2 Основные  стадии  пивоваренного производства

2.1 Технологическая схема производства пива

Последовательность технологических процессов производства пива представлена на рисунках 1 и 2.

Выделяют следующие основные стадии: очистка и дробление зернопродуктов, приготовление пивного сусла (затирание, фильтрование затора, кипячение сусла с хмелем, осветление и охлаждение сусла), сбраживание пивного сусла дрожжами, дображивание и созревание пива, осветление и розлив готового пива.

2.2 Подработка и дробление солода и несоложеного сырья

Основная цель дробления солода и несоложеного сырья — облегчение и ускорение физических и биохимических процессов растворения зерна для обеспечения максимального перехода экстрактивных веществ в сусло.

Подработка зернопродуктов При хранении и транспортирова­нии возможно загрязнение солода и несоложеного сырья. Поэтому перед измельчением их очищают от посторонних примесей (мелких камешков и металлических предметов).

Для уда­ления пыли и остатков ростков солод пропускают через полиро­вочную машину. Несоложеное сырье от крупных и мелких органических примесей очищают с помощью воздушно-ситового сепаратора, от мине­ральных примесей с помощью камнеотделительной машине. Для удаления металломагнитных примесей зернопродукты пропускают через магнитный сепаратор с электрическими или постоянными магнитами.

Дробление солода  Максимально возможный выход экстракта и достаточно высокую скорость фильтрования сусла должен обес­печить оптимальный состав помола зернопродуктов. Солод можно дробить в сухом или частично увлажненном (мокром) виде. Состав помола (%) зависит от качества солода, способов его затирания и фильтрования.

Сухой солод измельчается на вальцовых или молотовых дробилках. В процессе дробления происходит расщепление оболочки зерна и измельчение эндосперма, превращение солода в крупку. При этом приходится учитывать два противоречащих друг другу требования:

1) очень важно максимально сохранить целостность оболочки зерен. При фильтровании она будет играть роль своеобразного фильтрующего слоя. Также нельзя забывать, что шелуха содержит дубильные и минеральные вещества. При измельчении оболочки они могут перейти в сусло, что приведет к ухудшению его органолептиких свойств;

Рекомендуемые материалы

2) чтобы облегчить и ускорить процесс гидролиза крахмала в сахара необходимо максимально измельчить содержимое зерна. Чем хуже растворяются вещества, содержащиеся в используемом солоде, тем мельче его приходится дробить, чтобы извлечь из дробины нормальное количество экстракта.

Выполнить оба требования возможно только в том случае, если разделить дробление солода на несколько технологических этапов. Сначала зерно «выжимается» из своей оболочки. После этого шелуха отделяется, а содержимое зерна может измельчаться.

Зерно неоднородно по своей твердости. Из его центральной части образуется мука и мелкая крупка, а из периферийных частей - более крупная крупка. Если помол будет излишне грубый - выход экстракта снизится. Чем мельче полученные частички эндосперма, тем выше выход экстракта.

Для точной регулировки дробилки измеряют количество оставшегося в отработанной дробине экстракта. При этом более тонкий помол обычно требуется при работе с высоко влажным или неудовлетворительным солодом. Попробовать применить более грубый помол для сокращения времени фильтрации имеет смысл только в том случае, если используется солод хорошего качества.

Иногда применяют увлажнение солода, но большинство существующих пивоварен используют технологию сухого дробления. Она требует применения особых мер предосторожности - сухое дробление может быть опасным. Во время процесса образуется мельчайшая солодовая пыль. Ее общее количество незначительно, но этого хватает, чтобы около вальцов образовалась смесь из пылевой взвеси и воздуха. Этой смеси присуща способность взрываться от мельчайшей искры.

Для того, чтобы смягчить возможные последствия взрыва, на дробилках сухого типа используются защитные экраны в виде рвущихся мембран (одноразовые), взрывогасящих трубок специальной конструкции (многоразовые, смягчают и рассеивают энергию взрыва), а также противовзрывных пластин, которые устанавливаются непосредственно под вальцами (пластины не дают пыли попадать в окружающий воздух и тем самым препятствуют образованию опасной взвеси). По мнению специалистов, противовзрывные пластины играют очень важную роль в обеспечении безопасности производства. Также в дробильном отделении запрещается курить и эксплуатировать открытое электрооборудование.

Дробилки сухого дробления различаются по количеству работающих в них вальцов. Они бывают шести-, пяти-, четырех- и двухвальцовые. Двухвальцовые используются, в основном, на мини-пивзаводах. Четырехвальцовые - на небольших и средних предприятиях. Пятивальцовая дробилка является разновидностью шестивальцовой (один валец исполняет там две функции - предварительного дробления и отделения шелухи). Этот вид оборудовния не является распространенным.

Во всем мире лучше всего себя зарекомендовали и чаще встречаются на средних и крупных предприятиях шестивальцовые дробилки. Вальцы в них расположены попарно. В первой паре работают вальцы предварительного дробления (после них все зерна должны быть раздроблены). Во второй - вальцы для отделения шелухи (крупка, оставшаяся на шелухе должна быть отделена, шелуха при этом остается целой). В третьей - вальцы для получения крупки (они должны быть настроены таким образом, чтобы измельчать эндосперм в крупку, а не в муку).

Качество сусла во многом зависит от качества помола солода.

Для более эффективной работы вальцы рифлятся не параллельно оси вращения, а наискось. Благодаря этому возникает вышелушивающе-режущее воздействие.

На дробилках старого типа первая и вторая пара вальцов были гладкими (раздавливали зерна), третья пара - рифленой.

В современных типах дробилок рифленые вальцы, вращающиеся навстречу друг к другу с разными скоростями, «выдавливают» зерна из шелухи, не нарушая целостность оболочки. Шелуха остается практически нетронутой, а эндосперм успешно измельчается. В итоге получается смесь из необходимой пропорции шелухи и крупки с примесью муки. В оборудовании старого типа вальцы, вращаясь с одинаковой скоростью, раздавливают (раскалывают) зерна солода.

Производительность современных шестивальцовых дробилок может достигать 14 т дробины/ч. На отечественных предприятиях наиболее часто встречаются дробилки, рассчитанные на 2,5 т/ч.

Важным фактором является равномерная загрузка дробилки - при перегрузках помол может стать слишком грубым, так как между вальцами могут проскакивать целые зерна.

При мокром помоле солод предварительно увлажняют в бункере до содержания влаги 18-32 % путем орошения водой температурой 35-50 °С или насыщенным паром. В этом случае повышается эластичность оболочки, которая практически не измельчается на вальцовых станках, что впоследствии приводит к созданию рыхлого и пористого фильтрующего слоя дробины.

Наиболее современные образцы оборудования увлажняют оболочку в щадящем режиме, оставляя середину зерна абсолютно сухой (так ее потом проще раздробить). Система кондиционирования обычно устанавливается в качестве дополнительного узла непосредственно перед дробилкой.

Предшественником системы кондиционирования была дробилка «мокрого» типа. Известно, что сегодня подобные дробилки еще работают на некоторых пивоварнях, но производители оборудования их давно уже не выпускают.

В «мокрой» дробилке зерна солода предварительно замачивались в специальном бункере. Солод был действительно мокрым, и стадия затирания начиналась фактически уже при дроблении. Это значительно увеличивало время контакта дробины с кислородом. Часто при работе на таком оборудовании к дробине сразу же добавлялась молочная кислота (с целью оптимизации pH).

Дробление несоложеных зернопродуктов. Ячмень, пшеницу и рис дробят на двухвальцовом станке с нарезными вальцами, которые вращаются навстречу друг другу с разной скоростью. Для измельчения кукурузы обычно используют молотковые дробилки.

2.3 Затирание

Способы и технологические режимы зати­рания  Приготовление затора начинают со смешивания дробленых зернопродуктов с водой при температуре 37-40 °С, кото­рое осуществляется в заторном аппарате при включенной ме­шалке. Далее затирание ведут настойным (инфузионным) или отварочным (декокционным) способами. Коли­чество измельченных зернопро­дуктов называют засыпью, объем применяемой воды — наливом, а полученный продукт — затором. Обычно на затирание 100 кг зернопродуктов рас­ходуют  350-500 дм³  воды.

Целью затирания является экстрагирование растворимых веществ солода и несоложеного сырья и превращение нерастворимых веществ в растворимые с после­дующим переводом их в раствор под дейст­вием ферментов солода и применяемых ферментных препаратов.  Вещества, перешедшие в рас­твор, называют экстрактом.

Настойный способ применяется только для хорошо растворенного солода с высокой ферментативной активностью. Его преимущество - снижение энергозатрат и уменьшение продолжительности затирания.

Настойный способ заключается в выдерживании затора в течение 30 мин при 40 ^оС и постепенном нагреве от  данной температуры до 70 ^оС со скоростью 1 °С/мин без кипячения.  При температуре  52; 63 и 70 ^оС затор выдерживается по 30 мин. Указанные температурные паузы позволяют проявить максимальную активность соответственно для эндопептидазы, β- и  α-амилазы солода.

Далее затор нагревают до 72 °С и выдерживают до полного осахаривания по пробе на йод. Затем осахаренный затор подогревают до 76-77 ^оС и направ­ляют на фильтрование. Полученное этим способом сусло богато ферментами, содержит много мальтозы и аминокислот, мало дек­стринов и поэтому хорошо сбраживается.

Выход экстракта при отварочном способе выше. Это обусловлено тем, что при отварочных способах затор подвергают не только ферментативно­му, но и физическому воздействию (кипячению).

Различают следующие вари­анты отварочных способов: с одной, двумя, тремя отварками или кипячением всей густой части. Наиболее распространенные — одно- и двухотварочные способы. При отварочных способах за­тирание ведут в двух заторных аппаратах, один из которых ис­пользуют для кипячения отварки.

При одноотварочном способе в заторный аппарат предварительно набирают около 1/2 всего количества подогретой воды, необходимой для затирания, включают мешал­ку и через предзаторник спускают дробленый солод с водой. Температура смеси должна быть в пределах 50-52 °С. Белковую паузу выдерживают в течение 20-30 мин. После этого в заторный аппарат наливают жидкую часть затора, а густую (отварку) подогревают до 61-63 °С и выдерживают в течение 15-20 мин. Далее температуру медлен­но повышают до 70-72 °С.

В это время отварка осахаривается в течение 20-30 мин. Затем ее нагревают до кипения и кипятят 20-30 мин.

Несоложеное сырье сначала затирают с 15-20 % солода и частью ферментного препарата. Эта часть затора является отвар­кой. Ее выдерживают 15-20 мин при 50-55 °С, затем подогрева­ют до 70-72 °С и осахаривают 20-30 мин, после чего доводят до кипения и кипятят 20-30 мин.

Перед началом кипячения отварки готовится основной затор из оставшегося солода и ферментных препаратов. Готовую отварку соединяют с солодовым затором и далее процесс затирания ведут аналогично описаному выше.

После этого отварку медленно возвращают в жидкую часть за­тора так, чтобы температура объединенного затора была 61-63 °С, и проводят мальтозную паузу в течение 15-20 мин. Далее затор нагревают до 70-72 °С и выдерживают до полного осахаривания по йодной пробе (15-30 мин). После повышения температуры до 75-77 °С затор передают на фильтрование.

Этот способ наиболее рациональный. В некипяченой части за­тора сохраняются ферменты, которые действуют на всю густую, подвергавшуюся кипячению, часть затора.

Преимущества этого способа: возможность использования благоприятных условий для расщеп­ления белков и крахмала благодаря оптимальным температурным паузам, предварительную клейстеризацию всего крахмала сырья и наиболее эффективное применение ферментов, в результате чего повышается выход экстракта.

Двухотварочный способ позволяет перерабатывать солод различного качества. В заторном аппарате готовят за­тор, выдерживают белковую паузу 15-30 мин при 40-45 °С. Далее в отварочный котел подают 1/3-1/2 затора (густая часть) — пер­вую отварку. Ее медленно подогревают до 61-63 °С, выдерживают 20-30 мин, затем осахаривают 15-30 мин при 70-72 °С, после чего доводят до кипения и кипятят в течение 20-30 мин.

Первую отварку медленно возвращают в основной затор, чтобы повысить температуру до 61-63 °С, и выдерживают мальтозную паузу в течение 15-20 мин. Затем отбирают вторую отварку в количестве 1/3 густой заторной массы, нагревают ее до 70-72 °С, выдерживают 15-20 мин, затем нагревают до кипения и кипятят 7-10 мин. Го­товую отварку медленно перекачивают к основному затору. При этом температура затора поднимается до 70-72 °С и проводится осахаривание крахмала, контролируемое по йодной пробе (обычно 20-30 мин).

При использовании солодов пони­женного качества сроки выдержки при температуре осахаривания могут быть увеличены до полного осахаривания затора, но про­должительность выдержки не должна превышать 1 ч.

После полного осахаривания затор подогревают до 75-77 °С и передают на фильтрование.

При всех способах затирания для интенсификации тепло-, мас-сообменных и ферментативных процессов во время подогрева за­торной массы в аппаратах работают мешалки с большой частотой вращения, при выдержке при различных температурных паузах — с небольшой частотой вращения для предотвращения перехода в раствор высокомолекулярного β-глюкана. Быстро - со скоростью 3,8 м/с - при большом диаметре мешалки с двумя лопастями и при использовании ранее вальцевой дробилки, и 4,3 м/с - при разваривании рисовой сечки и кукурузной муки; медленно - 50 % от скорости быстрой. При температуре выше 55 °С мешалку на температурных паузах, если это возможно, следует выключать или снижать скорость до минимума.

При перекачке отварки в отварочном котле мешалка вращается медленно, а в заторном - быстро. Перекачка затора на фильтрацию должна осуществляется при медленном вращении мешалки, при этом затор перекачивают со скоростью не более 1,5 м/с.

Процессы, происходящие 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 в 2-3 раза меньше. Основные же компоненты зернопродуктов — крахмал и белки нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состоя­ние осуществляется в результате направленного действия ферментов.

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, в силу чего сусло имеет сладкий вкус.

Гидролиз крахмала схематически можно представить в следующем виде: 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 — крас­но-бурый, ахродекстрины и другие продукты гидролиза цвет йо­дного раствора не изменяют. В бродильном производстве термин «осахаривание» 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, но кроме мальтозы в сусле долж­ны содержаться ахро- и мальтодекстрины, которые придают пиву пол­ноту вкуса и повышают его вязкость.

При правильно прове­денном затирании должно образоваться 20-30 % декстринов и 70-80 % «сырой» мальтозы, к которой относятся все продукты гидролиза крахмала, обладающие редуцирующей способностью, в пересчете на мальтозу.

Продукты гидролиза некрахмальных полисахаридов повышают выход экстракта, снижают вязкость раствора, благо­приятно влияют на вкус пива, образование пены и ее устойчи­вость.

Цитолитические ферменты гидролизуют гемицеллюлозы и гумми-вещества, входящие в состав клеточных стенок зернового сырья. При этом образуются декстрины, глюкоза, ксилоза и арабиноза.

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

Белки, как и крахмал, начинают гидролизоваться в процессе солодоращения. Их гидролиз происходит под дейст­вием эндопептидаз солода. Ферментативное расщепление белков можно представить в виде следующей схемы: Белки → Альбумозы → Пептоны → Полипептиды → Пептиды → Аминокислоты. При затирании в сусло должно переходить около 35 % белков от общего содержания в зернопродуктах.

Рекомендуется следующее соотношение фракций продуктов гидролиза белка (%): А:В:С = 25:15:60. Высокомолеку­лярные продукты гидролиза белка (фракция А) влияют на стойкость пива. Пептоны и полипептиды (фракция В) обуслов­ливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты (фракция С) необходимы для питания дрожжевых клеток. Недостаточный гидролиз белка приводит к резкому снижению органолептических свойств пива и его стой­кости при хранении.

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

Основными факторами, влияющими на выход экстракта и его состав, являются со­отношение фермент:субстрат, продолжительность процесса, температура и рН затора.

С увеличением концентрации затора ферментативные реакции замедляются. Поэтому концентрация затора обычно не превышает 16 %.

Влияние температуры при затирании обусловлено температурным оптимумом и термо­стабильностью ферментов. Так, при 63 °С образуется большое количество мальтозы и мало декстринов. С повышением же температуры до 70 °С гидролиз крахмала протекает быстрее, но вследствие инактивации  β-амилазы накапливаются пре­имущественно декстрины.

Оптимум рН для действия ферментов зависит от температуры среды. Как правило, с повышением температуры повышается и рН-оптимум. Так, для совместного действия амилаз при темпе­ратуре затора 65 °С  рН-оптимум составляет 5,6.

С увеличением продолжительности затирания в сусле накап­ливаются низкомолекулярные продукты гидролиза крахмала и белков.

Подкисление затора Это мероприятие особенно необходимо проводить для пивзаводов, работающих на жесткой воде. Подкисление затора имеет большое значение при получении светлых сортов пива, так как сусло после подкисления становится светлее.

Подкисление затора способствует переходу экстрактивных ве­ществ зернового сырья в сусло и улучшает вкусовые свойства пива.

Затирание преследует цель — снизить рН затора до оптималь­ной величины, равной 5,3-5,5, при которой ферментативные процессы проходят более активно, чем при более высоком рН.

Концентрация водородных ионов влияет на процессы затира­ния и коагуляцию белков при кипячении. Она способствует освет­лению сусла и пива, увеличивает выход экстракта.

Наиболее распространенный и простой способ — подкисление затора молочной кислотой из расчета 0,06-0,09 % к массе затираемого сырья в пересчете на 100 %-ную кислоту.

Отмеренное количество молочной кислоты разбавляют двумя-тремя частями воды. Разбавленную кислоту медленно вливают в заторный котел при работающей мешалке. Периодически опреде­ляют рН затора и в зависимости от результатов изменяют дозиров­ку кислоты. Добавление молочной кислоты повышает активность ферментов, увеличивает выход экстракта, уменьшает извлечение горьких и ароматических веществ оболочки, улучшает коагуляцию белков при кипячении, повышает качество пива.

Подкислить затор можно также добавлением сульфата каль­ция — гипса (гипсование затора). Сульфат кальция взаимодей­ствует с карбонатами и щелочными фосфатами и рН затора сдви­гается в кислую сторону. Расход гипса определяют, исходя из со­держания гидрокарбонатов в воде, из расчета на 1 г СаО 3,07 г СaSО₄ • 2Н₂О. Рассчитанное количество гипса засыпают в заторный котел в начале затирания. Гипсование затора также повышает выход экстракта и улучшает качество сусла и пива.

2.4 Фильтрование затора

Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивная дробина).

Фильтрование затора подразделяется на две стадии: фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание, которое представляет собой вымывание экстракта, задерживаемого дро­биной. Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затруднения последующих технологических операций и ухудшения качества пива.

Современные требования к системе разделения затора заключаются в следующем:

- высокий выход экстракта;

- короткая и воспроизводимая длительность процесса;

- высокое качество фильтрации (сусло без присутствия взвешенных частиц и недоосахаренного крахмала);

- низкая влажность дробины;

- минимальное количество сточных вод;

- минимальное содержание кислорода в сусле.

Один из вариантов уменьшения общего времени фильтрации состоит в том, что, одновременно с обычной фильтрацией через слой дробины, при помощи специальных приспособлений производится отбор верхнего, уже отстоявшегося, слоя сусла. Отобранное сусло обычно пропускается через фильтр-блок. В таких условиях процесс протекает достаточно быстро, а фильтрующий слой уплотняется медленнее и не требует глубинного рыхления. Это снижает количество взвеси, попадающей в сусло.

Используемая система разделения затора, ее физический и моральный износ оказывают решающее влияние величину потерь экстракта в дробине.

Известно, что чем выше экстрактивность сусла, тем меньше выход экстракта, поэтому тенденция к производству сусла и пива с высокой экстрактивностью без применения специальных приемов и оборудования может привести к увеличению расхода сырья на производство единицы продукции. Следует принять в расчет, что снижение величины засыпи не всегда приводит к снижению объема производства пива.

Для сохранения прежних объемов производства можно использовать мальтозную патоку. Другим способом снижения расхода зернового сырья является использование заторных фильтров, которые позволяют получить значения выхода экстракта близкие к 100 %. Важным является тот факт, что при работе на заторных фильтрах требования к качеству перерабатываемого солода могут быть несколько менее жесткими благодаря более мелкому его измельчению. Установка такого оборудования, естественно, требует значительных затрат, однако преимущества использования заторных фильтров следует учитывать при замене фильтр-чанов устаревшей конструкции.

Повышение потерь экстракта при производстве 15-18 % сусла при работе на фильтр-чанах может быть также частично компенсировано:

- повторным использованием промывной воды;

- применением углеводсодержащих сиропов.

Повторное использование промывной воды может способствовать повышению выхода экстракта. При производстве высокоплотного сусла этот эффект выражен еще сильнее. Но, тем не менее, известно, что этот прием оказывает отрицательное влияние на качество сусла и на каждом предприятии устанавливается плотность последней промывной воды.

Некоторые заводы практически не собирают промывные воды (за исключением производства особо плотных сортов чисто солодового пива). Обычно их используют для промывки дробины следующей варки. В том случае, если промывные воды все же используются повторно, они должны храниться между двумя варками сусла горячими в резервуаре, конструкция которого обеспечивает возможность отделения промывных вод от осевшего осадка (путем декантации). Кроме того, резервуар и соединяющие его трубопроводы должны эффективно промываться и дезинфицироваться, в противном случае он становится источником инфекции.

Применение промышленных ферментных препаратов, обладающих β-глюканазной активностью при использовании классических фильтрационных чанов позволяет в некоторой степени повысить выход экстракта в варочном цехе, но в целом выход экстракта при производстве высокоэкстрактивных сортов пива всегда ниже. Положительным моментом является сокращение длительности процесса фильтрования за счет сокращения времени сбора промывных вод.

Выбор экстрактивности выпускаемого сусла на конкретном предприятии обусловлен используемым оборудованием и его техническим состоянием.

Способы и технологические режимы фильтрования Наиболее распространенными являются периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного ап­парата или фильтр-пресса. Непрерывные способы фильтрования, центрифугирование, вакуум-фильтрование, автоматизация про­цесса по разным причинам пока не нашли широкого применения.

Для фильтрации затора используются заторно-фильтрационные и фильтрационные чаны, а также заторные пресс-фильтры.

Фильтрующей основой в фильтр-чане служит сетчатый элемент, дающий опору фильтрующему слою дробины, а в фильтр-прессе - полипропиленовые мембраны (салфетки), с помощью которых идет фильтрация.

Наибольшие проблемы с выходом экстракта или с продолжительностью фильтрования возникают при работе на фильтр-чанах старой конструкции. Часто это бывает связано с превышением нормальной нагрузки на сито. При сухом дроблении на некоторых предприятиях фактическая нагрузка на сито составляет более 190 кг/м², при максимально допустимых значениях 180 (оптимально 160-175) кг/м². Для таких предприятий улучшение экономических показателей при производстве сусла может быть достигнуто снижением величины засыпи.

Заторно-фильтрационный чан является наиболее старой (и медленной) системой из всех существующих. К его достоинствам относится невысокая стоимость и простота обслуживания.

В заторно-фильтрационном чане происходит осахаривание и фильтование затора. По сравнению с другими типами оборудования, при работе на заторно-фильтрационном чане используется дробина наиболее грубого помола. К его характерным особенностям относится небольшие площадь фильтрации и выход экстракта. Но поскольку на заторно-фильтрационом чане толщина слоя дробины (очень крупной фракции) является самой большой, с помощью этого типа оборудования можно получить наиболее прозрачное сусло.

Невысокий выход экстракта частично компенсируется возможностью использования меньшего количества воды при приготовлении затора (примерно 2 дм³ на 1 кг дробины), а также возможностью промывки дробины большим количеством воды.

Скорость сбора сусла в заторно-фильтрационном чане обычно регулируется вручную. При фильтрации первого сусла частицы дробины как бы «плавают» в нем - такой эффект наблюдается только на этом оборудования. Первое сусло обладает высокой вязкостью, скорость его сбора невелика. Это позволяет предупредить оседание частиц на фильтрационном сите.

В заторно-фильтрационном чане удаление пивной дробины производится вручную или при помощи вращающегося устройства, которое сдвигает дробину по направлению к разгрузочному люку.

Современные фильтрационные чаны, так же, как и пресс-фильтры, могут обеспечивать фильтрацию 12 заторов в сутки. Их обслуживание нетрудоемко. Большинство пивоварен использует сегодня именно фильтр-чаны современной конструкции.

В фильтрационном чане частицы дробины оседают на фильтрационном сите. У современного оборудования сито сделано из нержавеющей стали.

Площадь фильтрации у этого типа оборудования значительно больше, чем у заторно-фильтрационного чана. В то же время фильтрующий слой в нем менее толстый.

На первой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтрационный аппарат, где он отстаивается для формирования фильт­рующего слоя высотой 30-40 см. Затем начинают фильтрование, причем первое мутное сусло возвращают в фильтр-аппарат. По окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой 70-80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %. Дальнейшее вымывание экстракта экономически нецелесообразно, так как ведет к выще­лачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, и перерасходу топ­лива на выпаривание избытка воды.

Перед подачей затора под сита подают воду таким образом, чтобы над ними образовался слой воды в 1-1,5 см. Чтобы снизить нагрузку на сито и сделать распределение густой фракции затора более равномерной, при перекачке в чан затора включается разрыхлитель. После того, как перекачанный затор оставляют в покое на 25-30 мин, в чане осаждается фильтрующий слой. Он состоит из следующих слоев:

1. тончайшего слоя мути;

2. основного слоя грубых частиц дробины (шелуха и крупка);

3. тонкого тестообразного слоя мелких частиц.

Чтобы убрать муть, прошедшую через сито, на какой-то момент (обычно попарно) открываются фильтрационные краны. При этом под ситом образуются вихреобразные завихрения жидкости, поднимающие муть, которая вместе с жидкостью выходит из чана. Вода и мутное сусло перекачиваются обратно в чан. Когда начинает идти прозрачное сусло, его направляют в сусловарку. Лучшее качество достигается при небольшой скорости фильтрации

При работе на фильтрационном чане используется дробина более тонкого помола. Это увеличивает сопротивление фильтрующего слоя. В результате даже небольшое увеличение вязкости сусла оказывает значительное влияние на время фильтрации. Этот недостаток компенсируется с помощью применения специального разрыхляющего механизма. Он представляет собой вращающуюся по кругу штангу, на которой укреплены прямые или волнообразные ножи. На конце ножей укреплены пропашники (башмаки) - плугообразные поперечные элементы. Дабы обеспечить возможность рыхления фильтрующего слоя на разной высоте, ось, на которой вращается штанга рыхлителя может раздвигаться по вертикали.

Для того, чтобы не нарушить целостность фильтрующего слоя, не «прорвать» его, скорость вращения разрыхляющих элементов (ножей) должна быть минимальной. Чтобы компенсировать малую скорость вращения, фильтрующий слой разрыхляют с помощью многих ножей одновременно (как вариант - используются ножи с двойными пропашниками).

Виды рыхлителей различаются по количеству поперечных штанг, на которых укреплены вращающиеся по кругу ножи. Обычно в фильтрационном чане монтируют две, три, четыре или шесть штанг рыхлителя. Их количество зависит от величины (диаметра) чана.

После окончания фильтрации оставшуюся в котле дробину выгружают с помощью того же рыхлителя. Для этого ножи разворачивают плоской стороной по направлению движения и сгребают ими дробину в люк для выгрузки. Также выгрузка дробины может производится путем опускания закрепленной на рыхлителе специальной полосы.

Способ фильтрации затора зависит от типа выпускаемого пива и конструкции фильтрационного чана. При этом разрыхляющий механизм может работать непрерывно или периодически, в этом же режиме подается и вода - когда процесс фильтрации приостанавливается, производится перемешивание дробины.

Работа на фильтрационных чанах облегчается тем, что все они, как правило, полностью автоматизированы. Это дает возможность не только регулировать скорость фильтрации, но и контролировать разность давлений над и под ситом. Если разница падает ниже нормального уровня, это означает, что произошло «оседание» затора. Для того чтобы поправить положение, фильтрацию прекращают, рыхлитель опускают в нижнее положение и начинают перемешивать фильтрующий слой. После 5-10 мин рыхления фильтрацию можно возобновлять.

Во время фильтрации может быть измерены такие параметры, как:

- скорость потока сусла (позволяет получить информацию об общем объеме собранного сусла);

- разность давлений над и под ситовым пространством (непосредственно обусловливается сопротивлением фильтрующего слоя потоку сусла);

- прозрачность сусла (сусло должно иметь мутность менее 5 единиц ЕВС при содержании взвешенных частиц не более 1 мг/л);

- плотность сусла (как только плотность уменьшается, вязкость сусла снижается и процесс фильтрования ускоряется);

- температура воды, подаваемой на промывку.

Для регулирования процесса фильтрования корректируются:

- скорость прохождения сусла через слой дробины (скорость сбора фильтрата);

- скорость промывки дробины (скорость обезвоживания фильтрующего слоя и количество воды над ним);

- температура воды, подаваемой на промывку (высокая температура приводит к снижению вязкости сусла, но одновременно увеличивает экстракцию нежелательных компонентов оболочки;

- рыхление и выравнивание слоя дробины (главным образом для уменьшении возрастающей разности давлений над и под слоем дробины;

- возврат сусла - после начала фильтрования и часто после остановки фильтрации вследствие «оседания» затора сусло возвращают в фильтрационный чан до тех пор, пока оно не станет прозрачным, после чего его направляют в сусловарочный котел.

Фильтр-пресс является основным конкурентом фильтрационного чана, но пока еще большинство пивоваров работает на фильтр-чанах современной конструкции. Фильтр-пресс является весьма эффективным и компактным видом оборудования.

В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующего слоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допуска­ется более тонкий помол зернопродуктов. После сбора первого сусла дробину промывают водой температурой 75-80 ^оС до плотности промывных вод 0,5-0,7 %.

Толщина слоя дробины составляет в современном фильтр-прессе всего 4-6 см (в фильтр-прессе старого образца - 6-7 сантиметров).

По своему строению и принципу действия все фильтр-прессы похожи на кизельгуровые рамные фильтры. Фильтрующий элемент оборудования старого типа складывается из рам и опорных плит, которые перемежаются не фильтр-картоном, а специальными салфетками из синтетической (или хлопчатобумажной) ткани. Плиты и рамы соприкасаются друг с другом. При их соединении в один фильтровальный блок, отверстия плит и рам образуют каналы для циркуляции затора, сусла и воды. Блок плотно сжимается при помощи гидравлического зажима, что обеспечивает его герметичность. Заторная масса подается во внутреннюю полость рам. С помощью создаваемого избыточного давления сусло проходит через салфетки и по рифленой поверхности опорных плит стекает к кранам. Остатки сусла из дробины вытесняются сжатым воздухом или паром, а после вымываются горячей водой. Рабочий цикл обычного фильтр-пресса составляет около 4 ч.

Радикальные изменения в конструкции, позволившие говорить о появлении нового поколения фильтр-прессов, произошли в 1990 г, когда компания «Meura S.A.» (Бельгия) продемонстрировала свой новый фильтр-пресс (Mash filters) «Meura 2001».

Фильтрационный блок пресса нового поколения складывается из полипропиленовых мембранно-камерных модулей (рифленых плит, покрытых с обеих сторон эластичной мембраной) и решетчатых фильтрующих плит толщиной 40 мм (с двух сторон закрыты фильтровальными салфетками).

Первая стадия фильтрации на майш-фильтре проходит практически по традиционной схеме. Заторная масса подается в камеры под избыточным давлением, сусло выдавливается через фильтровальные салфетки и выводится в специальный сборник. После того, как через камеры пройдет весь затор, они заполняются дробиной.

На второй стадии в мембранно-камерный модуль подается сжатый воздух. Эластичные полипропиленовые мембраны раздаются в стороны и выжимают из слоя дробины остатки первого сусла.

Промывка дробины водой также производится в две стадии - собственно промывка и отжим из дробины промывной воды.

После этого дробину отжимают окончательно. Оптимальная влажность должна составлять около 32 %. Если она будет меньшей - затруднится транспортировка выгруженной дробины по трубопроводу. Во время этой (последней) операции фильтрационные блоки и модули автоматически раздвигаются и дробина выгружается в специальный бункер. Выгруженная дробина обычно транспортируется по трубопроводу (при помощи сжатого воздуха) в силос, откуда выгружается в транспортные средства, доставляющие ее потребителям.

Весь рабочий цикл майш-фильтра составляет около 100-110 мин, что делает возможным проведение 12 фильтраций затора в сутки. К преимуществам этого оборудования относится простота обслуживания - фильтровальные салфетки можно промывать, не вынимая их из фильтра. Промывка производится слабощелочным раствором.

Майш-фильтры способны работать с солодом очень тонкого помола, обеспечивая максимальный выход экстракта (100 %). Так как количество воды, подаваемой для промывки дробины, в этом случае меньше, чем в других системах, при использовании заторного фильтра можно получить сусло очень высокой плотности.

Кроме «Meura S.A.» наиболее качественные фильтр-прессы нового поколения производят компании «Ziemann» (Германия), «Landaluse» (Испания), «Nordon» (Франция). В странах СНГ более известна продукция «Meura S.A.» и «Ziemann».

Процессы, происходящие при фильтровании затора Фильтрование первого сусла представляет собой в основном фи­зический процесс. При выщелачивании дробины водой проте­кает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, в том числе обменные реакции.

С понижением концентрации сусла его рН возрастает от 5,7 до 6,2. Это 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.

На скорость фильтрования влияют такие факторы, как: состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтр-аппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора. Солод хорошего растворения, имеющий ре­комендуемый состав помола, дает рыхлый, легко­проницаемый слой.

На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 ^оС во избежание инактивации фермента α-амилазы. Она завершает доосахаривание остатков крах­мала. Кроме того, более высокая температура способствует уве­личению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива.

В щелочной воде легко растворяются дубильные и горькие вещества оболочек. Но при длительном экстрагировании даже вода нормального состава извлекает из оболочек вещества, способствующие появлению неприятного вкуса пива.

Утилизация дробины После отделения сусла остается значительное количество пивной дробины. Обычно ее используют в качестве высококачественного корма для домашних животных. Питательная ценность дробины составляет приблизительно одну пятую от питательности ячменя – большое количество веществ вымывается из нее во время затирания.

В отличие от натурального зерна пивная дробина намного лучше усваивается организмом. В ней практически нет витаминов, довольно много белка и сахаров. По мнению чешских специалистов, по содержанию белков дробина приближается к бобовым, а крахмальных веществ в ней больше, чем в отрубях.

Содержание сухих веществ в дробине может составлять 19-36 % в зависимости от используемой системы отделения сусла. Поэтому для ее сохранения на длительное время ее подвергают сушке.

В местах, где пивоваренный завод находится в непосредственной близости от фермерских хозяйств, дробину обычно выгружают в сыром виде - для силосования и дальнейшего применения.

2.5 Кипячение сусла с хмелем

Фильтрованное первое сусло и полученные после промывания дробины воды направляют в сусловарочный аппарат и подвергают кипячению с хмелем. По конст­рукции эти аппараты аналогичны заторным и представляют собой сварной цилинд­рический резервуар с паровой рубашкой, сферическим днищем и крышкой, обеспечивающей интенсивную круговую циркуляцию кипящего сусла.

Способы и  режимы  кипячения сусла с хмелем  Для того, чтобы предохранить сусло от инфицирования и максимально продлить активность ферментов, его температуру в сусловарочном аппарате поддерживают в пределах  73-75 °С. Сюда же поступают и промывные воды. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют 0,5 % вытяжки из следующего затора или ферментные препараты и выдерживают при температуре не выше 75 °С до полного осахаривания.

Сусло кипятят только после заполнения сусловарочного аппарата. Для проведения дальнейших стадий технологического про­цесса приготовления пива требуется биологическая чистота сус­ла, от которой зависит стойкость конечного продукта. Для этой цели достаточна однако на практике сусло кипятят около 1,5-2 ч (не более). Только дли­тельное кипячение сусла позволит закрепить нужное соотноше­ние отдельных фракций белковых веществ, свертывание некото­рых неустойчивых белковых веществ в виде крупных хлопьев, которые в дальнейшем выпадут в осадок и приведут к осветле­нию сусла.

При кипячении с хмелем сусло упаривается до нужного содержания сухих веществ при скорости испарения воды 5-6 %  в ч  к массе сусла. Одновременно происходят  стерилизация сусла, стабилизация и аро­матизация его состава горькими веществами хмеля, коагуляция (свертывание) некото­рой части растворенных белков. Полностью инактивируются ферменты. Дубильные вещества хмеля, хорошо растворимые в воде, обладают способностью осаждать белки, в том числе и не осаждаемые дубильными веществами солода. Крупные хлопья свернувшегося белка оседают, захватывая частицы мути, сусло осветляется.

Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее обра­зование хлопьев.

Удельный расход хмеля на 1 дал пива в зависимости от качества хмеля (содержания α-кислоты) и сорта пива составляет от 20 до 60 г. Хмелепродукты в сусло вносят в два, три или четыре приема (если применяют целые шишки), причем последнюю порцию — незадолго до конца кипячения.

При внесении хмеля в два приема всю порцию делят на две ча­сти: первую задают в сусловарочный котел после того, как в него поступило первое сусло, вторую — за 30-40 мин  до конца кипяче­ния.

При трехкратной задаче 50 % хмеля добавляют после набора первого сусла, 30 % — за час и последние 20 % — за 20 мин до кон­ца кипячения.

Таким образом, для улучшения вкуса пива рекомендуется сначала кипятить сусло без хмеля, тогда на белки будут действовать только ду­бильные вещества солода. При добавлении хмеля к суслу, частич­но освобожденному от белков, оно приобретает сильный хмелевой аромат, но без грубой горечи. Если же в сусло добавлять хмель в начале кипячения, то дубильные вещества солода, как более сла­бые, не взаимодействуют с белками и остаются в растворе, прида­вая суслу грубоватый вкус.

Окончание процесса кипячения сусла определяют по содержанию сухих веществ в нем, свертыванию белково-дубильных веществ, обра­зованию хлопьев и прозрачности горячего сусла.

В последние годы распространение получил способ вторичного ис­пользования последней порции хмеля, который подвергается в сусловарочном котле кратковременному кипячению. В этой порции хмеля остается достаточное количество горьких ве­ществ, поэтому его можно использовать вторично для охмеления сусла.

Процессы, протекающие при кипячении сусла с хме­лем  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.

Эфирное масло при длительном кипячении улетучивается. Наиболее полно используется эфирное масло хмеля последней порции, задаваемой в конце кипячения. Оставшееся количество хмелевого масла или продукты его превращения участвуют в со­здании аромата пива.

На стадии варки сусла с хмелем происходит тепловая коагуляция (выпадение хлопьев) белка. Она проходит в два этапа. На первом происходит частичная дегидратация молекул белка, на втором - дегидратированные молекулы соединяются между собой и образовывают хлопья.

Образованию белковых хлопьев в сусле благоприятствуют:

1. увеличение времени кипячения (но возрастает расход электроэнергии);

2. повышенные давление и температура (но возрастает содержание диметилсульфида);

3. интенсивное кипячение кипящего сусла;

4. низкий уровень pH (5,2) в присутствии сульфа­тов и хлоридов.

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.

На растворение горьких веществ влияет концентрация водородных ионов, про­должительность процесса, состав воды, а также концентрация сусла.

При щелочной реакции растворимость горьких веществ выше, чем при кислой. В сусле в основном остаются толь­ко продукты превращения α-горькой кислоты, обусловливающие впоследствии горечь пива, за счет этого изменяется рН. Дубильные вещества хмеля ускоряют коагуля­цию белков.

При работе с мягкой водой образующиеся кислоты способст­вуют осаждению горьких веществ, тем самым снижая ощущение горечи. При использовании карбонатных вод действие кислот в начале брожения нейтрализуется.

При высокой концентрации сусла в среде возрастает количе­ство коагулируемого белка, который при осаждении выводит из раствора горькие вещества. По этой причине при упаривании концентрированного сусла количество вводимого хмеля увеличивают.

2.6 Отделение сусла от хмелевой дробины

Охмеленное сусло направляют в хмелеотделитель, охлаждают до температуры 4-6 °С, после чего сепарируют для удаления белковых хлопьев (или грубых взвесей). Хмеле­вая дробина задерживается на сите, сусло центробежным насосом перекачивается в сборник для охлаж­дения и осветления.

При этом сусло насыщается кислородом, это необходимо для дальнейшего развития дрожжей. Затем хмелевую дробину промывают горя­чей водой для дополнительного выщелачивания экстрактивных веществ хмеля. Промывные воды присоединяются к суслу в сусловарочном аппарате.

Мокрая хмелевая дробина содержит в себе достаточно много сусла (1 кг хмеля способен впитать 5-7 дм³ сусла). Поэтому рекомендуется производить промывание хмелевой дробины  для снижения в ней содержания сусла до 2 дм³ на 1 кг.

2.7 Наиболее известные зарубежные производители варочных порядков

Ведущими мировыми лидерами в производстве оборудования варочных отделений пивоваренных заводов являются (в алфавитном порядке) «Anton Steineker Maschinenfabrik GmbH» (Германия), «Huppmann Group» (Германия) и «Ziemann Group» (Германия).

По данным компании «Anton Steineker Maschinenfabrik GmbH» российский пивоваренный рынок освоен фирмами в следующих объемах: «Steineker» - около 60 %, «Huppmann Group» - около 30 %, «Ziemann Group» - около 10 %.

Компания «Anton Steineker Maschinenfabrik GmbH» была основана в 1875 г. Сегодня она специализируется на изготовлении варочных порядков «под ключ». Сусловарочные котлы «Merlin», производимые этой компанией, являются инновационной техникой, практически не имеющей на сегодня аналогов. Компанией «Steineker» производятся варочные порядки, фильтры, участки ферментации и дображивания, а также осуществляется планирование и оснащение пивзаводов «под ключ». Проекты разрабатываются в сотрудничестве с группой «Krones». По словам ее представителей, фирма «Steineker» первой из компаний-метров, производящих варочные порядки, начала всерьез работать на территории СНГ.

Отличительной особенностью компании «Huppmann», является то, что она уделяет предоставлению услуг такое же внимание, как и производству оборудования. Девизом компании является фраза «Мы обеспечим все, что Вам понадобится: от маленького винтика до комплектного пивзавода и специалистов для ввода в эксплуатацию».

При изготовлении оборудования «Huppmann» использует немало оригинальных «ноу-хау». К числу последних относится дробилка «MILLSTAR» системы «Lenz» (производительность до 50 т/ч), производящая дробление без доступа кислорода (в среде инертного газа), оригинальные лопасти заторного котла «Huppmann» (технология щадящего перемешивания), ножи рыхлителя с двойным башмаком и решетки «двойного дна», обладающие повышенной эффективностью.

По данным, предоставленным компанией «Huppmann», в России ее оборудование работает на ОАО «Пивоваренная компания «Балтика», (Санкт-Петербург), ЗАО «МПБК «Очаково» (Москва), ОАО «Красный Восток» (Казань), Калужской пивоваренной компании, ЗАО «Клинский пивокомбинат», ОАО «Афанасий-пиво» (Тверь), ОАО «Амур-пиво» (Хабаровск), ОАО «ПАТРА» (Екатеринбург), ЗАО «Росар» (Омск), ОАО «Пикра» (Красноярск), «Пивзавод «Самко» (Пенза), ОАО «Томское пиво», ОАО «Пивоваренная компания «Тульское пиво», ООО «Русская пивоваренная компания» (Рязань), ОАО «Балтика-Дон» (Ростов-на-Дону), а кроме этого на ОАО «Николаевский пивзавод «Янтарь» (Украина), ЗАО «Сармат» (Донецк, Украина), ОАО «Пивзавод «Рогань» (Харьков, Украина), ЗАО «Оболонь» (Киев, Украина), «Динал Лтд» (Алматы).

Компания «Ziemann Group» также является одним из старейших мировых производителей пивоваренного оборудования. Основана в 1852 г, в РФ работает с 1998 г. Сегодня «Ziemann Group» состоит из трех европейских компаний: «A. Ziemann GmbH», (Германия), «Ziemann + Bauer GmbH» (Германия), «Ziemann-Hengel S.A.» (Франция), а также дочернего предприятия «Ziemann-Liess S.A.» (Бразилия).

«Ziemann Group» специализируется на изготовлении оборудования высокой производительности. Именно эта компания изготовила наиболее мощные в мире варочные порядки, расположенные на пивоваренном заводе «GRUPO MODELO» (Мексика). Диаметр фильтр-чана равен 14,6 м, выход горячего сусла высокой плотности составляет 1400 гектолитров за варку, оборачиваемость - 10 варок в сутки.

По словам представителей «Ziemann», компания является «№1» в Центральной и Южной Америке, Чехии, Польше и на Украине.

К оригинальным ноу-хау «Ziemann Group» относится уникальная система кипячения сусла с использованием вакуумного испарения, позволяющая в широком диапазоне регулировать физико-химические параметры сусла.

2.8 Охлаждение и осветление сусла

В горячем охмеленном сусле полностью  отсутствует кислород, в нем содержатся грубые взвеси, которые образовались при кипячении его с хмелем. Размер взвешенных частиц может составлять от 30 до 80 мкм. Если от них не избавиться, они могут затруднить последующую фильтрацию пива или, что еще хуже, осесть при брожении на стенках дрожжевых клеток – «оклеить», «облепить» их, т.е. нарушить их проницаемость, затрудняя диффузию сахаров в клетку. В этом случае брожение может ухудшиться или совсем затухнуть. Наличие взвесей отрицательно влия­ет  на дображивание пива и коллоидную стойкость готового продукта.

С по­нижением температуры осаждаются грубые взвеси и выделяются тонкие взвеси, сусло насыщается кислородом, что благоприят­ствует нормальному размножению дрожжей и полному выделе­нию коагулируемых белков.

Целью охлаждения и осветления сусла является понижение его температуры, насы­щение сусла  кислородом  воздуха  и  осаждение  взвешенных частиц.

В зависимости от методов брожения (низовое или верховое) сусло охлаждают до температуры 6-7 или 14-16 °С.

Способы и технологические приемы ох­лаждения и осветления сусла  Различают такие способы осветления сусла как седиментация под действи­ем силы тяжести (отстаивание), при которой разделение осуще­ствляется благодаря разнице между относительной плотностью жидкой и твердой фаз, и седиментация под действием центро­бежной силы, которая превышает силу тяготения в 3000-4500 раз (для современных сусловых сепараторов), вследствие чего скорость оседания тонких суспензий значительно повышается.

Для подготовки сусла к брожению применяют комби­нированную установку, состоящую из двух аппаратов: первый для удаления грубых взвесей (осадка) и второй для охлаждения сусла до заданной температуры брожения. Таким образом, охлаждение сусла производят в две стадии.

Первая стадия - охлаждение горячего сусла до 60-70 °С - обычно может про­исходить, например, в отстойном (осадочном) аппарате и продолжается 1,5-2 ч, т.е. сравнительно медленно. Он представ­ляет собой стальной цилиндрический резервуар с плоским, слег­ка наклонным дном и сферической крышкой. В крышке аппарата установлена вытяжная труба, под которой укреплен распределительный конус. Для охлаждения сусла служит стальной змеевик, размещенный внутри резервуара. Для декантации охлажденного и осветленного сусла в аппарате имеется шарнирно закреплен­ный подвижный трубопровод с поплавком.

Время нахождения сусла в отстойном аппарате сократить нельзя, так как для осаждения грубых горячих осадков необходимо не менее 2 ч. В отстойном чане, который пришел на смену холодильной тарелке, уже использовался охлаждающий элемент, заполняемый проточной водой. По нему тонким слоем, самотеком, стекало сусло. В этой системе начала использоваться система аэрации сусла стерильным воздухом.

После спуска сусла из отстойно­го аппарата отстой направляют по закрытому трубопроводу в закрытый сборник, из которого сжатым воздухом подают в фильтр-пресс. Отстойное сусло стерилизуют, охлаждают и затем направляют в бродильный аппарат, добавляя его к основному суслу.

Для осветления сусла используют также центробежные сепа­раторы, которые позволяют быстро получить прозрачное сусло и сократить потери экстракта с отстоем. Сепаратор работает на принципе применения центробежных сил, за несколько секунд отделяя взвеси от сусла. Особое внимание при работе с сепаратором специалисты настоятельно рекомендуют уделять центровке его ротора. Частота вращения ротора должна строго соответствовать величине, указанной в паспорте оборудования. Кинетическая энергия вращающегося ротора чрезвычайно велика, если он сорвется - последствия могут быть очень серьезными. При появлении вибрации, стука или резком изменении частоты вращения ротора сепаратор немедленно останавливают.

Наиболее приемлемой технологией сегодня, по мнению специалистов, является процедура осветления пивного сусла в вирпуле (гидроциклоне). В нем отделение белкового и хмелевого осадков достигается гидродинамическим воздействием.

Аппарат представляет собой большой закрытый резервуар с плоским,  но несколько  наклон­ным днищем. Горячее сусло подается в аппарат с одной или двух сторон тангенциально направленной струей со скоростью 10 м/с и закручивается. Сусло приходит во вращательное движение. Возникшая центробежная сила собирает взвеси и хлопья белка в центре емкости, где образуется осадочный конус. Этот эффект иногда называют «эффектом чашки чая» - точно так же в центре чашки после помешивания собираются частичек заварки. Впервые он был применен в пивоварении еще несколько десятилетий назад. Сегодня это наиболее простой и действенный метод удаления скоагулировавшего белка из сусла.

В данном аппарате на осветление сусла уходит около 20 мин. Вообще же нормальным временем осветления считается интервал в 40 мин. После того как твердые частицы осядут, сусло становится прозрачным (осветленным). Оно откачивается сверху - по мере увеличения его прозрачности. Достоинством гидроциклона является стерильность процесса, так как в аппарат поступает горячее сусло и выходит из него с  температурой  90 °С.

Вторая стадия - быстрое охлаждение с 70-60 до 6-16 °С - осуществляется в автоматизированном закрытом пластинчатом теплооб­меннике. Он удобен в обслуживании и эффективен.

Такой охладитель состоит из тонких штампованных стальных пластин, нанизанных на две продольные опорные стойки. На каждой пластине расположены резиновые уплотнители-прокладки. Когда стопа пластин сжимается вместе (при помощи опорной плиты и винтового зажима), она образует единый пакет (блок). Отверстия в пластинах и уплотнители располагаются таким образом, что в пакете охладителя образуются две системы каналов. По одной идет сусло, по другой - солевой раствор или вода. Приблизительно две трети блока охлаждается водой, одна треть - рассолом.

После охлаждения производится аэрация сусла - не­посредственно в трубопроводе или аппарате предварительного брожения в него впрыскивается стерильный воздух, необходимый для дрожжевых клеток.

В зависимости от сорта пива потери экстракта в варочном цехе составляют от 2,6 до 2,8 %, а потери в пивной и хмелевой дробине (к объему горячего сусла) на стадии осветления и ох­лаждения сусла — от 5,5 до 7,0 %, в том числе 4 % - мнимые потери объема в результате сжатия сусла при его охлаж­дении от 100 до 20 °С.

Для более полного удаления белков из сусла могут использоваться осветлители сусла типа «ирландского мха» (изготавливаются из морских водорослей). Они добавляются за 10-15 мин до конца кипения в сусловарочный котел или уже при перекачке сусла в гидроциклон.

Для добавочного осветления сусла также могут использоваться силиказоли кремниевой кислоты. Они связывают белковые соединения в гидрогель.

Силиказоли добавляются не только в охмеленное сусло, но и после завершения сбраживания, перед началом холодной стабилизации пива или перед фильтрацией. Необходимое количество силиказолей берется из расчета 50 см³ золя на гектолитр пива.

Превращения при охлаждении и  осветле­нии сусла  В сусле остаются скоагулированные белки, которые находятся в состоянии грубого осадка и тонких взвесей (суспен­зий). При понижении температуры они осаждаются. Крупные взвеси осаждаются на протяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется при снижении температуры до 6-7 °С.

Грубый осадок адсорбирует в значительных количествах железо, медь и другие тяжелые металлы и тем самым предохраняет от их вредного действия дрожжи и пиво, в котором они могут быть причиной  коллоидного  помутнения. 

С понижением температуры (ниже 60 °С) прежде прозрачное сусло  начинает мутнеть. Часть веществ, которые хорошо растворялись  в  горячем  сусле,  стано­вятся нерастворимыми и выделяются в холодном сусле. Насту­пающее помутнение обусловлено наличием мельчайших частиц  диаметром примерно 0,5 мкм. Тонкий осадок на 35 % состоит из ду­бильных веществ и  на 65 % из β-глобулина.

Особенно важно выделить из сусла белково-дубильные соединения. Если белково-дубильные соединения остаются в сусле, поступающем на брожение, то сусло приобретает опалесцирующий или мутный вид. При попадании этих соединений в аппараты дображивания в пиве возникает  помутнение,  которое  трудно устранить.

При высоких температурах кислород расходуется на окис­ление органических веществ (мальтозы, глюкозы, фруктозы, азотистых соединений, горьких веществ и хмелевых смол, тани­на). При окислении глюкозы образуется глюконовая кислота, при окислении фруктозы — муравьиная, щавелевая и винная кислоты. В течение 1 ч 1 дм³ сусла способен химически связать 6,4 мг кислорода.

При высоких температурах (85 °С) химически связывается в 5 раз больше кислорода, чем при средних температурах (45 °С). Ниже 40 °С практически никакого окисления в сусле не происходит. Вследствие окислительных процессов сусло стано­вится несколько темнее, а хмелевой аромат и хмелевая горечь значительно ослабляются.

Растворение кислорода, необходимого для дрожжей, возможно лишь при низкой темпера­туре, в сусле оно начинается с температуры ниже 40 °С.

Сусло с температурой 20-40 ^оС является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры, так как эти условия наиболее оптимальны для размножения вредных для пива микроорганизмов (сарцин, уксуснокислых, молочнокислых и др. бактерий. При брожении, когда в сусло будут введены дрож­жи, возможность инфицирования уменьшается. Для предотвра­щения инфицирования сусло нужно быстро охладить до устано­вочной, начальной температуры брожения 6-7 °С.

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

Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.

Контрольные вопросы.

1. Как производится подработка и дробление солода и несоложеного сырья?

Лекция "Переход с байпаса на основную линию" также может быть Вам полезна.

2. Каковы отличия настойного и отварочного способов затирания?

3. Охарактеризуйте технологические режимы разных способов зати­рания?

4. Какие процессы протекают при затирании?

5. Охарактеризуйте основное оборудование, применяемое для фильтрования затора?

6. Каковы особенности кипячения сусла с хмелем?

7. Какие процессы протекают на данной стадии технологии производства пива?