Устройство и принцип действия линии
Пивоваренный солод выгружают из автотранспорта в приемный бункер 1, из которого он транспортируется норией 2 через весы 3 в распределительные шнековые конвейеры 4, обеспечивающие загрузку сырья в силосы 5. В них солод выдерживается 4...5 недель и, благодаря гигроскопичности, приобретает равновесную влажность 5...6 %.
Отлежавшийся солод по возможности надобности выгружают из силоса 5 через магнитный уловитель и весы б на ленточный конвейер 7. С последнего солод с помощью нории 8 и шнекового конвейера 10 загружают в бункеры суточного запаса 11.
Рис. 1.1 Машинно-аппаратурная схема линии производства пива
Аналогичным образом ячмень, используемый в качестве несоложенного сырья, загружают и хранят в силосах, а затем загружают конвейером 9 в бункер 77.
Из бункера 11 солод через магнитный уловитель 12 и весы 13 падают в полировочную машину 14 для очистки от пыли и остатков ростков. После этого солод измельчают в вальцовой дробилке 75 и накапливают в бункере 77. Зерно ячменя через магнитный уловитель и весы подают в вальцовый станок 16, а после измельчения загружают в бункер 77.
Перерабатывать солод различного качества позволяет двухотварный способ затирания, при котором можно легко корректировать технологический режим. Для приготовления пивного сусла этим способом в заторный аппарат 20 предварительно набирают около половины всего количества воды, необходимого для затирания, включают мешалку и через предзаторник загружают из бункеров 77 дробленые зернопродукты и смешивают с теплой водой (40...45 °С). После окончательного перемешивания (затирания) затор нагревают до 45...52 °С и выдерживают белковую паузу 15...30 мин.
Затем густую часть (около 40 %) заторной смеси (затора) перекачивают насосом 19 в другой заторный (отварной) аппарат 18. В нем затор медленно подогревают до 61 ...63 °С и выдерживают мальтозную паузу 20...30 мин.
После этого затор в аппарате 18 осахаривают 15.. .30 мин при 70.. .72 °С, а затем доводят до кипения и кипятят в течение 20...30 мин. Вначале крахмал расщепляется до декстринов, а затем при 75...77 °С происходит общее осахаривание крахмала.
Кипячение необходимо для разваривания крупных частиц солода заторной массы. Первую отварку из аппарата 18 медленно возвращают в заторный аппарат 20 и смешивают с основным затором, чтобы повысить его температуру до 61. ..63 °С, и выдерживают мальтозную паузу 15...20 мин. После этого около 30 % основного затора (его густую часть) снова перекачивают в отварной аппарат 18, нагревают до 70...72 °С, выдерживают 15...20 мин, нагревают и кипятят7...10 мин.
Готовую вторую отварку медленно перекачивают из аппарата 18 в аппарат 20 к основному затору. При этом температура затора поднимается до 70...72 °С и в течение 20...30 мин проводится осахаривание крахмала. Продолжительность выдержки может быть увеличена (но не более 1 ч) до полного осахаривания затора, если качество солода понижено. После полного осахаривания затор подогревают до 75...77 °С и перекачивают насосом 19 в фильтрационный аппарат 24.
При всех стадиях затирания для интенсификации тепло-, массообменных и ферментативных процессов во время подогрева заторной массы в аппаратах 18 и 20 работают мешалки с большой частотой вращения; во время выдержек затора при различных температурных паузах мешалки вращаются медленнее.
Затор при фильтровании разделяют на две фракции: жидкую (пивное сусло) и твердую фазу (дробину). В фильтрационном аппарате 24 сусло отделяется через твердую фазу затора.
Фильтрационный аппарат представляет собой цилиндрический сосуд с плоским дном. На расстоянии 8... 12 мм от основного дна расположено второе ситчатое дно, которое служит основанием для дробины. Для полного извлечения экстрактивных веществ из дробины внутри чана находятся разрыхлительный механизм и сегнерово колесо.
Фильтрационный аппарат снабжен регулятором давления, который позволяет регулировать скорость фильтрования и указывает величину разности уровней жидкости в фильтрационном чане и резервуаре регулятора. Во избежание охлаждения затора при фильтровании боковые стенки фильтрационного чана покрыты теплоизоляцией.
Во время перекачки затора, дробину равномерно распределяют по всей поверхности сит фильтрационного аппарата, чтобы использовать слой дробины в качестве фильтрационного материала.
Процесс фильтрования затора подразделяют на две стадии: фильтрование первого сусла, т.е. сусла, получаемого при фильтровании затора, и промывание дробины водой с целью извлечения экстрактивных веществ. Первые порции фильтрата получаются мутными, его насосом 23 перекачивают обратно в фильтрационный чан.
В дальнейшем на фильтрующем материале образуется слой взвешенных частиц, через которые фильтруется затор, и получается прозрачное сусло. Его направляют в сусловарочный аппарат 27.
При фильтровании сусла и промывке дробины поддерживают температуру 75...78 °С, для того чтобы сохранить а-амилазу, которая расщепляет остатки неосахаренного крахмала, вымываемого из дробины.
Скорость фильтрования сусла в фильтрационном чане зависит от качества затора, живого сечения сит и высоты слоя дробины, который не должен превышать 30...35 см. Чем лучше растворен солод и лучше сохранена оболочка при дроблении, тем рыхлее лежит слой дробины и быстрее проходит фильтрование. Следует следить, чтобы затор не охлаждался ниже 75 °С. Фильтрование первого сусла продолжается 1...1,5 ч.
После фильтрования первого сусла в дробине остается еще 30 % сусла; для его извлечения дробину промывают водой, которую нагнетают насосом 23 из сборника 21.
При этом применяют разрыхлитель и ороситель. Ножи разрыхлителя разрезают дробину, а вода, поступающая из оросителя, равномерно растекается по дробине и вымывает оставшийся в ней экстракт. Воду подают при работе разрыхлителя до появления ее над поверхностью дробины. При фильтровании необходимо следить за тем, чтобы вода покрывала дробину, и температура ее была не ниже 75 °С и не выше 80 °С.
После спуска последней промывной воды дробину с минимальным содержанием экстракта выгружают насосом 22 из фильтрационного чана в специальный бункер, а сита и чан тщательно моют и готовят для фильтрования следующего затора.
Один раз в месяц сита механически чистят или обрабатывают 10 %-м раствором каустической соды и тщательно моют. Продолжительность сбора промывных вод 1,5...2 ч.
Для интенсификации процесса разделения затора на жидкую и твердую фазы перспективно использование центробежных способов с применением центрифуг и сепараторов.
Отфильтрованное сусло и промывные воды собирают в сусловарочный аппарат 27, где и кипятят с хмелем. С момента, когда поступающее из фильтрационного чана сусло покроет дно сусловарочного котла, и до конца поступления промывных вод температуру жидкости поддерживают на уровне 75...78 °С. После спуска всех промывных вод проверяют полноту осахаривания и начинают кипятить сусло.
Экстракт хмеля дозируют насосом 26 из сборника 25. Хмель дозируют в сусло в два или три приема, причем последнюю порцию - незадолго до конца кипячения. Доза хмеля зависит от сорта пива, качества и способа внесения хмеля. Количество хмеля тем больше, чем выше концентрация сусла. Чем больше должна былгь стойкость пива, тем короче продолжительность кипячения с хмелем. Светлые сорта пива охмеляются сильнее, чем темные, и хмелевая горечь их больше.
Наиболее эффективно применять хмель в виде экстракта. При этом повышается стойкость пива и упрощается технологический процесс охмеления сусла.
Для улучшения вкусовых свойств пива рекомендуется сначала кипятить сусло без хмеля, тогда на белки будут действовать дубильные вещества солода. При добавлении хмеля к суслу, частично освобожденному от белков, оно приобретает сильный хмелевой аромат, но без грубой горечи. Если же в сусло добавить хмель в начале кипячения, дубильные вещества солода, как более слабые, не взаимодействуют с белками и остаются в растворе, придавая суслу грубоватый вкус.
Для проведения дальнейших стадий технологического процесса приготовления пива требуется биологическая чистота сусла, от которой зависит стойкость конечного продукта - пива. Для этой цели достаточна длительность кипячения 20...25 мин, однако на практике сусло кипятят около 1,5...2 ч. Только длительное кипячение сусла позволит закрепить нужное соотношение отдельных фракций белковых веществ, свертывание некоторых неустойчивых белковых веществ в виде крупных хлопьев, которые в дальнейшем выпадут в осадок и приведут к осветлению сусла.
После кипячения сусло должно хорошо осветляться, т.е. свернувшиеся крупными хлопьями белки должны быстро осаждаться на дне пробного стаканчика, а сусло должно быть прозрачным.
Осветление и охлаждение сусла проводят с целью удалить взвешенные частицы из сусла, понизить температуру до благоприятной для процессов брожения и насытить его кислородом воздуха. Прошедшее через слой хмелевой дробины горячее сусло прозрачно. Но при охлаждении из него продолжают выделяться грубые взвеси, которые образуются во время кипячения сусла с хмелем. Основное количество этих взвесей выделяют из сусла в сепараторе - хмелеотборнике 28. Горячее пиво поступает в сборник 29, а затем перекачивается насосом 30 в гидроциклонный аппарат 31. В нем сусло охлаждают сравнительно медленно до 60...70 °С.
При охлаждении сусла выделяются вещества, растворимые в горячем и нерастворимые в холодном сусле. Осадок, образующийся на второй стадии, называется «холодным» или тонким осадком. Осаждение взвешенных частиц - осветление сусла - положительно влияет на протекание последующего процесса брожения и улучшает качество пива.
В горячем сусле кислород растворяется незначительно; с понижением температуры сусла растворимость кислорода (как и других газов) увеличивается. Окислительные процессы за счет поступающего кислорода энергичнее протекают при более высокой температуре: сусло темнеет, резко понижаются хмелевые аромат и горечь. Эти процессы ухудшают качество сусла. Однако кислород содействует коагуляции белков и образованию хорошего осадка в сусле, благодаря чему оно лучше осветляется. Чтобы сократить нежелательные окислительные процессы до минимума, общая продолжительность осветления и охлаждения сусла не должна превышать 100 мин.
После этого сусло перекачивают насосом 32 в пластинчатый теплообменник 33 для быстрого охлаждения до начальной температуры брожения: до 6...7 °С при низовом брожении или 14...16 °С при верховом брожении. Быстрое охлаждение сусла производят для того, чтобы снизить опасность инфицирования.
Разведение чистой культуры дрожжей необходимо для увеличения массы дрожжей из пробирки, получаемой из музейной коллекции, до массы разводки дрожжей, дозируемой в бродильный аппарат. Первые стадии размножения дрожжей осуществляют в микробиологической лаборатории, а затем в производственных условиях на оборудовании линии.
В стерилизатор 34 набирают горячее охмеленное сусло, кипятят и охлаждают до 8... 12 °С. Охлажденное сусло направляют в бродильный аппарат 35, куда переносят лабораторную разводку чистой культуры дрожжей. Сбраживание сусла продолжают в течение 3 сут. При этом дрожжи размножаются и их биомасса увеличивается.
После брожения из аппарата отбирают часть разводки дрожжей (10 дм3 ) в сосуд для посевных дрожжей, где она хранится до следующего пересева. Основную часть разводки дрожжей из аппарата перекачивают во второй бродильный аппарат 36, в котором дрожжи размножаются в течение 3 сут. Сброженная биомасса поступает в бродильный аппарат 37 вместимостью 1000 дм3 , куда доливают 300 дал заводского охмеленного сусла, а через 12 ч - еще 400 дал. Через 36 ч забродившее сусло в качестве дрожжевой разводки сжатым воздухом передавливается в ток сусла, поступающего на брожение.
На следующих циклах бродильные аппараты, освобожденные от дрожжей, заполняют стерильным суслом из стерилизатора и засевают дрожжами, хранящимися в сосудах (10 дм3 ). Процесс размножения дрожжей в аппарате повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.
Брожение пивного сусла производят в бродильных аппаратах (танках). Бродильные аппараты 42, 44 и 45 представляют собой закрытые резервуары из нержавеющей стали цилиндрической формы.
В аппарат главного брожения 42 дозируют бродильную смесь, полученную при перемешивании дрожжевой разводки и холодного охмеленного сусла путем продувания стерильного воздуха или диоксида углерода. Брожение в аппарате 42 протекает в несколько стадий. Они отличаются друг от друга и характеризуются изменением внешнего вида поверхности бродящего сусла, изменением температуры, понижением экстрактивности сусла и степенью осветления пива.
Продолжительность главного брожения зависит от экстрактивности сусла и температуры брожения. При холодном способе продолжительность брожения сусла с экстрактивностью И...13 % составляет 7...8 сут, 14...20 % - 9...12 сут. Главное брожение считается законченным, если произошло осветление молодого пива, а за сутки сброжено 0 , 1 . . .0,2 % экстракта сусла.
Молодое пиво из аппарата 42 насосом 43 перекачивают в аппараты для дображивания и созревания пива (лагерные танки) 44 и 45. Дображивание пива проводят при температуре 1 ...2 °С в закрытых аппаратах без контакта с воздухом, под давлением диоксида углерода 0,04...0,06 МПа. Для проведения выдержки пиво под определенным постоянным давлением применяют специальные регуляторы давления, называемые шпунтаппаратами.
Сначала процесс дображивания протекает при открытом шпунтовом отверстии, и только по истечении некоторого времени (через 1...2 сут) танки герметически закрывают.
Сразу после перекачки молодое пиво шпунтовать нельзя, так как в танках над пивом имеется 2...4 % воздушного пространства. При повышенном давлении воздух может раствориться в пиве и будет препятствовать процессу созревания. За несколько дней до шпунтования весь воздух над поверхностью пива успеет вытесниться диоксидом углерода.
Общая продолжительность дображивания и созревания пива в аппаратах 44 и 45 составляет 11 ...90 сут в зависимости от вида приготовляемого пива и принятой технологии.
Ход дображивания и выдержки контролируют по убыли экстракта, увеличению содержания диоксида углерода и алкоголя, степени осветления и, наконец, по аромату, вкусу и пенистости. Показателем окончания дображивания является конечная степень сбраживания. Для получения более стойкого пива достигают почти конечной степени сбраживания, разница составляет только 1.. .2 %.
Наряду с периодическим способом брожения и дображивания пива в нашей стране и за рубежом применяют непрерывные и ускоренные методы. Для получения пива эффективно используют цилиндроконические бродильные аппараты большой вместимости (ЦКБА). Этот аппарат 47 представляет собой выполненный из нержавеющей стали вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем, оборудованный поясами охлаждения, благодаря которым можно устанавливать индивидуальный температурный режим по высоте. Внутренняя поверхность полированная.
В аппарате 47 совмещены процессы главного брожения, дображивания и созревания пива. Аппарат заполняют суслом и дрожжевой разводкой, причем сусло насыщают воздухом при помощи специального аэратора. Процесс брожения начинают при температуре 9... 10 °С. В течение первых двух суток температуру повышают до 14 °С. Главное брожение заканчивают, когда содержание сухих веществ в сусле снизится до 2,2...2,6 %.
Дображивание и созревание молодого пива начинают с охлаждения нижней конической части аппарата 47 до температуры 0...2 °С, при этом происходит осаждение дрожжей. В цилиндрической части аппарата в верхней зоне поддерживают температуру 13... 14 °С, в нижней - 10...13 °С, избыточное давление 0,04...0,05 МПа.
После завершения дображивания в рубашку цилиндрической части аппарата подают хладагент и доводят температуру всей массы пива до 0...2 °С, что обеспечивает оптимальные условия для его осветления.
После отвода дрожжей проводят при необходимости карбонизацию пива, продуванием сквозь него диоксида углерода.
Продолжительность процесса в цилиндроконическом аппарате 47 существенно сокращена по сравнению с резервуарными аппаратами 42, 44 и 45. Она, прежде всего, зависит от концентрации сухих веществ в сусле. Общая продолжительность брожения и дображивания пива для сусла с экстрактивностью 11 % до 12... 14 сут, для 12 % - до 18.. .20, для 13 % - до 22.. .25 сут.
Созревшее пиво осветляют на кизельгуровом фильтре 48, иногда дополнительно подвергают тонкому обеспложивающему фильтрованию в фильтре 49 и собирают в сборник 50 готового пива.
Комплекс оборудования для фасования пива в потребительскую и торговую тару работает следующим образом. Автопогрузчик 51 подает пакеты с пустыми бутылками в пакеторасформировывающую машину 52 и машину для выемки бутылок 53. Далее с помощью системы конвейеров пустые бутылки через световой экран загружаются в бутылкомоечную машину 54. Качество мойки контролируют в инспекционной машине 55. Бутылки заполняются пивом в фасовочной машине 56 и укупориваются в машине 57. Контроль заполнения и укупорки бутылок осуществляют во второй инспекционной машине 58, а затем наносят этикетку и оформляют бутылки в этикетировочной машине 59. После этого бутылки укладывают в ящики в машине 60, формируют пакеты в машине 61 и направляют эти пакеты автопогрузчиком 62 в экспедицию. При реализации свежего пива без продолжительного хранения нефильтрованное созревшее пиво загружают в мерный сосуд 63 для дозированной подачи в автоцистерны 64 или другие специальные емкости.