Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

     Федеральное государственное образовательное  учреждение

     высшего профессионального образования

     Пермская  государственная сельскохозяйственная академия

     имени академика Д.Н. Прянишникова 
 
 

     кафедра товароведения и экспертизы   
 
 
 

     Контрольная работа по предмету «Оборудование предприятий  производящих зерномучные товары»  на тему: «Оборудование для производства кваса» 
 
 
 
 
 

     Выполнил  студент группы ТВу-08-4

     Аполевская  Яна Михайловна

     Проверил  Панышев А.И. 
 
 
 

     Пермь, 2010

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КВАСА

     Хлебный квас является продуктом незаконченного спиртового и молочнокислого брожения. Сначала приготовляют квасное сусло, которое сбраживается комбинированной культурой квасных дрожжей и молочнокислых бактерий. В результате брожения получается приятный, освежающий напиток с характерным хлебным ароматом.

     Основными стадиями производства хлебного кваса являются приготовление квасного сусла, брожение квасного сусла и купажирование кваса.

     Квасное сусло получают настойным и рациональным способом, а также путем разведения питьевой водой концентрата квасного сусла.

     ПРИГОТОВЛЕНИЕ КВАСНОГО СУСЛА И  СУСЛОВОГО КОНЦЕНТРАТА

     НАСТОЙНЫИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ  КВАСНОГО СУСЛА

     Настойный способ приготовления квасного сусла заключается в выщелачивании из измельченных квасных хлебцев или из сухого хлебного кваса экстрактивных веществ посредством двукратного или трехкратного настаивания их в горячей воде. Настаивание производят в настойных чанах, снабженных мешалкой.

     Г. И. Фертман и Э. А. Исакова (ВЗИПП) на основании проведенных ими исследований предлагают некоторые мероприятия, направленные на усовершенствование технологии производства квасных хлебцев. Они рекомендуют при приготовлении теста 33% красного ржаного солода и 30% ячменного солода заменить их ростками, что значительно улучшает цвет и аромат хлебцев. 

     Из приведенных исследований можно сделать такие выводы:

     1) увеличение времени осахаривания заварки с 2 до 3 ч приводит к увеличению экстрактивности хлебцев на 15%;

     2) оптимальными условиями приготовления квасных хлебцев является выпечка их в течение 3-3,5 ч при температуре в пекарной камере 165-185° С.

     Под действием мешалки твердые частицы приходят во взвешенное состояние и благодаря этому хорошо омываются водой. В результате выщелачивания концентрация экстрагируемых веществ в твердых частицах уменьшается, а в жидкости она' возрастает.

     Настойный чан представляет собой стальной или алюминиевый цилиндрический резервуар с крышкой, снабженный приводной лопастной мешалкой /, делающей 40-50 об/мин, деканта-тором (всасывающим поплавком с задвижкой Лудло) 2; вентилем 3 для слива сусла и вентилем 4 для спуска гущи (рис. 86). Для поддержания необходимой температуры чан покрыт слоем термоизоляции (шлаковаты) толщиной 100 мм.

     Рис. 86. Настойный чан для приготовления квасного сусла: 1 - приводная мешалка; 2 - декантатор; 3- вентиль для слива сусла; 4- вентиль для спуска гущи.

     Инженерно-техническими работниками Киевского паточного завода предложен настойный чан новой конструкции (рис. 87) с внутренним паровым барботером и горизонтальной пропеллерной мешалкой, делающей 1400 об/мин. В этом чане степень извлечения экстракта из перерабатываемого сырья более высокая. Внутренний паровой барботер позволяет нагревать холодную воду непосредственно в чане и при необходимости быстро повышать температуру настаиваемого сусла.

     Для получения квасного сусла в настойный чан напускают 70% расчетного количества воды с оптимальной для выщелачивания температурой 70-73° С; затем при непрерывном размешивании постепенно засыпают расчетное количество сухого кваса или дробленых квасных хлебцев. После введения всего количества сухого кваса продолжают перемешивание еще 30 мин, доливают остальные 30% воды и оставляют заторную массу в покое на 1,5 ч. 

     Рис. 87. Настойный чан новой конструкции:

     / - корпус чана; 2 - паровой барботер; 3 -крышка; 4 - люк с дверцей; 5 - труба и кран для спуска гущи; 6 - труба и задвижка для сусла; 7 - штуцер для подачи воды; 8 - штуцер для пара; 9 - пропеллер; 10 - термометр; // - поплавок-декантатор.

     Отстоявшееся первое квасное сусло осторожно декантируют (спускают с осадка) посредством всасывающего поплавка - декантатора, фильтруют через мелкое сито и насосом перекачивают его через стальной холодильник в приемный сборник или в бродильный чан. В холодильнике сусло охлаждается до 25°С. Концентрация первого сусла 3-3,5% по сахарометру.

     Отстоявшуюся гущу заливают горячей водой (70°С), перемешивают ее в течение 30 мин, и она настаивается 1 ч. После вторичного настаивания получают второе сусло (концентрацией около 1,3%), которое также пропускается через холодильник и направляется в сборник. Аналогичным образом получают и третье сусло; однако в последнем случае добавляют воды не в полном объеме, а в количестве, необходимом для получения расчетного количества сусла из введенного в чан хлебного сырья. Концентрация третьего сусла около 0,9%.

     Средняя концентрация всего получаемого сусла составляет 1,2-1,5%. В полученное квасное сусло до брожения вводится сахар в виде сахарного сиропа в количестве 25% от полагающейся нормы. Настойным способом получается доброкачественный квас с приятным хлебным ароматом и вкусом. Но при этом способе получения сусла теряется много экстрактивных веществ.

     Хлебная гуща после спуска третьего сусла удаляется из настойного чана. Она содержит некоторое количество неосахаренного крахмала и небольшое количество белков и используется на корм скоту. 

     Примерная схема настойного способа приготовления квасного сусла приведена в табл. 29.

     Таблица 29 Схема настойного способа приготовления сусла

     Таким образом, продолжительность получения квасного сусла составляет около 8 ч.

     РАЦИОНАЛЬНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАСНОГО СУСЛА

     Запаривание зернопродуктов

     Характерным для рационального способа является запаривание дробленого ржаного ферментированного солода и ржаной муки под давлением 0,25 - 0,3 Мн/м² (2,5 - 3 кПсм²) в течение 2 ч.

     Основная цель запаривания зернопродуктов - клейстеризация и разжижение крахмала, а также ароматизация затора. При добавке к зернопродуктам в запарник воды и повышении в нем температуры до 125 - 133° С (соответственно указанному выше давлению) создаются благоприятные условия для меланоидинообразования; благодаря этому обеспечивается хлебный аромат сусла, аналогичный аромату сусла, получаемому при переработке квасных хлебцев.

     Основные превращения крахмала и Сахаров зернопродуктов при их запаривании. Сырой неоклейстеризованный крахмал расщепляется под действием амилаз, но очень медленно. Атакуемость амилолитическими ферментами возрастает при их действии на оклейстеризованный крахмал.

     Для ускорения процесса клейстеризации и растворения крахмала зернопродуктов целесообразно подвергать зернопродукты предварительно тепловой обработке путем запаривания их под давлением.

     Крахмал при нагревании с водой переходит из твердого состояния в студнеобразное - он клейстеризуется. При этом происходит набухание крахмальных зернышек (гранул) с последующим их разрывом и диспергированием.

     Макромолекулы в грануле крахмала связаны между собой ван-дер-ваальсовыми силами и водородными связями, образующимися между водородом гидроксила одной молекулы и кислородом гидроксила другой близлежащей молекулы:

     В водной среде связь двух макромолекул крахмала можно представить в таком виде:

     Водородные связи, которые удерживают мицеллярные структурные части и молекулы в связанном состоянии, при повышении температуры распадаются.

     При гидратации водородные связи между макромолекулами ослабляются, но нарушение связей между ОН-группами не приводит к растворению крахмала в воде комнатной температуры; объясняется это наличием других связей между структурными элементами гранулы, для разрыва которых необходимо затратить тепло. При определенной температуре эти связи разрываются и гранула разрушается - происходит клейстеризация крахмала.

     Затем начинают сначала подавать острый пар в паровую рубашку, чтобы прогреть смесь зернопродуктов и воды, после этого пар поступает внутрь запарника, и при этом давление в аппарате повышается до 0,24 - 0,34 Мн/м² (2,5 - 3,5 кГ/см²). При таком давлении запаривание ведется при непрерывной работе мешалки в течение 2 - 2,5 ч. По окончании запаривания открывают задвижку в нижней части аппарата и под давлением пара густая масса через продуктовую коммуникацию направляется в заторный чан, предварительно наполненный на '/з емкости водой с температурой 30 - 35° С. Конец трубы, по которой поступает запаренная масса, должен находиться ниже уровня жидкости в заторном чане. При таком вводе массы и работе мешалки заторного чана не имеют место потери летучих ароматических веществ, образовавшихся при запаривании зернопродуктов.

     С повышением температуры клейстер начинает разжижаться, затем становится жидким. Для растворения ржаного крахмала

     в измельченном сырье температура его должна быть 130° С.

     Процесс разжижения сводится к разрушению крахмальных зерен до размера одной макромолекулы, что сопровождается уменьшением вязкости. Запаривание сопровождается разложением Сахаров и меланоидинооб-разованием.

     Основной реакцией распада гексоз в процессе разваривания (как доказали В. А. Смирнов и В. П. Сотская) является оксиме-тилфурфурольное разложение. В результате дегидратации гексоз (отнятие трех молекул воды) в кислой среде образуется оксиме-тилфурфурол. Часть оксиметилфурфурола конденсируется, образуя красящие вещества (желто-коричневого цвета). Наряду с этим происходит образование меланоидинов.

     При температурных условиях запаривания (125-133° С) кара-мелизации Сахаров не происходит, так как эта реакция протекает при температуре, превышающей температуру их плавления (например, температура плавления сахарозы 185-186° С).

     Рис. 88. Запарник: 1 - цилиндрический резервуар; 2 - паровая рубашка; 3 - крышка; 4 - загрузочный люк; 5 - ведомая шестерня (в кожухе); 6 - вал мешалки; 7 - якорная мешалка; 8 - подпятник; 9 - штуцер с паровым вентилем; 10 - штуцер для манометра; 11 - штуцера для предохранительного клапана и подачи холодной воды; 12 - патрубок с вентилем для спуска конденсата из паровой рубашки; 13 - трехходовой >-пан для манометра; 14 - смотровые окна.

     Непрерывное запаривание. Для автоматизации запаривания зернопродуктов Ф. Ф. Якубович и В. В. Рудольф предложили конструкцию запарника непрерывного действия.

     На рис. 89 приведена принципиальная схема непрерывно действующего запарника и агрегата, подающего солодово-ржаное тесто в него для тепловой обработки. Периодическое запаривание. Для запаривания зернопродуктов применяют варочный аппарат, приведенный на рис. 88. Он представляет собой стальной цилиндрический резервуар /, снабженный крышкой 3, паровой рубашкой 2 и вертикальной якорной мешалкой 7, приводимой во вращение через редуктор от электродвигателя. Мешалка делает 50 об1мин. В крышке имеется загрузочный люк 4 с винтовым затвором. Аппарат имеет штуцер для выхода продукта, штуцер для ввода пара и штуцер для выхода конденсата. На крышке аппарата находится штуцер 10 для манометра и предохранительного клапана. На паровой коммуникации у ввода в корпус аппарата также устанавливают манометр.

     Внутренние стенки аппарата покрыты эмалью толщиной 0,6 - 0,8 мм. Опорой для аппарата служат четыре опорные лапы на башмаках.

     Подготовка к запариванию начинается с ввода в аппарат горячей воды (50 - 60° С) из расчета 0,7-1 л на каждый килограмм зернопродуктов. Из общего количества зернопродуктов запаривается 87%: из них 53% ржаного солода и 34% ржаной муки; 13% ячменного солода добавляют для осахаривания гущи после спуска первого сусла. После напуска воды включают мешалку, и через загрузочный люк 4 засыпают названные зернопро-дукты. После этого загрузочный люк зак

     Запарник представляет собой цилиндрический стальной резервуар, разделенный перегородками на четыре камеры. Все камеры соединены последовательно переливными трубами, которые обеспечивают непрерывную подачу запариваемой хлебной массы из камеры в камеру. При входе .в каждую камеру труба соприкасается со сферическим отражателем, приваренным к верхнему простенку камеры. Каждая камера снабжена манометром и предохранительным клапаном.

     К корпусу запарника присоединена парораспределительная гребенка, от которой пар подается во все камеры.

     Рис. 89. Принципиальная схема непрерывного запаривания (предложение Ф. Ф. Якубовича и В. В. Рудольфа):

     1 - нория; 2- автовесы; 3 - бункер-смеситель; 4 - шнек; 5 - дозатор для воды; 6 - тестомесильный агрегат; 7-питающий трубопровод; 8 - коловратный насос; 9 - цилиндрический резервуар; 10 - парораспределительная гребенка; // - сферические отражатели; 12 - переливные трубки; 13 - сифонные трубки; 14 - конденсатор; 15 - штуцер; 16 - предохранительные клапаны; 17 - обратный клапан; 18 - паровые форсунки; 19 - сегнерово колесо.

     Пар в запарник подается через паровые форсунки, установленные по внутреннему периметру; по центру каждой камеры установлено сегнерово колесо, обеспечивающее поступление пара в центральные слои запариваемой массы, а также ее перемешивание, благодаря чему отпадает необходимость в применении специальной мешалки. Для улавливания и конденсации летучих ароматических веществ, выделяющихся при запаривании, к корпусу запарника подведен трубопровод (сифонные трубки) от конденсатора.

     Конденсатор - небольшой металлический резервуар с внутренним змеевиком, по которому циркулирует охлажденная вода. Водяные пары, насыщенные ароматическими веществами, попадают через сифонный трубопровод в конденсатор, где конденсируются, и конденсат через спускной штуцер непрерывно отводится в заторный чан.

     Непрерывное запаривание зернопродуктов производится таким образом. Ржаная мука и дробленый ржаной солод подаются норией 1 через автоматические весы 2 в бункер-смеситель 3. Смесь муки и солода шнеком 4 подается в тестомесильный агрегат 6, в который одновременно из дозатора поступает вода, нагретая до 55 - 60° С. Замес по трубопроводу направляется в коловратный насос, который подает его в первую (верхнюю) камеру запарника.

     Ударяясь о сферический отражатель 11, замес разбрызгивается и заполняет камеру. Одновременно начинается тепловая обработка массы паром. По заполнении первой камеры масса перемещается через переливные трубки 12 в следующую камеру, где также продолжается тепловая обработка паром. Наконец, запариваемая масса зернопродуктов поступает в четвертую (нижнюю) камеру; отсюда готовая запаренная масса непрерывно подается в заторный чан.

     На линии подачи замеса от коловратного насоса 8 к запарнику установлен обратный клапан 17; на линии подачи паров из запарника на конденсацию имеются предохранительные клапаны 16.

     Аппараты для затирания зернопродуктов и осахаривания затора

     Для приготовления квасного сусла применяются заторные аппараты с паровой рубашкой и с паровым змеевиком.

     Заторный аппарат с паровой рубашкой (рис. 96) представляет собой цилиндрический корпус / со сферическими крышкой и днищем и паровой рубашкой 2 (охватывающей цилиндрическую поверхность и днище), покрытой теплоизоляцией 3. В нижней части аппарата на вертикальном валу насажена пропеллерная мешалка 4 с нижним приводом от электродвигателя через червячный редуктор. В центре сферического дна аппарата имеется устройство для спуска затора. Это устройство представляет собой чугунный корпус, в котором имеются отверстия для вала мешалки 'сальник) и штуцер для сливного вентиля, управляемого с площадки посредством шпинделя с ручным маховичком 5. Сферическая крышка соединена непосредственно с корпусом аппарата и заканчивается вытяжной трубой. В крышке устроены раздвижные дверцы 6,

     Заторный аппарат с паровым змеевиком (рис. 97) представляет собой цилиндрический корпус 1, покрытый теплоизоляционным слоем 2. Днище аппарата плоское. На вертикальном валу насажена лопастная мешалка 3 с верхним приводом от электродвигателя через червячный редуктор. Аппарат снабжен паровым змеевиком 4 и декантатором для удаления сусла. Аппарат имеет три штуцера: загрузочный штуцер в крышке аппарата; сливной штуцер для осахарен-ного затора внизу цилиндрического корпуса и штуцер для промывных (сточных) вод в днище.

     Перед подачей запаренной массы в заторный аппарат его наполняют (на '/з емкости) водой с температурой 30-35° С. Затем включают мешалку и пропускают в него из запарника запаренную массу. Выдувание запаренной массы продолжается 5-10 мин.

     После перемешивания заторной массы набирают в заторный аппарат дополнительно потребное количество воды (в зависимости от израсходованных зернопродуктов) и засыпают ячменный солод.

     Рис. 96. Заторный аппарат с паровой рубашкой:

     1 - цилиндрический корпус; 2- паровая рубашка; 3 - теплоизоляция; 4 - пропеллерная мешалка; 5 - ручной маховичок; 6 - дверцы.

     Осахаривание затора производят с соблюдением следующего температурного режима: нагревание до 50° С и выдержка при 50° С (белковая пауза) 10 мин; повышение температуры до 63° С и выдержка при 63° С - 60 мин (мальтозная пауза); подогрев до 72° С и выдержка при 72° С - 20 мин (декстриниза-ция). Затем температуру затора повышают до 78° С и выдерживают его при этой температуре 5-10 мин (инактивация ферментов) .

     Для отделения сусла от дробины (гущи) готовый затор спускают из заторного аппарата через сливное устройство и перекачивают его центробежным насосом в фильтрационный или отстойный чан. 
 

     Фильтрация сусла

     Для отделения сусла от гущи (дробины) осахаренный затор поступает в фильтрационный или отстойный чан. Фильтрационный чан представляет собой стальной цилиндр с плоским дном (рис. 98). На расстоянии 10-15 мм от основного дна укладывают разборное бронзовое фильтрационное сито, составленное из отдельных сегментов. Оно опирается на ножки высотой 12-15 мм, находящиеся на расстоянии 30-40 см одна от другой, и на борт шириной 25 мм, расположенный по окружности чана. В центре чана сегменты опираются на узкую поверхность корпуса приводного вала разрыхлителя. В одном из сегментов, имеется отверстие для удаления дробины.

     Для отвода сусла в дне фильтрационного чана имеются выходные отверстия, являющиеся началом отводных труб, которые снабжены кранами, регулирующими скорость стока сусла. Для сбора сусла под кранами имеется сборный медный лоток. Он соединен с насосом для подачи мутного сусла обратно в фильтрационный чан. Сборный лоток вместе с фильтрационными кранами называется фильтрационной батареей.

     Внутри фильтрационного чана имеется поплавковый декан-татор, который позволяет декантировать верхний слой отстоявшегося сусла. 
 
 
 
 
 

     Рис. 97. Заторный аппарат с паровым змеевиком:

     / - цилиндрический корпус; 2 - теплоизоляция; 3- лопастная мешалка; 4- паровой змеевик.

     Для более полного извлечения экстрактивных веществ из заторной гущи в фильтрационном чане установлен разрыхлительный механизм. Он состоит из вертикальных ножей с приваренными к ним пропашниками, закрепленными на двух массивных поперечинах (плечах), которые укреплены на вертикальном валу. При вращении разрыхлитель разрезает заторную гущу на ряд TOHKiyfc концентрических колец и слегка разрыхляет ее. 
 
 
 

     Рис. 98. Фильтрационный чан:

     1 - фильтрационные трубы; 2 - фильтрационные краны; 3 - сегнерово колесо; 4 - разрыхлитель; 5 - насос гидравлического подъемника; ^& - цилиндр гидравлического подъемника; 7- редуктор; 8 - коробка скоростей; 9-регулятор разности давлений: 10 - поступление воды; // - выход гущи (дробины).

     Промывная вода, попадая в прорези, извлекает из гущи экстрактивные вещества. Разрыхлитель приводится во вращение снизу электродвигателем через коробку скоростей и червячный редуктор.

     Выщелачивание гущи производится горячей водой (75- 80° С), поступающей из латунного промывного аппарата (оросителя), укрепленного в фильтрационном чане под разрыхлителем. Промывной аппарат представляет собой цилиндрический сосуд, в котором в горизонтальной плоскости диаметрально закреплены две трубки, закрытые на концах. Обе трубки снабжены мелкими отверстиями.

     Вода поступает в цилиндрический сосуд и из него в обе трубки с отверстиями. Вытекая из отверстий этих трубок, вода приводит промывной аппарат во вращение по принципу сегнерова колеса. Промывной аппарат вращается медленно, со скоростью 5-10 об/мин, что способствует равномерному орошению всей поверхности выщелачиваемой гущи.

     После подачи в фильтрационный чан затор оставляют в покое 30 мин (отстаивание). Затем путем быстрого попеременного открывания и закрывания кранов в зоне стоков создают вихревые движения. Мелкие частички гущи поднимаются со дна, и через краны вытекает мутная жидкость, называемая мутным суслом. Эта производственная операция называется пропуском кранов.

     Мутное сусло осторожно перекачивают небольшим центробежным насосом по трубе обратно в фильтрационный чан. Возврат сусла продолжается до тех пор, пока вытекающее из кранов сусло не станет прозрачным. Прозрачное сусло направляется через выносной холодильник в бродильный чан. При наличии поплавкового декантатора отбор осветлившейся верхней части затора совмещают с фильтрацией, отбирая при этом сусло в отдельный сборник, из которого насосом подают его через холодильник на брожение.

     По окончании фильтрации первого сусла оставшуюся гущу подвергают непрерывному или периодическому выщелачиванию. При периодическом выщелачивании гущу заливают горячей водой (70°С), перемешивают, дают отстояться 60 мин, после чего декантируют второе сусло. Затем вторично гущу заливают горячей водой, перемешивают, дают отстояться 60 мин и декантируют третье сусло. Второе и третье сусло собирают в промежуточный сборник или сразу его направляют через холодильник в бродильный чан.

     Концентрация общего (сборного) сусла должна быть не менее 1,8% по сахарометру; объем его должен соответствовать количеству кваса, получаемого из определенной нормы зерно-продуктов.

     Оставшуюся в фильтрационном чане гущу выгружают через люк в днище аппарата и по наклонному спускному желобу направляют в закрытый бункер для отпуска на корм животным.

     Продолжительность операций при осветлении сусла приведена в табл. 31.

     По данным ВНИИПБПа, выход экстрактивных веществ из зернопродуктов при рациональном способе на 15% больше, чем при настойном способе. Кроме того, при рациональном способе упрощается технологическая схема и удешевляется себестоимость кваса, так как не требуется выпекать квасные хлебцы и их транспортировать. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 31 Схема работы фильтрационного чана