Производство и приготовление кваса

                                               Содержание 

 Введение………………………………………………………………………….3 

       Глава I. ПРОИЗВОДСТВО КВАСА……………………………………....5

     1.1. История кваса………………………………………………………...5

     1.2. Характеристика кваса………………………………………………..8

     1.3. Технология производства кваса……………………………………11

      1.4.  Основные контролируемые показатели технологических процессов………………………………………………………………………...15 

    Глава II. Производственный процесс и оборудование………………..16 

      2.1. Система управления технологического процесса………………...16 

      2.2. Динамика      работы………………………………………………..19 

      2.3.  Специальное задание  (подбор  регулятора)……………………….22

 Заключение……………………………………………………………………...23 

 Список литературы……………………………………………………………..24 

Введение 

Актуальность  темы. Производство   безалкогольных  напитков  связано с периодическими  и  непрерывными   процессами.

Наличие    периодических   процессов   ограничивает   производительность      оборудования, затрудняет их   управление. Разработка   и    внедрение  непрерывных  процессов   производства является   актуальной   задачей.

         Развитие   автоматизации   производства   безалкогольных    напитков    ведется   по  двум   направлениям:     по  пути    автоматизации периодических    процессов   с  максимальным   использованием   средств контроля    и  регулирования  качественных   показателей  и  по   пути усовершенствования   управления  непрерывными  процессами  и создания    комплексных  АСУ.

Все     периодические  и непрерывные   процессы    имеют   в     основном последовательную   структуру.

         С   точки  зрения   динамических   свойств    управляемых процессов отделения   приготовления       безалкогольных    напитков характеризуются   относительно   малой    инерционностью,   различной продолжительностью   пребывания   среды  в   отдельных  аппаратах           (от  1 мин   в  фильтре  –   прессе   линии    производства   газированных напитков  до   60 мин.  В  варочной   колонне линии   приготовления купажного сиропа),     которая  существенно  меньше,   чем  в  кондитерском   производстве     (например,  продолжительность пребывания      шоколадных  масс   в коншмашине  может  достигнуть               3 суток) 
 
 

         Процессы    производства    безалкогольных     напитков  по динамическим  свойствам   представляют собой    одно   -  и многоемкостные     объекты   с   транспортным    запаздыванием   и   с  разделительными    параметрами.

Производство     безалкогольных     напитков   характеризуется отсутствием   больших   буферных   емкостей   между   отделениями, наличием  рециркуляционных    потоков   и  обратной   связи  отделений через  обслуживающий персонал.

         Основными     задачами управления  этими  процессами   являются автоматический   контроль  и   регулирование   основных   параметров, дистанционное  или автоматическое   управление   операциями дозирования  жидких и    сыпучих  компонентов   и    транспортными операциями.

Реализацию   этих   задач  можно   осуществить  с помощью   систем управления    ПО   « Химпром»     ПТК  «Каскад»   и  др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава I. ПРОИЗВОДСТВО КВАСА 

      1.1. История кваса  

      Впервые  этот  напиток  появился   8 тысяч  лет назад в   Египте, и описание   которого  оставили    Гиппократ,    Геродот   и     Плиний Старший. 
Вкус  кваса   славяне узнали    задолго   до образования   Киевской   Руси, о   чем  позволяет  судить   упоминание   о  нем   в     «Повести временных лет».

Искусством  приготовления    кваса хорошо владели    наши далекие предки  более   тысячи    лет     тому   назад. 
 
Делали     квасы сладкий,   кислый,    мятный,  изюмный,    белый, окрошечный,   душистый,   суточный,    густой,     квас-щи.

         В    «Энциклопедии питания»    Кашина   о квасе написано следующее:      « После воды в России наиболее распространенный напиток – квас »

Мы   даже думаем,   что  его пьют  больше,   чем   воду...».                      «Хорош  квасок,    коли  шибает   в носок»,  - говорили   о   добром   квасе.

         В   конце  прошлого  века составители словаря     Ф. А. Брокгауз и                И.А. Ефрон     писали:    «В посты, особенно в летнее время, почти главную пищу   простого   народа   составляет   квас  с   зеленым   луком   и   черным хлебом».  
 
 
 
 
 

         Русская    госпитальная  гигиена,   приспособляясь   к    народному вкусу,    сделала   квас  обязательным   продовольствием  в  лазаретах  и госпиталях».

Уже тогда   медики знали, что квас хорошо   влияет   на   пищеварение, поднимает  тонус  организма. 
 
         В     русских деревнях  делали  квас испокон    веков.

Однако   промышленное   его  производство знало свои   взлеты  и падения.

Один  из    «кризисов»    начался в те годы,    когда   в   Россию   стали завозить    баварское   пиво.

         На    защиту  кваса   встало Российское     общество охранения     народного здравия.

Настаивая    на  том,  что   квасное  производство  нуждается  в попечительстве,

Д. И. Менделеев    писал:   «Этому,   вероятно,   многие,   выросшие     на квасе,  в   том   числе  и   автор  этой  книги,   ответят   искренним согласием,    несмотря  на   улыбки   и   наветы   на  квасной  патриотизм». 
 
У   В. А. Даля    о  квасе  написано   так:   « Квас  (квасок,   кислота, кисловатость),        русский   напиток  из   квашеной   ржаной   муки (сыровец) или   из   печеного  хлеба  с   солодом». 
 
         Дешевизна   отличала   квас  от   многих   других   напитков.                «Не  все  с   припасом,   поживешь и  с  квасом, а порой и с  водой», - приговаривал познавший  голодные   времена  простой   русский  люд, подчеркивая   доступность  любимого  напитка. 
 

 
 
         Процедура  изготовления    кваса  с  использованием солода  была сложной  и   трудоемкой.

Позднее  появились   упрощенные  способы его   приготовления, не требовавшие  солода,   который   заменили   опарой.    В   не  меньшем почете   были   и фруктовые   квасы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.2. Характеристика кваса 

     Хлебный квас - один  из   распространенных  напитков,   обладающий  приятным ароматом ржаного свежевыпеченного хлеба и кисловато  -    сладким вкусом.

Он содержит разнообразные продукты спиртового и молочнокислого брожения, которые придают ему освежающее действие и    специфический    кисловатый    вкус.

Питательная     ценность  1 дм³  кваса  составляет     1000-1170 кДж    (240-280 ккал). 

     Сырьем   для  производства хлебного кваса  служат ржаной солод, ржаная   мука,   ячменный солод, сахар и   другие  продукты.

         Основные стадии его производства включают:   получение ржаного солода,   приготовление квасного сусла, сбраживание квасного сусла и купажирование кваса. 

     Раньше  квасное сусло приготовляли настойным и рациональным способами,  которые  сейчас  применяют   редко.

     Настойный способ заключался в экстрагировании  растворимых веществ  из   измельченных  квасных  хлебцев путем двух - или трехкратного настаивания в горячей воде.  
 
 
 
 

А по рациональному способу квасное сусло получали путем предварительного запаривания под избыточным давлением в течение         2 ч    ржаного   дробленого   ферментированного  солода   и   ржаной муки.

         Запаренную  массу помещали в заторный чан, добавляли в нее ячменный солод и смесь осахаривали по определенному технологическому режиму.  

Полученное сусло отделяли от не растворившейся зерновой массы (гущи) фильтрованием. 

     В   настоящее   время  квасное   сусло   готовят  в  основном      из концентрата квасного сусла, концентратов квасов, концентрата обогащенного квасного сусла,   экстракта окрошечного кваса, которые получают   на    специализированных заводах   из ферментированного и не ферментированного  ржаного   солода,   ячменного   солода   с добавлением  ржаной,   кукурузной,    ячменной  муки. 

     При сбраживании  квасного   сусла   используют комбинированную культуру  дрожжей  и  молочнокислых  бактерий.

         Дрожжи  вызывают   спиртовое брожение, а бактерии — молочнокислое.

Молочнокислые   бактерии примерно  половину сахара превращают в молочную  кислоту, остальной сахар - в диоксид углерода, уксусную кислоту  и этиловый    спирт.  

Совместное   действие  микроорганизмов основано на их различном обмене веществ, и  разных требованиях к питательной среде,   а   также разной   скорости   размножения.  
 
 

В  результате изменения условий среды меняется ход брожения, характерный    для   этих  микроорганизмов  при   их   раздельном   развитии.  

          Например,   в   первой  половине   процесса брожения, где используется  комбинированная  культура,   в результате жизнедеятельности   молочнокислых  бактерий   накапливается молочная кислота  и   повышается  кислотность среды, что способствует размножению   дрожжей.

         Во  второй половине процесса брожения дальнейший рост кислотности угнетает  жизнедеятельность дрожжей, и они начинают погибать.

Продукты автолиза  этих  дрожжей  служат питанием для молочнокислых  бактерий.  

В   присутствии     молочнокислых   бактерий  квасные  дрожжи накапливают  в  сбраживаемой   среде    до  0,04% уксусноэтилового эфира,   что способствует   улучшению вкуса и аромата кваса, а также повышению  стойкости  кваса при   хранении. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3. Технология производства кваса 

  Технологический  процесс 

     Производство   кваса осуществляется согласно ТИ 10-04-06-144-87 ТИ  по  производству  безалкогольных    напитков и    кваса. 

     Технологический     процесс производства хлебного кваса состоит  из   следующих стадий:   приготовление сусла, приготовление сахарного сиропа,  приготовление смешенной закваски, брожение сусла, купажирование сброженного сусла,   розлив кваса.  

     Квасное   сусло готовят из сухого ржаного солода,   извлечением горячей  водой   экстрактивных   веществ.

     В настойный чан набирают горячую воду, засыпают при перемешивании сухие хлебопродукты.

     Температура    воды для первого настаивания 80 - 90°С, для второго и третьего 60…70°С.

Настаивание первого сусла - 1.5-2 часа.

Второго 1.5 часа.

Третьего 1 час. Три порции сусла охлаждают до 25 - 30°С и направляют на брожение. 
 
 
 
 
 
 
 

     Приготовление сахарного сиропа.  

     В   сироповарочный котел,   снабженный   мешалкой   засыпают сахар  с учетом его остаточной концентрации 60 - 65% массовой.

     Затем   вносят воду, которую    задают    пропорциями  при постепенном нагреве.

     Смешивают в течение 2-3 часов, повышая постепенно температуру до 68-75°С.

По  достижении указанной температуры из мерников задают раствор лимонной    кислоты   для   перевода   сахарозы  до   глюкозы и    фруктозы.

     Закваску готовят путем последовательного пересева из жидкости на питательную среду. 

     Пробирка, 10см³, по мере накопления клеток 1млн на 1см³ осуществляется  пересев   на   жидкую  питательную  среду, 250см³,  по мере разбраживания дрожжевую разводку переливают в разбавленное квасное сусло 2-2,5л. 

     Пересев  молочнокислых  бактерий осуществляется:

     Из пробирки в 250 мл питательной   среды, в 2л квасного сусла,         4л  квасного сусла и спустя 24 часа разводка готова к использованию.

     Брожение  квасного сусла производится в бродильных чанах, в результате образуется характерный аромат, вкус и накапливается   диоксид углерода. 
 
 
 
 
 
 

     Сахарный  сироп готовят горячим и холодным способами.              При приготовлении сиропа горячим    способом в сироповарочный  аппаат  наливают  воду   и   нагревают ее до кипения.

     Затем постепенно при непрерывном нагревании и размешивании вводят сахар.

     После  растворения сироп доводят до кипения, снимают образующуюся на поверхности пену (при уваривании сиропа в открытых  аппаратах).

Удаление  пены обязательно, так как при розливе напитков в бутылки пена ухудшает их вкус и вызывает опалесценцию.

Вместе  с пеной удаляются и содержащиеся в сахаре загрязнения.

Сироп кипятят при перемешивании в течение 30 мин для уничтожения слизеобразующих бактерий, более длительное  кипячение может привести к ухудшению качества.

Кипячение прекращают по достижении массовой доли сухих веществ     в сиропе 60-65%.

        Горячий сироп фильтруют в патронных или других фильтрах.

В качестве фильтрующих материалов используют белую фланель, шинельное   сукно, бельтинг, шелковое    и    капроновое  полотно.

         Допускается использование мешочных фильтров.

Часто используют сетчатые фильтры - ловушки.

Затем сахарный сироп охлаждают до 10 - 20°С в пластинчатых или противоточных трубчатых теплообменниках.

         В сиропе определяют содержание сухих веществ и направляют     на хранение в эмалированные или алюминиевые сборники, оборудованные измерительными приборами.

Далее сироп используют для приготовления купажных сиропов. 
 
 
 

     Далее  в готовое квасное сусло вносят белый сахарный сироп     и дрожжи.

Брожение   проходит   при   t +25+30°С.

После проведения брожения и проведения анализа на кислотность,    сусло охлаждают до t +5-7° С. 

     Далее сброженное сусло перекачивают в купажный чан, в который добавляют 75% сахарного сиропа, тщательно перемешивают диоксидом углерода и выдерживают при охлаждении до t +4-10°С в течение 30-60 минут. 

     Проводят  лабораторный контроль на массовую долю спирта, массовую долю сухих веществ, кислотность, микробиологический контроль.  

     Подача на розлив осуществляется в транспортную тару: автоцистерны и бочки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4. Основные контролируемые показатели технологических процессов 
 

     Основными контролируемыми показателями кваса являются:

• Содержание сухих веществ в 100 гр. кваса.
• В зависимости от типа кваса может изменяться 0,3-7,5%. Массовая концентрация сухих веществ определяется по рефрактометру.
• Кислотность контролируется путем титрованием кваса 0,1Н и 1Н раствором NaOH и выражается в NaOH смª/100мл
• Содержание  диоксида  углерода в % 0,3-0,4.
• Объемная доля этилового спирта не должна превышать 0,5%об.
• Присутствие БГКП при анализе 10 см³ не допускается
• Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы не допускаются в 25 см³
• Из токсичных элементов контролируются массовые концентрации:

     Свинца    -          не более    0.3мг/кг

     Мышьяка     -      не более   0.2 мг/кг

     Кадмия   –         не более   0.03 мг/кг

     Ртути   –             не более   0.005 мг/кг 

• Радионуклиды:

     Цезий 137 – не более  70 Бг/дм³

     Стронций 90 – не более 100 Бг/дм³ 
 
 
 
 
 

    Глава II.   Производственный процесс и   оборудование 

      2.1.  Система управления технологического процесса. 
 

Квас   готовят из солода,   ржаной   муки,   сахара  и мяты.

Получаемое квасное сусло  сбраживается комбинированной   культурой   квасных   дрожжей   и    молочнокислых бактерий.

         В  процессе приготовления   кваса,  (см.  приложение,    схема системы управления   производством  кваса)

         Хлебный     экстракт подается     насосом   H1, в сборник   I ,  откуда насосом   H2    перекачивается в цистерну II     и далее насосом      H3 в сборник V,     где разводится   теплой водой.

Теплая     вода   получается смешиванием горячей и холодной воды.

Разведенный   экстракт     перекачивается насосом   H5      в бродильный  чан VI.

В   этот   же чан насосом  H3 подается часть   сахарного сиропа,  а  насосом     H4 – закваска  из  сборника   IV.

В бродильном чане происходит процесс брожения.

         По его    окончании сусло из   бродильного   чана  перекачивается  насосом   H6  в холодильник   VII.

         Охлажденное   сусло поступает     в   чан   VIII для   купажирования кваса,   в   него    добавляется оставшееся  количество         сахарного  сиропа    из    цистерны III.

Готовый   квас   откачивается   насосом H7  на   розлив. 
 
 
 
 
 
 
 

         Схемой   управления производством кваса   решаются  задачи   автоматического    дозирования компонентов и обеспечения заданных температурных режимов,    а   так   же      осуществляется   контроль  расходов    и     управление,     блокировка и специализация работы  оборудования. 
 

         Систему      управления технологическим   процессом производства кваса можно  реализовать с помощью   АСУТП,     действующего     в режиме    « Советчик» 

АСУТП производства    кваса   представляет   собой     РСУ   малого  масштаба, состоящую   из подсистем сбора    и отображения  информации,   автоматического   регулирования,    дискретно   – логического  управления,   противоаварийных   защит и   блокировок. 

Объект    управления    включает:    сборник хлебного   экстракта 1,  цистерну 2,  цистерну  сахарного  сиропа 3,     сборник     закваски  4,     сборник разбавленного  хлебного экстракта 5, бродильный чан   6, холодильник  7,   чан    сусла  8. 

Основные    компоненты   системы:          контролеры  РК - 131/300 со 100%-м резервированием – 3,     АРМы   оператора - технолога,  начальника отделения   и   лаборатории  на   базе   ЭВМ          и          20* мониторов с  повышенной  защитой от электромагнитных  воздействий:     сетевые  средства –   10 Мбит. 
 
 
 

Информационная    мощность  АСУТП  общее число входных и выходных    сигналов –   26/26 , т.е. 52. 

Из  них   контролируемых аналоговых (уровень,    температура, давление, расход) –   21;   контролируемых   дискретных (с учетом запорной  арматуры)  – 5; дискретных управляющих – 9;    контуров регулирования - 3;    запорной арматуры - 3; противоаварийных защит   и   блокировок – 41;   из   них аналоговых параметров – 21;   входных дискретных  - 5;    выходных   дискретных – 15; 

Система    управления реализована   с « горячим» резервированием в трех  комплектах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. 2.  Динамика работы   АСУТП 

         Максимальный   период    опроса  датчиков на    контроллере:  дискретный    вход  -   100 мкс,   аналоговый      вход -   1 мс;   максимальное     время реакции   на   аварийные     сигналы:     при обработке  в   целях   аварийной   защиты    на   уровне     контроллера      -  200 мс;   цикл   смены   данных     на  пульте  операторов    при   200  динамических элементах  в    кадре -   0,2 -  1,0 с;    цикл  смены кадров    -   0,2- 1,5 с;   минимальное    время   реакции   на команду    оператора – 0,2 с;    время   полного перезапуска  системы после  отключения       питания   -  30 с,          контроллеров    после отключения питания -  20с. 

Автоматическое          дозирование       компонентов   осуществляется объемным       методом     путем    заполнения ими     промежуточных  емкостей:      для экстракта   и     цистерны,      для закваски   -   сборника.

Необходимый   уровень    заполнения     сборника    экстрактом  достигается за    счет     использования   САР,    состоящей    из   датчика верхнего      уровня        (2-1),    нормированный   сигнал    которого  поступает     на    АЦП (АДАМ-5017)    и     логико -   программный   канал    РК-131/300  (2-2)       который посредством   ЦАП (ADAM-5024)   и магнитного    пускателя   (2-6)     управляет    электродвигателем (2-7)  насоса III. 

При   достижении     экстрактом   в   сборнике верхнего   уровня   зажигается     световое     табло     HL1 на   пульте   ПТК   и   АРМ  технолога. 
 
 
 
 

Работа     насоса     H1 контролируется       по показанию        манометра   (1 – 1).

Посредством ключа     выбора       режима    (2 – 3)   с пульта ПТК и   АРМ    технолога   осуществляется    перевод   схемы   с   автоматического  на     ручной      режим     работы,     а    управление     электродвигателем      (2 – 7)  -     кнопкой     управления    ( 2 – 4)    или   (2 – 5). 
 
 

         Аналогично      происходит работа   контура 5  регулирования уровня     в   цистерне    экстрактора    II.

Сигнализация     верхнего   уровня     в цистерне   III,     сборниках   IV,  V,    в   чане    VI,   VIII    обеспечивается    емкостным   уровнемером,   АЦП,    логическим    каналом     контроллера    РК – 131/300   с    выходом на    сетевое    табло     мнемосхемы    ( HL3   и    HL7)       и      пульт     ПТК    посредством        ЦАП    ( ADAM – 5024). 

         Регулирование      температурных режимов     предусмотрено     в   сборниках      разведенного  экстракта,  бродильном    чане   и   холодильнике    сусла.

Температура     в   сборнике    разведенного   экстракта  определяется  температурой     смеси,   получаемой     смешиванием    горячей     и   холодной    воды. 
 
 
 
 
 

Температура    теплой  воды       измеряется   термосопротивлением      ТСМ с   выходом   на    АЦП    (ADAM – 5017)   или   модулем    ( ADAM – 5013)    (15 – 1),     нормированный   сигнал   которого          поступает     на отображение   и    регистрацию   ( телемонитор   и     АЦПУ)  ( 15 – 2 )  и   на выход    регулирующего    канала    РК – 131/300   (15 – 3),   который   управляет    посредством      ЦАП (ADAM – 5024)     и     регулирующим  клапаном  ( 15 – 4)  установленным      на   линии   подачи   горячей воды.