CC BY
35
Классификация методов фильтрования заторной массы
1Е.В. Ильина, Ю.А. Калошин
Московский государственный университет технологий и управления
Процесс фильтрования заторной массы при приготовлении пивного сусла в варочном агрегате можно классифицировать по способам разделения и по видам применяемого оборудования (см. схему).
Один из важнейших и наименее изученных процессов при приготовлении пивного сусла — фильтрование затора.
Процесс фильтрования осахаренно-го затора протекает в два этапа: отделение жидкой фазы (1-го сусла) от твердой фазы (дробины) и промывка (выщелачивание) оставшейся твердой фазы с целью максимального извлечения экстрактивных веществ.
Первый этап — механический процесс отделения жидкой фазы через слой твердой фазы с помощью сетчатой перегородки. Основные факторы, влияющие на скорость истечения пивного сусла, описываются уравнением Пуазейля:
v = ш 4p/8цl,
где v — скорость вытекания сусла, м/с; г — радиус капилляров слоя дробины, м; p — давление, Н/м2; l — длина капилляров слоя дробины, м; п — вязкость жидкости, Н-с/м2.
Следовательно, большое значение имеют свойства дробины, формирующие длину и радиус капилляров, а именно: состав фракционного помола, высота слоя, равномерность его распределения. В последнее время ведут-
ся интенсивные исследования по изучению влияния структуры, характера и толщины слоя дробины на скорость фильтрования и качество фильтра.
Установлены прямо пропорциональная зависимость между скоростью фильтрования и увеличением размера частиц с пористостью слоя дробины и обратно пропорциональная зависимость между скоростью сбора сусла и уменьшением способности к сжатию слоя дробины.
Учитывая основное влияние фракционного состава помола зернопродук-тов, предлагается компромиссное решение между хорошими фильтрующими свойствами дробины и высоким выходом экстракта при затирании. Так, увеличение доли шелухи и крупной крупки помола увеличит скорость фильтрования, но снизит выход экстракта.
В заторах с большим процентом мелких частиц отделение первого сусла замедленно, что обусловлено физическим влиянием частиц, блокирующих фильтрующий слой.
В настоящее время в практике пивоварения оптимальная высота слоя дробины при фильтровании с использованием фильтр-чана составляет 30-40 см.
Скорость сбора первого сусла зависит также от величины удельной нагрузки на 1 м2 и общей площади живого сечения сетчатой перегородки.
Для успешного проведения фильтрования затора большое значение имеет температура. Установлено, что при высокой температуре дробина лежит
более рыхлым слоем, что ускоряет фильтрование. С повышением температуры уменьшается вязкость, однако значение температуры не должно превышать 76...80°С из-за необходимости сохранения активности а-амилазы для получения полностью осахаренно-го пивного затора.
Важен и химический состав жидкой фазы, также определяющей ее вязкость. Показано, что увеличение вязкости конгресного сусла на 0,1 сП приводит к удлинению процесса фильтрования на 10 мин. В этом случае доминирующая роль принадлежит Р-глюка-ну и белковым веществам.
Многочисленные научно-исследовательские работы посвящены изучению состава и влияния «верхнего теста» на процесс фильтрования. «Верхнее тесто» представляет собой массу белков с тонкими обрывками оболочек, состоящую из двух слоев: нижнего — клейковидного и верхнего слоя — свернувшихся белков, которые осаждаются весьма медленно. По современным данным, «верхнее тесто» богато липидами, полифенолами, металлами. При правильном ведении процесса фильтрования оно должно полностью удерживаться на дробине, тем самым предотвращая закупоривание ее капилляров. Следует отметить, что теоретически процесс сбора первого сусла еще недостаточно изучен, существует немало спорных положений, требующих более глубокого и детального изучения.
Цель выщелачивания — извлечение растворимых веществ дробины, оставшихся в ней после сбора первого сусла и соединение их с первым суслом. На выщелачивание дробины оказывают влияние следующие факторы: качество солода, фракционный состав помола, растворяющая способность воды, прежде всего ее солевой состав и рН, равномерность и поверхность контакта дробины с водой, скорость сбора промывных вод.
При большой разнице в выходе экстракта тонкого и грубого помолов солода (более 3 %) с применением несоложеных материалов необходимо найти оптимальное соотношение между фильтрующими свойствами дробины и выходом экстракта. Однако пока нет аналитических критериев, предсказывающих фильтруемость, поэтому трудно улучшить процесс фильтрования в зависимости от используемой смеси солодов. Тем не менее показано, что смешиванием плохого и хорошего солода в определенных пропорциях можно добиться значительного улучшения фильтруемости.
Установлено значительное влияние рН на скорость фильтрования, обуслов-
Фильтрование заторной массы
Фильтрация
1
Фильтр-чан
Фильтр-пресс
Центрифугирование
Экстрагирование
Центрифуга
Экстрактор
Классификация процесса фильтрования заторной массы
ПИ]
шшитсиу 5.
2005
ленное тем, что набухание веществ дробины, являющихся коллоидными системами, происходит по-разному при различных величинах рН. Для фильтрования первого сусла наиболее благоприятен рН 5,5; повышение рН сопровождается замедлением фильтрования.
Высокое значение рН стимулирует выщелачивание кремниевой кислоты и окисление дубильных веществ, что оказывает отрицательное влияние как на скорость фильтрования, так и на вкус и цвет пива.
Карбонатные воды повышают растворимость общего азота и особенно фракций, осаждаемых сульфатом магния, усиливают растворение полифе-нольных и горьких веществ из оболочки, т.е. всех компонентов, неблагоприятно влияющих на стойкость, вкус и цвет пива. Щелочные бикарбонаты, содержащиеся в воде, оказывают пепти-зирующее действие на коллоиды, ведущие к закупориванию каналов фильтрующего слоя дробины, т.е. к замедлению фильтрования.
Процесс выщелачивания при применении бикарбонатной воды удлиняется с 1,7 до 3 ч по сравнению с выщелачиванием кондиционированной водой.
Применение нейтральной или кислой воды позволяет извлечь значительно меньше белковых веществ и кремневой кислоты, при этом окраска промывных вод будет иметь другой оттенок, нежели при использовании щелочной воды. Готовое сусло имеет нормальный цвет, а пиво приятный вкус.
Для выщелачивания дробины целесообразно применять воду с карбонатной жесткостью 2,15 мгэкв/л, причем рН сусла после его полного набора изменяется с 5,8 до 6,49, что коррелирует с вышеприведенными данными.
При фильтровании происходят и окислительные процессы, отрицательно влияющие на качество сусла. Окислительные процессы протекают тем быстрее, чем выше рН. Во избежание этого необходимо дробину при выщелачивании держать под слоем теплой воды (75 °С).
Установленный факт — зависимость количества промывных вод и длительности выщелачивания от консистенции затора. Чем гуще затор, экстрактивнее первое сусло, тем больше требуется промывных вод. С другой стороны, следует учитывать, что пиво, приготовленное с небольшим количеством промывной воды, обладает более приятным и
легким вкусом, чем пиво с использованием большого количества выщелачиваемой воды.
Для ускорения фильтрования допускается несколько повышенная мутность отфильтрованного сусла, которая, главным образом, стремится ускорить процесс отделения пивного сусла от дробины.
Процесс разделения осахариваемого затора и выщелачивания дробины — самый трудоемкий и длительный в общем цикле приготовления пивного сусла, поэтому поиск наиболее эффективных конструкций, режимов и способов представляет актуальную проблему для современного пивоварения. При этом многие принятые теоретические положения по этому вопросу спорные и в настоящее время пересматриваются или дополняются.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калунянц К.А., Яровенко В.Ли др. Технология солода, пива и безалкогольных напитков. — М.: Колос, 1992.
2. ТихомировВ.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств. — М.: Колос. 1999.
3. Ермолаева Г.А., Колчева Р.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. — М.: Изд. центр «Академия», 2000. (¡¡¡¡н.
5•2005
