Определение жизнеспособности дрожжей
При длительном хранении дрожжей, а также при интенсивном способе проведения брожения большое значение имеет определение жизнеспособности дрожжей. Его можно проводить или с использованием известных методов окрашивания с помощью 0,01 % водного раствора метиленового синего (мертвые клетки окрашиваются в синий цвет) и/или при помощи флуоресцентной микроскопии и акридинового желтого (живые клетки при этом светятся зеленым цветом, а мертвые окрашиваются в красный или оранжевый цвет). По активности брожения можно проверить физиологическое состояние дрожжей и ио нему рассчитать норму их внесения. В аппарате для определения жизнеспособности дрожжей 200 г задаточных дрожжей смешивают с 700 г сусла температурой 20 °С, гомогенизируют с помощью ультразвука и через 30 мин замеряют установившееся давление (например, 200 мбар). Это давление и является показателем жизнеспособности дрожжей.
Низовое брожение
Низовое брожение проходит в два этапа:
· главное брожение осуществляется в открытых или закрытых бродильных чанах, горизонтальных или вертикальных бродильных танках при температуре от 5 до 10 °С и продолжается 6-10 сут (ускоренные способы при температуре от 12 до 20 °С при особых условиях позволяют сократить продолжительность брожения);
· дображивание в танках (реже в бочках) продолжается при температурах от -2 до +3 °С в течение 2-16 нед. в зависимости от технологии и типа пива (на этой стадии также применяются ускоренные методы созревания).
Бродильные отделения
Брожение протекает в бродильных цехах или отделениях. Расположение их рядом с установкой охлаждения сусла, с одной стороны, и у лагерного подвала с другой, определяется в настоящее время больше технологическими и производственными требованиями, чем биологическими. Если изначально бродильный цех располагали под установкой охлаждения сусла, то в настоящее время его иногда располагают даже в другом здании, так как установка охлаждения сусла часто находится вблизи варочного отделения. С учетом современного уровня мойки и дезинфекции такая компоновка вполне приемлема.
В большинстве своем наземные цехи брожения изолированы с температурой в них на уровне 5-7 °C (подземные помещения для брожения также нуждаются в изоляции). Требования к оборудованию бродильного цеха зависят от типа бродильного чана.
3.4.1.1. В бродильных цехах с открытыми бродильными чанами потолки должны быть ровными, а стены без швов. Целесообразно использовать моющееся и газопроницаемое покрытие с бактерицидным действием. В большинстве случаев стены облицовывают керамическими панелями (стеклянные и пластиковые панели менее удобны). Полы бродильного отделения также должны быть ровными, не иметь швов и легко мыться. Остатки пива оказывают на бетон отрицательное действие, поскольку в нем могут образоваться трещины и его трудно ремонтировать.
Специальные виды напольных покрытий на базе строительных смесей могут применяться только в том случае, если они правильно уложены и не подвергаются агрессивному действию пива и моющих средств. Керамические панели должны быть кислотостойкими, а швы между ними - расшитыми. Стыки пола со стенами следует выполнять в виде желоба. Поддержанию чистоты в бродильном отделении позволяют обеспечение холодной и горячей водой, сток воды благодаря уклону в 1-2 %, а также сборники стекающей воды с сифонным затвором.
Особое значение при использовании открытых бродильных чанов имеют охлаждение и вентиляция. Воздух в бродильном отделении должен быть всегда холодным, чистым и сухим, поскольку пиво легко поглощает нежелательные ароматические и вкусовые вещества из воздуха, не говоря уже о возможности микробиологической контаминации. Бродильные цеха, как и лагерные подвалы, прежде охлаждали естественным льдом, а движение воздуха осуществлялось путем естественной его конвекции.
Искусственное охлаждение осуществляют путем косвенного охлаждения или охлаждения циркулирующим воздухом. При косвенном охлаждении сильно охлажденный рассол или непосредственно испаряющийся хладагент проходит по системам трубопроводов, смонтированным на потолке или стенах. При этом происходит вертикальная циркуляция воздуха, а благодаря образованию инея на трубах воздух немного осушается. При оттаивании капли конденсата должны отводиться в специальный лоток. В крупных бродильных подвалах подобного охлаждения недостаточно, а наличие открытых обмурованных бродильных чанов делает необходимым принудительную циркуляцию воздуха. Кроме того, воздух в бродильном подвале необходимо регенерировать. При охлаждении циркулирующим воздухом в бродильный подвал поступает воздух, осушаемый и охлаждаемый в специальном воздухоохладителе. Такие пластинчатые воздухоохладители обычно монтируют в торцах проходов для обслуживания. Воздух засасывается вентилятором охладителя (как правило, снизу) и нагнетается в пространство над бродильными чанами. Применявшиеся раньше холодильные камеры, устанавливавшиеся вне бродильного подвала, иногда приводят к микробиологическим проблемам. Чем чаще воздух проходит через систему охлаждения, тем более интенсивно осуществляется его охлаждение и подсушивание. Так как циркулирующий воздух насыщается CO2, необходимо постоянно или периодически (например, при открывании дверей бродильного подвала) производить замену части воздуха бродильного подвала свежим. Вытяжной вентилятор размещают вблизи пола прохода для обслуживания. Согласно инструкции по безопасности труда максимальная концентрация CO2 на рабочем месте не должна превышать 0,5 %, а его содержание в воздухе в 3 % уже может вызвать затруднения при дыхании.
Подвод воздуха в бродильном подвале может осуществляться различным образом и в разном направлении. Если воздух подается снизу вверх, то каналами для подвода воздуха служат пространства под цоколем бродильных чанов. В этом случае воздух с относительно большой скоростью проходит над полом, а затем направляется назад к воздухоохладителю через свободное пространство над чанами. Вследствие увеличения пространства скорость воздуха над чанами снижается. Движение воздуха практически не оказывает влияния на поверхность бродящего сусла (на завитки). При подводе воздуха сверху вниз сначала происходит подсушивание потолка бродильного подвала; воздух, насыщенный диоксидом углерода, перемещается из пространства над цоколем, что позволяет улучшить эффективность вентиляции. По сравнению с первым типом вентиляции в этом случае снижается риск контаминации микроорганизмами. При поступлении воздуха по всей ширине помещения не только обеспечивается более равномерная вентиляция - небольшая скорость движения воздуха препятствует также нарушению хода брожения. В случае поперечной вентиляции в большинстве случаев для подачи и отведения воздуха над чанами требуется прокладка специальных воздушных каналов. Нагрузка на потолок бродильного подвала должна распределяться равномерно, и при правильном расположении каналов можно не опасаться повреждения сбраживаемого сусла.
Выделяемый при брожении диоксид углерода часто дополнительно отводят с помощью отдельного вентилятора, монтируемого на высоте пола (в первую очередь это относится к косвенному или периодическому охлаждению). Вентилятор следует приводить в действие перед входом в бродильный подвал или до включения системы охлаждения циркулирующим воздухом.
Очистка свежего воздуха или всей массы воздуха, циркулирующего в бродильном подвале, осуществляется с помощью воздушных фильтров - ленточных или модульных. Они состоят из фильтрующих элементов с кольцами Pa-шига, проходящих через ванну с дезинфицирующим маслом.
Охлаждение рециркуляционным воздухом предполагав 6-10-кратный оборот воздуха в час. Скорость воздуха в собственно бродильном отделении не должна превышать 0,1-0,2 м/с. Потребность в холоде у открытых бродильных чанах составляет 4000-5000 кДж (1000-1200ккал)/м2 поверхности сусла в сутки. Высота бродильных подвалов с открытыми чанами в зависимости от размеров помещения составляет от 4,5 до 5,5 м. Высота расстояния под цоколем должна составлять 1,9-2,0 м, а над ним - 2,5-3,5 м.
3.4.1.2. В бродильных подвалах с закрытыми чанами подвод воздуха имеет меньшее значение, чем для открытых чанов, однако и здесь скорость воздуха не должна быть слишком высокой, поскольку в большинстве случаев чаны открывают за 1-2 сут до перекачки пива на дображивание.
В случае использования танков брожения циркуляция воздуха осуществляется охладителями воздуха в помещении. Если горизонтальные танки отделены от прохода для обслуживания стенкой, то воздух можно подавать с высокой скоростью (без вреда для персонала). В проходе для обслуживания также осуществляется охлаждение воздуха - если не для удаления СО2, то для кондиционирования воздуха и осушения помещения.
ЦКТб размещают в помещениях соответствующей высоты хорошо изолированных и имеющих простую конструкцию. Существует две возможности компоновки:
· неизолированные танки, через охлаждающие карманы которых осуществляется соответствующее кондиционирование воздуха помещения;
· изолированные танки, воздухоохладитель которых поддерживает температуру 7-10 °С в окружающем пространстве.
Такая компоновка встречается в первую очередь в тех случаях, когда в бродильном подвале ведется и созревание пива (возможно, при несколько более высокой температуре). При установке танков вне здания в изолированное помещение для обслуживания выводится только нижняя их часть. Конструкция потолка, степ, пола, а также система кондиционирования воздуха в помещении для обслуживания аналогична вышеупомянутым.
Бродильные чаны
Бродильные чаны могут быть открытыми или закрытыми. В большинстве случаев внутри они бывают прямоугольными, редко - цилиндрическими или овальными. В настоящее время практически повсеместно используют бродильные чаны горизонтальной («комбитанки») и вертикальной конструкции с плоской или конусной нижней частью (угол наклона стенок - 60°).
3.4.2.1. Вместимость бродильных чанов - от 10 до 1000 гл. Их размер ограничивается возможностями материала, а также охлаждения и обслуживания. Вместимость деревянных чанов доходит до 150 гл, а эмалированных стальных, монтируемых всегда как единое целое, - до 500 гл; у чанов из алюминия и нержавеющей стали, облицованных стальных или бетонных чанов ограничений по размерам нет. Базовым параметром для определения размера чана является суточная производительность. Целесообразно иметь вместимость, достаточную для одной варки, однако в зависимости от производственных условий находят применение и чаны на 2-3 варки. Высота пространства для завитков при низовом брожении составляет около 10 %. Высота чанов в расчете на хорошее осаждение дрожжей и удовлетворительное осветление не должна превышать 2-2,5 м. С увеличением вместимости чанов возрастает масса и давление жидкости. Цилиндрические металлические чаны размером до 200 гл могут устанавливаться без обмуровки. Если обеспечена жесткость стенок (например, за счет элементов охлаждения), то возможно применение более крупных элементов. Прямоугольные чаны, при использовании которых возрастает степень использования помещения, нуждаются в обмуровке из армированного бетона (по соображениям статики, экономии материала и равномерности температурного режима). При этом одновременно сооружают площадки для обслуживания. Крупные чаны в изготовлении и эксплуатации экономичнее небольших из-за сокращения потерь пива и упрощения мойки. Для обеспечения удобства обслуживания чаны монтируют на высоте 60-100 см над уровнем пола, а для облегчения полного опорожнения их устанавливают с уклоном около 5 %.
3.4.2.2. Материал, из которого изготавливаются бродильные чаны, не должен оказывать негативного действия на ход брожения и влиять на вкус пива. Он должен быть бесшовным, ровным и легко мыться и дезинфицироваться. Помимо соображений монтажа, веса, долговечности и формы немаловажную роль играет и стоимость материала.
Древесина (прежде применялась в основном дубовая) в настоящее время встречается очень редко. Из-за пористости она нуждалась в гладком внутреннем покрытии (парафинового или в большинстве случаев лакового). Лак наносили в виде спиртового раствора в три слоя после предварительного удаления старого лака механическим способом (удаление лака химическими средствами, в частности каустиком, портило древесину). Срок службы древесины был ограничен, пространство помещения использовалось недостаточно, был затруднен уход и ремонт чана вне бродильного цеха. Кроме того, определенную трудность представляло обеспечение микробиологической безопасности таких чанов.
Металл хотя и нейтрален относительно сусла, разрушается под действием кислотности пива. Дубильные вещества пива образуют железосодержащие соединения, изменяющие цвет пива, его пенообразующие и вкусо-ароматические свойства. Металл ухудшает также свойства дрожжей. Именно поэтому металлические бродильные чаны должны предусматривать внутреннее покрытие или облицовку лакокрасочными покрытиями, стеклоэмалью или синтетическими смолами. В качестве покрытий применяются композиции из лака или смол, а также парафин, которые можно наносить и подновлять непосредственно в бродильном цехе. Горячее покрытие наносят на хорошо очищенную и предварительно подогретую стенку чана. При этом могут образовываться пары растворителя (необходимо соблюдать правила техники безопасности), которые при неудовлетворительном затвердевании покрытия способны негативно повлиять на пиво. При использовании покрытий необходимо проводить регулярные текущие осмотры и подновлять их в случае необходимости.
В значительной степени соответствует предъявляемым требованиям стекло-эмаль - она нейтральна, не имеет запаха и вкуса, ее легко поддерживать в чистоте. Наносят стеклоэмаль в виде грунтовой и покровной эмали на поверхность, очищенную пескоструйным методом, и вжигают в листовую сталь при температуре 1200 °С. Такая облицовка возможна только на заводе-изготовителе. Размер чанов в этом случае ограничен возможностями транспортировки и монтажа и составляет 400-500 гл. Так как днище и стенки чана из-за статических нагрузок имеют несколько выпуклую форму, то на днище эмаль должна быть более шероховатой, что позволяет добиться хорошего осаждения дрожжей. Эмаль чувствительна к механическим повреждениям - при неправильном ее нанесении могут появиться микротрещины, в которых накапливается инфицирующая микрофлора. Повреждения устраняют с помощью холодной эмали.
Синтетические смолы также вжига-ют в несколько слоев, а с недавнего времени их наносят на поверхность чана, подвергнутую пескоструйной обработке, холодным способом. Подобные смолы эластичны и по сравнению с эмалями характеризуются большей стойкостью. Они легко подновляются и подходят также для облицовки алюминиевых чанов и танков с признаками коррозии (при этом требуется соответствующая обработка поверхности).
Алюминий получают электролитическим способом почти в чистом виде (99,5 %). Для алюминиевых чанов не требуется внутренней облицовки, так как пиво их не разъедает, алюминий не оказывает влияния на вкус и цвет пива, а также безвреден для дрожжей. Алюминий, покрывающийся на воздухе тонкой оксидной пленкой, имеет светлый цвет и поэтому его легче поддерживать в чистом состоянии. Он чувствителен к действию щелочей и некоторых кислот и разрушается ртутью, в связи с чем следует пользоваться спиртовыми термометрами. Пивной камень, отлагающийся в большом количестве, можно удалять 15 %-ной азотной кислотой или специальным средством для удаления пивного камня.
Для придания жесткости алюминиевым чанам, изготовленным из листов толщиной 3-4 мм, необходима обмуровка (в большинстве случаев ее выполняют железобетоном). В этом случае алюминий играет роль облицовочного материала. Цемент или бетон оказывают на него разрушающее действие, и поэтому алюминий следует защитить изолирующим слоем из асфальта и битума. Кромка чана должна быть отогнута над обмуровкой так, чтобы в пространство между стенкой чана и материалом, придающим жесткость, или изоляцией не могли проникать конденсат и брызги воды. Для облегчения обработки чанов боковые стенки часто делают более высокими. Поплавки или арматура должны изготавливаться из того же материала, или иметь изоляцию, препятствующую коррозии, которую может вызывать и конденсат с медных поплавков. Целесообразным представляется нанесение в зоне граничного слоя воды и воздуха лакокрасочного покрытия на поплавки чанов и кромки. Так как такие чаны монтируются непосредственно на пивоваренном предприятии, их размер не ограничивается используемым материалом. Срок службы алюминиевых чанов составляет около 50 лет.
Нержавеющая сталь (обычно применяется сталь V2A (18 % хрома и 8-9 % никеля) является кислотостойкой и абсолютно нейтральной к пиву. Толщина стенки (0,8-2 мм) предполагает использование обмуровки (подобно алюминиевым чанам), а также монтаж на предприятии, что позволяет выполнять чаны любого размера. Особое внимание следует уделять сварным швам, чтобы их структура затем не привела к коррозии. Нержавеющую сталь следует изолировать от других металлов. Применение медных поплавков для охлаждения пива является нецелесообразным - медь может переходить в раствор и негативно влиять на дрожжи. В случае надлежащего выполнения сварочных работ срок службы нержавеющей стали практически неограничен.
В качестве материала для бродильных чанов может применяться и железобетон. Такие чаны могут быть выполнены любых размеров и формы в зависимости от возможностей помещений. Как правило, их делают преимущественно прямоугольными со скругленными углами. Срок службы таких чанов практически неограничен, они характеризуются высокой прочностью. Вместе с тем для них необходимы достаточно прочные фундаменты, предотвращающие образование трещин. Так как бетон подвергается агрессивному действию пива, то такие чаны нуждаются во внутренней облицовке. Перед ее выполнением необходимо нанести специальную штукатурку, служащую адгезионной основой для облицовочной массы, наносимой в несколько слоев. Иногда укладывают эбонитовые панели размером до 6 м2 и расшивают швы такой же массой. Наряду с этими композициями с черной блестящей поверхностью хорошо зарекомендовали себя и синтетические материалы. При очистке 10 %-ной серной кислотой одновременно удаляется и пивной камень. Естественно, такая облицовка чувствительна к ударам, однако ее легко восстановить.
3.4.2.3. Закрытые бродильные чаны чаще всего изготавливают из алюминия. Как правило, крышки жестко соединены с чаном, их редко выполняют подъемными или опускаемыми. Помимо арматуры для отведения CO2 на чанах устанавливают термометры, краны для отбора проб и смотровые окна из специального стекла. Чаще всего размеры закрытых бродильных чанов составляют 400-800 мм, что позволяет снимать деку.
3.4.2.4. В бродильных танках горизонтальной формы требуется дополнительное свободное пространство на подъем пены (порядка 25 %). В большинстве такие чаны изготавливают из нержавеющей стали, реже - из алюминия или стали с облицовкой. Поперечное сечение составляет 2-4 м, причем очевидно, что оптимальным для опадания деки является значение от 2,50 до 3,50 м. Оптимальная длина - 7-10 м (отношение ширны к длине -1:3); при большей длине (например, 15 м) и соотношении Ш : Д 1:5 затрудняется смешивание доливов. Вместимость горизонтальных танков составляет до 2000 гл. С точки зрения охлаждения, обслуживания и мойки целесообразнее размещать их за перегородкой.
Смотровое окно позволяет наблюдать за поверхностью пива в ходе брожения, для контроля за которым предназначены термометр и кран для отбора проб. Осмотр танка проводят через люк. Автоматическая мойка с помощью нескольких распылительных головок, располагаемых по длине танка, позволяет снизить трудозатраты. Необходимо предпринимать меры по защите танков от избыточного давления, возникающего при заполнении, а также против разрежения при опорожнении и мойке, для чего используется система предохранительных и вакуумных клапанов. Сбор дрожжей в очень крупных чанах может оказаться затруднен - дрожжам необходимо придать консистенцию, пригодную для перекачивания насосом, путем разбавления водой, или собирать вручную (см. разделы 3.3.5 и 3.6.1.2).
3.4.2.5. Вертикальные бродильные танки цилиндроконической конструкции изготавливались до настоящего времени только из двух материалов: стали V2A или листовой стали с облицовкой синтетическими материалами. Они достигают высоты 10-22 м, и при диаметре 3-6,5 м их полная вместимость составляет 700-6000 гл. Если при выборе геометрии танка еще в 1970-е гг. ориентировались на отношение диаметра к высоте (Д : В 1 :3,5-5) без особого учета стоимости и возможностей монтажа, то начиная примерно с 1985 г. стали повсеместно стремиться к отношению Д : В 1:2 (при этом высота столба жидкости, включая конусную часть, не должна превышать 12-13 м), и объем танка составляет в этом случае 6000-6500 гл нетто. При использовании ускоренных способов брожения или брожения под давлением по-прежнему применяют отношение Д : В 1 : 3,5-4, так как усиленное образование CO2 и повышение температуры вызывает более интенсивную конвекцию. При расчете размеров танка за основу принимают половину сусла, производимого в варочном цехе в сутки. При внесении дрожжей по методу завитков возможна продолжительность заполнения в течение 24 ч. Пространство на подъем пены при низовом брожении в области нормальных температур составляет 20-25 %, причем для высоких и узких танков, а также для брожения при повышенных температурах следует добавить еще 5 % (при брожении под давлением пространство на подъем может быть немного меньше) Угол наклона стенок конусной части составляет 60-75°. Вследствие сильной конвекции бродящего сусла в ходе главного брожения не возникает каких-либо значительных отклонений по температуре (около 0,3 °С), по значению pH, по снижению экстрактивности и по количеству дрожжевых клеток. Сбор дрожжей здесь предельно прост - просто удаляется нижний слой осевших дрожжей (см. раздел 3.3.4). Что касается арматуры, то необходимы клапаны заполнения и слива, располагаемые в нижней части танка. Отбор проб в горизонтальных и плоскоконических танках по-прежнему производится с помощью крана для отбора проб. Для ЦКТб требуется своя система отбора проб - проба пива отбирается на верхней кромке конуса и при помощи реверсивного насоса возвращается в выпускной трубопровод пива. Благодаря этому из конуса можно отбирать как пробы пива, так и пробы дрожжей. Для контроля хода брожения используют установленные сверху и снизу датчики, фиксирующие перепад давления. Индикация температуры возможна на двух или трех уровнях. Датчик температуры с направленным вниз стержнем устанавливают в трубопровод для отбора проб (верхняя кромка конуса) так, чтобы его можно было промывать при мойке (термометры в цилиндрической части ганка также должны быть доступны для моющих растворов). При этом наклон стержня термометра составляет более 30°. Контактные термометры непосредственно у стенок танка дают точные показания тогда, когда на них не влияют охлаждающие поверхности. Для подвода и отвода CO2 необходимы трубопроводы, которые можно комбинировать с трубопроводами для СIР-мойки. Разделение сред производится с распределительной панели или с помощью двухседельных клапанов.
Кроме того, необходимы вакуумные клапаны, срабатывающие при опорожнении танка или при охлаждении после мойки горячей водой при пониженном давлении (30-50 мм вод. ст.), и предохранительный клапан, способный отводить то же количество воды, что поступило в танк при его заполнении. На танках, смонтированных вне помещения, оба клапана должны быть оснащены обогревом. Шпунтование при брожении под давлением или при выдержке пива в лагерном подвале обеспечивается по трубопроводу CO2 с помощью шпунтаппарата с грузом. Моечная арматура может включать распылительные головки или направленные струйные моющие устройства, причем их расход и зона распыления должны гарантировать образование на стенках равномерной пленки жидкости. Купольная арматура ЦКТ должна обязательно предусматривать наличие смотрового окна, позволяющего контролировать (хотя бы частично) заполнение танка, образование завитков, эффекта насыщения CO2 или работу распылительных головок. В большинстве случаев танки изготавливают под «нормальное» давление (избыточное давления 0,99 бар), но при этом следует учитывать, что давление на выходе, то есть в конусной зоне, больше на высоту слоя жидкости. Танки для брожения под давлением рассчитывают на избыточное давление 2 бар, хотя такое давление и не применяется (см. раздел 3.6.3.4).
Танки устанавливают или без изоляции (в помещении с соответствующим кондиционированием), или с изоляцией. Возможно также размещение изолированных танков с обшивкой, стойкой к атмосферным воздействиям, вне помещения. В качестве изоляции, как правило, используют пенополиуретан толщиной от 100 до 120 мм.
3.4.2.6. Вертикальные цилиндрические танки с плоским днищем («Асахи-танки»). Такие танки из нержавеющей стали (толщина листа - 4-6 мм) имеют высоту 8-10 м и диаметр от 4 до 8 м. Их вместимость - от 1000 до 4000 гл. Подобные резервуары можно использовать лишь при небольшом избыточном давлении (0,04 бар).
Верхнее дно имеет выпуклую форму, а нижнее - плоское с уклоном 10 %. Проходы для обслуживания закрыты сверху. Такие танки, имеющие соответствующую изоляцию и обшитые снаружи алюминием, монтируют под открытым небом. В них не происходит расслоения отдельных слоев бродящего пива, однако для выравнивания содержания дрожжей предусматривают простое приспособление, представляющее собой трубку с изменяющейся высотой. Крепится она на ролике при помощи тросика - один конец на поплавке на поверхности пива, а второй прикреплен к верхнему дну танка. Благодаря этому пиво при перекачивании на дображивание всегда отбирается из центра слоя жидкости на соответствующей высоте. Сбор дрожжей осуществляется лишь после перекачивания. Капитальные затраты при этом составляют около 50 % от затрат на «традиционный» бродильный цех с танками.
3.4.2.7. Вертикальные бродильные танки с плоскоконическим днищем. У небольших подобных танков с соотношением Д : В 1 : 1-1,5 конусная часть с углом наклона стенок 60-70° занимала бы очень много места, и чаще в таких танках этот угол составляет до 30°. Так как здесь съем дрожжей перед перекачиванием пива на дображивание затруднен и может осуществляться только крайне осторожно, то дрожжи собирают лишь после спуска пива. Требуемую плотность дрожжевого осадка позволяет получить охлаждение конусной части.
3.4.2.8. «Универсальные» танки (Unitanks) представляют собой танки с плоскоконическими днищем с углом наклона стенок 142-150°. Диаметр и высоту слоя жидкости рассчитывают в отношении 1:1-1,5; как и выше упоминавшийся Асахи-танк, унитанк не может использоваться при давлении выше 0,04 бар. В первоначальной конструкции охлаждение производилось только в одной зоне, расположенной в верхней трети танка, но в настоящее время предусматривают две системы охлаждения обечайки и одну для днища. Такие танки изолированы, причем их часто устанавливают на открытом воздухе вместе с элементами управления. Особенностью подобных танков кроме их размеров является кольцо с форсунками, установленное в центре конуса ближе к днищу, через которое для усиления конвекции и перемещения дрожжей к середине конуса продувается CO2. Дрожжи можно собирать после окончания брожения. Эти танки вполне пригодны для традиционного брожения, хотя и были сконструированы для ведения брожения и созревания в одной емкости.
3.4.2.9. Сфероконические танки изготавливаются из высококачественной стали (толщина листа 8 мм). Их верхняя часть имеет сферическую форму, а нижняя - форму конуса с углом наклона стенок 60°. По окружности купола и конуса расположены охлаждающие карманы. Изоляция выполнена из пеностекла толщиной 220 мм. Благодаря хорошему отношению поверхности к объему такие танки допущены к использованию с избыточным давлением 1-3 бар. При высоте 12 м и диаметре 10 м общая вместимость достигает 5000 гл.
3-4.2.10. Узкие танки со сферическим днищем и внешним охлаждением («реакторы») изготавливались в 1970-1980-е гг. в Центральной и Восточной Германии и продолжают эксплуатироваться и в настоящее время. Они имеют стандартный размер (диаметры 3,9, 4,2, 5,35 и 6,0 м), что обеспечивает вместимость нетто 1300, 2500 и 5500 гл при отношении Д : В 1 : 3,5 - 1 : 5. Угол наклона стенок конуса составляет 40°, верх танка плоский (в последних моделях - сводчатый). Для охлаждения используется пластинчатый охладитель, через который прокачивается пиво при достижении максимальной температуры. В таком танке предусмотрены два выпускных отверстия - в конусе (для отбора пива, перекачиваемого через пластинчатый охладитель, а также для опорожнения танка), а также в верхней части (для взятия пива поверх дрожжевого осадка). Возврат охлажденного пива производится по нагнетательному трубопроводу, заканчивающемуся на уровне 4 м ниже поверхности жидкости. Циркуляционный насос рассчитывают так, что содержимое танка перекачивалось в течение 20 ч. Подобные танки позволяют монтировать их вне помещения, обшиты оцинкованными стальными листами и изолированы жестким полиуретаном толщиной 80 мм.
3.4.2.11. Охлаждение сбраживаемого сусла. Помимо того, что в охлаждении нуждается помещение для брожения, охлаждать требуется и сбраживаемое сусло, так как при температурах низового брожения в виде тепла высвобождается около 570 кДж (136 ккал)/кг глюкозы. Таким образом, температура сусла в стадии брожения непрерывно повышается. Поскольку во избежание слишком бурного протекания брожения не допускается превышение некоторой температуры, требуется дополнительное охлаждение молодого пива (лучше всего за счет охлаждения емкости). Благодаря такому охлаждению и поддержанию определенной температуры брожения можно управлять интенсивностью брожения. Кроме того, охлаждение позволяет понизить температуру к концу брожения.
В старых бродильных цехах охлаждение проводили с помощью естественного льда, которым заполняли медные или стальные поплавки. В настоящее время бродильные чаны охлаждают при помощи змеевиков и карманов, встраиваемых в чаны, привариваемых к их стенкам или же заделываемых в обмуровку. Внутренние охладители для алюминиевых или бетонных чанов изготавливают из меди, алюминия или высококачественной стали, а в чанах из стали V2A - из того же материала. При охлаждении с помощью рубашки цельнотянутые стальные трубы располагают в обмуровке чанов, причем, как и в случае применения охлаждающих карманов, отдельные емкости следует изолировать друг от друга. В бродильных чанах в качестве охлаждающей среды, как правило, используют пресную воду температурой от 0,5 до 1 °С. Более низкие температуры достигаются с использованием других хладагентов (например, рассола, спиртового водного раствора, гликоля) или с помощью непосредственного испарения хладагента. В случае неточной регулировки охлаждения существует опасность «шока» дрожжей, что может вызвать задержку брожения, поэтому точность регулировки обеспечивается путем смешивания хладагента из контуров его подачи и отведения. Следует иметь в виду, что разгерметизация системы охлаждения при применении внутренних охладителей может испортить пиво.
При главном брожении в течение 7 сут средняя удельная потребность в холоде (важная для выбора размеров холодильной установки) составляет порядка 630 кДж (150 ккал)/сут на 1 гл брутто-объема или 750 кДж (180 ккал)/сут на 1 гл нетто-объема. Максимальная потребность в холоде для отдельного бродильного чана для низового брожения при сбраживании экстракта до 2,5 кг/гл в сутки составляет порядка 1465 кДж (350 ккал)/сут на 1 гл нетто-объема, для чего требуется поверхность охлаждения 2-2,5 м2/100 гл. В случае повышения температуры ледяной воды примерно на 2,5 °С необходимое ее количество составит максимум 5-6 л/гл в час. Для охлаждения с максимальной температуры до температуры перекачивания пива на дображивание в 0,1 °С/ч при равных условиях требуется дополнительно 4 - 5 л воды/гл в час. Расход воды на чан необходимо контролировать с помощью расходомеров.
При верховом брожении средняя удельная потребность в холоде составляет примерно 1880 кДж (450 ккал)/сут на 1 гл нетто-объема, так как максимальное сбраживание экстракта доходит до 4,5 кг/гл в сутки.
Бродильные танки горизонтальной конструкции зачастую оборудуют внутренними охладителями в форме змеевиков или карманов, которые, однако, затрудняют мойку танков. В новых установках охлаждающие карманы, распределяемые по зонам, размещают на различной высоте. Верхняя зона обеспечивает поддержание желаемой максимальной температуры брожения, вторая зона предназначена для дополнительного охлаждения противотоком, а третья (в нижней части горизонтального танка) должна содействовать образованию более плотного дрожжевого осадка. Размещение охлаждающих карманов возможно при наличии достаточного пространства между танками.
Вертикальные цилиндроконические танки также разделяют на отдельные зоны охлаждения. В зависимости от высоты в танке располагают от 2 до 4 поверхностей охлаждения в стенке и одну - в конусной части. В качестве хладагента не применяют рассол из-за содержащегося в нем хлорида, который может вызывать разрушение высококачественной стали. В водноспиртовые смеси, в растворы гликоля необходимо добавлять ингибиторы, позволяющие замедлить хотя и слабую, но все-таки коррозию стали. Для предотвращения замерзания пива или вымерзания воды температура хладагента не должна быть ниже - 4 °С. Это же относится и к аммиаку, испаряющемуся непосредственно в системе. В современных установках общепринятым стало использование охлаждающих карманов большего размера и автоматическое регулирование температуры хладагента в зависимости от режима охлаждения, позволяющее применять температуры хладагента в пределах 4-6 °С (и выше) для поддержания максимальной температуры, а более низкие температуры (от 0 до 4 °С) - для охлаждения.
Поскольку применение фторхлоруглеводородов запрещено, фриген больше не используют. Поверхность охлаждения определяется по описанным выше расчетным значениям, однако в большинстве случаев ее рассчитывают на более высокие температуры брожения - 4-4,5 м2/ 100 гл нетто-объема, причем доля охлаждения конусной поверхности составляет 15-20 %. С точки зрения охлаждения крупных емкостей такая доля может показаться несущественной, однако из технологических соображений желательно ее соблюдать. Отдельные системы охлаждения включаются автоматически, но во избежание слишком сильной конвекции целесообразно включить все поверхности охлаждения цилиндрической части уже при поддержании температуры брожения. Для предотвращения температурного шока дрожжей интервалы включения должны быть небольшими.
В новых установках иногда предъявляют повышенные требования к скорости охлаждения, для чего требуется соответствующий расчет размеров поверхностей охлаждения. В случае особо сильного или глубокого охлаждения проще и дешевле охлаждать в танке молодое или созревшее пиво только до 4 °С, а оставшееся охлаждение (до 0 или -1 °С) компенсировать с помощью внешних поверхностей охлаждения.
В последние 20 лет многие установки были оснащены системой охлаждения по принципу непосредственного испарения. Её преимуществом является более высокая (на 4-5 °С) температура испарения, а также уменьшение поверхности охлаждения примерно на 10% в результате улучшения теплообмена. Тем не менее закупка танка с усиленными поверхностями охлаждения, рассчитанными на стационарное давление аммиака (11,6 бар), обходится несколько дороже. Кроме того, несмотря на наличие у аммиака сильного запаха, обнаружить неплотности в такой системе охлаждения довольно трудно.
Желание ограничить сферу применения аммиака, требующего проведения регулярных контрольных мероприятий, привело к появлению в целом ряде новых установок систем косвенного охлаждения хладоноснтелем (гликолем). Хотя новые установки, работающие по принципу испарения, отличаются высокой степенью надежности, введение новых экологических норм стимулирует переход на косвенное охлаждение.
На случай выхода из строя системы автоматического охлаждения в целях корректного проведения брожения необходимо предусмотреть возможность ручного вмешательства, что легче реализуется в косвенных системах охлаждения.
Кроме всего вышеперечисленного, эксплуатируются также ЦКТб и танки для созревания пива без непосредственного охлаждения. При этом температура в помещении должна соответствовать среднему значению, регулируемому в зависимости от условий брожения и созревания. Возможно также индивидуальное охлаждение танков путем орошения охлаждающей водой, для чего бетонная опорная плита танка выполняется в форме ванны, куда стекает охлаждающая вода, отводимая затем в холодильную установку.