CC BY
29
Процесс кипячения и охмеления пивного сусла с газлифтнои циркуляциеи
В.Б. ТИшин, Д.В. Кондратьев
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Оптимизация технологических процессов с целью уменьшения энергопотребления при одновременном соблюдении установленных показателей качества готовой продукции становится все более актуальной в наше время. В данной работе этот вопрос рассматривается на примере кипячения и охмеления пивного сусла как одной из основных стадий пивоваренного производства со значительным потреблением тепловой энергии [1].
Технический эффект достигается за счет кипячения сусла в котле с выносным теплообменником и газлифтной циркуляцией сусла. В качестве рабочих газов использовали воздух и диоксид углерода. Подобная схема циркуляции уже была опробована авторами работ [2, 3]. В работе [2] была принципиально доказана возможность применения газлифта в котле с внутренним теплообменником. Однако эксперименты были проведены только на воде и без
хмеля, т.е. не были определены условия устойчивой циркуляции при наличии твердых частиц в контуре.
В работе [3] были проведены эксперименты на реальных средах в условиях наличия сусла в котле с вынесенным циркуляционным контуром. В качестве нагревательного устройства применяли пластинчатый аппарат. Данная схема показала эффективную работу при охмелении сусла хмелевым экстрактом. Однако в случае использования гранулированного хмеля пластинчатый аппарат быстро забивался твердыми частицами хмеля и газлифтная циркуляция прекращалась. В этой связи возникла необходимость замены пластинчатого аппарата на кожухотрубный теплообменник. Такая замена себя оправдала: во время работы наблюдалась устойчивая газлифтная циркуляция.
На рис. 1 представлена схема установки для кипячения сусла вышеука-
14
П 10
Рис. 1. Схема установки
ПИВО и НАПИШИ А 6 •
6•2006
8
занным способом. Установка состоит из: емкости 1, кожухотрубного теплообменника 2, парогенератора 3, воздушного компрессора 4, ротаметра для контроля расхода газа 5, циркуляционных труб 6 и 7, дифманометра 8, смесителей газа 9, сборника конденсата 10, датчиков температуры жидкости после, до и внутри теплообменника 11-13, цифрового индикатора температуры 14.
Объем емкости для сусла из нержавеющей стали составляет 0,05 м.
В качестве внешнего нагревателя используется кожухотрубный теплообменник.
Парогенератором служит автоклав марки АВ-2 мощностью 4 кВт и максимально допустимым рабочим давлением пара 2,5 кг/см2. При кипячении избыточное давление насыщенного пара составляло в среднем 0,5-0,6 кг/см2 при температуре около 112 °С. Давление пара контролировали по образцовому манометру с пределами измерения 0-6 кг/см2 и поддерживали постоянным электроконтактным манометром. Контроль уровня воды в парогенераторе осуществляли при помощи водомерного стекла.
Для подачи воздуха в циркуляционный контур использовали воздушный компрессор, СО2 подавали из баллона. Для контроля расхода газа установлен воздушный ротаметр РМ 0,63 ГУЗ (пределы измерения от 0 до 0,63 м3/ч). Расход жидкости в трубах циркуляционного контура и каналах теплообменника определяли по перепаду давления в трубах до и после теплообменника, измеряемого дифманометром.
Температуру в трех точках измеряли с помощью термопар ТХК (пределы измерения 50...750 °С). Температуру жидкости измеряли на входе и выходе теплообменника, в центре емкости. В качестве вторичного прибора применяли двухканальный цифровой измеритель температуры ОВЕН 2ТРМ-0, при этом погрешность определения температуры составляет ±0,5 °С.
Предварительно было проведено три эксперимента на воде с целью выяснения оптимальной точки подачи диоксида углерода и воздуха для скорейшего достижения температуры кипения. При подаче газа до теплообменника нагрев с 76 до 100 °С произошел за 23 мин, после теплообменника — за 24 мин, а при нагреве жидкости без подачи газа — за 26 мин (рис. 2). Поэтому для кипячения сусла с хмелем был выбран первый режим нагревания, как наиболее оптимальный по расходу газа и скорости нагрева сусла до кипения.
Были проведены экспериментальные варки сусла с пониженной экс-трактивностью, но с повышенным содержанием хмеля. Такой выбор был
10 99 -9
95 -93 . 91 а 89 -Г 8
85 -83 81
79 -77 75
105 104 103 ■-^ 102 ■f 101-а)
I 10099 ■98
97
5
20
10 15
Время, мин
— Нижняя подача — Верхняя подача — Без подачи
Рис. 2. График выбора оптимальной точки подачи газа
сделан потому, что легкие сорта пива сегодня приобретают все большую популярность; они прекрасно освежают и утоляют жажду, а повышенное содержание хмеля придает пиву более оригинальный хмелевой привкус. Использование хмеля в пивоварении связано главным образом с тем, что он придает
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Время, мин
Рис. 3. График кипячения сусла
Таблица 1
Образец Экстрактивность, % Цвет, EBC рН Горечь, EBC Кислотность, к. ед. ДМС, мкг-л
1) СО2 2) Воздух 14.2 14.3 10,1 9,8 5,18 5,3 48,3 49,2 1,8 2,2 16 26
3) СО2 4) Воздух 9,2 9,1 29.2 28.3 5,53 5,50 53,5 51,5 1,2 1,6 15 23
5) СО2 6) Воздух 13,3 13,5 7,5 8,0 5,6 5,5 56,8 56,4 1,0 1,3 16 25
Таблица 2
Образец готового пива рН Цвет, EBC Видимый экстракт, % Спирт, об. % Действительный экстракт, % Плотность, p VDK, мг/л Изогумулон, EBC Кислотность, к. ед. RDF, % Спирт массовый, об. %
1) со2 2) Воздух 4,6 4,72 8,3 7,9 1,6 1,63 6,73 6,83 3,95 4,06 14,3 14,33 0,2 0,22 34,8 36,1 2,3 2,8 72.1 73.2 5,35 5,37
3) СО2 4) Воздух 4,56 4,63 27,1 26,4 1,17 1,25 4,48 4,43 2,8 2,9 9,72 9,66 0,15 0,17 40,2 38,9 1,5 2,0 72,3 73,0 3,53 3,47
5) СО2 6) Воздух 4,66 4,73 7,1 7,0 1,70 1,73 5,8 6,1 3,88 3,92 13,05 13,15 0,2 0,22 43,4 42,0 2,3 2,5 72,5 73,4 4,65 4,79
пиву специфический горький вкус (за счет того, что а-кислоты во время кипячения сусла с хмелем изомеризуются в растворимые изо-а-кислоты) и аромат, который сообщают пиву эфирные масла хмеля. Хмель участвует в коагуляции белков при кипячении сусла и обладает бактериостатическими свойствами, повышая биологическую стойкость пива. Кроме того, он способствует улучшению пенистых свойств. Полифенолы хмеля предохраняют пиво от «старения вкуса», связанного с окислительными процессами [4]. В экспериментальных варках проводили единовременную задачу хмеля в начале (после 10 мин кипения) процесса кипячения сусла с хмелем (хмель — 14 %). Кипячение происходило при температуре 104°С (рис. 3). В табл. 1 приведены данные анализа сусла после кипячения.
Были произведены четыре варки светлого пива (1; 2; 5; 6) и две варки темного пива (3; 4). После кипячения сусло охлаждали до 14...15 °С и перекачивали в бродильный танк, оборудованный рубашками охлаждения. Для поддержания требуемой температуры главного брожения в рубашки подавали водопрово-
дную воду с температурой 5 °С. Для контроля давления СО2 в верхней части танка был установлен манометр.
После перекачки охлажденного сусла в танк и добавления дрожжей его аэрировали чистым воздухом в течение 30 мин. Для брожения использовали дрожжи только 2- и 3-й генераций, как наиболее продуктивные. Главное брожение проводили при температуре 14.15 °С в течение 14 сут. В процессе брожения через вентиль в днище танка периодически осуществляли съем дрожжей.
Результаты анализов свидетельствуют о том, что качество сусла и пива соответствует спецификации для данного продукта. Как альтернативный вариант диоксида углерода использовали воздух [5]. Однако известно, что наличие кислорода в сусле снижает стойкость пива, уменьшает срок его хранения. Но если учесть тот факт, что в сусле содержание растворенного кислорода при температуре 100 °С не превышает значения 4-10-3 мг/м3, и если окислительные процессы и будут происходить, то значительного влияния на качество гото-
вого пива не окажут, что и показано в табл. 2. Сравнивая результаты варок с диоксидом углерода и воздухом, видим, что содержание ДМС ниже в варках с диоксидом углерода.
Проведенные дегустации показали, что все образцы имеют оригинальный хмельной вкус, без посторонних привкусов и соответствуют всем стандартам. Поэтому данную схему кипячения сусла с хмелем можно рекомендовать для мини-пивоварен и для пивоваренных заводов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кунце В. Технология солода и пива/Пер. с нем. — СПб.: Профессия, 2001.
2. Головня Р.А., Тишин В.Б. Интенсификация циркуляции сусла в сусловарочном котле с внутренним нагревателем//Известия СПбГУ-НиПТ. 2001. № 4.
3. Тишин В.Б., Головня Р.А., Сабуров В.А. Газлифт-ная циркуляция при кипячении сусла//Вгаи-welt (мир пива). 2003. № 4. С. 11-19.
4. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. — СПб.: Профессия, 2003.
5. CRC Handbook of Chemistry and Physics by David R. Lide, Editor-in-Chief. 1997, Edition. <S?
6 • 2006
25
9
