescencyjnych zniekształca kolory pasków a tym samym wyniki. Wszystki próbki były schłodzone do temperatury pokojowej przed pomiarem pH. Do pomiarów wykorzystano pH-metr Milwaukee pH53.

Eksperymenty z grubością śruty

W eksperymentach związanych z grubością śrutowania następujące parametry były stałe:

- słód – Weyermann Bohemian Pilsner Malt - ilość słodu – 70g - średnia temperatura zacierania – 68C - Woda oczyszczana w procesie odwróconej osmozy, nie modyfikowane pH zacieru (w rezultacie pH zacieru ustaliło się na 5,4) - ilość wody do zacierania – 240ml - czas zacierania – 60min - ilość wody do wysładzania – 250ml - wydajność wysładzania wynosiła około 90% - czas gotowania brzeczki – 15min

Słód był śrutowany regulowanym, dwu wałkowym śrutownikiem (Schmidling Maltmill). Szczelina pomiędzy wałkami była mierzona szczelinomierzem o dokładności +/- 0,02mm.

Eksperymenty z gęstością zacieru

W eksperymentach związanych z gęstością zacieru następujące parametry były stałe:

- słód – Weyermann Bohemian Pilsner Malt - ilość słodu – 70g (w próbkach o stosunku 2,57l/kg i 5l/kg) oraz 120g (w drugiej próbce 2,57l/kg) - szerokość szczeliny w śrutowniku – 0,55mm - Woda oczyszczana w procesie odwróconej osmozy, nie modyfikowane pH zacieru (w rezultacie pH zacieru ustaliło się na 5,4) - całkowita ilość wody użyta w procesie – 5,6l/kg (próbki z 70g słodu – 390ml, próbka ze 120g – 670ml) - czas zacierania – 60min - wydajność wysładzania wynosiła około 80% - czas gotowania brzeczki – 15min

Ilość wody do zacierania została przeliczona w ten sposób, aby osiągnąć stosunek 2,57 lub 5 litrów/kilogram słodu. Ze względu na duży spadek temperatury w próbce o gęstości 2.57l/kg przy 70g słodu, kolejna próba dla tej gęstości została wykonana z odpowiednio większą ilością wody i słodu. Po zacieraniu dolano wody do uzyskania stosunku 5.6l/kg. W celu utrzymania wydajności na tym samym poziomie w tej serii eksperymentów nie stosowano wysładzania, a tylko mieszano całą wodę z zacierę przed jego odcedzeniem na sitku.

Eksperymenty z rodzajem słodu

W eksperymentach związanych z rodzajem słodu następujące parametry były stałe:

- ilość słodu – 70g - średnia temperatura zacierania – 70C - szerokość szczeliny w śrutowniku – 0,55mm - Woda oczyszczana w procesie odwróconej osmozy, modyfikowane pH zacieru - ilość wody do zacierania – 240ml - czas zacierania – 60min - ilość wody do wysładzania – 250ml - wydajność wysładzania wynosiła około 90% - czas gotowania brzeczki – 15min

Barwa słodu ma wpływ na pH zacieru – z tego powodu wykonano jedno zacieranie bez modyfikowania pH. Opierając się na jego wyniku woda do zacierania kolejnej próbki była modyfikowana roztworem octu lub sody tak aby osiągnęła pH zbliżone do 5,3-5,5.

Eksperymenty z zawartością wapnia

W eksperymentach związanych z zawartością wapnia następujące parametry były stałe:

- słód – Weyermann Bohemian Pilsner Malt - ilość słodu – 70g - średnia temperatura zacierania – 69C - szerokość szczeliny w śrutowniku – 0,55mm - ilość wody do zacierania – 240ml - czas zacierania – 60min - ilość wody do wysładzania – 250ml - wydajność wysładzania wynosiła około 90% - czas gotowania brzeczki – 15min

W celu wytworzenia wody o zróżnicowanej zawartości jonów wapnia ale stałej [residua alkalinity] (która zmieniałaby pH zacieru) 1,05g chlorku wapnia i 1g kredy dodano do 2 litrów wody destylowanej. W rezultacie otrzymano wodę o zawartości wapnia ~343mg/l (ppm) i [residua alkalinity] równej 0. Zmienna koncentracja jonów Ca w wodzie do zacierania została otrzymana przez zmieszanie w różnych proporcjach powyższego roztworu i wody destylowanej. Jednak w celu utrzymania jednakowej zawartości Ca w gotowej brzeczce woda do wysładzania była mieszana w odwrotnym stosunku. Na przykład, jeśli woda do zacierania w danym eksperymencie składała się w 80% z wody destylowanej i 20% z wody wzbogaconej w wapń , woda do wysładzania była otrzymywana z 20% wody destylowanej i 80% wzbogaconej w wapń. Kreda w zasadzie nie rozpuszcza się w wodzie, dlatego przygotowany roztwór przed każdym użyciem był wstrząsany by poderwać zawiesinę z dna.