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 б-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 длительность кипячения 20-25 мин, 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 б-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 б-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 в-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?

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?

3. Сбраживание пивного сусла и дображивание пива

Процессы при брожении пивного сусла В зависимости от температурных условий и применяемых рас дрожжей различают верховое и низовое брожение. Сбраживание сусла проходит в две стадии: главное брожение и дображивание.

При главном брожении имеет место интенсивное сбраживание большей части сахаров сусла; в результате образуется молодое (мутное) пиво, имеющее своеобразные вкус и аромат, еще непригодное к употреблению. Дображивание характеризуется медленным сбраживанием оставшихся сахаров, осветлением, созреванием пива и насыщением его диоксидом углерода. При этом химический состав сусла существенно изменяется и оно превращается во вкусный ароматный напиток.

Во время главного брожения происходят биологические, биохимические и физико-химические процессы.

К биологическим процессам относится размножение дрожжей. В пивном сусле содержатся все питательные вещества, необходимые для нормального размножения и развития дрожжей. Наиболее интенсивное размножение дрожжей происходит на начальной стадии главного брожения. Биомасса дрожжей увеличивается в 3-4 раза.

Основным биохимическим процессом при главном брожении является превращение сбраживаемых сахаров в этанол и диоксид углерода. Большая часть экстракта сусла состоит из углеводов, в состав которых входят (%): фруктоза - 1-3, глюкоза - 8-10, сахароза - 2-6, мальтоза - 38-50, мальтотриоза - 11-19, мальтотетраоза - 2-6, декстрины - 14-22. Из них сбраживаются глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза и мальтотриоза (примерно 75 %). Несбраживаемая часть экстракта представлена декстринами, белками и минеральными веществами.

Сбраживание сахаров происходит в определенной последовательности и обусловлено скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются фруктоза и глюкоза. Сахароза гидролизуется ферментом в-фруктофуранозидазой до глюкозы и фруктозы, которые также потребляются дрожжами.

Далее дрожжи начинают потреблять мальтозу, которая под действием мальтазы расщепляется на две молекулы глюкозы. Мальтоза почти полностью сбраживается при главном брожении.

Мальтотриозу дрожжи сбраживают лишь частично при главном брожении и медленно при дображивании. В сусле, богатом мальтозой, мальтотриоза ожет остаться несброженной.

Основными конечными продуктами спиртового брожения являяются этанол и диоксид углерода. Среди вторичных продуктов брожения в сусле находятся глицерин, уксусный альдегид, пировиноградная, уксусная, янтарная, лимонная и молочная кислоты, ацетоин (ацетилметилкарбонал), 2,3-бутиленгликоль и диацетил. Преобладающие кислоты - уксусная и янтарная, а также 2,3-бутиленгликоль и уксусный альдегид; в незначительных количествах - ацетоин и лимонная кислота.

Сопутствующим процессом является образование из аминокислот высших спиртов, которые оказывают большое влияние на вкус и аромат пива. Это побочные продукты брожения.

Под действием эстераз дрожжей из альдегидов образуются сложные эфиры. В процессах эфирообразования также участвуют высшие спирты и кислоты.

Нежелательный компонент пива, придающий ему своеобразный медовый запах и привкус, - это диацетил. Он образуется дрожжами в начале главного брожения. В стадии дображивания и созревания молодого пива количество диацетила значительно уменьшается, так как с изменением условий он восстанавливается в ацетоин. Однако ацетоин, в свою очередь, может быть причиной так называемого подвального (затхлого) привкуса пива. Содержание ацетоина в пиве 1 мг/дм³ считают нормальным, но с повышением его содержания от 2,3 до 5,3 мг/дм³ появляется затхлый привкус пива.

Образованию диацетила способствуют все технологические приемы, сопровождающиеся переходом анаэробного процесса в аэробный.

Все высшие спирты (пропиловый, изобутиловый, изоамиловый, амиловый, тирозол, триптофол) обладают характерным запахом и дают сложные эфиры, которые приобретают приятные, смягченные запахи, влияющие на образование аромата и вкуса пива. С изменением концентрации некоторых веществ запахи меняются и, входя в композицию в необходимом количестве, существенно улучшают общий аромат.

Сбраживание сусла сопровождается изменением рН. Начальное сусло при введении в него дрожжей имеет рН 5,3-5,6 (до 6,0), а молодое пиво - рН 4,2-4,6. Понижение рН происходит вследствие образования углекислоты и органических кислот, главным образом, янтарной и молочной. Наибольшее понижение рН происходит на третий день брожения.

Значительно быстрее, чем рН, при брожении изменяется гН₂ (окислительно-восстановительный потенциал). В сбраживаемом сусле уменьшается количество продуктов окисления и накапливается количество продуктов восстановления, что и приводит к понижению гН₂. В охлажденном сусле гН₂ > 20. Как только начинается интенсивное брожение, гН₂ понижается до 10-11.

Большую роль в изменении гН₂ играют дрожжи. Они тормозят окислительные процессы, быстро поглощая растворенный в сусле кислород, расходуя его на обменные реакции. Выделяющийся диоксид углерода вытесняет кислород из сусла, что также замедляет окисление. При интенсивном брожении весь растворенный кислород потребляется дрожжами и гН₂ снижается до минимума, достигая 10.

Чем ниже величина гН₂ в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоком значении гН₂ сусло и молодое пиво становятся темнее, ухудшается вкус готового пива, может появиться муть.

Из других физико-химических процессов важное значение для брожения имеют коагуляция белковых веществ и пенообразование. Коагуляции белковых веществ способствуют образование спирта, эфиров и понижение рН сусла. Белки частично денатурируют, частично теряют свой заряд и флокулируют. Происходит выделение некоторых фракций белков в виде крупных агрегатов с одновременной агглютинацией и осаждением дрожжей. В основном выделяются белковые вещества, изоэлектрическая точка которых близка к рН молодого пива. Осаждается также и часть тонких взвесей (белково-дубильные соединения), которые поступили в бродильный аппарат с суслом.

Образующийся в ходе брожения диоксид углерода сначала растворяется в сбраживаемом сусле, а по мере насыщения сусла выделяется в виде газовых пузырьков, в результате чего формируется пена. На поверхности газовых пузырьков появляется адсорбционный слой поверхностно-активных веществ из белков, пектина и хмелевых смол. В процессе брожения сусла внешний вид пены изменяется: в определенный период она напоминает завитки. Основу для образования завитков создают коагулируемые белки и выделяемые хмелевые смолы, а их формирования - диоксид углерода.

Дрожжи, используемые для производства пива Возбудителями брожения являются дрожжи - одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения. В производстве пива пивоварении используются эукариотные дрожжи верхового брожения Saccaromyces cerevisiae и низового брожения Saccaromyces carlsbergensis.

Дрожжи верхового брожения в конце брожения поднимаются на поверхность. Для них характерно взвешенное в сусле состояние. Поэтому их называют пылевидными. Дрожжи низового брожения после брожения оседают на дно танка плотным слоем. В сусле они собираются в виде хлопьев, поэтому их называют хлопьевидными. Эта способность дрожжей имеет важное практическое значение - быстро осветляется пиво и появляется возможность собирать дрожжи из бродильных танков и многократно их использовать.

По степени сбраживания дрожжи делятся на высоко- и низко-сбраживающие.

В пивоварении пива наибольшее распространение получили штаммы низовых дрожжей: 776, 11, 41, 44, 8а (М) Н, 37 и др.

Штамм 776 - дрожжи среднесбраживающие. Хорошо осветляют сусло, образуют плотный осадок. К качеству сырья нетребовательны.

Штаммы 11, Н - дрожжи сильно- и быстросбраживающие. К качеству сырья неприхотливы. Флокуляционная способность хорошая. Вкус пива полный.

Штаммы 41, 44 - дрожжи среднесбраживающие. Способность к агглютинации хорошая. Вкус пива чистый, мягкий.

Штамм 8а (М) - дрожжи сильносбраживающие. Флокуляционная способность хорошая. Вкус пива чистый, мягкий.

Для отдельных сортов темного пива применяются специальные расы дрожжей верхового брожения.

Дрожжи должны отвечать следующим требованиям: иметь высокую бродильную активность, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в процессе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Дрожжи чистой культуры, как правило, разводят в лаборатории предприятия. При этом необходимо обеспечить стерильность сусла.

Подготовка чистой культуры дрожжей к брожению сводится к накоплению их биомассы в количестве, необходимом для начала процесса брожения. Процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной и производственной.

Первая стадия начинается с пересева чистой культуры дрожжей из пробирки. При последовательном пересеве культуры объем сусла увеличивается каждый раз примерно в 5 раз: 20 см³ - 100 см³ - 500 см³ - 2,5 дм³ - 12 дм³ - 60 дм³ - 300 дм³.

Производственная стадия осуществляется в установке Грейнера, состоящей из стерилизатора сусла, бродильных цилиндров, сосудов для посевных дрожжей и резервуара для предварительного брожения.

Чистую культуру разводят следующим образом. В стерилизатор набирают горячее охмеленное сусло, кипятят и охлаждают до 8-12 °С. Долее сусло направляют в бродильный цилиндр, куда переносят разводку чистой культуры дрожжей после пятого пересева.

Сбраживание сусла продолжают в течение 3 сут. При этом дрожжи размножаются и их биомасса увеличивается. После брожения из цилиндра отбирают часть разводки дрожжей (10 дм³) в сосуд для посевных дрожжей, где она хранится до следующего пересева. Основную часть разводки дрожжей из цилиндра перекачивают в резервуар предварительного брожения, куда подают заводское охмеленное сусло температурой 9 ^оС. В резервуаре предварительного брожения дрожжи размножаются также в течение 3 сут.

На следующих циклах бродильные цилиндры, освобожденные от дрожжей, заполняют стерильным суслом из стерилизатора и засевают дрожжами, хранящимися в сосудах (10 дм³). Процесс размножения дрожжей в аппарате конструкции Грейнера повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.

Сброженная биомасса из резервуара предварительного брожения поступает в бродильный аппарат вместимостью 1000 дм³, куда доливают 300 дал заводского охмеленного сусла, а через 12 ч - еще 400 дал. Через 36 ч забродившее сусло можно вносить в качестве дрожжей в аппарат главного брожения. Осевшие при брожении семенные дрожжи снимают, промывают холодной водой и используют в производстве.

Каждый оборот дрожжей называется генерацией. На практике семенные дрожжи после предварительной подготовки используются до 10 генераций.

Повторно используемые генерации дрожжей должны удовлетворять следующим требованиям: количество мертвых дрожжевых клеток должно быть не выше 5 %; наличие посторонних бактериальных клеток - не выше 0,5 %; упитанность дрожжевых клеток по гликогену - не ниже 70 %; наличие диких клеток дрожжей - не допускается.

Семенные дрожжи после брожения направляются в дрожжевое отделение, где их обрабатывают на вибросите для отделения крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол, а затем тщательно промывают холодной водой температурой 1-2 ^оС. В результате освобождения от слизистых веществ, обволакивающих поверхность клеток, повышается проницаемость клеточных оболочек.

Ежедневный уход за дрожжами заключается в смене воды и поддержании в сборнике температуры 1-2 °С. В таких условиях под слоем холодной воды дрожжи могут сохраняться в хорошем состоянии в течение 3-4 сут.

Для удаления посторонней микрофлоры дрожжи обрабатывают слабым раствором серной, молочной, фосфорной или др. кислот.

При использовании для введения в сусло семенных дрожжей предварительно производят так называемое разбраживание дрожжей. Для этого отобранные для введения семенные дрожжи смешивают в специальном аппарате с холодным пивным суслом из расчета от 2 до 6 л сусла на 1 дм³ дрожжей. Сусло с дрожжами перемешивают мешалкой или продувают стерильным воздухом.

После перемешивания сусло оставляют на 1-3 ч для разбражи-вания при температуре, не превышающей установочной температуры брожения (6 °С). Оптимальной продолжительностью разбраживания считается такая (2-3 ч), при которой начинается интенсивное почкование дрожжей, а количество образовавшегося спирта достигает 0,3 %.

Затем сусло с дрожжами вводят в сусло, находящееся в бродильном танке. Бродильный аппарат заполняют суслом в 2-3 приема. Заполнение считают законченным, когда в нем остается незаполненным 10-15 % объема.

Главное брожение Процесс брожения зависит от ряда факторов: способа сбраживания, состава сусла, температуры брожения, величины бродильного аппарата, но наибольшее значение имеет штамм дрожжей, от которого зависят вкус и аромат готового пива. Наиболее пригодными считаются быстро сбраживающие дрожжи, которые обеспечивают хорошее осветление и мягкий чистый вкус пива.

Главное брожение протекает в несколько стадий. Они отличаются друг от друга и характеризуются изменением внешнего вида поверхности бродящего сусла, изменением температуры, понижением экстрактивности сусла и степенью осветления молодого пива.

Первая стадия брожения, характеризующаяся образованием на поверхности сусла нежно-белой пены, называется забелом. Через 15-20 ч после задачи дрожжей появляются первые признаки брожения. Становится заметным выделение углекислоты и появление нежно-белых пузырьков пены. Сначала пузырьки пены появляются по краям сусла. У стенок бродильного чана образуется валик белой пены. Затем постепенно вся поверхность сусла затягивается равномерным слоем белой пены. К концу первой стадии брожения в пене начинают появляться незначительные выделения хмелевых смол и белковых веществ. Экстрактивность сусла снижается с 0,2 до 0,5 % в сутки.

Начальная стадия брожения продолжается 1-1,5 сут и характеризуется главным образом размножением дрожжей.

Вторая стадия брожения - это период низких завитков. Выделение пузырьков углекислоты становится более интенсивным, что обусловлено полноценностью питательной среды для дрожжевых клеток. Стадия характеризуется образованием густой, белой, компактной, поднимающейся пены, которая по внешнему виду представляет собой завитки красивой формы. За счет усиленного выделения хмелевых смол завитки окрашиваются в желто-коричневый цвет.

Продолжительность стадии 2-3 сут. Экстрактивность сусла также понижается на 0,5-1,0 % в сутки.

Третья стадия, называемая стадией высоких завитков, характеризуется наибольшей интенсивностью брожения. Спиртовое брожение сахаров приводит к повышению температуры сбраживаемой среды, так как при сбраживании 1 кг сахара выделяется 628 кДж тепла. В результате на 4-е или 5-е сутки пенообразование усиливается. Пена становится рыхлой, сильно поднимается вверх, и завитки достигают наибольшей величины. Поверхность пены приобретает характерный коричневый цвет. Убыль экстракта в сутки достигает 1-1,5 %. Стадия продолжается 3-4 сут.