CC BY
54
Теплофизические характеристики пива и пивного сусла
А. Ф. Сорокопуд, А. В. Миленький
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
В последнее время на пивоваренном рынке нашей страны наблюдается спад потребительского спроса на пиво. Насыщению рынка способствовало наличие большого количества конкурирующих предприятий в данной отрасли, преобладающий продукт которых — алкогольное пиво. Безалкогольному пиву отводится роль продукта, сопровождающего основной ассортимент, что зачастую сказывается на его качестве. В условиях сложившейся ситуации предприятия, несомненно, обратят внимание на безалкогольное пиво как на конкурентоспособный продукт.
Один из способов получения безалкогольного пива — термический метод, заключающийся в выпаривании спирта [1]. Нагрев пива при деалкоголизации проводится до температуры 40...45 "С, под вакуумом, в аппаратах с низким гидравлическим сопротивлением и не-
большим временем теплового воздействия на продукт. К таким аппаратам можно отнести и роторный распылительный аппарат (РРА) [2], который применим как для деалкоголизации,
так и для концентрирования продуктов [4]. Для выбора режимов работы РРА надо иметь численное значение коэффициента теплопередачи как показателя интенсивности тепловых процессов, например, при деалкоголизации пива или концентрировании пивного сусла.
Для изучения процессов теплообмена, установления рациональных и оптимальных режимов деалкоголизации и концентрирования необходимо знать теплофизические свойства пива и пивного сусла, их изменение в процессе нагрева. Теплофизические свойства жидких пищевых продуктов зависят от качественного и количественного состава химических веществ, микроструктуры, предварительной термообработки, температуры [3].
Таблица 1
Исследуемый продукт Содержание спирта С, об. % Концентрация сухих растворимых веществ Ссв, мас. %
Пиво «Жигулевское» 4,0 4
Пиво «Злата Прага» 4,5 4,4
Пиво «Гурмэ» 4,8 5
Пиво «Жигулевское 0 4,4
Пиво «Злата Прага» 0 4,8
Пиво «Гурмэ» 0 5,5
Пивное сусло, Ссв = 11 % 0 11
Пивное сусло, Ссв = 20 % 0 20
Пивное сусло, Ссв=30 % 0 30
Пивное сусло, Ссв=40 % 0 40
Таблица 2
Исследуемый продукт Уравнение множественной регрессии Коэффициент множественной регрессии Я,%
Пиво «Жигулевское» X=0,25 - 0,00147" (1) 98,3
Пиво «Злата Прага» X=0,29 - 0,00157 (2) 99,1
Пиво «Гурмэ» X=0,33 - 0,00187 (3) 98,0
Пиво «Жигулевское X=0,36 - 0,00117 (4) 98,4
Пиво «Злата Прага» X=0,172 - 0,00097 (5) 98,2
Пиво «Гурмэ» X=0,485 - 0,00067 (6) 98
Пивное сусло, С = 11 % св X=0,39 - 0,00097 (7) 98,5
Пивное сусло, Ссв = 20 % X=0,40 - 0,00097 (8) 98,5
Пивное сусло, С = 30 % св X=0,42 - 0,00117 (9) 98,5
Пивное сусло, Ссв=40 % X=0,439 - 0,00167 (10) 99,0
Таблица 3
Исследуемый продукт Уравнение множественной регрессии Коэффициент множественной регрессии Я,%
Пиво «Жигулевское» С=4,42 - 0,00217 (11) 98
Пиво «Злата Прага» С=4,022 - 0,00147 (12) 94,7
Пиво «Гурмэ» С=4,366 - 0,00357 (13) 98,5
Пиво «Жигулевское С=4,38 - 0,00217 (14) 98,2
Пиво «Злата Прага» С=4,30 - 0,00237 (15) 98,0
Пиво «Гурмэ» С=4,53 - 0,00187 (16) 99,1
Пивное сусло, Ссв = 11 % С=4,23 - 0,00247 (17) 99,3
Пивное сусло, Ссв = 20 % С=4,20 - 0,00297 (18) 98,4
Пивное сусло, Ссв=30 % С=4,29 - 0,00347 (19) 99,1
Пивное сусло, Сгв=40 % С=4,19 - 0,00387 (20) 99,0
Данная работа посвящена экспериментальному исследованию теплофи-зических характеристик: теплопроводности X, Вт/(м-К), удельной теплоемкости С, кДж / (кгК), алкогольных, деалкоголизированных сортов пива: «Гурмэ», «Злата Прага», «Жигулевское» и пивного сусла «Жигулевское», выпускаемых на ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод» (г. Кемерово). Теплофизические свойства пива и сусла исследованы в зависимости от температуры Т,"С, концентрации сухих растворимых веществ Ссв, мас. %, и концентрации спирта Сс, об. %, в диапазонах, приемлемых с практической точки зрения (табл. 1) при температуре 20.50 "С.
Исследование теплофизических свойств проводили с применением известных методик. Теплопроводность определяли сравнительным методом Христианса [3], который основан на сравнении образца исследуемого продукта с эталоном, обладающим хорошо изученной и не подвергающейся изменениям теплопроводностью. В качестве эталонной жидкости использовали химически чистый глицерин, теплопроводность которого в исследуемом диапазоне изменяется на ±2,1 %.
М- 2008
22
Удельную теплоемкость исследовали калориметрическим методом [3]. Содержание спирта и сухих веществ в опытных образцах пива и пивного сусла определяли пикнометрическим методом.
Каждый из проведенных экспериментов имел не менее трех повторений, что обеспечило необходимую степень достоверности опытов. Полученные опытные данные были обработаны на ЭВМ в среде программ Exel и MathCad в результате найдены зависимости, описывающие теплофизические свойства пива и сусла (табл. 2, 3).
В табл. 2, 3 величина коэффициента множественной корреляции R показывает, насколько модель приспособлено объясняет изменения
4,1
3,7 ----
15 25 35 45 55
Температура, °С
— Пиво «Жигулевское», 4,0 об.%
— Пиво «Злата Прага», 4,5 об.%
— Пиво «Гурмэ», 4,8 об.%
Рис. 3. Зависимость коэффициента теплоемкости исходных продуктов от температуры
35
15 25 35 45 55
Температура, °С
— Пивное сусло, ССВ = 11 %
— Пивное сусло, ССВ = 20 %
— Пивное сусло, ССВ = 30 %
— Пивное сусло, ССВ = 40 %
Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности пивного сусла «Жигулевское» от температуры
теплопроводности и удельной теплоемкости в заданном интервале температур.
Для анализа теплофизических характеристик пивного сусла и пива рассмотрим частные графические зависимости, полученные в результате статического анализа. Они представленные на рис. 1 -4.
— Пиво «Жигулевское», 4,0 об.%
— Пиво «Злата Прага», 4,5 об.%
— Пиво «Гурмэ», 4,8 об.%
Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности исходных продуктов от температуры
— Пиво «Жигулевское», 0 об.%
— Пиво «Злата Прага», 0 об.%
— Пиво «Гурмэ», 0 об.%
Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности деалкоголизированного пива от температуры
4
„ 3,8 Jï 3,6
If
"S 3,4
и*
3,2
15 25 35 45
Температура, °С
— Пивное сусло, ССВ = 11 %
— Пивное сусло, ССВ = 20 %
— Пивное сусло, ССВ = 30 %
— Пивное сусло, ССВ = 40 %
Рис. 6. Зависимость коэффициента теплоемкости
пивного сусла «Жигулевское» от температуры
Как следует из анализа данных, представленных на рис. 1 и 2, с возрастанием температуры коэффициент теплопроводности возрастает линейно. Увеличение содержания сухих веществ в деалкоголизированном пиве и концентрированном пивном сусле приводит к понижению коэффициента теплопроводности, что иллюстри-
руется графическими зависимостями (см. рис. 2, 5). В исходных сортах пива одновременное увеличение содержания спирта и сухих веществ приводит к снижению коэффициента теплопроводности (см. рис. 1).
Как следует из данных (см. рис. 3 и 4), с повышением температуры удельная теплоемкость продуктов снижается. С возрастанием концентрации сухих веществ и спирта теплоемкость уменьшается (см. рис. 3). Увеличение содержания сухих веществ в деалко-голизированном пиве и концентрированном пивном сусле приводит к понижению удельной теплоемкости (см. рис. 4, 6).
Результаты выполненных исследований в виде уравнений (1)-(20) (см. табл. 2 и 3) могут быть использованы для расчета теплообмена при деалкоголизации исследованных сортов пива и концентрирования пивного сусла «Жигулевское», а также в расчетной практике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кунце В. Технология солода и пива. — СПб.: Профессия, 2001.
2. Сорокопуд А. Ф. Разработка и совершенствование роторных распылительных аппаратов с целью интенсификации процессов в гетерогенных газожидкостных системах: Дис... д-ра техн. наук. — Кемерово, 1998.
3. Гинзбург А. С, Громов М. А., Красовская Г. И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. — М.: Агропромиздат, 1990.
4. Третьякова Н. Г. Совершенствование технологии производства пищевых продуктов с использованием роторного распылительного испарителя: Дис. . канд. техн. наук. — Кемерово, 2002.
5. Великая Е. И., Суходол В. Ф. Лабораторный практикум по курсу общей технологии бродильных производств. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.
2008
55
23
