Proces 3. díl: Chlazení mladiny

K pivu prostě chlazení patří... Ke čtení o chlazení se hodí
nejlépe jedno vychlazené.

V minulém článku Proces 2. díl: Cmelovar jsme se dostaly až na samotný konec horké fáze vaření piva, další fáze již probíhá za nízkých teplot. Chmelovar nám mladinu vysterilizoval, takže teď přichází zlomový okamžik, kdy je nutno dbát zvýšené opatrnosti na jakoukoli kontaminaci. Tyto přísné nároky na hygienu budou pokračovat až do konečného lahvování, nebo sudování. Když to budeme mít vždy na paměti, můžeme zmírnit riziko, jež obvykle končí kyselým pivem...

Také se ohledně chlazení mladiny dočteme na internetu a jinde mnoho chyb a polopravd. Nejčastěji to je třeba, že je nejlepší zchladit co nejrychleji, což v někom pak vyvolává pocit, že by měl mladinu pomalu šokově zmrazit.

Úvod

Zpátky však k chlazení mladiny. Mohlo by se zdát, že je tento krok naprosto jednoduchý, ale není tomu tak. Lom mladiny, sedimentace bílkovin (kalů) a odloučení chmelováho mláta jsou jedny z klíčových prvků budoucí kvality a stability našeho pivka. Proto je dobré si o tom říci několik základních informací. Rychlé zchlazení na zákvasnou teplotu ihned po chmelovaru je pouze jedním z používaných postupů...

Nechť tedy článek slouží všem, kteří se chtějí o chlazení mladiny něco nového naučit, nebo si jen osvěžit a utřídit vědomosti.

V článku jako obvykle začnu s obecným popisem a způsoby, jež využívají pivovary. Na konci opět ukáži některé naše domácí možnosti.

Pozn. Možná bude pro některé z Vás poměrně nezvyklé to, že budu místo často používaného termínu Whirlpool používat krásný český termín - vířivá káď. Myslím totiž, že je velká škoda amerikanisovat naši nádhernou pivovarskou hantýrku, z které je i dnes cítit úcta k řemeslu a naše národní hrdost... 

Důležité pojmy (aneb co se tu bude řešit)

Hrubé = horké kaly, jemný = chladové kaly, sedimentace, chladicí stok, chladicí káď, vířivá káď, dochlazení mladiny, způsob a rychlost chlazení, výměníky - trubkový, deskový, chladicí had, chladiva, rychlost chlazení...

Kaly a jejich vylučování

Mladina po chmelovaru. Krasně znatelné kaly při počátku
chlazení. Vařím IPA Sky Is the Limit 16° (vlastní foto)

Hlavní komponentou obou druhů kalů jsou bílkoviny, které pocházejí z naprosté většiny ze sladu. Základem hrubých kalů jsou složitější a větší bílkoviny, které se během rmutování nerozložily. Varem při chmelovaru dojde k jejich teplotní denaturaci (viz článek Chmelovar) a vysrážejí se ihned nebo v průběhu chlazení. Jemné kaly jsou poté menší a jednodušší bílkoviny a proto se srážejí až při nižších teplotách.

Poměr hrubých a jemných kalů, forma srážení atd. závisí na použitých sladech a zejména na průběhu rmutování (držení proteinové prodlevy...) aj.

Vylučování hrubých kalů 

Hrubé kaly se vylučují při vyšších teplotách, proto se také nazývají kaly horké. Vylučují se především nad 80 °C. Částečně se na ně váží i kaly jemné. Hrubé kaly jsou složeny mimo vody zejména ze sražených proteinů (bílkovin) a poté hořkých látek. Jsou odstraňovány sedimentací ve vířivé kádi. Odstranění hrubých kalů by mělo být velmi důkladné, poněvadž způsobují potíže při kvašení, zvyšují barvu piva a zhoršují pěnivost a chuť piva.

Vyloučené kaly spolu s
chmelovým mlátem.
(vlastní foto)

Někdy se hrubé kaly intenzivně vysrážejí již při chmelovaru ve formě husté kašovité pěny, která se drží na hladině. Je to důsledkem zejména nedostatečného rozložení bílkovin při rmutování, není tedy náhodou, že se to stává především při použití jednokrokové infuze... Nedá se však snadno říci, že se jedná o chybu. Záleží jestli jsem díky dobře rozluštěným sladům dosáhly na dostatečný obsah aminokyselin v mladině, což je důležité pro dobrý vývoj a život kvasinek. Někteří domovarníci tuto pěnu sbírají, avšak není to nutné. Při chlazení mladiny se kaly sbalí do chuchvalců a klesnou spolu s později vysráženými kaly na dno. Jestliže se budete chtít tvorbě této pěny spolehlivě vyhnout, budete muset zapřemýšlet nad "poctivějším" rmutovacím postupem.

Vylučování jemných kalů 

Tyto kaly se vylučují pod 80°C (kaly chladové). Při zahřátí se opět rozpouštějí. Vylučování probíhá nejvíce pod 30 °C a z mladiny se velmi špatně odstraňují. Složení jemných kalů je mimo vody opět proteinové, ale s větším množstvím cukrů a polyfenolů. Množství jemných kalů se velmi liší podle výrobních podmínek a je asi mezi 10 - 35 % hrubých kalů. Vyšších hodnot dosahují při infuzním rmutování a zpracování jemných šrotů, než u třírmutových a dvourmutových dekokčních postupů. Větší část jemných kalů se odstraní spolu s kaly hrubými (závisí na postupu), určité množství těchto kalů se však ve vířívé kádi neodloučí a jsou zpravidla vyneseny po zakvašení do kvasné deky. Jedná se tedy o jeden z hlavních důvodů sbírání deky, zejména u ležáků, kde by propadlé kaly mohli způsobit bílkovinovou hořkost. Při použití CKT tanků pivovary obvykle proto  upravují obsah jemných kalů  před zakvašením. 

Ochlazování a sedimentace - Technologie

   Řada technologických kroků byla dříve prováděna v dřevěných
nádobách. Tak i chladicí stok byla často rozlehlá mělká
dřevěná nádoba.

Metody sedimentace a ochlazování jsou voleny na základě časových, kvalitativních a ekonomických parametrů technologie. Každá metoda má své výhody a nevýhody, ve velkých pivovarech narůstá tlak na zrychlení procesu a využíti tepla mladiny na zahřívání vody do jiných technologických kroků, což vede k energetickým úsporám. 

Chladící stok 

Dříve se běžně používalo chlazení na otevřeném chladícím stoku, což jsou otevřené nízké mísy, kde se chladí především okolním vzduchem. Zde dochází zároveň k sedimentaci kalů. Při dosažení teploty asi 60 °C je mladina spílána, dochlazení je provedeno obvykle protiproudým chladičem. Zde vždy hrozilo zvýšené riziko kontaminace.

Chladící káď 

Pro úsporu prostoru a menší riziko kontaminace se používají také chladící kádě. Do této kádě je napuštěna mladina a chladícími hady se ochladí na 60 - 40°C, poté jsou kaly míchadlem rozvířeny a nechají se usadit. 

Vířivá káď 

Nejčastějším způsobem oddělení hrubých kalů je však vířivá káď. Jedná se o izolované válcové nádoby, kde je mladina přiváděna tangenciálně (tečně), čímž se docílí odstředivé síly, která napomůže odloučení kalů. Kaly se usadí ve formě kužele uprostřed kádě a po uklidnění je vyčeřená mladina opatrně stažena. Ve vířivé kádi dochází jen k malému ochlazení max. na 80°C, tudíž je odděleno chmelové mláto a hrubé kaly. Existuje však i tzv. vířivá káď za studena, kde se dochlazuje až téměř na zákvasnou teplotu, a tak se vysráží a odstraní i část kalů jemných.

Odstranění jemných kalů 

Jemná kaly se tradičně odstraňují sbíráním dek. Dnes jsou však ve velkém používány CKT, kde deku sbírat nelze, zde je potřeba podíl jemných kalů snížit, před spíláním (např. odstřeďováním, filtrací s křemelinou na svíčkových filtrech, flotací aj.). 

Je možné také využít kombinaci vířivé kádě spolu s externím chladičem (studená sedimentace), kde se postupně dochladí mladina až na zákvasnou teplotu, tedy je odloučena i část jemných kalů. 

Zpracování kalů 

Kaly oddělené těmito metodami obsahují stále velké množství mladiny, tudíž jsou následně odvodněny filtrací, odstředivkami aj. 

Dochlazení mladiny 

Dochlazení mladiny je dnes takřka výhradně prováděno v uzavřených deskových, nebo trubkových chladičích. Chlazení pro vyšší účinnost probíhá protiproudem. Chladiče bývají rozděleny na sekce s různými chladivy. Z počátku je využívána pramenitá voda, která se předehřeje pro využití jako varní voda. Chladícím médiem poslední sekce bývá chladný roztok solanky, glykolu, nebo odpar čpavku, tak aby bylo možno dosáhnout zákvasné teploty pro spodně kvašená piva (potřeba chladiva o teplotě nejvíce 0-5 stupňů). 

Tyto výměníky jsou velmi účinné v porovnání s jinými např. chladícími nádobami, sprchovými chladiči aj. Je možno dosáhnout velkých chladících výkonů a účinností na poměrně malé zastavěné ploše, snižují spotřebu chladící vody, a dokonce umožňují výrobu teplé vody o vhodné teplotě (až 80°C) do varního procesu. Teplota a množství chladící vody na výstupu je slazeno s potřebami varny. 

Při použití těchto uzavřených chladičů je potřeba mladinu po zchlazení ještě provzdušnit. 

Postup chlazení a sedimentace a provedení v domácích podmínkách

Vířivá káď - whirlpool

Nerezový chladicí šnek.
(vlastní foto)

Mláto a kaly oddělíme na stejném principu, jako funguje vířivá káď v pivovaru. Toho docílíme tím, že vařečkou uvedeme mladinu do rotačního pohybu (roztočíme) a ponecháme mladinu uklidnit alespoň 30 minut. Tento postup se často nazývá anglicky whirlpool. Tím docílíme toho, že nám uprostřed hrnce vznikne kužel mláta a kalů (zejména hrubých). Někdy lze doprostřed hrnce potopit malý talířek, na kterém se kužel usadí. Po odpočinutí mladiny stáhneme opatrně vyčeřenou mladinu ze shora hadičkou, tak abychom co nejméně narušili usazený kužel.

Chlazení mladiny můžeme provádět různými prostředky a také v různých krocích. Zejména se průběh chlazení bude lišit podle toho, jestli provedeme vířivou káď za studena, nebo za horka.

Vířivá káď za horka

Jestliže provedeme vířivou káď za horka (100 - 80°C), mladinu po chmelovaru nechladíme, nebo jen mírně (max. na 80°C). Odpočinutím se nám mladina mírně ochladí. Po uklidnění díla stáhneme vyčeřenou mladinu do další nádoby, nebo už do kvasné nádoby, kde ji před zakvašením dochladíme na zákvasnou teplotu (zde je možno chladit rychle). Při samotném kvašení je doporučeníhodné sbírání deky, čímž odstraníme jemné kaly, které se v horké vířivé kádi neodstranily.

Vířivá káď za studena

A chladíme šnekem... (vlastní foto)

Vířivá káď za studena je naproti tomu trochu složitější postup. Srážení horkých kalů probíhá za teplot 100 - 80°C a ponecháním v tomto rozmezí tyto kaly uzrávají, sbalují se do větších částic, které se následně lépe usazují a můžou strhávat i jemné kaly, což může být později výhodné. Nejlepší je mladinu ochladit nejprve mírně asi na 85 °C, roztočit mladinu a ponechat ji alespoň 20 minut odpočinout, přičemž dojde k vysrážení a uzrání hrubých kalů. V tomto okamžiku někteří již stáhnou mladinu od kalů a dochladí na zákvasnou teplotu zvlášť.

Nebo můžeme mladinu dochladit na požadovanou teplotu a provést samotnou vířivou káď. Teplota vířivé kádě může být i zákvasnou teplotou, ale je vhodné se z procesních důvodů (rychlost, zrání aj.) pohybovat mezi 20 - 40°C. Po usazení stáhneme vyčeřenou mladinu obvyklým způsobem a poté ji případně dochladíme na zákvasnou teplotu. Vířivou kádí za studena se zbavíme i velkého množství jemných kalů, které se srážejí za nižších teplot a můžou být strženy kaly hrubými, tudíž jich nesbíráme tolik v kvasné dece, případně sbírání deky je často i vynecháváno (především u svrchně kvašených piv).

Chlazení by nemělo být nikdy příliš prudké. I když dokážeme například v deskových chladičích dosáhnout zákvasné teploty takřka ihned. Měli bychom dát kalům čas na uzrání, opravdu je v jejich podobě a kvalitě značný rozdíl. Pivo přeci nevaříme, abychom ušetřili čas, ale pro radost z co nejlepšího výsledku. Na druhou stranu nemůžeme mladinu chladit třeba celou noc, protože tím zvyšujeme riziko kontaminace a také oxidaci. Naši američtí kolegové si ale celkem oblíbili obrovskou rychlost chlazení a jsou i takové chladiče, které vám vroucí mladinu ochladí na cca 40 °C za 5 minut. Je však potřeba říci, že řada z těchto "kolegů rychlochladičů" pak ani kaly s chmelem neodstraňují a rovnou stočí vše "jak je" do kvasné nádoby, které pak ještě bývá třeba plná pěny od StarSanu... No, asi si umíte představit, že nejsem zrovna vyznavačem toho dělat vše "po americku", i když je možná pravda, že v některých případech se rozdíl ztratí. Někdy, ale ne... a pak vás lenost může mrzet. 

Způsoby chlazení

Nejjednodušším způsobem chlazení je ponoření hrnce do vany, nebo dřezu se studenou vodou. Tento způsob je však značně časově náročný a může trvat i přes 2 hodiny. Je to způsob vhodný spíše pro malé (do 10 l) várky, nebo pro začátečníky. 

Chladící had

Deskový chladič.
K dostání třeba ZDE.

S chladícím hadem jsme schopni uchladit mladinu za mnohem kratší dobu (i pod 1h), rychlost ovlivňujeme průtokem chladící vody. Při ochlazování však není vhodné ochladit mladinu příliš rychle, abychom ponechali kalům čas na dozrávání. Při chlazení mladiny se nezapomeňme vyvarovat zbytečné oxidaci.

Nejčastějším způsobem chlazení je ponoření chladícího hadu do mladiny. Chladící had je vytvořen z nerezové, nebo měděné trubky. S výhodou ho lze sanitovat ponořením do vroucí mladiny na posledních 30  - 20 minut chmelovaru. Obvykle je vzhledem k snazší sanitaci chlazená mladina vně trubek a chladící voda uvnitř. Opačný přístup je náročnější na čištění uvnitř trubek, ale je takto možné dosáhnout zchlazení na zákvasnou teplotu na jeden průchod (zejména pro dochlazení). V běžném uspořádání lze chlazení využít pro studené provedení vířivé kádě, kde je třeba teplotu snižovat pomaleji a především postupně.

Chlazení protiproudými trubkovými a deskovými chladiči se v domácích podmínkách využívá méně často, ale pro větší várky je téměř nevyhnutelné. 

Chladiva

Klasický nerezový chladicí šnek vhodný pro
domácí vaření piva (velký výběr třeba ZDE)
(vlastní foto)

Pro chlazení mladiny na teploty nad 20 °C nám stačí chladná voda z kohoutku. Tedy pro svrchně kvašená piva jsme schopni bez problémů dosáhnout zákvasné teploty.

Pro spodně kvašená piva je potřeba dosáhnout nižších zákvasných teplot např. 5-9 °C. Zde je potřeba dochladit mladinu pomocí chladnější vody. Chladící vodu můžeme dochladit ledem, nebo využít průchodu mladiny uvnitř trubek chladícího hadu a skrz nádobu s vodou a ledem dochladit na jeden průchod. Další často využívanou možností je dochlazení mladiny v zákvasné nádobě v lednici, takto se však mladina dochladí velmi pomalu a tedy roste riziko oxidace.

Obecně je vhodné se vyhnout zbytečně dlouhým dobám chlazení, aby nedocházelo k zbytečné oxidaci. Jak již bylo řečeno při vířivé kádi, však není dobré chladit příliš rychle.

Po zchlazení na zákvasnou teplotu nezapomeňte mladinu provzdušnit, ale o tom už v dalším článku o kvašení...

Petr Novotný

hlavní zdroj: vlastní zkušenosti a vědomosti

v kombinaci s literaturou: Pivovarství - Basařová a kol., 2010; Technologie výroby sladu a piva - Kosař a kol., 2000

neuvedené zdroje obrázků: pixabay.com (obrázky bez licenčních nároků, volně k použití)

Dovětek o rychlosti chlazení: Pro dobré chlazení bychom měli mít k dispozici alespoň o 5 °C chladnější chladivo, než je naše cílená teplota. Rychlost chlazení závisí na několika faktorech. Tok tepla lze vyjádřit inženýrsky jako Q = k A (T- T_C), z toho lze vidět klíčové parametry pro rychlost chlazení.

Rozdíl T-T_C (teplota chlazené kapaliny - teplota chladiva) nám udává hnací sílu přestupu tepla, teplo se mění tím rychleji, čím je tento rozdíl větší, což také všichni pozorujeme. Chlazení mladiny probíhá zpočátku rychle, avšak zpomaluje se čím je kapalina chladnější. Dále je také přestup tepla úměrný ploše A, kterou je teplo vyměňováno. Nakonec vzorec obsahuje koeficient přestupu tepla, který závisí na hydrodynamických podmínkách obtékání našeho výměníků (obecně rychlejší proudění a víření kapaliny zrychluje přenos tepla). Vyjádření tohoto koeficientu je však náročnější inženýrskou úlohou (stejně jako konkrétní výpočty výměníku). Kdyby se přeci jen někdo chtěl do takových kousků pustit, může mě kontaktovat a rád mu poradím, nebo ho odkážu na vhodnou literaturu.

naposledy editováno: 8.7.2017