CC BY
532
СЬ ~ру Основные процессы пивоварения
Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки» ¡997-2003 гг.
Способы дробления солода на современных пивзаводах
1Г.А. Ермолаева
Московский государственный университет пищевых производств
Главный этап приготовления сусла — затирание зернопродуктов, в результате чего получают пивное сусло, от которого в большой степени зависит качество пива. Цель затирания — перевод в водный раствор веществ зерно-продуктов — биополимеров, к которым относятся полисахариды, белковые и другие вещества. Экстрактивные вещества переходят в раствор под действием ферментов солода. Для успешного проведения перевода экстрактивных веществ в раствор необходимо правильно измельчить (раздробить) зерновое сырье с тем, чтобы обеспечить лучший выход экстракта. От правильно проведенного затирания зависят продолжительность осахаривания, скорость фильтрования затора, выход экстракта, степень сбраживания, вкус и цветность пива.
Чтобы полнее экстрагировать из солода экстрактивные вещества, его измельчают. Зерно ячменного солода покрыто оболочкой (шелуха), ухудшающей вкус пива, но являющейся хорошим фильтрующим материалом при фильтровании затора. Поэтому при дроблении солод не размалывают, а раздавливают, сохраняя оболочку зерна почти без разрушения, а из эндосперма стараются получить максимальное количество мелкой однородной крупки. Высокое содержание муки и измельченной оболочки зерна в помоле затрудняет фильтрование затора вследствие низкой пористости фильтрующего слоя.
Излишнее измельчение зернового сырья нежелательно, так как дробление — энергоемкий процесс, и излишние затраты энергии не нужны. Кроме того, избыточное измельчение оболочки приводит к выщелачиванию фенольных веществ и снижению коллоидной стойкости пива.
Степень измельчения и необходимость регулирования процесса дробления определяют, исходя из режима приготовления сусла. Если технологом выбран продолжительный процесс затирания с большим количеством пауз, то меньшее значение имеет фракционный состав помола. При настойном или других интенсивных способах затирания
необходим мелкий состав помола. Подходит ли он для выбранного способа затирания, можно судить по йодной пробе сусла и выходу экстракта. Желательно предварительно провести затирание в лабораторных условиях.
Для правильного дробления важны как работа самой дробилки, так и непрерывность и продолжительность поступления зерна в дробилку. Также имеют большое значение место и продолжительность хранения размолотого зерна.
Работу дробилок важно регулировать; сита дробилок следует периодически вынимать и чистить, иначе забившиеся сита дадут неправильный рассев, что ухудшит состав помола; вальцы должны быть параллельны и горизонтальны. Следует осуществлять контроль над износом вальцов в их средней части. Кроме того, следует обратить внимание на режим поступления солода в дробилку: на правильную и четкую работу весов — интервалы между отвесами не должны быть большими, иначе выход экстракта в варочном цехе может сильно отличаться от теоретического.
Продолжительность дробления небольшая — все количество солода на одну варку должно быть измельчено за 1,5-2 ч, а степень измельчения зернового сырья обеспечивает продолжительность фильтрования затора 1,5 ч.
При регулировании скорости вращения вальцов и расстояния между ними следует также учитывать то обстоятельство, что твердость мучнистой части зерна неоднородна. Твердые кончики зерна при помоле дают крупку, а хорошо разрыхленная центральная часть эндосперма и вблизи зародыша образует муку и мелкую крупку. При большем содержании муки и мелкой крупки в помоле меньше пористость фильтрующего слоя и ниже фильтруе-мость сусла при фильтровании затора в фильтр-чане [1].
Солод с сильным растворением и низкой влажностью следует дробить крупнее. Также получают более крупный помол при интенсивных способах затирания, если предыдущие заторы из этого солода имели большую продолжитель-
ность фильтрования. И наоборот — для мелкого солода, т. е. оптимальный помол солода и несоложеного зерна должен обеспечить максимально возможный выход экстракта и достаточно высокую скорость фильтрования сусла.
При расчете и выборе оборудования варочного отделения учитывают, что 100 кг солода занимают объем 170-180 дм3 и дают 270 дм3 помола для фильтр-чана, 220 дм3 помола для фильтр-пресса, или 200 дм3 грубого помола, 150 дм3 тонкого помола, 100 дм3 муки; 200 дм3 дробины в фильтр-чане или 120-140 дм3 дробины в фильтр-прессе [5].
Состав помола зависит от качества солода, способов его затирания и фильтрования затора. В процессе переработки солода хорошего качества при фильтровании затора в фильтрационном аппарате рекомендуется следующий состав дробленого солода (% к его массе): шелухи 15-18, крупной крупки 18-22, мелкой крупки 30-35, муки 25-35. Для фильтрования затора на фильтр-прессе (майшфильтр), где фильтрующей основой служат фильтровальные пластины, рекомендуется помол с большим содержанием мелких фракций: шелухи 9-12 %, крупной крупки 12-15, мелкой крупки 30-35, муки 40-45 %. Естественно, что в помоле не должно быть целых зерен.
Оборудование дробильного отделения. На пивоваренных заводах солод измельчают на четырех- и шести-вальцовых дробилках, работающих с одинаковой частотой вращения вальцов (иногда соотношение окружных скоростей вращения вальцов составляет 1,25:1). В этих дробилках происходит только раздавливание (раскалывание) зерен солода. Дроблению подвергают в основном сухой солод, обрабатывая его последовательно на двух или трех парах вальцов, диаметр которых должен быть не менее 25 см. При меньшем размере угол захвата небольшой, вследствие чего снижается производительность дробилки [5].
Для дробилок средней производительности на каждые 100 мм длины вальцов приходится 100-150 кг для двухвальцо-вых солододробилок и 200-300 кг — для четырехвальцовых дробилок измельчаемого солода [3].
Основные рабочие органы четырех-вальцовой дробилки — две пары вальцов и плоские сита.
Солод, раздробленный на верхней паре вальцов, поступает на колеблющиеся сита, с помощью которых (в зависимости от качества солода) можно по-разному направить продукты размола: при переработке хорошо растворенного солода на вторую пару вальцов подается шелуха, а крупка и мука выходят из дробилки, минуя их. При переработке твер-
..................
'4•2004
дого стекловидного солода на повторный размол идет крупка.
Шестивальцовая дробилка обеспечивает лучшее измельчение солода и дает возможность получить максимальный выход экстракта при применении сухого дробления. Последовательное дробление солода на трех парах вальцов дает удовлетворительный выход экстракта даже при обработке плохо растворенного и стекловидного солода.
В шестивальцовой дробилке на верхней паре вальцов солод подвергается предварительному дроблению и затем попадает на колеблющиеся сита. Дробленый солод первыми ситами разделяется на три фракции: мука проходит сквозь оба сита и по плоскостям направляется в бункер; крупка задерживается ситом и затем поступает на вторые сита. Шелуха, в которой еще содержатся частицы мучнистого тела, сходит с верхнего сита и идет на вторую пару вальцов. Размолотая повторно, она снова разделяется на ситах на три фракции: чистая шелуха по ситу сходит в бункер; крупная крупка проходит сквозь сито, соединяется с крупкой, полученной при дроблении солода на первой паре вальцов, и направляется на третью пару вальцов, снабженных разделительной перегородкой; мелкая крупка и мука проходят сквозь сито и по плоскости направляются в бункер. То есть на первой паре вальцов шести-вальцовой дробилки осуществляют предварительное дробление, на второй паре отделяют плодовую оболочку, на третьей паре получают крупку. На ситах, расположенных между первой и второй, второй и третьей парами вальцов, разделяют фракции помола.
Пробы дробленого солода отбирают выдвижным лотком, установленным в желобе.
Вальцы верхней и средней пар имеют гладкую поверхность и вращаются с одинаковой окружной скоростью, благодаря чему солод, а затем шелуха подвергаются только сжатию, но не растиранию. Нижняя пара вальцов рифленая и предназначена для раскалывания крупки [1].
Необходимое соотношение фракций помола достигается регулированием расстояния между вальцами. Примерный зазор между вальцами первой пары 1,2-1,4 мм, второй пары — 0,6-0,8 мм, третьей пары — 0,3-0,5 мм.
Сита периодически вынимают и прочищают, так как при их засорении получают неправильный рассев, что ухудшает состав помола и снижает производительность дробилки.
Существуют пятивальцовые дробилки [3], на которых один из вальцов участвует в предварительном дроблении и в отделении оболочек. Работает дро-
билка по тому же принципу, что и шес-тивальцовая.
Продолжительность дробления солода не соответствует времени затирания, поэтому между дробилкой и заторным аппаратом устанавливают промежуточный бункер для дробленого солода. Вместимость бункера принимают из расчета 3 м3 на 1 т солода.
На мини-пивоваренных заводах применяют двухвальцовые дробилки, которые проще устроены, легки в обслуживании, меньше расходуют электроэнергии, но дают более грубый помол, что затем снижает выход экстракта из солода на 1-2 %. Следует следить за тем, чтобы солод подавался равномерно на всю ширину вальцов с нагрузкой 15-20 кг солода на 1 см длины вальца в час и частота вращения составляла 160-180 мин-1 [5].
Следует учитывать, что образующаяся при дроблении зерновая пыль взрывоопасна, поэтому необходимо удалить все источники образования искр: металлические предметы, электрощитки. Солодовой пыли образуется приблизительно 0,5-1,3%. На малых предприятиях эту пыль можно собирать в мешки и добавлять в затор, так как в ней много экстрактивных веществ. Но из-за опасности окисления и микробиологического заражения хранить ее долго нельзя.
У старых дробилок сухого измельчения нестабильно получение оптимального помола солода, значительны энергозатраты, существуют взрывоопасность и необходимость периодической замены валков.
На некоторых предприятиях применяют способ дробления увлажненного солода для сохранения целостности оболочки зерна и получения в фильтрационном аппарате более пористого фильтрующего слоя.
Для повышения эластичности оболочки солод перед дроблением увлажняют водой. Дробление проводят на двух-вальцовой мельнице. В этом случае в отличие от сухого дробления на двухваль-цовой дробилке возможно получение оптимального помола для хорошего выхода экстракта.
Над мельницей установлен бункер, предназначенный для увлажнения сухого солода водой температурой 35...50 °С, подаваемой через водораспределительное кольцо. Мельница имеет два рабочих рифленых вальца, питающий и дисковые валики.
Процесс увлажнения и дробления солода проводят следующим образом. Определенное количество очищенного солода загружают в бункер, через кольцо подают в него воду и одновременно включают насос и вальцы. Как только количество воды достигнет 75 дм3 на 100 кг солода, подачу ее прекращают и
в течение примерно 20 мин насосом перекачивают воду по замкнутому контуру: из корпуса мельницы в бункер. За это время солод увлажняется до 28-32 %, его объем увеличивается на 35-40 %. Затем замочную воду перекачивают в заторный аппарат, а вальцы и насос останавливают и солод оставляют в покое для удаления остатков воды.
Для подачи замоченного солода на вальцы приводят во вращение питающий рифленый валик. Одновременно с пуском валика начинают вращаться рабочие вальцы, через вентиль подается теплая вода для орошения размолотого солода, и включаются в работу дисковые валики, которые при вращении отделяют шелуху от мучнистых частиц солода. Дробленый солод выгружается в бункер, расположенный над заторным аппаратом.
По окончании измельчения солода производят ополаскивание бункера и вальцового станка теплой водой, для чего открывают вентиль. Воду с остатками солода перекачивают в заторный аппарат [1].
На пивоваренных заводах, где солод перемещается пневмотранспортером, мельницы для мокрого помола не применяют, так как в солоде имеются битые зерна, которые при замачивании быстро увлажняются и затрудняют дробление (замазывают рифленые вальцы).
В последнее время на пивоваренных заводах все чаще стали использовать дробилки с предварительным кондиционированием солода. Стремление применять новые технологии и технологические приемы при реконструкции обусловило их установку, так как это приводит к повышению скорости фильтрования затора и улучшению качественных характеристик сусла.
Разработаны различные конструкции этих дробилок. Их относят к дробилкам кондиционированного мокрого дробления, а также к дробилкам мокрого дробления с мягким кондиционированием [4].
Если солод кратковременно увлажняется в специальном устройстве, размещенном перед системой дробления, то такие дробилки следует отнести к дробилкам кондиционированного дробления. Но если консистенция помола на выходе из дробилки представляет собой пульпу и расход воды составляет 0,7-1 м3 на 1 т солода, то это мокрое дробление. К этому типу дробилок можно отнести дробилки «УагюшШ». В них осуществляется не только увлажнение и дробление солода, но и первая стадия затирания — смешивание дробленого солода с водой, гомогенизация, корректировка рН затора, а также транспортирование его в заторный аппарат. Эти дробилки иногда называют «заторными автоматами». Но
4•2004 1
ЕШ
ШАШКИ
хотя они представляют новое поколение дробилок «мокрого помола», по технологической сущности они являют собой дробилки для кондиционированного дробления [4].
В них под парой вальцов с рифленой поверхностью находится пара скребков для отделения дробленого материала с их поверхности. В некоторых модификациях дробилок устанавливают дополнительную пару валков, что увеличивает производительность на 25 %. Температура воды 50...70°С, продолжительность увлажнения 60-120 с, межвалковый зазор 0,4-1,2 мм. Чем выше температура, тем грубее помол.
При увлажнении солод замачивается, затем влага удаляется с его поверхности, а влажность оболочки увеличивается до 18-22 %. После этого на затирание будет израсходовано 1,7-2,8 м3 воды на 1 т солода (в отличие от 3-4 м3 после сухого дробления).
Корректировку рН затора осуществляют подачей молочной кислоты в увлажняющую или герметизированную смесительную камеру дробилки. Засыпь зерна должна измельчаться в этой дробилке в течение 20-30 мин.
Преимущество дробилки в том, что отпадает необходимость в бункере для дробленого солода, конвейере для его транспортирования и предзаторнике; в 2-3 раза сокращается продолжительность измельчения засыпи; снижаются энергозатраты на дробление; исключается пылеобразование; обеспечивается целостность оболочки; можно увеличить засыпь [4].
Кондиционированноедробление предусматривает небольшое увлажнение паром в течение 1-2 мин или водой при 30...35 °С. При этом влажность в центре зерновки увеличивается только на 0,3-0,5 % и при повышении влажности оболочки — на 2-2,5 % или на 1,2-1,5 % при обработке паром. При этом у оболочек, как и при мокром дроблении, увеличиваются их эластичность и толщина и пористость фильтрующего слоя, выход экстракта; снижается продолжительность осахаривания затора.
Кондиционирование осуществляют в кондиционирующем шнеке.
Недостатком кондиционированного и мокрого помола является то, что при кондиционированном помоле на частицах оболочки может быть значительное количество крупной крупки, что может привести к положительной реакции на йод у первого сусла или промывной воды. Следует принимать во внимание, что такие дробилки необходимо очищать чаще.
Если надо измельчать карамельный солод и несоложеные ячмень, пшеницу, кукурузу, то их не кондиционируют и устанавливают крупное измельчение.
При производстве пшеничного пива для дробления пшеничного солода применяют те же дробилки, что и для ячменного, без их изменения. Порядок дробления разных составляющих затора: ячменный солод, пшеничный, затем оставшаяся часть ячменного солода. Но при мокром дроблении вследствие малых размеров зерна, впитывающего влагу быстрее, чем крупное ячменное, слишком влажное зерно пшеничного солода может не раздробиться, оно только раздавится и при затирании и фильтровании останется целым, что приведет к недостаточному выходу экстракта в случае, если число таких зерен будет значительным [4].
Существует способ предварительного отделения оболочек в другую емкость и добавления их при затирании на поздней стадии. При этом из оболочки выщелачивается менее полифенольных веществ, получают светлое с мягким вкусом пиво. Но прикрепленные к оболочкам частицы эндосперма могут снизить выход экстракта, конечную степень сбраживания и обусловить неприятный вкус пива [5].
Молотковые дробилки обычно рекомендуется применять для фильтрования затора на фильтр-прессе, где допускается тонкое измельчение оболочки.
Дробление несоложеного зернового сырья. Качество размола несоложеного зернового сырья (ячмень, рис и др.), как и сушеного солода, оказывает влияние на скорость физико-химических и физических процессов при затирании. Натуральное зерно по сравнению с солодовым имеет более плотную структуру, но и при его размалывании стараются получить более крупную шелуху.
Дробление предварительно очищенного от примесей ячменя проводят на мельничном двухвальцовом станке с нарезными (рифлеными) вальцами, которые вращаются навстречу друг другу с разной скоростью, например 450 и 180 мин-1. Отношение частоты вращения вальцов при нормальной работе поддерживают в интервале 1:(2,5...1,5).
Состав помола зависит от зазора между вальцами и скорости подачи зерна в мельницу. Рекомендуется следующий состав помола несоложеного зернового сырья (% к массе): шелухи 12-22, крупной крупки 20-40, мелкой крупки 25-50, муки 12-20.
На некоторых заводах используют шлифованный дробленый рис. Примерный состав его помола (% к массе): шелухи 0-2, крупной крупки 30-35, мелкой крупки 40-45, муки 20-25 [1].
Следует учитывать микробиологические аспекты дробления зернового сырья вследствие того, что зерно может быть обсеменено микроорганизмами, ухудшающими качество пива. Пыль от дробилки не должна попасть в зону брожения. На некоторых пивзаводах солод
увлажняют водой или паром низкого давления, так как мягкая эластичная оболочка меньше повреждается при размоле и дает больший эффект в фильтр-чане. Это также снижает контаминацию, взрывоопасность и вред для здоровья обслуживающего персонала, связанные с тонкой сухой пылью. Накопление пыли или влажного зерна в дробилке является контаминационным риском [6]. В этих условиях могут развиваться микроорганизмы Bacillus и Clostridium, но сами по себе они не являются бактериями, портящими пиво, а некоторые продукты их метаболизма, портящие вкус пива, например масляная кислота, будут присутствовать и в готовом пиве.
Также при любом способе дробления — сухом, кондиционированном, мокром — в размолотом солоде начинается окисление составляющих веществ, и развиваются микроорганизмы. Поэтому размолотое зерно должно храниться перед затиранием минимальное время.
Развитие техники дробильного оборудования обеспечит стабильность фракционного помола, сокращение энергозатрат [4], взрывобезопасность, повышение ресурса работы валков, повышение степени автоматизации. Возможно, это произойдет за счет развития дробления увлаженного солода.
Для определения эффективности работы дробилок изучают степень измельчения зерновых продуктов.
Определение качества помола солода. Степень измельчения сушеного солода на дробильной машине характеризуется количественным соотношением отдельных фракций в помоле: шелухи, крупной крупки, мелкой крупки и муки. Это соотношение зависит от влажности солода, состояния его эндосперма, пленчатости и др. Поэтому при изменении качественной характеристики солода регулируют дробильные машины, контролируя их работу по составу помола. Для этого из-под вальцов дробилки отбирают некоторое количество дробленого продукта, взвешивают и помещают его на верхнее сито лабораторного рассева (сита с размером отверстий 1,25; 1,0; 0,56 мм установлены в наборе одно под другим). Встряхивая сита в течение 5 мин с частотой 300 мин-1, образец разделяют на фракции. Остаток на верхнем (первом)сите представляет собой шелуху, на втором — крупную крупку, на третьем — мелкую крупку. Остаток на поддоне составляет муку [2].
Фракции взвешивают и вычисляют массовую долю каждой фракции (А, %), рассчитывая по формуле
А = В • 100/С,
где В — масса измельченного зерна данной фракции (на сите или на поддоне), г;
.....ипи"".......
'4•2004
Фракции помола, % Средний просвет петель сита, мм Состав помола
для фильтр-чана для фильтр-пресса
Оболочки 1,270 18 1
Грубая крупка 1,010 8 4-2*
Тонкая крупка I 0,547 35 16-15*
Тонкая крупка II 0,253 21 43-29*
Мука 0,152 7 16-24*
Пудра дно 11* 29*
* По данным [4].
С — общая масса измельченного зерна, взятая на анализ, г.
Пример. Для анализа взято 92 г дробленого солода. После просеивания остаток на первом сите составил 17,9 г, на втором — 24,2 г, на третьем — 31,1 г. Сумма остатков на поддоне — 18,8 г.
Содержание: шелухи 17,9-100/92 = = 19,5 %; крупной крупки 24,2 • 100/ 92 = = 26,3 %; мелкой крупки 31,1 • 100/92 = = 33,8 %; муки 18,8 • 100/92 = 20,4 %.
Для оценки качества дробления увлажненного солода отбирают его образец в цилиндрический ситчатый пробоотборник, который подставляют в центр струи смеси воды и измельченного солода, поступающего в заторный аппарат. Образец равномерно рассыпают на металлическом листе размером 500x400 мм и визуально определяют качество дробле-
ния. Определяют цельность оболочки, крупность дробления эндосперма, наличие целых зерен. Целые зерна отделяют и определяют их количество в процентах.
По методике МЕВАК для определения качества помола солода используют 5 сит шириной щели на 1-м — 1,25 мм; 2-м — 1,0; 3-м — 0,5; 4-м — 0,25; 5-м — 0,125 мм и рассеивают в течение 5 мин с частотой колебания 300±20 мин, помещая на сита резиновые шарики диаметром 15-20 мм. Оптимально, когда на ситах остается помол: на 1-м — 15-23 %; на 2-м — 5-8; на 3-м — 33-35; на 4-м — 20-21; на 6-м — 6-7; на поддоне — 10-11 %. По окончании анализа следует убедиться, что сумма фракций равна 100 % [2].
При использовании лабораторного планзихтера для определения состава
помола рекомендуется другое деление по фракциям [4, 5].
Результат дробления можно оценить по степени измельчения солода K:
K = d / d ,
н к'
где da — диаметр зерен солода до измельчения, м (d = 0,003); dr — диаметр зерен солода после измельчения, м (dK = 0,0003) [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Ермолаева Г.А., Колчева Р.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. — М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000. — 416 с.
2. Ермолаева Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия.— СПб.: Профессия, 2004. — 536 с.
3. Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности. — Воронеж: Издательство государственного университета, 1997. — 624 с.
4. Федоренко Б.Н. Современное оборудование для дробления солода//Пиво и напитки. 2000. №2. С.12—17.
5. Шустер К., Нарцисс Л. Технология приготовления сусла. Т. II. — М.: НПО «Элевар». 2004. — 368 с.
6. Priest F.G, Campbell I. Brewing microbiology. — New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers. 2003.
РУССКО-
СЛОВА АН
пиьиьири dictionary
Рубрику ведет Крис Смит,
главный пивовар фирмы Quest, Великобритания
Дробление —
breakage, breakdown, breaking, crush [бри кедж, бри кдаун, бре йкин, краш] дробилка —
breaker, crusher [брейкэ, кра шэ] вальцовая дробилка —
roller breaker [роллэ бре йкэ] вальцовая дробилка —
roller crusher [роллэ кра шэ] многовальцовая дробилка —
multiroll crusher [ма лтирол кра шэ]
дробилка для предварительного помола —
primary crusher [пра ймери кра шэ] дробилка для грубого помола — coarse crusher [корс кра шэ] молотковая дробилка —
hammer-type crusher [хэмэ-тайп кра шэ] дисковая дробилка —
disk breaker [диск брейкэ] дезинтегратор —
chip crusher [чип кра шэ]
Пример использования приведенных слов:
The quality of wort partially depends of breaking.
Качество сусла частично зависит от дробления. Coarse crusher is used laboratory analyses.
Дробилку грубого помола используют в лабораторных анализах.
Продолжение следует... — To be continued... [ту би континьюд] Обращайтесь по всем возникающим у вас проблемам с переводом в наш журнал. Вы получите консультацию настоящего специалиста.
