К разделу 2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла
Простейшим способом отделения взвесей и охлаждения сусла является перекачивание в течение 10-20 мин готового сусла в вирпул или танк для осаждения и после седиментации взвесей горячего сусла (в течение 25-40 мин) - охлаждение в пластинчатом теплообменнике и затем подача необходимого для размножения дрожжей воздуха при перекачивании в танк брожения.
Широко распространенный способ частичного удаления осадка взвесей охлажденного сусла в настоящее время все более подвергается сомнению, но этот вопрос мы рассмотрим далее.
В современных методах кипячения сусла (см. разделы 2.5.6.3 и 10.3.1) некоторые технологии предусматривают обработку сусла после кипячения или в ходе процесса охлаждения сусла. Здесь возможны следующие варианты.
· Применение при перекачивании сусла вакуумного охладителя (см. раздел 2.7.7.4). Под действием разрежения (400 мбар) сусло охлаждается до 70-75 °С, что обусловливает значительное выпаривание из сусла ароматических веществ. При указанной температуре дополнительного образования продуктов реакции Майяра и альдегидов Штрекера почти не происходит, как не происходит и расщепления предшественников ДМС. В этом случае консистенция осадков взвесей горячего сусла настолько изменяется, что они больше не осаждаются в вирпуле, - их можно удалить с помощью центрифуги или фильтров для горячего сусла, но интенсивное выпаривание ароматических веществ сусла оправдывает существенное снижение интенсивности кипячения сусла.
· Простое охлаждение сусла при перекачивании с помощью пластинчатого или трубчатого охладителя до 80-90 °С (в зависимости от желаемого эффекта и функции вирпула). Уже при охлаждении до температуры 88-90 °С процессы образования ароматических веществ, а также расщепление предшественников ДМС заметно замедляются. Кипячение сусла оптимизируют по таким показателям, как ограничение осаждения белков и энергопотребление. В большинстве случаев продолжительность кипячения можно сократить на 15-25 %. Недостатком методов охлаждения сусла после перекачивания является заметное снижение степени дополнительной изомеризации, которая не превышает 0-5 %. Если цель заключается в получении пива с хмелевым ароматом, то внесение гранул ароматического хмеля (до 25 % от всей доли α-кислот) положительно сказывается на хмелевом оттенке пива (аромат, округлость вкуса).
· Применение вакуумного каскада между вирпулом и пластинчатым охладителем для удаления из осветленного сусла части ароматических веществ (к ним относятся также ароматические вещества, образовавшиеся во время выдержки горячего сусла и до окончания процесса охлаждения). Под действием вакуума абсолютное давление снижается с 300 до 500 мбар в зависимости от уровня понижения температуры (до 65-80 °С) или степени удаления летучих веществ. В условиях более низкого вакуума процесс кипячения может быть ограничен выдержкой при температуре кипения, однако при давлении порядка 500 мбар продолжительность кипячения сокращается примерно на 30 %.
· Выпаривание прокипяченного и осветленного сусла в тонкопленочном выпарном аппарате или в стрип-колонне со степенью выпаривания 1-1,5 %. При этом выпаривается часть ароматических веществ сусла, в том числе свободный ДМС, что позволяет сократить продолжительность кипячения сусла.
При использовании методов дополнительного выпаривания может произойти потеря ароматических веществ хмеля, так как они удаляются вместе с другими ароматическими веществами. Если требуется получить какой-либо выраженный аромат, то одну из емкостей для внесения хмеля следует разместить таким образом, чтобы сусло после вакуумного или тонкопленочного выпарного аппарата проходило через эту емкость, где могло бы осуществляться растворение ароматических веществ из последней порции хмеля.
Продолжительность охлаждения сусла должна быть подобрана с таким расчетом, чтобы общее время между окончанием кипячения и охлаждения не превышало 110, даже 90 мин. Производительность охладителя сусла должна соответствовать перекачиваемому количеству сусла (на варку и в час), а иногда 1-2-кратному его количеству. При предварительном охлаждении сусла до 80-90 °С всю варку необходимо перекачать через охладитель примерно за 15 мин, для чего в пластинчатом охладителе необходимы трубопроводы и переходы большего диаметра; следует также учитывать, что через охладитель проходит весь осадок взвесей охмеленного сусла. В этом случае целесообразнее охладить до более низкой температуры лишь часть варки и обеспечить на входе в вирпул хорошее перемешивание. Если варка охлаждена до 80-90 °С, то все описанные процессы замедляются, и допустимая продолжительность охлаждения увеличивается до 60-70 мин.
Удаление осадка взвесей охлажденного сусла в настоящее время считается ненужным, поскольку благодаря существенному улучшению фильтрования (как оборудования, так и технологии) в сусле содержится меньше частиц мути, вследствие чего кипячению подвергается меньшее количество твердых частиц, а в вир-пуле сусло лучше осветляется. Оказалось, что в этих условиях брожение протекает быстрее, а последующие процессы осветления протекают лучше, что при известных условиях положительно влияет на фильтруемость пива. Методы седиментации взвесей охлажденного сусла (без дрожжей) и холодной сепарации (см. раздел 2.7.7.2) были внедрены раньше, чем методы холодного фильтрования и флотации. Недостатком последней можно считать то, что большое количество воздуха, необходимое для транспортировки частиц осадка взвесей холодного сусла (даже при осаждении их с дрожжами) способно обусловить окисление компонентов сусла (прежде всего редуцирующих веществ). С другой стороны, благодаря флотационному эффекту вместе с осадком взвесей холодного сусла удаляются также высокомолекулярные, частично ненасыщенные жирные кислоты. Поскольку они считались стимулирующими пенообразование, это требовало в случае длительного пребывания сусла во флотационном танке эффективной дополнительной аэрации для синтеза стеролов, необходимых для размножения дрожжей и увеличения содержания ненасыщенных жирных кислот. Такое дополнительное аэрирование способствует улучшению размножения дрожжей и ускорению брожения, однако при этом образуется меньше SO2, так что полученное пиво характеризуется сокращением лаг-фазы и снижением стабильности вкуса (об этом см. далее). Это проявляется, прежде всего, при неоднократном доливе флотированных или дополнительно аэрированных партий сусла. Напротив, благоприятным фактором оказалось аэрирование не всех варок из одного танка брожения, причем очередность аэрирования зависит от последовательности варок и количества доливов.
Таким образом, потребность в воздухе по сравнению с потребностью в нем при флотации снижается и составляет около 10л/гл. Для получения маленьких пузырьков воздуха размером 0,1 мкм требуется специальное оборудование (см. раздел 2.7.7.3). При заполнении бродильного танка суслом из нескольких варок следует избегать наслоения (аэрированного сусла с внесенными дрожжами и последующих варок без дрожжей и аэрирования). При этом может оказаться необходимым передача по трубопроводу подачи сусла в танк пневматических импульсов продолжительностью в несколько секунд каждый с образованием крупных пузырей воздуха.
Для отделения осадка взвесей холодного сусла (см. раздел 2.7.7.2) на некоторых предприятиях используют герметичные центрифуги высокой производительности (200-700 гл/ч) с тарелками, имеющими большую площадь поверхности. Энергопотребление самых крупных центрифуг составляет около 8 кВт/100 гл. Центрифуга работает в режиме полного удаления осадка взвесей горячего сусла, причем последние остатки осадка удаляются стерильной горячей водой. Чтобы не прерывать протекание сусла во время разгрузки центрифуги и обойтись без буферного танка для холодного сусла, в обход центрифуги монтируют байпас.
При работе центрифуги с полной производительностью достигается эффект разделения в 40-55 % (в зависимости от исходного содержания в сусле взвешенных частиц). При этом отделяется также еще содержащееся в сусле небольшое количество осадка взвесей горячего сусла. Как правило, содержание осадка взвесей охлажденного сусла, включая нецентри-фугированные компоненты, составляет 130-140 мг/л. Потери составляют около 0,15-0,20 %. Многочисленные испытания свидетельствуют об улучшении стабильности вкуса у пива из сусла, осветленного в охлажденном состоянии.
Мойка центрифуги проводится вместе с мойкой контура охлаждения, то есть каждые 7-8 варок 3 %-ным раствором NaOH, а в конце рабочей недели - дополнительно кислотным моющим средством.
Некоторые выводы
Благодаря отказу от отделения осадка взвесей охлажденного сусла удалось существенно упростить завершающую стадию производства сусла. Имеющийся осадок взвесей горячего сусла удаляется в процессе холодной седиментации и осветления. Целесообразно также через 6 ч после заполнения бродильного танка удалить отстой, осевший в конусе.
При разделении процесса кипячения сусла на стадии или при предварительном охлаждении сусла участок обработки сусла разделяют на отдельные зоны, причем следует обеспечить возможности для маневра (даже при полной автоматизации).
10.3.6. К разделу 2.8.2. Расчёт выхода экстракта с холодным суслом
Все более широкое применение в гарантийных обязательствах, особенно на международном уровне, находит показатель общего выхода экстракта (Overall-Brew-house-Yield, OBY). Цель введения такого показателя заключается в регистрации выхода экстракта с холодным суслом, включая все остатки экстракта (за исключением дробины), и его соотнесении с экстрактом, внесенным с солодом (по BCB в конгрессном сусле).
A. Выход холодного сусла рассчитывают так, как описано в раздел 2.8.1.1.
B. Содержание экстракта в сборнике для осадка взвесей холодного сусла (см. раздел 2.8.2.2).
C. Содержание экстракта в последней промывной воде (см. п. «Б»). Количество солода следует определять с помощью тарированных весов, что на некотором оборудовании трудно выполнимо или вообще невозможно. Текущий отбор проб лучше проводить в автоматическом режиме отдельно для каждой варки. Необходимо учитывать также возможные потери при механической транспортировке солода на участок затирания.
По стандарту DIN 8777 регламентированы только потери на дробину по критериям «вымываемого» и «растворимого» экстракта. Таким образом, наибольшее значение придается точности анализа дробины, прежде всего отбору наиболее репрезентативной средней пробы (например, за время полного удаления дробины из вертикальной шахты в бункер для дробины). При нормальном содержании CB в начальном сусле (11,5-12,5 %) предельные значения вымываемого и растворимого экстракта составляют соответственно 0,8 % в пересчете на сырую дробину, вследствие чего общие потери достигают 1,6 %. Для высокоплотного пивоварения (см. главу 9) значения вымываемого экстракта следует скорректировать в большую сторону с учетом пониженного испарения в современных системах кипячения сусла. Итак, при расчете общего выхода экстракта значения экстракта в холодном сусле суммируются экстракты, полученные из отстойного сусла и последней промывной воды. При добавлении осадка взвесей сусла в фильтр-чан после фильтрования первого сусла или в фильтр-пресс незадолго до или в ходе отзаторивания, а также при повторном использовании последней промывной воды можно отказаться от его выделения. При этом следует учитывать, что благодаря добавлению взвесей сусла в фильтр-чан содержащийся в них экстракт можно извлечь лишь на 80-90 %, в связи с чем (особенно в случае небольшого количества промывных вод) значение вымываемого экстракта может несколько повыситься. Это повышение не всегда можно компенсировать полностью (например, путем добавления последней промывной воды при затирании). Необходимо учитывать, что продолжительность фильтрования более крупных объемов последней промывной воды (при производительности фильтр-чана и фильтр-пресса в 12 варок/сут) становится слишком большой.
С учетом данных, приведенных в разделе 2.8.2.2, и лабораторного выхода воздушно-сухого солода в 77,1 % общий выход экстракта достигает 98,8 %. В него входит также экстракт отстоя взвесей хмеля (1,9 %), и без него выход составил бы лишь 96,9 %. Поскольку уменьшение испарения наряду с более концентрированным суслом при высокоплотном пивоварении (14,5 % вместо 11,5 %) даёт снижение в 1,1 % (0,3 + 0,8), то указанный выше общий выход экстракта может составить около 97,7 %, что не влечет заметных его потерь. Таким образом, имеет смысл положить в основу гарантийных обязательств общее количество полученного экстракта (экстракт из холодного сусла наряду с отстоем взвесей охмеленного сусла и последней промывной водой). При этом имеют место небольшие отклонения в зависимости от экстракта, внесенного с последней промывной водой, но их также можно рассчитать.
10.4. К главе 3: Технология брожения