CC BY
46
Структурно-механические
характеристики
пивных избыточных дрожжей
И. Т. Кретов, С. В. Шахов, А. А. Смирных, А. И. Потапов, Е. С. Попов, Д. С. Попов
Воронежская государственная технологическая академия
Для обеспечения проведения технологических операций, связанных с отделением пива от избыточных дрожжей [1], требуется наличие информации о таких структурно-механических характеристиках, как динамическая вязкость и касательное напряжение. Поскольку дрожжевая суспензия обладает аномалией вязкости, ее структурно-механические характеристики обусловлены не только составом продукта и его температурой, но и величиной градиента скорости сдвига. Это необходимо учитывать при расчете оборудования.
С целью определения реологических характеристик были проведены исследования на ротационном вискозиметре «Реотест-2» (Германия), позволяющем получить информацию о касательном напряжении т и динамической вязкости ц дрожжевой суспензии. Исследования осуществляли при различных процентных соотношениях пива и дрожжей, температурах, градиентах скорости сдвига с использованием стаканов N и Н, константы которых приведены в инструкции к вискозиметру.
Использование стаканов N и Н позволило исследовать весь диапазон концентраций дрожжевой суспензии, начиная от пива и заканчивая выделенными дрожжами (табл. 1). Содержание сухих веществ определяли на влагомере FD-610 «КЕТТ» (Япония).
Исследование дрожжевой суспензии с различным содержанием дрожжей обусловлено тем, что дрожжевая суспензия, отбираемая из ЦКТ, не содержит постоянного количества пива и дрожжей, которое постоянно варьируется в зависимости от расположения в конусе ЦКТ, особенностей технологического
процесса. Кроме того, отделение пива от избыточных дрожжей с помощью полупроницаемых мембран обусловлено изменением концентрации в течение времени и по длине канала.
Для определения массового соотношения пива и дрожжей в суспензии было проведено разделение суспензии на центрифуге периодического действия частотой 3000 мин-1 (время 10 мин). После этого на электронных весах взвешивали общую массу, удаляли пиво, взвешивали массу оставшихся дрожжей и затем готовили суспензию с различным процентным содержанием дрожжей.
При исследованиях использовали следующую методику. До начала измерений пробу дрожжевой суспензии термостатировали в течение 20 мин при заданной температуре в термоста-тирующем сосуде. По окончании термо-статирования фиксировали показания самописца для каждой последовательно установленной ступени скорости вращения ротора. При проведении замеров поддерживали равномерную и постоянную температуру пробы путем подачи в наружный цилиндр вискозиметра воды из циркуляционного термостата. Температуру исследуемой пробы поддерживали с точностью ±0,1 °С. Причем при каждом новом значении температуры брали новую порцию дрожжевой
суспензии. Привод вискозиметра позволял устанавливать различные скорости вращения цилиндра и тем самым иметь разные значения градиента скорости сдвига.
Исследования проводили при следующих градиентах скорости сдвига: стакан N — 9,0; 48,60; 243,0; 729,0; 1312; стакан Н — 1,0; 5,40; 27,0; 81,0; 145,8. Стакан N использовали для следующих проб: 50 % пива, 50 % дрожжей; 60 % пива, 40 % дрожжей; 100 % пива; стакан Н: 100 % дрожжей; 30 % пива, 70 % дрожжей; 40 % пива, 60 % дрожжей.
На рис. 1 и 2 приведены данные об изменении касательного напряжения т дрожжевой суспензии в зависимости от градиента скорости сдвига у при температуре 20 °С.
Анализируя кривые течения, можно отметить, что дрожжевая суспензия ведет себя как неньютоновская псевдопластическая жидкость [2], а уравнение течения можно описать законом Оствальда-де-Виля
т = К у",
где т — напряжение сдвига, Па; К — коэффициент консистенции, зависящий от рода материала, вида и размера измерительной аппаратуры; у — скорость сдвига (деформации), с-1; п — индекс течения.
При скоростях сдвига 150 с-1 (см. рис. 1) и 30 с-1 (см. рис. 2) кривые течения меняют свои направления и при дальнейшем увеличении скорости сдвига они практически спрямляются. Это говорит о том, что дрожжевая суспензия при небольших скоростях сдвига проявляет свойства неньютоновской жидкости, а с повышением скорости сдвига — ньютоновской жидкости.
С целью определения коэффициента консистенции и индекса течения экспериментальные данные были представле-
220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
т, Па
0
300 600 900 1200 1500 У, с-
— 50 % пива, 50 % дрожжей
— 60 % пива, 40 % дрожжей
— 100 % пива
Рис. 1. Кривые течения дрожжевой
суспензии с различным процентным соотношением пива и дрожжей
2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0
т, Па
0
30
60
90 120 150 У, с-
— 100 % дрожжей
— 30 % пива, 70 % дрожжей
— 40 % пива, 60 % дрожжей
Рис. 2. Кривые течения дрожжевой
суспензии с различным процентным соотношением пива и дрожжей
Таблица 1
Процентное соотношение пива и дрожжей Содержание сухих веществ, %
100 % пива 6,3
60 % пива, 40 % дрожжей 12,3
50 % пива, 50 % дрожжей 13,5
40 % пива, 60 % дрожжей 14,4
30 % пива, 70 % дрожжей 18,9
100 % дрожжей 75,1
ПИ]
НАПИТКИ
4•2008
18
0 -!-!-!-!-!-!—,-,-!-!— .
0 300 600 900 1200 1500 Y с
— 50 % пива, 50 % дрожжей
— 60 % пива, 40 % дрожжей
— 100 % пива
Рис. 3. Зависимость вязкости дрожжевой суспензии от скорости сдвига с различным процентным соотношением пива и дрожжей
— 100 % дрожжей
— 30 % пива, 70 % дрожжей
— 40 % пива, 60 % дрожжей
Рис. 4. Зависимость вязкости дрожжевой суспензии от скорости сдвига с различным процентным соотношением пива и дрожжей
— 6 °С — 30 °С
— 20 °С — 40 °С
Рис. 5. Зависимость вязкости дрожжевой суспензии (50 % пива, 50 % дрожжей) от скорости сдвига для различных температур
Таблица 2
Процентное соотношение пива и дрожжей Коэффициент консистенции Индекс течения
60% пива, 40% дрожжей 5,23 0,3400
50% пива, 50% дрожжей 7,32 0,2347
40% пива, 60% дрожжей 93,2 0,4631
30% пива, 70% дрожжей 189 0,3794
100% дрожжей 675,7 0,2493
ны в виде зависимости т = / (у) в логарифмических координатах. В результате обработки получены значения К и п, указанные в табл. 2. Как видно, п <1, следовательно, дрожжевую суспензию можно отнести к псевдопластичным материалам.
Данные об изменении динамической вязкости ц, дрожжевой суспензии в зависимости от градиента скорости сдвига у при температуре 20 °С приведены на рис. 3 и 4. Максимальную вязкость дрожжевая суспензия имеет при небольших скоростях сдвига. Дальнейшее увеличение скорости деформации приводит к резкому падению вязкости, которая в каждой группе практически одинакова и находится в пределах от 0,023 до 0,134 Пах и от 2,87 до 15,9 Пах.
Данные об изменении вязкости дрожжевой суспензии, содержащей 50 % пива и 50 % дрожжей, в зависимости от градиента скорости сдвига у при различных температурах приведены на рис. 5. Наибольшую вязкость дрожжевая суспензия достигает при скорости деформации 9,0 с-1 и температуре 6 °С, что состав-
ляет 2,75 Пах. При температурах 20 и 30 °С вязкость дрожжевой суспензии значительно уменьшается при той же скорости деформации. При высоких скоростях деформации вязкость образца при всех температурах значительно уменьшается и находится в узком диапазоне — от 0,071 до 0,165 Пах.
Данные о реологических характеристиках дрожжевой суспензии целесообразно использовать при определении оптимальных условий работы оборудования или разработке его новых видов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кунце В. Технология солода и пива. — СПб.: Профессия, 2003.
2. Косой В. Д., Малышев А. Д., Юдина С. Б. Инженерная реология в производстве колбас. — М.: КолосС, 2005. &
4 • 2008 , ПИВО
9
