CC BY
19
Реологические характеристики пивного сусла некоторых сортов пива
1Ю.А. Калошин, Е.В. Ильина
Московский государственный университет технологий и управления
На процесс фильтрования заторной массы влияют свойства сусла, состав фильтрующего слоя и способ фильтрации. Наиболее экстрактивное сусло более вязкое, поэтому оно стекает медленнее.
По Люерсу, при повышении температуры на 1 °С вязкость снижается на 0,2 %, следовательно, чем горячее сусло, тем лучше оно фильтруется.
Цель исследований — определение границ применения зависимости для нахождения наивыгоднейших размеров магистралей (трубок) и частоты вращения мешалок в условиях приготовления заторной массы и ее дальнейшего фильтрования.
С целью определения реологических характеристик были проведены исследования на ротационном вискозиметре «Реотест-2» (Германия) с использованием цилиндров SI и 311, стакана N константы которых приведены в инструкции к вискозиметру. В качестве исследуемого продукта применялось пивное сусло со следующими характеристиками (табл. 1).
Содержание сухих веществ определяли по рефрактометру, плотность — ареометром-сахарометром типа АСТ1 с термометром, ценой деления шкалы 0,05 % и интервалом измерений 8-16 % по
ГОСТу. Опыты проводили при температуре 20 °С, которая поддерживалась термостатом. Сочетание цилиндров 31 и 311 со стаканом позволило получить диапазон изменения скорости сдвига от 3,0 до 1312 с-1.
При исследованиях использовали следующую методику. Продукт помещали в зазор между ротором и стаканом, который размещали в термостатированную камеру. После того, как температура продукта достигала заданной, устанавливалась минимальная скорость вращения ротора. Пока-
Таблица i
Продукт Плотность, кг/м3 Содержание сухих веществ, %
Пиво
«Жигулевское»:
заторная масса 1081 11,0
сусло неохмеленное 1077 11,0
Пиво
«Московское»:
заторная масса 1092 13,0
сусло неохмеленное 1075 13,0
Пиво
«Ленинградское»:
заторная масса 1097 15,0
сусло неохмеленное 1072 15,0
зания самописца фиксировались для каждой из 12 последовательно установленных ступеней скорости вращения ротора.
Содержание сухих веществ и плотность исследуемых продуктов показаны в табл. 1.
Для нахождения рациональной частоты вращения, при которой достигается необходимая эффективность перемешивания, были проведены экспериментальные исследования по определению расхода энергии с различными типами мешалок.
Потребляемая мощность была определена самопишущим ваттметром, включенным в электрическую схему двигателя. Действительную мощность, потребляемую мешалкой на перемешивание, рассчитывали как разность между показаниями ваттметра при работе мешалки и вращении ее вала на холостом ходу при определенной частоте.
Кривые течения исследуемых продуктов представлены на рис. 1. Анализируя кривые течения, можно отметить, что пивное сусло разных сортов пива ведет себя как неньютоновские псевдопластические жидкости, а уравнение течения можно описать законом Оствальда-де-Виля
т = К?", (1)
где т — напряжение сдвига, Па; у — скорость сдвига (деформации), с-1; К— коэффициент консистенции, зависящий от рода материала, вида и размера измерительной аппаратуры; " — индекс течения.
Аномалия вязкости связана со «структурой» жидкости и ее изменением при течении: при малых скоростях сдвига структура разрушается и восстанавливается полностью, при этом жид-
т, Па
6,0
4,5
3,0
1,5
0
250 500 750 1000 1250 у, с-1
Рис. 1. Кривые течения пивного сусла некоторых сортов пива: 1 — пивное сусло пива«Жигулевское»; 2 — пивное сусло пива «Московское»; 3 — пивное сусло пива «Ленинградское»
ПИВО " НАПИТКИ
6•2005
30
д, Па-c 0,100
0,075
0,050
0,025
0
250 500 750 1000 1250 у, с-1
Рис. 2. Зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига для пивного сусла:
1 — пивное сусло пива «Жигулевское»; 2 — пивное сусло пива «Московское»; 3 — пивное сусло пива «Ленинградское»
кость имеет наибольшую вязкость. С увеличением скорости разрушение структуры начинает преобладать над восстановлением, вязкость резко уменьшается; при больших скоростях течения структура полностью разрушается, жидкость имеет наименьшую вязкость.
Эта аномалия отчетливо просматривается для исследуемых пивных сусел.
Полученные кривые можно описать следующим уравнением:
Яу)
bX
(2)
или в натуральном выражении т(у) = Ь0 у6';
т = 9,8510-2 у 0 54; т = 4,910-2 у 062; т = 1,8210-2 у 0 73.
Зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига представлены на рис. 2.
Анализируя кривые течения, была произведена обработка экспериментальных данных и определены коэффициенты консистенции и индексы тече-
ния для пивных сусел, проявляющих неньютоновские свойства.
Для этого экспериментальные данные были представлены в виде зависимости т = /(у) в логарифмических координатах. В результате обработки получены значения к и п, указанные в табл. 2.
Таблица 2
Пивное сусло, ^эффициент Индекс
пиво консистенции течения
«Жигулевское» 0,10 0,4771
«Московское» 0,14 0,4530
«Ленинградское» 0,15 0,4518
Как видно, п < 1, следовательно, пивное сусло можно отнести к псевдопластичным материалам.
Расчетные значения коэффициентов консистенции и индексов течения исследуемых пивных сусел показаны в табл. 2.
С увеличением частоты вращения мешалки повышается скорость сдвига, вязкость уменьшается, следовательно, будет снижаться продолжительность фильтрования. Однако при больших скоростях сдвига вязкость практически не изменяется и остается постоян-
ной, продолжительность фильтрования начинает увеличиваться.
Проведенные исследования зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига для пивного сусла некоторых сортов пива подтверждают выводы, сделанные ранее о том, что наиболее рациональная частота вращения мешалки 250 мин-1.
Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига для пивного сусла некоторых сортов пива можно описать следующим уравнением:
у(х) = b хъ
(3)
или в натуральном выражении
ц(у)
b0Y-bl;
ц
: 2,1410-3 у °'0738;
ц = 28,94 10-3 у -144; ц = 0,55110-3 у -°'63.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ашмарин И.П., Васильев П.Н. Амбросов Н.Н. Быстрые методы статистической обработки и планирования эксперимента — Л.: ЛГУ, 1975.
2. Ильина Е.В. Интенсификация процесса производства пивного сусла: Автореф. дисс... канд. техн. наук — МГЗИПП, 1996. ^jTjr-
6•2005
31
