
- •Л. Нарцисс краткий курс пивоварения Предисловие к седьмому изданию
- •Предисловие к шестому изданию
- •Содержание
- •1. Технология солодоращения
- •1.1. Пивоваренный ячмень
- •1.1.1. Строение зерна ячменя
- •1.1.2. Химический состав зерна ячменя
- •1.1.3. Свойства ячменя и их оценка
- •1.2. Подготовка ячменя к солодоращению
- •1.2.1. Приемка ячменя
- •1.2.2. Транспортное оборудование
- •1.2.3. Очистка и сортирование ячменя
- •1.2.4. Хранение ячменя
- •1.2.5. Дополнительное подсушивание ячменя
- •1.2.6. Вредители ячменя
- •1.2.7. Изменение массы ячменя во время хранения
- •1.3. Замачивание ячменя
- •1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя
- •1.3.2. Снабжение зерна кислородом
- •1.3.3. Очистка ячменя
- •1.3.4. Потребление воды
- •1.3.5. Аппараты для замачивания
- •1.3.6. Способы замачивания
- •1.4. Проращивание
- •1.4.1. Теория проращивания
- •1.4.2. Практические аспекты проращивания
- •1.5. Различные системы солодоращения
- •1.5.1. Токовая солодовня
- •1.5.2. Пневматическая солодовня
- •1.5.3. Оборудование для проращивания в пневматических солодовнях
- •1.5.4. Готовый свежепроросший солод
- •1.6. Сушка свежепроросшего солода
- •1.6.1. Общие положения
- •1.6.2. Сушилки
- •1.6.3. Процесс сушки
- •1.6.4. Контроль и автоматизация сушильных работ - обслуживание сушилок
- •1.6.5. Экономия тепла и энергии
- •1.6.6. Вспомогательные работы при сушке
- •1.6.7. Обработка солода после сушки
- •1.6.8. Складирование и хранение сухого солода
- •1.7. Потери при солодоращении
- •1.7.1. Потери при замачивании
- •1.7.2. Потери на дыхание и проращивание
- •1.7.3. Определение потерь при солодоращении
- •1.8. Свойства солода
- •1.8.1. Внешние признаки
- •1.8.2. Механический анализ
- •1.8.3. Технохимический анализ
- •1.9. Другие типы солода
- •1.9.1. Пшеничный солод
- •1.9.2. Солод из других зерновых культур
- •1.9.3. Специальные типы солода
- •2. Технология приготовления сусла
- •2.0. Общие вопросы
- •2.1. Пивоваренное сырье
- •2.1.1. Солод
- •2.1.2. Несоложеные материалы
- •2.1.3. Вода
- •2.1.4. Хмель
- •2.2. Дробление солода
- •2.2.1. Оценка помола
- •2.2.2. Солодовые дробилки
- •2.2.3.Свойства и состав помола
- •2.3. Затирание
- •2.3.1. Теория затирания
- •2.3.2. Практика затирания
- •2.3.3. Способы затирания
- •2.3.4. Некоторые проблемы при затирании
- •2.3.5. Контроль процесса затирания
- •2.4. Получение сусла. Фильтрование
- •2.4.1. Фильтрование с помощью фильтр-чана
- •2.4.2. Фильтр-чан
- •2.4.3. Процесс фильтрования в фильтр-чане
- •2.4.4. Фильтрование с помощью традиционного фильтр-пресса
- •2.4.5. Заторный фильтр-пресс (майш-фильтр)
- •2.4.6. Процесс фильтрования в фильтр-прессе (майш-фильтре)
- •2.4.7. Фильтр-пресс нового поколения
- •2.4.8. Фильтрование на новых заторных фильтр-прессах
- •2.4.9. Стрейнмастер
- •2.4.10. Непрерывные методы фильтрования
- •2.4.11. Сборник первого сусла
- •2.5.Кипячение и охмеление сусла
- •2.5.1. Сусловарочный котел
- •2.5.2. Испарение избыточной воды
- •2.5.3. Коагуляция белка
- •2.5.4. Охмеление сусла
- •2.5.5. Содержание ароматических веществ в сусле
- •2.5.6. Потребление энергии при кипячении сусла
- •2.5.7. Спуск сусла
- •2.5.8. Горячее охмеленное сусло
- •2.5.9. Дробина
- •2.5.10. Техника безопасности и управление процессом варки
- •2.6. Выход экстракта в варочном цехе
- •2.6.1. Расчет производительности варочного цеха
- •2.6.2. Оценка выхода экстракта в варочном цехе
- •2.7. Охлаждение сусла и удаление осадка взвесей горячего сусла
- •2.7.1. Охлаждение сусла
- •2.7.2. Поглощение кислорода суслом
- •2.7.3. Удаление осадка взвесей
- •2.7.4. Прочие процессы
- •2.7.5. Оборудование холодильного отделения
- •2.7.6. Использование холодильной тарелки, оросительного или закрытого холодильников
- •2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла
- •2.8. Выход холодного сусла
- •2.8.1. Измеряемые показатели
- •2.8.2. Расчет выхода экстракта с холодным суслом
- •3. Технология брожения
- •3.1. Пивные дрожжи
- •3.1.1. Морфология дрожжей
- •3.1.2. Химический состав дрожжей
- •3.1.3. Ферменты дрожжей
- •3.1.4. Размножение дрожжей
- •3.1.5. Генетика дрожжей
- •3.1.6. Генетическая модификация дрожжей
- •3.1.7. Автолиз дрожжей
- •3.2. Метаболизм дрожжей
- •3.2.1. Метаболизм углеводов
- •3.2.2. Метаболизм азотистых веществ
- •3.2.3. Метаболизм жиров
- •3.2.4. Метаболизм минеральных веществ
- •3.2.5. Ростовые вещества (витамины)
- •3.2.6. Продукты метаболизма и их влияние на качество пива
- •3.3. Дрожжи низового брожения
- •3.3.1. Выбор др ожж ей
- •3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей
- •3.3.3. Дегенерация дрожжей
- •3.3.4 . Снятие дрожжей
- •3.3.5. Очистка дрожжей
- •3.3.6. Хранение дрожжей
- •3.3.7. Отгрузка дрожжей
- •3.3.8. Определение жизнеспособности дрожжей
- •3.4. Низовое брожение
- •3.4.1. Бродильные отделения
- •3.4.2. Бродильные чаны
- •3.4.3. Внесение дрожжей в сусло при главном брожении
- •3.4.4. Проведение брожения
- •3.4.5. Ход главного брожения
- •3.4.6. Степень сбраживания
- •3.4.7. Перекачка пива из бродильного отделения
- •3.4.8. Изменения в сусле в ходе брожения
- •3.4.9. Образование co2
- •3.5. Дображивание и созревание пива
- •3.5.1. Отделение дображивания (лагерное)
- •3.5.2. Емкости для дображивания (лагерные танки)
- •3.5.3. Дображивание
- •3.6. Современные способы брожения и дображивания
- •3.6.1. Традиционный принцип работы бродильных танков и крупных емкостей
- •3.6.2. Применение буферных танков и центрифуг
- •3.6.3. Методы ускоренного брожения и созревания пива
- •3.6.4. Непрерывные способы брожения
- •4. Фильтрование пива
- •4.1. Теоретические основы фильтрования
- •4.2. Способы фильтрования
- •4.2.1. Масс-фильтр
- •4.2.2. Кизельгур
- •4.2.3. Пластинчатый фильтр-пресс
- •4.2.4. Мембранное фильтрование
- •4.2.5. Центрифуги
- •4.3. Комбинированные способы осветления
- •4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования
- •4.5. Вспомогательное оборудование и контрольно-измерительная аппаратура
- •4.5.1. Вспомогательное оборудование
- •4.5.2. Контрольно-измерительная аппаратура
- •4.6. Начало и окончание фильтрования
- •4.7. Дрожжевой осадок
- •4.8. Сжатый воздух
- •5. Розлив пива
- •5.1.Хранение фильтрованного пива
- •5.2. Розлив в бочки и кеги
- •5.2.1. Бочки и кеги
- •5.2.2. Мойка бочек
- •5.2.3. Розлив в бочки
- •5.2.4. Инновации в традиционном розливе пива в бочки
- •5.2.5. Розлив в кеги
- •5.2.6. Цех розлива в кеги
- •5.3. Розлив в бутылки и банки
- •5.3.1. Тара
- •5.3.2. Мойка бутылок
- •5.3.3. Розлив в бутылки
- •5.3.4. Мойка и дезинфекция установок розлива
- •5.3.5. Укупорка бутылок
- •5.3.6. Поглощение кислорода в процессе розлива
- •5.4. Стерильный розлив и пастеризация пива
- •5.4.1. Стерильный розлив
- •5.4.2. Пастеризация пива
- •5.5. Цех розлива в бутылки
- •6. Потери сусла и пива
- •6.1. Деление общих потерь
- •6.1.1. Потери сусла
- •6.1.2. Потери пива
- •6.2. Оценка потерь
- •6.2.1. Расчет потерь по жидкой фазе
- •6.2.2. Перерасчет потерь
- •6.2.3. Расчет выработанного сусла и пива на 100 кг солода
- •6.2.4. Расчет потерь по экстракту горячего охмеленного сусла и засыпи солода
- •6.2.5. Использование остаточного и некондиционного пива
- •7. Готовое пиво
- •7.1. Состав пива
- •7.1.1. Экстрактивные вещества пива
- •7.1.2. Летучие соединения
- •7.2. Классификация пива
- •7.3. Свойства пива
- •7.3.1. Общие свойства
- •7.3.2. Окислительно-восстановительный потенциал
- •7.3.3. Цветность пива
- •7.4. Вкус пива
- •7.4.1. Вкусовые отличия
- •7.4.2. Факторы, влияющие на вкус пива
- •7.4.3. Дефекты вкуса пива
- •7.5. Пена пива
- •7.5.1. Теория пенообразования
- •7.5.2. Технологические факторы
- •7.6. Физико-химическая стойкость и ее стабилизация
- •7.6.1. Состав коллоидных помутнений
- •7.6.2. Образование коллоидного помутнения
- •7.6.3. Технологические способы повышения коллоидной стойкости пива
- •7.6.4. Стабилизация пива
- •7.6.5. Стабильность вкуса пива
- •7.6.6. Химическое помутнение
- •7.6.7. Фонтанирование пива (гашинг-эффект)
- •7.7. Фильтруемость пива
- •7.7.1. Причины плохой фильтруемости пива
- •7.7.2. Профилактические меры
- •7.8. Биологическая стойкость пива
- •7.8.1. Причины контаминации
- •7.8.2. Обеспечение биологической стойкости пива
- •7.9. Физиологическое действие пива
- •7.9.1. Пищевая ценность пива
- •7.9.2. Диетические свойства пива
- •7.10. Специальные типы пива
- •7.10.1. Слабоалкогольное пиво
- •7.10.2. Диетическое пиво
- •7.10.3. Безалкогольное пиво
- •7.10.4. Способы ограничения содержания спирта
- •7.10.5. Физические методы удаления спирта
- •7.10.6. Сочетание различных способов приготовления безалкогольного пива
- •7.10.7. Легкое пиво
- •8. Верховое брожение
- •8.1. Общие вопросы
- •8.2. Верховые дрожжи
- •8.2.1. Морфологические признаки
- •8.2.2. Физиологические различия
- •8.2.3. Технологические особенности брожения
- •8.2.4. Обработка дрожжей
- •8.3. Ведение верхового брожения
- •8.3.1. Бродильный цех и бродильные емкости
- •8.3.2. Свойства сусла
- •8.3.3. Внесение дрожжей
- •8.3.4. Ход главного брожения
- •8.3.5. Изменения в сусле при верховом брожении
- •8.3.6. Дображивание
- •8.3.7. Фильтрование и розлив
- •8.4. Различные типы пива верхового брожения
- •8.4.1. Пиво типа Alt (регион Дюссельдорфа, Нижнего Рейна)
- •8.4.2. Пиво типа Кёльш
- •8.4.3. Пшеничное бездрожжевое пиво
- •8.4.4. Пшеничное дрожжевое пиво
- •8.4.5. Пиво типа Berliner Weißbier
- •8.4.6. Сладкое солодовое пиво
- •8.4.7. Верховое «диетическое» пиво по баварской технологии
- •8.4.8. Безалкогольное пиво верхового брожения
- •8.4.9. «Лёгкое» пиво верхового брожения
- •9. Высокоплотное пивоварение
- •9.1. Получение высокоплотного сусла
- •9.1.1. Фильтрование
- •9.1.2. Затирание
- •9.1.3. Кипячение сусла
- •9.1.4. Применение вирпула
- •9.1.5. Разбавление плотного сусла при его охлаждении
- •9.2. Брожение высокоплотного сусла
- •9.3. Разбавление пива
- •9.4. Свойства пива
- •10. Дополнения по данным новейших исследований
- •10.1. К главе 1: Технология производства солода
- •10.1.1. К разделу 1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя
- •10.1.2. К разделу 1.4.1. Теория проращивания
- •10.1.3. К разделу 1.6. Сушка свежепроросшего солода
- •10.1.4. К разделу 1.6.3. Влияние способов подсушивания и сушки на стабильность вкуса (см. Также раздел 7.6.5.5)
- •10.1.5. К разделу 1.6.8. Складирование и хранение сухого солода
- •10.1.6. К разделу 1.8.2. Механический анализ
- •10.1.7. К разделу 1.8.3. Технохимический анализ
- •10.1.8. К разделу 1.9.1. Пшеничный солод
- •10.1.9. К разделу 1.9.2. Солод из других зерновых культур
- •10.1.10. К разделу 1.9.3. Специальные типы солода
- •10.2. К главе 2. Технология приготовления сусла
- •10.2.1. К разделу 2.1.3. Вода
- •10.2.2. К разделу 2.1.4. Хмель
- •10.2.3. К разделу 2.2.2. Солодовые дробилки
- •10.2.4. К разделу 2.3.1. Теория затирания
- •10.2.5. К разделу 2.3.3. Способы затирания
- •10.2.6. К разделам 2.4.2. Фильтр-чан и 2.4.3. Процесс фильтрования в фильтр-чане
- •10.2.7. К разделу 2.4.7.Фильтр-пресс нового поколения
- •10.3. К разделу 2.5. Кипячение и охмеление сусла
- •10.3.1. К разделам 2.5.6 и 2.7.7. Предварительное охлаждение сусла между котлом и вирпулом до 85-90 °c
- •10.3.2. К разделам 2.5.1, 2.5.5-2.5.6, 2.7.4, 2.7.7. Тонкоплёночный выпарной аппарат с дополнительным выпариванием после вирпула
- •10.3.3. К разделу 2.5.6. Потребление энергии при кипячении сусла
- •10.3.4. К разделу 2.7.4. Прочие процессы (изменения свойств сусла между окончанием кипячения сусла и окончанием охлаждения)
- •10.3.5. К разделу 2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла
- •10.3.6. К разделу 2.8.2. Расчёт выхода экстракта с холодным суслом
- •10.4. К главе 3: Технология брожения
- •10.4.1. К разделу 3.4.3. Внесение дрожжей в сусло при главном брожении
- •10.4.2. К разделу 3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей
- •10.4.3. К разделу 3.3.6. Хранение дрожжей
- •10.4.4. К разделу 3.3.8. Определение жизнеспособности дрожжей
- •10.5. К главе 4: Фильтрование пива
- •10.5.1. К разделу 4.2.2. Кизельгур
- •10.5.2. К разделу 4.3. Комбинированные способы осветления
- •10.5.3. К разделу 4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования
- •10.6. К главе 5: Розлив пива
- •10.6.1. К разделу 5.2. Розлив в бочки и кеги
- •10.6.2. К разделу 5.3. Розлив в бутылки и банки
- •10.6.3. К разделу 5.3.3. Розлив в бутылки
- •10.7. К главе 7: Готовое пиво
- •10.7.1. К разделу 7.5.2. Технологические факторы пенообразования
- •10.7.2. К разделу 7.6.4. Стабилизация пива
- •10.7.3. К разделу 7.6.7. Фонтанирование пива (гашинг-эффект)
- •10.7.4. К разделу 7.7. Фильтруемость пива
- •10.7.5. К разделу 7.8. Биологическая стойкость пива
- •10.7.6. К разделу 7.9. Физиологическое действие пива
4.2.2. Кизельгур
Принцип фильтрования с помощью кизельгура основан на том, что в поток пива вводят вспомогательное фильтрующее средство - в данном случае кизельгур, который в дальнейшем намывается на ткань, закрепленную на каркасе.
4.2.2.1. Кизельгур (диатомовая или инфузорная земля) состоит из маленьких частиц (размеры 40-160 мкм в длину и 2-5 мкм в ширину) одноклеточных инфузорных водорослей-диатомитов, залежи которых обнаружены в США, Канаде, Италии, Франции и Германии. Сырой кизельгур очищают от органических примесей и песка прокаливанием при температуре 700-900 °С. Также должны удаляться карбонаты и оксиды железа (прокаленный или кальцинированный кизельгур, как правило, используют для тонкого фильтрования).
При введении флюса (NaCl, CaCO3) уже прокаленный при 1000 °С кизельгур подвергается повторному прокаливанию. При этом точка плавления диоксида кремния диатомитов снижается, и диатомы спекаются в более крупные агломераты, благодаря чему после измельчения образуется белый крупный кизельгур, применяющийся для ускоренного фильтрования. В результате воздушного сепарирования происходит качественное разделение кизельгура по степени измельчения. Различная структура кизельгура обусловливает его разную фильтрующую способность. Диатомы в форме игл фильтруют медленно и тонко, в форме ножа или гребня - со средней скоростью, а большие четырехугольные или круглые диатомы фильтруют быстро, но с невысокой степенью фильтрации. Коэффициент адсорбции у кизельгура незначителен (0,4-0,5 по сравнению с 20 у фильтрационной массы и 1000 у запрещенного асбеста); однако у тонкого специального непрокалённого кизельгура он больше, чем у грубого. В кизельгуре содержится 85-90 % кремниевой кислоты, а также около 4 % оксида алюминия. Содержание железа не должно превышать 0,1 %, а значение pH должно находиться вблизи нейтральной точки. Проба на вкус (3 г кизельгура в 100 мл водопроводной воды) через 24 ч должна быть отрицательной. В лабораторных условиях выявляют количество непригодных для намывания компонентов кизельгура и его проницаемость. Проницаемость кизельгура указывается или в виде «водного эквивалента» WW (количество воды, которое прошло за час через определенный намывной слой при данных условиях) - у мелкого он меньше 35, у среднего - от 35 до 130, у крупного - 130-320, у очень крупного - свыше 320 - или в виде «показателя водопроницаемости» WDK (количество воды, прошедшее через испытуемый кизельгур за заданное время опыта в установленных условиях) - у мелкого он меньше 30, у среднего - 30-60, у крупного - 60-100, у очень крупного - свыше 100. По этим показателям можно сравнивать пропускную способность намывного слоя и осуществлять необходимые изменения.
Белая окраска кизельгура не свидетельствует о его чистоте, а красная окраска указывает на наличие оксида железа. Кизельгур со слабым окрашиванием вполне пригоден для использования. Различные типы кизельгура для тонкого фильтрования не прокаливают, из-за чего имеется риск возникновения в пиве «земляного» привкуса; кроме того, причиной образования различных побочных запахов может быть неправильная транспортировка кизельгура несмотря на его упаковку в бумажные мешки. При доставке кизельгура необходим его органолептический контроль.
Для фильтрования применяют также такой вспомогательный материал, как перлит. В данном случае речь идет о стекловидной горной породе вулканического происхождения, которую перед применением прокаливают и измельчают. Вследствие объемного расширения породы перлит на 25 % легче кизельгура. Скорость фильтрования через перлит зависит от его сорта.
Восстановленный кизельгур после прессования и сушки прокаливают при температуре 700-780 °С. В результате обработки изменяется структура кизельгура. Восстановленный кизельгур используют при фильтровании в смеси с новым кизельгуром (в соотношении примерно 1:1). Восстановленный щелочью кизельгур (кизельгур перемешивается в течении 1 ч при 80-90 °С с 5 %-ным раствором NaOH и поочередно промывается через вакуумный ленточный фильтр водой, кислотой и снова водой) может использоваться до 5 раз.
При фильтровании кизельгуром для упрочнения и разрыхления фильтрующей массы добавляют целлюлозу, которая наряду с кизельгуром и определенными смолами является основой для опорных слоев при фильтровании на ки-зельгуровом фильтре. Целлюлозу получают из лиственной и хвойной древесины с удалением лигнина и гемицеллюлозы.
Активированный уголь получают из скорлупы каменного ореха (плод пальмы фителефас), различных видов древесины и костей. Он характеризуется большой пористостью и огромной внутренней поверхностью пор.
Силикагель является селективно воздействующим стабилизатором (см. раздел 7.6.4.1). Силикагели подразделяют на «сухие» (ксеро-)гели с незначительной фильтрующей способностью (WW 3-30, WDK 11-25) и «влажные» (гидро-) гели (WW 150-240, WDK 80-110).
4.2.2.2. Существуют различные кизельгуровые фильтры - например, кизельгуровый рамный фильтр-пресс и намывной дисковый фильтр, которые располагают либо вертикально, либо горизонтально, а также щелевой фильтр со специальными фильтрующими элементами из навитой профильной проволоки или дисков, образующих благодаря выступам зазоры определенной ширины. Каждому фильтру необходим дозатор для равномерной подачи кизельгура.
Рамный фильтр-пресс состоит из станины с пластинами и камерами из легированного алюминия, покрытого лаком для тепловой сушки, из анодированного материала или из высококачественной стали. На рифленые пластины навешиваются фильтрующие слои (опорный картон), состоящие из целлюлозы и кизельгура (картон пропитан специальным средством, благодаря которому его можно промывать и длительное время использовать). Опорный картон имеет поры шириной 4-6 мкм, задача которых состоит лишь в задержке намываемого кизельгура. Слои картона должны заменяться на новые после 15-20 циклов фильтрования (500-1000 гл/м2 фильтрующей поверхности). Опорные слои, содержащие наряду с целлюлозой синтетические микроволокна, характеризуются более длительным (на 50 %) сроком эксплуатации. Особое значение для равномерной помывки имеет деаэрация фильтра, осуществляемая посредством деаэрирующих фонарей, расположенных над фильтрующими пластинами и рамами для нефильтрованного и фильтрованного пива. Рамный фильтр-пресс бывает различных типоразмеров (40 x 40 = 0,16 м2, 60 x 60 = 0,36 м2, 100 x 100 = 1 м2, 140 x 140 = 2 м2). Производительность на 1 м2 фильтрующей поверхности составляет 3-3,5 гл/ч, так что при определенных типоразмерах в зависимости от числа фильтрующих элементов может быть достигнута максимальная производительность фильтра в 50, 200, 500 гл/ч и более.
Намывной дисковый фильтр представляет собой вертикальный цилиндр с фильтрующими элементами из тонкой металлической ткани. Каждые два элемента соответственно разделены крупноячеистой тканью и насажены на полую трубу, которая входит в общий канал. Все фильтрующие элементы находятся в герметично закрытом резервуаре. Пиво, смешанное с кизельгуром, поступает в резервуар снизу. Дозируемый кизельгур осаждается на предварительном слое кизельгура (о нанесении предварительного слоя см. раздел 4.2.2.4), и осветленное пиво попадает через полый вал в общий канал и отводится из фильтра. Производительность такого фильтра составляет 4,5-6 гл/м2, что превышает производительность рамного фильтр-пресса. Намывной дисковый фильтр используется, как правило, для дополнительного фильтрования, так как с началом фильтрования уносится кизельгур и производительность в целом становится ниже. Очистку фильтра осуществляют посредством промывки ткани струей воды. Производительность фильтра может составлять до 500 гл/ч.
Намывной дисковый фильтр горизонтального типа. В этом случае круглые фильтрующие элементы расположены горизонтально па вертикальном пустотелом валу. Фильтрующие элементы состоят из хромоникелевой подложки, крупной решетки и мелкоячеистой стальной (V4A) ткани с размером пор 80 μм, которая задерживает дозируемый кизельгур. Зазор между фильтрующими элементами составляет 25 мм. Нефильтрованное пиво или вода для намывки поступают вместе с дозируемым кизельгуром сверху. Поток нефильтрованного нива распределяется вдоль стенок фильтра по всей фильтрующей поверхности. Равномерное распределение должно обеспечиваться высокой скоростью потока, ламинарным его течением и т. д. Отфильтрованное пиво попадает через сито и подложку из высококачественной стали в центральный пустотелый вал. Полная очистка фильтра достигается благодаря особому соединению нижних фильтрующих элементов. После окончания фильтрования кизельгур, подсушенный благодаря оборотам фильтрующего сита (300 об/мин), отбрасывается и удаляется в пастообразном виде. Данный тип фильтра характеризуется пропускной способностью 4,5-5 гл/м2 и выпускается производительностью до 500 гл/ч. Производительность определяется фильтрующим давлением и поглощающей способностью кизельгура (6,5 кг/м2).
Фильтр новой конструкции состоит из расположенных друг над другом горизонтальных фильтрующих элементов со встроенными каналами, обеспечивающими поступление фильтруемой жидкости. Эти каналы расположены вокруг центрального вала, предназначенного для выхода осветленного пива. Нефильтрованное пиво протекает в зазоре между фильтрующими элементами с внутренней стороны на внешнюю, проходит через слой кизельгура и сито, после чего фильтрат подводится к центральному валу. Благодаря такой конструкции становится возможным увеличить скорость потока. Производительность такого типа фильтра составляет примерно 7,5 гл/м2 ч - ее можно достичь посредством увеличения зазора между фильтрующими элементами на 35 мм и, следовательно, слоя кизельгура (10 кг/м2).
Щелевой фильтр, еще один тин фильтра в виде котла, представляет собой каркас из трех металлических прутьев, на которые нанизаны шайбы из высококачественной стали. С одной стороны эти шайбы гладкие, а с другой покрыты рифлями одинаковой высоты. При наложении шайб гладкая сторона накладывается на сторону с рифлями, в результате чего образуются узкие щели размером 50 x 120 мкм, в которых удерживается намываемый кизельгур и через которые протекает фильтруемое пиво (в стандартном фильтре длиной 120 см насчитывается свыше 10 000 щелей). Мутное пиво, поступающее в фильтр снизу, проходит через эти щели и попадает в центр фильтра, где проходит вдоль промежуточной пластины, которая скрепляет фильтрующие элементы и разделяет пространство для нефильтрованного и фильтрованного пива. Пропускная способность такого фильтра составляет 4,5-5 гл/м2; фильтры выпускаются в различных модификациях производительностью до 500 гл/ч. Намывной свечной фильтр с навитой профильной проволокой. Фильтрующими элементами в данном случае служат перфорированные трубки, обмотанные нержавеющей профильной проволокой сечением 1 x 2 мм. Одна свеча при длине 1,4 м характеризуется фильтрующей поверхностью в 0,2 м2. При намотке профильная проволока образует щели шириной 50 мкм. Пиво подводится в нижнюю конусную часть фильтра так, что в нижних слоях пива и воды или различного пива (головной фильтрационный остаток и неразбавленное фильтруемое пиво) не образуются турбулентные потоки. Производительность такого фильтра составляет 5-6 гл/м2 в час.
Для всех фильтров цилиндрической формы с коническим днищем (в виде котла) необходим нагнетательный насос для обеспечения равномерного давления в ходе фильтрования. Автоматизация фильтрования, очистки и стерилизации как намывного рамного фильтра, так и цилиндрического фильтра с коническим днищем в настоящее время вопрос технический.
Цилиндрические фильтры с коническим днищем можно применять не только для фильтрования пива, но и для его стабилизации при обычном фильтровании или в комбинации с гидрогелем или поливинилполипирролидоном (ПВПП) (см. раздел 7.6.4.1).
4.2.2.3. Дозаторы служат для равномерной подачи кизельгура (под давлением) в поток нива в соотношении 1 часть кизельгура на 3-4 части жидкости). При этом образуется взвесь кизельгура в воде, пиве или микробиологически чистой воде для намывки кизельгура и вытеснения пива. При небольшой производительности (до 20 гл/ч) используется бак-дозатор, дозирующий пиво порциями с необходимым количеством кизельгура. При большей производительности применяют дозаторы с медленным месильным органом и поршневым насосом, осуществляющим регулированное дозирование. Предварительное нанесение слоев с н е о б х о д и м ы м количеством жидкости осуществляется с помощью центробежного насоса.
4.2.2.4. Фильтрование через кизельгур на опорном пластинчатом фильтр-прессе. Непосредственно перед началом фильтрования предварительный слой из кизельгура наносят на опорные слои фильтра с водой. Этот слой гарантирует, что первая партия пива, ушедшая на фильтрование, выйдет из фильтра полностью отфильтрованной. При этом большое значение имеет равномерное распределение намываемого слоя, что достигается лишь при полном удалении воздуха. Фильтр заполняется водой со скоростью в 1,2-1,3 раза большей, чем скорость фильтрования; из фильтра вытесняется воздух, после чего наносят предварительный слой. Чтобы нанести последний основной слой кизельгура, при намывке следует немного приоткрыть кран для стравливания воздуха и не зажимать до предела пластины фильтр-пресса. В целях экономии намывной воды применяют ее рециркуляцию. На предварительную намывку расходуется 700-1000 г кизельгура/м2. Целесообразно распределять кизельгур для предварительной намывки: для первого слоя расход крупного кизельгура должен составлять 300 г/м2 - это необходимо для предотвращения проникновения кизельгура в фильтрат и упрощения его отделения при очистке фильтра, для чего также добавляют 30-50 г волокон целлюлозы/м2.
В качестве второго предварительного намывного слоя используют только мелкий кизельгур (100-150 г/м2), придающий фильтрующим перегородкам «эластичность». В заключение наносят смесь для текущего дозирования, к которой при необходимости добавляют 20 г целлюлозы/м2. При образовании противодавления происходит переключение с потока деаэрированной воды на поток пива. До значения массовой доли CB начального сусла 5-6 % отводится смесь «вода-пиво», а начиная с этой концентрации до массовой доли CB начального сусла 90 % идет перекачивание в танк для первого сусла. В ходе фильтрования пива равномерно дозируется смесь из крупного и мелкого кизельгура (в количестве 70-100 г/гл). В зависимости от состава смеси пропускная способность фильтрующего слоя может составлять WW 25-33, в виде показателя водопроницаемости WDK - 35-40. При этом следует учитывать, что эти значения не могут быть получены путем расчета среднего, а определяются для различных смесей кизельгуров только экспериментально. При дозировании более грубого кизельгура (WW - около 50, WDK - около 60) фильтр используется для предварительного фильтрования. При необходимости очень тонкого фильтрования можно использовать фильтр только с мелким кизельгуром (WW около 20, WDK около 25). Количество кизельгура зависит от степени мутности пива, а при дозировании мелкого кизельгура его расход увеличивается. Определить количество кизельгура можно также по прозрачности фильтрата, а также по часовому повышению разности давления на фильтре (нормальная разность давлений составляет 0,2 бар и не должна превышать 0,3 бар). Слишком быстрое повышение разности давлений свидетельствует о недостаточном количестве кизельгура, то есть о недопустимом соотношении кизельгура и частиц мути. Кроме того, при дозировании мелкого кизельгура может забиваться фильтрующий слой, что приводит к снижению пропускной способности. С учетом вышеизложенного расход кизельгура при текущем дозировании может колебаться в широких пределах от 70 до 150 г/гл. В процессе восьмичасового фильтрования на фильтре возрастает сопротивление (на 2-2,5 бар), и фильтрация прекращается. Пиво вытесняется из фильтра водой, при этом возникают аналогичные первому суслу пригодные и непригодные промывные воды (головные и хвостовые фильтрационные остатки, так называемые «погоны»). Продолжительность фильтрования на опорном пластинчатом фильтр-прессе составляет при нормальных условиях фильтрации 10-14 ч, а количество отфильтрованно может достигать 50 гл/м2. Таким образом, производительность фильтра определить путем расчета фильтрующей поверхности невозможно.
Выгрузка кизельгура происходит при помощи отработанной воды, а затем продувкой воздуха или скребком. Эти операции у крупных фильтров автоматизированы. Кизельгур может выгружаться также через днище фильтра шнеком на транспортер или вагонетку.
Чтобы уменьшить головной фильтрационный остаток подобно фильтрованию на цилиндрическом фильтре (см. ниже), у рамного фильтр-пресса предусмотрена возможность аналогичного режима работы.
Хвостовой фильтрационный остаток можно снизить благодаря продувке CO2; при помутнении промывной воды ее следует перекачать в специальный танк для остатков. При открытии фильтра необходимо еще раз проверить равномерность намывки фильтрующего слоя. Фильтрующие элементы, предназначенные для повторного использования, после удаления кизельгура промывают холодной, а затем теплой водой. Далее проводят их стерилизацию паром или (лучше) горячей водой температурой 90 °C (см. раздел 4.2.1.3), причем температура на выходе из фильтра должна составлять не менее 85 °С, а продолжительность стерилизации - не менее 30 мин. Желательно использовать самописец температуры (при необходимости фильтр можно охлаждать ночью).
Намывной дисковый фильтр горизонтального типа действует так же, как и описанный выше опорный пластинчатый фильтр-пресс, однако конструкция этого фильтра обладает некоторыми особенностями. Фильтр заполняется водой и полностью деаэрируется. При указанном противодавлении происходит намывание кизельгура (с разделением на первую и вторую предварительные намывки) со скоростью, в 2 раза превышающей скорость фильтрования. Масса намываемого слоя составляет от 1000 до 1300 г/м2,
что больше, чем у намывного рамного фильтр-пресса; в данном случае к первому предварительному слою добавляется 50-100 г целлюлозы/м2 и около трети от этого количества - ко второму. Затем воду вытесняют CO9 и отводят ее в отдельную емкость для дальнейшего использования, поскольку в результате многократного фильтрования в ней практически нет микроорганизмов. Нанесение предварительных слоев можно проводить уже накануне стерилизации горячей водой (90 °С). Как известно, горячая вода бедна кислородом. Горячая вода перед фильтрованием из фильтра удаляется, и начинается собственно фильтрование - введение в фильтр нефильтрованного пива с текущим дозированием. При переходе с одного сорта пива на другой фильтр может опорожняться путем продувки CO2 через два нижних сита и затем заполняться вновь следующим сортом. Это требует некоторого времени, так как у нижних сит меньше пропускная способность. Существуют конструкции, у фильтрующих элементов которых благодаря соответствующему поплавку автоматически регулируется уровень жидкости. Фильтрующие слои после фильтрования содержат еще около 0,2 гл пива /м2, которое отпрессовывается путем продувки CO2. Эти остатки могут вызвать потери, равные 0,4 % от рассчитанного количества фильтрованного пива. К потерям при фильтровании также относится пиво, впитанное кизельгуром (если оно не вымывается промывной водой). Большей частью кизельгур выгружается в пастообразном виде насосом для перекачки вязких сред. При такой выгрузке практически отсутствуют промывные воды, в связи с чем желательно извлекать пиво, содержащееся в фильтрующих слоях. Продолжительность фильтрования на таком фильтре составляет 7-10 ч с пропускной способностью 35-50 гл/м2.
Принцип действия патронно-щелевого фильтра. В начале фильтрования фильтр заполняется холодной водой и из него вытесняется воздух. Первая предварительная намывка (очень крупным кизельгуром) продолжается 5 мин, после чего осуществляется циркуляция воды в течение 10-15 мин до тех пор, пока вода не станет прозрачной. Вторая предварительная намывка (состав намываемого слоя - как при текущем дозировании) происходит так же. С началом фильтрования пива часовая производительность снижается примерно на 4 % в зависимости от концентрации головного фильтрационного остатка - эта смесь пива с водой, которую необходимо отвести, составляет около 7 % производительности; головной фильтрационный остаток с уже небольшим количеством воды (10-12 %-ное первое сусло) составляет около 8 %. Текущая намывка составляет примерно 100 г/гл; эта величина не постоянна и в зависимости от условий может меняться. Чтобы получить более качественный фильтрат, расход на текущее дозирование в первые 15 мин повышается в среднем на 20 %. Фильтрование длится 7-8 ч с повышением давления на 0,5 бар каждый час. Ресурс такого фильтра составляет 30-40 гл/м2. Количество образующегося в конце фильтрования хвостового фильтрационного остатка несколько больше, чем головного, поскольку остаток на фильтре подвергается трудоемкому выщелачиванию. Возможно также фильтрование пива без головного и хвостового фильтрационных остатков. После заполнения цилиндрической емкости (патрона) фильтра водой последняя удаляется при помощи CO2, и намывка осуществляется фильтруемым пивом. В конце фильтрования пиво выдавливается из фильтра CO2, а оставшийся ретентат закачивается обратно в танк. При промывке фильтра (в течение примерно 10 с) кизельгур разбивается в разные стороны, и после короткой (около 5 мин) седиментации густой кизельгур выгружают. Патронный фильтр с навитой проволокой. Режимы эксплуатации такого фильтра аналогичны вышеописанному. В конце фильтрования его пропускная способность составляет, как правило, около 50 гл/м2; пласт из кизельгура и осадка разбивается смесью сжатого воздуха и воды в противотоке. Затем эта смесь гомогенизируется в конусной камере для ретентата, и под напором воздуха происходит выгрузка пастообразного кизельгура.
4.2.2.5. Общие замечания. Расход кизельгура в зависимости от продолжительности цикла фильтрования составляет для предварительной намывки - 20-50 г/гл и для текущего дозирования - 80-150 г/гл (в общей сложности от 100 до 200 г/гл).
При плохой фильтруемости пива расход кизельгура в определенных условиях может быть вдвое выше. Расход воды на полный цикл фильтрования составляет: на промывку и очистку фильтра - 1,8 гл холодной воды/м2, на стерилизацию - 1,1 гл горячей (95 °С) воды/м2, на выработку пара - 12 кг/м2.
Химическую очистку горизонтального и патронно-щелевого фильтров проводят еженедельно, а свечной (патронный) фильтр необходимо очищать примерно раз в месяц. На процесс очистки расходуется 3 л 2-5 %-ного NaOH/м2, 0,8 л 1-2 %-ного HNO3/м2, 2 гл горячей и холодной воды/м2. Тем самым очевидно, что на продолжительность одного цикла фильтрования оказывает влияние не только расход кизельгура, но и потребление воды, энергии и, при необходимости, химических реактивов.
Очень важно после каждого цикла фильтрования полностью очистить от кизельгура и остатков на фильтре фильтрующие элементы (свечи, проволочные сита). Кизельгур и фильтрационный остаток от предыдущего фильтрования могут вымываться из щелей и ячеек фильтрующих элементов, что приводит к уничтожению основы для намывки второго слоя и тем самым - к попаданию в фильтрат частиц мути (в частности, дрожжей).
Чтобы избежать повреждений фильтрующих систем на основе кизельгура от гидравлических ударов, возникающих при начале фильтрования, перед фильтром встраивают буферный танк (на 20-30 % часовой пропускной способности). Этот буферный танк также принимает на себя «дрожжевые удары», возможные при дозировании пива с высокой степенью мутности. При переходе в процессе фильтрования с одного сорта пива на другой бывает необходим второй танк, позволяющий уменьшить риск смешивания сортов, однако при этом необходимо осуществлять циркуляцию во всех системах до выравнивания уровня в буферном танке. Целесообразно также при помощи буферного танка или стабилизатора давления предохранять выпускное отверстие фильтра.
4.2.2.6. Фильтрование с использованием кизельгура позволяет получить требуемые свойства пива (степень осветлённости, вязкость, прозрачность с блеском, микробиологическая селективность) благодаря количеству и «топкости» дозирования. Адсорбционный эффект у кизельгура незначителен, однако его можно
повысить путем введения целлюлозы или искусственных волокон в количествах, приведенных в разделе 4.2.2.1. Иногда применяют и добавки активированного угля (5-20 г/гл) или препаратов на основе кремниевой кислоты (20-100 г/гл). При определении степени измельчённости кизельгура необходимо учитывать различную пропускную способность этих препаратов (ксеро- и гидрогелей, см. раздел 4.2.2.1).
При анализе показателей пропускной способности и производительности можно отметить большие различия между опорно-пластинчатым, намывным дисковым и цилиндроконическим фильтрами (эти показатели можно получить в лабораторных условиях). Например, у опорно-пластинчатого фильтра пропускная способность и производительность характеризуются соответственно показателями 4-4,5 гл/м2 и столько же в час, и при такой производительности достигается оптимальная «нагрузка» па рабочий слой. Благодаря предварительной намывке и оптимальному дозированию кизельгура в цилиндроконический фильтр можно добиться примерно такой же производительности.
4.2.2.7. Двойное фильтрование на кизельгуровом фильтре. Трудно фильтруемое пиво из крупного танка или из емкостей для интенсивного способа ведения брожения и созревания зачастую выходит либо с неудовлетворительной степенью осветления, либо недостаточно отфильтрованным. Для двойного фильтрования такого пива используют так называемый «тандемный фильтр», где в первом фильтре проводится очистка при помощи грубого кизельгура (и, при необходимости, перлита); и после него мутность пива составляет 1-2 ед. ЕВС; во втором фильтре проводится очистка только тонким кизельгуром. Здесь важно то, что кизельгур дозируют так, что оба фильтра характеризуются одинаковой производительностью и изнашиваются почти одновременно. Общий расход кизельгура составляет в этом случае 150-170 % по сравнению с обычным фильтрованием.
Как уже отмечалось в предыдущих разделах, для производства очень важна продолжительность фильтровального цикла - от нее зависят расход кизельгура, потребность в воде, энергии, химических реактивах и, естественно, объемы сточных вод. Для разгрузки кизельгурового фильтра используют центрифугу для тонкого осветления (см. раздел 4.2.5), при этом продолжительность фильтровального цикла увеличивается примерно вдвое.