CC BY
14
Способы восстановления пива из донных осадков
А. Н. Стогний, В. Е. Рябиков
ОАО «Альфа Лаваль Поток» (Москва)
Современные технологии позволяют выделять, «восстанавливать», пиво содержащееся в снятых дрожжах, сокращая потери и получая дополнительную прибыль.
Избыточные дрожжи собираются из бродильных танков в виде «донных осадков». В среднем выход избыточных дрожжей составляет 1,5-2,5 % от общего объема производства пива, и в них еще содержится значительное количество пива. В большинстве случаев содержание пива составляет от 45 до 65 % от объема избыточных дрожжей. Величина выхода и качество полученного пива зависят от технологического процесса. Существуют различные способы получения пива товарного качества из донных осадков. Для этого можно применять центробежное оборудование, фильтровальные прессы, а также мембранные системы фильтрации поперечным потоком, так называемую кросс-фильтрацию.
Несмотря на то, что восстановленное пиво уступает по качеству стандартному пиву, процесс восстановления пива из дрожжей экономически оправдан за счет снижения потерь экстракта, что обеспечивает окупаемость инвестиций в течение 2-4 лет в зависимости от объема производства. Дополнительную прибыль могут принести дрожжи, если их не автолизировать, а сушить и реализовывать в качестве компонентов для корма скота.
Компания «Альфа Лаваль» разработала и использует разные способы восстановления пива на базе центробежной сепарации или мембранной фильтрации (микрофильтрации).
Каждый из процессов разрабатывался, исходя из следующих положений: получить как можно больше экстракта из дрожжевого шлама или, другими словами, достичь как можно более высокой концентрации дрожжей; нанести как можно меньше вреда дрожжевым клеткам (так как клеточная жидкость дрожжей — протоплазма — затем поступает в пиво, что отрицательно влияет на качество пива); добиться, чтобы содержание растворенного кислорода в пиве было минимально возможным
(предпочтительнее, чтобы он отсутствовал); обеспечить как можно более высокое качество восстановленного пива, т. е. минимум протоплазмы, минимум дрожжей или других микроорганизмов, и с минимальной мутностью; провести процесс с минимальными эксплуатационными затратами.
Вне зависимости от применяемой технологии восстановления пива важно, чтобы избыточные дрожжи были переработаны как можно быстрее. Чем дольше хранятся дрожжи, тем больше они «автолизуются» (жизнестойкость дрожжей теряется, клеточные мембраны разрушаются, и протоплазма поступает в пиво).
Ниже приведены краткие обзоры данных способов.
Восстановление пива при помощи сепарации
Сепарация зеленого пива. Если применяется классическая технология брожения, то в конце фазы основного брожения пиво перекачивается в другую емкость — танк для дображива-ния. При перекачивании пиво проходит через высокоскоростной сепаратор для удаления взвешенных дрожжей. В зависимости от точного момента транспортировки зеленого пива (до или после того, как большая часть дрожжей осядет в бродильном танке под действием гравитации) можно удалить большую часть избыточных дрожжей с помощью сепаратора (с высоким содержанием сухого вещества — СВ). В этом случае отпадает необходимость в дальнейшем использовании специальной системы для восстановления пива.
Типичные результаты: концентрация выгружаемых дрожжей 20-25 % СВ;
восстановленное пиво < 500 тыс. клеток/ мл;
захват кислорода менее 20 ррЬ. Сепарация зеленого пива с дозировкой дрожжей. Дополнительно к базовому процессу можно применять функцию дозировки дрожжей на вход
сепаратора (рис. 1). Такое решение позволяет максимально использовать дрожжевую массу из конуса танка, не подвергая сепаратор риску быть заблокированным дрожжевой пробкой. Очевидно, что это возможно только в том случае, если сепаратор имеет резерв «производительности по твердому осадку».
Сепарация зеленого пива с помощью декантера. Если производительность по твердому осадку сепаратора зеленого пива служит ограничивающим фактором, то можно использовать аналогичную установку с декантером (рис. 2).
В такой установке донные осадки направляются из танка в декантер, в котором производится отделение дрожжей. Жидкая фаза с декантера, представляющая собой поток восстановленного пива, все еще содержит какое-то количество взвешенных твердых частиц, он вновь подается на вход сепаратора зеленого пива и повторно дозируется.
Имеются те же преимущества и недостатки, что и в предыдущем процессе, но в этом случае центрифуга может работать на полной производительности, и дрожжи сепарируются до консистенции около 25 % СВ.
Восстановление пива при использовании унитанков. В технологическом процессе с использованием унитанка процессы основного брожения и дображивания производятся в одной и той же емкости. Очевидно, что в этом случае нет возможности удалить дрожжи перед созреванием, так как отсутствует фаза перекачки зеленого пива. В данном случае избыточные дрожжи собираются в отдельный танк, откуда направляются на переработку. Данный танк не является танком хранения дрожжей в нормальном понимании и не предусматривает задачи дрожжевой массы на производство. Разграничение чистое пиво — дрожжевая суспензия при съеме в данный танк может производиться не столь тщательно, как при съеме в нормальный танк хранения дрожжей. Фактически данный танк можно называть «танком мутного пива». В остальном технология не отличается от вышеописанной технологии сепарирования зеленого пива, однако имеет некоторые особенности в подборе типа сепаратора.
Возможно использование сепаратора типа РХ, что служит стандартом для зеленого пива, однако потребуется достаточно мощная по гидравлической производительности установка, которая обеспечивала бы необходимую производительность по твердым частицам. В общем же случае сопловый сепаратор с непрерывной выгрузкой концентриро-
Брожение/ дображивание
Холодная стабилизация
Осветленное пиво
1—ф-► Дрожжи (21-25 % СВ)
Рис. 1. Сепарация зеленого пива с дозировкой дрожжей
Осветленное пиво
Пластинчатый сепаратор
Декантер
Рис. 2. Сепарация зеленого пива при помощи
декантера и пластинчатого сепаратора
Восстановленное пиво
Дрожжевой танк
Модули мембранной фильтрации
1 Я I нИ в
I
I
Концентрированные дрожжи
Рис. 4. Восстановление пива при помощи мембранной фильтрации
ванных дрожжей (тип FEUX) представляет собой наилучшую альтернативу (рис. 3).
Необходимо учитывать то, что диаметр сопел оказывает большое влияние на работу сепаратора (подборка диаметра производится во время пуско-на-ладочных работ при вводе в эксплуатацию). Важно также, чтобы нагрузка на сепаратор (производительность и концентрация дрожжей) была относительно стабильной. Для этой цели перед сепаратором устанавливается так называемый модуль унификации, включающий дозировку деаэрированной воды на вход сепаратора на основе показаний мутности выходящих дрожжей. Дополнительным эффектом такого решения является увеличение выхода экстракта при том же значении СВ дрожжей.
Типичные результаты: расход подачи 20-50 Гл / ч; концентрация подачи 20-40 об. % / об.; концентрация выгружаемых дрожжей 19-23 % СВ;
восстановленное пиво < 200 тыс. клеток/мл;
захват кислорода менее 20 ppb. Компания «Альфа Лаваль» установила четыре сепарационные установки FEUX 510 для восстановления пива на заводах группы Grupo Polar в 2005 г. После всесторонних испытаний восстановленное пиво было принято по качеству, и на-
грузка по избыточным дрожжам оказалась значительно ниже по сравнению с декантерами (<0,1 млн клеток/мл)
Восстановление пива при помощи мембранной фильтрации
Альтернатива сепарации — мембранная фильтрация. Разработанная нами мембранная система представляет собой многоступенчатую фильтрационную систему с поперечным потоком на базе фторополимерных мембран. Система работает в полунепрерывном режиме, в два или более этапа. По сравнению с системами с периодическим режимом работы она менее вредна для дрожжей и, следовательно, предпочтительнее с точки зрения качества восстановленного пива.
Типичные результаты: расход подачи максимум 40 гл / ч (в зависимости от модели);
концентрация подачи 20-40 об. % / об.; концентрация выгружаемых дрожжей 18-20 % СВ;
восстановленное пиво практически стерильное;
захват кислорода практически отсут-свует.
Выбор между сопловым сепаратором и мембранной системой вовсе не является не является очевидным. Обе системы
имеют и преимущества, и недостатки. В общем случае можно сказать:
мембранная система позволяет добиться наилучшего качества восстановленного пива, однако и эксплуатационные расходы мембранной системы несколько выше, прежде всего за счет стоимости мембран;
содержание СВ, которое можно достичь с помощью сепаратора, несколько выше;
сепаратор можно промывать в линии (без разборки) с помощью стандартных химических средств, которые применяются для существующей станции СИП, тогда как для мойки мембранных систем требуются специальные химические средства.
Зачастую заказчик уже имеет сложившееся мнение о том или другом методе восстановления, и в большинстве случаев нет смысла пытаться его переубедить, чтобы он выбрал другой метод.
Расчет окупаемости
Для выполнения первичной оценки окупаемости капиталовложений мы разработали специальный програм-мый инструмент, позволяющий получить «в первом приближении» целесообразность применения систем восстановления пива из дрожжей. Ниже
4 • 2007
21
даны примеры типовых «окон» программы.
Оценка мембранного метода
(рис. 5). Для выполнения расчета необходимо ввести основные производственные параметры в неокрашенные клетки. Затем надо выбрать типоразмер модуля для восстановления пива. После того как вы выбрали модель с достаточной производительностью, появится [OK].
Оценка метода с применением сепаратора FEUX (рис. 6). Базовые производственные параметры имеют связь с предыдущими клетками, так что их не требуется вводить еще раз. Есть только одна модель сепаратора, которую мы предлагаем для данного применения, так что вы получите либо [OK], либо [Under Capacity] / [Недостаточная производительность] — в таком случае вам надо будет параллельно рассмотреть больше сепараторов.
Расчет затрат заказчика (рис. 7). На этой страничке надо ввести переменные показатели затрат — переменные издержки (расходы на электричество, воду,..), а также показатель
оценки восстановленного пива и концентрированных дрожжей.
Расчет окупаемости (рис. 8). Страничка расчета окупаемости собирает с предыдущих страничек все данные, имеющие отношение к этому вопросу, и производит расчет периода окупаемости инвестиций (по приведенным или дисконтированным затратам).
Таким образом, при использовании классической технологии производства пива восстановление пива из дрожжевой суспензии — органичное развитие процесса и не требует значительных инвестиций. Для восстановления применяют центробежные сепараторы и, возможно, декантеры.
При технологии, основанной на использовании унитанков, восстановление пива из избыточных дрожжей является отдельным технологическим процессом и применяется в основном на достаточно крупных пивоваренных предприятиях (более 2 млн гл). Компания «Альфа Лаваль» предлагает технологические решения восстановления пива из дрожжей. основанные как на центробежных сепараторах, так и на мембранной фильтрации.
По сравнению с микрофильтраци-ейЬрименение центробежных сепараторов позволяет восстанавливать большие объемы пива, однако более низкого качества и с более высокой концентрацией остаточных дрожжей. Кроме того, в зависимости от точки возврата восстановленного пива в производство может потребоваться пастеризатор.
Мембранная микрофильтрация обеспечивает более высокие показатели восстановленного пива. Дальнейшая сепарация и пастеризация не требуются. Однако скорость восстановления, которую можно достичь с применением микрофильтрации, всегда будет ниже по сравнению с центробежным оборудованием.
В отдельных случаях компании можно предложить использовать декантер типа Foodec для использования в цепочке восстановления пива из избыточных дрожжей.
Применение конкретного технологического решения зависит от параметров производства и может быть оценено с помощью специальной программы. &
