Реконструкция пивзавода "Сухумский" с целью увеличения стойкости продукции

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

Институт технологии и производственного менеджмента

Кафедра «Технология сахаристых, бродильных производств и виноделие»

Направление 260100 «Продукты питания из растительного сырья»

Выпускная квалификационная работа бакалавра

«Реконструкция Сухумского пивзавода с целью увеличения стойкости продукции»

Москва 2015

ВВЕДЕНИЕ

Пиво - старинный слабоалкогольный ячменно-солодовый напиток, обладающий приятной горечью, ароматом хмеля, способностью вспениваться при наполнении бокала и долгое время удерживать на поверхности слой компактной пены.

Благодаря приятному вкусу, тонизирующему жаждоутоляющему действию, пиво пользуется большим спросом у населения. Являясь слабоалкогольным напитком, пиво во многих странах выступает соперником крепких алкогольных изделий.

Основным сырьем для приготовления пива является ячмень, хмель, вода. Для приготовления пива используют только специально выведенные сорта ячменя. Вкус и аромат пива обуславливают содержанием в нем вещества хмеля, а также алкоголя, диоксида углерода и др. продуктов брожения пивоваренный завод реконструкция пиво

В последнее время благодаря техническому переоснащению предприятий стало возможным усовершенствование технологии пивоварения на базе современных достижений и исследований отечественной и зарубежной науки и техники.

Ученые и специалисты разрабатывают прогрессивные технологии:

-Затирание, основанное на применении иммобилизованных ферментных препаратов;

- Брожение с участием иммобилизованных клеток дрожжей;

- Усовершенствованные технологии с использованием электрохимических и биохимических способов получения солода;

Разработка новейшего оборудования (варочные порядки с высокой оборачиваемостью, ЦКБА, ПВПП-фильтры и др.)

Внедрение и промышленность таких технологий и оборудования значительно позволяет интенсифицировать производство и улучшить качество и срок годности выпускаемой продукции.

Подводя итог всему вышесказанному, напрашиваются некоторые выводы о состоянии, перспективах развития и проблемах пивоваренной отрасли Российской Федерации:

- Пивоваренная отрасль России продолжает развиваться довольно интенсивно, однако в последние годы темпы роста снизились;

- Увеличение производства пива способствует созданию мощностей в смежных отраслях, таких, как производство солода, производство бутылок, других тароупаковочных материалов, созданию новых рабочих мест;

- При участии пивоваренных предприятий в агропромышленном секторе будет создана сеть фермерских и других хозяйств, специализирующихся на выращивании пивоваренных ячменей;

- В организации производства пива в России отчетливо прослеживается тенденция создания крупных объединений и фирм. Так, в частности, компании ВВН и San Interbrew занимают сейчас уже почти 44% рынка. Эта тенденция будет усиливаться, что способствует ускорению модернизации предприятий и повышению качества продукции. Предприятия, выпускающие продукцию низкого качества, будут вытеснены с рынка.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА И ЕЕ ОПИСАНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

1.1 Основное сырье пивоваренного производства

Основным сырьем пивоваренной промышленности является ячменный солод, несоложеные материалы, хмель и вода.

1.1.1 Солод

Светлый солод.

Основное сырье для производства пива - светлый солод (используемый для получения практически всех типов пива: от светлого типа Пилзнер (Pilsner) до темного почти черного типа Стаут (Stout))/

Качество светлого солода оценивают по органолептическим, физико-химическим, механическим показателям.

Органолептические показатели качества солода:

- Запах солода должен быть чистым, солодовым. Не должно быть затхлого запаха, запаха плесени и дыма.

- Вкус солода должен быть приятно-сладковатым, без постороннего привкуса, при раскусывании зерно должно быть хрупким, эндосперм - белым и рассыпчатым.

- Цвет оболочки - равномерным, светло-желтым.

- Форма и размер зерен. Хорошо растворенное, рыхлое солодовое зерно сохраняет форму и размер зерна переработанного ячменя.

Физико-химические показатели солода:

массовая доля влаги 4,5-5%, экстрактивность ,от СВ - 80%; разность экстрактов тонкого и грубого помола, от СВ- 1,3-2,3%, содержание белка - 10,5-11,5%; содержание Ь-аминного азота - 140-180 мг/10 г СВ; фриабильность азота - 80%.

Физико-механические показатели:

остаток на ситах 2,8 и 2,5 мм - 90%; просев сквозь сито 2,2 мм - 2%, массовая доля зерновой примеси - не более 0,3%; массовая доля стекловидных зерен - 3-5%.

В сертификате фирм-производителей также должно быть отражено соответствие солода стандарту ISO14000, который характеризует солод как экологически чистый продукт, т.е. продукт, полученный без использования ускорителей и синтезаторов прорастания, ферментов и т.д.

Темный солод

Выпускаемые пивоваренной промышленностью сорта пива подразделяются на 3 категории: светлые, полутемные и темные. Для производства полутемных и темных сортов пива используют темный солод, доля которого в засыпи может составлять в некоторых сортах пива до 85%. Этот солод отличается от светлого низкой активностью цитолитических, аммиометических и протеолитических ферментов. Вместе с тем в темном солоде повышается содержание меланоидинов, которые обладают наиболее нежным солодовым вкусом и ароматом обжаренного солода.

Меланоидины являются лиофильными коллоидами и защищают нестойкие коллоиды, находящиеся в пиве, предупреждая их выпадение и образование мути; они являются антиоксидантами и предохраняют нестабильные компоненты пива от окисления. Положительным влиянием меланоидинов на качество пива является их способность образовывать в растворе прочные поверхностные пленки, что повышает пенообразование и пеностойкость пива.

Физико-химические показатели темного солода мюнхенского типа ГОСТ 29294-92: массовая доля влаги - 5%; белок - 11,5%; экстрактивность - 74%, цветность 0,5-1,3 ц.ед.

Карамельный солод

Темный карамельный солод используют для полутемных, в том числе и с медным оттенком, и темных сортов пива. Он усиливает полноту вкуса и солодовый аромат, улучшает однородность пены, при этом не окрашивает ее, способствует повышению стойкости пива.

Темный карамельный солод «Карапилс»: цветность 80-120 ед.ЕВС, экстрактивность 74-78%, рекомендуемый расход. % к засыпи - 5-15; содержание белка - 10,0-11,5%.

1.1.2 Несоложеное сырье

Кукуруза

В пивоварении используют кукурузную крупу. Как правило, доля кукурузных зернопродуктов составляет 25-40% от засыпи. Однако в российских сортах пива только 10-20% солода заменяют кукурузой.

Биохимическая характеристика кукурузной крупы:

крахмал - 74,3%, экстрактивность - 84,4%, влажность - 12,65, зола - 0,8%, в-глюкан - 0,1%, пектиновые вещества - 1,4%, жир - 1,2-2,9%.

Добавление кукурузы в засыпь положительно сказывается на показателях качества пива:

- снижается цветность пива;

- повышается коллоидная стойкость пива ввиду снижения в нем полифенолов и в-глобулинов;

- смягчает вкус пива.

1.1.3 Хмель

Использование хмеля в пивоварении связано главным образом с тем, что он придает пиву специфический горький вкус и аромат. В хмеле содержатся такие важные для пивоварения компоненты как горькие хмелевые смолы, эфирные масла и дубильные вещества.

Согласно классификации горьких веществ хмеля, они подразделяются на мягкие смолы (Ь-горькие кислоты - гумулоны и в-горькие кислоты - лупулоны), неспецифические мягкие смолы (резупоны) и твердые смолы. Среди них следует выделить Ь-горькие кислоты, и в частности, такие аналоги, как гумулон - основной носитель горечи.

Наименее эффективным способом использования хмеля в пивоварении является использование шишкового хмеля. Для получения стандартного по охмелению пива в настоящее время применяют различные хмелевые препараты.

Хмелевой порошок (хмелевые гранулы). Этот вид хмелевых препаратов представляет собой размолотые на молотковой мельнице высушенные шишки хмеля, упакованные в виде порошки или перед упаковкой гранулированные. Примером могут быть гранулы типа 90. Понятие тип 90 заключается в том. Что из 10 кг получают 90 кг гранул, или тип 45, с содержанием Ь-кислот вдвое больше.

В процессе гранулирования происходит разрыв лупулиновых зерен, что сопровождается более быстрым высвобождением смолистых веществ. Для предотвращении окисления смол. Гранулы упаковывают в атмосфере инертного газа или используют вакуумную упаковку. Для упаковки используют металлическую фольгу.

1.1.4 Вода

Вода, используемая для приготовления пива, прежде всего должна соответствовать требованиям СаНПиН 2.1.4.1074-01. Однако учитывая ее влияние на физико-химические и биохимические процессы в пивоварении, к ней предъявляются дополнительные требования, указанные в технологической инструкции по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков (ТИ10-5031536-73-90).

Химические показатели.

Величина pH - 6,0-6,5

Сухой остаток минеральных солей - 500 мг/дм³

Окисляемость (ХПК) - 2 мг О₂/дм³

Щелочность - 0,5-1,5 мг^.экв/дм³

Общая жесткость - 2-4 мг^.экв/дм³

Микробиологические показатели

Общее микробное число - 100 (число образующих колоний бактерий в 1 см³)

БГКП - 3 клеток/дм³

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПИВА

Технологический процесс производства пива состоит из следующих основных операций: приема, хранения, очистки и дробления солода, приготовление чистой культуры дрожжей, приготовление пивного сусла, сбраживание пивного сусла, осветления и розлива пива в бутылки, бочки, автоцистерны.

2.1 Описание технологической схемы производства светлого пива

2.1.1 Приемка по количеству и качеству

На разрабатываемом заводе солодовенное производство отсутствует. Солод доставляется автодорожным транспортом. При этом пивоваренное предприятие заключает договор с солодовней, где предъявляют ряд требований к качеству солода, которые давали бы ему гарантию, что из него можно изготовить пиво хорошего качества. Пивовару и работнику солодовенного предприятия для оценки результатов анализа важно знать, каким значением показателей должен отвечать хороший солод.

Существуют специальные приборы, позволяющие в течении примерно одной минуты определить важнейшие показатели пробы солода (500грамм). К таким показателям относятся:

- влажность;

- экстрактивность в солоде тонкого помола;

- экстрактивность в солоде грубого помола;

- содержание белка;

- число ГратонгаVZ45^оС;

- вязкость лабораторного сусла;

- рН лабораторного сусла;

- цветность сусла и многое другое.

Для оценки качества солода существуют специальные методы анализа, разработанные МАВЕК (аналитической комиссией стран центральной Европы по технологии пивоварения).

Солод исследуют:

- путем ручной и визуальной оценки;

- путем механических методов анализа;

- с помощь методов технохимического контроля.

Визуальное и ручное обследование. Ручную и визуальную оценку солода проводят на цвет, запах, вкус и аромат, а также на степень загрязнения. При помощи ручного обследования можно получить лишь приблизительную оценку качества солода.

Механические методы анализа. С помощью физико-механических методов определяют такие показатели качества солода, как массу одного гл (100литров) солода, абсолютную массу(массу 1000зерен), мучнистость и фриабильность, стекловидность, выравненность на сортировку солода. Физиологический метод оценки связан с определением развития зародышевого глиста. Наиболее информативными показателями являются масса одного гл солода и абсолютная масса 1000 зерен, так как их значения тесно связаны с массой ячменя который использовали для солодоращения. Поэтому эти показатели являются хорошими критериями в оценке качества солода только тогда, когда для солодоращения используются одинаковые сорта ячменя.

Технохимический контроль. Его роль заключается в определении влажности. У товарного солода предельное значение составляет обычно 5%.

2.1.2 Подработка солода

Поставляемый на пивоварню солод и несоложенные материалы хранятся до переработки в силосах. Силосы не аэрируются, поскольку солод уже не дышит.

Сухой солод после хранения содержит некоторое количество пыли, остатков ростков, металлические частицы и другие примеси. Их наличие может ухудшить качество пива или привести к поломке оборудования. Поэтому необходима подработка.

Солод отчищают от налипших частичек грязи, от отслоившихся частичек оболочек. Этот процесс называется полировкой. Также перед переработкой солод необходимо обеспылить, а еще лучше пропустить через камнеотборник, который подключен к системе аспирации и где также удаляется пыль. Несмотря на интенсивную очистку в солодовне, мелкие камешки величиной в зерно попадают в готовый солод.

Следующей операцией является удаление всех металлических предметов с помощью магнитов, которые подключаются перед дробилками. Несмотря на то, что на предыдущих стадиях производства, хранения и транспортировке солода магниты уже включались, всегда часть металлических предметов попадает в солод.

Затем зернопродукты направляются в бункер суточного запаса с целью создания суточного запаса для обеспечения бесперебойной работы завода.

2.1.3 Взвешивание засыпи

Количество засыпи, применяемой для каждой варки, необходимо точно регистрировать. Это важно для внутрипроизводственного контроля, поскольку позже понадобиться знать, насколько эффективно было израсходовано сырье. Это выполняют:

- путем расчета выхода экстракта в варочном цехе и после этого;

- путем расчета расхода количества солода на гл пива.

Контроль количества засыпи осуществляют с помощью автоматических весов с опрокидывающимся ковшом. Эти опрокидывающиеся весы работают периодически. В их опрокидывающемся ковше отвешиваются точно установленное количество солода, и по достижению заданной массы ковш опрокидывается вниз. На одном конце коромысла весов находится гиредержатель с установленными гирями, а на другом-емкость для смешивания, опрокидывающийся ковш, наполняемый сыпучим продуктом.

Солод поступает через открытое отверстие в ковш, который под нагрузкой медленно опускается. Из-за этого изменяется положение коромысла; с помощью рычажной передачи доступ солода сначала дросселируется, а затем совсем прекращается. Таким образом, опрокидывающиеся весы с емкостью работают на несколько этапов:

- солод мощной струей достаточно быстро заполняет ковш. Когда необходимая масса почти достигнута, затвор частично перекрывается так, что небольшое количество солода продолжает поступать до момента достижения заданной массы;

- при достижении массы опрокидывания доступ перекрывается полностью. Ковш опускается, переворачивается и опорожняется; при этом взвешиваемый продукт падает вниз;

- ковш переворачивается открытой частью вверх и процесс наполнения начинается снова.

На корпусе весов размещены 2 счетчика: на верхнем счетчике устанавливается требуемое число отвесов на варку, а на нижнем счетчике регистрируется общее количество отгруженного материала.

2.1.4 Дробление солода

Основной целью дробления солода облегчения и ускорения физических и биохимических процессов растворения содержимого солодового зерна при затирании, с тем, чтоб обеспечить максимально возможным перевод экстрактивных веществ в водный раствор (сусло).

Дробление это процесс механического измельчения, при котором, однако, следует по мере возможности сохранить оболочки для последующего их использования как фильтрующего материала при фильтровании заторов. Поэтому при дроблении солод не размалывают, а раздавливают, сохраняя оболочку зерна почти без разрушения, а из эндосперма стараются получить максимальное количество мелкой однородной крупки. Высокое содержание муки и измельченные оболочки зерна в помоле затруднят фильтрование затора. Твердость мучнистой части зерна неоднородна. Твердые кончики зерна при помоле дают крупку, а хорошо разрыхленная центральная часть эндоспермы и вблизи зародыша- образуют муку и мелкую крупку.

Для дробления солода используем вальцовые дробилки. Солод поступает вначале на распределительный рифленый валик с закрывающимся, точно устанавливаемым круглым шлицем.Это приспособление позволяет регулировать подачу зерна. Дробилка этого типа имеет три пары вальцов:

- вальцы для предварительного дробления;

- вальцы для отделения мякинных оболочек;

- вальцы для получения крупки.

Между ними всегда подвешен набор вибросит с двумя размерами отверстий в каждом. Они разделяют подходящий через пары вальцов помол на три части:

- грубая составная часть - шелуха с прилипшей крупкой или шелуха;

- средняя составная часть - крупка;

- тонкая составная часть - тонкая крупка и мука.

Мука отводится непосредственно в бункер для помола, так как ее больше не измельчают. Оболочки размалываются на второй паре вальцов, и при этом стараются возможно лучше их сохранить. На третьей паре вальцов измельчается крупка (до любых размеров).

2.1.5 Несоложенное сырье

Так как ферментативный потенциал солода достаточен, чтоб расщеплять добавочное количество крахмала, то часть солода мы заменяем несоложенным продуктом - рисом (20%).Для производства пива мы используем рисовую сечку, то есть дробленые зерна, получаемые при обмолоте и полировке риса, но потерявшие при этом только внешний вид. Зерно риса имеет влажность около 12-12%. Сухое вещество риса состоит на 85-90% крахмала, на 5-8% из белка, на 0,2-0,4% из масла и небольшого количества минеральных веществ.

Преимущества использования риса в качестве несоложенного сырья состоят:

- в высокой экстрактивности до 97% от сухого вещества;

- в малом содержании растворимых белков, что обеспечивает физико- химическую стабильность пива;

- в невысоком количестве жира, что повышает вкусовую стабильность пива;

- в благоприятном аминокислотном составе белка с точки зрения химической стабильности пива;

- в отсутствии в- глобулина и антоцианогенов, что положительно отражается на физико- механических и вкусовой стабильности пива.

В результате при использовании риса:

- увеличивается выход экстракта в варочном отделении;

- изменяется цветность пива и его вкус;

- повышается колоритная стойкость пива.

Вместе с тем следует учитывать и его отрицательные стороны при замене части солода рисом:

- при повышенном содержании риса в заторе дрожжи теряют способность к флокуляции;

- добавка риса несколько снижает полноту вкуса конечного продукта;

- небольшое количество белка в рисе и его плохое растворение при затирании может привести к снижению содержания б- аминного азота в сусле, что отразится на интенсивности главного брожения, поэтому не рекомендуется превышать долю риса в засыпи более 20%.

2.1.6 Затирание и подкисление

Затирание - важнейший процесс при производстве сусла. При затирании помол и вода перемешиваются (затираются), компоненты солода переходят в раствор и становятся веществами экстракта. Большинство компонентов дробленого солода нерастворимы сами по себе, а в пиво могут перейти только растворимые вещества. Поэтому при затирании необходимо привести необходимые вещества помола в растворимые.

Цель затирания состоит в том, чтобы расщепить крахмал в сахара и растворимые декстрины без остатка. При этом образуются и другие экстрактивные вещества. Основное количество экстракта образуется при затирании прежде всего благодаря действию ферментов, которые могут действовать при оптимальных для них температурах.

В процессе затирания действует амилолитические, протеолитические и цитолитические ферменты.

В дробленном солоде и несоложенном сырье содержится значительная часть, крахмала, не растворяющегося в воде, который в процессе затирания подвергается расщеплению амилолитическими ферментами (б и в- амилазами). Крахмал должен быть без остатка расщеплен до сахаров и декстринов, не окрашиваемых йодом. Полное расщепление необходимо по экономическим соображениям; кроме того остатки нерасщепленного крахмала вызывают в пиве клейстерное помутнение. Расщепление крахмала осуществляется в три стадии, последовательно переходящие одна в другую. Последовательность их неизменна:

- клейстеризация;

- разжижения;

- осахаривания.

В теплом водном растворе в молекулах крахмала в большом количестве накапливается вода. Из-за этого происходит увеличение объема, приводящее к набуханию и последующему разрыву первоначально твердых зерен крахмала. Образуется вязко- текучий раствор, вязкость которого зависит от объема поглощенной воды. Этот процесс, при котором расщепления веществ не происходит, называется клейстеризацией. Так как клейстеризованный крахмал не содержит твердых крахмальных зерен, то содержащиеся в жидкости (т.е. заторе) ферменты могут на него воздействовать непосредственно. Расщепление же неклейстеризованного крахмала длится многие сутки.

Под разжижением понимают снижение вязкости клейстеризованного крахмала б-амилазой. Длинные цепочки крахмала, состоящие из глюкозных остатков (амилоза и амилопектин),очень быстро разрываются б-амилазой на короткие цепочки: поэтому очень быстро уменьшается вязкость клейстеризованного затора. в-амилаза способна расщеплять длинные цепочки лишь от нередуцируемых концов, так что самостоятельное расщепление этими ферментами длилось бы сутками.

Под осахариванием мы понимаем полное расщепление разложенного крахмала амилазами на мальтозу и декстрины. Определение проводят с помощью йодной пробы.

б- амилаза разрывает цепочки амилазы и амилопектина главным образом на декстрины с 7 - 12 глюкозными остатками. От конечных групп образовавшихся цепочек в-амилаза отщепляет двойные группы (мальтозу). Этот процесс неизбежно продолжается дольше, чем разделение более длинных цепочек б- амилазой.

Из-за разной длины цепочек кроме мальтозы образуются и другие сахара, глюкоза и мальтотриоза.

Для получения полноценного пивного сусла расщепление белковых веществ солода и несоложенного зернового сырья имеет так же большое значение, как и гидролиз крахмала. На расщепление действуют протеолитические ферменты эндопептидаза и экзопептидаза. Этот процесс называют протелиозом.

Все высокомолекулярные соединения (протеины), за исключением небольшого количества, выпадают в осадок самое позднее при кипячении сусла. Поэтому в пиво попадают только продукты расщепления, которые, однако, необходимы для размножения дрожжей и быстрого сбраживания.

Ферментативное расщепление белковых веществ должно рассматриваться дифференцированно, так как:

- при 45-50^оС в большей степени образуются низкомолекулярные продукты расщепления, особенно пептиды и аминокислоты;

- при 60-70^оС в большей степени образуются высокомолекулярные продукты расщепления, которые считаются обеспечивающие пеностойкость.

Продукты протеолиза, составляющие около1/3 азотистых веществ затора, придают пиву полноту вкуса, пеностойкость, способствуют связыванию диоксида углерода. Белковые вещества, не подвергшиеся гидролизу, выводятся с дробиной.

Влияние температуры на процесс затирания чрезвычайно велико, поэтому паузы при затирании всегда выдерживают при оптимальных для амилаз температурах, а именно:

- мальтозная паузу при 62-65^оС- оптимальная температура для в- амилазы;

- пауза осахаривания при 72-75^оС- оптимальная температура для б- амилазы.

Так же существует белковая пауза при 50-52^оС- оптимальная температура для протеаз.

Температура перекачки затора в фильтр-чан - 76-78^оС.

Для производства светлого пива используем двухотварочный способ затирания.

Начало затирания. Под началом затирания понимают процесс, включающий в себя возможно более тщательное перемешивание помола (засыпи) с водой (наливом) при предписанной температуре затирания.

Первая отварка. Рис затирают с 10-20% солодовой частью засыпи при температуре 50^оС и выдерживают при этой температуре 10-15 минут. Чтоб не делать затор слишком густым, гидромодуль (соотношение засыпи и главного налива) составляет около 1:4. Затем температуру медленно повышаем до 70-75^оС и выдерживаем 10 минут. Далее медленно (приблизительно 0,5^оС/мин) температуру повышаем до 80-85^оС, рисовый крахмал при этом клейстеризуется и разжижается. Затор из несоложенного сырья доводят до кипения и кипятят 30-40 минут.

В момент начала кипячения рисового затора начинают отдельно затирать солод при температуре 50^оС (белковая пауза).

Готовый рисовый затор при постоянном перемешивании смешивают с солодовым затором, температура которого составляет 50-52^оС. В результате температура объединенного затора повышается до 63^оС (мальтозная пауза). После 15 минутной паузы проводят вторую отварку.

Вторая отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течении 15 минут, потом соединяют вторую отварку с основным затором. За счет возвращения этого затора температура повышается до 70-72^оС (пауза осахаривания). При этой температуре объединенный затор нагревают до 78^оС и перекачивают на фильтрование.

Подкисление. Благодаря взаимодействию рН - активных водных солей кальция и магния особенно с фосфатами и другими компонентами солода в заторе устанавливается рН порядка 5,6-5,8. Но существует ряд разных процессов и превращений, протекающих значительно быстрее и лучше при понижении значений рН. Поэтому мы заинтересованы в существенном понижении рН до значений 5,1-5,2, которые осуществляем путем биологического подкисления, то есть путем выращивания культуры молочнокислых бактерий, которые не являются чужеродными для пива компонентами, так как они всегда присутствуют на поверхности солода; они вырабатывают достаточное количество молочной кислоты, чтобы понизить величину рН.

При подкислении затора готовый препарат молочной кислоты задают на основе опытных данных в количестве около:

- 1% при затирании;

- 1-2% в конце варки.

2.1.7 Фильтрование затора

В конце процесса затирания затор состоит из смеси растворенных и нерастворенных в воде веществ. Водный раствор экстрактивных веществ называется суслом, а нерастворенную часть называют дробиной. Дробина в основном состоит из мякинных оболочек, зародышей и других веществ, не растворенных при затирании.

Для производства пива только сусло, которое должно быть удалено от дробины возможно тщательнее. Подобный процесс разделения фаз называют фильтрованием затора.

При фильтровании затора экстракт должен быть получен по возможности более полно. Фильтрование затора является процессом, при котором дробина берет на себя роль фильтрующего материала. Этот процесс проходит в две отдельные фазы, следующие друг за другом, а именно:

- сбор первого сусла;

- выщелачивание дробины путем вымывания задержанных в нем экстрактивных веществ (промывание воды).

Проходящее через дробину сусло называют первым суслом. Когда первое сусло стечет с дробины в ней еще остается экстракт. Чтоб предприятие работало экономично, этот экстракт надо извлечь, и поэтому дробину после стекания первого сусла промывают. В ходе промывания дробины сусло разбавляется.

Получаемый из дробины экстракт вымывают горячей водой, и этот процесс называют промывкой пивной дробины. Возникающее более жидкое сусло называют промывными водами. Содержание экстракта в них убывает сначала быстро, а затем медленнее, поскольку последний остаток экстрактивных веществ из дробины вымывается с трудом. Этот процесс является прежде всего диффузионным. Чем больше промывной воды проходит через дробину, тем интенсивнее она выщелачивается и тем выше выход экстракта, но чем больше воды проходит через дробину, тем больше воды снова испарять при кипячении сусла.

Промывание ведут до тех пор, пока в сусловарочном котле получится желаемая концентрация. Стекающее в конце сусло с низкой экстрактивностью называется последней промывной водой. При нормальном пиве она еще имеет содержание экстракта 0,5-0,6%.

Процесс фильтрования осуществляем в фильтр-чане. Последовательность основных операций следующая:

- вытеснение воздуха («заливка сит»);

- перекачка затора;

- фильтрационная пауза (расслаивание затора);

- рециркуляция мутного сусла (перекачивание «на себя»);

- сбор первого сусла;

- промывка дробины и сбор промывных вод;

- сбор последних промывных вод;

- выгрузка дробины.

Для обеспечения быстрого фильтрования подситовое пространство следует освободить от загрязнений и пузырьков воздуха. Для этого под сита подают горячую воду, нагревая при этом сами сита.

Затор как можно быстрее перекачивают в фильтрационный чан и там его стараются распределить как можно более равномерно. Неравномерное распределение дробины привело бы к неравномерному выщелачиванию и уменьшению выхода. Подачу затора в фильтрационный чан, выполняют снизу, чтоб сделать доступ кислорода по возможности минимальным.

После перекачки затора дробина осаждается слоем, первое собирается над дробиной. Эта стадия процесса необходима, поскольку дробина используется в качестве естественного фильтрующего слоя. Этот процесс называется расслаиванием затора (принимаем от 5 до 30 минут). К концу процесса дробина образует три слоя:

- нижний слой: тонкий слой из крупнодисперсных и тяжелых частиц, еще отчасти содержащих крахмал;

- основной слой: самый толстый слой, образованный дробиной;

- верхний слой (тесто): тонкий слой из наиболее легких частиц затора, состоящих, прежде всего из белковых компонентов и мелких фрагментов оболочек.

Чем выше температура перекачки затора, тем более проникаемым формируется фильтрующий слой дробины и тем быстрее происходит фильтрование. Поэтому при фильтровании надо избегать охлаждения затора.

Между дном фильтр-чана и ситами сначала собирается донное тесто, состоящее из проникших сюда частиц. Оно возвращается в фильтр - чан вместе с первым суслом, которое вначале всегда имеет повышенную мутность. Это сусло называется мутным, и оно перекачивается обратно в фильтр- чан. Эта фильтрация проводится за 5-10 минут перед окончанием перекачки затора до появления на выходе из фильтр-чана прозрачного сусла. Возвращаемое мутное сусло распределяют под поверхностью сусла, чтобы поглощение кислорода было как можно меньше.

Чтобы не терять времени, первое сусло следует собрать как можно быстрее. Первое сусло проходит через дробину и благодаря этому фильтруется.

Чтобы еще сохранялась плавучесть дробины, стекание первого сусла допускается до тех пор, пока дробина не покажется на поверхности фильтруемого затора. Затем над суслом распределяется вода для промывания дробины, которая, медленно перемещаясь сверху вниз, вытесняет сусло. При этом дробина выщелачивается, но этот процесс требует времени, ведь экстракт из дробины переходит в раствор не так быстро.

Промывку допускается вести непрерывно, то есть добавлять столько новой воды, сколько промывной воды вытекло снизу. Благодаря непрерывной промывке достигается:

- большая прозрачность сусла;

- меньшее выщелачивание оболочек;

- меньшее поглощение кислорода;

- экономия времени;

- получение пива с лучшими органолептическими показателями;

- лучшая вкусовая стойкость пива.

Рыхлитель приводится в действие до или во время процесса промывки дробины. Сначала разрезают верхнюю часть дробины, а затем медленно опускают рыхлитель до положения дна на уровне около 5-10 см. над фильтрационным ситом. Глубже погружать нож нельзя, так как иначе снова пойдет мутное сусло. Работа рыхлителя существенно определяет длительность фильтрации и прозрачность стекающего сусла.

Чтоб иметь возможность работать в оптимальном режиме, следует постоянно измерять и показывать следующие параметры:

- расход фильтрующегося сусла;

- разность давлений;

- мутность.

Окончание процесса фильтрования определяют путем измерения концентрации сусла в котле.

После выпуска промывной воды рыхлитель поднимается, ножиставятся поперек, откидывается вниз выгрузная лопатка, дробина перемещается к люку для дробины при медленном опускании выгрузного устройства. Влажная дробина выгружается из выгрузной шахты фильтр-чана на расположенный под ним транспортер для дробины.

Расположенный в нижней части транспортера шнек перемешает дробину к выпуску. После прохождения шнека дробина с помощью сжатого воздуха перемещается по трубопроводу порциями и попадает в силос для дробины.

Отделение дробины от транспортирующего воздуха происходит в воздухоотделителе. Дробина падает вниз в силос и с помощью транспортного шнека перегружается в автотранспорт. Дробину продаем на корм скоту.

2.1.8 Кипячение сусла с хмелем

Фильтрованное пивное сусло поступает в сусловарочный котел и подвергается кипячению с хмелем.

Целью кипячения является стабилизация состава и ароматизация его хмелем. При кипячении сусла происходит ряд следующих важных процессов:

- растворение и превышение компонентов хмеля;

- образование и коагуляция конгломератов белковых и дубильных веществ;

- выпаривание воды;

- стерилизация сусла;

- разрушение всех ферментов;

- повышение цветности сусла;

- повышение кислотности сусла;

- образование редуцирующих веществ;

- изменение содержания в сусле диметилсульфида и других летучих веществ.

При получении сусла значительная часть его задерживается в дробине. Для выщелачивания сусла требуется большое количество воды. Получается сильное разбавление основного сусла, так что необходимо выпаривание избыточной воды.

Поскольку испаряется только вода, экстрактивность сусла повышается. Одновременно с выпариванием протекают и все остальные процессы.

Стерилизация необходима для обеспечения чистого брожения и получения стойкого продукта. Стерилизация достигается после 15 минут кипячения, чему в значительной мере способствует кислая реакция сусла. Стерилизацией сусла и разрушением ферментов обеспечивается стабильность химического состава сусла до брожения и получения стойкого продукта.

Дубильные вещества хмеля и солода полностью растворяются в сусле и связываются с его белками. Дубильные вещества солода при этом несколько более активны, чем хмелевые. Также дубильные вещества находятся частично в окисленной форме, а белковые вещества имеют к тому же различную величину молекул.

Процесс коагуляции белков и осветления сусла имеет громадное значение для состава, полноты вкуса, цвета и прозрачности пива. Коагулируют преимущественно высокомолекулярные соединения, наличие которых может быть причиной различных помутнений в готовом продукте. Процесс коагуляции имеет большое значение, так как даже весьма незначительное содержание некоагулированных высокомолекулярных белков может вызвать помутнение пива. Поэтому стремимся эти белковые вещества удалить из сусла по возможности полнее.

Во время кипячения к суслу добавляется хмель, в процессе происходит растворение и превращение его составных частей горьких, ароматических и полифенольных, а также происходит химическое взаимодействие между сахарами и продуктами распада белков. При кипячении составные части б- кислот - гумулон, когумулон, адгумулон претерпевают изомеризацию. Они обладают горьким вкусом и большей растворимостью, чем до пастеризации. Горькие в-кислоты не изомеризуются и плохо растворимы.

Основную горечь пива обуславливают изомерные соединения б- кислот, которые придают готовому продукту желаемую горечь. При этом важно знать:

- дозировку хмеля;

- момент внесения той или иной порции хмеля;

- способ внесения хмеля.

Процесс ароматизации сусла хмелем требует также принятия определенных мер предосторожности, так как хмель содержит два вида ароматических веществ: летучие эфирные масла и горькие вещества. Эфирные масла при длительном кипячении улетучиваются, в то время как для перехода горьких веществ в раствор требуется продолжительное кипячение.

Сусло с хмелем кипятится в сусловарочном котле. От начала поступления и почти до окончания подачи промывной воды, температуру общего сусла в сусловарочном аппарате выдерживают не ниже 63^оС ( во избежание развития инфекции) и не выше 75^оС (для сохранения части б-амилазы в активном состоянии, необходимой здесь для осахаривания остатков крахмала дробины). Затем проверяем полноту осахаривания сусла по йодной пробе.

Сусло начинают кипятить, как только закончится поступление промывной воды из фильтрационного аппарата. Продолжительность кипячения в среднем составляет 2 часа. Сусло кипятят менее интенсивно в начале варки, чтобы не вызвать сильного вспенивания, и в конце варки - для хорошего хлопьеобразования.

Конец кипячения сусла определяют по содержанию сухих веществ в нем, наличию крупных хлопьев, скоагуровавщихбелкови по прозрачности сусла.

Применяется охмеление молотым гранулированным хмелем. Хмель вносим в три приема первую порцию (30%) даем во время набора первого сусла - сорт горького хмеля, вторую порцию (40%) - в начале кипячения - сорт обычного хмеля, третью (50%) - за полчаса до конца кипячения сусла.

Когда сусло готово, прекращают подачу пара в паровую рубашку, дают успокоиться поверхности кипящего сусла, замеряют объем сусла в аппарате, отбирают пробу сусла в цилиндр, быстро охлаждают и определяют в нем концентрацию сухих веществ. Если не достигнута требуемая величина, то продолжаем кипячение.

2.1.9 Осветление сусла

В горячем охмеленном сусле отсутствует кислород, имеются грубые взвеси, образовавшиеся при кипячении с хмелем. Наличие взвесей отрицательно влияет на процесс брожения сусла в коллоидную стойкость готового пива. При охлаждении сусла грубые взвеси осаждаются и формируются тонкие взвеси, сусло насыщается кислородом воздуха, что затем будет способствовать нормальному размножению дрожжей и более полному выделению белков. Следовательно, целью осветления и охлаждения сусла является понижение его температуры, насыщение кислородом воздуха и осаждение взвешенных частиц.

Осветление сусла проводим в гидроциклонном аппарате (вирпуле). Горячее сусло подается в аппарат тангенсально, приобретает круговое движение и подвергается воздействию гидродинамических сил, обеспечивающих осаждение взвесей горячего сусла. На дне образуется плотный компактный осадок, который удаляется после двух последовательных варок. Достоинством гидроциклонного аппарата является стерильность процесса, так как в него поступает горячее сусло и выходит из него с температурой около 90^оС

2.1.10 Охлаждение сусла

Охлажденное сусло является хорошей питательной средой для развития микроорганизмов. В избежание инфицирования сусла микроорганизмами необходимо охладить горячее сусло как можно быстрее в условиях, исключающих его инфицирования.

При охлаждении сусла происходит ряд процессов, решающим образом влияющих на скорость последующего брожения до созревания. К ним относятся:

- охлаждение сусла;

- образование и оптимальное удаление взвесей холодного сусла;

- интенсивная аэрация.

Кроме того, изменяется экстрактивность и объем сусла. Также продолжают происходить процессы биохимических превращений веществ в сусле, которые можно аналитически оценить по увеличению цветности и изменению других физико-химических показателей качества сусла.

Быстрое охлаждение сусла выполняем с помощью пластинчатых теплообменников. В них сусло охлаждается более холодной водой; передача тепла осуществляется при этом через тонкие пластины из нержавеющей стали.

В пластинчатом теплообменнике горячее сусло с температурой 90^оС охлаждается холодной водой до температуры начала брожения. При этом происходит теплообмен между горячим суслом и холодной водой.

При охлаждении сусла, сусло поглощает кислород физическим и химическим путем. Растворение кислорода начинается с движения температуры сусла. Кислород растворяется до достижения насыщения. Физическое связывание кислорода наиболее эффективно проходит при низкой температуре, слабой концентрации сусла, перемешивании и тонком слое его.

Химическое связывание кислорода осуществляется главным образом при высоких температурах и затрачивается на окисление органических веществ.

При охлаждении наряду с белками тонкой взвеси выпадают и другие вещества. Причиной выделения последних являются изменение температуры и вызванное этим изменение растворимости. Это относится к горьким хмелевым веществам, которые после перехода их во время кипячения в смолы находятся в горячем сусле в виде пересыщенного раствора, всвязи с чем при охлаждении они должны выделяться в осадок.

2.1.11 Аэрация сусла

Известно, что дрожжи для размножения нуждаются в кислоте. Отсутствие аэрации или запоздалая аэрация немедленно повлияет в негативную сторону на скорость брожения размножения дрожжей.

Аэрация холодного сусла для снабжения дрожжей кислородом является единственным случаем во время всего производства пива, когда целенаправленно осуществляется подача кислорода. Этот кислород потребляется дрожжами за несколько часов и не вредит качеству сусла.

Охлажденное аэрированное сусло подается на брожение.

2.1.12 Брожение

Для превращения сусла в пиво, сахар, содержащийся в сусле, должен быть сброжен ферментами дрожжей в этанол и оргкислоту. Процессы, протекающие при сбраживании, можно только условно разделить на процессы главного брожения и процессы созревания, так как они переходят друг в друга.

Большую роль играет то, что во время брожения в процессе метаболизма дрожжей возникают побочные продукты, многие из которых снова распадаются. Эти побочные продукты брожения наряду с составными частями хмеля в значительной мере определяют вкус и аромат пива.

Дрожжи единственный живой организм, способный и готовый при нехватке воздуха заменить энергетически более выгодное дыхание на брожение.

В процессе главного брожения выделяют следующие стадии. В первой стадии, называемой забелом, на поверхности бродящего сусла появляется полоса темно - белой пены. Через 18 часов после введения дрожжей появляются первые признаки брожения, выделяется СО₂ и появляются белые пузырьки пива. Пена сначала сосредотачивается по краям, у стенок аппарата образуется валик пены, затем вся поверхность сусла затягивается равномерным слоем белой пены. К концу этого периода начинают выделяться хмелевые смолы и белковые вещества. Продолжительность этой стадии 1- 15 суток, характеризуется размножением и ростом дрожжей и убылью экстракта на 0,0-0,5% в сутки.

Вторая стадия брожения - период низких завитков. В этот период образуется густая компактная масса пены, которая начинает подниматься, усиливается выделение СО₂ и хмелевых смол, меняется окраска пены, становясь желтовато-коричневой. Продолжительность стадии 2-3 суток, экстрактивность понижается на 0,5-1% в сутки.

Третья стадия - стадия высоких завитков. В этот период достигаются максимальной температуры и интенсивность брожения. Продолжительность стадии 3-4 суток, убыль экстракта 1,1-1,5% за сутки. Завитки достигают наибольшей высоты, пена становится рыхлой, поднимается вверх, кончики завитков пены и вся поверхность приобретают коричневую окраску.

Четвертая стадия брожения называется стадией опадения завитков, характеризуется опадением пены, хлопьеобразование дрожжей и осветлением пива. В этот период уменьшается выпадение СО₂, завитки исчезают, поверхность покрыта тонким слоем осевшей пены (декой). Завитки опадают в течении двух суток. Экстактивность снижается на 0,5-0,2% за сутки. Показателем окончания главного брожения служит понижение экстрактивности на 0,1-0,2% за сутки.

Кроме этих четырех стадий, в процессе главного брожения происходит метаболизм (обмен веществ) дрожжей, который имеет для пивовара фундаментальное значение, так как они позволяют решающим образом влиять на качество пива.

Метаболизм азотистых веществ. Дрожжевая клетка на 35-60% состоит из белков, поэтому для строительства нового клеточного вещества ей необходимо место, который представлен в сусле в виде аминокислот. Таким образом, из аминокислоты в результате декарбоксилирования и восстановления возникает высший спирт, который выделяется во внешнюю среду как побочный продукт, оказывая при этом влияние на стабильность, вкус, пеностойкость и другие потребительские свойства пива.

Метаболизм жиров. Жиры возникают из протеинов и фосфора в форме фосфолипидов клеточных мембран, расположенных вокруг органелл внутри клетки. Дрожжи усваивают жирные кислоты из сусла, хотя могут их синтезировать самостоятельно. Синтез начинается с пирувата посредствам активации уксусной кислоты. Дрожжи также в состоянии образовывать и ненасыщенные жирные кислоты.

Метаболизм азотистых веществ преобладает над метаболизмом жиров, который имеет место только тогда, когда источники азота для синтеза белков уже исчерпаны.

Метаболизм углевода. Дрожжи потребляют из сусла моносахариды (глюкозу и фруктозу), дисахариды (мальтозу и сахарозу), полисахарид мальтатриозу и сбраживает их именно в такой последовательности. Очень небольшое количество мальтозы (0,25%) дрожжи запасают как резервный углевод.

Во время брожения дрожжи выделяют в пиво целый ряд продуктов метаболизма, которые претерпевают количественные и качественные изменения, частично реагируя друг с другом. Побочные продукты брожения имеют решающее значения для качества готового пива.

Все вещества делятся на две группы:

- формирующие букет молодого пива (диацетил, альдегиды, сернистые соединения). Они придают пиву не чистый, зеленый, незрелый вкус и запах и при повышенной концентрации отрицательно влияют на качество пива. Эти вещества в ходе брожения и созревания могут быть удалены из пива биохимическим путем, в чем и состоит цель созревания;

- формирующие букет готового пива (высшие спирты, эфиры). Они в значительной мере определяют аромат пива; их наличие в определенной концентрации являются предпосылкой для получения качественного пива. Эти вещества, в отличие от первой группы, не могут быть удалены из пива технологическим путем.

Диацетил - важнейший фактор для образования букета молодого пива. При превышении порогового значения он придает пиву нечистый вкус - от сладкого до противного, а в очень больших концентрациях обладает ароматом масла.

Важнейшим альдегидом является ацетальдегид, возникает как промежуточный продукт при спиртовом брожении. Ацетальдегид выделяется дрожжами в пиво в первые три дня брожения и вызывает зеленый вкус молодого пива, имеющий привкус «подвала» или «подземелья». В ходе дальнейшего брожения ацетальдегид расщепляется и вкус молодого пива исчезает.

В отличие от диацетила и альдегидов, которые относятся к веществам - букетообразователям молодого пива, компонентами вкуса и аромата готового пива являются высшие спирты или «сивушные масла». Возникшие высшие спирты не могут быть удалены из пива посредством каких-либо технологических приемов, поэтому их содержание можно регулировать только на этапе брожения. Концентрация высших спиртов свыше 100 мг /л ухудшают вкус и полезные свойства пива.

Брожение и созревание пива проводим в цилиндроконических танках (ЦКТ). Использование ЦКТ предполагает не только их техническое преимущество, но и проведение процессов брожения и созревания пива на качественно высоком уровне. ЦКТ изготовляются с верхней частью в виде цилиндра, а с нижней в виде конуса. Такая форма дает возможность хорошо и полно отделять от пива осевшие дрожжи, а также улучшает мойку и опорожнение танка.

Получение пива в ЦКТ протекает следующим образом. Осветленное и охлажденное до 8^оС сусло подается в ЦКТ через нижний патрубок в конической части танка, так как заполнение сверху приводило бы к лишнему попаданию кислорода. ЦКТ заполняется для брожение не полностью, так как здесь при брожении из-за подъема СО₂ образуются завитки, занимающие значительный объем. В крайнем случае завитки поднимаются через верхушечные клапаны и могут закупорить предохранительную арматуру. Поэтому заполнение осуществляется на 80%. Подача дрожжей осуществляется в потоке, в те варки , которые аэрируются с таким расчетом, чтоб содержание растворенного кислорода в сусле составило 4-6 мг/л. Дрожжи должны отвечать следующим требованиям : иметь высокую бродильную активность, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в процессе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Хранение и разведение дрожжей осуществляется в дробильном отделении.

При заполнении ЦКТ поддерживается давление 0.3 бар. Во время брожения шпунт - аппарат устанавливают на противодавление на 0.5 бар. В процессе брожения поддерживается температура 10-12^оС. В стадии интенсивного брожения происходит значительное перемешивание пива главным образом из-за подъема СО₂. Так как более теплое пиво поднимается наверх, то в этой стадии достигается охлаждение путем включения верхней рубашки. Таким образом, поддерживается внутри танка конвекционные потоки, когда холодное пиво опускается вниз, а теплое устремляется наверх. На вторые сутки брожения производят съем отстоя. На пятый - включают нижнюю рубашку для охлаждения конической части танка. В течение двух дней происходит снижение температуры в ЦКТ до 5^оС. При этой температуре на седьмые сутки производят съем семенных дрожжей. Перед этим микробиологи определяют состояние дрожжей. В зависимости от результатов анализа они направляются на утилизацию или на повторную генерацию.

В процессе брожения происходит снижение значения рН до 4,2 до 4,4. Момент окончания брожения определяют при достижении видимой конечной степени сбраживания сусла ниже лабораторной на 2,5% и содержание дрожжевых клеток до 5 млн/см³. Кроме того, индикатором созревания пива является расщепление диацетила. Общее содержание диацетила в конце главного брожения не должно превышать 0,1. После того, как произошла полная редукция диацетила, производят еще один съем дрожжей. Затем молодое пиво охлаждают до -1^оС, а затем дображивание.

Длительность главного брожения составляет 7 суток.

2.1.13 Дображивание

Дображивание и созревание пива проводится с целью естественного его насыщения диоксидом углерода в результате сбраживания оставшихся сахаров, образования специфических ароматических веществ, осаждения дрожжей, взвесей, белковых и полифенольных соединений.

В процессе дображивания пива температура поддерживается путем включения рубашки. В процессе выдержки производят удаление осадка из конической части танка на пятые, десятые сутки, а затем перед подачей пива на фильтрацию.

При дображивании пива происходят следующие основные процессы:

Жизнедеятельность дрожжей: в первом периоде дображивания дрожжи сбраживают экстракт и оседают, во втором - из дрожжевых клеток выделяются различные вещества: аминокислоты, пептиды, витамины, фосфаты и ферменты. Эти вещества формируют вкус пива.

...