CC BY
51
Продолжаем публикацию цикла статей, посвященных инженерному обеспечению новейшей прогрессивной технологии приготовления пивного сусла. Предыдущие статьи опубликованы в № 4, 5 и 6 за 2008 г. и в № 1, 2, 3 за 2009 г.
УДК 663.423
Варочный цех XXI века: осветление охмеленного сусла
Б. Н. Федоренко, д-р техн. наук, проф.
Московский государственный университет пищевых производств
В стародавние времена наши предки охлаждали сусло в деревянных корытах. С развитием пивоварения на смену корытам пришли холодильные тарелки — по сути те же корыта, но только металлические, оснащенные кое-какой арматурой и с гораздо большей площадью поверхности испарения для ускорения охлаждения сусла. Здесь уместно заметить, что так прежде любители чая, чтобы не обжечься, наливали горячий чай в блюдце и с удовольствием прихлебывали из него вприкуску с сахаром (припоминаете живописную купчиху с полотна Б. М. Кустодиева).
По старым схемам сусло охлаждали и осветляли вначале в открытых холодильных тарелках (рис. 1) за счет испарения содержащейся в сусле воды и непосредственного теплообмена с окружающим воздухом до 70 °С, а затем в открытых оросительных теплообменниках. Одновременно в процессе охлаждения, обтекая снаружи трубы оросительного теплообменника, сусло насыщалось кислородом воздуха. Поскольку процесс протекал в открытых условиях, сусло могло инфицироваться посторонней микрофлорой.
В связи с этим в ХХ в. на смену холодильным тарелкам пришли вначале закрытые отстойные аппараты, а затем
Ключевые слова: осветление сусла; аппарат гидроциклонный; вирпул; стрипинг
гидроциклонные аппараты, на профессиональном сленге называемые вирпу-лами.
В настоящее время последовательное использование гидроциклонного аппарата, пластинчатого теплообменника и аэратора является общепринятым техническим решением при осветлении, охлаждении и аэрации сусла в герметичных условиях.
При этом осветление сусла в гидроциклонных аппаратах может быть организовано различными способами и осуществляться как в горячем, так и в холодном виде.
Осветление горячего сусла. Осветлению в гидроциклонном аппарате подвергают сусло преимущественно в горячем виде, поскольку вязкость его
при повышенной температуре меньше и соответственно скорость осаждения взвешенных частиц больше. Однако в горячем сусле непосредственно после варки продолжает образовываться свободный диметилсульфид (ДМС), содержание которого впоследствии (после охлаждения) снизить уже практически невозможно, что негативно сказывается на органолептических показателях пива.
Осветление горячего сусла с применением стрипинга. Для устранения вышеупомянутой проблемы используют современный и весьма эффективный технологический прием — стрипинг, суть которого заключается в дополнительной отгонке нежелательных летучих фракций сусла (в том числе ДМС) в процессе его повторного испарения после осветления в гидроциклонном аппарате непосредственно перед охлаждением. В одних случаях стрипинг осуществляют в специализированной сусловарочной системе, как, например, в тонкопленочном испарителе сусловарочной установки Merlin; в других — этой цели служат специальные устройства, устанавливаемые на участке между гидроциклонным аппаратом и пластинчатым теплообменником или скомбинированные с гидроциклонным аппаратом (будет показано далее при обсуждении конструкции новейшего гидроциклонного аппарата Calypso).
Осветление частично охлажденного сусла. При перекачивании сусла в гидроциклонный аппарат его
Рис. 1. Осветление и охлаждение
сусла в холодильной тарелке
Моющий раствор
7
8
9 и
Осветленное сусло
Белковый отстой
Рис. 2. Принципиальное устройство гидроциклонного аппарата Calypso конструкции Steinecker: 1 — штуцер для тангенциального ввода сусла; 2 — внутренняя стенка; 3 — коллектор для сусла; 4 — размыватель осадка; 5 — моющая головка; 6 — коллектор для мойки межстеночного пространства; 7 — зона осветления сусла; 8 — зона испарения сусла; 9 — теплоизоляция; 10 — насос для подачи сусла на испарение; 11 — насос для подачи сусла на охлаждение
частично охлаждают примерно на 1 °С (до 89 °С), пропуская через теплообменник некоторую его часть и подмешивая с горячим суслом. Осветление сусла при такой температуре происходит почти с той же скоростью, что и горячего сусла, но образование ДМС при этом может быть снижено почти на 30 %.
Осветление охлажденного сусла. Во избежание образования свободного ДМС в период выдержки в гидроциклонном аппарате сусло после кипячения предварительно охлаждают в пластинчатом теплообменнике холодной водой до 15 °С и только после этого подают на осветление в гидроциклонный аппарат. По окончании осветления сусло дополнительно подвергают более глубокому охлаждению, как правило, в том же пластинчатом теплообменнике ледяной водой до температуры 6...8 °С и направляют на брожение. Недостаток этого способа — большая продолжительность процесса вследствие меньшей скорости осаждения взвесей, обусловленной повышенной вязкостью охлажденного сусла.
Итак, к очевидным и неоспоримым преимуществам осветления сусла в гидроциклонном аппарате (по сравнению с холодильной тарелкой) относят: повышенную производительность; микробиологическую безопасность (благодаря герметизации оборудования); компактность.
Однако гидроциклонные аппараты имеют существенно меньшую площадь поверхности испарения сусла (нежели холодильные тарелки), что не позволяет обеспечить эффективное удаление из сусла нежелательных ароматических веществ, которые к тому же в условиях высокой температуры продолжают образовываться в гидроциклонном аппарате. Так, например, вследствие расщепления предшественника ДМС образуется свободный ДМС, который уже не может быть удален из сусла с испарениями в достаточной степени из-за недостаточной площади поверхности сусла. Между тем при превышении предельно допустимых (пороговых) значений содержания нежелательных ароматических веществ пиво может приобрести овощной (сельдерейный) запах.
Это техническое противоречие традиционных гидроциклонных аппаратов послужило основанием для их дальнейшего конструктивного совершенствования, в результате которого в 2006 г. предприятием Б1е1пескег
компании KRONES был разработан принципиально новый гидроциклонный аппарат Calypso, объединяющий достоинства традиционного гидроциклонного аппарата и холодильной тарелки (рис. 2).
Аппарат Calypso функционально отличается от традиционных гидроциклонных аппаратов тем, что наряду с осветлением в нем осуществляют тонкопленочное испарение сусла — стрипинг. Конструктивно он отличается тем, что благодаря дополнительной внутренней стенке 2 он разделен на две функциональные зоны — зону осветления 7 и зону испарения 8. При
достаточном воображении читателя это можно представить так, что цилиндрический корпус гидроциклонного аппарата как бы огибает вокруг холодильная тарелка, поставленная вертикально на одну из стенок (рис. 3).
В верхней части пространства между наружной и внутренней стенками расположен трубчатый кольцеобразный коллектор 3 (см. рис. 2)с расположенными со смещением отверстиями для равномерного распределения сусла по вертикальным поверхностям обечаек межстеночного пространства (рис. 4). Кроме того, на верхней части внутренней стенки, не соприкасаю-
Life is liquid. (7)
Мы снижаем
стоимость пива
drinktec
Павильон В 6
Мы думаем, что пивоварение и в будущем должно приносить прибыль! Поэтому энергопотребление нашего оборудования мы снизили до исторического минимума. Естественно, на качестве пива мы не экономили. Наоборот! Что касается вкуса, мы, как и прежде, достигаем наилучших показателей.
Более подробно: www.krones.com/en/solutions
)( KRÖN ES
щейся с конической крышкой аппарата, расположен коллектор 6 с моющими головками (см. рис. 2).
Еще одна оригинальная конструктивная особенность гидроциклонного аппарата Calypso — организация подачи в него исходного сусла. На первый взгляд это техническое решение парадоксально — тангенциальную подачу сусла в аппарат осуществляют через вертикально (!) ориентированный входной штуцер 1. Однако конструктивно это обеспечивают следующим образом: входной штуцер располагают вертикально в нижней части аппарата, причем большей частью штуцер находится в зоне испарения, лишь незначительно выступая внутрь зоны осветления (рис. 5, а). На этой выступающей части в непосредственной близости от цилиндрической поверхности внутренней обечайки 2 (см. рис. 2) расположено выпускное отверстие в форме вертикального узкого шлица. Благодаря такому техническому решению форма тангенциального потока превратилась в широко развернутую плоскую струю, способствующую более равномерному закручиванию сусла в аппарате и улучшению выделения из него взвешенных частиц (рис. 5, б).
Принцип функционирования гидроциклонного аппарата Calypso заключается в следующем. Горячее охмеленное сусло перекачивают из сусловарочного аппарата в гидроциклонный аппарат, причем непосредственно в аппарат сусло (как и в традиционном вирпуле) поступает тангенциально. Затем следует технологическая пауза, в течение которой взвеси сусла осаждаются, скапливаясь в центре плоского днища в виде конуса. Одновременно в течение заполнения аппарата и технологической паузы межстеночное пространство аппарата (зона испарения 8) (см. рис. 2) очень хорошо прогревается, обеспечивая в нем атмосферу насыщенного пара. Благодаря теплоизоляции 9 наружной обечайки потери тепла вследствие его излучения в окружающую среду сокращаются до минимума.
По окончании технологической паузы, во время которой содержание в сусле ДМС возрастает, непосредственно перед подачей горячего осветленного сусла на теплообменник-охладитель, дополнительно осуществляют стрипинг. Это происходит следующим образом: сусло, последовательно отводимое из внутренней полости гидроциклонного аппарата (зоны осветления 7) сначала через верхний,
а затем через нижний выпускные патрубки, нагнетают насосом 10 в кольцевой коллектор 3, расположенный в верхней части межстеночного пространства аппарата. Через отверстия коллектора сусло разбрызгивается на прогретые внутренние стенки зоны испарения, равномерно распределяется по ним и стекает вниз, откуда насосом 11 поступает в теплообменник на охлаждение.
При тонкопленочном течении сусла по обширной горячей поверхности до-
Рис. 3. Вид сверху на гидроциклонный аппарат Calypso конструкции Steinecker (коническая крышка на фото не показана)
Рис. 4. Кольцеобразный коллектор сусла в межстеночном пространстве гидроциклонного аппарата Calypso
Рис. 5. Тангенциальный ввод сусла в гидроциклонный аппарат Calypso через нижний входной вертикально-ориентированный штуцер: а — входной штуцер для сусла с выпускным отверстием в форме вертикального узкого шлица; б — схема распределения сусла при тангенциальном входе в аппарат
стигается требуемое атмосферное испарение в щадящих условиях, причем без дополнительного подвода тепловой энергии и без создания вакуума.
Температура сусла в процессе осветления снижается всего на 1,5...2 °С при этом его плотность практически не меняется, поскольку испаряется менее 1 % влаги. Испарение сопровождается удалением нежелательных ароматических веществ, в частности содержание свободного ДМС снижается примерно на 40-45 % по сравнению с гидроциклонным аппаратом традиционной конструкции и не превышает рекомендуемых пороговых значений. Цвет сусла в процессе его обработки в аппарате Calypso не изменяется.
К преимуществам атмосферного испарения (по сравнению с вакуумным) относят сохранение ароматического профиля (в частности, сохранение ароматических веществ хмеля и пр., в то время как в условиях вакуума ароматический профиль может быть необратимо изменен); простоту конструктивного устройства; отсутствие дополнительных затрат (на вакуумную камеру и вакуум-насос); отсутствие влияния на работу системы регенерации тепловой энергии и температуру горячей воды, в то время как при работе с вакуумными системами сусло попадает в теплообменник-охладитель с температурой 80 °С и ниже.
Технологические возможности гидроциклонного аппарата Calypso позволяют регулировать удаление ароматических веществ с испарениями за счет изменения отношения обработанного в зоне испарения сусла к необработанному суслу и изменения скорости потока.
Конструктивные особенности и функциональные возможности гидроциклонного аппарата Calypso, в частности возможность эффективного и управляемого удаления из сусла ДМС, позволяют использовать солод невысокого качества с повышенным содержанием предшественника ДМС, что составляет важное технологическое преимущество этой конструкции.
Первый в России гидроциклонный аппарат Calypso успешно эксплуатируется с 2007 г. на тверском пивоваренном заводе «Брау Сервис». Кроме того, два Calypso работают в Казахстане на пивоваренных заводах «Эфес» (г. Алматы) и «Нуржанар» (г. Уральск). ®
