CC BY
83
УДК 663.443
Производство пивоваренного сусла
c заданными
экстрактивностью и объемом
Е. В. Родин, канд. биол. наук, доцент; С. В. Родин Пензенская государственная сельскохозяйственная академия
В настоящее время в связи с активным внедрением на пивоваренных предприятиях внешних и внутренних стандартов качества и средств автоматизации производства требования к прогнозируемости и стабильности производства сусла ужесточаются, что приводит к необходимости создания набора вспомогательных математических моделей, обеспечивающих строгое воспроизводство показателей сусла от партии к партии.
Предположим что, исходя из качества сырья и заданного качества сусла, определен какой-либо график затирания (для обеспечения заданного объема и экстрактивности принципиально важны лишь способ затирания и температура смешивания отварки и основной части, продолжительность пауз не играет особой роли) (рис. 1).
Ключевые слова: пивоваренное сусло; экстрактивность; расчет экстрактивности сусла; гидромодуль, выщелачивание дробины.
До начала производства известны следующие граничные условия задачи, устанавливаемые пивоваром, исходя из качества сырья, имеющегося оборудования, желаемого качества сусла и теоретического знания процесса производства сусла: тип затирания, экстрактивность сусла, объем варки, объем ЦКТ, процент ввода сырья, экстрактивность сырья, норма потерь, гидромодуль затора и отварки, процент испарения сусла при кипячении, температура основной части затора и отварки перед смешиванием и после смешивания, норма уменьшения объема
75
65
55
45
35 -I—1—1—1—1—I—I—I—I—I—1—1—1—1—1—1—1—I—I—I—i—I—I—1—1—1—t—t—I—I—I—1—1—I—I—1—1—1—1—1—h
о о о о о о
с^ с^ с^ с^ с^ с^
Продолжительность, мин — Затирание
Рис. 1. График затирания
ПИВО и НАПИШИ
2 • 2010
105
95
85
8
сусла при охлаждении. Решение данной задачи легко и удобно осуществлять в программной среде Microsoft Excel. Приведем пример для конкретных условий: тип затирания одноотварочный с раздельным затиранием отварки и основной части, экстрактивность сусла — 11,2 °Р; объем варки — 530 гл; объем ЦКТ — 1980 гл; рецептура — ячмень — 8 %, солод — 92 %, экс-трактивность сырья — ячмень — 63 %, солод — 81 %, норма потерь экстракта — 1,3 %; гидромодуль затора после смешивания с отваркой — 3,3; гидромодуль отварки — 3,6; процент испарения сусла при кипячении — 7 %; температура основной части затора и отварки перед смешиванием — 45 и 100 °С соответственно; после смешивания — 63 °С, норма уменьшения объема сусла при охлаждении — 4 %. Исходные данные и расчет в виде задания на производство сусла показаны в табл. 1.
Отобразим тот же самый расчет в режиме проверки формул в табл. 2.
Таким образом, задача определения экстрактивности и объема сусла в общем виде решена, и при изменении параметров рецепта, сорта, норм потерь, экстрактивности сырья (в разделах таблиц — «исходные данные») можно оперативно пересчитать массу засыпи и объемы воды, необходимые на затирание, а также отследить движение экстракта при производстве сусла (аналогично можно рассчитать ин-фузионный и двух-, трехотварочный способ затирания).
Оперативность расчета производства сусла по вышеизложенному способу позволяет пивовару производить такой расчет на каждую партию сусла и выдавать его в виде задания на производство (см. табл. 1 и 2) оператору технологической линии, причем если расчет по каждой партии сохраняется, то не возникает проблем с поиском информации о том, как производилась та или иная партия сусла.
Теоретически вышеизложенной информации достаточно для производства сусла, однако при первой же попытке воплотить теорию в практику возникают вопросы:
Вопрос 1. Каким образом считать гидромодуль?
Теоретически все понятно: гидромодуль затора — соотношение засы-
Таблица 1
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Сырье Ввод, % Экстракт, % Объем ЦКТ, гл 1980,00
Солод 92,00 81,00 Количество варок в 1 ЦКТ 3
Ячмень 8,00 63,00 Гидромодуль отварки 3,6
Проверка 100,00 Гидромодуль затора общий 3,3
Потеря экстракта в ФЧ, % 0,80 Испарение при кипячении,% 7,00
Потеря экстракта с брухом, % 0,50 Температура основной части до смешивания,°С 45
Объем холодного сусла, гл 530 Температура отварки, °С 100,00
Плотность сусла, кг/л 1,04502 Температура затора после смешивания, °С 63
Экстрактивность сусла, °Р 11,20 Норма уменьшения объема сусла при охлаждении, % 4,00
ЗАДАНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО
Средняя экстрактивность сырья с учетом потерь, % 78,26
Масса засыпи всего, кг 7926 Общий набор сусла, гл 597
В том числе:
солод 7292 Выход горячего сусла, гл 555
ячмень 634 Заполнение ЦКТ, % 80,30
Объем воды всего, гл 262 Плотность общего набора сусла, % 10,42
Масса затора, кг 22929 Масса отварки, кг 11155
Масса засыпи в затор, кг 5502 Масса засыпи в отварку, кг 2425
В том числе: В том числе:
солод 5502 солод 1791
ячмень 0 ячмень 634
Объем воды в затор, гл 174 Объем воды в отварку, гл 87
Таблица 2
А В С D Е F
2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
3 Сырье Ввод, % Экстракт, % Объем ЦКТ, гл 1980
4 Солод 0,92 0,81 Количество варок в 1 ЦКТ 3
5 Ячмень 0,08 0,63 Гидромодуль отварки 3,6
6 Проверка =СУММ (С4: С5) Гидромодуль затора общий 3,3
7 Потеря экстракта в ФЧ, % 0,008 Процент испарения при кипячении 0,07
8 Потеря экстракта с брухом, % 0,005 Температура основной части до смешивания,°С 45
9 Объем холодного сусла, гл 530 Температура отварки,°С 100
10 Плотность сусла, кг/ л 1,04502 Температура затора после смешивания, °С 63
11 Экстрактивность сусла,°Р 0,112 Норма уменьшения объема сусла при охлаждении,% 0,04
12 ЗАДАНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО
13 1 Средняя экстрактивность сырья с учетом потерь, % =(C4*D4+C5*D5)-C7-C8
14 Масса засыпи всего, кг =С9*С10*С11*100/ F13 Общий набор сусла, гл =F15/(C6-F7)
15 в том числе солод =С14*С4 Выход горячего сусла, гл =С9/(С6^11-С8)
16 ячмень =С14*С5 Заполнения ЦКТ, % =F4*C9/ F3
17 Объем воды всего, гл =(С^6)/100 Плотность общего набора сусла, % =С11*(С6^7)
18 Масса затора, кг =С17*100+С14^18 Масса отварки, кг =^10^8)*(С14+С17*100)/^9^8)
19 Масса засыпи в затор, кг =С14^19 Масса засыпи в отварку, кг =F18/(F5+1)
20 в том числе солод =С15^20 в том числе солод =F19-F21
21 ячмень =С16^21 ячмень =С16
22 Объем воды в затор, гл =С17^22 Объем воды в отварку, гл =^18^19)/100
пи и налива, для светлых сортов пива 1:3-4. Практически: засчитывать ли воду, расходуемую на ополаскивание предзаторного чана после затирания, затороотварочного котла после перекачки отварки и ополаскивание после перекачки осахаренного затора в фильтр-чан? Возьмем вышеизложенный пример расчета (табл. 3).
Наверное, считать гидромодуль можно обоими вышеописанными спо-
собами (если грубо — первый из них описывает гидромодуль для затора, второй — для фильтр-чана), но, во-первых, данное отличие необходимо знать хотя бы для адекватного анализа литературных данных о влиянии гидромодуля на ферментативную активность затора, во-вторых, на предприятии необходимо избрать один способ расчета гидромодуля и пользоваться только им. В случае
использования второго метода существует интересное следствие: можно рассчитать экстрактивность первого сусла по формуле
X=
МЭ
МЭ/100% + г
где Х — экстрактивность первого сусла, %; М — масса засыпи, кг;
2 • 2010
ПИВО " НАПИТКИ
9
Э — средневзвешенная экстрактивность сырья на воздушно-сухое вещество, %; W — основной налив, кг.
Для нашего случая
X =_7926 • 79,56_=
7926 • 79—6/100 % + 262—0
= 19,4 %.
Данная формула была неоднократно проверена на практике, и поэтому экстрактивность первого сусла может и должна стать контрольной точкой производства сусла: если фактическая экстрак-тивность первого сусла отличается от расчетной экстрактивности более чем 0,2 %, значит, где-то имеется проблема (необходимо проверить адекватность графика затирания, экстрактивность сырья, корректность работы исполнительных механизмов и т.д.).
Вопрос 2. Когда завершать промывание дробины?
Опять же теоретически все просто и понятно: чем больше промываем дробину, тем больше вымывается «нежелательных» веществ» (что, кстати, довольно спорно), и потери экстракта уменьшаются, но тем дольше нужно кипятить сусло до заданной экстрактивности. На практике, при поточном производстве, необходимо, чтобы продолжительность и интенсивность кипячения от партии к партии была неизменной и строго не более конкретного времени, определяемого производительностью варочного порядка.
Рассмотрим изменение экстрак-тивности в процессе фильтрации сусла. Ориентировочно, согласно заданию на производство, общий набор сусла должен составить 597 гл. Отобразим графически ожидаемые изменения экстрактивности при
Таблица 3
Метод
Показатель
1-й 2-й
Засыпь, кг
Основной налив, гл
Ополаскивание предзаторного чана после затирания отварки, гл
Ополаскивание предзаторного чана после основной части, гл
Ополаскивание заторно-отварочного котла 1 после перекачки отварки, гл
Ополаскивание заторно-отварочного котла 2 после перекачки затора в ФЧ, гл
Всего воды, гл
Гидромодуль
условии непрерывного промывания дробины по [1] (рис. 2).
Анализируя рис. 2, отметим, что во время стягивания первого сусла экстрактивность неизменна, а при стягивании промывных вод хоть и не линейно, но с некоторым приближе-
7926 7926 262 262
8 Вода учтена в основ-8 ном наливе
8
294 262 1:3,7 1:3,3
8
Количество стянутого сусла, гл
Рис. 2. Изменение экстрактивности при условии непрерывного промывания дробины
Количество стянутого сусла, гл
Рис. 3. Изменение экстрактивности
при стягивании промывных вод
Таблица 4
Количество стянутого сусла, гл Экстрактивность сусла, °Р
0 19,4
70 19,4
190 19,4
230 16,3
270 11,1
360 5,1
450 2,5
540 1,2
570 0,7
590 0,6
597 0,5
Экстрактивность полного набора сусла 10,42
Процент испарения 7
Экстрактивность после кипячения 11,2
2 • 2010
10
Таблица 5
A 1 в 1 C 1
3 Количество стянутого сусла, гл Экстрактивность сусла, °Р
4 0 19,4
5 70 19,4
6 190 19,4
7 230 16,3
8 270 11,1
9 360 5,1
10 450 2,5
11 540 1,2
12 570 0,7
13 590 0,6
14 597 0,5
15 Экстрактивность полного набора сусла =((B5-B4)/ B14)*((C5+C4)/2)+((B6-B5)/ B14)*((C6+C5)/2)+((B7--B6)/B14)*((C7+C6)/2)+((B8-B7)/ B14)*((C8+C7)/2)+((B9-B8)/ B14)*((C9+ +C8)/2)+((B10-B9)/ B14)*((C10+C9)/2)+((B11-B10)/ B14)*((C11+C10)/2)+ +((B12-B11)/ B14)*((C12+C11)/2)+((B14-B13)/ B14*((C14+C13)/2))
16 Процент испарения 7
17 Экстрактивность после кипячения =C15/(1-C16/100)
нием график снижения экстрактив-ности можно разбить на несколько прямых, т. е. график экстрактивно-сти можно представить следующим образом (рис. 3).
Таким образом, снижение экстрак-тивности промывных вод с некоторым приближением также описываем отрезками, ограниченными точками измерения, соответственно по формуле
n-1
W=Z [(xi+1 - x,)/xn][(y1+1 + y,)/2],
i = i
где W — экстрактивность полного набора сусла, °Р; x — количество стянутого сусла, гл (х = 0; х3 — количество первого сусла; хп — общее количество стянутого сусла); y — экстрактивность стягиваемого сусла в точке, соответствующей x (y = y2 = y3 — экстрактивность первого сусла; yn — экстрактивность последних гектолитров стягиваемого сусла или первых гектолитров последней промывной воды), можно рассчитать экстрактивность полного набора сусла до кипячения. Расчет, реализованный в Microsoft Excel, показан в табл. 4.
В режиме проверки формул расчет экстрактивности полного набора сусла приведен в табл. 5.
Данный расчет был неоднократно проверен в условиях филиала ЗАО МПБК «Очаково» в г. Пенза. Для получения результата с погрешностью ±0,2 °Р достаточно 4-5 измерений экстрактивности в процессе фильтрации затора (1-е измерение — на первом сусле, 2-4-е измерения — во время промывания). Естественно, с увеличением количества измерений точность расчета возрастает (абсолютно точно расчет экстрактивности полного набора сусла до кипячения может быть произведен с помощью дифференцирования функции экстрактивности сусла по объему, т.е. количество измерений должно быть бесконечно большим). Из наблюдений за снижением экстрактивности промывных вод следует, что оно происходит не совсем так, как описано в учебнике [1]. После стягивания первого сусла и начала промывания дробины некоторый объем промывной воды (изменяется в зависимости от засыпи и объема фильтр-чана, в условиях идентичного оборудования, сырья и сорта сусла этот объем всегда одинаков)
стягивается практически с той же экстрактивностью, что и первое сусло, — это в принципе еще первое сусло, оставленное в фильтр-чане с целью недопущения попадания воздуха в дробину. Затем следует достаточно быстрое линейное падение экстрак-тивности до 2,5-3,5 °Р, после чего экстрактивность промывной воды снижается гораздо медленнее. Если экстрактивность промывных вод измерять именно в указанных точках, то достаточно всего трех измерений: через 30-60 гл после первого сусла (на 8-10 т засыпи), по завершении резкого снижения экстрактивности (определяется эмпирически, зависит от экстрактивности первого сусла) и последнего гектолитра стягиваемого сусла.
Таким образом, технолог (оператор технологической линии) получает инструмент, с помощью которого в сомнительных случаях, при первой варке, при варке нового сорта, при варке на новом сырье, при проблемах с работой оборудования он в состоянии принимать решение о продолжении или завершении промывания дробины. Пользоваться данным расчетом на каждой варке (все-таки трудоемкость метода велика) или в исключительных случаях — решать пивовару, но данный метод расчета зарекомендовал себя исключительно хорошо в условиях нестабильности дозирования солода на затирание.
Вышеприведенные расчеты, производимые систематически, делают процесс движения экстракта по варочному порядку «прозрачным» и воспроизводимым, что позволяет оперативно локализовать проблемы в работе оборудования и нарушения в технологии подработки сырья и затирания в случае их появления; обеспечивать неизменное от партии к партии (стабильность продукта) и минимально необходимое (экономия энергии) время кипячения и процент выпаривания воды; минимизировать потери, поскольку наличие внеплановых потерь экстракта выявляется непосредственно в момент их появления, и нарушения можно устранить уже на следующей варке; повысить технологическую дисциплину.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива/Пер. с нем. — СПб.: Профессия, 2003. <&
Сочи, ГК «Жемчужина»
19-22Ж
лмтнлдшгш мг:жду1 ¡ародимй форум
ПИВО
Фестиваль
«Море пива 6 Сочи»
Организатор выставки ЗАО «СОУД - Сочинские выставки»
при содействии
Министерства сельского хозяйства России, Российского Союза Пивоваров;
ВНИИ ПБ И ВП РФ, Департамента сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края. Администрации г. Сочи
В РАМКАХ ФОРУМА:
• Межцународная выставка-ярмарка «Пиво» - Международная конференция
■ Семинары и круглые столы
• Международный дегустационный конкурс пива и безалкогольных напитков -Международный конкурс сырья и оборудования «Тематические встречи в Сочи
■ Фестиваль «Море пива в Сочи»
• Презентации, Реакции
■ Пивной форум Конференция «Пивной рынок: сырье и технологии»
-Технологический семинар для специалистов пивоварен кой промышленности: «Влияние качества сырья, параметров процесса и санитарии производства на оргамолегпи^еский профиль пива»,
(подробная информация на сайте; www.30ud.nl
ЗАО «СОУД - Сочинские выставки»:
Тел./факс: (8622) 62-26-93, 62-30-15, 62-10-26, 62-11-02 е-таН: sochi@soud.ru, inna@soud.ru, www.soud.ru
Генеральный информационный партнер;
