Технологическая линия производства пива

[Введите текст]

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

Ключевые слова: пиво, пивные дрожжи, писная дробина, ячмень, солод, хмель, сусло, брожение, фильтрация.

Цель работы – проектирование технологического производства пива и расчет сепаратора-осветлителя.

Выполнен литературный обзор наиболее современных и близких к теме источников – учебников, книг и данных сети internet по использованию пивоматериалов, а так же по микробиологическим и технологическим основам производства.

В проекте рассмотрены теоретические основы проектирования производства с выполнением заданных условий. Описаны основные и вспомогательные процессы на всех стадиях производства пива. РПЗ проекта содержит характеристику исходного сырья, условия хранения, перечень основного и вспомогательного оборудования.

В состав РПЗ входят введение, основная часть, заключение, список используемой литературы.

ВВЕДЕНИЕ

Пиво представляет собой игристый, освежающий напиток с характерным хмелевым ароматом и приятным горьковатым вкусом, насыщенный углекислым газом (диоксидом углерода), образовавшимся в процессе брожения. Оно не только утоляет жажду, но и повышает общий тонус организма человека, способствует лучшему обмену веществ.

Пивоварение является одним из древнейших производств. Предполагается, что еще за 7 тыс. лет до н.э. в Вавилоне варили пиво из ячменного солода и пшеницы. Затем способ приготовления пива распространился в Древнем Египте, Персии, среди народов, населявших Кавказ и юг Европы, а позже - по всей Европе.

Объемы производства янтарного напитка в России возросли за последние пять лет, большей частью благодаря привлечению иностранных инвестиций, модернизации оборудования, маркетинговой политике.

В условиях современной, жесткой конкуренции способность пива сохраняться достаточно долго стала обязательным условием его успешной реализации. В этом пивоварам обычно помогают качественная фильтрация и, как дополнение к ней, пастеризация. К сожалению, оба этих способа искажают исходную органолептику пива, но радикальной альтернативы им пока что нет.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Сырьё для производства пива

В пивоваренном производстве основным сырьем являются ячмень, хмель, вода и дрожжи.

1.1.1       Вода

В пивоваренном производстве вода является технологическим сырьем. В пиве ее содержится 90—95%. Кроме того, вода используется для замачивания зерна, мойки оборудования и тары и др. Общий расход воды на 1 м3 конечного продукта составляет 20—25 м3 в производстве пива, около 15 м3 в производстве напитков. Поэтому к качеству воды предъявляются повышенные требования: должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и обладать качествами питьевой воды, быть прозрачной, бесцветной, без запаха и привкуса.

В чистой природной воде всегда содержатся растворимые соли, которые оказывают влияние на вкус напитков, а также на ферментативные процессы. Для производства пива очень важен солевой состав, и от него в значительной мере зависит вкус пива. Содержание солей можно скорректировать соответствующей обработкой. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO3, NH2, CO2, HNO3. Для питьевой воды существуют ограничения по микробиологическим, токсикологическим показателям и по компонентам, ухудшающим ее органолептические свойства.

Перед использование воду фильтруют и при необходимости хлорируют, удаляя органические вещества. Воду можно обеззараживать микрофильтрованием, хлорированием, озонированием или обработкой перекисью водорода.

1.1.2       Хмель

Хмель наряду с ячменным солодом является основным и пока незаменимым сырьём для пивоварения. Вещества хмеля придают пиву специфический вкус и аромат, увеличивают стойкость при хранении, способствуют лучшему осветлению пива и образованию пены.

Хмель собирают в период технической спелости, когда шишки закрыты и лупулин имеет светло- желтый цвет. При полной спелости шишки раскрываются и лупулин может высыпаться, что изменит состав горьких веществ и ухудшит технологические качества хмеля. Свежеубранный хмель содержит 75-80% воды, поэтому перед хранением его следует высушить при температуре не выше 50С до влажности 11-13%. Для подавления жизнедеятельности микробов одновременно с сушкой хмель окуривают серой.

1.1.3       Солод

Основным сырьем для производства пива является солод, который получают проращиванием высококачественного ячменя в искусственных условиях при определенных температуре и влажности. Процесс искусственного проращивания ячменя называется солодоращением, а полученный продукт — свежепроросшим солодом. Основная цель солодоращения — накопление в зерне максимального количества активных ферментов, растворение части крахмала и других веществ.

Свежепроросший солод сушат при повышенной температуре для накопления в нем ароматических и красящих веществ, а также для увеличения сроков его хранения. От высушенного солода отделяют ростки и направляют его на склад для выдержки и завершения биохимических процессов.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема получения ячменного солода.

Рис. 1. Приготовление солода

1.2           Пивные дрожжи

1.2.1 Строение дрожжевой клетки

Дрожжи - одноклеточные организмы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых клеток бывает овальной, округлой и эллиптической.

Величина дрожжевых клеток зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрожжи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей содержится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества-54-56%, углеводы-24-40%, жиры-2-4% (к массе сухих веществ). основная часть углеводов представлена гликогеном( запасное вещество), сходным по химстроению с амилопектином крахмала. Среди неорганических веществ около половины фосфорной кислоты и 1/3 калия.

В золе дрожжей содержится (в %): Р2О5 –47-53, К2О- 28-40; СаО-0,4 –11,3; МgО-3,0-7,4; SiO2-0,28- 0,73; SiO3 - 0,09—0,74; Сl –0,1-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются S, Zn, Mn, Cu, Fe.

1.2.2 Стадии роста дрожжей

Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т.е. – размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке питательных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки образуются перегородки, и клетка распадается по этим перегородкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только почкованием, не образуя спор.

После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количественные и качественные изменения. Количество дрожжей увеличивается в несколько раз, однако их концентрация в диспергированном состоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается. Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит в несколько этапов.

В начальной фазе, называемой латентной или лаг- фазой (задержка роста), дрожжи приспосабливаются к новой среде и подготавливаются к размножению. Эту фазу условно делят на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспосабливаются к среде, и фазу постепенного начала размножения. Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1-1,5 сут. В ней клетки увеличиваются в объеме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток.

При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость размножения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии.

После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, когда размножение клеток замедляется, при этом скорость отмирания и размножения уравновешиваются, в результате чего число живых клеток остается без изменения. Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата.

В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при её отмирании согласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т.е. распад клетки под действием собственных ферментов. При этом структура клеток нарушается, повышается активность у одних ферментов и ослабевает у других.

Например, гидролитические ферменты активизируются, а ферменты дыхания и брожения погибают. При автолизе дрожжей происходит распад белковых веществ, углеводородов, жиров, органических фосфорных соединений, образуются низкомолекулярные продукты распада, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменяют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе - горький посторонний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть коллоидного помутнения пива.

1.2.3 Расы пивных дрожжей

В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству сахаромецетацеа (Saccharomycetaceae) и к роду сахаромицес (Saccharomyces). Различают дрожжи низового брожения сахаромицес карлсбергенсис (Saccharomyces carlsbergensis) и дрожжи верхового брожения – сахаромицес церевизие (Saccharomyces cerevisiae).

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (как в виноделии, хлебопечении). Желая получить напитки, насыщенные углекислым газом, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива - пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата.

Пивные дрожжи должны отвечать следующим требованиям: Быстро сбраживать сусло, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в ходе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбраживания сусла. Степень сбраживания (V) –это показатель , выраженный в процентах характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е):

V= ((E-e)100)/ Е,

Где е- содержание в пиве экстрактивных веществ, % к массе пива.

По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно-, или высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100%), среднесбраживающие (80-90%), слабо, или низкосбраживающие (менее 80%).

К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, F (получена в Чехии), штамм 8а(М). Дрожжи расы 11 нетребовательны к качеству сырья, хорошо оседают, пиво характеризуется полным вкусом. Дрожжи расы F хорошо осветляют пиво, придают ему приятный аромат, устойчивы к инфекции. Дрожжи штамма 8а (М) имеют высокую бродильную активность, повышенный коэффициент размножения, хорошо оседают. Использование этих дрожжей дает возможность сократить длительность главного брожения с 7 до 5 сут. и получить пиво с хорошим вкусом.

К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776, 41, 44, S( львовская), Р ( Чехия), А (рижская). Дрожжи расы 776 неприхотливы к сырью, их можно использовать для приготовления пива с применением несоложеных материалов. Готовое пиво имеет удовлетворительный вкус резкую хмелевую горечь. Дрожжи рас 41, 44, S, Р обладают хорошей способностью оседания, вкус пива чистый мягкий, Дрожжи расы 44 дают возможность получать хорошее пиво при применении воды повышенной жесткости. Дрожжи рас F, A хорошо осветляют пиво, устойчивы к инфекции.

Для темных и специальных сортов пива применяют дрожжи верхового брожения. Требования, предъявляемые к качеству дрожжей, не всегда удовлетворяются одной расой, поэтому в производстве применяют смесь рас или ведут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.

1.3 Оценка качества пива

Пиво производят трех типов: светлое, полутемное, темное. По способу обработки его подразделяют на непастеризованное и пастеризованное.

Качество пива характеризуется органолептическими, физико-химическими и микробиологическими показателями (прозрачностью, цветом, ароматом, вкусом и пенообразованием)

Прозрачность. Пиво, налитое в бокал, должно быть прозрачным, производить приятное впечатление и удовлетворять эстетическим требованиям. При просматривании на свет через стекло светлое пиво должно искриться и давать блеск.

Цвет. По цветности пиво разделяют на светлое, полутемное и темное с характерным для каждого сорта оттенком. Светлое пиво должно иметь светло-золотисто-желтый цвет. К темным сортам пива предъявляют менее жесткие требования, однако, в них должна быть определенная взаимозависимость цвета с вкусовыми свойствами.

Аромат.Типичные сорта пива различаются между собой ароматом. Для светлых сортов пива характерен хмелевой, а для темных - солодовый аромат. Микроорганизмы в пиве могут вызвать появление постороннего запаха.

Вкус. На вкус пива влияют многие факторы: состав воды и солода, качество хмеля, применяемая раса дрожжей, режимы приготовления сусла и брожения и дображивания молодого пива. Вкус, придаваемый пиву качественным хмелем и солодом, называют чистым. Большое значение для вкуса пива имеет хорошее насыщение диоксидом углерода. Это придает ему освежающий вкус. В светлом пиве преобладает тонкая хмелевая горечь, сочетаемая с едва уловимым вкусом экстракта солода. Полутемному пиву присущ солодовый вкус с привкусом карамельного солода, темному — полный солодовый вкус с выраженным привкусом карамельного или жженого солода, соответствующий типу пива. Для темного пива характерны четко, выраженный солодовый вкус и незначительная сладость.

Горечь пива. Характерная горечь зависит от качества и свежести хмеля. Хмель с базисными нормами качества придает пиву приятную мягкую горечь, а хмель с ограничительными нормами качества дает более грубую горечь. Хмелевая горечь в пиве хорошего качества должна ярко ощущаться только в момент его употребления, а затем ощущение горечи быстро проходит. Если ощущение горечи остается, то это объясняется низкой степенью дисперсности хмелевых веществ, повышенной концентрацией полифенолов хмеля и высокой карбонатной жесткостью воды.

Пенообразование. Признаком высокого качества пива является густая и стойкая пена. Пиво с такой плотной пеной обладает полнотой вкуса и долго сохраняет свежесть. По внешнему виду пена бывает: компактная, мелкая, плотная, пузырчатая, рыхлая, неустойчивая. Она состоит из пузырьков диоксида углерода, покрытых пленкой поверхностно-активных веществ.

При наливании пива в бокал должно происходить медленное выделение пузырьков СО2 с образованием устойчивой компактной пены. В первый момент скорость образования пены значительно превышает скорость ее исчезновения, поэтому образуется шапка пены. Затем выделение СО2 замедляется, распад начинает преобладать над ее образованием и объем пены уменьшается.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Технология производства пива состоит из следующих процессов: приема, хранения, очистки и дробления солода, приготовления пивного сусла, приготовления чистой культуры дрожжей, сбраживания пивного сусла, фильтрования и осветления пива в бутылки, а также фасовки.

2.1 Приготовление пивного сусла

Свежеприготовленный сухой солод, очищенный от ростков, подают в приемный бункер 1, откуда норией 2 поднимают на весы 4, взвешивают и шнеком 5 распределяют по сил осам 6, где выдерживает его не менее 4—5 нед. При этом влажность солода от 3—4% повышаеается до 5—6%. Отлежавшийся солод из силосов пневматическим транспортером направляют на дальнейшую переработку. Под действиям вакуум-насоса 7 в разгрузителе 8 и трубопроводах создается разрежение. Атмосферный воздух засасывается через воронки 3, увлекая с собой солод, и поднимает его в разгрузитель 8. Из разгрузителя через шлюзовой затвор солод поступает в полировочную машину 9, где очищается от пыли, других примесей и норией 2 подается через магнитный сепаратор 10 на автоматические весы 4. Для ускорения процecсa экстрагирования компонентов зерна солод после взвешивания измельчают в вальцовой дробилке 11 и накапливают в бункере 12.

Дробленый солод смешивают с горячей водой температурой около 54°С в заторном аппарате 13а. После тщательного перемешивания (затирания) часть затора (смесь солода с водой) насосом 14 перекачивают в другой заторный аппарат 136, где нагревают до температуры 68—70°С. При таким режиме происходит осахаривание — ферментативный гидролиз крахмала с образованием растворимых, не окрашиваемых иодом Сахаров и декстринов. Большая часть нерастворимых веществ под действием ферментов становятся растворимыми. Затем затор доводят до кипения и после кратковременного кипячения (для разваривания крупных частиц солода — крупки) затор (первую отварку) насосом 14 возвращают в аппарат 13а. При смешивании кипяченой части затора с затором, оставшимся в аппарате 13а, температура всей массы устанавливается примерно 70°С, что необходимо для его осахаривания. По окончании осахаривания часть затора снова перекачивают насосом 14 в котел136 (вторая отварка) для нагревания до кипения и разваривания крупки. Вторую отварку возвращают в аппарат 13а, где после смешивания обеих частей затора температура повышается до 75-78°С. После этого всю массу из аппарата 13а насосом 14 перекачивают в один из фильтрационных аппаратов 24, где отделяют сусло от дробины. Сусло — водный раствор экстрактивных веществ, получаемых при затирании солода. Мутное сусло, получаемое в начале цикла фильтрования, насосом 21 возвращают обратно в фильтрационный аппарат 24. Прозрачное сусло (первое сусло), проходя через фильтрационную батарею или через регулятор давления 22, стекает в один из сусловарочных аппаратов 19.

Промытую солодовую дробину (гущу, оставшуюся после фильтрования затора и промывания его горячей водой) из фильтрационного аппарата насосом 29 перекачивают в бункер для продажи на корм скоту. Промывная вода, содержащая небольшое количество экстрактивных веществ, стекает в сборник 23, откуда насосом 14 перекачивается в аппарат 13а для приготовления следующего затора. В сусловарочном аппарате 19 сусло кипятят с хмелем. При кипячении в сусло переходят горькие и ароматические вещества хмеля, выпаривается некоторое количество воды, происходит частичная денатурация белков и стерилизация сусла. Горячее сусло спускают в хмелеотделитель 16, где задерживаются вываренные хмелевые лепестки, а сусло насосом 15 перекачивается в сборник горячего сусла 17.

Этот способ приготовления горячего сусла не является единственным, но он получил наибольшее распространение.

Из сборника 17 горячее сусло стекает в центробежный сепаратор 18, в котором очищается от взвешенных частиц белка. После сепаратора сусло пропускается через пластинчатый теплообменник 20 (где охлаждается до 5—6°С) в сборник 25, откуда его перекачивают в бродильные аппараты. Осветленное и охлажденное сусло со стандартной концентрацией экстрактивных веществ называется «начальным суслом».

Рис. 2. Аппаратурно-технологическая схема производства пива

2.2 Разведение дрожжей чистой культуры

Для обеспечения чистоты брожения семенные дрожжи периодически заменяют дрожжами чистой культуры, получаемыми из одной клетки в стерильных условиях.

Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробирке до массы маточных, необходимой для внесения в бродильный аппарат. Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в лаборатории) и цеховой (разведение дрожжей в отделении чистой культуры).

Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают в колбочки на стерильное сусло, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сброженным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пересева к пересеву увеличивается в несколько раз. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6 л сусла в медной колбе Карлсберга в течении 5-6 сут при 7-8оС. Цеховая стадия- это разведение дрожжей на стерильном охмеленном сусле в специальных аппаратах.

Для размножения дрожжей чистой культуры охмеленное сусло после осветления его в сепараторе 18 стерилизуют в аппарате 26 и перекачивают в бродильные аппараты 27 и 28, в которые вводят чистую культуру дрожжей (из лаборатории). Дальнейшее размножение дрожжей происходит в аппарате 60.

2.3 Главное брожение

2.3.1 Условия главного брожения.

В бродильном цехе высота потолков 4,8 – 6м; полы, потолки, стены для снижения потерь холода покрыты теплоизоляционным материалом. Если бродильные аппараты устанавливают в несколько ярусов, то высота помещения увеличивается. Температура воздуха в цехе должна быть около 6С, влажность - не более 75%, количество диоксида углерода – не более 0,1%.

Охлаждение воздуха в бродильном цехе осуществляют с помощью воздухоохладителей, установленных в цехе или в отдельном помещении. Воздухоохладитель представляет собой батарею в которой циркулирует холодный рассол. Воздух из цеха брожения отбирается вентилятором, подается не воздухоохладители и охлажденным снова возвращается в цех. Этот способ обеспечивает постоянную температуру в цехе и хорошую вентиляцию.

По другому способу воздух охлаждают посредством ребристых или гладкотрубных холодильников, подвешенных в цехе к потолку. В этом случае в помещении устанавливается приточно- вытяжная вентиляция, необходимая для удаления влаги и выдеяемого при брожении диоксида углерода.

Главное брожение проводят в открытых и закрытых бродильных аппаратах. Бродильные аппараты изготавливают прямоугольной или цилиндрической формы (в виде танков).

При применении прямоугольных аппаратов площадь цеха используется наиболее полно. В боковой стенке прямоугольного аппарата на высоте 10-15 см от дна имеется патрубок для слива молодого пива, а в днище- патрубок для слива дрожжей, внутри установлен охлаждающий змеевик для отвода тепла, выделяющегося при брожении.

На производстве наиболее широкое распространение получили горизонтальные цилиндрические танки.

Рис.5-Схема горизонтального цилиндрического танка.

Танк представляет собой герметичный цилиндрический сосуд вместимостью от 8 до 50 м3, Снабженный охлаждающим змеевиком. На нем имеется штуцер для присоединения пивных шлангов, кран1 для наполнения и спуска пива, люк 2 для осмотра и мойки внутренней полости, кран 3 для отбора проб, штуцеры 4 и 6, для установки шпунт - аппарата и штуцер 7 для установки манометра, а также предохранительный клапан 5. Для обеспечения достаточного осветления молодого и готового пива танки для главного брожения изготавливают диаметром не более 2,4 м, а танки для дображивания –3,6 м.

Вместимость одного танка подбирают с учетом объёма сусла, получаемого от одного, двух и более заторов. Число танков в цехе определяют в зависимости от числа варок затора в сутки и продолжительности процессов главного брожения.

2.3.2 Процессы, протекающие при главном брожении

При спиртовом брожении в сусле протекают биологические, биохимические, физико-химические процессы. Питательные вещества, поступающие в дрожжевые клетки из сусла, под действием ферментов превращаются в различные промежуточные продукты, расходуемые на спиртовое брожение и рост дрожжей (биологический процесс) происходит в начальной стадии сбраживания пивного сусла и заканчивается задолго до конца брожения.

Основным биохимическим процессом брожения является превращение сбраживаемых сахаров в этиловый спирт и диоксид углерода:

С6Н12О6=2 СН3СН2ОН +2СО2

Эта реакция сопровождается выделением тепла.

Большая часть экстракта сусла состоит из углеводов, из них около 75% сбраживаются (сбраживаемые сахара)

Часть экстракта составляют несбраживаемые вещества. К ним относятся декстрины, белки, минеральные вещества и др.

Этиловый спирт и диоксид углерода являются основными продуктами спиртового брожения. Кроме того, в сусле накапливается глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, лимонная и молочная кислоты. В качестве побочных продуктов брожения из аминокислот образуются высшие спирты, оказывающие влияние на вкус пива.

Вредное влияние на качество пива оказывают продукты брожения диацетил и ацетоин, которых много в молодом пиве. Диацетил придает пиву медовые запах ипривкус, а ацетоин- затхлый привкус. При дображивании концентрации этих веществ резко снижаются и их влияние на вкус и запах пива становятся незначительными.

В результате сбраживания сахаров, преимущественно в аэробных условиях, пивное сусло превращается в молодое пиво. Все образовавшиеся в нем продукты спиртового брожения участвуют в формировании специфического вкуса и аромата пива.

Физико – химические процессы характеризуются изменением окислительно- восстановительного потенциала(r H2). Быстрое снижение r H2 объясняется тем, что при брожении в сусле происходит уменьшение концентрации продуктов окисления и накопление продуктов восстановления. В закрытых бродильных аппаратах r H2 пива ниже, чем в открытых, где кислород, хотя и слабо, но проникает через тонкий слой пены. Чем ниже величина r H2 в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоких значениях r H2 сусло и молодое пиво темнеют, вкус готового пива ухудшается, оно быстро мутнеет.

Дрожжи для своего развития, роста, и размножения потребляют азотсодержащие соединения сусла (аммонийные соединения, аминокислоты, несколько хуже дипептиды и в очень незначительных количествах трипептиды). При этом 40-50% азота они поглощают, а 1/3 от потребленного азота выделяют в среду. В результате меняется состав азотистых веществ сбраживаемого сусла.

При сбраживании сусла растворенные белковые вещества частично денатурируют, а затем флокулируют (слипаются) и осаждаются. Во время главного брожения в результате осаждения белка и усвоения дрожжами азотистых веществ содержание их в сбраживаемом сусле уменьшается примерно на 1/3.

Диоксид углерода, который образуется при брожении, сначала растворяется в сбраживаемом сусле, а потом (после насыщения сусла) начинает выделяться в виде пузырьков, на поверхности которых адсорбируются поверхностно – активные вещества (белки, пектин, хмелевые смолы). Пузырьки газа, покрытые слоем этих веществ, слипаются и образуют на поверхности сусла слой пены. В определенный период брожения внешний вид пены приобретает форму завитков, которая характеризует стадию брожения.

При брожении цветность сусла для светлых сортов пива заметно уменьшается, а для темных сортов - изменяется меньше. Снижение цветности объясняется тем, что часть красящих веществ переходит в пену, часть окисленных дубильных веществ восстанавливаются, понижение рН при брожении может оказать влияние на цветность пива.

2.3.3 Ведение главного брожения

Эти операции, связанные с регулированием условий процесса (температура, продолжительность брожения, культуры дрожжей). Основное влияние на брожение оказывают применяемые расы дрожжей и температура сбраживаемого сусла.

Для брожения пивного сусла принят метод низового брожения, связанный с применением рас дрожжей низового брожения. Эти дрожжи хорошо сбраживают практически все сахара, кроме лактозы и декстринов. Температура сусла, при которой в него вводят семенные дрожжи, называется установочной (начальной) температурой брожения и колеблется от 5 до 7оС.

Ведение главного брожения включает три основные технологические операции: наполнение бродильного аппарата охлажденным суслом, введение в сусло дрожжей и сбраживание сусла до молодого пива. Дополнительными операциями являются снятие дека (тонкий слой опавшей коричневой пены), перекачивание молодого пива на дображивание, отбор и подготовка семенных дрожжей, мойка дезинфекция и подготовка аппарата для следующего цикла.

Наполнение бродильного аппарата суслом и введение в сусло дрожжей. Перед внесением в бродильный аппарат семенные дрожжи смешивают в отдельном сосуде с холодным пивным суслом из расчета 2-6л сусла на 1 л дрожжей, перемешивают стерильным сжатым воздухом или мешалкой и оставляют на 2-3 ч для разбраживания при температуре около 6С.

Холодное сусло принимают в подготовленный аппарат в таком количестве, чтобы оно покрыло его дно. После этого вводят бродящие дрожжи, перемешивают и заполняют аппарат суслом до полной вместимости.

При наличии в бродильном цехе аппарата для предварительного брожения дрожжи подготавливают в нем в течение 18-24 ч на всю вместимость бродильного аппарата. Вводят их в количестве 0,4- 0,5 л на 10 дал сусла во время спуска сусла первой варки, затем доливают суслом следующих варок. Количество вносимых дрожжей увеличивают до 0,6 л при отсутствии аппаратов предварительного брожения. Заполнение бродильного аппарата считают законченным, когда в нем останется незаполненным около 10% его вместимости.

2.3.4 Сбраживание сусла

Главное брожение протекает в несколько стадий, которые различаются по внешнему виду поверхности сбраживаемого сусла, а также по изменению экстрактивности и степени осветления молодого пива.

В первой стадии брожения, называемой забелом, на поверхности бродящего сусла по периферии появляется полоса нежно белой пены. Эта стадия продолжается 1-1,5 сут и характеризуется интенсивным почкованием и размножением дрожжей, а экстрактивность сусла снижается от 0,2 до 0,5 в сутки.

Вторая стадия брожения – период низких завитков. Характеризуется более интенсивным выделением диоксида углерода, образования густой, компактной, поднимающейся пены, которая по внешнему виду представляет собой завитки красивой формы. Пена вначале белая, постепенно темнеет из-за окисления хмелевых смол и частичного высыхания. Продолжительность стадии 2-3 сут. Экстрактивность сусла в этой стадии понижается на 0,5- 1,0 % в сутки.

Третья стадия брожения – стадия высоких завитков характеризуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной температурой процесса. Убыль экстракта достигает 1-1,5 % в сутки. Пена становится рыхлой, сильно понимается вверх, завитки достигают наибольшей величины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, нижние – белый. Стадия длится 3-4 сут.

В четвертой стадии, называемой стадией опадения завитков, происходит опадение пены, исчезновение завитков, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опадение завитков продолжается двое суток. Экстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5- 0,2 % в сутки.

Каждой стадии брожения соответствуют химические изменения состава сусла и определенная концентрация дрожжевых клеток.

По мере сбраживания и понижения рН сусла дрожжевые клетки покрываются слизистой пленкой из веществ, обладающих клеящими свойствами. Соединяясь между собой, они оседают на дно аппарата.

В хлопьеобразовании и оседании дрожжевых клеток важную роль играет их электрический заряд. Во время размножения клетки заряжены отрицательно, а к концу брожения, когда рН сусла понижается до 4,6-4,2, клетки приобретают положительный заряд. Белковые частицы в сусле заряжены отрицательно, поэтому в конце главного брожения они соединяются с дрожжевыми клетками, образуя агрегаты( крупные хлопья), что влечет за собой интенсивное выпадение осадка. После оседания дрожжей брожение прекращается и пиво осветляется. На этом этапе процесс главного брожения считают законченным. Полученный продукт называют молодым пивом.

Процесс главного брожения длится около 7 сут с момента введения дрожжей для сортов пива с начальным содержанием экстракта в сусле 11-13% и 8-10 сут для сортов с большим содержанием экстракта

О ходе главного брожения судят по изменению (убыли) содержания экстрактивных веществ в сусле. Количество их определяют один раз в сутки сахарометрами.

Показателем окончания брожения служит содержание экстракта в сбраживаемом сусле.

Охлажденное (начальное) сусло заливают в закрытые бродильные аппараты 58 и 59, сюда же добавляют дрожжи из аппарата 60 для разбраживания. По окончании главного брожения, протекающего в течение 6—8 суток, молодое пиво насосом 57 перекачивают в аппараты 52 и 53 для дображивания. Дрожжи, остающиеся на дне бродильных аппаратов, посредством вакуума, создаваемого вакуум-насосом 61, направляются в сборник 62 для повторного использования или в сборник 56 для продажи. Из сборника 56 давлением сжатого диоксида углерода дрожжи перемещают в фильтр-пресс 55. Пиво, отфильтрованное в фильтр-прессе, сливается в танк 54 для переработки. Отмывание дрожжей от остатков пива и охлаждение их производят водой, охлаждаемой в баке 63.

Дображивание молодого пива происходит в аппаратах для дображивания в течение 15—90 сут. в зависимости от типа приготовляемого пива и принятой технологии. По окончании дображивания пиво под давлением диоксида углерода стекает из аппаратов 52 и 53 в смеситель 51, затем насосом 50 нагнетается в сепараторы 49.

В сепараторе пиво освобождается от взвешенных в нем дрожжей, Других микроорганизмов и мелких частиц. Для придания готовому Напитку полной прозрачности и блеска его после сепарирования фильтруют в фильтрпрессе 48. Осветленное пиво охлаждается рассолом в Пластинчатом теплообменнике 47, насыщается диоксидом углерода в Карбонизаторе 46 и сливается в сборники 45.

2.4 Расчет сепаратора-осветлителя

Рассчитать фактор разделения, производительность и необходимую мощность сепаратора-осветлителя пивного сусла, если диаметр барабана сепаратора Dб=0,60 м, площадь внешней поверхности барабана F=0,60 м2, радиусы тарелки Rб=0,18 м и Rм=0,07 м. Масса вращающихся частей барабана, включая массу жидкости, тб=280 кг. Число тарелок z=128, угол наклона образующей тарелки α=50°, частота вращения барабана n=83,3 с-1. Давление, создаваемое напорным диском на выходе осветленной жидкости, Р=0,2·106 Па. Коэффициент проскальзывания суспензии относительно тарелок К=0,8. Технологический КПД сепаратора β=0,5. Диаметр частиц, выделенных из суспензии, d=1,3·10-6 м; плотность белковых частиц ρч=1100 кг/м3; плотность сусла ρс=1023 кг/м3; динамический коэффициент вязкости сусла μ=0,00072 Па·c. Диаметр вала сепаратора dв=0,06 м. КПД напорного диска ηд=0,3. КПД привода ηд=0,7. Коэффициент запаса мощности электродвигателя Кр=1,2. Плотность воздуха ρв=1,24 кг/м3.

Фактор разделения сепаратора-осветлителя

Ф=ωRб\g=4π2n2Rб\(gK)=4·3,14·83,32·018/(9,81·0,8)=49258,57/7,85=6275.

Производительность сепаратора

Q=16500βn2ztgα(R63 – Rм3)d2(pч-рс)μ= 16500·0,5·83,32·128·1,1918(0,183 – 0,073)9·10-12(1100 - 1023)/0,00072=0,01661/0,00072=9.22 м3/ч.

Мощность, расходуемая напорным диском на выбрасывание осветленного сусла

N1|=(QР/(3600-1000ηд) =9,22·0,2·106/(3600·1000·0,3)= 1,71 кВт.

Окружная скорость вращающегося барабана

υ=πDбn=3,14·0,60·83,3=156,9 м/с.

Мощность, затрачиваемая на преодоление трения вращающегося барабана о воздух

N2=1,8 10-6Fρвυ3=1,8·10-6\ 0,6·1,24·156,9 3=5,17 кВт.

Окружная скорость вращения вала сепаратора

υB=πdвn=3,14·0,06·83,3=15,7 м/с.

Мощность, расходуемая на преодоление трения в опорных подшипниках вала барабана

N3=mбgυвf\1000=280·9,81·15,17· 0,03/1000= 1,29 кВт.

Суммарная мощность электропривода

N=(N1 + N2+ N3)/ηп=(1,71 + 5,17+ 1,29)/0,7=11,67 кВт.

Электродвигатель подбирают с запасом мощности, учитывая возрастающие случайные сопротивления,

Nэ=NKp=l 1,67·1,2=14,01 кВт.

2.5 Фасовка пива

Отфильтрованное пиво из сборников 45 под давлением СО2 подают в отделение розлива. Ящики с грязными бутылками поступает из склада к автомату 44, который извлекает бутылки из ящиков. Пластинчатым транспортером 42 бутылки направляются в бутылкомоечную машину 40 с щелочным раствором, поступающим из бака 31. Пустые ящики после очистки от мусора в автомате 43 ленточным транспортером 41 подаются к автомату 33 для укладки в них бутылок с продукцией. Вымытые бутылки из моечной машины 40 пластинчатым транспортером 34 передаются к световому экрану 39 для отбраковки, а затем к линии машин-автоматов: разливочному 38, укупорочному 37, бракеражному полуавтомату 36, этикетировоч-ному 35 и укладчику бутылок в ящики 33. Готовая продукция транспортерами передается в экспедицию.

Металлические или осмоленные деревянные бочки, а также кеги перед заполнением их пивом ополаскиваются внутри при помощи шприца, затем обмываются снаружи на полуавтомате 32, снова ополаскиваются внутри, а затем изобарическим аппаратом 30 заполняются пивом, укупориваются вручную и направляются в экспедицию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При приготовлении пива протекает многие физико-химические, биохимические и другие процессы, обуславливающие качественные и вкусовые показатели готового продукта. Управление этими процессами и получение напитка высокого качества требует от рабочих знания технологии и оборудования, передовых приемов работы, высокой ответственности за порученное дело.

В курсовом проекте была разработана и обоснована аппаратурно-технологическая схема производства пива. Произведён расчёт сепаратора-осветлителя. Указана область его применения, рассмотрены принцип работы и технические характеристики.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ермолаева Г. А., Колчева Р. А. Технология и оборудование производства пива и безалкоголоьных напитков.М.:Академия, 2000. 414 с.
2. Калунянц К. А.Химия солода и пива. – М.:Агропромиздат, 1990. – 175с.
3. Достижения в технологии солода и пива/И. Г. Лернер, Д. Б. Лифшиц, М. Нентвикова и др. – М.: Пищпром. – Прага СНТЛ, 1980. 338 с.
4. Колотуша П. В., Домарецкий В. А. Интенсификация солодовенного производства. К.: Техника, 1977. – 158с.
5. Технологическое проектирование солодовенных и пиво-безалкогольных заводов/П. В. Колотуша, Н. А. Емельянов, В. А. Домарецкий и др. – К.: Вища шк., 1987. – 256с.
6. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности/ В.И. Попов и др. – М.: Лег.и пищ пром, 1983 – 464с.
7. Технология пивоваренного и безалкогольного производства/ В. А. Домарецкий. К.: Вища шк., 1986. – 191с.

11