23.2. Классификация оборудования

В производстве пива, спирта, вина, кваса, дрожжевого теста процесс спиртового брожения ведут таким образом, чтобы накопить необходимое количество биомассы дрожжей, которое будет достаточно для получения целевого продукта.

При сбраживании сахаров сусло в производстве пива превращается в готовый продукт. Образовавшиеся в процессе брожения вещества обуславливают аромат и вкус пива. К аппаратам брожения и дображивания пива относятся танки для главного брожения и дображивания, а также цилиндроконические бродильные аппараты (ЦКТ).

Классификация оборудования для получения пива, спирта, вина, кваса и теста приведена на рис. 23.1.

При производстве спирта в процессе брожения образуется полупродукт (зрелая бражка), из которого на брагоперегонных или брагоректификационных аппаратах получают соответственно спирт-сырец или спирт-ректификат. К оборудованию для сбраживания сусла в спиртовом производстве относятся головные бродильные аппараты и аппараты дображивания.

При брожении сахаров сусло в производстве вина превращается также в готовый продукт, формирующий вино как материал с типичными для него свойствами. Аппараты для сбраживания сусла при производстве вина разделяют на установки для непрерывного брожения и на аппараты для брожения сусла на мезге.

При сбраживании квасного сусла под действием смешанной культуры дрожжей и молочно-кислых бактерий образуется ароматный и освежающий квас. Оборудование для брожения квасного сусла разделяют на бродильно-купажные и бродильные аппараты.

При брожении опары и теста образуется полупродукт с определенной структурой для вязкопластичной среды, в котором накоплены все соответствующие ароматические и вкусовые вещества. Агрегаты для брожения опары и теста классифицированы на оборудование для порционного брожения и на аппараты поточного приготовления теста.

Для производства кисломолочных пищевых сред применяют различное технологическое оборудование, которое определяется видом вырабатываемого продукта (рис. 23.1).

Для сквашивания молока и обработки сгустка используют сыродельные ванны и отделители сыворотки. Для приготовления закваски на молочных предприятиях применяют специальные заквасочники.

Для производства кисломолочных продуктов используют специальны аппараты.

Рис. 23.1. Классификация оборудования для брожения пищевых сред

Тот, кто склонен противоречить и много болтать, не способен изучить то, что нужно. Демокрит (460–370 до н.э.), древнегреческий философ

23.3. Аппараты для брожения и дображивания пива

Спиртовое брожение сахаров сусла под действием ферментов дрожжей является основным процессом в производстве пива. Главное брожение и дображивание пива осуществляется, в основном, по двум схемам: по периодической – с разделением процесса брожения на главное брожение и дображивание, а также по ускоренной – с совмещением главного брожения и дображивания в одном цилиндроконическом бродильном аппарате.

Способ непрерывного брожения пива заключается в перемещении с определенной скоростью сбраживаемого сусла и молодого пива в системе соединенных между собой бродильных аппаратов и аппаратов для дображивания при непрерывном притоке свежего сусла в головной бродильный аппарат и оттоке пива из последнего аппарата.

Необходимая концентрация дрожжей в сбраживаемом сусле обеспечивается непрерывным поступлением дрожжей в головной аппарат системы из дрожжегенератора и дополнительным размножением дрожжей в аппаратах брожения. Перед перекачиванием молодого пива на дображивание часть дрожжей отделяется сепаратором.

Бродильный аппарат типа ЧБ-15 используется для главного брожения сусла и представляет собой герметичный прямоугольный сосуд, внутри которого имеется охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении. Горизонтальный цилиндрический танк Б-604 предназначен для главного брожения пивного сусла под давлением. Танки типов ТЛА и ТАВ применяются для дображивания молодого пива или для хранения готового пива и представляют собой горизонтальный и вертикальный цилиндрические аппараты со сферическими днищами.

Все бродильные аппараты снабжены соответствующей арматурой для отвода диоксида углерода, выделяющегося во время спиртового брожения. Бродильные аппараты, используемые для главного брожения, изготавливают открытого или закрытого типа, последние обеспечивают стерильность сусла при брожении и возможность отбора диоксида углерода для дальнейшего его использования.

Бродильный аппарат ЧБ-15 (рис. 23.2) представляет собой герметичный прямоугольный сосуд с закругленными углами стенок и днища. Внутри аппарата имеется змеевик 1, по которому через отверстие 7 поступает рассол или охлажденная вода. Аппарат имеет патрубок 2 для сусла, пробку 3 для слива остатков сусла, люки 4 и 5 для мойки аппарата и патрубок 6 для отвода диоксида углерода.

Аппараты подлежат обязательному защитному покрытию эпоксидными смолами, спиртово-канифольным лаком, применяются также полиэтиленовые покрытия и др.

Прямоугольные бродильные аппараты наиболее полно используют помещение бродильного цеха, заполняя всю его площадь, за исключением необходимых для обслуживания проходов. Полезная высота чанов обычно принимается до 2 м.

Танки Б-604 (рис. 23.3) предназначены для главного брожения пивного сусла под давлением. Аппарат главного брожения представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд 1 со сферическими днищами, установленный на четырех опорах. Сверху аппарат имеет воздухоотводящую трубку 5, служащую для контроля за процессом брожения сусла. На одном из днищ имеются люк 3 с крышкой и кран 2 для подачи и спуска сусла. Внутри танка располагается охлаждающий змеевик 6. Для отвода углекислого газа имеется специальная арматура 4.

Рис. 23.2. Аппарат бродильный ЧБ-15

Танки для брожения типа Б-604 изготовливаются вместимостью 8…50 м³.

Танки лагерные типа ТЛА (рис. 23.4) предназначены для дображивания, осветления молодого пива и хранения фильтрованного пива под давлением до 0,07 МПа. При соответствующем покрытии внутренних поверхностей танков допускается хранение в них сахарного сиропа, вина и молока.

Аппарат для дображивания представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд, состоящий из корпуса 1 со сферическими днищами 5 и 6. На днище находится люк 3 для санитарной обработки танка. Для наполнения танка и выхода продукта внизу расположен бронзовый кран 2. Для отвода диоксида углерода служат специальная арматура 4 и шпунт-аппарат 7. Танк устанавливается на трех опорах.

Рис. 23.3. Аппарат главного брожения пива Б-604

Рис. 23.4. Танк для дображивания молодого пива алюминиевый типа ТЛА

Танки для дображивания типа ТЛА изготавливаются вместимостью 8...80 м³. Кроме горизонтальных танков для дображивания молодого пива изготавливают вертикальные типа ТЛА вместимостью 4...9 м³.

Для изготовления бродильных аппаратов и танков для дображивания кроме углеродистой листовой стали применяют листовой пищевой алюминий марок А0, А5 с содержанием примесей не более 0,5 % и кислотостойкую сталь марки Х18Н10Т.

Рис. 23.5. Танк лагерный алюминиевый вертикальный М7-ТАВ

Поверхность аппарата из алюминия и нержавеющей стали не покрывается защитными покрытиями и легко очищается от загрязнений. Алюминиевые аппараты при установке на чугунные опоры должны иметь надежную изоляцию во избежание разрушения алюминия из-за возникающего электрохимического процесса между металлами.

Танк М7-ТАВ (рис. 23.5) представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд с днищами сферической формы, состоящий из корпуса 1, крана спускного 2, крестовины 4 для крепления шпунт-аппаратов, трубки воздуховода 5, крышки люка 3 и пробного крана 6. Танк при монтаже устанавливается на четырех опорах.

Танки для дображивания М7-ТАВ изготавливаются вместимостью 8…25 м³.

Аппараты, применяемые для брожения и дображивания пива, изготавливают из металла и железобетона, а также из листового пищевого алюминия (табл. 23.1).

Ускоренный периодический способ брожения состоит в том, что в цилиндроконическом бродильном аппарате с быстрым управлением седиментацией и выводом из него осевших дрожжей совмещены главное брожение с дображиванием, ускоренное дозревание (выдержка) и осветление пива, а также систематически осуществляется перемешивание сбраживаемого сусла сначала током стерильного воздуха, а потом диоксидом углерода и увеличивается количество посевных дрожжей до 2 л на 1 гл сусла.

На рис. 23.6 представлен бродильный аппарат для ускоренного производства пива. Бродильные аппараты 5 предварительно дезинфицируют и стерилизуют, а затем в них из аппарата 1 подают охлажденное сусло. Температура брожения светлых сортов пива 3...4 °С, темных 4...5 °С. Максимальная температура брожения 9 °С. Дрожжи низового брожения готовят в аппарате чистой культуры 3, который также охлаждается жидкостью, циркулирующей в наружном кожухе. Зрелые дрожжи вытесняются из аппарата стерильным сжатым воздухом или диоксидом углерода в аппарат для разведения дрожжей 4.

С наступлением брожения воздух полностью вытесняется диоксидом углерода из бродильного аппарата и пространства над суслом в атмосферу. Диоксид углерода без примеси воздуха направляют в газомер, а оттуда насосом перекачивают через очистительную батарею, компримируют до 0,2...0,3 МПа и собирают в сборнике.

После окончания брожения, когда дрожжи начинают оседать, конус аппарата охлаждают, что ускоряет оседание дрожжей. Пиво в аппарате находится под давлением 0,15 МПа, а дрожжи при этом уплотняются и при открытии вентиля вытесняются в виде густой массы через резиновый рукав в дрожжевую ванну.

Рис. 23.6. Принципиальная схема бродильного аппарата для ускоренного производства пива

Таблица 23.1. Техническая характеристика бродильных аппаратов и танков

Показатель	ЧБ-15	Б-604	ТЛА	М7-ТАВ
Полная вместимость, м3	15,0	10,0	10,0	12,5
Внутренний диаметр, м	–	2000	1800	1800
Диаметр охлаждающего змеевика, м	0,05	0,07	–	–
Диаметр суслопровода, м	0,05	0,07	–	–
Температура брожения, С	6	4	1	1
Давление в аппарате, МПа	–	0,07	0,07	0,07
Масса, кг	2150	540	490	580

Рис. 23.7. Цилиндроконический

бродильный аппарат (ЦКБА)

Брожение 12 %-ного сусла продолжается 8...10 сут, затем следует период созревания пива (3 сут) с биохимическим превращением ряда веществ, присущих букету молодого пива.

Затем пиво медленно охлаждают до 1...0 °С и обрабатывают (карбонизируют) диоксидом углерода под давлением 0,14 МПа в течение 12 ч и следующие 12 ч выдерживают в покое для оседания дрожжей и осветления. Под давлением 0,17 МПа пиво из бродильного аппарата через фильтр 2 (см. рис. 23.6) подается на розлив.

Способ ускоренного получения Жигулевского пива в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА) (рис. 23.7) состоит в том, что в одном сосуде большого объема (от 100 до 150 м³ и более) с суточным заполнением его суслом (8...9 °С) и дрожжами совмещают две ступени: главное брожение и дображивание, которые продолжаются в течение 14 сут вместо положенных 28 для Жигулевского пива. Аппарат снабжен термометром сопротивления 1, моющей головкой 2, краном для отбора 3, местом для крепления шпунт-аппарата 4. С первым осветленным суслом (первая варка) в коническую часть задают все семенные сильносбраживающие дрожжи (300 г влажностью 75 % на 1 гл сусла). Вначале 50 % сусла аэрируют стерильным воздухом, что обеспечивает содержание 4...6 мг О₂/мл сусла.

В течение первых двух суток поддерживается температура брожения от 9 до 14 °С, которая сохраняется до достижения видимой конечной степени сбраживания. Температура регулируется тремя поясами выносных наружных рубашек с хладагентом, охлажденным не более чем до минус 6 °С. При достижении содержания сухих веществ в пиве 3,5...3,2 % аппарат шпунтуется при избыточном давлении. Окончание брожения определяют по прекращению дальнейшего снижения массовой доли сухих веществ в пиве в течение 24 ч. Обычно на пятые сутки достигается конечная массовая доля 2,2...2,5 % сухих веществ. После этого хладагент подают в рубашку конуса для охлаждения и образования плотного осадка дрожжей при температуре 0,5...1,5 °С. В цилиндрической части температура 13...14 °С сохраняется в течение 6...7 сут. Эта же температура способствует восстановлению диацетила в ацетоин. Затем температура пива (0,5...1,5 °С) выравнивается рубашками во всей цилиндрической части ЦКБА. При этом шпунтовое давление в ЦКБА поддерживается равным 0,05...0,07 МПа в течение 6...7 сут. Через 10 сут с начала брожения проводят первый съем дрожжей из штуцера конической части ЦКБА. Перед осветлением пива проводят второй съем дрожжей, а затем пиво подают на сепарирование и фильтрование. Дополнительное охлаждение готового пива (2 °С) в сборниках проводят при 0,03...0,05 МПа, выдерживают в течение 12...24 ч и разливают. С использованием ЦКБА выпускают пиво с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 11, 12 и 13 %.

Таким образом, в процессе брожения в ЦКБА благодаря большому единичному объему аппарата, совмещению главного брожения и дображивания в одном сосуде, использованию повышенных температуры брожения и объема посевных дрожжей продолжительность процесса сокращается примерно в два раза.

Наиболее экономично проводить брожение и дображивание пива ускоренным способом в одном цилиндроконическом бродильном аппарате, изготовленном из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью.

Этот аппарат имеет четыре охлаждающие рубашки в цилиндрической части и одну в конической (табл. 23.2).

Таблица 23.2. Техническая характеристика цилиндроконических бродильных аппаратов

Показатель	Ш4-ВЦН-30	Ш4-ВЦН-50	Р3-ВЦН-95
Вместимость, м3:
полная	30	50	95
рабочая	25,5	42,5	80
Площадь поверхности охлаждения, м2	17,4	23,2	44,3
Масса, кг	5380	6490	11890

Примечание. Для всех марок давление в аппарате по 0,7 МПа, в рубашках по 0,4 Па, температура хладагента – 8 °С.

Инженерные расчеты. Продолжительность процесса брожения пива  (ч) рассчитывается по формуле

,

где К_бр – константа скорости спиртового брожения, ч^-1; S и S₀ – концентрация сахара соответственно в начале брожения и в момент времени , %.

При сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 613,8 кДж теплоты. Следовательно, при главном брожении концентрация сухих веществ сусла снижается с 12 до 5 % и из 1 м³ сусла выделяется теплоты Q₁ = 42 960 кДж/м³.

Наряду с этой теплотой из 1 м³ молодого пива при его охлаждении в период дображивания необходимо отобрать в среднем теплоту Q₂ = 10 470 кДж/м³. Таким образом, за 12...13 сут брожения и дображивания в одном цилиндроконическом аппарате от 1 м³ сбраживаемого пива через охлаждающую поверхность передается теплоты

кДж/м³.

Требуемое число бродильных аппаратов п или аппаратов для дображивания при выработке одного сорта пива рассчитывают по формуле:

,

где – годовое количество охлажденного сусла, м³; V_с – объем холодного сусла, получаемого из одной варки, м³; k_з – коэффициент, зависящий от того, на сколько заторов рассчитывается бродильный аппарат (k = 1, 2, 4); V_п = V₀ – полезная вместимость аппарата, м³; V₀ – полная вместимость аппарата, м³;  – коэффициент заполнения аппарата ( = 0,9 для аппарата брожения и _л = 0,96 для аппарата дображивания); z = _c_м/(_бр + _доп) – оборачиваемость аппарата; _с – число суток работы цеха в месяц; _м – число месяцев работы цеха в год; _бр – продолжительность брожения или срок выдержки пива, сут; _доп – дополнительное время на мытье и дезинфекцию аппаратов после каждого оборота, ч.

Производительность аппаратов для брожения и дображивания пива рассчитывают по формулам:

– для главного брожения

;

– для дображивания и выдержки

;

– для ускоренного брожения пива в ЦКБА

,

где п_гб, п_д, п_у – число рабочих суток работы аппаратов в месяц (п_гб = 29,5; п_д = 30; п_у = 29,8); V_гб, V_д, V_у – вместимость бродильных аппаратов главного брожения, аппаратов дображивания и ускоренного брожения, дал; k_гб, k_д, k_у – коэффициенты заполнения бродильных аппаратов (k_гб = 0,9; k_д = 0,98; k_у = 0,85); _гб, _д, _у – продолжительность главного брожения, дображивания и ускоренного брожения, сут; _гб, _д, _у – коэффициенты потерь молодого пива при главном брожении, дображивании и ускоренном брожении (_гб = 1,06, _д =1,04, _у = 0,98).

Чистая совесть – превосходное снотворное. Конан Дойл Артур (1859–1930), английский писатель