1. Охлаждениеи осветление пивного сусла. Физико-химические процессы при осветлении иохлаждении
Цельюохлаждения и осветления сусла является:
-понижениетемпературы;
-насыщениесусла кислородом воздуха;
-осаждениевзвешенных частиц сусла.
Взависимости от методов ведения брожения (низовое, верховое) сусло охлаждают до6–7 или 14–16°С.
При кипячении из суслаполностью выделяется воздух. Поэтому в горячем охмеленном сусле отсутствует кислород, в нем содержатсягрубые взвеси, которые образовались при кипячении его с хмелем. Размервзвешенных частиц может составлять от 30 до 80 мкм. Если от них не избавиться,они могут затруднить последующую фильтрацию пива или, что еще хуже, осесть приброжении на стенках дрожжевых клеток – «оклеить», «облепить»их, т.е. нарушить их проницаемость, затрудняя диффузию сахаров в клетку. В этомслучае брожение может ухудшиться или совсем затухнуть. Наличие взвесейотрицательно влияет на дображивание пива и коллоидную стойкость готовогопродукта. К тому же дрожжи для осуществления брожения нуждаются в определенномколичестве кислорода.
Уже при проходе черезхмелеотделитель из горячего сусла удаляется значительная масса свернувшихсябелков. Белковые вещества, находящиеся в сусле в виде тонких взвесей, спонижением температуры выделяются в виде сырой илистой массы. Сусло насыщаетсякислородом, что благоприятствует нормальному размножению дрожжей и полномувыделению коагулируемых белков.
Полное осветление суслапри охлаждении устраняет трудности, возникающие при осветлении сусла в процессеглавного брожения, а также предотвращает развитие диких дрожжей, помутнение иинфицирование пива. В процессе охлаждения сусло необходимо предохранять отконтаминации, из-за которой резко снижается качество пива. Степень контаминациизависит не только от зараженности воздуха, но и от продолжительности охлаждения.При медленном охлаждении сусло инфицируется в большей степени.
Микроорганизмывоздуха находят в сусле превосходные условия для развития, быстро размножаютсяи портят сусло. Пока сусло находится при высокой температуре, эта опасностьневелика, так как микроорганизмы или погибают, или сильно ослабевают. Но кактолько сусло достигнет температуры около 50°С, опасность контаминации суслаувеличивается, поскольку эти «средние» температуры как раз наиболееблагоприятны для развития многих микроорганизмов.
Физико-химическиепроцессы при охлаждении и осветлении сусла
В сусле остаютсяскоагулированные белки, которые находятся в состоянии грубого осадка и тонкихвзвесей (суспензий). При понижении температуры они осаждаются. Горячее сусло,соприкасаясь с кислородом воздуха, увеличивает свой окислительный потенциал,что приводит к коагуляции и осаждению белков. Крупные взвеси осаждаются напротяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется приснижении температуры до 6–7°С.
Грубый осадок адсорбируетв значительных количествах железо, медь и другие тяжелые металлы и тем самымпредохраняет от их вредного действия дрожжи и пиво, в котором они могут бытьпричиной коллоидного помутнения.
С понижением температуры(ниже 60°С) прежде прозрачное сусло начинает мутнеть. Часть веществ, которыехорошо растворялись в горячем сусле, становятся нерастворимыми и выделяются вхолодном сусле. Наступающее помутнение обусловлено наличием мельчайших частицдиаметром примерно 0,5 мкм. Тонкий осадок на 35% состоит из дубильных веществ ина 65% из β-глобулина.
Особенно важно выделитьиз сусла белково-дубильные соединения. Если белково-дубильные соединенияостаются в сусле, поступающем на брожение, то сусло приобретает опалесцирующийили мутный вид. При попадании этих соединений в аппараты дображивания в пивевозникает помутнение, которое трудно устранить.
Суслопоглощает кислород физическим и химическим путем. Растворение кислороданачинается с понижения температуры сусла. Кислород растворяется до достижениянасыщения. Физическое связывание кислорода наиболее эффективно проходит:
-принизкой температуре;
-слабойконцентрации сусла;
-перемешивании;
-тонкомслое его.
Химическое связываниекислорода осуществляется, главным образом, при высоких температурах изатрачивается на окисление органических веществ. Химическое связываниекислорода зависит от:
-температуры – при высоких температурах (около85°С) химически связывается в 2 раза большее количество кислорода, чем притемпературе около 45°С;
-от концентрации сусла – при более высоких температурахменее концентрированное сусло (9–11%) поглощает почти столько же кислорода,сколько и концентрированное (14–16%); при средних температурах (около 45°С)менее концентрированное сусло поглощает кислорода значительно меньше, чемконцентрированное; чем движение сусла интенсивнее, тем больше связываетсякислород.
Происходящее во времяохлаждения химическое связывание кислорода не очень велико, гораздо меньше, чемв процессе кипячения сусла с хмелем. При высоких температурах кислород расходуется на окислениеорганических веществ (мальтозы, глюкозы, фруктозы, азотистых соединений,горьких веществ и хмелевых смол, танина). При окислении глюкозы образуетсяглюконовая кислота, при окислении фруктозы – муравьиная, щавелевая и виннаякислоты. В течение 1ч 1дм3 сусла способен химически связать 6,4 мгкислорода.
Ниже40°С практически никакого окисления в сусле не происходит. Вследствиеокислительных процессов сусло становится несколько темнее, а хмелевой аромат ихмелевая горечь значительно ослабляются, что особенно нежелательно приприготовлении сусла для светлых сортов пива.
Растворение кислорода,необходимого для дрожжей, возможно лишь при низкой температуре, в сусле ононачинается с температуры ниже 40°С.
Сусло с температурой20–40оС является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры,так как эти условия наиболее оптимальны для размножения вредных для пивамикроорганизмов (сарцин, уксуснокислых, молочнокислых и др. бактерий). Приброжении, когда в сусло будут введены дрожжи, возможность инфицированияуменьшается. Для предотвращения инфицирования сусло нужно быстро охладить доустановочной, начальной температуры брожения 6–7°С.
Охлаждение сусласопровождается испарением некоторого количества воды, что приводит к уменьшениюего объема и повышению концентрации.
Начальная концентрацияохлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствоватьвиду пива.
Физическое поглощениекислорода по время охлаждения довольно значительное и зависит от тех жефакторов, что и химическое связывание: от температуры – с понижением температурыувеличивается способность поглощения; от концентрации сусла – менееконцентрированное сусло поглощает больше кислорода, чем болееконцентрированное; от интенсивности движения сусла – чем эффективнее перемешиваниесусла, тем сильнее физическое связывание кислорода (перемешивание большеспособствует поглощению, чем продолжительное продувание воздуха над суслом); отвысоты слоя сусла – чем тоньше слой, тем сильнее физическое связываниекислорода.
Количествофизически связанного кислорода увеличивается в сусле по пути к бродильномуотделению, в результате смешивания его с воздухом, находящимся в трубах, идальнейшего растворения его в сусле в бродильных аппаратах. Кислород необходимдля брожения. Чем больше обогащается им сусло, тем интенсивнее размножениедрожжей и тем выше степень сбраживания.
Выделениевзвесей. Непосредственно после фильтрования сусло сравнительно прозрачно, нопри кипячении оно снова становится мутным. В нем выделяются свертывающиеся отнагревания белки в виде более или менее крупных хлопьев; по окончании кипячениясусло становится опять сравнительно прозрачным, вернувшиеся белки задерживаютсявместе с остатками хмеля при его отделении от сусла.
Приохлаждении наряду с белками тонкой взвеси выпадают и другие вещества. Причинойих выделения являются изменение температуры и вызванное этим изменениерастворимости. Это относится к горьким хмелевым веществам, которые послеперехода их во время кипячения в смолы находятся в горячем сусле в виде пересыщенногораствора, в связи с чем при охлаждении они должны выделяться в осадок.
В зависимости от способоввнесения хмеля, степени кипячения и кислотности сусла, количество горькихвеществ, выпадающих вместе с отстоем в осадок в виде адсорбированных соединений,может достигать 20–60%имеющихся в хмеле горьких веществ. Провести охлаждение необходимо такимобразом, чтобы добиться полного выделения всех этих веществ. Особенно важновыделить в виде крупных хлопьев соединения белков с дубильными веществами.
Грубый осадок состоит избелковых веществ (50–60%),хмелевых смол, других органических веществ, особенно флобафена (20–30%), изольных веществ (3–30%). В золу осадка входят ангидриды кремниевой (18–34%) ифосфорной (7–34%) кислот, оксид меди (13–37%), оксида железа (17–18%), оксидалюминия (1,8–21%) и оксид кальция (3,6–15%). С грубым осадком в значительныхколичествах адсорбируются железо, медь и другие тяжелые металлы, чтопредохраняет дрожжи и пиво от их вредного действия. В пиве содержание металловможет стать причиной коллоидного помутнения.
2. Способы итехнологические режимы сушки солода. Основные факторы, влияющие на скоростьсушки и качество солода
Основные факторы,влияющие на скорость сушки и качество солода.
Влажность солода впроцессе сушки снижается с 44—46 до 3,5—4,5%. Такое количество влаги должнобыть удалено при сушке светлого солода за 24, а темного за 48 ч.
Физически процессудаления влаги состоит из трех стадий:; стадия свободной влаги с нижнимпределом около 20%, промежуточная стадия, находящаяся между 20 и 12%, и стадиясвязанной влаги — ниже 12%. При сушке солода влага (свыше 12%) испаряетсясвободно, для удаления же связанной влаги требуются высокие температуры.
Существенными физическимифакторами, влияющими на процесс сушки солода, являются количество влаги,которую необходимо удалить из солода, а также температура, влажность иколичество воздуха, вводимого и удаляемого из сушилки.
Повышение температуры привысокой еще влажности сначала вызывает усиление активности ферментов, врезультате чего накапливаются продукты гидролиза веществ зерна. При дальнейшемповышении температуры (выше 60° С) происходит инактивация ферментов вследствиеденатурации и коагуляции их белков.
Для ускорения процессасушки солода, т. е. для достижения такого содержания влаги, при которомповышение температуры не оказывает губительного влияния на ферментативнуюактивность, необходимо увеличение объема воздуха, проходящего через слойсолода, в результате чего достигается быстрое обезвоживание солода присравнительно низких температурах. После этого повышение температуры во второйстадии сушки до 75— 85° С уже не оказывает заметного действия на ферментативнуюактивность солода.
Способы и технологическиережимы сушки солода. Для сушки солода применяют различные солодосушилкипериодического и непрерывного действия. В качестве сушильного агента применяютлибо нагретый в калорифере чистый воздух, либо смесь холодного воздуха стопочными газами. Сушилки с калорифером называют воздушными, а бескалориферные,работающие на смеcи воздуха стопочными газами,— сушилками с непосредственным обогревом.
В воздушных сушилкахтопочные газы не соприкасаются с высушиваемым солодом, и поэтому сжигаемоетопливо может быть любого состава. В сушилках же с непосредственным обогревом ктопливу предъявляются высокие требования: топочные газы не должны иметьпосторонних запахов и взвешенных твердых частиц. Поэтому в топках сушилок снепосредственным обогревом сжигают природный газ, жидкое топливо, кокс инекоторые сорта высококачественного антрацита.
Наиболее распространеныгоризонтальные двух- и трехъярусные сушилки.
Двухъярусная (рис.1.)сушилка представляет собой прямоугольное или квадратное высокое здание. Нанижнем этаже находится топка 10, на втором этаже — тепловая камера 9, в которойрасполагается калорифер. В полу тепловой камеры устроены круглые отверстия 11 (воздушныеканалы), а в стенах — каналы 5 для поступления наружного холодного воздуха. Натретьем этаже расположена камера 7, в которой теплый воздух смешивается схолодным, поступающим из воздушной камеры 12; посредством такого смешиванияможно регулировать температуру воздуха. В полу камеры смешивания установленыкороткие железные трубы для прохода воздуха, закрытые колпаками 8, которыепредотвращают попадание солодовых ростков в тепловую камеру.
Над камерой смешивания(на четвертом этаже) располагается нижняя решетка 6, а над ней (на пятомэтаже)—верхняя решетка 4. Сушилка заканчивается сводом, из наиболее высокойточки которого поднимается вытяжная труба 1 для удаления влажного воздуха. Чтобыувеличить тягу в трубе, в нее выводится дымоход от топки. С этой же целью ввытяжной трубе устанавливается вентилятор 2. Под вытяжной трубой подвешиваетсяна противовесах зонт 3, который предохраняет верхнюю решетку от попадания нанее атмосферных осадков и служит для регулирования тяги.
/>
Рис.1.-Схемагоризонтальной двухъярусной сушилки.
Свежепроросший солодсначала загружается ровным слоем на верхнюю решетку, где происходит удалениеглавной массы влаги, т. е. осуществляется стадия подвяливания. Дляокончательного высушивания и нагревания до более высоких температур солод сверхней решетки сбрасывают на нижнюю через люки, открываемые и закрываемые состороны нижней решетки. Для равномерного высушивания и нагревания солод нарешетках периодически перемешивается механическими ворошителями 13. Горячийсухой воздух из тепловой камеры поступает сначала в камеру смешивания, а затемпоследовательно проходит через нижнюю и верхнюю решетки и через вытяжную трубууходит в атмосферу.
Трехъяруснаягоризонтальная сушилка аналогична по устройству двухъярусной и отличается отнее лишь наличием третьей решетки.
В последнее время сталиприменяться горизонтальные одноярусные сушилки с опрокидывающейся решеткой.Солод в такой сушилке сушится без перемешивания, высота слоя достигает 1 м,продолжительность сушки светлого солода составляет 18—20 ч. Такие сушилки болееэкономичны
В Латвийскойсельскохозяйственной академии (ЛСХА) разработана вертикальная солодосушилканепрерывного действия (рис.2.), нашедшая широкое применение на заводах.
/>
Рис.2.-Схемасолодосушилки ЛСХА непрерывного действия.
Солодосушилка ЛСХАсостоит из приемного бункера для свежепроросшего солода 1, двух загрузочныхшахт 2, двух сушильных шахт 4, заключенных в корпус 6, двух разгрузочных шахт 10,двух пар разгрузочных вальцов 11 и приемного бункера 12 для сухого солода сошнековым транспортером 13 для подачи солода на дальнейшую обработку. По бокам имежду сушильными шахтами размещены каналы для прохода теплоносителя. В среднемвоздушном канале имеются по две сплошные перегородки, а в боковых каналах 8 —по одной. Эти перегородки делят сушилку на четыре зоны и служат для изменениянаправления движения теплоноситeля. В нижнюю часть сушилки подается теплыйвоздух. При прохождении через слой солода теплый воздух смешивается с холодным,который подается через каналы 5, 7. Отработанный воздух удаляется из сушилкичерез канал 3. Нижняя зона (IV)обогревается воздухом температурой 80—85° С, средние (III—II)—60—65° С, верхняя (I) — 28—40° С.
Шахты сушилкитрапецеидальной формы, с незначительным расширением книзу, что устраняетвозможность зависания в них солода.
Свежепроросший солодзагружают в приемный бункер 1, который одновременно является и камеройподвяливания, где солод непрерывно продувается теплым воздухом, поступающим поканалу 9. Через загрузочные шахты 2 солод поступает самотеком в сушильные шахты4. При продвижении вниз солод продувается теплым воздухом и постепенно теряетвлагу. Сухой солод непрерывно удаляется из шахты 10 с помощью разгрузочноговальцового механизма 11 в приемный бункер 12, откуда шнеком 13 направляется кросткоотбивной машине. Такие температурные режимы и интенсивная обработка(продувка) солода сушильным агентом позволили сократить длительность сушкисолода до 10—12 ч.
Непрерывно действующиесушилки более экономичны и производительны, чем периодические, кроме того,непрерывность работы дает возможность упростить контроль и полностьюавтоматизировать процесс.
3. Технология получения спирта из мелассы
пивнойсусло солод спирт меласса
Принципиальная технологическая схема производства спирта из мелассы
/>
Мелассу из резервуаровподают насосом в сборники на весах. Взвешенная меласса поступает в смеситель,где смешивается с серной или соляной кислотой, ортофосфорной кислотой или диаммонийфосфатоми антисептиком, которые подаются из сборников-дозаторов.
Если сбраживаниемелассного сусла однопоточное, то все вспомогательные материалы смешивают совсем количеством мелассы, поступающим в производство; если же предусматриваетсядвухпоточное сбраживание мелассного сусла, то вспомогательные материалы вносяттолько в ту часть мелассы, которая предназначена для приготовления дрожжевогомелассного сусла.
Мелассным суслом называютмелассу, разбавленную водой с добавлением питательных веществ, кислот и антисептиков,а дрожжевым мелассным суслом — сусло с содержанием 12% сухих веществ,предназначенное для размножения дрожжей.
Различают одно- идвухпоточное брожение мелассного сусла. Однопоточное брожение мелассного суслаосуществляется в одном потоке с размножением дрожжей на этом же сусле,двухпоточное брожение мелассного сусла осуществляется в двух потоках:сбраживание основного мелассного сусла и дрожжевого мелассного сусла, которыесмешиваются при поступлении в бродильную батарею.
Основное мелассное суслос содержанием 32% сухих веществ приготавливают при двухпоточном способеброжения.
Производственные дрожжиготовят на мелассном сусле с концентрацией сухих веществ 20—22% в случаеоднопоточного сбраживания или на дрожжевом мелассном сусле при двухпоточномсбраживании мелассного сусла. Для более интенсивного размножения дрожжей сусло непрерывноаэрируют сжатым
воздухом.
Чистую культуру дрожжейразводят в специальных аппаратах чистой культуры (АЧК) и вводят в мелассноесусло периодически — после стерилизации дрожжегенераторов, через 3— 10 дней взависимости от условий производства.
Производственные дрожжинепрерывно поступают из дрожжегенераторов в головной аппарат бродильнойбатареи, куда также одновременно подают основное мелассное сусло придвухпоточном брожении. Брожение продолжается в течение 18—20 ч; при температуре28—30° С.
Зрелая бражкаподвергается брагоректификации — разделению на ректификованный этиловый спирт,примеси и барду путем противоточного взаимодействия потоков пара, зрелой бражкии полупродуктов ректификации.
Производство спирта измелассы включает следующие основные технологические стадии: 1) подготовкамелассы к сбраживанию; 2) приготовление чистых культур дрожжей; 3)приготовление производственных дрожжей; 4) сбраживание мелассного сусла; 5)брагоректификация.
Литература
1.ВеликаяЕ.И. Лабораторный практикум по курсу общей технологии бродильных производств /Е.И. Великая, В.К. Суходол- М.: Пищевая промышленность, 1983. -312 с.
2. КосминскийГ.И. Технология солода, пива и безалкогольных напитков. Лабораторный практикумпо технохимическому контролю производств / Г.И. Косминский. — Минск.: ДизайнПРО. 1998. — 352с.
3. МальцевП.М. Технология бродильных производств / П.М. Мальцев П.М.: Пи-щепромиздат.1980. — 560 с.
4. Технологиясолода, пива и безалкогольных напитков / К.А. Калунянц и др. — М,: Колос,1992.-446 с.
5.Химико-технологическийконтроль производства солода и пива. / Под ред. П.М. Мальцева. — М… Пищеваяпромышленность, 1975. -446с.
6. ЯромичЛ.П. Технология виноделия: Конспект лекций / Л.П. Яромич Л.П. — Могилев. МГУП.2006.-244с.