Производство пива: стадия солодоращения

Здесь важны не только уровень и разность температур подаваемого воздуха и верхнего слоя солода, но и равномерность температур в начале и конце ящика. Для контроля температуры в нескольких местах устанавливают термометры. Неравномерность температур обычно наблюдается в том случае, если количество воздуха недостаточно или в удлиненном ящике имеется много несущих элементов и нижних перегородок, мешающих проходу воздуха от начала к концу. Улучшить положение можно путем дросселирования выпускного шибера, то есть путем создания хотя бы небольшого противодавления. Большое значение имеет также давление в ящике. Избыточное давление должно соответствовать сопротивлению, которое приходится преодолевать воздуху.

Мощность вентилятора должна соответствовать образованию тепла в грядке, и при установлении определенной разности температур это достигается путем регулирования числа оборотов вентилятора. Таким образом, низкая потребность в воздухе в конце проращивания экономит энергию, способствует выходу экстракта.

Для поддержания давления ящик должен плотно закрываться. Необходимое давление в объеме ящика позволяют создать герметичные дверцы (обычно со шлюзами), а также легко управляемые и плотно закрываемые воздушные шиберы. Подключение к ящику должно осуществляться только с помощью несквозных контрольных патрубков, которыми оснащают и измерительные приборы.

При использовании рециркуляционного воздуха система вентиляции усложняется, так как количество отводимого воздуха регулируется не только с помощью отводящего шибера, но и клапаном рециркуляционного воздуха, причем действовать эти устройства должны согласованно. При размещении ящиков в одном помещении происходит выравнивание давления над прорастающим зерном, если даже вентиляторы в зависимости от желаемой подачи воздуха и состояния солода создают под несущими грядку поверхностями различное давление.

Регулировать количество воздуха, температуру (с помощью прямого или косвенного охлаждения) и степень увлажнения следует индивидуально для каждой грядки также и в помещении для проращивания, но одного применения бедного кислородом или перенасыщенного С02 воздуха здесь недостаточно. Следует отметить, что при значительно сокращенной продолжительности проращивания этот последний фактор имеет меньшее значение, чем раньше, так как он не только ограничивает рост, но и ингибирует развитие ферментов, ухудшая тем самым растворение эндосперма.

После однодневного замачивания зерно влажностью 38% и температурой около 18°С поступает в ящик для проращивания. Прорастание происходит здесь очень быстро и равномерно, так как при низкой влажности образуются только один- два слабых корешка. Когда все зерна достигнут этого состояния, ящик заливают водой. В зависимости от интенсивности прорастания ячменя и поддерживаемой температуры это происходит через 36-60 ч (как правило, через 48 ч) после загрузки в ящик замоченного зерна. В зависимости от температуры воды (12-18°С) продолжительность повторного замачивания составляет 8-24 ч. Чем холоднее вода, тем больше требуется времени для инактивации ростка. При этом необходимо также достичь 50-52%-ной влажности с тем, чтобы в последующем, в фазе растворения зерна, продолжающейся 48-60 ч, в зерне произошли необходимые превращения, несмотря на низкую температуру прорастающего зерна — от 12 до 14 °С.

Рост корешка в основном здесь меньше, чем в обычной грядке, однако при увеличенной фазе растворения может слишком сильно развиться росток листа (вплоть до образования проростков). Солод получается обогащенным ферментами, если даже активность некоторых из них (пептидаз и глюканаз) несколько понижена. Так, при высокой растворимости белка наблюдается пониженное содержание формольного и аминного азота, при обычно очень низких значениях разности экстрактов солода тонкого и грубого помолов отмечается повышенная вязкость и, соответственно, увеличенное содержание β-глюканов. Подобный сдвиг в расщеплении отдельных веществ может оказаться даже желательным в отношении таких свойств пива, как полнота вкуса, стойкость пены и т. д.

Схема повторного замачивания в ящике вместимостью 50 т длиной

25 м складывается из следующих операций.

Тележка ворошителя перемещается в одну сторону при скорости 0,5 м/мин около 45мин. При этом вносится около 0,5 м3 воды на 1 т материала —

 лучше всего с помощью  оросительных трубок, так как  распыленная вода захватывает  слишком много воздуха. Влажность  зерна повышается с 39 до 44%. Затем  следует период покоя, продолжающийся до тех пор, пока на поверхности зерна не выступит достаточное количество воды.

В результате повторного орошения такой же интенсивности, которое производится через 150 мин, влажность возрастает до 47%. После 180-минутной паузы процесс повторяется, чем достигается полное увлажнение материала до влажности 49%. В течение последующих 180-210 мин влажность возрастает до 50-52%, и таким образом длительность повторного замачивания в зависимости от продолжительности интервалов может составить 12-14 ч. При использовании холодной воды в периоды покоя подъема температуры обычно не наблюдается, В случае необходимости температуру перед первым орошением следует снизить на 2-3 °С. Результаты анализа получаемых описанным способом партий солода соответствуют характеристикам обычного солода, получаемого при повторном замачивании; потери сухих веществ примерно на 0,5% выше, чем при обычной технологии[7]. 

3.2.3.1 Расчет солодорастильного аппарата ящичного типа

Основные геометрические параметры солодорастильного аппарата ящичного типа определяют, исходя из объема замоченного ячменя, единовременно загружаемого в него.

Очищенный ячмень 50 т, насыпная плотность ячменя 500 кг/м3, высота слоя замоченного ячменя 1,4 м, ширина солодорастильного аппарата 4 м.

1.Объем замоченного ячменя, загружаемого  в солодорастильный аппарат(м3)

Vя=1,4 Gоя/ pv                                                                                                                                                                (1)

   где 1,4- коэффициент, учитывающий увеличение объема ячменя при   

   замачивании;

   Gоя - количество воздушно-сухого очищенного ячменя, единовременно  

   загружаемого в виде замоченного зерна в солодорастильный аппарат, кг;

   pv - насыпная плотность воздушно-сухого ячменя, кг/м3.

   Vя=1,4•50000/500=140 м3

2. Площадь поверхности ситчатого  днища солодорастильного аппарата (м2)

Fд = Vя/h                                                                                                             (2)

    где h - высота слоя замоченного ячменя в аппарате, м.

    Fд =140/1,4=100 м2

3. Длина солодорастильного аппарата(м)

l= Fд/b                                                                                                                (3)

     где Ь — ширина солодорастильного аппарата, м.

     l=100/4=25м

4. Производительность одного вертикального  шнека солодоворошителя(кг/с)

Пш = 0,013 D2 k1 SВ nш рзя φ                                                                               (4)

    где D - диаметр витка вертикального шнека, м; для серийных шнеков D =  

    0,485 м;

    k1 - геометрический коэффициент, учитывающий соотношение площадей    

    сечения винта и вала шнека; обычно принимают k1 = 0,9;

    SВ - шаг витка шнека, м; для серийных шнеков SВ = 0,335 м;

    nш - частота вращения шнека, мин-1; пш = 8,3 мин-1;

    рзя - насыпная плотность замоченного зерна, кг/м3; рзя =660 кг/м3;

    φ - коэффициент производительности, учитывающий условия загрузки    

    зерновой массы (Ψ = 0,55...0,65) и степень заполнения желоба (Ψ =

    0,5...0,75); обычно принимают φ = 0,4.

    Пш= 0,013•0,4852•0,9•0,335•8,3•660•0,4=2 кг/с

5. Мощность электродвигателя шнекового  ворошителя (Вт)

N = ПшzНkT(kc + 1) g / Ƞпер                                                                               (5)

     где Пш - производительность одного вертикального шнека   

     солодоворошителя при перемешивании зерновой массы, имеющей  

     наибольшую насыпную плотность, т.е. непосредственно после   

     замачивания;

      z - количество вертикальных шнеков в солодоворошителе, шт;

     Н - высота подъема зерновой массы, м; обычно принимают Н равной   

      высоте слоя зерна в аппарате h;

      kT -коэффициент, учитывающий трение в подшипниках; кT= 1,2;

      кс - коэффициент, учитывающий сопротивление перемешиваемого  

      продукта;

      kc = 5...6;

      g - ускорение свободного падения, м/с2;

      Ƞ - кпд передачи; Ƞпер=0,857.

      N =2•12•1,4•1,2(5,5+1) •9,8/0,85=3021,6 Вт

6. Крутящий момент на валу  каждого вертикального шнека (Н•м)

Mкр= 0,244Ng/ nш                                                                                              (6)

    Mкр= 0,244•3021,6•9,8/8,3=87,5 Н•м.

Величину крутящего момента на валу шнека используют при расчете вала на прочность[8].

3.2.4 Сушка солода

Технологическими целями сушки пивоваренного солода являются:

• подавление физиологических и ферментативных процессов в зерне;

•снижение влажности солода до 3...4 % для обеспечения его продолжительного хранения и транспортировки;

•тепловая обработка, в результате которой солод приобретает специфические органолептические показатели (вкус, цвет и аромат);

• придание хрупкости и ломкости солодовым росткам.

Сушку солода осуществляют в солодосушилках с использованием в качестве сушильного агента горячего воздуха. Продолжительность сушки составляет обычно от 18 до 36 часов.

При организации процесса сушки необходимо обеспечить:

• загрузку и равномерное распределение свежепроросшего солода в сушилке;

• подготовку сушильного агента (нагрев воздуха);

• подвод горячего воздуха к объекту сушки;

• устранение неравномерности высушивания солода;

• рекуперацию тепловой энергии;

• охлаждение свежевысушенного солода до температуры -35...40 °С;

• выгрузку высушенного солода из сушилки.

В данной работе предлагается использовать технологию сушки в одноярусной высокопроизводительной сушилке для получения светлого солода.

Поступающий на сушку свежепроросший светлый солод обладает рядом свойств, которые в зависимости от применяемого способа солодоращения могут изменяться (влажность — от 43 до 50%, температура — от 12 до 20 °С). Светлый свежепроросший солод должен обеспечивать хорошее равномерное растворение зерна и накопление протеолитических и цитолитических ферментов, но в меньших количествах, чем темный солод.

Для получения светлой окраски влажность солода при подсушивании должна понижаться как можно быстрее — это ингибирует дальнейшее действие ферментов. Кроме того, известно, что ферменты солода при низкой влажности лучше сохраняют свою активность при увеличении температуры, чем при высокой, и поэтому перед нагреванием до температур сушки влажность следует снизить до такого уровня, чтобы избежать чрезмерной инактивации ферментов. Эти благоприятные предпосылки обеспечиваются при сушке в одноярусной высокопроизводительной сушилке. Температура свежепроросшего солода вследствие вызываемого испарением охлаждения достигает высоких значений только в том случае, если солод достаточно просохнет, что гарантирует минимальную степень инактивации ферментов.

Процесс подсушивания обычно проводится при температурах 45-65 °С воздухом, температуру которого измеряют в ресиверном помещении. В целях сохранения оптимального объема и рыхлости солода процесс начинают с температуры 45-55 °С и лишь затем переходят к температуре 60-65 °С.

На первой фазе подсушивания, длящейся 10-12 ч, вентилятор работает

с максимальной частотой вращения и подает 4000-5000 м3 воздуха на 1 т солода в час. Такая разница в количестве подаваемого воздуха обусловлена различием между партиями солода, получаемыми при непрерывном ведении солодоращения (влажность около 43%) и при использовании повторного замачивания (влажность около 50%). Если расход подаваемого воздуха нельзя повысить путем увеличения частоты вращения вентилятора, то либо увеличивают продолжительность подсушивания, либо быстро повышают температуру осушающего воздуха.

Большое значение придается выбору температуры воздуха в месте его ввода. При слишком высоких (60-65 °С) температурах процесс сушки пойдет слишком быстро и произойдет «сморщивание» солода. Кроме того, повышенные температуры подсушивания могут отрицательно сказаться на ферментативной активности солода.

При подсушивании, проводимом и области температур 40- 60 °С не наблюдается существенных изменений таких показателей, как paзность экстрактов, степень растворимости белка и содержание коагулиpyeмого азота, тогда как при начальных температурах свыше 60 °С несколько ухудшается рыхлость солода. При увеличении температуры подсушивания с 40 до 50- 60°С  количество низкомолекулярного азота возрастает.

Некоторые термолабильные ферменты (дипептидазы, эндо-3-глюканазы) при температуре подсушивания выше 65 °С явно инактивируются. Этот процесс идет менее интенсивно при постепенном повышении температуры (например с 55 до 60- 65 °С), из чего можно заключить, что охлаждение осушающего воздуха при использовании высокой скорости потока и возникающее благодаря этому испарение при температурах 50-55°С весьма эффективны. При более высоких температурах (например, 65 °С) наблюдается инактивация термолабильных ферментов, и такие температуры могут применяться лишь во второй половине процесса подсушивания.

Способы сушки солода с применением непрерывно повышающихся от 45 до 65 °С температур (например, на 1,5-1,7 °С/ч) хорошо себя зарекомендовали, так как в этом случае не происходит резкого изменения состояния сушильного воздуха. При этом конечная температура подсушивания 65 °С поддерживается еще 1-2 ч для выравнивания характеристик солода (например, содержания влаги). Дальнейший нагрев до температуры сушки должен также происходить непрерывно, но с более быстрым повышением (например, 4-5 °С/ч).