сульфата кальция — гипса (гипсование затора). Сульфат кальция взаимодействует с карбонатами и щелочными фосфатами и рН затора сдвигается в кислую сторону. Расход гипса определяют, исходя из содержания гидрокарбонатов в воде, из расчета на 1 г СаО 3,07 г СaSО4 • 2Н2О. Рассчитанное количество гипса засыпают в заторный котел в начале затирания. Гипсование затора также повышает выход экстракта и улучшает качество сусла и пива.
2.4 Фильтрование затора
Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивная дробина).
Фильтрование затора подразделяется на две стадии: фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание, которое представляет собой вымывание экстракта, задерживаемого дробиной. Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затруднения последующих технологических операций и ухудшения качества пива.
Современные требования к системе разделения затора заключаются в следующем:
- высокий выход экстракта;
- короткая и воспроизводимая длительность процесса;
- высокое качество фильтрации (сусло без присутствия взвешенных частиц и недоосахаренного крахмала);
- низкая влажность дробины;
- минимальное количество сточных вод;
- минимальное содержание кислорода в сусле.
Один из вариантов уменьшения общего времени фильтрации состоит в том, что, одновременно с обычной фильтрацией через слой дробины, при помощи специальных приспособлений производится отбор верхнего, уже отстоявшегося, слоя сусла. Отобранное сусло обычно пропускается через фильтр-блок. В таких условиях процесс протекает достаточно быстро, а фильтрующий слой уплотняется медленнее и не требует глубинного рыхления. Это снижает количество взвеси, попадающей в сусло.
Используемая система разделения затора, ее физический и моральный износ оказывают решающее влияние величину потерь экстракта в дробине.
Известно, что чем выше экстрактивность сусла, тем меньше выход экстракта, поэтому тенденция к производству сусла и пива с высокой экстрактивностью без применения специальных приемов и оборудования может привести к увеличению расхода сырья на производство единицы продукции. Следует принять в расчет, что снижение величины засыпи не всегда приводит к снижению объема производства пива.
Для сохранения прежних объемов производства можно использовать мальтозную патоку. Другим способом снижения расхода зернового сырья является использование заторных фильтров, которые позволяют получить значения выхода экстракта близкие к 100 %. Важным является тот факт, что при работе на заторных фильтрах требования к качеству перерабатываемого солода могут быть несколько менее жесткими благодаря более мелкому его измельчению. Установка такого оборудования, естественно, требует значительных затрат, однако преимущества использования заторных фильтров следует учитывать при замене фильтр-чанов устаревшей конструкции.
Повышение потерь экстракта при производстве 15-18 % сусла при работе на фильтр-чанах может быть также частично компенсировано:
- повторным использованием промывной воды;
- применением углеводсодержащих сиропов.
Повторное использование промывной воды может способствовать повышению выхода экстракта. При производстве высокоплотного сусла этот эффект выражен еще сильнее. Но, тем не менее, известно, что этот прием оказывает отрицательное влияние на качество сусла и на каждом предприятии устанавливается плотность последней промывной воды.
Некоторые заводы практически не собирают промывные воды (за исключением производства особо плотных сортов чисто солодового пива). Обычно их используют для промывки дробины следующей варки. В том случае, если промывные воды все же используются повторно, они должны храниться между двумя варками сусла горячими в резервуаре, конструкция которого обеспечивает возможность отделения промывных вод от осевшего осадка (путем декантации). Кроме того, резервуар и соединяющие его трубопроводы должны эффективно промываться и дезинфицироваться, в противном случае он становится источником инфекции.
Применение промышленных ферментных препаратов, обладающих β-глюканазной активностью при использовании классических фильтрационных чанов позволяет в некоторой степени повысить выход экстракта в варочном цехе, но в целом выход экстракта при производстве высокоэкстрактивных сортов пива всегда ниже. Положительным моментом является сокращение длительности процесса фильтрования за счет сокращения времени сбора промывных вод.
Выбор экстрактивности выпускаемого сусла на конкретном предприятии обусловлен используемым оборудованием и его техническим состоянием.
Способы и технологические режимы фильтрования Наиболее распространенными являются периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного аппарата или фильтр-пресса. Непрерывные способы фильтрования, центрифугирование, вакуум-фильтрование, автоматизация процесса по разным причинам пока не нашли широкого применения.
Для фильтрации затора используются заторно-фильтрационные и фильтрационные чаны, а также заторные пресс-фильтры.
Фильтрующей основой в фильтр-чане служит сетчатый элемент, дающий опору фильтрующему слою дробины, а в фильтр-прессе - полипропиленовые мембраны (салфетки), с помощью которых идет фильтрация.
Наибольшие проблемы с выходом экстракта или с продолжительностью фильтрования возникают при работе на фильтр-чанах старой конструкции. Часто это бывает связано с превышением нормальной нагрузки на сито. При сухом дроблении на некоторых предприятиях фактическая нагрузка на сито составляет более 190 кг/м2, при максимально допустимых значениях 180 (оптимально 160-175) кг/м2. Для таких предприятий улучшение экономических показателей при производстве сусла может быть достигнуто снижением величины засыпи.
Заторно-фильтрационный чан является наиболее старой (и медленной) системой из всех существующих. К его достоинствам относится невысокая стоимость и простота обслуживания.
В заторно-фильтрационном чане происходит осахаривание и фильтование затора. По сравнению с другими типами оборудования, при работе на заторно-фильтрационном чане используется дробина наиболее грубого помола. К его характерным особенностям относится небольшие площадь фильтрации и выход экстракта. Но поскольку на заторно-фильтрационом чане толщина слоя дробины (очень крупной фракции) является самой большой, с помощью этого типа оборудования можно получить наиболее прозрачное сусло.
Невысокий выход экстракта частично компенсируется возможностью использования меньшего количества воды при приготовлении затора (примерно 2 дм3 на 1 кг дробины), а также возможностью промывки дробины большим количеством воды.
Скорость сбора сусла в заторно-фильтрационном чане обычно регулируется вручную. При фильтрации первого сусла частицы дробины как бы «плавают» в нем - такой эффект наблюдается только на этом оборудования. Первое сусло обладает высокой вязкостью, скорость его сбора невелика. Это позволяет предупредить оседание частиц на фильтрационном сите.
В заторно-фильтрационном чане удаление пивной дробины производится вручную или при помощи вращающегося устройства, которое сдвигает дробину по направлению к разгрузочному люку.
Современные фильтрационные чаны, так же, как и пресс-фильтры, могут обеспечивать фильтрацию 12 заторов в сутки. Их обслуживание нетрудоемко. Большинство пивоварен использует сегодня именно фильтр-чаны современной конструкции.
В фильтрационном чане частицы дробины оседают на фильтрационном сите. У современного оборудования сито сделано из нержавеющей стали.
Площадь фильтрации у этого типа оборудования значительно больше, чем у заторно-фильтрационного чана. В то же время фильтрующий слой в нем менее толстый.
На первой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтрационный аппарат, где он отстаивается для формирования фильтрующего слоя высотой 30-40 см. Затем начинают фильтрование, причем первое мутное сусло возвращают в фильтр-аппарат. По окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой 70-80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %. Дальнейшее вымывание экстракта экономически нецелесообразно, так как ведет к выщелачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, и перерасходу топлива на выпаривание избытка воды.
Перед подачей затора под сита подают воду таким образом, чтобы над ними образовался слой воды в 1-1,5 см. Чтобы снизить нагрузку на сито и сделать распределение густой фракции затора более равномерной, при перекачке в чан затора включается разрыхлитель. После того, как перекачанный затор оставляют в покое на 25-30 мин, в чане осаждается фильтрующий слой. Он состоит из следующих слоев:
1. тончайшего слоя мути;
2. основного слоя грубых частиц дробины (шелуха и крупка);
3. тонкого тестообразного слоя мелких частиц.
Чтобы убрать муть, прошедшую через сито, на какой-то момент (обычно попарно) открываются фильтрационные краны. При этом под ситом образуются вихреобразные завихрения жидкости, поднимающие муть, которая вместе с жидкостью выходит из чана. Вода и мутное сусло перекачиваются обратно в чан. Когда начинает идти прозрачное сусло, его направляют в сусловарку. Лучшее качество достигается при небольшой скорости фильтрации
При работе на фильтрационном чане используется дробина более тонкого помола. Это увеличивает сопротивление фильтрующего слоя. В результате даже небольшое увеличение вязкости сусла оказывает значительное влияние на время фильтрации. Этот недостаток компенсируется с помощью применения специального разрыхляющего механизма. Он представляет собой вращающуюся по кругу штангу, на которой укреплены прямые или волнообразные ножи. На конце ножей укреплены пропашники (башмаки) - плугообразные поперечные элементы. Дабы обеспечить возможность рыхления фильтрующего слоя на разной высоте, ось, на которой вращается штанга рыхлителя может раздвигаться по вертикали.
Для того, чтобы не нарушить целостность фильтрующего слоя, не «прорвать» его, скорость вращения разрыхляющих элементов (ножей) должна быть минимальной. Чтобы компенсировать малую скорость вращения, фильтрующий слой разрыхляют с помощью многих ножей одновременно (как вариант - используются ножи с двойными пропашниками).
Виды рыхлителей различаются по количеству поперечных штанг, на которых укреплены вращающиеся по кругу ножи. Обычно в фильтрационном чане монтируют две, три, четыре или шесть штанг рыхлителя. Их количество зависит от величины (диаметра) чана.
После окончания фильтрации оставшуюся в котле дробину выгружают с помощью того же рыхлителя. Для этого ножи разворачивают плоской стороной по направлению движения и сгребают ими дробину в люк для выгрузки. Также выгрузка дробины может производится путем опускания закрепленной на рыхлителе специальной полосы.
Способ фильтрации затора зависит от типа выпускаемого пива и конструкции фильтрационного чана. При этом разрыхляющий механизм может работать непрерывно или периодически, в этом же режиме подается и вода - когда процесс фильтрации приостанавливается, производится перемешивание дробины.
Работа на фильтрационных чанах облегчается тем, что все они, как правило, полностью автоматизированы. Это дает возможность не только регулировать скорость фильтрации, но и контролировать разность давлений над и под ситом. Если разница падает ниже нормального уровня, это означает, что произошло «оседание» затора. Для того чтобы поправить положение, фильтрацию прекращают, рыхлитель опускают в нижнее положение и начинают перемешивать фильтрующий слой. После 5-10 мин рыхления фильтрацию можно возобновлять.
Во время фильтрации может быть измерены такие параметры, как:
- скорость потока сусла (позволяет получить информацию об общем объеме собранного сусла);
- разность давлений над и под ситовым пространством (непосредственно обусловливается сопротивлением фильтрующего слоя потоку сусла);
- прозрачность сусла (сусло должно иметь мутность менее 5 единиц ЕВС при содержании взвешенных частиц не более 1 мг/л);
- плотность сусла (как только плотность уменьшается, вязкость сусла снижается и процесс фильтрования ускоряется);
- температура воды, подаваемой на промывку.
Для регулирования процесса фильтрования корректируются:
- скорость прохождения сусла через слой дробины (скорость сбора фильтрата);
- скорость промывки дробины (скорость обезвоживания фильтрующего слоя и количество воды над ним);
- температура воды, подаваемой на промывку (высокая температура приводит к снижению вязкости сусла, но одновременно увеличивает экстракцию нежелательных компонентов оболочки;
- рыхление и выравнивание слоя дробины (главным образом для уменьшении возрастающей разности давлений над и под слоем дробины;
- возврат сусла - после начала фильтрования и часто после остановки фильтрации вследствие «оседания» затора сусло возвращают в фильтрационный чан до тех пор, пока оно не станет прозрачным, после чего его направляют в сусловарочный котел.
Фильтр-пресс является основным конкурентом фильтрационного чана, но пока еще большинство пивоваров работает на фильтр-чанах современной конструкции. Фильтр-пресс является весьма эффективным и компактным видом оборудования.
В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующего слоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допускается более тонкий помол зернопродуктов. После сбора первого сусла дробину промывают водой температурой 75-80 оС до плотности промывных вод 0,5-0,7 %.
Толщина слоя дробины составляет в современном фильтр-прессе всего 4-6 см (в фильтр-прессе старого образца - 6-7 сантиметров).
По своему строению и принципу действия все фильтр-прессы похожи на кизельгуровые рамные фильтры. Фильтрующий элемент оборудования старого типа складывается из рам и опорных плит, которые перемежаются не фильтр-картоном, а специальными салфетками из синтетической (или хлопчатобумажной) ткани. Плиты и рамы соприкасаются друг с другом. При их соединении в один фильтровальный блок, отверстия плит и рам образуют каналы для циркуляции затора, сусла и воды. Блок плотно сжимается при помощи гидравлического зажима, что обеспечивает его герметичность. Заторная масса подается во внутреннюю полость рам. С помощью создаваемого избыточного давления сусло проходит через салфетки и по рифленой поверхности опорных плит стекает к кранам. Остатки сусла из дробины вытесняются сжатым воздухом или паром, а после вымываются горячей водой. Рабочий цикл обычного фильтр-пресса составляет около 4 ч.
Радикальные изменения в конструкции, позволившие говорить о появлении нового поколения фильтр-прессов, произошли в 1990 г, когда компания «Meura S.A.» (Бельгия) продемонстрировала свой новый фильтр-пресс (Mash filters) «Meura 2001».
Фильтрационный блок пресса нового поколения складывается из полипропиленовых мембранно-камерных модулей (рифленых плит, покрытых с обеих сторон эластичной мембраной) и решетчатых фильтрующих плит толщиной 40 мм (с двух сторон закрыты фильтровальными салфетками).
Первая стадия фильтрации на майш-фильтре проходит практически по традиционной схеме. Заторная масса подается в камеры под избыточным давлением, сусло выдавливается через фильтровальные салфетки и выводится в специальный сборник. После того, как через камеры пройдет весь затор, они заполняются дробиной.
На второй стадии в мембранно-камерный модуль подается сжатый воздух. Эластичные полипропиленовые мембраны раздаются в стороны и выжимают из слоя дробины остатки первого сусла.
Промывка дробины водой также производится в две стадии - собственно промывка и отжим из дробины промывной воды.
После этого дробину отжимают окончательно. Оптимальная влажность должна составлять около 32 %. Если она будет меньшей - затруднится транспортировка выгруженной дробины по трубопроводу. Во время этой (последней) операции фильтрационные блоки и модули автоматически раздвигаются и дробина выгружается в специальный бункер. Выгруженная дробина обычно транспортируется по трубопроводу (при помощи сжатого воздуха) в силос, откуда выгружается в транспортные средства, доставляющие ее потребителям.
Весь рабочий цикл майш-фильтра составляет около 100-110 мин, что делает возможным проведение 12 фильтраций затора в сутки. К преимуществам этого оборудования относится простота обслуживания - фильтровальные салфетки можно промывать, не вынимая их из фильтра. Промывка производится слабощелочным раствором.
Майш-фильтры способны работать с солодом очень тонкого помола, обеспечивая максимальный выход экстракта (100 %). Так как количество воды, подаваемой для промывки дробины, в этом случае меньше, чем в других системах, при использовании заторного фильтра можно получить сусло очень высокой плотности.
Кроме «Meura S.A.» наиболее качественные фильтр-прессы нового поколения производят компании «Ziemann» (Германия), «Landaluse» (Испания), «Nordon» (Франция). В странах СНГ более известна продукция «Meura S.A.» и «Ziemann».
Процессы, происходящие при фильтровании затора Фильтрование первого сусла представляет собой в основном физический процесс. При выщелачивании дробины водой протекает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, в том числе обменные реакции.
С понижением концентрации сусла его рН возрастает от 5,7 до 6,2. Это приводит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива, что может служить причиной ухудшения его вкуса.
На скорость фильтрования влияют такие факторы, как: состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтр-аппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора. Солод хорошего растворения, имеющий рекомендуемый состав помола, дает рыхлый, легкопроницаемый слой.
На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 оС во избежание инактивации фермента α-амилазы. Она завершает доосахаривание остатков крахмала. Кроме того, более высокая температура способствует увеличению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива.
В щелочной воде легко растворяются дубильные и горькие вещества оболочек. Но при длительном экстрагировании даже вода нормального состава извлекает из оболочек вещества, способствующие появлению неприятного вкуса пива.
Утилизация дробины После отделения сусла остается значительное количество пивной дробины. Обычно ее используют в качестве высококачественного корма для домашних животных. Питательная ценность дробины составляет приблизительно одну пятую от питательности ячменя – большое количество веществ вымывается из нее во время затирания.
В отличие от натурального зерна пивная дробина намного лучше усваивается организмом. В ней практически нет витаминов, довольно много белка и сахаров. По мнению чешских специалистов, по содержанию белков дробина приближается к бобовым, а крахмальных веществ в ней больше, чем в отрубях.
Содержание сухих веществ в дробине может составлять 19-36 % в зависимости от используемой системы отделения сусла. Поэтому для ее сохранения на длительное время ее подвергают сушке.
В местах, где пивоваренный завод находится в непосредственной близости от фермерских хозяйств, дробину обычно выгружают в сыром виде - для силосования и дальнейшего применения.
2.5 Кипячение сусла с хмелем
Фильтрованное первое сусло и полученные после промывания дробины воды направляют в сусловарочный аппарат и подвергают кипячению с хмелем. По конструкции эти аппараты аналогичны заторным и представляют собой сварной цилиндрический резервуар с паровой рубашкой, сферическим днищем и крышкой, обеспечивающей интенсивную круговую циркуляцию кипящего сусла.
Способы и режимы кипячения сусла с хмелем Для того, чтобы предохранить сусло от инфицирования и максимально продлить активность ферментов, его температуру в сусловарочном аппарате поддерживают в пределах 73-75 °С. Сюда же поступают и промывные воды. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют 0,5 % вытяжки из следующего затора или ферментные препараты и выдерживают при температуре не выше 75 °С до полного осахаривания.
Сусло кипятят только после заполнения сусловарочного аппарата. Для проведения дальнейших стадий технологического процесса приготовления пива требуется биологическая чистота сусла, от которой зависит стойкость конечного продукта. Для этой цели достаточна длительность кипячения 20-25 мин, однако на практике сусло кипятят около 1,5-2 ч (не более). Только длительное кипячение сусла позволит закрепить нужное соотношение отдельных фракций белковых веществ, свертывание некоторых неустойчивых белковых веществ в виде крупных хлопьев, которые в дальнейшем выпадут в осадок и приведут к осветлению сусла.
При кипячении с хмелем сусло упаривается до нужного содержания сухих веществ при скорости испарения воды 5-6 % в ч к массе сусла. Одновременно происходят стерилизация сусла, стабилизация и ароматизация его состава горькими веществами хмеля, коагуляция (свертывание) некоторой части растворенных белков. Полностью инактивируются ферменты. Дубильные вещества хмеля, хорошо растворимые в воде, обладают способностью осаждать белки, в том числе и не осаждаемые дубильными веществами солода. Крупные хлопья свернувшегося белка оседают, захватывая частицы мути, сусло осветляется.
Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее образование хлопьев.
Удельный расход хмеля на 1 дал пива в зависимости от качества хмеля (содержания α-кислоты) и сорта пива составляет от 20 до 60 г. Хмелепродукты в сусло вносят в два, три или четыре приема (если применяют целые шишки), причем последнюю порцию — незадолго до конца кипячения.
При внесении хмеля в два приема всю порцию делят на две части: первую задают в сусловарочный котел после того, как в него поступило первое сусло, вторую — за 30-40 мин до конца кипячения.
При трехкратной задаче 50 % хмеля добавляют после набора первого сусла, 30 %
|
