Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 6c

Продолжение табл. 6.34

586 ПИВОВАРЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Окончание табл. 6.34

К дополнительному оборудованию, необходимому для рамных и свечных фильт ров, относят: установку для получения деаэрированной воды, сборник некондицион ного пива, сборник для седиментации отработанного кизельгура и смеситель для не кондиционного пива.

Наиболее перспективными типами фильтров для осветления пива с применением кизельгура являются тарельчатые (горизонтальные) и патронные. Благодаря абсолют ной герметичности конструкции, комплексных автоматизации и механизации, воз можности программного управления эти фильтры способствуют повышению культуры труда на пивоваренном предприятии.

Существующие конструкции рамных фильтр прессов не имеют очевидных перс пектив применения прежде всего из за более высоких эксплуатационных затрат, необ ходимости применения в качестве опорных элементов недолговечных картонов и чрез вычайно низкого уровня механизации, поскольку замена опорного картона, выгрузка

отработанного кизельгура и промывка фильтра осуществляются вручную. В ближай шие годы применение рамных фильтр прессов будет ограничиваться пивоваренными предприятиями малой мощности, но и там они будут постепенно вытесняться более эффективными горизонтальными тарельчатыми или патронными фильтрами.

Одним из важных технологических преимуществ горизонтальных тарельчатых фильтров является то, что при пуске и остановке фильтра, а также при переходе с од ного сорта пива на другой не происходит образования некондиционного пива и, следо вательно, нет необходимости в его утилизации. Горизонтальное расположение намыв ного слоя позволяет вытеснять пиво из фильтра не водой (или воду — пивом), как это осуществляют в других типах фильтров, а диоксидом углерода, что абсолютно исклю чает смешивание пива с водой.

Горизонтально расположенный намывной слой более устойчив к гидравлическим ударам и не спадает даже при внезапных перебоях в подаче электроэнергии. Горизон тальный фильтр можно выключать на некоторое время (например, на ночь), не опаса ясь за целостность намывного слоя, а затем, после многочасового простоя, продолжать фильтрование. В некоторых конструкциях патронных фильтров для предотвращения разрушения намывного слоя при внезапном прекращении подачи электроэнергии при ходится использовать специальное предохранительное устройство.

Выгрузка отработанного кизельгура из горизонтального тарельчатого фильтра осуще ствляется автоматически, причем как в сухом, так и во влажном виде. В первом случае предварительно подсушенный воздухом кизельгур с влажностью не более 65–70% сбрасы вается с поверхности тарелок центробежной силой, а во втором — смывается водой.

Впатронном фильтре остатки пива выдавливают водой, поэтому в отработанном кизельгуре содержится 88–90% воды.

При грубом нарушении технологического режима и перегрузке фильтра кизельгу ром может произойти повреждение опорных элементов. При этом конструктивным преимуществом горизонтального тарельчатого фильтра является возможность визу ального выявления и индивидуальной замены лишь поврежденного опорного элемента. Определить визуально поврежденные опорные элементы в патронном фильтре прак тически невозможно, что приводит к необходимости замены всего комплекта патрон ных элементов, а это сопоставимо со стоимостью всего фильтра.

К недостаткам горизонтального тарельчатого фильтра следует отнести более слож ную конструкцию, применение в ней привода, вращающихся и, следовательно, изна шивающихся деталей, необходимость установки его на фундамент, обеспечивающий гашение динамических нагрузок, возникающих при вращении вала в процессе выгруз ки отработанного фильтровального материала.

Вто же время патронные фильтры лишены этих недостатков, конструктивно про сты, эффективны и экономичны в эксплуатации, удобны в обслуживании.

6.6.1.1.4. Инженерные расчеты фильтров для пива

Расчеты фильтров для пива сводятся к определению их производительности и площади фильтрующей поверхности.

Производительность фильтра определяют, руководствуясь следующими сооб ражениями: 1) за цикл фильтрования должно быть переработано количество пива,

эквивалентное суточному объему производства предприятия, и 2) продолжительность фильтрования должна составлять 12–16 ч.

Исходя из этого производительность (гл/ч) фильтра

где М — годовая мощность предприятия по товарному пиву, гл/г; kт — температурный коэффициент, учитывающий уменьшение объема горячего сусла при охлаждении, kт = 0,95; N — количество рабочих дней (суток) варочного отделения в году, сут; kв — коэффициент выхода товарного пива из горячего сусла, kв ≈ 0,87–0,9; τф — продолжи тельность фильтрования, ч.

Площадь фильтрующей поверхности (м2) фильтра

где qф — удельная производительность фильтра, гл/(м2 ч), зависящая от свойств филь труемого пива и фильтровальной перегородки (см. табл. 6.33).

Пример 6. Определить производительность и площадь фильтрующей поверхности пат ронного фильтра для пивоваренного производства мощностью 1 млн товарного пива гл/г.

Исходные данные. Количество рабочих дней в году — 323; коэффициент выхода то варного пива из горячего сусла примем kв = 0,9; продолжительность фильтрования — 12 ч.

Расчет

Производительность фильтра для пива определяют из выражения (6.90):

Площадь фильтрующей поверхности фильтра определяем из выражения (6.91), при нимая, в соответствии с экспериментальными данными, удельную производительность фильтра qф = 6 гл/(м2 ч):

6.6.1.2. Коллоидная стабилизации пива

Помимо биологического помутнения, вызываемого жизнедеятельностью не уда ленных из пива микроорганизмов, оно при продолжительном хранении может быть подвержено коллоидному помутнению, в результате которого вкус пива ухудшается. Коллоидное помутнение обусловлено, прежде всего, содержанием в пиве белков и по лифенолов и в меньшей степени — прочих соединений, таких, например, как углеводы, крахмал, оксалаты.

Коллоидное помутнение пива является следствием связывания растворимых бел ков с флаваноидными полифенолами. Белки притягивают к себе флаваноиды и со единяются с ними, образуя комплексы — коллоидные частицы, вызывающие помут нение пива.

Таким образом, повышение коллоидной стабильности пива возможно за счет сни жения в нем двух основных мутнообразующих компонентов — полифенолов и белков. Эта задача может быть решена сочетанием двух видов мероприятий — оптимизацией технологических режимов в процессе приготовления пива и применением специфи ческих стабилизаторов при обработке готового пива.

Втехнологической системе производства пива исходное сырье и каждая из опера ций в той или иной степени оказывают влияние как на последующие технологические процессы, так и на качество целевого продукта, в том числе на его коллоидную ста бильность. Это следует учитывать при организации технологического потока.

Втабл. 6.35 систематизированы основные технологические меры, направленные на обеспечение повышенной коллоидной стабильности пива.

Таблица 6.35

Технологические меры, направленные на обеспечение повышенной коллоидной стабильности пива

На стадии получения пивного сусла целесообразно избегать применения промыв ных вод с малой концентрацией экстрактивных веществ, поскольку в них содержится слишком много полифенолов.

Интенсивное и более продолжительное кипячение сусла способствует ускоренно му осаждению белково полифенольных комплексов.

Быстрая подача охмеленного сусла в бродильный аппарат, раннее удаление дрож жей и предотвращение их автолиза также способствуют снижению в пиве соединений, от которых зависит коллоидная стабильность напитка.

Пониженная температура дображивания (минимум –1 °С) также способствуют по вышению коллоидной стабильности пива. При этом продолжительность дображива ния должна быть достаточной для образования и осаждения белково полифенольных комплексов.

Поскольку повышение температуры выше 0 °С может вызвать обратимый распад образовавшихся комплексов, то фильтрование также необходимо осуществлять при температуре около –1 °С.

Указанные меры позволяют обеспечить коллоидную стабильность пива, приготов ленного исключительно из солода, не более 3 месяцев. При необходимости обеспече ния более продолжительных сроков хранения пива следует повышать коллоидную ста бильность пива с применением стабилизаторов.

Некоторые стабилизаторы, обеспечивающие повышение коллоидной стабильнос ти пива, и особенности их применения указаны в табл. 6.36.

Таким образом, повышение коллоидной стабильности пива возможно благодаря полифенольной стабилизации с применением ПВПП или белковой стабилизации с применением силикагелей, таниновой кислоты и протеолитических ферментных пре паратов.

Важным достоинством ПВПП и силикагелей является то, что они не растворимы в воде и пиве и поэтому допускаются для применения в качестве вспомогательных средств в пивоварении многих стран.

6.6.1.2.1. Технологические аспекты коллоидной стабилизации пива

Одной из актуальных технологических задач в промышленном производстве пива является обеспечение его повышенной стабильности, позволяющей осуществлять до вольно продолжительное хранение напитка — до 12 месяцев.

В настоящее время для повышения коллоидной стабильности пива достаточно широко применяют поливинилполипирролидон — белый порошок, практически нера створимый в воде, который, являясь по своей сути искусственным белком, блокирует этот процесс, дублируя действие белка, соединяясь с флаваноидами, т. е. делает то же самое, но намного быстрее, почти на порядок опережая белок.

Таким образом, ПВПП действует как селективный адсорбент флаваноидных поли фенолов и тем самым предотвращает образование коллоидного помутнения. Адсорб ция полифенолов осуществляется при рН < 7, а десорбция — при рН > 7. Продолжи тельность контакта пива с ПВПП составляет 5–6 мин, при этом содержание полифено лов снижается на 40–50%.

Как правило, в типичном легком пиве общее содержание флаваноидов составляет ~30–40 мг/л.

Для достижения коллоидной стойкости, достаточной для хранения пива в течение до 12 месяцев, содержание флаваноидов в пиве снижают до 25–30%.

Для этого задают ПВПП:

•при однократном использовании — 5–20 г/гл;

•при многоразовом использовании (с регенерацией ПВПП) — 35–50 г/гл. Одноразовое применение ПВПП осуществляют в сочетании с кремнеземными гид

рогелями.

Бытует мнение, что введение в пиво ПВПП обеспечивает его защиту от ухудшения вкусовых качеств и улучшает пенообразование.

Для стабилизации пива ПВПП обычно используют горизонтальные тарельчатые фильтры с сетчатой поверхностью из нержавеющей стали или патронные фильтры. Размер частиц полимера подбирают с учетом размеров ячеек сетчатой поверхности фильтра или щелевых зазоров патронных (свечевых) фильтровальных элементов, ко торые чаще всего составляют 30–80 мкм.

Обработку пива регенерируемым ПВПП всегда осуществляют после предваритель ного фильтрования через намывной слой кизельгура, т. е. ПВПП обрабатывают про зрачное пиво.

Водяную суспензию ПВПП с концентрацией 10% готовят при малой частоте враще ния мешалки и вводят в поток пива в точке, от которой пиво проходит до начала фильтрования не менее 5 минут.

6.6.1.2.2.Инженерное обеспечение коллоидной стабилизации пива

6.6.1.2.2.1.Ретроспективный взгляд на коллоидную стабилизацию пива

Предшественник ПВПП — поливинилпирролидон (ПВП) был впервые синтезирован

в1930 е гг. немецким химиком Вальтером Реппе и нашел применение во время Второй мировой войны в качестве заменителя кровяной плазмы.

Впивоварении ПВП впервые был применен в 1950 е гг. в Скандинавии фирмами Припс (Швеция) и Карлсберг (Дания). Водорастворимый ПВП добавляли в пиво

вколичестве 8–16 г/гл для образования нерастворимого комплекса с полифенольны ми олигомерами, а удаляли в виде осадка после осаждения на дно резервуаров фильт рованием или центрифугированием. Продолжительность контакта достигала 24 ч.

Позднее для коллоидной стабилизации пива начали применять ПВПП, силикагели и некоторые другие вещества. Так, в 1961 г. Карл Рабле впервые продемонстрировал новый способ стабилизации пива с применением кизельгеля.

6.6.1.2.2.2. Технические системы для коллоидной стабилизации пива

6.6.1.2.2.2.1. Фильтры для стабилизации с применением ПВПП

Коллоидную стабилизацию пива с применением ПВПП осуществляют преимуще ственно на тарельчатых и патронных фильтрах, описанных выше.

Тарельчатые стабилизирующие ПВПП фильтры устроены практически так же, как и аналогичные кизельгуровые, отличаясь лишь тем, что расстояние между горизонталь ными тарельчатыми элементами у них 45 мм (в то время как у кизельгуровых — 25 мм).

Другое отличие ПВПП фильтров — вместо системы приготовления и дозирования кизельгура их оснащают системой регенерации ПВПП.

Эксплуатация горизонтального тарельчатого фильтра при стабилизирующем фильтровании пива. Типичный технологический цикл стабилизирующего фильтро вания пива на фильтровальной установке с горизонтальным тарельчатым фильтром осуществляют следующим образом:

•нанесение намывного слоя: ПВПП смешивают с водой в сборнике в соотноше нии 1 : 9 (1 кг ПВПП в 10 л суспензии), после чего наносят на сетчатые тарелки фильтра предварительный намывной слой из расчета примерно 200 г ПВПП на 1 м2;

•вытеснение воды из фильтра: воду из фильтра вытесняют СО2, после чего фильтр заполняют пивом и повышают давление;

•стабилизирующее фильтрование: при подаче пива на фильтрование в него до полнительно непрерывно дозируют ПВПП; удельный расход ПВПП при дозиро вании в пиво (в зависимости от его свойств) составляет 15–50 г/гл; в начале фильтрования осуществляют кратковременную циркуляцию пива, в процессе которой завершается формирование фильтрующего слоя, после чего отфильтро ванное пиво направляют в промежуточный сборник, в котором поддерживается избыточное давление; удельный объем пива, получаемый за цикл стабилизирую щего фильтрования, составляет около 165 гл/м2, после чего ПВПП подвергают регенерации;

•вытеснение пива из фильтра: по окончании фильтрования пиво вытесняют из фильтра СО2, а отработанный слой ПВПП остается на фильтрующих элементах;

•регенерация ПВПП: восстановление ПВПП осуществляют 2 кратной промывкой 1–2% ным раствором NaOH при температуре 80–85 °С; при этом в щелочной среде происходит разрушение водородных связей, образовавшихся между ПВПП и полифенолами; первый промывочный раствор имеет черный цвет, поскольку щелочь вымывает фенолы из ПВПП; этот раствор обычно сбрасывают в канали зацию; второй промывочный раствор не так сильно загрязнен фенолами, и его сохраняют для использования в качестве первого промывочного раствора при последующей регенерации;

•первая промывка ПВПП: после обработки щелочью фильтр с ПВПП промывают водой до снижения рН до 7–9;

сотни раз растворами каустика (NaOH) и поваренной соли (NaCl), пропускаемыми через адсорбер противотоком.

Принципиальная схема системы CSS приведена на рис. 6.146.

Пиво

стабилизированное

фильтрованное

Рис. 6.146. Принципиальная схема системы CSS фирмы Handtmann: 1 — насос;

2, 5 — расходомеры; 3 — регулятор; 4 — клапан регулирующий; 6 — камера адсорбционная

Система состоит из адсорбционной камеры, коммуникаций, включающих байпас ную линию, измерительных и регулирующих приборов, арматуры и блока управле ния. Производительность систем CSS составляет от 100 до 700 гл/ч.

Адсорбционная камера полностью заполнена адсорбентом, регенерируемым по ме сту, и не требует дозирования и намывки слоя перед каждым циклом обработки. Пиво проходит через слой адсорбента, и достаточно нескольких секунд контакта для выде ления из него компонентов, способствующих коллоидному помутнению. При этом после обработки в системе CSS органолептические показатели пива не ухудшаются.

Системы CSS работают полностью в автоматическом режиме. Процесс в них осуще ствляется следующим образом. Осветленное пиво после кизельгурового фильтра посту пает с помощью насоса в систему CSS и разделяется на два потока — один поступает в адсорбционную камеру через нижний штуцер, а другой минует ее по байпасной (об водной) линии. При этом требуемая степень стабилизации пива, обусловленная опреде ленным содержанием в нем полифенолов, автоматически обеспечивается путем добав ления необработанного (исходного) пива через байпас в поток обработанного пива.

Технически это осуществляется так — расходы основного и байпасного потоков непрерывно измеряются соответствующими расходомерами, а их необходимое соот ношение, в зависимости от степени насыщения адсорбента, обеспечивается благодаря запрограммированному регулированию обводного потока с помощью клапана и регу лятора (рис. 6.147).

В начале процесса через адсорбер пропускают примерно 25% от общего объемного потока пива, а через байпас — около 75%. По мере насыщения адсорбента полифенола ми его адсорбционная способность постепенно снижается. Поэтому для сохранения заданной концентрации полифенолов на выходе из системы требуется плавное увели чение (вплоть до 100%) расхода пива, проходящего через адсорбент, и синхронизиро ванное плавное уменьшение (вплоть до 0%) расхода пива, проходящего через байпас.