Úvod
Kvasenie je biochemický proces, pri ktorom mikroorganizmy, ako sú kvasinky a baktérie, rozkladajú organické látky, najčastejšie cukry, za vzniku rôznych produktov. Jedným z hlavných vedľajších produktov tohto procesu je oxid uhličitý (CO2). Tento článok sa zameriava na vznik CO2 pri kvasení mlieka a droždia, pričom zohľadňuje rôzne aspekty tohto procesu, od základných biochemických reakcií až po praktické aplikácie v potravinárskom priemysle.
Kvasenie: Základný biochemický proces
Kvasenie je metabolický proces, ktorý prebieha v anaeróbnych podmienkach, teda bez prítomnosti kyslíka. Počas kvasenia mikroorganizmy získavajú energiu rozkladom organických zlúčenín, ako sú glukóza, fruktóza alebo laktóza. Tento proces je sprevádzaný tvorbou rôznych vedľajších produktov, vrátane CO2, etanolu, kyseliny mliečnej a ďalších organických kyselín.
Kvasenie mlieka
Kvasenie mlieka je proces, pri ktorom baktérie mliečneho kvasenia (napr. Lactobacillus, Streptococcus) rozkladajú laktózu (mliečny cukor) na kyselinu mliečnu. Tento proces sa využíva pri výrobe rôznych mliečnych výrobkov, ako sú jogurty, syry, kefír a acidofilné mlieko.
Proces kvasenia mlieka
- Inokulácia: Do mlieka sa pridá štartovacia kultúra baktérií mliečneho kvasenia.
- Kvasenie: Baktérie metabolizujú laktózu na kyselinu mliečnu.
- Zrážanie: Kyselina mliečna spôsobuje zníženie pH mlieka, čo vedie k zrážaniu mliečnych bielkovín (kazeínu) a vzniku hustej konzistencie.
- Chladenie: Proces kvasenia sa zastaví ochladením produktu.
Vznik CO2 pri kvasení mlieka
Pri kvasení mlieka baktérie mliečneho kvasenia primárne produkujú kyselinu mliečnu. Avšak, niektoré druhy baktérií mliečneho kvasenia sú heterofermentatívne, čo znamená, že okrem kyseliny mliečnej produkujú aj ďalšie vedľajšie produkty, vrátane CO2, etanolu a kyseliny octovej. Množstvo CO2 produkovaného pri kvasení mlieka je relatívne nízke v porovnaní s kvasením droždia.
Využitie CO2 pri výrobe mliečnych výrobkov
V niektorých prípadoch sa CO2 vznikajúci pri kvasení mlieka využíva na dosiahnutie špecifickej textúry alebo chuti výrobku. Napríklad, pri výrobe niektorých druhov syrov sa CO2 podieľa na tvorbe dier v syre.
Prečítajte si tiež: Tradície pitia čaju s mliekom
Kvasenie droždia
Kvasenie droždia je proces, pri ktorom kvasinky (najčastejšie Saccharomyces cerevisiae) rozkladajú cukry (glukózu, fruktózu) na etanol a CO2. Tento proces sa využíva pri výrobe alkoholických nápojov (pivo, víno, destiláty) a pri pečení chleba a iných pekárenských výrobkov.
Proces kvasenia droždia
- Príprava substrátu: Cukry sa rozpustia vo vode a pridajú sa živiny pre kvasinky.
- Inokulácia: Do substrátu sa pridá štartovacia kultúra kvasiniek.
- Kvasenie: Kvasinky metabolizujú cukry na etanol a CO2.
- Separácia: Etanol a CO2 sa oddelia od zvyšného substrátu.
Vznik CO2 pri kvasení droždia
Kvasenie droždia je sprevádzané intenzívnou produkciou CO2. Kvasinky rozkladajú cukry podľa rovnice:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Glukóza → Etanol + Oxid uhličitý
Z rovnice vyplýva, že na každú molekulu glukózy sa vytvoria dve molekuly etanolu a dve molekuly CO2.
Prečítajte si tiež: Recept na pravé Bryndzové Halušky
Využitie CO2 pri výrobe piva
Oxid uhličitý zohráva kľúčovú úlohu pri výrobe piva. CO2 vznikajúci pri kvasení piva sa zhromažďuje a po vyčistení od ďalších plynov a mechanických nečistôt je niekoľko stupňovou kompresiou skvapalnený. Takto získaný CO2 je v pivovare využívaný ako pretlačné médium pri manipulácii s pivom, čo zabraňuje nežiadúcej oxidácii piva. Okrem toho, CO2 prispieva k osviežujúcej chuti a penivosti piva.
Vznik CO2 pri výrobe piva: Podrobný pohľad
Suroviny a proces výroby piva
Pivo je nápoj pripravený hlavne zo sladu, chmeľu a vody. Enzýmy, ktorých činnosť sa pri sušení sladu prerušila, sa vo varni pivovaru znova aktivizujú a pokračujú v štiepení škrobov a bielkovín na rozpustné a skvasiteľné látky. V ďalšom procese výroby sa využíva pôsobenie pivných kvasníc, ktoré vytvárajú alkohol a oxid uhličitý.
Príjem, uskladňovanie a úprava sladu
Okrem vody sa pri výrobe piva spotrebuje najviac sladu, ktorý sa musí vopred upravovať. Slad dovezený do pivovaru sa vedie systémom dopravníkov do zásobníka. Na dopravu sa používajú závitovkové a kapsové dopravníky. Prijatý slad zo zásobníka prechádza automatickou váhou do čistiarne sladu. Tu sa zachytávajú najskôr kovové prímesi na magnetickom odlučovači a následne hrubé a jemné nečistoty pomocou sitovej čističky. Vyčistený slad sa uskladňuje v zásobníkoch. Slad sa opäť najskôr čistí, pričom prechádza magnetickým čističom a sitovým čističom.
Po vyčistení sa kondiciuje podobne ako obilie pred mletím na múku. Účelom kondiciovania je zvlhčiť obalové vrstvy zrna, aby boli pružné, čo dáva predpoklad, že pri následnom šrotovaní zostanú celistvejšie. Vnútro zrna má zostať suché, aby sa lepšie rozomieľalo. Šrotovaním sladu sa zväčší jeho povrchová plocha a oddelia sa povrchové vrstvy od endospermu. Obalové vrstvy zrna sa využívajú ako filtračný materiál pri filtrovaní sladiny. Na šrotovanie sladu sa používa miagač sladu, ktorý býva štvor alebo šesťvalcový. Rozdrvené zrno padá na sito. Prechod tohto sita je vedený na druhý pár valcov a prepad padá na spodné sito. Prechod spodného sita je vedený na tretí pár valcov miagača. Jemné častice prepadnú oboma sitami a obchádzajú nasledujúce dvojice valcov miagača.
Okrem sladu sa pri výrobe piva používajú aj ďalšie látky súhrne nazývané surogát. Sú to napríklad jačmeň, ryža, cukor a iné. Upravený slad a surogáty sa skladujú v zásobníkoch a dopravujú do varne.
Prečítajte si tiež: Faktory ovplyvňujúce tvar snehových vločiek
Vystieranie a rmutovanie
Varňa môže byť jedno alebo dvojpodlažná. Podľa toho sa rmuty alebo sladina z kadí či paniev vypúšťa alebo čerpá. V pivovarníctve sa ako kaďa označuje nevyhrievaná nádoba a ako panva sa označuje nádoba vyhrievaná. V technologickom procese varne sa najskôr do vystieracej kade dávkuje vlažná voda, teplá 30 až 35 °C, sladový šrot a surogáty. Na 100 kg sladu sa pridáva 500 až 600 litrov vody a asi 10 kg surogátov. Surogáty sa pridávajú na zvýšenie trvanlivosti a kvality piva. Čas vystierania je asi 15 minút. Potom nasleduje rmutovanie. V našich pivovaroch sa rmutuje na tri, prípadne dva rmuty.
Pri trojrmutovom spôsobe sa postupuje tak, že tretina obsahu vystieracej kade sa prečerpá do rmutovacej panvy, ohreje sa na 50 °C s výdržou 5 až 10 minút, pričom dochádza ku štiepeniu bielkovín. Potom nasleduje ohrev na 70 °C s výdržou 15 až 25 minút, kedy dochádza ku scukornateniu škrobov. Nasleduje 15 až 45 minútový var, ktorým sa zastaví činnosť enzýmov. Prvý rmut sa pri intenzívnom miešaní prečerpá späť do vystieracej panvy, čím sa jej obsah zahreje na teplotu prvej výdrže, teda 50 °C. Znova sa jedna tretina obsahu vystieracej kade prečerpá do rmutovacej panvy a postup sa opakuje. Obsah panvy sa zohreje na 70 °C s výdržou a potom sa varí. Takto získaný druhý rmut sa prečerpá späť do vystieracej kade, čím sa jej obsah zohreje asi na 70 °C, čo je teplota druhej výdrže. Znova sa tretina vystieracej kade prečerpá do rmutovacej panvy a po ohriatí a povarení sa prečerpá do vystieracej kade. Teplota vystierky stúpne na 73 až 78 °C a proces rmutovania je skončený. Celý postup trvá asi 5,5 hodiny. Rmut je dokonale scukornatený, tmavý a rýchlo sedimentuje.
Scedzovanie a chmeľovar
Hotový rmut sa prečerpá do scedzovacej kade. Tá má sitové dno. Dno je tvorené viacerými segmentmi. Scedzovacia kaďa má otočný kyprič, na ktorého ramene je sústava nožov. Kyprič nožmi urovnáva vrstvu mláta, ktorá sa usadzuje na dne. Mláto asi po polhodine vytvorí na dne potrebný filtračný koláč. V jeho spodnej časti sú obalové vrstvy jačmeňa, ktoré najrýchlejšie sedimentujú. Nad nimi sú hrubšie častice sladu - krupice a na vrchu je sladová múka. Cez túto vrstvu sa sladina filtruje a vyteká z jednotlivých segmentov dna samostatnými rúrkami. Najskôr je kalná a preto sa čerpadlom vracia späť do scedzovacej kade. Čistá vytekajúca sladina sa dopravuje do mladinovej panvy. Ak z niektorého segmentu vyteká kalná sladina, pretože filtračný koláč nad segmentom je porušený, ventil na príslušnej rúrke sa uzatvorí, až pokiaľ sa filtračná vrstva neobnoví.
Keď sa po odtečení sladiny objaví na dne vrstva mláta, začne sa filtračný koláč vysladzovať. Pri vysladzovaní sa filtračný koláč kropí horúcou vodou, čím sa vylúhujú z mláta zbytky sladiny. Pritom sa mláto prerezáva nožmi kypriča do hĺbky asi 50 mm nad sitové dno. Celková výška vrstvy filtračného koláča býva asi 30 cm. Po vysladení sa mláto vyhrnie z kade von.
V mladinovej panve sa sladina varí. Cieľom je odpariť podľa potreby 8 až 12 % prebytočnej vody, zastaviť činnosť enzýmov, vyzrážať časť bielkovín, ktoré tvoria horké kaly a do mladiny pridať chmeľové látky. Časť z nich sa pridáva v priebehu varenia a časť tesne pred koncom varu. Var sa končí po vyzrážaní hrubých vločiek kalu. Potom sa mladina cedí na chmeľovom cediči, kde sa na sitách oddelí chmeľové mláto. Chmeľové mláto prechádza ešte závitovkovým lisom, ktorý dokonale oddelí jeho tekutú zložku.
Panvy sú väčšinou kruhové nádoby s dovnútra klenutým duplikátorovým dnom. Vyhrievané sú tlakovou parou a majú miešadlo alebo cirkulačné čerpadlo. Vyrobené sú z medi, alebo nehrdzavejúcej ocele. Spotreba pary pri rmutovaní je 10 až 13 % a pri varení mladiny - chmeľovare 20 až 25 % hmotnosti spracovávanej várky.
Po skončení chmeľovaru sa z mladiny vo vírivej kadi odstraňuje kal. Vírivá kaďa je tvorená valcovou nádobou z nehrdzavejúcej ocele, ktorá má tangenciálny vstup na mladinu. Musí sa do nej vmestiť celý var. Mladina do nej vstupuje rýchlosťou 10 m/s. Vplyvom rotácie kvapaliny sa kalové častice sústreďujú v blízkosti stredovej zvislej osi nádoby. Odtiaľ sa kaly vypustia cez otvor v kužeľovom dne nádoby.
Z vírivej kade sa mladina prečerpáva do doskového chladiča, kde sa ochladí z teploty asi 95 °C na požadovanú teplotu 5 °C. Optimálna zákvasná teplota je 4 až 6 °C. Pri chladení sa mladina súčasne sýti kyslíkom potrebným pre proces kvasenia.
Hlavné kvasenie a zhromažďovanie CO2
Hlavné kvasenie sa robí v kvasných kadiach. Celý priestor spilky sa vychladzuje na 5 °C. Kvasné kade sú oceľové smaltované nádoby, v ktorých je inštalovaný chladiaci had, ktorým preteká ľadová voda. Na 10 metrov kubických obsahu kvasnej kade sú potrebné 2 metre štvorcové chladiacej plochy. V spilke sú kvasné kade, v ktorých je mladina v rôznom stupni kvasenia. Ochladená mladina privedená z varne sa zakvasuje pivovarskými kvasnicami z propagačnej stanice, v ktorej sa kvasnice rozmnožujú. Na 100 litrov mladiny sa pridáva 0,5 litra kvasníc.
Pri kvasení sa uvoľňuje z mladiny CO2. Na konci kvasenia sa na povrchu piva vytvorí súvislá hustá hnedá pena tvorená kvasinkami, zbytkami chmeľu, sladu a bielkovinami. Po skončení kvasenia sa z kvasnej kade zvlášť vypustí mladé pivo, usadené kaly a pena. Kaďa sa vypláchne vodou. Mladina kvasená v kadiach sa dokvasuje v ležiackej pivnici. V súčasnosti sa presadzujú namiesto kvasných kadí cylindricko-kónické tanky s objemom 35 až 250 m3. Sú to stojaté, tepelne izolované‚ valcové nádoby, vybavené chladiacim systémom v plášti pod izoláciou. Bývajú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele. Prebieha v nich kvasenie aj dokvasovanie.
Pri hlavnom kvasení vzniká plynný CO2, ktorý sa zhromažďuje a po vyčistení od ďalších plynov a mechanických nečistôt je niekoľko stupňovou kompresiou skvapalnený. Takto získaný CO2 je v pivovare využívaný ako pretlačné médium pri manipulácii s pivom, čo zabraňuje nežiadúcej oxidácii piva.
Ležiacka pivnica, chladenie a filtrácia piva
V ležiackej pivnici dozrieva pivo v ležiackych tankoch. Dokvasovanie prebieha pri teplote 1 až 2 °C. V prvej fáze prebieha dokvasovanie pri atmosferickom tlaku, pričom sa pivo zbavuje pachov. Potom sa uzatvorí ventil a dokvasuje sa za mierneho pretlaku v atmosfére . Tým sa zvýši obsah CO2 v pive na 0,3 až 0,4 % hmotnosti. Bežné výčapné pivo dozrieva 3 až 5 týždňov, ležiaky až 12 týždňov. Čím je teplota piva pri dozrievaní nižšia, tým je dozrievanie dlhšie a pivo je kvalitnejšie a trvanlivejšie. Hotové pivo sa stáča z niekoľkých tankov súčasne kvôli dosiahnutiu vyrovnanej kvality piva. Ležiacka pivnica a obsah ležiackych tankov sa chladí prúdiacim vzduchom. Ležiacke tanky sú oceľové, z vnútornej strany smaltované.
Pivo z ležiackych tankov alebo z cylindricko-kónických tankov obsahuje jemný kal, vzniknutý hlavne pri dokvasovaní. Preto sa pivo filtruje. Filtráciou piva sa dosiahne jeho čírosť a vyššia stabilita. Pivo z ležiackych tankov prechádza najskôr doskovým dochladzovačom. Na chladenie sa v ňom využíva ľadová voda. Až po dochladení je pivo filtrované, najskôr v naplavovacom sviečkovom filtri a následne vo filtri doskovom.
Fľašková a sudová stáčiareň
Vyrobené pivo sa expeduje vo fľašiach s korunkovým uzáverom alebo v KEG sudoch. KEG sudy sú trvalé prepravné obaly z nehrdzavejúcej ocele. Majú objem 25 až 50 litrov. Môžu byť izolované polyuretanom. Dajú sa sterilne plniť aj narážať, udržia tlak. Pivo sa z nich čapuje pretlakom CO2. KEG sudy nahradili skôr používané sudy hliníkové, ktoré boli najčastejšie 50 litrové, z vnútornej strany eloxované alebo natreté vhodným lakom. Neboli dostatočne tesné, avšak na rozdiel od KEG sudov zniesli nešetrné zaobchádzanie pri manipulácii, napr. kotúľanie a hádzanie z korby auta. Pivo sa tiež plní do plechoviek, ktoré sú z vnútra potiahnuté fóliou z umelej hmoty. Plechovky mávajú obsah 0,33 a 0,5 litra. Najviac piva sa však expeduje vo fľašiach s objemom 0,33 a 0,5 litra. Pivo sa od doskového filtra prečerpáva do stáčacích tankov. Moderné stáčacie linky sú pretlakové, čo zabraňuje uvoľňovaniu CO2 z piva.
Využitie CO2 pri výrobe chleba
Pri pečení chleba sa CO2 vznikajúci pri kvasení droždia využíva na kyprenie cesta. Kvasinky produkujú CO2, ktorý vytvára bublinky v ceste, čím sa zväčšuje jeho objem a zlepšuje textúra. Počas pečenia sa CO2 expanduje, čo spôsobuje, že chlieb je ľahký a nadýchaný.
Faktory ovplyvňujúce produkciu CO2 pri kvasení
Množstvo CO2 produkovaného pri kvasení závisí od niekoľkých faktorov, vrátane:
- Druh mikroorganizmu: Rôzne druhy kvasiniek a baktérií produkujú rôzne množstvá CO2.
- Druh substrátu: Rôzne cukry a organické látky sú metabolizované rôznou rýchlosťou a s rôznou produkciou CO2.
- Teplota: Optimálna teplota pre kvasenie sa líši v závislosti od druhu mikroorganizmu.
- pH: Optimálne pH pre kvasenie sa líši v závislosti od druhu mikroorganizmu.
- Prítomnosť živín: Dostatočné množstvo živín je nevyhnutné pre rast a aktivitu mikroorganizmov.
Vplyv CO2 na životné prostredie
Oxid uhličitý je skleníkový plyn, ktorý prispieva k globálnemu otepľovaniu a zmene klímy. Produkcia CO2 pri priemyselných procesoch, ako je kvasenie, môže mať negatívny dopad na životné prostredie. Preto je dôležité hľadať spôsoby, ako znížiť emisie CO2 a využívať ho ako zdroj pre iné aplikácie.