Система управления автоматизации процесса приготовления пива

Горячее сусло из сборника 10 подается в центробежный тарельчатый сепаратор 11, в котором оно очищается от взвешенных частиц коагулированных белков. Из сепаратора 11 сусло нагнетается в пластинчатый теплообменник 12, где охлаждается до 5...6 °С. Охлажденное сусло сливают в бродильный чан 13 вместе с дрожжами из чана 14. Брожение длится 6...8 сут. По окончании главного брожения молодое пиво отделяют от дрожжей и перекачивают в танк 15 для дображивания в течение 11...90 сут. По окончании дображивания пиво под давлением диоксида углерода нагнетается в сепаратор-осветлитель 16 и фильтр 17, где оно освобождается от взвешенных в нем дрожжей, других микроорганизмов и мелкодисперсных частиц. Осветленное пиво охлаждается рассолом в теплообменнике 18, насыщается (при необходимости) диоксидом углерода в карбонизаторе 19 и сливается в танк 20. Отфильтрованное пиво из танка 20 под давлением подается в отделение упаковывания в потребительскую и торговую тару.

 

Рис.1. Машинно-аппаратурная схема линии производства пива.

1 – вальцевая дробилка; 2 – весы; 3 – бункер; 4 – магнит уловитель; 5,6 – заторный аппарат; 7 – фильтрационный аппарат; 8 – варочный аппарат; 9 – хмелеотделитель; 10 – сборник; 11 – сепаратор; 12 – пластинчатый теплообменник; 13 – бродильный чан; 14 – чан с дрожжами; 15 – танк; 16 – сепаратор-осветлитель; 17 – фильтр; 18 – теплообменник; 19 – карбонизатор; 20 – танк.

 

 

 

 

 

 

3 Этапы процесса пивоварения

 

3.1 Соложение

Солод является основным сырьем для производства пива. Солод, как правило, готовят из ячменя. Для определенных сортов пива в качестве сырья для соложения используют рожь или пшеницу.

Соложение проходит в 4 этапа:

3.1.1 Замачивание

Ячмень для производства солода хранится на элеваторе при определенных влажности и температуре. По галерее он поступает на солодовню. Из галереи зерно попадается в чаны замачивания. Здесь ячмень смешивается с водой, промывается и впитывает влагу. Проводится так называемоебарбатирование, т.е. пробулькивание воздухом через слой зерна и воды. Замачивание длится двое суток - сутки в чане первого дня и сутки в чане второго дня. Когда зерно наберет определенную влажность (около 45%), оно поступает в отделение проращивания.

3.1.2 Проращивание

Зерно рассыпается по конвейеру ровным тонким слоем. Чтобы процесс протекал одинаково для всех зерен, их перемешивают специальнымворошителем. Проращивание длится 5 суток, и за это время из зерна пробивается корешок, внутри зерна формируется листок. В процессе регулируется влажность, температура и объем продуваемого воздуха, чтобы придать зерну свойства, требуемые для производства пива.

3.1.3 Сушка

Когда зерно достигнет пивоваренных кондиций, проращивание останавливается путем пропускания сквозь слой ячменя горячего (около 80°С) воздуха. При этом испаряется содержащаяся в зернах вода, и влажность снижается до 5%. Продолжительность процесса - сутки.

3.1.4 Отбивание ростков  и хранение

У зерен отбиваются корешки, и затем солод по галерее транспортируется на элеватор. Готовый солод хранится на элеваторе около 1,5 месяцев. За это время происходит выравнивание свойств (влажности, температуры) отдельных зерен. Затем солод подается в варочный цех.

3.2 Варка

Варка - это процесс, в результате которого солод превращается в сладкую жидкость, называемую суслом.

Варка проходит в несколько этапов:

3.2.1 Дробление

Зерно очищается от грубых примесей и пыли. После этого зерно дробится. В результате дробления получается смесь шелухи, крупки и муки.

3.2.2 Затирание

Дробленый солод помещается в заторный котел. Здесь он смешивается с водой и нагревается. При затирании ферменты расщепляют компоненты солода. В пиво могут перейти только растворимые вещества. Все вещества, переходящие в раствор называются экстрактом. Растворимые вещества – это различные сахара, минеральные вещества и определенные белки.

Превращения при затирании.

На первых стадиях затирания в раствор переходят углеводы, частично белки и продукты их гидролиза, пектиновые, дубильные и горькие вещества, ферменты и минеральные соли, составляющие 10...15 % сухих веществ солода. В несоложеном сырье их примерно в 2...3 раза меньше. Основные же компоненты зернопродуктов — крахмал и белки нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состояние осуществляется в результате направленного действия соответствующих ферментов.

Гидролиз крахмала начинается при солодоращении. При затирании крахмал проходит три стадии: клейстеризацию, разжижение и осахаривание. Собственно гидролиз крахмала (осахаривание) представляет собой разжижение крахмального клейстера, которое сопровождается накоплением в среде декстринов, мальтозы и глюкозы.

Схематически гидролиз крахмала можно представить в виде схемы: Крахмал —> Амилодекстрины ->Эритродекстрины ->Ахродекстрины ->Мальтодекстрины -> Мальтоза -» Глюкоза.

Процесс осахаривания контролируется по йодной реакции, так как крахмал и декстрины дают различный цвет с йодом: крахмал и амилодекстрины — синий, Эритродекстрины — краснобурый, ахродекстрины и другие продукты гидролиза цвет йодного раствора не изменяют. Поэтому термин «осахаривание» в бродильном производстве означает не процесс превращения крахмала в сахара, а исчезновение окраски йодного раствора.

К гидролизу крахмала при затирании предъявляют следующие требования: сусло не должно содержать амило- и эритродекстринов, дающих окраску с йодом, но кроме мальтозы в сусле должны содержаться ахро- и мальтодекстрины, придающие пиву полноту вкуса и повышающие его вязкость. При правильно проведенном затирании, из крахмала должно образоваться 20... 30 % декстринов и 70.-.80 % «сырой» мальтозы, к которой относятся все продукты гидролиза крахмала, обладающие редуцирующей способностью, в пересчете на мальтозу.

Цитолитические ферменты гидролизуют гемицеллюлозы и гумми-вещества, входящие в состав клеточных стенок зернового сырья. При этом образуются декстрины, глюкоза, ксилоза и арабиноза. Продукгы гидролиза некрахмальныхполисахарилов повышают выход экстракта, снижают вязкость раствора, благоприятно влияют на вкус пива, образование пены и ее устойчивость.

Однако гидролиз некрахмальных полисахаридов зависит от действия протеолитических ферментов на белок, с которым эти вещества связаны.

Как и крахмал, белки начинают гидролизоваться в процессе солодоращения. Их гидролиз происходит в основном под действием эндопептидаз солода. Ферментативное расщепление белков можно представить в следующем виде: Белки ->Альбумозы —> Пептоны -> Полипептиды -> Пептиды —> Аминокислоты. Около 35 % белков (от общего содержания в сырье) должно переходить при затирании в сусло. Рекомендуется следующее соотношение фракций продуктов гидролиза белка (%): А:В:С = 25:15:60. Пептоны и полипептиды (фракция В) обусловливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты (фракция С) необходимы для питания дрожжей. Высокомолекулярные продукты гидролиза белка (фракция А) влияют на стойкость пива. Поэтому недостаточный гидролиз белка приводит к резкому снижению органолептических свойств пива и его стойкости при хранении.

При затирании протекают также многочисленные неферментативные процессы: экстракция образующихся растворимых веществ, образование меланоидинов, частичная коагуляция белка и др.

3.2.3 Фильтрация

Затем масса перемещается в фильтр-чан, где на перфорированном дне осаждается зерновой слой, а жидкость становится прозрачной и поступает в сусловарочный котел. Сладкая янтарная жидкость, получаемая в результате фильтрации, называется суслом. Остающееся после фильтрации зерно - дробина - используется на корм скоту.

Превращения при фильтровании затора.

Фильтрование первого сусла представляет собой в основном физический процесс. При выщелачивании дробины водой протекает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, главным образом обменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает от 5,7 до 6,2, что приводит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива, что может служить причиной ухудшения его вкуса.

3.2.4 Кипячение

Сусло передается из фильтр-чана в сусловарочный котел и доводится до кипения. При кипении добавляется хмель, который придает суслу горечь и аромат. Как правило, хмель, который был добавлен на раннем этапе кипячения, придает пиву остроту и легкую горечь. Добавление хмеля в конце процесса кипячения придает аромат и смягчает горечь. Хмель также является природным консервантом, повышающим стойкость пива.

Превращения при кипячении сусла с хмелем.

Дробленыезернопродукты всегда содержат некоторое количество микроорганизмов. При кислой реакции среды сусла стерилизация достигается уже через 15 мин кипячения.

При кипячении хмеля в сусло переходит значительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических и минеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в результате растворения в нем специфических составных частей хмеля и продуктов реакции меланоидинообразования.

С повышением температуры сусла происходит денатурация белков, которая внешне характеризуется появлением мути. Кипячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветности в результате реакции меланоидинообразования, карамелизации сахаров, окисления полифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля.

3.2.5 Осветление и охлаждение

После кипячения сусло перекачивается в турбулентный чан (гидроциклон) - цилиндрический сосуд, в котором сусло закручивается, и хлопья белка собираются в центре. После отделения белка таким образом прозрачное сусло передается на охлаждение и аэрацию. Сусло охлаждается с температуры около 100° С, до 15 °С за несколько секунд. Затем в сусло впрыскивается кислород, необходимый для питания дрожжей при брожении.

Превращения при охлаждении и осветлении сусла.

В охлаждаемом сусле остаются скоагулированные белки, которые находятся в состоянии тонких взвесей (суспензий). При понижении температуры они осаждаются.

В течение всего процесса охлаждения сусло поглощает кислород воздуха, который при температуре выше 40 °С расходуется на окисление органических веществ сусла, что приводит к потемнению сусла, снижению хмелевого аромата и хмелевой горечи.

Охлаждение сусла сопровождается испарением некоторого количества воды, что приводит к уменьшению его объема и повышению концентрации.

3.3 Брожение

 

Процесс брожения представляет собой переваривание дрожжами сахаров сусла с выделением дрожжами этилового спирта и углекислого газа, как основных продуктов процесса. В ходе брожения происходит образование сотен сложных органических веществ, которые обуславливают аромат, вкус, цвет готового пива.

В охлажденное сусло добавляют специальные культурные дрожжи. На первом этапе брожения они размножаются, их количество увеличивается в несколько раз, потом они (с уменьшением количества питательных веществ в среде и накоплением спирта) прекращают свою активность, объединяются в группы по несколько клеток и оседают на дно ЦКТ (цилиндро-конический танк - емкость, в которой происходит процесс брожения).

Процесс активного брожения занимает около недели, после чего температура в ЦКТ снижается с 15° С до 0° С. При охлаждении дрожжи еще активнее и плотнее осаждаются на дно ЦКТ.

Осевшие дрожжи удаляются со дна ЦКТ насосом и собираются в дрожжевые сборники, откуда могут повторно (несколько раз) добавляться в свежее сусло для проведения нового процесса брожения. Цикл жизни дрожжей за время одного брожения называется генерацией. Дрожжи, сделавшие пиво из сусла, например, 3 раза, называются дрожжами третьей генерации.

3.3.5 Ведение главного брожения

Ведение главного брожения включает три основные технологические операции: наполнение бродильного аппарата охлажденным суслом, введение в сусло дрожжей и сбраживание его до получения молодого пива. Дополнительными операциями являются снятие деки (тонкий слой опавшей коричневой пены), перекачивание молодого пива на дображивание, отбор и подготовка семенных дрожжей, мойка, дезинфекция и подготовка аппарата для следующего цикла.

3.3.6 Стадии и условия  брожения

Главное брожение протекает в несколько стадий, которые различаются по внешнему виду поверхности сбраживаемого сусла, а также по изменению экстрактивности и степени осветления молодого пива.

В первой стадии брожения, называемой забелом, на поверхности бродящего сусла по периферии появляется полоса нежно-белой пены. Эта стадия продолжается 1-1,5 суток и характеризуется интенсивным почкованием и размножением дрожжей. При этом экстрактивность сусла снижается от 0,2 до 0,5% в сутки; рН - на 0,15-0,2, температура поднимается на 0,2-0,3°С в сутки.

Вторая стадия брожения - период низких завитков характеризуется более интенсивным выделением диоксида углерода, образованием густой, компактной, поднимающейся пены, которая по внешнему виду представляет собой завитки красивой формы. Пена, вначале белая, постепенно темнеет из-за окисления хмелевых смол и частичного обезвоживания. Экстрактивность сусла в этой стадии снижается на 0,5—1% в сутки; рН в конце стадии становится 4,9-4,7 (при начальном 5,6); температура растет на 0,5-0,8"С в сутки. Продолжительность стадии 2—3 сут.

Третья стадия брожения — стадия высоких завитков характеризуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной температурой процесса. Убыль экстракта достигает 1-1,5% в сутки. Пена становится рыхлой, объемной, завитки достигают наибольшей величины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, нижние - белый, рН снижается до 4,6-4,4. Размножение дрожжей приостанавливается в связи с недостатком кислорода и уменьшением питательных веществ. Стадия длится 3-4 сут. В начале этой стадии сусло необходимо охлаждать.

В четвертой стадии, называемой стадией опадания завитков или формирования деки, пена опадает, исчезают завитки, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опадание завитков продолжается 2 суток. Экстрактивностьсбраживаемого сусла понижается на 0,5-0,2% в сутки. Прекращается размножение дрожжей и брожение.