Способы осветления и охлаждения сусла

Осветление и охлаждение сусла в тонком слое. При этом способе используют холодильную тарелку, представляющую собой плоский открытый сосуд прямоугольной формы (высота стенок около 300 мм), изготовленный из листовой стали и установленный с незначительным уклоном к горизонту. Тарелка имеет три отверстия с кранами: для слива сусла, для отвода осадка взвесей горячего сусла и для стока промывных вод. Чтобы осадок не попадал в стекающее осветленное сусло, над вентилем для слива сусла устанавливают небольшой патрубок с ситом.

Поверхность тарелки покрыта тонким защитным слоем. При эксплуатации на этот слой осаждается пивной камень (соли слабых органических кислот), который также образует защитный слой. Тарелку устанавливают в отдельном, хорошо проветриваемом чистом помещении, куда подается тщательно очищенный наружный воздух.

Горячее сусло наливают в тарелку слоем 150-250 мм, при этом образуется большая поверхность соприкосновения с воздухом (25- 40 м^г на 1 т затираемого сырья), и сусло хорошо охлаждается. Малая толщина слоя сусла способствует быстрому осаждению осадка, но не исключается и возможность инфицирования сусла.

Продолжительность охлаждения сусла в тарелке - 2-6 ч. Как только температура сусла снизится до 60°С, открывают кран для спуска сусла и направляют его в пластинчатый теплообменник. На тарелке остается тонкий слой осадка, который собирают при помощи резиновых скребков и удаляют. Тарелку моют холодной водой, очищают щетками и снова моют горячей и холодной водой.

Осветление и охлаждение сусла в высоком слое. Процесс проводят в отстойном аппарате (рис. 58). Аппарат представляет собой стальную цилиндрическую емкость 3 с рубашкой для охлаждения, со сферической крышкой 5 и плоским наклонным днищем. Для удобства обслуживания и промывания на противоположных сторонах крышки чана имеются два люка с раздвижными дверцами. Вверху крышка окантована пароотводным патрубком с дроссельной заслонкой 8 и трубкой 4 для отвода конденсата.

Горячее сусло поступает в аппарат через патрубок 9. Внутри аппарата установлена плоская охлаждающая секция 7, которая заполняется водой через запорный вентиль 1 и коллектор 2. Вода отводится через коллектор 12. Чтобы сократить время охлаждения сусла, секция 7 используется как оросительный холодильник во время заполнения аппарата. Для получения тонкого слоя сусла, стекающего по стенкам секции, установлен распределительный желоб 6, над которым находится конусный зонт 10 с зубцами по кромке. Одновременно под конус через вентиль 14 и фильтр 13 под давлением подается стерильный воздух для аэрации сусла.

В нижней части аппарата на днище установлены три пробковых фланцевых крана: 16 - для спуска белкового отстоя, 17 - для спуска промывных вод в канализацию и 18 - для регулирования спуска осветленного сусла.

Все рукоятки управления кранами выведены на общий щиток. Высота слоя сусла в аппарате не превышает 900 мм, а процесс охлаждения продолжается не более 2 ч. В течение этого времени температура сусла снижается от 95 до 60°С и происходит осаждение белковых веществ. Режим охлаждения сусла контролируется с помощью термометра 15.

Охлажденное сусло спускают через суслоприемник 11 и кран 18 на вторую ступень охлаждения, а осадок удаляют через кран 16. Аппарат моют, и промывные воды через кран 17 сливают в канализацию.

Белковый отстой с тарелок или отстойных аппаратов содержит значительное количество сусла. Это сусло отделяют от отстоя на фильтр-прессах или в сепараторе, нагревают для стерилизации, охлаждают и добавляют к суслу, поступающему на брожение. Для сокращения потерь белковый отстой можно возвращать в варочный цех.

Осветление сусла в гидроциклонном аппарате. На ряде заводов для отделения грубых взвесей и мелких частиц хмелевой дробины из горячего сусла применяют гидроциклонный аппарат с круговой циркуляцией сусла (рис. 59).

Этот аппарат представляет собой сосуд цилиндрической формы с конической крышкой и плоским днищем. На обечайке корпуса 8 на расстоянии 900 мм от днища приварен входной патрубок 3 для нагнетания сусла. Для увеличения скорости потока патрубок выполнен в виде плавно сужающегося сопла и расположен под углом 30° к касательной обечайки корпуса.

Струя потока направлена тангенциально, поэтому внутри аппарата происходит вращение сусла. Под действием гидродинамических сил взвешенные частицы собираются в центре днища, где образуется осадочный конус. При подаче сусла в аппарат давление перед патрубком 3 должно быть не менее 0,6 МПа. В том случае, если давление недостаточно и не обеспечивается требуемая для осаждения частиц скорость вращения сусла, производится рециркуляция сусла с помощью насоса при открытых кранах патрубков 2 и 3.

Для измерения давления на нагнетательном трубопроводе перед входным патрубком 3 установлен манометр. После осветления сусла (примерно через 20 мин) начинают его откачку насосом, открывая сначала кран патрубка 4, а затем по мере снижения уровня - краны патрубков 2 и 1. Внутри аппарата к днищу на расстоянии 200 мм от обечайки приварена реборда (на рисунке не показана) в виде изогнутой полосы, предотвращающая попадание мути в трубопровод во время слива осветленного сусла. Удаление оставшегося мутного сусла производят насосом при открытом кране патрубка 13.

Размыв осадка производят водой, подаваемой к размывателю 11. На крышке аппарата приварены пароотводящий патрубок 5, патрубок 7 с моющей головкой для смыва осадка и мойки аппарата и осветитель б для освещения внутреннего пространства аппарата. Удаление осадка производят через кран патрубка 12. Люк 10 предназначен для технологического обслуживания аппарата. На корпусе расположен указатель уровня сусла 9, состоящий из стеклянной трубки, к которой прикреплена рейка для нанесения делений при тарировке, и трехходового крана.

Достоинством гидроциклонного аппарата является стерильность процесса, так как в него поступает горячее сусло и выходит из него с температурой около 90°С.

Осветление сусла в сепараторе. Пивное сусло хорошо осветляется в центробежном сепараторе. При использовании сепаратора ускоряется процесс осветления сусла, сокращаются потери экстракта с отстоем, исключается использование отстойных аппаратов и пресса для извлечения сусла из отстоя, обеспечивается стерильность процесса и хорошая прозрачность.

Для осветления пивного сусла применяют сепараторы, барабаны которых снабжены коническими тарелками. Эти сепараторы сконструированы саморазгружающимися с автоматической пульсирующей центробежной выгрузкой осадка без остановки барабана.

На рис. 60 показан полузакрытый тарельчатый сепаратор с пульсирующей выгрузкой осадка (а - барабан сепаратора в разрезе, б - общий вид сепаратора).

Суспензия сусла, обрабатываемая в барабане 2, под действием центробежной силы освобождается от взвешенных частиц осадка и выводится из сепаратора по трубе 1. Осадок постепенно накапливается в грязевом пространстве 3 и под действием центробежной силы оказывает давление на крышку барабана и подвижное дно 7, которое плотно поджато к уплотняющему кольцу 4 вспомогательной жидкостью (водой). Вода подается из бачка 11 по трубе 12 в полость 5 и поддерживает подвижное дно 7 в верхнем положении.

Когда грязевое пространство 3 заполняется осадком, приток суспензии в барабан автоматически прекращается. В барабан подается промывная вода, которая вытесняет из него остаток суспензии. Затем подача вспомогательной жидкости в полость 5 автоматически прекращается, в то же время эта жидкость по трубке 9 нагнетается в канал 8 и открывает клапан 6. Вспомогательная жидкость из полости 5 центробежной силой выбрасывается через клапан 6 наружу, а подвижное дно 7 опускается вниз. Через образовавшуюся кольцевую щель между прокладкой 4 и подвижным дном 7 осадок из грязевого пространства 3 вместе с промывной водой мгновенно выбрасывается из барабана.

После очистки барабана вспомогательная жидкость снова подается по трубе 10 в полость 5, но не проходит в канал 8, вследствие этого клапан 6 поднимается и перекрывает выход из полости 5. Подвижное дно 7 давлением вспомогательной жидкости поднимается и перекрывает кольцевую щель. Затем открывается доступ осветляемой суспензии в барабан. Все эти операции в строгой последовательности во времени выполняются программным устройством.

Изготовляют такие сепараторы в полузакрытом исполнении. Осветляемая суспензия подается в сепаратор под атмосферным давлением, а осветленная жидкость выводится при избыточном давлении.

Охлаждение сусла в трубчатом теплообменнике. Трубчатый теплообменник (открытый оросительный холодильник или закрытый теплообменник типа «труба в трубе») используют на второй стадии охлаждения сусла, которое поступает из холодильной тарелки или отстойного аппарата. Охлаждение сусла от 60 до 5-7°С проводят быстро во избежание развития посторонних микроорганизмов.

Открытый оросительный холодильник (рис. 61) представляет собой плоский вертикальный змеевик из горизонтальных медных труб, спаянных между собой в местах соприкосновения и образующих сплошную поверхность охлаждения. Холодильник разделен на две секции: верхнюю и нижнюю. В верхней секции по трубам циркулирует водопроводная вода, в нижней - охлажденная вода или рассол. Охлаждающие жидкости подают в секции снизу вверх.

 

Горячее сусло поступает сверху в распределительный желоб 3 оросительного холодильника, установленный над трубами 2, стекает тонким слоем по поверхности труб с обеих сторон, охлаждается и через нижний сборный желоб 1 направляется в цех брожения. На поверхности верхней секции сусло охлаждается от 60 до 20°С, нижней секции - от 20 до 5-7°С.

Все поверхности, соприкасающиеся с суслом и выполненные из меди, покрыты полудой из пищевого олова.

Эффект охлаждения сусла в оросительном холодильнике повышается за счет испарения воды при стекании сусла по открытой поверхности оросительного холодильника.

Закрытый теплообменник типа «труба в трубе» (рис. 62) состоит из горизонтальных труб, соединенных между собой последовательно. Внутренние трубы 1 выполнены из меди, наружные 2 стальные. По внутренним трубам течет сусло, а в межтрубном пространстве в противоположном направлении - охлаждающая жидкость. Закрытый холодильник, как и оросительный, имеет две секции: верхняя охлаждается водопроводной водой, нижняя - охлажденной водой или рассолом.

Охлаждение сусла в пластинчатом теплообменнике. Охлаждение сусла до начальной температуры брожения на большинстве заводов проводят в пластинчатых теплообменниках.

Пластинчатый теплообменник (рис. 63) состоит из тонких штампованных стальных пластин 7-11, устанавливаемых параллельно на штангах 3, концы которых закреплены в стойках 1 и 5. Пластины посредством плиты 4 и винта б сжимаются так, что между каждой парой образуется узкое пространство, по которому протекает жидкость. Уплотнение пластин создается посредством резиновых прокладок, приклеиваемых по периферии пластин, и вокруг отверстий для прохода жидкости (на рис. 63 пластины показаны в разомкнутом состоянии).

Прокладки на пластинах располагают так, чтобы после сборки теплообменника в нем образовались две системы каналов: по одной протекает сусло, по другой - холодный рассол (раствор поваренной соли) или холодная вода, называемые в дальнейшем теплоносителем.

Сусло, поступающее в верхний угловой канал 2, течет по каналам между пластинами 8 и 9,10 и 11, а теплоноситель движется навстречу по каналам между пластинами 7 и 8, 9 и 10, т. е. потоки сусла и теплоносителя чередуются, и теплообмен у каждого потока происходит через обе ограничивающие поверхности (через обе пластины).

Если за один проход между пластинами сусло не успеет охладиться до нужной температуры, то его пропускают через последующую группу пластин этого же теплообменника. Такая группа пластин, по которой сусло (или теплоноситель) течет параллельными потоками, называется пакетом. Один или несколько пакетов образуют секцию.

На рис. 64 показана упрощенная схема двухсекционного холодильника для пивного сусла.

В водяной секции горячее сусло охлаждается водой. Для этого оно проходит тремя параллельными потоками последовательно через два пакета пластин. Холодная вода в водяной секции движется противотоком по отношению к суслу и проходит также последовательно через оба пакета пластин. В рассольной секции схема движения жидкостей несколько иная: сусло двумя параллельными потоками проходит по двум пакетам пластин, а солевой раствор движется через всю секцию четырьмя параллельными потоками.

Следовательно, в рассольной секции для сусла пластины образуют два пакета, а для рассола - только один пакет.

Большая площадь поверхности теплопередачи, рифленая поверхность пластин, способствующая перемешиванию жидкости, повышают эффективность охлаждения сусла.

Пластинчатые теплообменники удобны в обслуживании, их можно быстро разобрать, очистить поверхность всех элементов и также быстро подготовить к работе.

Сравнительная оценка способов осветления и охлаждения сусла. Для охлаждения сусла в холодильной тарелке требуются большие площади, имеется опасность инфекции, однако в ней более полно по сравнению с отстойным аппаратом выделяются высокомолекулярные белки, горькие и полифенольные вещества, что облегчает дальнейший производственный процесс и улучшает вкус пива. Применение отстойного аппарата дает возможность экономить производственные площади, уменьшает опасность инфицирования сусла. Но в нем хуже осаждаются взвеси, чем в холодильной тарелке.

Использование гидроциклонных аппаратов облегчает и ускоряет процесс осветления сусла и дает возможность применять молотый брикетированный хмель.

Противоточные трубчатые теплообменники имеют низкий коэффициент теплопередачи, а при охлаждении на оросительных холодильниках сусло соприкасается с воздухом, и поэтому велика возможность его инфицирования.

Пластинчатые теплообменники являются наиболее совершенным аппаратом для охлаждения пивного сусла, они имеют большую площадь поверхности теплопередачи и малые размеры. Конструкция теплообменника дает возможность изменять схему движения потоков продукта и теплоносителя и в одном теплообменнике иметь секции различного назначения: для нагревания, охлаждения, регенерации теплоты. Пластинчатые теплообменники легко разбираются, что дает возможность проводить тщательную очистку всех элементов. Недостатком является довольно быстрый износ ушготнительных прокладок между пластинами.

Разработан способ осветления холодного пивного сусла флотацией. При флотации более полно удаляются частицы твердой фазы сусла, и одновременно оно насыщается кислородом. Осуществляется флотация следующим образом.

Охлажденное в теплообменнике сусло смешивают в потоке с тонкодиспергированным обеспложенным воздухом в аэрационном устройстве, например, Ш4-ВКП или трубе Бентури. Рабочий элемент Ш4-ВКП ^- это мелкопористая свеча, куда подается воздух под давлением 0,1-0,25 МПа. Расход воздуха, измеряемый ротаметром составляет 0,35-2,1 м³/м³ сусла в час.

Сразу после смешивания сусла с воздухом (аэрирование) в суслопровод вводят семенные дрожжи. Смесь направляют в емкость для флотации.

В процессе флотации взвеси охлажденного сусла вместе с частью мертвых клеток адсорбируются на поверхности воздушных пузырьков и вместе с ними выносятся на поверхность сусла.

По окончании подачи аэрированного сусла во флотационную емкость его выдерживают при температуре 6-9°С в течение 6-10 ч для завершения флотации и проведения одновременного процесса предварительного брожения. Осветленное сусло передают на брожение. Пена, включающая частицы взвесей охлажденного сусла и мертвые дрожжевые клетки, оседает на стенках флотационной емкости. После удаления сусла ее смывают водой.

 

Показатели качества сусла

Для приготовления пива различных наименований качество приготовленного для брожения начального сусла должно отвечать определенным требованиям.

Для светлых сортов пива с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 11-13% кислотность составляет 1,5-2,8 к.ед, цвет 0,8-2 ц.ед. Для темных и высокоплотных сортов кислотность несколько выше - до 4,5 к.ед.

Состав экстракта сусла (в % к массе сухих веществ) следующий: сырая мальтоза 60-70, декстрины 15-26, сахароза 2-8, пентозаны 3-4, азотистые вещества 3-6, минеральные вещества 1,5-2. В состав углеводов сусла входят также гумми-вещества (0,2%), инозит и др.

В сусле находятся также хмелевые горькие кислоты, хмелевые смолы, полифенольные вещества, незначительное количество хмелевого эфирного масла. В 1 дм³ сусла содержится приблизительно 150-200 мг полифенольных и 100-180 мг горьких веществ.

Из азотсодержащих соединений в сусле содержатся альбумозы и пептоны, аминокислоты, амиды, а также аммиачный азот. Значительная часть азота сусла (45-50%) представляет собой усвояемый дрожжами азот. Для качества пива большое значение имеет белковый состав сусла. В экстракте сусла содержится 1,4-1,8% коагулируемого белка и 0,23-0,35% аминного азота.

Для получения стойкого светлого пива сусло концентрацией 11-13% должно в 100 см³ содержать 75-100 мг общего азота с его распределением по Лундину (%): фракции А (высокомолекулярные азотистые вещества) и В (среднемолекулярные азотистые вещества - пептоны и пептиды) - по 12-15, фракция С (аминокислоты и полипептиды) 60-75.

Из органических кислот в сусле имеются: муравьиная, уксусная, пропионовая, янтарная, молочная, щавелевая и другие кислоты.

Для получения пива нормальной кислотности начальное сусло должно иметь титруемую кислотность 2,3-4,6 см³1 н раствора NaOH на 100 см³ сусла (к. ед.) и pH 5,4-5,8.

При общем содержании золы в сусле около 1,5% примерный состав ее:

SiO₂ - 0,148, СаО - 0,044, MgO - 0,12, Р₂О₅ - 0,684.

В сусле в небольших количествах содержатся витамины В₁ (тиамин), В₂ (рибофлавин) и В₆ (пиридоксин).

Относительная вязкость 11%-ного сусла при 20°С: 1,6-1,65, 12%-ного- 1,7-1,75, 13%-ного - 1,8-1,9 мПа-с.

Концентраты пивного сусла

Концентраты пивного сусла представляют собой густые сиропы, содержащие 75-80% сухих веществ. Их приготовляют сгущением неохмеленного пивного сусла выпариванием под разрежением. Концентраты можно долго хранить и перевозить на дальние расстояния, что удобно для организации производства пива в отдаленных районах страны.

В зависимости от качества исходного сырья и целей использования различают следующие виды концентрата сусла.

Мальц-экстракт - концентрат сусла, полученного из свежепроросшего или сухого солода, обладающий высокой ферментативной активностью, используется как заменитель солода.

Концентрат пивного сусла и ячменный сироп, получаемые с применением значительных количеств несоложеного ячменя и различных ферментных препаратов, используются вместо несоложеного зерна при получении сусла, либо после разведения водой для сбраживания восстановленного сусла.

Концентрат пивного сусла, получаемый из традиционного сырья, после разведения водой и сбраживания полученного сусла используется непосредственно для приготовления пива.

Сухой концентрат охмеленного пивного сусла получают в виде светлого порошка влажностью не более 6%. Для этого охмеленное сусло с содержанием 14-17% сухих веществ распыляют и высушивают в вакуумной пневматической сушилке. Сухой концентрат фасуют в двухслойные пакеты и упаковывают.

Для приготовления пива такой концентрат растворяют в воде и полученное сусло сбраживают дрожжами.