CC BY
36
Технологические аспекты и инженерное обеспечение приготовления пивного сусла подробно рассмотрены в книге проф. Б. Н. Федоренко «Пивоваренная инженерия», которая готовится к выходу в свет. Предлагаемая вашему вниманию статья — не фрагмент этой книги, а краткая авторская вариация на указанную тему, в основе которой лежат материалы одного из разделов упомянутой книги, а также результаты новейших исследований и конструктивных разработок.
Варочный цех XXI века: затирание зернопродуктов
Б. Н. Федоренко, д-р техн. наук, проф.
Московский государственный университет пищевых производств
Основная технологическая задача затирания зернопродуктов — получение наибольшего количества экстракта в сусле.
При затирании солода крахмалистые соединения трансформируются в сахара, а некоторые его вещества превращаются в низкомолекулярные соединения — липиды и полифенолы, влияющие на качество сусла и пива. Ли-пиды негативно влияют на устойчивость пены, а продукты их окисления придают пиву затхлый запах. Полифенолы, реагируя с белками, способствуют вначале холодному, а затем постоянному помутнению пива, а при окислении придают напитку грубый и вяжущий вкус, ассоциирующийся с процессом старения пива. При этом следует учитывать, что с увеличением продолжительности затирания возрастает содержание в сусле липидов и полифенолов экстрагируемых из солода.
Таким образом, для обеспечения быстрого и эффективного затирания требуется специализированное технологическое оборудование, которое должно обеспечивать максимально возможный выход экстракта и быстрое преобразование веществ; минимизировать потребность в энергии; гарантировать оптимальный состав сусла, который, в свою очередь, влияет на фильтруе-мость сусла, продолжительность брожения и дображивания пива, седиментацию дрожжей, фильтруемость и стабильность пива.
Следовательно, при затирании необходимо обеспечить оптимальные гидродинамические и тепловые условия для интенсификации ферментативных и тепло- и массообменных процессов.
В связи с этим к системам теплообмена и перемешивания заторного аппарата предъявляют следующие основные требования.
Система теплообмена заторного аппарата должна обеспечить:
максимальную эффективность теплообмена, т.е. максимально возможный коэффициент теплопередачи;
равномерность переноса теплоты и ее распределения в заторной массе;
быстроту нагревания (скорость нагревания должна быть при затирании не менее 1 °С, а при отварке не менее 1,5 °С в 1 мин);
предотвращение или уменьшение пригорания затора на стенках аппарата.
Система перемешивания заторного аппарата должна обеспечить:
однородность заторной массы (по концентрациям, температуре, рН и пр.);
краткую длительность контакта затора с нагревательной рубашкой для предотвращения пригорания;
невысокую интенсивность механических и гидродинамических воздействий с целью минимизации касательных напряжений и поглощения O2;
энергоэкономичность (минимизацию удельной вводимой мощности).
При этом колебания качества исходного зернового сырья требуют технологической гибкости в процессе затирания.
В 2004 г. на предприятии Steinecker концерна Krones AG разработана новая конструкция заторного аппарата, зарегистрированная под торговой маркой ShakesBeer, отвечающая вышеуказанным требованиям и позволяющая улучшить качество затора, снизить расход энергии и сократить продолжительность затирания.
От традиционных заторных аппаратов его отличают уникальная система теплообмена, форма днища, конструкция перемешивающего устройства и наличие специальных вибраторов.
Предпосылкой к совершенствованию системы теплообмена заторного аппарата послужил анализ теплопере-носа при затирании, эффективность которого (а именно скорость) характеризуется коэффициентом теплопередачи:
К = ■
1
1s
— + V ст
а X
гп ст
6•2008
+
пр
16
где агп — коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке; 5ст — толщина стенки, мм; Хст — коэффициент теплопроводности материала стенки; апр — коэффициент теплоотдачи от стенки к продукту.
Как известно, скорость любого процесса обратно пропорциональна его сопротивлению. Таким образом, знаменатель дроби в вышеприведенной формуле представляет собой общее сопротивление теплопередачи. Первое слагаемое знаменателя представляет собой сопротивление тепловому потоку со стороны греющего пара, второе слагаемое — сопротивление тепловому потоку в стенке, третье слагаемое — сопротивление тепловому потоку со стороны продукта. Исследования и анализ величин этих сопротивлений в процессе затирания показали, что первое из них составляет около 8 %, второе — около 25 %, а третье — около 67 % от общего сопротивления. Очевидно, что совершенствование системы теплообмена целесообразно осуществлять, прежде всего, за счет уменьшения этого (третьего) сопротивления, т.е. вследствие улучшения теплоотдачи от нагревающей стенки к продукту, поскольку основное сопротивление теплопереносу сосредоточено именно там.
Оригинальность системы теплообмена заторного аппарата ShakesBeer заключается в том, что впервые в практике пищевого и химического аппарато-строения паровые рубашки размещены со стороны продукта (затора) внутри аппарата — на нижней части обечайки и на коническом днище. При этом применяют выдувные рубашки с анкерными связями, которые выполнены из тонколистовой нержавеющей стали, приваренной точечной лазерной сваркой в шахматном порядке с определенным шагом к обечайке и днищу с внутренней стороны аппарата. В процессе изготовления таких рубашек после прикрепления их точечной сваркой к стенке аппарата, в них создается повышенное давление, при котором тонкая стенка рубашки выгибается, образуя соединенные между собой пространства между анкерными связями для протока теплоносителя. Эти рубашки (как и другие) изготовляют и испытывают при заведомо большем внутреннем давлении, чтобы при рабочем давлении гарантированно обеспечить ее целеостность.
Таким образом, внутренняя поверхность заторного аппарата ShakesBeer, одновременно являющаяся поверхностью выдувной рубашки с анкерными связями (рис. 1), представляет собой множество углублений в форме полушарий (лунок).
Благодаря такому конструктивному решению нагревательной рубашки с одной ее стороны образованы узкие каналы для прохода греющего пара, а с другой — увеличенная площадь поверхности нагрева, неровность которой
напоминает поверхность мяча для гольфа*. Как и у него, такая поверхность обладает особым аэро- и гидродинамическим эффектом. Ее неровности создают специфические микрозавихрения, которые снижают сопротивление воздуха и позволяют мячу для гольфа лететь дальше, по сравнению с мячом с совершенно гладкой поверхностью.
В заторном аппарате ShakesBeer эти завихрения в сочетании с большей удельной площадью поверхности обеспечивают очень эффективную теплопередачу, способствуя снижению энергозатрат. Благодаря значительному повышению коэффициента теплопередачи (на ~16 %) становится возможным сокращение (или даже исключение!!!) площади поверхности нагрева на днище аппарата (рис. 2). Кроме того, скорость нагрева может достигать 2,5 °С в 1 мин, что, в свою очередь, способствует сокращению продолжительности затирания. При такой организации нагрева появляется возможность использовать пар низкого давления, в результате этого уменьшить разность температур между затором и греющим паром и соответственно снизить температуру затора в пограничном (пристеночном) слое.
Таким образом, эффект микрозавихрений интенсифицирует перемешивание, преобразование веществ и уменьшает пригорание затора на стенках аппарата (рис. 3).
Другое принципиально новое техническое решение — мешалка, оснащенная расположенными во встречном направлении лопастями, которые своими двумя несущими плоскостями напоми-
* Вначале мячи для гольфа изготовляли с гладкой поверхностью. Со временем игроки заметили, что старые мячи с изношенной поверхностью летят дальше, чем новые, и стали намеренно вырезать углубления и наносить узоры на поверхность новых мячей. Позднее было научно установлено, что благодаря неровностям на поверхности мяча создаются турбулентные потоки, уменьшающие сопротивление воздуха, вследствие чего возникает специфический аэро- и гидродинамический эффект.
нают передние крылья болида «Формулы-1» (рис. 4).
Новая конструкция мешалки обеспечивает очень быстрый и целенаправленный отвод затора от нагревательных поверхностей, предохраняя его от перегрева и обеспечивая при этом однородность параметров во всем объеме затора (температуры, рН, концентраций и пр.). При этом перемешивание происходит в мягких, щадящих условиях при минимальных напряжениях сдвига (что позволяет существенно снизить образование Р-глюканов) и минимальном количестве захватываемого затором кислорода.
Кроме того, на мешалке может быть смонтировано устройство для впрыскивания воды на разных стадиях процесса
затирания. Благодаря этому появляется возможность целенаправленного управления группами ферментов, поскольку вначале готовят густой затор, в котором хорошо действуют протеазы, а затем его одновременно с нагревом разбавляют теплой водой для оптимального действия амилаз. С уменьшением концентрации затора скорость ферментативного гидролиза возрастает.
Наличие впрыскивающего устройства позволяет использовать его также для дозирования добавок в процессе затирания.
Еще одним новшеством в заторном аппарате ShakesBeer является применение специальных вибраторов (рис. 5), способствующих минимизации содержания кислорода в заторе, ускорению
Рис. 5. Вибратор заторного аппарата ShakesBeer: а — крепление на стенке заторного аппарата; б — общий вид
и повышению степени извлечения веществ, интенсификации ферментативного катализа, сокращению продолжительности затирания и улучшению фильтруемости пива. Таких вибраторов в каждом аппарате в зависимости от его размера может быть 2 или 3 шт.
Источник вибраций — электрический двигатель с неуравновешенным ротором, размещенный внутри цилиндра из высококачественной стали. Вибратор подключен к системе управления заторного аппарата и может включаться или выключаться по необходимости. Частота вибрации регулируется преобразователем.
Минимизация содержания кислорода в заторе после вибрационной обработки, благодаря чему сводится к минимуму образование карбонилов старения, объясняется следующим образом. Поры частиц зернового сырья заполнены воздухом, который при смачивании удерживается в них благодаря равновесию сил между газовой и жидкой фазами. При вибрационном воздействии на затор равновесие между силами нарушается, и воздух удаляется из частиц зернового сырья, причем содержание растворенного кислорода в заторе, подвергнутом вибрационной обработке, практически идентично его содержанию в чистой воде (рис. 6). В то же время, как при традиционном затирании, кис-
лород воздушных включений постепенно растворяется в жидкой фазе затора.
Ускорение и повышение степени извлечения веществ в результате вибрационной обработки затора происходят потому, что при резонансных колебаниях затора обеспечивается более быстрое и глубокое проникновение воды в частицы зернового сырья. Выход экстракта возрастает примерно на 0,15-0,20 % (рис. 7). О лучшем извлечении веществ свидетельствует также повышенная ферментативная активность а-амилаз в заторе (рис. 8).
Сокращение продолжительности затирания складывается из уменьшения времени на 20-25 мин при осуществлении технологических пауз при осахаривании затора, подвергнутого вибрационной обработке, и из экономии времени на 10-15 мин при нагреве затора вследствие улучшения системы теплообмена (рис. 9).
Улучшение фильтруемости пива, полученного из затора, подвергнутого вибрационной обработке, происходит благодаря снижению интенсивности процессов окисления и наличию молекул различных
Продолжительность, мин
— Традиционное затирание — С вибраторами — Вода
Рис. 6. Содержание растворенного кислорода в заторе при затирании в заторном аппарате ShakesBeer
Рис.
0 20 40 60
Продолжительность, мин — Традиционное затирание — С вибраторами
7. Увеличение выхода экстракта при затирании в заторном аппарате ShakesBeer
120
100
| > 80 со Ol
5 £ 60
2 G iE 0
40
* £
in
eis 20 0
I IТрадиционное затирание I I С вибраторами
Рис. 8. Повышение активности а-амилазы при затирании в заторном аппарате ShakesBeer
1
90
80 75 70
/
20
100
120
Рис.
40 Щ 60 Щ 80 Продолжительность, мин — Традиционное затирание — Оптимизированное затирание
9. Диаграммы настойного способа затирания
в традиционном заторном аппарате и аппарате ShakesBeer
85
65
60
55
40
— Традиционное затирание — С вибраторами
Рис. 10. Фильтруемость пива, полученного после затирания
в традиционном заторном аппарате и аппарате ShakesBeer
6 • 2008
18
Рис. 11. Первый заторный аппарат
ShakesBeer на пивоваренном заводе Leipziger Brauhaus (г. Лейпциг, 2005 г.)
V Всероссийский конкурс журналистов «Пиво и общество»
Союз российских пивоваров объявляет о начале V Всероссийского конкурса журналистов «Пиво и общество». Предыдущие конкурсы вызвали большой интерес у представителей федеральной и региональной прессы.
Конкурс проводится в целях оказания содействия более полному и объективному освещению в СМИ состояния и актуальных проблем отечественного пивоварения, а также влияния развития отрасли на экономику страны и регионов, социальную жизнь общества, стимулирование интереса представителей СМИ к теме пивоваренной отрасли, укрепление исторических традиций и культуры потребления пива.
Для оценки конкурсных работ сформировано жюри во главе с генеральным секретарем Союза журналистов России Игорем Яковенко и председателем исполнительного комитета Союза российских пивоваров Вячеславом Мамонтовым.
ПОЛОЖЕНИЕ
о Всероссийском конкурсе журналистов «Пиво и общество»
размеров во фракциях белковых и дубильных веществ (рис. 10).
Внешний вид заторного аппарата Sha-kesBeer, эксплуатирующегося на пивоваренном заводе Leipziger Brauhaus, показан на рис. 11.
Таким образом, при использовании заторных аппаратов ShakesBeer можно отметить следующие преимущества по сравнению с традиционными заторными аппаратами:
повышение качества затора за счет равномерного перемешивания, обеспечивающего однородность заторной массы, уменьшения пригорания затора, снижения интенсивности механических и гидродинамических воздействий на затор и, следовательно, уменьшения образования в нем ß-глюканов, минимизации поглощения кислорода;
снижение энергозатрат вследствие более эффективной теплоотдачи от стенки рубашки к затору, возможности применения греющего пара с пониженной температурой, более экономичного перемешивания затора;
ускорение процесса затирания благодаря возможности ускоренного нагревания затора, более быстрому смешиванию компонентов фермент-субстратного комплекса, более быстрому преобразованию веществ;
технологическая гибкость, которая обеспечивается независимостью от вида и качества применяемого сырья, состава заторной массы, концентрации затора (при приготовлении высокоплотного сусла гидромодуль может составлять 1 : 2).
Преимущества заторных аппаратов ShakesBeer позволяют отказаться при затирании от применения технических ферментных препаратов.
В России и странах ближнего зарубежья по состоянию на июль 2008 г. эксплуатировались 22 заторных аппарата ShakesBeer, в том числе в Клину, Алма-Ате (на двух заводах), Ангарске, Караганде, Харькове, Кургане, Запорожье, Чернигове и Кишиневе. ®
Пивоваренная отрасль России традиционно привлекает внимание средств массовой информации отраслевой, экономической, общественно-политической и научно-популярной направленности. Объективное и профессиональное освещение вопросов развития отрасли — важнейший инструмент гармонизации коммуникационной среды рынка пивобезалкогольной продукции, способствует укреплению конструктивного взаимодействия прессы, бизнес-сообщества, государства и общества.
Цели конкурса. Содействие более полному и объективному освещению в средствах массовой информации (СМИ) состояния и актуальных проблем отечественного пивоварения, а также влияния развития отрасли на экономику страны и регионов, социальную жизнь общества, стимулирование интереса представителей СМИ к теме пивоваренной отрасли, укрепление исторических традиций и культуры потребления пива.
Участники конкурса. К участию в конкурсе приглашаются журналисты печатных и электронных СМИ России, ближнего и дальнего зарубежья.
Условия конкурса. На конкурс выдвигают материалы, опубликованные в период с 1 января 2008 г. по 31 декабря 2008 г. Принимаются материалы любых жанра, формата и объема, размещенные в печатных и электронных СМИ, Интернет-изданиях. Содержание материалов охватывает широкий спектр тем, связанных с пивоваренной отраслью России: история и культура потребления пива, экономика, социальная ответственность пивоваренного бизнеса, законодательное регулирование отрасли и т.д.
Рекламные материалы (видео-, аудиоролики, рекламные публикации, статьи) к рассмотрению на участие в конкурсе не принимаются.
Порядок выдвижения и сроки приема конкурсных материалов. На конкурс материалы выдвигают как непосредственно их авторы, так и редакции СМИ. Иностранные участники, принимающие участие в конкурсе, в случае, если их работы были выполнены на языке оригинала, должны представить копию материалов на русском языке. Материалы печатных СМИ должны быть в виде вырезок (ксерокопий либо в формате *.pdf), Интернет-изданий — в виде электронных версий, электронных СМИ (ТВ, радио) — на любых электронных или магнит-
ных носителях (формата Betacam SP, VHS, CD, DVD, MP3 и т.д.).
Заявку на участие в конкурсе подают в произвольной форме. Она должна содержать названия материала и издания, в котором он был опубликован, а также дату публикации, сведения об авторе (Ф.И. О., должность, полный адрес, контактный телефон, электронный адрес).
Все конкурсные работы по мере поступления будут опубликованы на сайте Союза (www.be-erunion.ru). Материалы для участия в конкурсе принимаются до 15 февраля 2009г.
Критерии отбора представляемых материалов. Конкурс проводится в один тур без предварительного отбора участников и квалификационных требований. При отборе победителей конкурсная комиссия руководствуется следующими критериями:
оригинальность идеи и профессиональное качество исполнения материалов;
соответствие материалов заявленной теме и целям конкурса;
общественно-социальная значимость материалов;
выразительность, точность и доходчивость изложения;
актуальность представленных материалов.
Победители конкурса будут награждаться ценными призами и почетными дипломами Союза российских производителей пивобезалкогольной продукции.
Подведение итогов конкурса и награждение. Итоги конкурса подводит и объявляет конкурсная комиссия не позднее 1 марта 2009 г. Церемония награждения победителей конкурса будет проходить в рамках IX Всероссийской конференции производителей пивобезалкогольной продукции в начале 2009 г.
Контактная информация. Конкурсные материалы необходимо направлять по адресу: 119021, г. Москва, ул. Россолимо, дом 7, офис 408, либо по e-mail: pr@beerunion.ru, admin@beerunion.ru, info@beerunion.ru. Тел/факс: (495) 245-50-01, 246-05-67, 245-71-54. Контактное лицо: Владимир Кузнецов.
