Розробка отварочной технології виробництва пива

ВСТУП

На сьогоднішній день в Росії складається ситуація, при якій основну частку ринку пива займають виробники-гіганти. У той же час в країні склався сприятливий клімат для розвитку малого бізнесу. Все більше і більше людей хочуть організувати своє невелике пивоварне підприємство.

Однак заводи малої потужності не здатні на рівних конкурувати з великими виробниками. Тому невеликі заводи спеціалізуються в основному на випуску «живого» пива, і в цьому напрямку заводи великої потужності не складають їм конкуренції.

Пиво за способом обробки поділяють на фільтроване і нефільтроване, фільтроване пиво - на пастеризоване і непастеризоване, нефільтроване - на освітлене і неосвітленою.

«Живе» пиво стає все більш популярним у нашій країні. Як зрозуміло з назви, в такому пиві містяться живі клітини пивних дріжджів, що обумовлює як смакові якості, так і функціональні властивості напою. Звичайно, по-справжньому «живе» пиво в процесі виробництва не піддається ні фільтрації, ні пастеризації, ні хімічній обробці.

Ринок пива Росії представлений великим асортиментом, основну частину якого складають п'ять основних марок: світле, темне, червоне, біле і міцне. Близько 90% вітчизняного пивного ринку займають світлі сорти, на які доводиться основний обсяг продажів, а інші 10% розділяють між собою інші сорти, переважно темні.

Сукупний пивний ринок в останні роки показує стійке зростання. За 2004 рік обсяг споживання збільшився на 12% і склав 830 млн. дал. Росіяни все більше віддають перевагу пінного напою, випиваючи в рік близько 51 л на душу населення. Цей показник виріс з 1995 року більш ніж у три рази, і досяг до 2010 року 80 л. Не викликає сумніву те, що з насиченням ринку традиційним європейським пивом споживачі переключать свою увагу на унікальні, «штучні» сорти. Зауважимо також, що, за результатами опитувань, покупці завжди вважають місцеве, вироблене у них пиво найкращим.

Так як кількість міні-пивоварень збільшується з кожним роком, то відповідно зростає і конкуренція між ними. Щоб залишатися на ринку необхідно знижувати витрати виробництва, а також залучати споживачів новими унікальними сортами пива.

На даний момент устаткування, встановлене на ТОВ «Стара віз», дозволяє варити пиво тільки настойним способом. Через що асортимент виробленого пива обмежений. Тим часом на базі цього підприємства, без значних капіталовкладень, можна впровадити отварочную технологію виробництва пива. Завдяки цій технології розшириться асортимент випускається пива і знизиться його собівартість.

У солоді нормальної якості ферментів зазвичай міститься більше, ніж треба для того, щоб повністю розщепити нерозчинні компоненти, в ньому містяться. За допомогою цього надлишку ферментів можна додатково переробити крохмаль несоложеного сировини, підвищивши вміст цукрів у суслі.

Основною причиною використання несоложеним матеріалів залишається прагнення збільшити вихід екстракту при тій же засипки дорогого солоду, а також бажання надати певним сортам пива оригінальний смак.

При затирання несоложеним зернова сировина застосовується в тих випадках, коли це передбачено за рецептурою, для додання певним сортам пива характерного смаку або для економії дорогого, дефіцитного ячмінного солоду і зниження собівартості пива.

Наприклад, рисову муку або січку використовують при затирання в кількості від 10% до 20% до маси зернової сировини; ячмінне борошно - від 15% до 30%.

В якості замінників солоду використовують ячмінь, рис, кукурудзяну крупу, кукурудзяний крохмаль, глюкозний і ячмінний сиропи, крохмальну патоку, тростинний цукор-сирець. У вітчизняному пивоварінні основним несоложеним зерновим сировиною є ячмінь, так як за своїм складом він близький до ячмінного світлого солоду, містить β-амілазу і протеазу. При заміні частини солоду ячменем економиться зерно в натурі, так як при солодоращении втрати сухих речовин у сплаві, на дихання, освіта паростків досить значні (10-11% до маси зерна). Тому використання несоложеного зерна замість солоду - це рішення одним із завдань зі створення маловитратної технології. Вимоги до якості несоложеного ячменю значно нижче, ніж до ячменю для солодоращения, дозволяється використовувати низькосортний ячмінь, в тому числі і кормовий. При використанні солоду задовільної якості можна до 15% його замінити несоложеним ячменем без погіршення смаку пива, а для солоду хорошого розчинення - до 30%.

1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

1.1 Пивоварне сировину

1.1.1 Солод

Солод є типовим сировиною для виробництва пива. Ще 2000 років до н. е.. його використовували у вигляді пророщеного ячменю в Месопотамії та Єгипті для виробництва такою, що хмелять напоїв. До теперішнього часу основною сировиною для виробництва солоду є ячмінь. Його добра схожість, легка оброблюваність, що підходять смакові якості стали причиною того, що солодоращении не поширилося широко на інші зернові культури. В даний час для виготовлення пивоварного солоду крім ячменю використовують тільки пшеницю в невеликих кількостях. Вплив солоду на якість пива загальновідомо. Деякі показники солоду, такі, як колір, смак і запах, є вирішальними у визначенні типу пива, а кількість екстрактивних речовин і ступінь розщеплення білків істотно впливають на його якість. Солод набуває свої характерні властивості при солодоращении, однак деякі з них залежать від властивостей використаного ячменю. Тому здавна велику увагу приділяли якості ячменю, оскільки багато сортів його з-за високого вмісту білків, стекловидности або занадто товстої оболонки не придатні для солодоращения. По всьому світу широко культивується пивоварний ячмінь, для посіву використовують тільки сорти ячменю з певними, точно встановленими властивостями, контрольовані при солодоращении і пивоварінні. У Європі використовують виключно так звані дворядні ярові ячмені, грубозернисті з тонкою оболонкою і низьким вмістом білків. Ці ячмені найкраще підходять для виробництва світлого солоду і при виробленні мають певні переваги. Вони екстрактивні, не викликають труднощів при переробці та фільтрації, а пиво, що отримується з них, стійкіше до помутніння в холодному вигляді, що особливо важливо при постійно зростаючому виробництві пива в пляшках. Ячмінь, призначений для солодоращения, повинен бути здоровим, що зберігалися протягом певного часу, тобто відлежавшись, щоб його властивості вирівнялися. При солодження він повинен бути добре проращен і висушений. Будь-який брак сировини або солодільного процесу негативно позначається на якості солоду.

Дослідженню якості солоду приділяється велика увага, з одного боку, для того, щоб перевірити правильність проведеного процесу солодоращения, а з іншого - щоб встановити якісні ознаки солоду перед обробкою і визначити придатність його для вироблення пива необхідного типу. Застосовувані спочатку тільки органолептична оцінка солоду та визначення щільності і крихкості зерна були поступово доповнені більш досконалими випробуваннями. Ще в 1854 р. професор Празького політехнічного інституту Баллінг пропонує просте випробування для визначення придатності солоду на затирання, при якому крім екстрактивності солоду визначали також зміна солоду під час затирання, швидкість осадження пивної дробини і освітлення сусла. Дослідження були продовжені, і незабаром був розроблений цілий ряд процесів для механічного та хімічного визначення окремих якісних ознак солоду. У 1914 р. в Бонні було підписано основна угода з цих проблем між європейськими науково-дослідними пивоварними інститутами. У 1928 р. в Зальцбурзі був підписаний єдиний документ для аналізів солоду, згідно з так званого конвенційному методу, яким з урахуванням декількох додатків користуються до цих пір для аналізу торгового солоду.

Солод світлий

Для виробництва пива переважно використовується світлий солод. Світлий солод пільзенського типу - це солод холодного режиму солодоращения з помірним розчиненням і коротким розвитком зародкового листка. Нормальні величини, для цього солоду, особливо в розвитку зародкового листка, зміст мальтози, зокрема Кольбаха і Гартонга наближаються швидше до низьких величинам. Світлий солод сушиться зазвичай 2x12 ч. На верхній решітці сушарки зелений солод відносно швидко звільняється від вологи, а помірне розчинення разом з низьким ступенем оцукрювання допускає температури відсушки аж до 85 ° С, поки колір солоду не перевищить допустиму межу. Для пива в пляшках, особливо пастеризованого, від якого потрібно більш висока колоїдна стійкість, використовується світлий солод, краще розчинений, з відповідним ставленням цукрів до несахаров і з низьким вмістом розчинного азоту. При переробці крохмалистих замінників повинен також вибиратися світлий солод, добре розчинений, з високою, амілолітичною активністю. Тому для світлого солоду не визначаються точні стандартні величини, і завжди вибирається солод з певними властивостями, придатними для виготовляється типу пива. Дуже світлий колір (від 0,12 до 0,15 мл 0,1 н. Розчину йоду) мають солоду, отсушенние при низьких температурах, часто за рахунок якості ячменю. Світлий солод повинен бути добре отсушить (не менше 3 год при 80 ° С), щоб зберегти хороші властивості при зберіганні та подальшої переробки. Відомо, що солод, добре отсушенний, часто дає і при більш інтенсивному кольорі охмеленого сусла більш світле пиво, ніж солод неотсушенний.

Віденський солод є проміжним між світлим і темним солодом, і раніше він широко використовувався на австрійських пивоварних заводах, а також на пивоварних заводах ЧССР для виробництва пива більш насиченого кольору. У зв'язку з інтересом до пива світлого або дуже світлого кольору потреба в цьому солоді пропала і він вживається тільки для спеціальних цілей. Віденський солод отримували із зеленого солоду нормального рощення і сушили зазвичай 2X24ч. Колір його коливався від 0,30 до 0,40 мл 0,1 н. розчину йоду. Солод дортмундського типу, призначений для виробництва світлого пива з жорсткої дортмундської води, - це світлий солод, особливо тривалого рощення і висушуємо 2X24ч при температурі не вище 75 ° С. Він придатний для пива, добре збродженого, високої концентрації. Темний солод мюнхенського типу відрізняється від світлих солодів кольором, характерним запахом (ароматом), а також смаковими якостями. Для виробництва його можна використовувати ячмінь з більш високим вмістом білків. Солод повинен бути довгого рощення, добре розчинений, щоб вже в зеленому солоді було достатньо цукрів і сталося необхідне розщеплення білків. Характерний смак і запах темні солоду набувають у результаті утворення меланоидинов. Ці речовини утворюються при високих температурах в результаті реакції цукрів з амінокислотами і сприяють інтенсивності забарвлення. Амилолитические і протеолітичні зміни, що відбуваються на початку висушування, самі по собі не можуть забезпечити утворення достатньої кількості цукрів і амінокислот, і тому солоду короткого рощення для виробництва темного солоду не придатні. Щоб вони набули темний колір, їх слід отсушівать при високих температурах. Однак смак і запах сусла, отриманого з таких солодів, більш різкі, а амилолитическая активність солоду дуже низька. Розвиток зародкового листка у хороших темних солодів сягає від 3 / 4 до 1 / 1 довжини зерна; кількість перерослих зерен не повинен перевищувати 10%. Перепалених зерен не повинно бути. Колір темного солоду мюнхенського типу коливається в широкому діапазоні від 0,60 до 1,20 мл 0,1 н. розчину йоду.

Карамельний солод

Він виготовляється із зеленого, добре розчиненого солоду на швидкісних обжарочних апаратах, які дають можливість підтримувати необхідну температуру і відводити пари і залишки солодових ростків. Їх можна, також отримувати із сухих солодів, обприскуємо до необхідної вологості. Ендосперм вологого зерна при температурі 60-80 ° С осахаривают і залежно від типу солоду обсмажується при температурах від 120 до 180 ° С. При цьому ендосперм стає склоподібним і прозорим. Зерна борошнисті в розрізі свідчать про недостатню карамелізації. При карамелізації цукрів, перш за все мальтози, відбуваються зміни, які визначають смак, запах і колір сусла. За Люерсу, підвищений вміст колоїдів у карамельний солод сприяє збільшенню пеностойкость і більш повного смаку готового пива.

Карамельні солоду можуть бути від дуже світлих до темних. При високих температурах обжарювання знижується ферментативна здатність, і тому темні сорти самі не осахаривают.

Карамельний солод абсолютно світлий (karapils). Він має колір від 0,30 до 0,40 мл 0,1 н. розчину йоду і додається особливо за кордоном для підвищення піниста і смаку світлого пива. Обсмажується такий солод обережно при низьких температурах або висушується на солодосушілке і тому має ще певної ферментативною активністю. Колір оболонки залишається світлим і ендосперм теж має світліше забарвлення. Смак сусла солодкуватий, повний, запах карамелі нечіткий. Вміст води у світлому карамельному солоді не повинно перевищувати 8%, осахаренного зерна має бути не менше 90%. Зміст екстракту в перерахуванні на суху речовину повинно бути не менше 70%.

Звичайний карамельний солод. За Лінтнер цей солод повинен мати колір від 15 до 20 од., Оболонку туманне, майже коричневу, на кінчиках більш темну. Колір ендосперму темно-жовтий, побурілих, смак карамельний, запах виражений ароматний. Перепалені зерна не повинні зустрічатися, оскільки мають гіркуватий присмак. Вміст води у цього солоду коливається близько 6%, частка осахаренних зерен близько 95%, екстракту в сухій речовині - не менше 75%.

Портерна карамельний солод. Він має колір за Лінтнер 35-40 од. Смак сусла сильно виражений карамельний, майже гіркуватий, запах дуже ароматний.

Карамельні солоду повинні виготовлятися з соложеного ячменю. Частка залишків солодових ростків не повинна перевищувати 2%, так як вони дуже гігроскопічні.

Меланоідіновий солод

Меланоідіновий солод (мелансолод). На відміну від карамельних солодів у цього солоду характерний смак і запах, а також більш насичений колір з'являються тільки при меланоідіновой реакції. Солод в кінцевій стадії проростання залишають у грядці для томління. При температурі близько 50 ° С (у деяких видів ячменю при більш високій) відбувається глибокий амілоліз, протеоліз і тим самим створюються передумови для утворення меланоидинов в процесі подальшої сушки при температурі близько 100 ° С. Хороший мелансолод має специфічний запах солодовий і злегка солодкуватий смак без кислого або гіркуватого присмаку. Вміст води в ньому коливається від 5 до 6%, колір від 10,0 до 16,0 мл 0,1 н. розчину йоду. Зміст екстракту в перерахуванні на суху речовину у хороших солодів не менше 74%, частка борошнистих зерен не менше 90%, перепалених зерен не вище 5%.

Барвний солод

Барвний солод (паленки). Він виходить з сильно зволоженого звичайного сухого солоду на обжарочном пристрої при температурі до 240 ° С. Його основна властивість - барвна здатність, яка коливається від 140 до 160 од. по Лінтнер і не повинна бути нижче 120 од. Іншим важливим показником є смак екстракту: він повинен бути чистим, кавовим, а не різким і в'язким. Зерна солоду повинні бути темно-коричневі, рівномірно забарвлені. Ендосперм так само повинен бути в розрізі темно-коричневий. Чорні перепалені зерна знижують фарбувальну здатність і погіршують смак. Палений солод дуже гігроскопічний. Вміст води в ньому має бути не вище 6%, перепалених зерен не більше 7%, а вміст екстракту в перерахуванні на суху речовину 60 - 70%.

1.1.2 несоложеним сировину

Несоложеним сировина - це крохмалевмісні або цукровмісні матеріали, які практично не мають ферментативної активності. До такого виду сировини відносяться зернові культури, такі як ячмінь, рис, кукурудза, пшениця, сорго, овес, жито, тритикале, просо, і не зернові матеріали твердої (цукор-пісок, крохмаль) і рідкої (цукрові сиропи, глюкозо-мальтозні сиропи , сиропи з зернових культур, екстракти солоду) консистенції. У залежності від складу це сировина може використовуватися або на етапі затирання зерно продуктів, або безпосередньо вноситися до сусловарочному котел.

Застосування несоложеного сировини у пивоварінні сприяє:

зниження собівартості (при використанні зернової сировини);

збільшення екстрактивності сусла (при використанні рису, кукурудзи, пшениці, сиропів і крохмалю);

збільшення продуктивності варильного цеху (при використанні сиропів і крохмалю);

створення нових сортів пива;

підвищенню колоїдної та смаковий стійкості пива.

При оцінці придатності зернового матеріалу в якості несоложеного сировини слід проводити порівняльний аналіз культур за вмістом у них крохмалю, некрохмалистих полісахаридів, білка та його фракцій, деяких амінокислот (проліну, метіоніну, цистеїну), поліфенолів, вітамінів (В1, В3, В7, Е) і мінеральних компонентів (К, Р, Mg, Zn, Fe, Са, Si).

Ячмінь

Ячмінь добре роздроблений і раніше додавали в кількості 6-10% до засипу, щоб поліпшити пенистость і підвищити повноту смаку пива. Позитивний вплив обумовлено було змістом більш високої частки гумміобразних речовин в сирому ячмені. Добавка роздробленого ячменю має значення при переробці перерастворенних солодів. Однак треба мати на увазі, що з оболонок ячменю в сусло переходять речовини, які при замочуванні і солодження ячменю частково усуваються. Це забруднення, які прилипли до поверхні зерна, дубильні і гіркі речовини з оболонок, які потрапляють в сусло і надають надалі пива різкий присмак. Роздрібнений ячмінь не можна довго зберігати, тому що він має більш високу вологість і швидко загниває. Екстракт з ячменю дешевший, ніж солодовий екстракт, оскільки немає необхідності у витратах, пов'язаних з соложеніе і втратами при ньому. Проте вихід екстракту ячменю нижче, ячмінна крупа і залишки ендосперму у лушпинні насилу розріджуються і різниця у виході екстракту, отриманого в лабораторії (74-79% в перерахунку на суху речовину) і в варочном відділенні, більше, ніж у солоду.

Ячмінь містить менше крохмалю, ніж рис і кукурудза, а також продукти їх переробки (рисова і кукурудзяна крупа), але при цьому температура клейстеризації ячмінного крохмалю знаходиться на більш низькому рівні (61-65 ° С) в порівнянні з цими культурами (70-80 ° С). У результаті при невеликій витраті ячменю і використанні солоду високої якості можна проводити затирання без отварок з додаванням цитолитических ферментів.

Ячмінь містить майже в 2 рази більше некрохмалистих полісахаридів, ніж рис і кукурудза, тому при використанні цього злаку відбувається збільшення кількості глюкозанов і пентозанов в суслі, які не зброджуються дріжджами. Їхня присутність у пиві негативно позначається на його колоїдної стійкості. Так, у холодній каламуті пива, поряд з білками і танинами, виявлені моно-і олігосахариди, в тому числі ксилоза, арабіноза, а також продукти гідролізу β-глюкану. Присутність у суслі некрохмалистих полісахаридів або продуктів їх неповного гідролізу β-глюканів і гуммівеществ) негативно позначається на швидкості його фільтрування.

Для більш повного гідролізу некрохмалистих полісахаридів використовують ферментні препарати з геміцеллюлазной активністю. Однак при надмірному гідролізі цих полісахаридів змінюється співвідношення між зброджують цукри в суслі в бік збільшення глюкози, що змінює хід бродіння і впливає на органолептичні властивості пива.

Застосування ячменю призводить до зниження продуктів гідролізу білка і, зокрема, амінокислот. З метою підвищення вмісту α-амінного азоту в суслі використовують протеолітичні ферменти, які також сприяють збільшенню виходу екстракту (на 2-7%). Разом з тим утворюються при затирання поліпептиди і пептиди змінюють величину співвідношення між фракціями А: В: С по Лундінгу. Тому при використанні ячменю необхідно поєднувати застосування ферментних препаратів зі зміною режимів затирання зернопродуктів.

Слід звернути увагу і на те, що ячмінь містить у 2-3 рази більше глобулінів в порівнянні з кукурудзою і рисом (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Співвідношення між фракціями білка (за Лундін) у суслі при використанні знежирених і незнежирених зернопродуктів кукурудзи

Глобулінової фракції білків ячменю характеризується високим вмістом β-глобуліну, який сприяє утворенню комплексів білок-білок, що негативно відбивається на колоїдної стабільності пива. Зниженню стійкості пива також сприяє високий вміст проліну в ячмені (табл. 1.2).

Таблиця 1.2 - Зміст амінокислот у зернових культурах (мг/100 г продукту, що містить 86% СВ)

З усіх несоложеним культур тільки ячмінь містить антоціаногени (АЦГ) - поліфеноли, які при нагріванні з соляною кислотою переходять в антоцианідини. АЦГ знаходяться головним чином у алейроновом шарі. Передбачається, що їх носієм є гордеіновая фракція ячмінних білків, отже, чим більше гордеїнів в ячмені, тим більше міститься в ньому АЦГ.

Рис

Рис належить до найбільш повноцінному крохмалистою сировини. Очищений рис - це чистий ендосперм рисового зерна, який під час очищення і шліфування звільнився від оболонок і частково від білків, жирів та інших баластних речовин. Склад рису, головним чином зміст білків і жирів, коливається в залежності від сорту і походження рису. Добре очищений і відшліфований рис містить зазвичай 11-12% води, 7-9% білків, 67-72% крохмалю, 0,5-1,0% жиру. Вихід екстракту в сухій речовині досягає 94%, вихід екстракту в варочном відділенні коливається від 80 до 83%. Крохмальне зерно рису - найменше із зернових культур. Солодові амілази впливають на нього дуже повільно, і тому обробка рису вимагає певної обережності і часу. При затирання з білків рису в розчин переходить лише невелика кількість, тому рис використовується для виробництва пива, стійкого до холодного і колоїдних помутнінь. Добавка рису знижує також колір сусла, що вигідно при виробництві експортних сортів пива, від якого зазвичай потрібно особливо світлий колір. Однак добавка рису трохи знижує повноту смаку пива; при переробці великих кількостей рису дріжджі втрачають аглютинаційний властивості. Хімічний склад рису представлений в табл. 1.3.

Таблиця 1.3 - Хімічний склад зерна рису в розрахунку на 100 г продукту, що містить 86% сухих речовин (За Скуріхін, 1987)

Рисова крупа - один з найбільш поширених замінників солоду завдяки високому вмісту крохмалю. Крохмальні гранули рису мають округлу / складову форму; діляться на великі 19-30 мкм) і маленькі (2-8 мкм), причому останні переважають. Вміст крохмалю у рисі, звільненому від полови оболонок, досягає 73-78% від СВ, в рисовому січки цей показник досягає 85-90% від СВ. Зміст амілози в рисовому крохмалі становить близько 17%, амілопектину 83%.

Температура клейстеризації рисового крохмалю коливається від 70 до 85 ° С в залежності від сорту. Тому α-амілаза солоду впливає на нього дуже повільно. У зв'язку з цим при значній частці несоложеного рису в засипу зменшується екстрактівность і збільшується тривалість оцукрювання.

У рисі, звільненому від плівок, вміст клітковини (целюлози) невелика - 0,3-0,4% (в плівках міститься до 40,2%). Кількість інших некрохмалистих полісахаридів також мало. У результаті при використанні рису в якості несоложеного матеріалу має місце збільшення стійкості і прозорості пива завдяки зниженню в заторі частки некрохмалистих полісахаридів і продуктів їх гідролізу.

У залежності від сорту масова частка білка в зерні рису після видалення мякинной (квіткової) оболонки коливається від 8,8 до 13,6% від СВ. У рисової січки рівень білка падає до 5-8% від СВ. До складу рисового білка входять альбуміни, глобуліни, проламіни і глютеліни, які у рису називають орізенінамі. Розподіл білків за фракціями в різних частинах зерна неоднаково: у периферійних частинах зосереджено підвищену кількість глобулінів і альбумінів. В іншій частині зерна переважають головним чином орізеніни, які не впливають на якість готового продукту, так як практично повністю переходять у дробину і білковий відстій після кип'ятіння сусла з хмелем. Низький вміст інших фракцій білка також гарантує фізико-хімічну стабільність пива, але при заміні солоду великою кількістю рису може спостерігатися зниження пеностойкость.

Амінокислотний склад зерна рису неоднаковий, що відображає його сортові особливості і умови вирощування. У табл. 1.4 наведено відомості про кількість деяких амінокислот (у білку рису і в цілому в продукті), що представляють інтерес в пивоварінні, з яких видно, що білки рису відрізняються високим вмістом дикарбонових кислот (глютамінової і аспарагінової), які несуть негативний заряд.

Таблиця 1.4 - Амінокислотний склад рису

Такий же заряд мають поліфеноли (дубильні речовини). Отже, білки рису не схильні з'єднуватися з поліфенолами і утворювати білково-дубильні комплекси. Крім того, кількість проліну в рисі, роль якого велика в освіті колоїдної каламуті, майже в три рази менше, ніж в ячмені, кукурудзі і пшениці (табл. 1.2). Також у зерні рису міститься значно менше в порівнянні з іншими культурами метіоніну і цистину, які подібно проліну беруть участь в утворенні білково-дубильних комплексів і комплексів білок-білок.

У пивоварінні переробляється дешева рисова січка: бите зерно, що утворилася в процесі обмолоту і поліровки рису. Не дивлячись на те, що рисова січка є відходом при поліруванні рису, контролювати її якість необхідно. Січка повинна мати чисті блискучі зерна без коричневих плям, тобто залишків плодової та насіннєвої оболонок. У ній не повинно міститися піску. Крім того, використовують рисову крупу, яку отримують шляхом розмелювання рису безпосередньо на підприємстві.

Переваги використання рису в якості несоложеного сировини складаються:

у високій екстрактивності до 97% від сухої речовини;

в малому вмісті розчинних білків, що забезпечує фізико-хімічну стабільність пива;

у сприятливому амінокислотним складом білка з точки зору хімічної стабільності пива;

в невисокому кількості жиру, що підвищує смакову стабільність пива;

у відсутності β-глобуліну і антоціаногенов, що позитивно відбивається на фізико-хімічної та смаковий стабільності пива.

У результаті при використанні рису:

збільшується вихід екстракту в варочном відділенні;

змінюється кольоровість пива і його смак;

підвищується колоїдна стійкість пива.

Рис зазвичай застосовують для приготування пива високої якості, з високою масовою часткою сухих речовин у суслі (> 13%).

Разом з тим слід враховувати й негативні сторони при заміні частини солоду рисом:

при підвищеному вмісті рису в заторі дріжджі втрачають здатність до флокуляції;

добавка рису трохи знижує повноту смаку кінцевого продукту;

невелика кількість білка в рисі та погане розчинення при затирання може призвести до зниження вмісту α-амінного азоту в суслі, що відіб'ється на інтенсивності головного бродіння, тому не рекомендується перевищувати частку рису в засипу більше 20%.

Кукурудза

Кукурудза - це теж хороший замінник, який однак не повинен застосовуватися в необробленому вигляді. Вона містить 4-6% жиру, який легко прогоркает і разом з гіркими речовинами з оболонок справляє негативний вплив на смак пива. Тому кукурудза очищається, звільняється від оболонок і зародків, містять найбільшу кількість жиру. На варіння кукурудза надходить у вигляді кукурудзяної крупи, яка містить лише 1-2% жиру. Склад кукурудзяної крупи коливається в залежності від сорту і походження кукурудзи. Вологість її дорівнює 12-14%, вміст білків 9-10%, крохмалю 60-66%. Екстрактівность кукурудзяної крупи майже така ж, як екстрактівность хорошого солоду. Стверджують, що добавка кукурудзи підвищує повноту смаку пива. За Люерсу, при затирання в розчин переходить лише невелика кількість кукурудзяного білка, а за Віндіш, при варінні він коагулює. Отже, на смак пива впливають інші компоненти.

Багато кукурудзи переробляється насамперед у США, використовується вона і в інших країнах, де високий рівень її виробництва. Думки щодо придатності кукурудзи як замінник солоду різні. Зберігання кукурудзяної крупи необхідно приділяти підвищену увагу з-за високої вологості та наявності жиру.

Вміст крохмалю в кукурудзі в середньому становить 66% від СВ злаку. Він розподіляється наступним чином: у ендоспермі (80-86%), зародку (9-11%), оболонці (6-9%).

Гранули крохмалю кукурудзи мають округлу багатокутну форму, розмір крохмальних гранул в основному складає 10-15 мкм. Маленький розмір гранул визначає порівняно високий температурний інтервал клейстеризації (70-80 ° С). Разом з тим є підвиди кукурудзи, крохмаль якої клейстерізуется при більш низьких температурах 60-70 ° С.

Ендосперм кукурудзи, на відміну від ячменю, складається з борошнистого і рогоподібними, що розрізняються по своїх властивостях. У пивоварінні, з точки зору влаготепловой обробки, більш кращий борошнистий ендосперм.

Крохмаль кукурудзи складається з двох вуглеводневих фракцій: амілози (21-23%) і амілопектину (78-81%). Таким чином, кукурудза належить до тих зернопродуктів, в яких співвідношення амилоза / амилопектин близько до оптимального значення 20/80. Необхідно зазначити, що зміст амілози і амілопектину в крохмалі кукурудзи може змінюватися в залежності від сорту злаку. Так, в крохмалі воскоподібний кукурудзи повністю відсутня амилоза, в той же час є підвиди, у яких містить до 82% амілози.

Некрохмалисті полісахариди кукурудзи представлені целюлозою (клітковиною), геміцелюлозою, пентозанами і β-глюканів. Вміст клітковини коливається від 0,7 до 2,2%, пентозанів - від 4,2 до 6,2%. Водорозчинні β-глюкан містяться в кількості 0.06-1,13% від СВ ендосперму.

З порівняльного аналізу видно, що вміст некрохмалистих полісахаридів в кукурудзі в цілому менше, ніж в ячмені. Отже, використання кукурудзи в технологічному процесі затирання сприяє зниженню в'язкості сусла, зменшення кількості несбражіваемих цукрів і зниження ймовірності виникнення помутніння в пиві, причиною якого є наявність проміжних продуктів гідролізу некрохмалистих полісахаридів.

Вміст білка в кукурудзі в залежності від сорту коливається в межах 8-12% від СВ, велика їх частина (75%) міститься в ендоспермі і зародку (12%). Дуже мало білка в перікарпе (плодової оболонці).

Білки кукурудзи в основному містять спирто-і щелочерастворімие фракції (табл. 1.1), які мають ізоелектрична точку при величині рН 5,7 і переходять в нерозчинний стан при кип'ятінні сусла з хмелем.

Таблиця 1.5 - Хімічний склад зерна кукурудзи й кукурудзяної крупи в розрахунку на 100 г продукту, що містить 86% сухих речовин (За Скуріхін, 1987)

Особливістю білка кукурудзи є низький вміст у ньому альбумінів і глобулінів. Так, кількість глобулінів в кукурудзі майже в три рази нижче, ніж в ячмені. Отже, пиво, отримане з застосуванням кукурудзи, містить менше β-глобулінів, що позитивно відбивається на його фізико-хімічної стійкості. З іншого боку, глобуліни сприяють утворенню якісної мелкоячеистой піни, тому надлишок кукурудзи в заторі може призвести до зниження пеностойкость.

Таким чином, білки кукурудзи мало розчиняються, більша їх частина осідає при кип'ятінні сусла з хмелем, що позитивно позначається на колоїдної стійкості пива. Крім того, білки кукурудзи погано набухають і не утворюють клейковини. Ці особливості білкових фракцій кукурудзи роблять її більш кращим несоложеним матеріалом в порівнянні з ячменем.

Слід зазначити, що білковий склад сусла залежить від того, чи використовується при приготуванні пива знежирена або незнежирена крупа. Так, сусло, отримане з незнежиреної кукурудзяної крупи, характеризується меншим вмістом білка, ніж сусло із знежиреної кукурудзяної муки. Більш високий вміст азотистих речовин в другому випадку пов'язане з видаленням зародка від ендосперму. У знежиреному зерні збільшується частка водо-і солерозчинних білків, які при водно-тепловій обробці переходять у розчинений стан, і при кип'ятінні сусла з хмелем частково переходять в Бруха.

Вміст проліну та інших сірковмісних амінокислот у кукурудзі не значно нижче, ніж в ячмені (табл. 1.2). Отже, з цієї точки зору немає відмінностей у переробці ячменю і кукурудзи. Зміст фенілаланіну і валіну у всіх злаках приблизно однаково (табл. 1.4 та 1.6), тому не буде різниці в синтезі фенілетанола і карбонільних сполук при зброджуванні сусла, отриманого з цими несоложеним матеріалами.

Таблиця 1.6 - Зміст амінокислот в зерні кукурудзи

У пивоварінні кукурудзу використовують після попереднього видалення зародка у вигляді кукурудзяної крупи (табл. 1.5 і 1.7) або кукурудзяних пластівців. З точки зору збереження властивостей продукту переважно застосовувати кукурудзяну крупу, яка завдяки високому вмісту токоферолів може зберігатися значно довше, ніж крупи з інших злаків, наприклад у рисі (табл. 1.3 і 1.5).

Таблиця 1.7 - Біохімічна характеристика кукурудзяної крупи (за Якушевой В.А.)

Як правило, частка кукурудзяних зернопродуктів становить 25-40% від засипу, проте в Російських сортах пива лише 10-20% солоду замінюють кукурудзою. Встановлено, що співвідношення ячмінного солоду і кукурудзяних зернопродуктів позначається на вуглеводному складі сусла, змінюючи величину відношення глюкоза: мальтоза: мальтотріоза у бік збільшення частки глюкози в суслі (табл. 1.8).

Таблиця 1.8 - Вплив складу затору на вуглеводний склад сусла

При розробці технології затирання з кукурудзою слід звернути увагу:

1. На більш високу, у порівнянні з ячменем, температуру набухання і клейстеризації крохмалю (більше 70 ° С, зазвичай 80-120 ° С). Це передбачає попереднє розрідження кукурудзяного крохмалю (одноотварочний спосіб затирання). Чим повільніше нагрівається кукурудзяний затор, тим легше відбувається набухання крохмальних зерен; в результаті клейстеризації досягається при більш низькій температурі (70-80 ° С). Поглинання води крохмальними зернами кукурудзи в залежності від температури становить:

50 ° С - не набухає;

60 ° С - поглинається 300% води;

70 ° С - поглинається 1000% води;

80 ° С - поглинається 2500% води.

2. На низький вміст білка і перехід більшої частини білків кукурудзи в процесі затирання в дробину. У зв'язку з цим сусло, отримане з застосуванням кукурудзи, містить менше, ніж солодове сусло, розчинного азоту, а отже, амінного азоту, який необхідний для життєдіяльності дріжджів в процесі головного бродіння пива. Так, використання 30%-ної кукурудзяної крупи в заторі призводить до зниження кількості α-амінного азоту на 30%. Отже, при використанні погано розчиненого солоду при приготуванні заторів з кукурудзою слід застосовувати протеолітичні ферменти (наприклад, нейтразу або церемікс).

При додаванні кукурудзи в засип використовують такі способи затирання:

настойний (інфузійний) з попередньою спільної підготовкою несоложеним частини (до 30-50% кукурудзи і 15% солоду);

настойний з попередньою підготовкою несоложеним частини із застосуванням термостабільної α-амілази.

Додавання кукурудзи в засип позитивно позначається на показниках якості пива:

знижується кольоровість пива;

підвищується колоїдна стійкість пива зважаючи на зниження вмісту в ньому поліфенолів і β-глобулінів;

пом'якшується смак пива.

Хміль

Хміль - друге після солоду основне пивоварне сировину. З точки зору технології найважливішою частиною хмелю є: гіркі речовини, зосереджені переважно в лупулин (хмелевою борошні), надають пиву характерний гіркий смак і мають антисептичні властивості; хмелеві дубильні речовини, які при кип'ятінні сусла з хмелем осаджують білки, і тим самим сприяють утворенню Бруха ; Хмельове ефірне масло, яке є головним компонентом аромату хмелю, який характерний для окремих видів хмелю і для різних галузей його вирощування.

Серед сортів хмелю різняться районні та селекційні сорти. Районні сорти виникли з місцевих сортів шляхом багаторічного відбору у певній галузі вирощування. Селекційні сорти отримані шляхом селекції чи схрещування. У сортів, виведених селекцією і вегетативним розмноженням, розрізняються популяції і клони. Шляхом схрещування чи схрещування і вегетативного розмноження отримують гібриди, які є облагороженими сортами. У культурного хмелю налічується близько 100 сортів. У практиці обробітку, як вже було сказано, хміль поділяється за кольором лози на червоні та зелені сорти; перехідним типом є Напівчервоне. Червоні сорти мають лозу, забарвлену антоціанових барвником, від червоного до червоно - фіолетового кольору. Вони ростуть досить швидко і тому бувають ранні та полуранніе. У червоних сортів хмелю шишки світло-зеленого кольору, яйцеподібної форми і добре закриті. Вони багаті лупулином, які мають хороший хмільний аромат. З агротехнічної точки зору червоні сорти хмелю мають недолік, що полягає в тому, що шишки їх швидко перестигають і відкриваються, в результаті чого при несвоєчасній прибирання відбуваються втрати лупулин. Зелені сорти мають зелену лозу. Ці сорти ростуть повільніше і тому пізніше дозрівають. Шишки у них теж світло-зелені, але більші. Лупулин утворює більші зернятка, має червонуватий колір і запах його гостріше. Оскільки якість такого хмелю гірше в порівнянні з червоними сортами і не врівноважується деякими його агротехнічними перевагами, то зелені сорти, як правило, відбраковуються. Напівчервоне сорти мають лозу майже зеленого кольору з червоними черешками листя. Їх значення допоміжне.

Найважливішою складовою частиною хмелю є група речовин, до яких відносяться хмелеві смоли, дубильні речовини і ефірне масло, що беруть участь у технологічному процесі при виробництві пива. Крім них хміль містить речовини другорядного значення, які беруть участь у процесі в незначній мірі або взагалі не беруть участь. Як натуральний продукт хміль завжди містить воду.

Свежесобранний хміль містить велику кількість води (близько 75%) і тому не може зберігатися в первісному вигляді. Після штучної сушки при низьких температурах до 45 - 50 ° С хміль зазвичай містить 10 - 14% води. Допускається при прийманні вміст води не більше 16% з відповідною знижкою на масу поставляється хмелю. При вмісті води нижче 10% хмелеві шишки легко розкриваються і в результаті цього відбуваються втрати лупулин внаслідок випадання його. Хміль з вмістом води вище 15% не придатний для зберігання, він легко подопревает і пліснявіє.

Хмелеві смоли є основною і з технологічної точки зору найбільш важливою складовою частиною хмелю. Вони розчиняються в етиловому ефірі, яким виділяються при конвенційному аналізі хмелю. Після випарювання ефіру із залишків при розчиненні в метанолі виходить фракція, що містить всі хмелеві смоли. Вони в свою чергу діляться на м'які смоли, розчинні в н-гексані, і тверді смоли, нерозчинні в н-гексані. Гіркі речовини, присутні в пиві, виходять з вихідних хмельова смол. Частково вони утворюються в результаті прямого окислення хмельова смол в кінцевій фазі вегетаційного періоду і, головним чином, при сушінні й зберіганні хмелю; незначні частки їх проходять через весь пивоварний процес без змін і опиняються в готовому пиві. Основні фракції гірких речовин утворюються непрямим шляхом при обробці хмелю в процесі пивоваріння, переважно при кип'ятінні його; деякі з утворених фракцій тотожні продуктів прямого окислення.

α-гіркі кислоти (гумулон). Основною складовою частиною α-гірких кислот є гумулон. Його формула і формула інших відомих аналогів виводиться із загальної формули α-гірких кислот заміщенням R (радикала) в положенні С2 бензольного ядра. Окремі аналоги відрізняються один від одного структурою, а саме бічний аціловой ланцюгом при тому атомі вуглецю, який біля гумулон - ізовалеріанової, у когумулона - ізобутіріловий і у адгумулона - α-метілмасляная і т.д.

β-Гіркі кислоти (лупулон). У ряді β-гірких кислот у більшості сортів хмелю головною складовою частиною є лупулон. Аналоги виводяться із загальної формули β-гірких кислот точно так само, як аналоги гумулон, і мають такі ж бічні ланцюги.

Хмелеві дубильні речовини утворюють порівняно з солодовими дубильними речовинами більш численну групу. Вони краще розчиняються у воді, більш реакційноздатні та, отже, менш стабільні. Смакові відмінності випливають з різного ступеня дисперсності. Хмелеві дубильні речовини завдяки більш легкої окислюваності і більшої відновлювальної здатності, а також більшої активності в осадженні білків оберігають хмелеві смоли, головним чином α-гіркі кислоти, від окислення і утворення комплексів. Своїм дегідратаційної впливом вони сприяють осадженню в інших випадках неосаждаемих білків. У зв'язку з цим вони діють як стабілізуючий реагент. Значна частина хмельова дубильних речовин відноситься до групи флавоноїдів. У хмелі, як правило, присутні глікозиди.

Типовим представником цієї групи є кверцитрин, тобто рамнозу кверцетину. Далі сюди відносяться кемпферітрін, міріцітрін та інші тріглікозіди і поліглікозіди.

Флавонол (кверцитрин) - це 3-гідроксіфлавон. В якості цукрового компоненту він містить рамнозу кверцитрин, ізокверцітрін глюкози і рутин β-L-рамнозид-6-глікозил.

Хмельове ефірне масло надає хмелю характерний аромат, який переходить у пиво в незначній кількості.

І хоча Хмельове ефірну олію з цієї точки зору має другорядне технологічне значення, воно відіграє велику роль при торговій оцінці хмелю.

Це пояснюється тим, що тонкий характерний аромат хмелю є ознакою високої якості його і певною мірою характеризує походження хмелю. Нові дані підтверджують тісний зв'язок між хмельовим ефірним маслом і гіркими речовинами.

Вода

Вода є в пивоварної промисловості дуже важливою сировиною завдяки своєму впливу на якість пива і широкого використання її в пивоварному виробництві. Виробнича вода використовується в солодівні, в котельні, для охолодження сусла в холодильниках і в конденсаторах холодильних машин, для миття та чищення головним чином у бродильному і табірному відділеннях, а також у мийному і розливному відділеннях. Характерно, що для приготування пива потрібна невелика частина води по відношенню до загальної кількості споживаної води, яке в 10 разів і більше перевершує виробництво пива на рік.

Природна вода - це сильно розбавлені розчини солей, іноді і деяких газів, що містять суспендовані неорганічні і органічні речовини і мікроорганізми. Зміст мінеральних речовин у воді якісно залежить від геологічного характеру місцевості, який визначає хімічний склад шарів, через які вода проходить. Від фізичних властивостей цих шарів залежить і ефект природної фільтрації води як з фізичної точки зору (суспендовані речовини), так і з біологічної (мікроорганізми).

Природна вода звичайного складу містить поряд з іонами H + і ОН-катіони Ca +, Mg2 +, Na +, К +, Fe2 + і Fe3 +, Al3 +, Mn2 +, NH4, аніони: ОН-, HCO3-, SO42-, Сl-, SiO22-, NO3 , NO2-та ін

Іони H + і ОН-завжди знаходяться у воді, але самі не впливають на зміну кислотності (рН). Ca +, Mg2 +, HCO3-є у всякій природній воді, причому Ca + у більш високій, ніж Mg2 +. У різних концентраціях знаходяться Na +, Сl-і SO42. К + дуже рідко у високій концентрації. Солі кременевої кислоти можуть бути в двох станах - у вигляді іонів у недиссоциированной стані, у останньому випадку наявність кремнієвої кислоти часто зумовлює помутніння води. Залізо у воді міститься зазвичай у вигляді солей двовалентного заліза (Fe2 +) і головним чином у вигляді кислого вуглекислого заліза [Fe (HCO3) 2] супроводжуючись іноді невеликими концентраціями солей алюмінію і марганцю.

Визначувані кількості (не сліди) NH4 і NO2-, так само як солі фосфорної кислоти, зустрічаються у воді в разі сильного бактеріального забруднення. Це є показником гниття органічних азотистих речовин; аміак спочатку окислюється в азотисту кислоту (її солі), а потім у азотну. Наявність солей азотної кислоти при відсутності азотистої не є показником бактеріального забруднення.

З газів у воді знаходяться вуглекислота, кисень, сліди сірководню (наявність H2S теж вказує на процеси розкладання органічних речовин). Вільна CO2 володіє корозійними властивостями.

Сольовий склад води, змінюючи кислотність затору та пивного сусла, впливає на біохімічні процеси пивоваріння і тим самим на якість готового продукту. З цієї причини до якості води у пивоварінні пред'являються більш високі вимоги, ніж до доброї питної воді. Для поліпшення її технологічних якостей при виробництві світлих сортів пива допускається застосування харчової молочної кислоти і кухонної солі, вільної від шкідливих домішок гіпсу.

Всі технологічні процеси приготування пива протікають у слабокислой середовищі, так як в лужному середовищі створюються несприятливі умови для протікання ферментативних процесів при осахаривании. З цієї причини лужна вода з великим вмістом карбонатів і бікарбонатів, непридатна для пивоваріння. Для цієї мети необхідна вода з невеликим вмістом сірчанокислих і хлористих солей. Підвищена концентрація цих солей погіршує смак пива; жорсткість води впливає також і на його колір. Практикою встановлено, що там, де для приготування пива використовується м'яка вода, виходить світле пиво з ніжною хмільною гіркотою та ароматом; застосування жорсткої води дає темне пиво з більш сильною і грубої хмільною гіркотою. У зв'язку з цим для виробництва світлих сортів пива вживають воду м'яку або середньої жорсткості. Жорстка вода може бути використана для отримання світлих сортів пива тільки після її попереднього зм'якшування або підкислення молочною кислотою під час затирання.

Для виробництва темних сортів пива може бути використана й жорстка - вода без будь-якої обробки, так як темний солод має велику кислотність і містить велику кількість фосфатів і амінокислот, що мають значний буферним дією і цілком компенсують негативна дія карбонатів води.

Для замочування солодового зерна в пивоварінні найбільш придатна вода з низьким вмістом хлоридів і сульфатів. Хлориди кальцію, магнію і особливо натрію уповільнюють процес проростання; гіпс, вступаючи в обмінну реакцію з дубильними речовинами зерна, знижує їх розчинність. Крім того, кальцієві солі утворюють плівки в оболонці зерна і ускладнюють процес замочування. Разом з тим кальцієві солі, особливо карбонати, сприяють вилуговування гірких речовин і поліпшують смак солоду. Вміщені у воді сполуки заліза дають опади, а з дубильними речовинами зерна вони утворюють малорозчинні сполуки бурого кольору.

Дріжджі

Дріжджі є одноклітинними мікроорганізмами, які можуть отримувати свою енергію в присутності кисню (аеробно) шляхом дихання і під час відсутності кисню (анаеробно) шляхом бродіння. Сахара сусла при виробництві пива зброджуються дріжджами на спирт. Для цього в пивоварінні застосовують дріжджові гриби виду Saccharomyces cerevisiae. Вибрані штами цих дріжджів систематично розводяться у вигляді чистої культури і вирощуються як пивні дріжджі. Інші штами цих дріжджів використовуються як пекарські, спиртові або винні. Так як дріжджі не тільки здійснюють спиртове бродіння, але своїм обміном речовин надають і великий вплив на смак і характер пива, то знання компонентів дріжджів, їх метаболізму і розмноження має велике значення. Різні види і раси культурних дріжджів мають ряд характерних ознак.

Дріжджі застосовують у пивоварінні у вигляді густої маси, що складається з мільярдів дріжджових клітин, що існують незалежно один від одного. Ці клітини мають форму від овальної до круглої, довжину - від 8 до 10 мкм і ширину - від 5 до 7 мкм. Дріжджова клітина складається приблизно на 75% з води. Суха речовина має склад, що змінюється в певних межах, а саме:

білкові речовини від 40 до 60%;

вуглеводи жири (ліпіди) від 25 до 35%;

мінеральні речовини від 4 до 6%.

Мінеральні речовини складаються з (на 100 г СВ, приблизно):

2000 мг фосфатів;

2400 мг калію;

200 мг натрію;

20 мг кальцію;

2 мг магнію;

7 мг цинку і слідів заліза, марганцю і міді.

Крім того, дріжджі містять ряд вітамінів, серед яких: тіамін (В1) 8-15 мг на 100 г СВ дріжджів; рибофлавін 2-8 мг, нікотинова кислота 30-100 мг, фолієва кислота 2-10 мг, пантотенова кислота 2-20 мг, піридоксин 3-10 мг, біотин 0,1-1 мг.

Кожна дріжджова клітина складається з клітинної плазми (цитоплазма, цитозолі), яка оточена клітинною мембраною і в якій знаходиться ряд органел, що забезпечують реакції обміну речовин. При цьому найважливішою органели є, природно, клітинне ядро (Нуклеус) - керуючий центр клітини. Воно оточене подвійним пористою мембраною ядра, замкнутої, але пористої. Ядро клітини містить основну речовину (плазму), матрицю ядра і хромосоми. У них кожна клітина зберігає свій структурний план, закодований у формі генів. Гени побудовані з полімерної молекули, дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), інформаційний обсяг якої становить 109-1010 біт. ДНК керує всіма процесами обміну речовин, росту і розвитку клітини У ядрі клітини розміщено також ядерце (nucleolus), що складається з рибонуклеїнової кислоти.

1.2 Затирання

Затирання - найважливіший процес при виробництві сусла. При затирання помел і вода перемішуються (затираються), компоненти солоду переходять в розчин і стають речовинами екстракту. При затирання вирішальне значення набуває процес перетворення речовин.

1.2.1 Мета затирання

Більшість компонентів подрібненого солоду не розчиняються самі по собі, а в пиво можуть перейти лише розчинні речовини. Тому при затирання необхідно перевести нерозчинні речовини помелу в розчинні. Всі речовини, що переходять у розчин, називаються екстрактом. Розчинними речовинами є, наприклад, цукру, декстрини, мінеральні речовини і певні білки. До нерозчинним речовин відносяться крохмаль, целюлоза, частина високомолекулярних білків та інші сполуки, які після закінчення процесу фільтрування залишаються у вигляді дробини. По економічних міркуваннях більшість нерозчинних сполук намагаються перевести в розчинні, щоб отримати якомога більше екстракту. Це виражається такими параметрами, як вихід варильного цеху і зміст екстракту в дробини. Проте має значення не тільки кількісний вміст, а й якість екстракту, тому що присутність певних сполук (наприклад, дубильних речовин з оболонок) дуже небажано, тоді як інші сполуки (наприклад, певні цукру або продукти розщеплювання білків) абсолютно необхідні.

Мета затирання полягає в тому, щоб розщепити крохмаль на цукор а і розчинні декстрини без залишку. При цьому утворюються й інші екстрактивні речовини. Основна кількість екстракту утворюється при затирання насамперед завдяки дії ферментів, які можуть діяти при оптимальних для них температурах

1.2.2 Перетворення речовин при затирання

Розщеплення крохмалю

Найважливішою складовою частиною пива є спирт, що утворюється при бродінні з цукрів. Тому попередньо необхідно розщепити крохмаль до мальтози, поряд з нею завжди утворюються проміжні продукти - несбражіваемие декстрини. Крохмаль повинен бути без залишку розщеплений до цукрів і декстринів, не офарблюються йодом. Повне розщеплення необхідно з економічних міркувань, крім того, залишки нерасщепленной крохмалю викликають в пиві клейстерний помутніння. Розщеплення крохмалю здійснюється в три стадії послідовно переходять одна в іншу. Послідовність їх незмінна: клейстеризації; розрідження; осахаривание.

Клейстеризації

У теплому водному розчині в молекулах крохмалю в більшій кількості накопичується вода. Через це відбувається збільшення обсягу, що приводить до набухання і подальшого розриву спочатку твердих зерен крохмалю. Утворюється в'язко-текучий розчин, в'язкість якого залежить від обсягу поглиненої води і розрізняється для різних видів зернових. Наприклад, рисовий крохмаль набухає значно сильніше, ніж солодовий. Цей процес, при якому розщеплення речовин не відбувається, називається клейстеризації. Так як клейстерізованний крохмаль не містить твердих крохмальних зерен, то що містяться в рідині (тобто в заторі) ферменти можуть на нього впливати безпосередньо.

Розщеплення ж неклейстерізованного крохмалю триває багато добу. Під клейстеризації розуміють набухання і розрив оболонки зерен крохмалю в теплому водному розчині. Вивільнені молекули крохмалю в цьому в'язкому розчині краще піддаються дії амілаз, ніж неклейстерізованний крохмаль. Температури клейстеризації різні для кожного виду зернових: крохмаль солоду та ячменю клейстерізуется у присутності амілаз при 60 ° С, рисовий крохмаль - при 80-85 ° С.

Оцукрювання

α-амілаза розриває ланцюжка амілази і амілопектину головним чином на декстрини з 7-12 глюкозним залишками. Від кінцевих груп утворилися ланцюжків β-амілаза відщеплює подвійні групи (мальтозу). Цей процес неминуче триває довше, ніж поділ більш довгих ланцюжків α-амілазою. Із-за різної довжини ланцюжків крім мальтози утворюються і інші цукри, глюкоза і мальтотріоза. У всіх випадках розщеплення речовин зупиняється на 2-3 глюкозних залишках перед 1,6-сполуками амілопектину, так як ці 1,6-з'єднання не можуть бути розщеплені ні α-, ні β-амілазою. Ці граничні декстрини завжди містяться в нормальному суслі. У солоді, правда, міститься фермент (гранична декстріназа), який здатний розчиняти крім 1,4-з'єднань також і 1,6-з'єднання, але при оптимальній для цього ферменту температурі в 50-60 ° С він навряд чи має значення для процесу набуття осахаренного затору. При 70 ° С виявляється лише слабка активність граничної декстрінази. При розщепленні крохмалю амілазами солоду відбувається наступне.

α-амілаза розщеплює довгі ланцюжки крохмалю до більш коротких декстринів. Вона діє оптимально при 72-75 ° С і швидко руйнується при 80 ° С. Оптимальне значення величини рН складає 5,6 - 5,8. Β-амілаза відокремлює від нередуцірованних решт ланцюжків мальтозу, при цьому утворюються також глюкоза і мальтотріоза. Вона діє оптимально при 60-65 ° С і дуже чутлива до більш високих температур; вже при 70 ° С вона швидко інактивується. Оптимальне значення рН складає 5,4-5,5. Розщеплення крохмалю слід контролювати, так як залишок не розщепленого крохмалю і більші декстрини викликають в пиві клейстерний помутніння.

Утворені при затирання продукти розщеплення крохмалю істотно розрізняються за сбражіваемості пивними дріжджами. Так, наприклад, декстрини НЕ зброджуються; мальтотріоза зброджується усіма сильно зброджують штамами дріжджів, але мапьтотріоза розщеплюється дріжджами лише тоді, коли зброджено мальтоза, а саме при доброжуванні (цукор доброджування).

Мальтоза та інші дисахариди зброджуються дріжджами добре і швидко (цукор головного бродіння).

Глюкоза піддається дії дріжджів в першу чергу (цукор забражіванія).

Розщеплення білкових речовин

Всі (високомолекулярні) протеїни за винятком невеликої кількості випадають в осад найпізніше при кип'ятінні сусла. Тому в пиво потрапляють тільки продукти розщеплення, які, проте, безумовно, необхідні для розмноження дріжджів і швидкого зброджування.

Ферментативне розщеплення білкових речовин повинно розглядатися диференційовано, так як: при 45-50 ° С о більшою мірою утворюються низькомолекулярні продукти розщеплення, особливо пептиди і амінокислоти, і при 60-70 ° С більшою мірою утворюються високомолекулярні продукти розщеплення, які вважаються забезпечують пеностойкость. Амінокислоти мають велике значення для харчування дріжджів. Дріжджі споживають як мінімум 10-14 мг α-амінного азоту на 100 мл сусла. Так як амінокислота пролін як постачальник α-амінокислоти для дріжджів не використовується, то в суслі повинно міститися α-амінного азоту не менше 20 мг/100 мл. Якщо цього значення не вдасться забезпечити, то це призводить: до зниження швидкості розмноження дріжджів; до гальмування процесів бродіння і дозрівання; до збереження в пиві небажаних речовин, які надають йому букет молодого пива.

З добре розчиненого солоду завжди отримують сусло, що містить достатню кількість α-амінокислот. Зрозуміло, якщо додавати несолодженого сировину, цукор або сироп, то це не додає у сусло амінокислот, і слід проводити амінокислотну паузу при 45-50 ° С. Однак якщо застосовувати добре розчинений солод, то заради освіти низькомолекулярних продуктів розщеплення білків не має сенсу витримувати паузу при 45-50 ° С. Тривала пауза при 45-50 ° С завжди дає в подальшому погану піну.

1.2.3 Початок затирання

Під початком затирання розуміють процес, що включає в себе можливо більш ретельне перемішування помелу (засипу) з водою (наливом) за потрібної температури початку затирання.

Гідромодуль, тобто співвідношення засипу і головного наливу є дуже важливим фактором, оскільки він визначає концентрацію першого сусла. Можна вважати, що при гідромодуль 1:3. Природно, затор готують гущі, ніж необхідна екстрактівность початкового сусла, а саме з екстрактивністю перший сусла 16-20%, щоб потім можна було направити через дробину кількість води, достатнє для її вилуговування і одночасного розбавлення сусла до необхідної масової частки сухих речовин. Тим самим від гідромодуля при затирання залежить склад сусла і тип пива. Для світлого пива слід вибирати в загальному більший гідромодуль, тобто 300-400 л/100 кг засипу.

Тим самим досягають прискорення ферментативних реакцій. Для темного пива вибирають більш густий гідромодуль, тобто 300-350 л/100 кг засипу. Цим досягають того, що ароматичні речовини солоду можуть шляхом карамелізації утворитися в заторі у збільшеній кількості. Обсяг затертого помелу становить 70-80 л/100 кг засипу.

1.3 Способи затирання

Процес затирання полягає в тому, що температуру затору піднімають до оптимальних температур для дії тих чи інших ферментів, і потім витримується пауза. Паузи задаються при наступних оптимальних для ферментів температурах:

45-50 ° С - білкова пауза і пауза для розщеплення β-глюкану;

62-65 ° С - мальтозна пауза;

70-75 ° С - пауза для оцукрювання;

78 ° С - температура закінчення затирання.

По виду підвищення температури розрізняють дві групи способів затирання:

настойний (інфузійний) спосіб;

отварочний (декокціонний) спосіб.

При інфузійному способі весь затор при підтримці пауз послідовно нагрівається до температури закінчення затирання, причому частини затору не кип'ятять.

При способі з отваркамі температура підвищується завдяки тому, що частина затору (отварку) відокремлюють і кип'ятять. За зворотного перекачування до решти затору температура всього затору підвищується на наступний щабель температурної обробки.

При виборі способу затирання слід розглянути ряд точок зору на приготування затору і сусла, які б за своїм складом відповідали бажаного типу пива. Це стосується, наприклад, змісту зброджують цукор, що визначає кінцевий ступінь зброджування, або забезпечення достатньо високого рівня високомолекулярних білків для досягнення повноти смаку і пеностойкость пива. Саме обраний спосіб затирання дає хорошу можливість впливати на характер пива.

1.3.1 Настойние способи

Простою групою серед способів затирання є настойние, так, як при застосуванні цих способів весь затор ніколи не розділяється. Нагрівання всього затору здійснюють поступово, з витримуванням температурних пауз, необхідних для дії ферментів. Для настойного способу затирання потрібна лише одна обігрівається ємність. Так як затор не перекачує, поглинання повітря мінімально, що є позитивним чинником, оскільки кисень при затирання веде до окислення поліфенолів, а з ними - і до розмивання смаку, більш високої кольоровості готового пива. При інфузійному способі велику роль відіграє ефект перемішування. Мішалка повинна мати можливість пристосовуватися до відповідної стадії процесу затирання завдяки електродвигуну приводу мішалки з перемиканням полюсів і двома швидкостями чи повинна бути можливість для плавного регулювання. При цьому зростає значення конструкції лопаті мішалки. Якщо при дотриманні паузи мішалку виключають, то збільшується час оцукрювання і фільтрування затору, а вихід екстракту погіршується, так як утворюється перепад температур, що погіршує перехід екстрактивних речовин в сусло і утруднює роботу ферментів.

1.3.2 Отварочние способи затирання

Спільним для отварочних способів затирання є те, що частина затору відбирають і кип'ятять. Після зворотного перекачування температура всього затору підвищується. За кількістю цих отварок розрізняють три-, дво-і одноотварочний способи затирання. Останнім часом ми маємо справу із загальною тенденцією до зменшення числа отварок.

Відбір і кип'ятіння отварок надає наступну дію:

через швидке нагрівання білки тієї частини затору, яку кип'ятять, менше розщеплюються;

підвищується ступінь клейстеризації і розрідження крохмалю;

відбувається більш сильне вилуговування речовин, що містяться в полову оболонках;

утворюється більше меланоидинов;

посилено випаровується діметилсульфід;

відбувається зменшення вмісту ферментів в об'єднаному заторі;

дещо збільшується вихід варильного цеху.

У зв'язку з кип'ятінням затору при отварочних способах споживається більше енергії (в середньому на 20%.), Ніж при використанні настойних способів. Підвищений витрата теплової енергії в отварочних способах пов'язаний з більшою тривалістю процесу в цілому, випаровуванням води при кип'ятінні та додатковою витратою електроенергії з-за роботи насосів при перекачуванні.

Отварка

Для протікання процесів розщеплення при затирання особливе значення має використання певного виду та кількості отварок: якщо вимкнути мішалку, то тверда фаза затору, густий затор, осідає на дні ємності, тоді як рідка фаза затору, рідкий затор, збирається в її верхній частині. Рідкий затор можна відібрати за допомогою декантатора поплавкового типу.

Щоб витягти ще залишилися цілими частки крохмалю, густий затор слід кип'ятити. Рідкий затор кип'ятити не слід, так як він насичений перейшли в розчин ферментами як отваркі використовують по можливості найбільш густу частину затору. За зворотного перекачування затору (з'єднанні отваркі й основної частини затору) для збереження ферментів в об'єднаному заторі при постійному помішуванні перекачують отварку в основну частину затору, і ніколи не надходять навпаки.

Щоб виключити непотрібний шкідливий контакт затору з повітрям, в даний час при перекачуванні не допускається об'єднання затору шляхом подачі отваркі зверху; зворотний перекачування здійснюють шляхом подачі затору у міру можливості знизу.

Обсяг отварок, відбираються для кип'ятіння, встановлюється таким чином, щоб підняти температуру об'єднаного затору до бажаної. Цей обсяг відомий з досвіду пивоваріння і становить від 1 / 3 до 1 / 4 від загального обсягу затору. При зміні способу затирання обсяг отварок можна розрахувати за наведеною нижче формулою. При цьому виходять з того, що температуру отваркі після кип'ятіння краще знизити шляхом охолодження до 90 ° С.

(1.1)

При кип'ятінні всі ферменти інактивуються, але для повного розщеплення крохмалю потрібні амілази, які залишаються в основній частині затору, неподвергавшейся кип'ятіння. Тому кип'ятити весь затор не слід. Певну роль відіграє тривалість кип'ятіння, оскільки при її збільшенні розчиняється більше крохмалю. Так як кип'ятіння пов'язано з певним споживанням енергії і високими витратами, тривалість кип'ятіння завжди в необхідній мірі обмежують. По можливості при кип'ятінні затору уникають інтенсивного пароутворення в цілях економії енергії. Зазвичай затор кип'ятять для виробництва світлого пива - 10-15 хв, для виробництва темного пива - 20-30 хв.

Так як велика кількість отварок вимагає більше енергії і часу, прагнуть обійтися їх мінімальним числом (1 або 2) і тим самим працювати швидше і з найменшими витратами. Тому за кількістю отварок розрізняють: одноотварочние способи; двухотварочние способи; трехотварочние способи.

1.3.3 Одноотварочние способи

Одноотварочние способи - це в принципі ті ж настойние способи, в яких підвищення температури - частіше всього до 65 і 75 ° С - найчастіше досягають шляхом відбору, кип'ятіння і зворотної перекачки отваркі. Схема такого одноотварочного способу може бути наступною:

Початок затирання при 35 ° С і повільне нагрівання до 50 ° С (або початок затирання відразу при цій температурі); пауза при 50 ° С і нагрівання всього затору до 64 ° С, подальша більш довга пауза (мальтозообразованіе). Відділення і кип'ятіння отваркі 15-30 хв. Потім слід з'єднання отваркі із залишком затору з подальшим підвищенням температури до 75 ° С і оцукрювання. Отваркі можна також робити між паузами від 35 ° С до 50 ° С або між 50 ° С і 64 ° С, але слід враховувати, що в цих випадках нерозчинні частини отваркі менше осідають і тим самим досягається менший ефект. Особливим варіантом одноотварочних способів є затирання з кип'ятінням всій густий частини затори: в цьому випадку затирають при 35 ° С і відбирають відстояну частина затору, близько 20%. Всю решту густу частину затору нагрівають до кипіння при дотриманні необхідних температурних пауз і кип'ятять 30-40 хв. Потім частину, що залишилася затору охолоджують до 65 ° С, при цьому за рахунок додавання рідкої частини затору утворюється мальтоза, потім затор нагрівають до температури оцукрювання і після оцукрювання затор перекачують у фільтраційний апарат (рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Одноотварочний спосіб затирання

1.3.4 Двухотварочние способи

Класичний двухотварочний спосіб починається з затирання при 50 ° С. Після спільної для всього затору короткої температурної паузи відбирається густий затор і після послідовного витримування необхідних коротких температурних пауз він нагрівається до кипіння, 15-20 хв кип'ятиться, і шляхом його перемішування температура всього затору підвищується до 64 ° С і витримується пауза для мальтозообразованія. Через короткий час відбирається вдруге густий затор і нагрівається до кипіння. Друга отварка кип'ятиться дещо менше, ніж перша, і з її допомогою загальний затор нагрівається приблизно до 75 ° С і перекачується в фільтраційний апарат. Двухотварочний спосіб затирання займає близько 3-3,5 годин. Якщо розглядати діаграму затирання цього способу, то впадає в очі, що переважає температура 50 ° С і тому відбувається дуже глибоке розщеплення білка і β-глюкану. Від цього страждає повнота смаку і піноутворення, виходить «порожній» пиво, смак якого можна виправити тільки частково, додаючи темний солод. Щоб змінити становище, початок затирання можна проводити при 50 ° С і нагрівати затор до 62 ° С або використовувати додатковий налив гарячої води, щоб можна було більш точно контролювати тривалість білкової паузи. Іншу можливість являє собою початок затирання при 35 ° С і відбір першого отваркі. Звичайно, при цьому слід намагатися контролювати розщеплення білків, що сьогодні здійснюють насамперед шляхом контролю вмісту вільного амінного азоту (FAN).

Особливий вид двухотварочного способу - це прискорений спосіб затирання з двома короткими отваркамі. Температура початку затирання в цьому випадку - 62 ° С, тривалість усього процесу затирання - лише 2 години. Він може проводитися також з використанням тільки однієї отваркі. Для застосування цього способу потрібно дуже добре і рівномірно розчинений солод. Температура початку затирання в 62 ° С - вище оптимальних температур для розщеплення білків; незважаючи на це, при даній температурі все ще йде інтенсивне розщеплення і можна чекати гарного піноутворення. Однак розщеплення β-глюкану тут не відбувається, і саме тому для даного способу потрібно дуже добре розчинений солод.

1.3.5 Способи затирання із застосуванням несолодженого сировини

Відомо, що необхідний для бродіння цукор утворюється з крохмалю солоду завдяки роботі ферментів. Крохмаль, природно, міститься не тільки в солоді, але і у всіх видах зернопродуктів. У багатьох країнах ці зернопродукти значно дешевше порівняно дорогого солоду. Якщо не відчувати себе зв'язаним - як у Німеччині - законом про чистоту пивоваріння, для виробництва сусла можна частково застосовувати ці більш дешеві зернопродукти, які на відміну від солоду називають несоложеним сировиною. При затирання ферменти солоду повинні проводити також розщеплення і цих матеріалів. Якщо застосовувати не більше 15-20% несоложеним зернопродуктів, то потенціалу ферментів солоду вистачає і для їх розщеплення. При більшій відсотковій частці несоложеного сировини для підтримки процесів розщеплення слід додавати ферментні препарати, тому що інакше процеси розщеплення невиправдано затяглися б або навіть взагалі припинилися.

Як несоложеного сировини застосовують особливо часто рис і кукурудзу, а також ячмінь, пшеницю і сорго (останнє, перш за все в африканських країнах). Цукор не відноситься до несоложеним зернопродуктів, але як постачальник екстракту також розглядається як несоложеним сировину.

Хімічні реакції при розщепленні крохмалю під час переробки несоложеного сировини завжди ті ж, що і при розщепленні крохмалю в солоді, проте зерна крохмалю у різних зернопродуктів мають різні розміри, дуже сильно відрізняються по їх локалізації в крохмальних клітинах і оточені різними складовими речовинами оболонок. Це призводить до різного поведінки зерен крохмалю при клейстеризації і відповідно - до застосування різних способів затирання в залежності від виду зернопродуктів. Одночасно розчиняються і інші речовини або вони розщеплюються ферментами солоду, так що склад затору і сусла, а з ними і пива змінюється. Це впливає на бродіння, фільтрування, смак пива і інші параметри. Так, пиво, виготовлене з рисом, має більш чистий і сухий смак, а виготовлене з кукурудзою схильне до дещо пом'якшеному смаку. При додаванні несоложеного сировини слід враховувати, що в ньому білкові речовини ще знаходяться в стабільній формі і розщеплені незначно через відсутність попереднього затирання процесу солодоращения. Тому затори з несоложеним сировиною містять менше низькомолекулярних продуктів розщеплення білкових сполук (FAN), ніж повністю солодові затори. Слід звертати особливу увагу на те, щоб дріжджі шляхом більш інтенсивного розщеплення білків отримували б достатня кількість вільного амінного азоту. Незважаючи ні на що, пиво з несоложеним сировиною завжди містить менше азоту і поліфенолів (їх тим менше, чим вищий вміст несоложеного сировини). Переробка несоложеного сировини завжди веде до зміни смаку пива, і ця зміна тим значніше, чим більше добавка несоложеного сировини. Зміна смаку, який не обов'язково слід заздалегідь розглядати як його погіршення, при застосуванні несоложеного сировини потрібно враховувати, особливо якщо на ринку присутня конкурент, що працює без використання несоложеного сировини та продукує пиво тільки з ячмінного солоду.

Затирання з рисом

З несоложеного зернової сировини найбільш важким для переробки є рис. Зерна рисового крохмалю дуже невеликі і тверді. У теплій воді зерна набухають дуже повільно. Для їх клейстеризації слід піднімати температуру до 75-80 ° С або вище, але при такій температурі амілази швидко гинуть, так що при переробці рису потрібно використовувати інші методи. Крім того, рисовий крохмаль дуже сильно набухає при клейстеризації - значно більше, ніж у інших видів зернопродуктів, і тому клейстер легко може пригоріти. Якщо затирати густо, то набухання може бути таким сильним, що у мішалки не вистачить потужності і якщо не вжити жодних заходів, то вона зупиниться. Тому щоб α-амілаза солоду змогла рідкішою дуже сильно загущений клейстер, слід шукати компромісне рішення, α-амілаза при 80 ° С інактивується за короткий час і не здатна більше до розрідження. Є кілька шляхів вирішення проблеми.

Якщо рисовий затор не надто густий, то небезпека пригорання не дуже велика. Для розчинення рису найчастіше застосовують котел для розварювання несоложеного сировини. У більш старих заторних агрегатах - це герметичний котел, в якому рисовий затор під тиском (при температурах вище 100 ° С) клейстерізуется і оптимально розчиняється; в даний час затор з несоложеного сировини кип'ятять зазвичай без надлишкового тиску, так як отримане збільшення виходу екстракту чи варто витрати додаткової енергії

Рисову крупу затирають разом з 10-20% солодового затору і витримують 10-20 хв при 78 ° С. При цьому майже всі рисові зерна крохмалю клейстерізуются, розріджуються і майже не виникає небезпеки, що при подальшому кип'ятінні рисовий затор пригорить.

Існують сорти рису, які клейстерізуются лише при температурі понад 80 ° С. Тому для повної упевненості слід нагріти рисовий затор до 85-90 ° С, клейстерізовать його і потім знову охолодити до 70-75 ° С, щоб за короткий час провести осахаривание при додаванні солодового затору. Однак у цього способу є недолік: дуже важко добре перемішати солодовий затор з дуже в'язким рисовим затором. Завжди краще, якщо є можливість змішати рисовий затор перед його клейстеризації до частини солодового затору (мінімум 10%)

Ще одна можливість полягає в тим, щоб рисовий затор з 10-20% солодового затору повільно нагрівати до температури понад 80 ° С, щоб клейстерізующійся крохмаль розріджувати ще залишилася активної α-амилазой солоду.

Абсолютно надійний метод полягає в тому, щоб додавати товарну термостійку α-амілазу бактеріального походження, яка ще зберігає свою активність при температурах вище 80 ° С і при цьому розріджує в'язкий рисовий затор. Якщо вдалося клейстерізовать і рідкішою рисовий затор, то можна вважати, що подолано важкий рубіж.

Режим затирання при використанні рису і ячмінного солоду високої якості. Рисовий затор. Затирання рису починають при температурі 70 ° С і витримують його протягом 15 хв. Потім температуру підвищують до 88 ° С і знову витримують 15 хв, в результаті чого відбувається розрідження крохмалю рису (рис. 1.2).

Рис. 1.2 - Режим затирання при використанні рису і ячмінного солоду високої якості

Паралельно при температурі 37 ° С починають затирання з розрахунку 5% від загальної витрати солоду. Витримують паузу протягом 15 хв, потім з'єднують підроблених рис з солодовим затором, витримують при температурі 75 ° С протягом 15 хв, після чого температуру збільшують до 100 ° С і кип'ятять 25 хв.

Затирання основного солодового затору починають при температурі 50 ° С. За цей час проходить цитоліз та протеоліз. При цій температурі затор витримується протягом 55 хв. Потім з'єднують рисову отварку з основним затором, в результаті чого температура підвищується до 63 ° С, і витримують мальтозний паузу протягом 40 хв, після чого температуру піднімають до 72 ° С. При цій температурі активується α-амілаза, утворюючи декстрини, мальтозу, а також невелика кількість мальтотріози і глюкози. Пауза витримується 20 хв до оцукрювання. Потім температура збільшується до 78 ° С і витримується 10 хв для кращого освітлення сусла. Далі затор подають на фільтрування.

Режим затирання ячмінного солоду та рису (при використанні недорастворенного солоду і рису з високою температурою клейстеризації).

Рисовий затор. Затирання починають при температурі 70 ° С (рис. 1.2), витримують її протягом 15 хв, потім підвищують до 88 ° С і витримують 15 хв. У цей період відбувається розрідження крохмалю рису. Паралельно з температури 37 ° С починають затирання 5% солоду, пауза витримується протягом 15 хв. Потім змішують рисовий і солодовий затори і температуру підвищують до 75 ° С. Пауза витримується 15 хв, після чого температуру збільшують до 100 ° С і кип'ятять 30 хв.

Затирання основного солодового затору починають при температурі 37 ° С. Ця температурна пауза витримується протягом 15 хв, потім температура підвищується зі швидкістю 1 ° С / хв до 50 ° С, витримується 30 хв. Далі з'єднують рисову отварку з основним затором, при цьому температура піднімається до 63 ° С. Температурна пауза витримується 15 хв (рис. 1.3).

Рис. 1.3 - Режим затирання ячмінного солоду й рису

Отварка. Частина затору (1 / 3) відбирають і ведуть затирання за наступним режимом: температура 72 ° С - 10 хв, температура 100 ° С - 15 хв. Частина, що залишилася затору витримується при температурі 63 ° С протягом 55 хв, після чого з'єднують отварку із затором і температура піднімається до 72 ° С. При цій температурі затор витримують 20 хв до оцукрювання. Потім температура збільшується до 78 ° С і затор витримується 10 хв. І починають фільтрування.

Двухотварочний спосіб отримання сусла з заміною 10-20% солоду на рис А. Температура клейстеризації рисового крохмалю менше 78 ° С.

1-а отварка. Рис і солод (10-20%) затирають при гідромодуль 5 (відношення зернопродукти: вода = 1:4) при температурі 50 ° С. При цій температурі витримують 10 - 15 хв, потім температуру підвищують до 72-75 ° С і витримують 10 хв. Далі повільно (приблизно 0,5 ° С / хв) нагрівають до 80 - 85 ° С, а потім до температури кипіння і кип'ятять 30-40 хв. У момент закипання рисового затору починають окремо затирати солод при температурі 50 ° С.

Готовий рисовий затор при постійному перемішуванні змішують з солодовим затором, температура якого складає 50-52 ° С. У результаті температура підвищується до 63 ° С. Після 15-хвилинної мальтозної паузи проводять другу отварку.

2-я отварка. Відбирають 1 / 3 затору і кип'ятять протягом 15 хв, потім з'єднують 2-у отварку з основним затором. Температура підвищується до 70-72 ° С. При цій температурі об'єднаний затор витримують до повного оцукрювання. Далі затор нагрівають до 78 ° С і фільтрують.

Б. Температура клейстеризації рисового крохмалю вище 80 ° С.

1-а отварка. Якщо температура клейстеризації рисового крохмалю вище 80 ° С, то зернопродукти затирають при гідромодуль 6. При цьому рисовий затор спочатку нагрівають до 85-90 ° С. Після витримки протягом 20-30 хв (проходить клейстеризації рисового крохмалю) затор охолоджують до 70-75 ° С і додають 20% солодового затору, який попередньо затирали при 37 ° С або 50 ° С (у залежності від якості солоду). Замість солоду для розрідження можна використовувати термостабільну α-амілазу. Далі затор витримують протягом 20-30 хв і повільно нагрівають до кипіння і кип'ятять 30-40 хв.

У момент закипання рисового затору починають затирати частину, що залишилася солоду при 50 ° С.

Готовий рисовий затор при постійному перемішуванні змішують з солодовим затором, температура якого складає 50-52 ° С. У результаті температура підвищується до 63 ° С. Після 15-хвилинної мальтозної паузи проводять другу отварку.

2-я отварка. Відбирають 1 / 3 затору і кип'ятять протягом 15 хв, потім з'єднують друге отварку з основним затором. Температура підвищується до 70-72 ° С. При цій температурі об'єднаний затор витримують до повного оцукрювання. Потім нагрівають до 78 ° С і передають на фільтрування.

B. Рисово-солодовий затор. Початок затирання при 60 ° С.

1-а отварка. Рисову крупу розмелюють і затирають разом з 5% солодовою частини затору при температурі 60-66 ° С і гідромодуль 6. Після витримки затору протягом 15 хв, температуру повільно (1 ° С / хв) підвищують до 80 ° С. Затор витримують при цій температурі протягом 15 хв, потім його нагрівають зі швидкістю 1 ° С / хв до температури кипіння і кип'ятять протягом 15 хв. Для запобігання пригорання рисового затору всі операції проходять при постійно працюючій мішалці.

Потім рисову отварку з'єднують з основним затором, який витримували до цього протягом 30 хв при температурі 52 ° С, при цьому температура повільно підвищується до 62-63 ° С. Тривалість мальтозної паузи становить 30 хв.

2-я отварка. Відбирають 1 / 3 затору і кип'ятять протягом 15 хв, потім з'єднують друге отварку з основним затором. Температура підвищується до 70-72 ° С. При цій температурі об'єднаний затор витримують до повного оцукрювання. Потім нагрівають до 78 ° С і передають на фільтрування.

Затирання з кукурудзою

У зерен кукурудзи є зародки з дуже високим вмістом жирів (до 5%), які при підготовці зерна видаляють і витягують з них кукурудзяне масло. Кукурудза надходить на підприємство без зародків у формі крупки (grits) або пластівців (flakes). Крупка пропонується в тонко розмеленому вигляді; її зазвичай подають у разваріватель несоложеного сировини з додаванням солоду або без нього, розчиняють і клейстерізуют. Пластівці розплющують в вальцьові верстати для приготування пластівців, при цьому зволожені зерна проходять через гладкі, охолоджувані зсередини вальці, які розплющують зерна в плоскі пластівці із зусиллям 50 т при однаковій швидкості обертання вальців. На закінчення проводять приблизно при 160 ° С клейстеризації і сушку в сушарці з псевдокиплячому шаром. Оброблені таким чином пластівці можна подавати в заторний апарат без подальшої попередньої обробки. Борошно може подаватися в заторний апарат без попередньої обробки; сироп додається в сусловарочному котел перед перекачуванням готового сусла на ділянку освітлення та охолодження. Для подальших стадій приготування осахаренних заторів з кукурудзою застосовують технологічні режими, використовувані для чистого солодового затору, причому, як правило, - двухотварочние способи затирання.

Технологія затирання із заміною 15% солоду незнежиреної кукурудзою

Кукурудзяну крупку і 10% солоду (солод є джерелом α-амілази) затирають при 72 ° С протягом 20-30 хв (для клейстеризації і розрідження). Далі піднімають температуру затору зі швидкістю 1 ° С / хв до 100 ° С і кип'ятять протягом 20 хв. Інша кількість солоду затирають, починаючи з 52 ° С (білкова пауза) протягом 1 години. Після закінчення цього часу з'єднують солодовий затор з отваркой, підвищуючи температуру загального затору до 63 ° С (мальтозна пауза). Потім підвищують температуру до 72 ° С зі швидкістю 1 ° С / хв і проводять осахаривание. Далі температуру підвищують до 76 ° С і перекачують на фільтрування.

При використанні кукурудзяних пластівців стадія клейстеризації крохмалю з режиму затирання виключається, так як технологія отримання кукурудзяних пластівців передбачає клейстеризації під час їх приготування.

Затирання з ячменем як несоложеним матеріалом

Ячмінь без додавання ферментів можна в кількості до 20% переробляти з солодом як несоложеним сировину. Існує дві можливості попередньої обробки ячменю:

у вигляді ячмінного помелу, отриманого подрібненням дуже твердих ячмінних зерен в окремому вальцьові верстати або молоткової дробарці; при цьому міцно з'єднані з ендоспермом оболонки також подрібнюються, що слід враховувати при фільтруванні затору;

у вигляді ячмінних пластівців з обвалення або необрушенного ячменю, отриманих плющенням в спеціальному плющильні верстаті; цей метод, проте дуже дорогий і його використання в пивоварінні призводить до підвищених витрат.

Попередньо підготовлене таким чином ячмінне сировину можна переробляти разом з солодовим затором. Якщо з розщепленням крохмалю чи виникнуть великі проблеми, то з розщепленням білка напевно будуть наявні великі складності. Найбільшою проблемою може стати β-глюкан, тому що він поки що не піддавався розщеплення, і тут слід очікувати утруднень з фільтруванням. Виправдовують себе такі заходи, як витримка паузи при температурах 45-50 ° С, оптимальних для ендо-β-глюканазу. Ячмінь природно дає менше екстракту, ніж солод. Приблизно 125 кг ячменю (або 120 кг обвалення ячменю) можуть замінити 100 кг солоду. Застосування ячменю як несоложеного сировини вигідно тільки в тому випадку, якщо ціна солоду істотно вищою і в наявності є недорогий ячмінь з низьким вмістом білка. Ячмінь як несоложеним сировину, у разі застосування його в кількості більше 20%, вимагає додавання ферментних препаратів.

Одним з основних відмінностей між солодом та ячменем є цілісність клітинних стінок, які оточують крохмальні гранули. Отже, основне завдання при переробці заторів, містять ячмінь, полягає в ефективному цитолізі. З цією метою використовують цитолитические ферменти, а також затирання з однією або двома отваркамі.

Відомі технології з попередніми розварювання несоложеного матеріалу під тиском. При цьому виявлено, що із збільшенням температури термічної обробки несоложеного ячменю від 100 до 143 ° С спостерігається порівняно рівномірне підвищення виходу екстракту: з використанням 20% несоложеного ячменю - на 0,7%; 30% - 0,8%; 40% - на 1,1% і 50% - на 1,2%. Продемонстровано, що зі збільшенням температури термічної обробки несоложеного ячменю відбувається скорочення тривалості фільтрації затору. При обробці несоложеного сировини при температурі 143 ° С тривалість фільтрації заторів скорочується на 12,5-9,6% залежно від частки несоложеного ячменю в заторі в порівнянні з обробкою його при температурі 100 ° С. Однак при цьому істотно змінюється вуглеводний склад сусла: у ньому збільшується вміст глюкози (на 22,8-45,1%), у той час як рівень мальтози зростає тільки на 6,0-7,6%.

Встановлено також, що термічна обробка несоложеного ячменю при підвищених температурах сприяє гідролітичного розщеплення високомолекулярних пентозанів до кінцевих продуктів - ксилози і арабінози, причому на частку ксилози припадає понад 70% їх загального вмісту, що також впливає на якісні показники пива. Позитивним чинником при термічній обробці є зниження в'язкості заторів і сусла.

При термічній обробці відбувається зміна азотного складу сусла, зростає кількість розчинного азоту залежно від частки ячменю в заторі від 5,5% до 13,4%. Збільшення розчинного азоту в суслі відбувається рівномірно за рахунок усіх фракцій, однак чим більше несоложеного ячменю в заторі, тим більшою мірою зростає вміст загального розчинного азоту, що відбувається за рахунок високомолекулярних азотистих речовин фракції А (за Лундін). Зміст амінного азоту в суслі з підвищенням температури обробки несоложеного ячменю з 100 до 138 ° С залишається незмінним. При подальшому підвищенні температури (до 143 ° С) рівень амінокислот падає, що пов'язано з посиленням реакції меланоидинообразования.

2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 Опис технології виробництва пива «Рецептура № 1», «Рецептура № 2» і «Рецептура № 3»

У технологічній схемі виробництва пива можна виділити кілька етапів (додаток 1):

підготовка води

дроблення зернопродуктів

затирання

фільтрування затору

варіння сусла

освітлення та охолодження сусла

бродіння

дображивание

2.1.1 Підготовка води

Для виробництва використовують водопровідну воду. Її піддають очищенню. Вода з трубопроводу проходить через установку водопідготовки 1, де послідовно очищається спочатку від грубих механічних домішок, потім відбувається ультрафільтрація, пом'якшення і завершальна стадія - знезараження за допомогою УФ-лампи. Далі вода подається на виробництво.

2.1.2 Дроблення зернопродуктів

Для приготування представлених у даному проекті сортів пива використовують солод ячмінний світлий, солод карамельний, кукурудзяна крупа, рисова січка, ячмінь. Дроблення зернопродуктів проводять за допомогою солододробарки 4. Дроблення є процес подрібнення зернопродуктів (солоду і несоложеним матеріалів). Дроблення солоду необхідно проводити таким чином, щоб по можливості зберегти цілісність зернової оболонки, яка буде служити фільтруючим шаром в процесі фільтрування затору.

Після дроблення солоду утворюється кілька фракцій: оболонки, велика крупка, дрібна крупка та борошно. Приблизний рекомендований склад помелу: борошна - 20-30%, крупи - 50-60%, лушпиння - 20%. При такому співвідношенні забезпечуються нормальний режим затирання і фільтрації сусла.

Кукурудзяна крупа і рисова січка найчастіше надходять на підприємство вже в роздробленому вигляді. Ячмінь дроблять разом з солодом, додаючи його невеликими порціями в загальну масу солоду.

2.1.3 Затирання по одноотварочному спільного способу

При цьому способі затирання солоду і несолодженого сировини, вся сировина затирають одночасно при температурі 40 ° С в заторном апараті 3.

Для того щоб в період розварювання густий частини затору зберегти активність ферментів рідку частину затору знімають за допомогою декантаціонного пристрої та насосом 8 перекачують у заторний апарат 5. Для розшарування затору перед декантацією рідкої частини мішалку виключають після 20-ти хвилинної витримки при температурі 63 ° С.

Відібрану рідку частину затору витримують окремо в заторном апараті 5 до з'єднання її з прокипяченной густий частиною.

Розварювання густий частини затору і клейстеризації крохмалю, що залишилися після відбору рідкої частини, здійснюють тільки після закінчення дії наявних в заторі ферментів.

Після розварювання густа частина затору з'єднується з раніше відібраної рідкою частиною в заторном апараті 5 для впливу ферментів, що збереглися в рідкій частині затору.

Затирання ведуть за наступним режимом:

Таблиця 2.1 - Режим затирання по одноотварочному спільного способу

2.1.4 Фільтрування затору

У фільтруванні затору розрізняють дві стадії: відділення першого сусла і вимивання екстрактивних речовин, що містяться в дробини (промивання дробини). Сусло і промивна вода повинні стікати максимально прозорими, інакше освітлення сусла і пива в подальших операціях значно ускладнюється, а готове пиво може мати грубий смак і не властиву пива гіркоту.

Перед перекачуванням затору вимитий фільтраційний апарат 9 з ретельно укладеними фільтраційними ситами промивати гарячою водою. Потім закривають крани фільтраційної батареї і перевіряють щільність закриття люка для дробини. Для витіснення повітря з труб батареї і подсітового простору чана, їх заповнюють гарячою водою знизу так, щоб вода на 1-1,5 см покрила сита. При зниженні температури фильтруемого затору в'язкість сусла зростає, тому вода для промивання дробини надходить з водонагрівача 2 з температурою 78-80 ° С.

При безперервній роботі мішалки заторними чана 5 затор швидко перекачують насосом 8 у фільтраційний апарат 9 (після звільнення заторними апарату його промивають від залишків затору, промивну воду також направляють до фільтраційного апарат). Для запобігання попаданню частинок дробини під сита необхідно стежити за тим, щоб струмінь затору не була спрямована безпосередньо на сито.

Далі залишають затор у повному спокої на 25-30 хв для розшаровування до освітлення шару сусла над дробиною. Після розшаровування затору слід звільнити подсітовое простір і трубки фільтраційної батареї від потрапили туди при перекачуванні частинок дробини. Для цього по одному або попарно швидко відкривають і закривають крани фільтраційної батареї, щоб викликати рух рідини під ситами. Випливає каламутне сусло повертають назад у чан; це повторюють до тих пір, поки з кранів не потече прозоре сусло.

Зазвичай процес фільтрування затору починають шляхом відкривання кранів через 5-15 хв після початку перекачування затору в фільтраційний апарат. Слід стежити, щоб повернення каламутного сусла в фільтраційний апарат не порушував фільтраційного шару. Для цього струмінь повертається в чан мутного сусла повинна спрямовуватися на стінку фільтрчана по дотичній.

Випливає з кранів у приймач фільтраційної батареї прозоре сусло направляють в сусловарочному апарат 10.

При фільтруванні перший сусла крани фільтраційної батареї відкривати повністю не слід. Ступінь їх відкриття встановлюється в залежності від швидкості фільтрування з тим, щоб під ситами не утворилося вакууму і в шар дробини не втягувалися верхні, більш легкі шари, а також, щоб під сита не міг потрапити повітря, так як все це може значно уповільнювати процес. При фільтруванні затору слід прагнути до того, щоб перше сусло було відфільтровано найбільш повно для можливості зниження концентрації загального сусла при наборі можливо більшої кількості промивних вод і зниження втрат екстракту в дробини.

Промивання ведуть до масової частки сухих речовин у промивної воді 0,5%. Якщо в силу будь-яких причин набір сусла в сусловарочному апарат закінчений при більш високій масовій частці сухих речовин у промивної води, то промивну воду треба збирати до збірки промивної. Температуру промивної води у збірнику слід підтримувати не нижче 70 ° С.

2.1.5 Кип'ятіння сусла з хмелем

Зібране в сусловарочному апараті пивне сусло піддається кип'ятінню з додаванням хмелю. Для охмеління сусла застосовують гранульований хміль або пресований хміль у вигляді хмельова шишок.

У процесі набору в суслі, що стікає з фільтраційного апарату 9 в сусловарочному апарат 10, (відповідно і в промивної води), щоб уникнути інфікування підтримують температуру на рівні 63-75 ° С. Вище 75 ° С температуру піднімати не варто в цілях збереження можливо довше частини ферментів в активному стані.

Починати кип'ятіння сусла необхідно після набору усієї кількості сусла. Сусло має інтенсивно кипіти протягом двох годин. Рекомендується процес кип'ятіння проводити з таким розрахунком, щоб кількість испаряемой води склало не менше 5-6% на годину.

Норму внесення хмелю або продуктів його переробки (гранульований хміль, екстракти і т.д.) на 1 дал гарячого сусла визначають з урахуванням величини їх гіркоти (вмістом альфа-кислот) і встановленої норми гірких речовин на 1 дал гарячого пивного сусла для даного сорту пива .

Загальна тривалість кип'ятіння сусла з хмелепродуктів повинна бути не менше 1,5-2 годин. Кінець кип'ятіння сусла визначається по масовій частці сухих речовин у ньому, згортання білково-дубильних речовин у великі пластівці і прозорості гарячого сусла. Добре прокип'ячене сусло в стаканчику при переглядання на яскраве світло (на електролампочку) повинно бути прозорим. У ньому повинні плавати великі пластівці згорнулися білків, бистрооседающіе на дно стаканчика. Відібрану в циліндр пробу сусла, помішуючи, швидко охолоджують до 20 ° С, помістивши циліндр в проточну воду, потім у циліндр опускають сахарометр і визначають масову частку сухих речовин. Показання сахарометра повинно відповідати необхідної масової частки сухих речовин у початковому суслі виготовленого сорти пива. Якщо ця величина ще не досягнута, то кип'ятіння сусла продовжують до необхідної масової частки сухих речовин.

2.1.6 Освітлення сусла в гідроциклоном апараті

Для освітлення сусла використовують гідроциклони апарат, який забезпечує швидке відділення від сусла білково-дубильних речовин і подрібненою хмелевою дробини, що потрапляє в гідроциклони апарат при використанні брикетованого, гранульованого або іншого дробленого хмелю.

Сусло подають в гідроциклони апарат 11 насосом 8 через вхідний патрубок, в якому встановлено сопло. Швидкість сусла на виході з сопла 15-20 м / сек. Так як струмінь сусла спрямована тангенціально, створюється обертання сусла всередині апарату, в результаті чого зважені частинки збираються в центрі днища, утворюючи осадовий конус.

У випадку, якщо з яких-небудь причин не була забезпечена необхідна для осадження суспензій швидкість обертання сусла в апараті, проводять повторну рециркуляцію сусла за допомогою насоса протягом 15-20 хв.

Час заповнення гідроциклоном апарату зазвичай у межах 15-20 хв.

Після висвітлення (орієнтовно через 20 хв) сусло перекачують на охолодження. Утворився в центрі апарату конусоподібний осад білкового відстою і хмельовий дробини видаляють з апарату.

Далі освітлене сусло з гідроциклоном апарату 11 насосом 8 перекачують через теплообмінник 12, де сусло охолоджується до початкової температури бродіння 8-10 ° С, в бродильний апарат 13.

2.1.7 Бродіння сусла і доброджування пива

Пивне сусло після теплообмінника при температурі 8-10 ° С направляють в ретельно вимитий і підготовлений апарат бродіння. Дріжджі вводять в бродильний апарат з розрахунку 0,5 - 0,6 л на 10 дав сусла. Конкретна величина норми введення насіннєвих дріжджів встановлюється технологом в залежності від складу сусла та інших умов підприємства з таким розрахунком, щоб було забезпечено швидкий початок бродіння сусла.

Бродіння ведеться за певним температурному графіку, запланованій технологом, при щоденному контролі. Температурний режим може уточнюватися в залежності від інтенсивності бродіння, зниження видимого екстракту за попередню добу, фактичної температури пива в апараті. На третю добу допускається підйом температури до максимальної (11-12 ° С). Максимальну температуру підтримують протягом 24-36 год і поступово охолоджують чан з тим, щоб до кінця бродіння температура плавно знизилася до 6-7 ° С.

При зброджуванні сусла контролем процесу може служити зовнішній вигляд зброджуваного сусла. У цьому випадку початку бродіння відповідає стадія Забела, інтенсивному бродінню - стадія низьких і високих завитків, а в кінці бродіння на поверхні пива утворюється темно-коричневий щільний шар осілої піни з включенням дріжджів, білків і окислів хмельова смол (так звана «дека»). У цій стадії дріжджі осідають на дно, настає освітлення пива. Для кращого осідання й освітлення пива температуру перед перекачуванням різко знижують. Звільнений від піни ділянку пива виглядає майже чорним, бульбашки двоокису вуглецю виділяються рідко. Перед перекачуванням молодого пива в апарат дображивания деку знімають. Перекачування проводять насосом 14 в апарат дображивания 15.

Дображивание пива проводиться при температурі від 0 до +2 ° С в закритих апаратах без контакту з повітрям, під тиском двоокису вуглецю 39,2-58,8 кПа. Люк в апараті герметично закривають і залишають відкритим тільки повітряний кран, через який витісняється пивом повітря з апарата.

Апарат доброжування заповнюють пивом знизу за допомогою насоса. Подачу пива припиняють після появи піни з повітряного крана.

Після початку активного доброжування і повного витіснення повітря апарат шпунт. Момент шпонтована визначається технологом. При шпонтована до танка приєднують шпунтаппарат, відрегульований на тиск від 29,4 до 49 кПа. Чим вище температура при доброжуванні, тим вище має бути шпунтове тиск (при цьому тиск не повинен перевищувати дозволеного для даного виду ємності, зазвичай не вище 58,8 кПа).

Під час доброджування пива повинні постійно контролюватися температура в приміщенні цеху доброжування і періодично наступні показники:

інтенсивність доброджування пива за величиною шпунтового тиску;

освітлення пива візуально шляхом взяття проби з апарату доброджування;

органолептичні показники, в тому числі насиченість пива CO2, шляхом взяття проби з танка.

2.2 Розрахунок заторними апарату

Заторні апарати призначені для змішування (затирання) подрібненого солоду і несоложеним матеріалів з ​​водою, нагрівання, кип'ятіння і оцукрювання заторно маси. Змішування подрібненого солоду і несоложеного зернової сировини з водою, нагрівання і кип'ятіння заторно маси проводять у заторном апараті, який представляє собою циліндричну посудину з подвійним сферичним днищем, що створює водяну сорочку, призначену для нагрівання і кип'ятіння заторно маси. Нагрівання води у водяній сорочці відбувається за допомогою ТЕНів, встановлених під сферичним днищем. Заторний апарат забезпечений витяжною трубою. Тягу в витяжній трубі регулюють поворотною заслінкою з допомогою лебідки. Лопатева мішалка приводиться в рух від електродвигуна через редуктор. Труба, призначена для декантації рідкої частини затору шарнірно закріплена у підстави, а верхній відкритий кінець її підтримується поплавцем на невеликій глибині від поверхні рідини. Звільняється апарат через трубу, яка перекривається вентилем.

Для направлення перекачується заторно маси в заторний або фільтраційний апарати призначений розподільний кран. З сусіднього апарату заторних масу повертають по трубі.

Для зменшення втрат теплоти бічні стінки заторних апаратів покривають ізоляційним шаром, поверх якого зміцнюють захисний кожух з тонкої листової сталі.

Обсяг заторними апарат можна також визначити за масою затертого солоду, приймаючи, що на 100 кг сухого солоду потрібно 0,5-0,7 м3 повного обсягу заторними апарату.

Повний обсяг апарату (в м3) складається з обсягу циліндричної частини та обсягу сферичного днища:

, М3 (2.1)

де D - діаметр корпусу апарату, м;

H - висота циліндричної частини, м;

h - висота опуклої частини зовнішньої поверхні днища, м;

R - радіус кривизни у вершині днища, м.

Товщину стінки днища (м) розраховують за нормами розрахунку елементів судин на міцність

Ця формула справедлива, якщо витримано умова.

Якщо на 100 кг одночасно перероблюваної сировини потрібно в середньому 0,6 м3 повного обсягу апарату, то на G1 = 42 кг буде потрібно

Необхідна продуктивність заторними апарату

Діаметр корпусу заторними апарат

Радіус кривизни у вершині днища виходячи з умови, що R = D дорівнює 0,780 м.

Висота апарату H складається з висоти циліндричної обичайки h2 і висоти опуклої частини зовнішньої поверхні днища h1. H = R = 0,780 м.

Висоту опуклої частини зовнішньої поверхні днища знайдемо за формулою:

(2.2)

Висота циліндричної обичайки

(2.3)

Обсяг днища заторними апарату

, М3 (2.4)

Обсяг циліндричної частини заторними апарату

, М3 (2.5)

Висота циліндричної обичайки

, М (2.6)

Зіставляємо отриману висоту з конструктивним вимогою

Н '= 0,50 ∙ D, м (2.7)

Н '= 0,50 · 0,7805 = 0,3902 м.

Так як H відрізняється від Н ', міняємо висоту опуклої частини зовнішньої поверхні днища. Приймемо h = 0,17 м, тоді = 0,0657 м3; ;

Площа поверхні рідини в апараті

, М2 (2.8)

Площа перерізу витяжної труби розраховується

f = 0,025 ∙ F, м2 (2.12)

f = 0,025 · 0,4782 = 0,0119 м2.

Визначимо діаметр витяжної труби

, М (2.9)

Коефіцієнт форми днища заторними апарату

, (2.10)

де - Діаметр отвору для спуску затору.

Приймемо = 0,0635 м, тоді

Знаходимо товщину стінки днища за формулою:

, (2.11)

де - [σ] - допустиме напруження при стисканні, МПа;

φ - коефіцієнт міцності зварного шва, φ = 1;

С - надбавка до розрахункової товщині, З = 0,002 м.

Зазвичай оптимальними для заторних апаратів є напруга, що допускається при стисканні для стінки, виготовленої із сталі; [σ] = 10 МПа, тоді:

Перевіряємо умову справедливого розрахунку товщини стінки днища:

;

; ,

значить умова виконується і розрахунок можна вважати достовірним.

За розрахованими розмірами для маси перероблюваної солоду G = 61,2927 кг / год вибираємо стандартний заторний апарат АЗ-200, вироблений ФГУП "Міасскій машинобудівний завод", технічна характеристика якого представлена ​​в табл. 2.2.

Таблиця 2.2 - Технічні характеристики заторними апарату АЗ-200

3. МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС

3.1 Розрахунок основної сировини для пива «Рецептура № 1»

Розрахунок роблять на 100 кг зернопродуктів, з наступним перерахуванням отриманих даних на 1 дал і на річний випуск продукції. У розрахунку враховують екстрактівность і вологість зернопродуктів, виробничі втрати екстракту.

Таблиця 3.1 - Рецептура пива «Рецептура № 1»

Таблиця 3.2 - Втрати по стадіях виробництва

3.1.1 Визначення виходу екстракту у варочному цеху з 100 кг зернової сировини

Маса полірованого солоду Мпс,:

(3.1)

де Мс - маса солоду, кг;

Пп - втрати солоду при поліровці,% до маси сировини.

.

Маса рисової січки після дроблення МРС:

(3.2)

де Мр - маса рису, кг;

ПДР - втрати рисової січки при дробленні,% до маси сировини.

.

Маса ячмінної крупи Мяк:

(3.3)

де Мя - маса ячменю, кг;

- Втрати ячменю при дробленні,% до маси сировини.

.

Маса сухих речовин солоду :

(3.4)

де Wс - вологість солоду,%.

Маса сухих речовин рисової січки ,:

(3.5)

де WРС - вологість рисової січки,%.

Маса сухих речовин ячмінної крупи :

(3.6)

де Wяк - вологість ячмінної крупи,%.

Маса екстрактивних речовин солоду :

(3.7)

де Ес - екстрактівность солоду,%.

Маса екстрактивних речовин рисової січки :

(3.8)

де Ерс - екстрактівность рисової січки,%.

Маса екстрактивних речовин ячмінної крупи :

(3.9)

де Еяк - екстрактівность ячмінної крупи,%.

Загальна маса сухих речовин :

(3.10)

Загальна маса екстрактивних речовин :

(3.11)

Маса сухих речовин залишилися в дробини МПЕ:

(3.12)

де М - загальна маса зернопродуктів, кг;

Пе - втрати екстракту в дробини,%.

Кількість екстракту в гарячому суслі на 100 кг зернопродуктів:

(3.13)

де mc, mрс, mяк - маса солоду, рисової січки і ячмінної крупи відповідно, масова частка,%;

Єс, ЕРС і Еяк - екстрактівность солоду, рисової січки і ячмінної крупи відповідно,%;

k - коефіцієнт втрат екстрактивних речовин в дробини.

(3.14)

де П - втрати екстракту в дробини,% до маси зернопродуктів, П = 1,75.

Маса екстрактивних речовин, що залишилися в дробини:

(3.15)

3.1.2 Визначення кількості проміжних продуктів

Гаряче сусло

Маса гарячого сусла МДР:

(3.16)

де е - масова частка сухих речовин у початковому суслі, відповідно до рецептури дорівнює 11%.

Обсяг сусла Vс при 20 º С:

(3.15)

де d - відносна щільність сусла при 20 º С згідно довідковим даними дорівнює 1,0496 кг/дм3;

10 - коефіцієнт переведення з л у дав.

Обсяг гарячого сусла Vгс:

(3.16)

де к - коефіцієнт об'ємного розширення при нагріванні сусла до 100 º С дорівнює 1,04 згідно довідковими даними.

З урахуванням цього коефіцієнта:

3.1.2.2 Холодне сусло

Обсяг холодного сусла Vхс:

(3.17)

де Пох - втрати сусла в хмелевою дробини на стадії освітлення та охолодження,%.

.

Молоде пиво

Обсяг холодного пива при зброджуванні Vмп:

(3.18)

де ПБР - втрати при бродінні,%.

.

Фільтроване пиво

Обсяг фільтрованого пива Vфп:

(3.19)

де ПДФ - втрати при доброжуванні і фільтруванні,%.

.

Готове пиво

Обсяг готового пива Vгот:

(3.20)

де Проза - втрати при розливі становлять 2,5%.

.

Загальні видимі втрати по рідкій фазі

Загальні видимі втрати по рідкій фазі Пвід:

(3.21)

.

Загальні видимі втрати :

(3.22)

.

3.1.3 Визначення витрати хмелю

При розрахунку витрат хмелю виходять з норм гірких речовин хмелю на 1 дал гарячого сусла, які для пива даного типу складають 1,25-1,30 г / дал.

Витрата гранульованого хмелю Н:

(3.23)

де Гх - норма гірких речовин хмелю, приймемо рівної 1,25 г / дал гарячого сусла;

α х - вміст α-гірких кислот у хмелі, приймемо рівним 5%;

Wх - вологість хмелю, приймемо рівної 12%;

Пх - втрати гірких речовин хмелю в ході технологічного процесу, приймемо рівними 11.41%.

.

Витрата гранульованого хмелю Нгх:

, (3.24)

.

3.1.4 Визначення витрати води для затирання зернопродуктів

Для визначення витрати води на затирання повинна бути задана концентрація першого сусла в залежності від сорту пива. Розрахунок кількості води для затирання зернопродуктів проводиться за такою формулою:

(3.25)

де В - кількість води, яка споживається для затирання 100 кг зернопродуктів, дм3;

Е - екстракт зернопродуктів,% до маси;

N - втрати екстрактивних речовин в дробини,% до маси сировини;

С - концентрація першу сусла,% до маси;

1,05 - коефіцієнт, що враховує випаровування частини води при кип'ятінні отварок.

Таблиця 3.3 - Зведена таблиця розрахунків солоду, води і хмелю при виробництві пива «Рецептура № 1»

3.1.5 Визначення кількості відходів

Зернова дробина

Кількість зерновий дробини МЗД:

(3.26)

де МПЕ - кількість сухих речовин, що залишилися в дробини, кг;

Wзд - вологість дробини, приймемо рівної 80%.

.

Хмелева дробина

Кількість вологої дробини МВС, що утворюється при виробництві 1 дал пива:

(3.27)

де ВхД - вихід безводній хмелевою дробини, при вологості 80% приймемо рівним 3,4%.

.

Відстій після доброджування

Встановлено, що при витримці пива даного типу виходить 1,33 дм3 відстою дріжджів.

Дріжджі надлишкові

При бродінні сусла виходить 0,8 дм3 надлишкових дріжджів вологістю 88% на 10 дав зброджуваного сусла.

Кількість надлишкових дріжджів МДР на 100 кг зернопродуктів:

(3.28)

Діоксид вуглецю

На 1 дав готового пива при головному бродінні виділяється 150 г діоксиду вуглецю, який може утилізуватися.

3.1.6 Поправний шлюб

Виправний брак складає 2%.

У табл. 3.4 наведено дані, отримані при розрахунку на 100 кг зернової сировини.

Таблиця 3.4 - Зведена таблиця розрахунків проміжних продуктів та відходів при виробництві пива «Рецептура № 1»

3.1.7 Розрахунок тари і допоміжних матеріалів

Пиво «Рецептура № 1» розливають у кеги.

Кількість оборотних алюмінієвих бочок (кеги):

(3.29)

Zоб - оборотність бочок, 40 обертів на рік;

Gоб-річний випуск пива в бочках, дав;

Vоб - місткість зворотному бочки, дав.

Необхідна кількість кег з урахуванням 5% зносу розраховується:

3.2 Розрахунок основної сировини для пива «Рецептура № 2»

Таблиця 3.5 - Рецептура пива «Рецептура № 2»

Таблиця 3.6 - Втрати по стадіях виробництва

3.2.1 Визначення виходу екстракту у варочному цеху з 100 кг зернової сировини

Маса полірованого солоду Мпс:

(3.30)

де Мс - маса солоду, кг;

Пп - втрати солоду при поліровці,% до маси сировини.

.

Маса карамельного солоду після дроблення МКС:

(3.31)

де МКС - маса карамельного солоду, кг;

ПДР - втрати карамельного солоду при дробленні,% до маси сировини.

.

Маса кукурудзяної крупи МКК:

(3.32)

де МКК - маса кукурудзи, кг;

- Втрати при дробленні кукурудзи,% до маси сировини.

.

Маса сухих речовин солоду :

(3.33)

де Wс - вологість солоду,%.

Маса сухих речовин карамельного солоду :

(3.34)

де Wкс - вологість карамельного солоду,%.

Маса сухих речовин кукурудзяної крупи :

(3.35)

де Wкк - вологість кукурудзяної крупи,%.

Маса екстрактивних речовин солоду :

(3.36)

де Ес - екстрактівность солоду,%.

Маса екстрактивних речовин карамельного солоду :

(3.37)

де Екс - екстрактівность карамельного солоду,%.

Маса екстрактивних речовин кукурудзяної крупи :

, Кг (3.38)

де Екк - екстрактівность кукурудзяної крупи,%.

Загальна маса сухих речовин :

, Кг (3.39)

Загальна маса екстрактивних речовин :

, Кг (3.40)

Маса сухих речовин залишилися в дробини МПЕ:

, Кг (3.41)

де М - загальна маса зернопродуктів, кг;

Пе - втрати екстракту в дробини,%.

Кількість екстракту в гарячому суслі:

(3.42)

де mc, mкс, mкк - маса ячмінного солоду, карамельного солоду й кукурудзяної крупи відповідно, масова частка,%;

Єс, Екс і Екк - екстрактівность ячмінного солоду, карамельного солоду й кукурудзяної крупи крупи відповідно,%;

k - коефіцієнт втрат екстрактивних речовин в дробини:

(3.43)

де П - втрати екстракту в дробини,% до маси зернопродуктів, П = 1,75.

Маса екстрактивних речовин, що залишилися в дробини:

, Кг (3.44)

3.2.2 Визначення кількості проміжних продуктів

Гаряче сусло

Маса гарячого сусла МДР:

, Кг (3.45)

де е - масова частка сухих речовин у початковому суслі, відповідно до рецептури дорівнює 14%.

Обсяг сусла Vс при 20 º С:

, Дав (3.46)

де d - відносна щільність сусла при 20 º С згідно довідковим даними дорівнює 1,0496 кг/дм3; 10 - коефіцієнт переведення з л у дав.

Обсяг гарячого сусла Vгс:

, (3.47)

де к - коефіцієнт об'ємного розширення при нагріванні сусла до 100 º С дорівнює 1,04 згідно довідковими даними.

З урахуванням цього коефіцієнта:

3.2.2.2 Холодне сусло

Обсяг холодного сусла Vхс:

, Дав (3.48)

де Пох - втрати сусла в хмелевою дробини на стадії освітлення та охолодження,%.

.

Молоде пиво

Обсяг холодного пива при зброджуванні Vмп:

, Дав (3.49)

де ПБР - втрати при бродінні,%.

.

Фільтроване пиво

Обсяг фільтрованого пива Vфп:

, Дав (3.50)

де ПДФ - втрати при доброжуванні і фільтруванні,%.

.

Готове пиво

Обсяг готового пива Vгот:

, Дав (3.51)

де Проза - втрати при розливі становлять 2,5%.

.

Загальні видимі втрати по рідкій фазі

Загальні видимі втрати по рідкій фазі Пвід:

, Дав (3.52)

.

Загальні видимі втрати :

,% (3.53)

.

3.2.3 Визначення витрати хмелю

При розрахунку витрат хмелю виходять з норм гірких речовин хмелю на 1 дал гарячого сусла, які для пива даного типу складають 1,25-1,30 г / дал.

Витрата гранульованого хмелю Н:

, Г / дал (3.54)

де Гх - норма гірких речовин хмелю, приймемо рівної 1,25 г / дал гарячого сусла;

α х - вміст α-гірких кислот у хмелі, приймемо рівним 5%;

Wх - вологість хмелю, приймемо рівної 12%;

Пх - втрати гірких речовин хмелю в ході технологічного процесу, приймемо рівними 11.41%.

.

Витрата гранульованого хмелю Нгх:

, (3.55)

3.2.4 Визначення витрати води для затирання зернопродуктів

Для визначення витрати води на затирання повинна бути задана концентрація першого сусла в залежності від сорту пива. Розрахунок кількості води для затирання зернопродуктів проводиться за такою формулою:

(3.56)

де В - кількість води, яка споживається для затирання 100 кг зернопродуктів, дм3;

Е - екстракт зернопродуктів,% до маси;

N - втрати екстрактивних речовин в дробини,% до маси сировини;

С - концентрація першу сусла,% до маси;

1,05 - коефіцієнт, що враховує випаровування частини води при кип'ятінні отварок.

Таблиця 3.7 - Зведена таблиця розрахунків солоду, води і хмелю при виробництві пива «Рецептура № 2»

3.2.5 Визначення кількості відходів

Зернова дробина

Кількість зерновий дробини МЗД, кг:

, Кг (3.57)

де МПЕ - кількість сухих речовин, що залишилися в дробини, кг;

Wзд - вологість дробини, приймемо рівної 80%.

.

Хмелева дробина

Кількість вологої дробини МВС, що утворюється при виробництві 1 дал пива:

, Кг (3.58)

де ВхД - вихід безводній хмелевою дробини, при вологості 80% приймемо рівним 3,4%.

.

Відстій після доброджування

Встановлено, що при витримці пива даного типу виходить 1,33 дм3 відстою дріжджів.

Дріжджі надлишкові

При бродінні сусла виходить 0,8 дм3 надлишкових дріжджів вологістю 88% на 10 дав зброджуваного сусла.

Кількість надлишкових дріжджів МДР на 100 кг зернопродуктів:

(3.59)

.

Діоксид вуглецю

На 1 дав готового пива при головному бродінні виділяється 150 г діоксиду вуглецю, який може утилізуватися.

3.2.6 Поправний шлюб

Виправний брак складає 2%.

У табл. 3.8 наведені дані, отримані при розрахунку на 100 кг зернової сировини.

Таблиця 3.8 - Зведена таблиця розрахунків проміжних продуктів та відходів при виробництві пива «Рецептура № 2»

3.2.7 Розрахунок тари і допоміжних матеріалів

Пиво «Рецептура № 2» розливають у кеги.

Кількість оборотних алюмінієвих бочок (кеги) обчислюють:

(3.60)

Zоб - оборотність бочок, 40 обертів на рік;

Gоб-річний випуск пива в бочках, дав;

Vоб - місткість зворотному бочки, дав.

Необхідна кількість кег з урахуванням 5% зносу розраховується:

3.3 Розрахунок основної сировини для пива «Рецептура № 3»

Таблиця 3.9 - Рецептура пива «Рецептура № 3»

Таблиця 3.10 - Втрати по стадіях виробництва

3.3.1 Визначення виходу екстракту у варочному цеху з 100 кг зернової сировини

Маса полірованого солоду Мпс:

, Кг (3.61)

де Мс - маса солоду, кг;

Пп - втрати солоду при поліровці,% до маси сировини.

Маса рисової січки після дроблення МРС:

, Кг (3.62)

де Мр - маса рису, кг;

ПДР - втрати рисової січки при дробленні,% до маси сировини.

.

Маса кукурудзяної крупи МКК:

, Кг (3.63)

де МКК - маса кукурудзи, кг;

- Втрати кукурудзи при виготовленні крупи,% до маси сировини.

.

Маса сухих речовин солоду :

, Кг (3.64)

де Wс - вологість солоду,%.

Маса сухих речовин рисової січки :

, Кг (3.65)

де WРС - вологість рисової січки,%.

Маса сухих речовин кукурудзяної крупи :

, Кг (3.66)

де Wкк - вологість кукурудзяної крупи,%.

Маса екстрактивних речовин солоду :

, Кг (3.67)

де Ес - екстрактівность солоду,%.

Маса екстрактивних речовин рисової січки :

, Кг (3.68)

де Ерс - екстрактівность рисової січки,%.

Маса екстрактивних речовин кукурудзяної крупи :

, Кг (3.69)

де Екк - екстрактівность кукурудзяної крупи,%.

Загальна маса сухих речовин :

, (3.70)

Загальна маса екстрактивних речовин :

, Кг (3.71)

Маса сухих речовин залишилися в дробини МПЕ:

, Кг (3.72)

де М - загальна маса зернопродуктів, кг;

Пе - втрати екстракту в дробини,%.

Маса екстрактивних речовин, що залишилися в дробини:

, Кг (3.73)

3.3.2 Визначення кількості проміжних продуктів

Гаряче сусло

Маса гарячого сусла МДР:

, Кг (3.74)

де е - масова частка сухих речовин у початковому суслі, відповідно до рецептури дорівнює 11%.

Обсяг сусла Vс при 20 º С:

, Дав (3.75)

де d - відносна щільність сусла при 20 º С згідно довідковим даними дорівнює 1,0496 кг/дм3;

10 - коефіцієнт переведення з л у дав.

Обсяг гарячого сусла Vгс:

, Дав (3.76)

де к - коефіцієнт об'ємного розширення при нагріванні сусла до 100 º С дорівнює 1,04 згідно довідковими даними.

З урахуванням цього коефіцієнта:

Холодне сусло

Обсяг холодного сусла Vхс:

, Дав (3.77)

де Пох - втрати сусла в хмелевою дробини на стадії освітлення та охолодження,%.

.

Молоде пиво

Обсяг холодного пива при зброджуванні Vмп:

, Дав (3.78)

де ПБР - втрати при бродінні,%.

.

Фільтроване пиво

Обсяг фільтрованого пива Vфп:

, Дав (3.79)

де ПДФ - втрати при доброжуванні і фільтруванні,%.

.

Готове пиво

Обсяг готового пива Vгот:

, Дав (3.80)

де Проза - втрати при розливі становлять 2,5%.

.

Загальні видимі втрати по рідкій фазі

Загальні видимі втрати по рідкій фазі Пвід:

, Дав (3.81)

.

Загальні видимі втрати :

,% (3.82)

.

3.3.3 Визначення витрати хмелю

При розрахунку витрат хмелю виходять з норм гірких речовин хмелю на 1 дал гарячого сусла, які для пива даного типу складають 1,25-1,30 г / дал.

Витрата гранульованого хмелю Н:

, Г / дал (3.83)

де Гх - норма гірких речовин хмелю, приймемо рівної 1,25 г / дал гарячого сусла;

α х - вміст α-гірких кислот у хмелі, приймемо рівним 5%;

Wх - вологість хмелю, приймемо рівної 12%;

Пх - втрати гірких речовин хмелю в ході технологічного процесу, приймемо рівними 11.41%.

.

Витрата гранульованого хмелю Нгх:

, Г/100 кг (3.84)

.

3.3.4 Визначення витрати води для затирання зернопродуктів

Для визначення витрати води на затирання повинна бути задана концентрація першого сусла в залежності від сорту пива. Розрахунок кількості води для затирання зернопродуктів проводиться за такою формулою:

(3.85)

де В - кількість води, яка споживається для затирання 100 кг зернопродуктів, дм3;

Е - екстракт зернопродуктів,% до маси;

N - втрати екстрактивних речовин в дробини,% до маси сировини;

С - концентрація першу сусла,% до маси;

1,05 - коефіцієнт, що враховує випаровування частини води при кип'ятінні отварок.

Таблиця 3.11 - Зведена таблиця розрахунків солоду, води і хмелю при виробництві пива «Рецептура № 3»

3.3.5 Визначення кількості відходів

Зернова дробина

Маса зерновий дробини МЗД:

, Кг (3.86)

де МПЕ - кількість сухих речовин, що залишилися в дробини, кг;

Wзд - вологість дробини, приймемо рівної 80%.

.

Хмелева дробина

Маса вологої дробини МВС, що утворюється при виробництві 1 дал пива:

, Кг (3.87)

де ВхД - вихід безводній хмелевою дробини, при вологості 80% приймемо рівним 3,4%.

.

Відстій після доброджування

Встановлено, що при витримці пива даного типу виходить 1,33 дм3 відстою дріжджів.

Дріжджі надлишкові

При бродінні сусла виходить 0,8 дм3 надлишкових дріжджів вологістю 88% на 10 дав зброджуваного сусла.

Кількість надлишкових дріжджів МДР на 100 кг зернопродуктів:

(3.88)

.

Діоксид вуглецю

На 1 дав готового пива при головному бродінні виділяється 150 г діоксиду вуглецю, який може утилізуватися.

3.3.6 Поправний шлюб

Виправний брак складає 2%.

У табл. 3.12 наведено дані, отримані при розрахунку на 100 кг зернової сировини.

Таблиця 3.12 - Зведена таблиця розрахунків проміжних продуктів та відходів при виробництві пива «Рецептура № 3»

3.3.7 Розрахунок тари і допоміжних матеріалів

Пиво «Рецептура № 3» розливають у кеги.

Кількість оборотних алюмінієвих бочок (кеги) обчислюють:

(3.89)

Zоб - оборотність бочок, 40 обертів на рік;

Gоб-річний випуск пива в бочках, дав;

Vоб - місткість зворотному бочки, дав.

Необхідна кількість кег з урахуванням 5% зносу розраховується:

4. АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИРОБНИЧОГО ПРОЦЕСУ

4.1 Загальні відомості про системи управління в харчовій промисловості

Характерною властивістю систем управління, що визначає їх як особливий клас динамічних систем, є використання поточної інформації про керовані і керуючих впливах при реалізації зворотних і компенсуючих зв'язків, призначених для забезпечення оптимальної якості управління за обраним критерієм. Критерієм ефективності харчових виробництв прийнято вважати стандартне якість випущених продуктів харчування.

4.1.1 Обгрунтування застосування АСУТП у харчовій промисловості

Розвиток харчової промисловості є однією з головних складових господарської та виробничої програм держави, суттєво впливають на добробут трудящих, так як продукція харчової промисловості характеризується широким асортиментом і масовістю попиту. Реалізація цих програм потребує системного підходу в цілеспрямованому вивченні різних питань метрології та сертифікації, а також контролю і управління технологічними процесами з використанням сучасних технологій при виробництві високоякісних і екологічно безпечних продуктів харчування.

Для харчової промисловості характерні безперервні, дискретні або безперервно-дискретні виробництва. Системи їх управління повинні забезпечити необхідну протікання різних технологічних процесів шляхом підтримання оптимальних режимів роботи технологічного устаткування, що гарантують випуск якісних напівфабрикатів або готової продукції, що неможливо без використання сучасних розробок теорії і практики автоматичного управління, аналізу технологічних процесів, агрегатів та їх комплексів як об'єктів управління, побудови математичних моделей і алгоритмів оптимального управління технологічними процесами, створення систем автоматичного та автоматизованого управління з використанням обчислювальної техніки.

Підвищення потужності, складності та вартості технологічних комплексів і систем як об'єктів управління, посилення вимог до якості продукції, охорони навколишнього середовища та безпеки персоналу, а також забезпечення тривалої працездатності обладнання є економічними і соціальними передумовами до безперервного вдосконалення систем управління.

Завдяки використанню обчислювальної техніки, що забезпечує можливість формування, зберігання і обробки великих масивів інформації, створені умови, що дозволяють звільнити людину від виконання одноманітних інтелектуальних функцій, пов'язаних з отриманням і обробкою інформації, а також прийняттям рішень з управління виробництвом.

Використання програмно-керованого комплексу спрощує адаптацію до змінних умов виробництва і робить реальним еволюційне вдосконалення управління технологічними процесами в основному за рахунок зміни програмного забезпечення.

4.1.2 Основні поняття і визначення теорії автоматичного управління

Розвиток систем управління технологічними процесами харчових виробництв проходить ряд якісних ступенів, пов'язаних із застосуванням відповідних автоматичних засобів, які забезпечують повне або часткове звільнення обслуговуючого персоналу від виконання функцій контролю та управління.

На ранній стадії розвитку автоматичні засоби забезпечували формування різних місцевих локальних систем автоматизації: автоматичного контролю і сигналізації; автоматичного регулювання; автоматичного пуску і зупинки устаткування; автоматичного захисту.

У локальних системах автоматизації для великих апаратів, технологічних агрегатів і ліній створюються місцеві пункти контролю та управління, значно поліпшують умови роботи обслуговуючого персоналу.

Для управління складними, територіально розподіленими технологічними процесами застосовують сучасні технічні засоби - мікропроцесорну техніку та сучасні економіко-математичні методи, що забезпечують автоматичний збір та обробку інформації, необхідної для здійснення управління.

Наука про загальні принципи і методи побудови автоматично діючих пристроїв і систем називається автоматикою. Автоматика - це сукупність механізмів та пристроїв, що діють автоматично. Як відомо, ефективність систем контролю і управління залежить від раціонального вибору функцій і типу технічних засобів. Функції систем контролю і управління поділяють за призначенням на основні та допоміжні, а за змістом - на інформаційні, обчислювальні і керуючі.

До основних функцій відносять ті, що забезпечують досягнення цілей функціонування ОУ та / або обмін інформацією з суміжними автоматичними системами контролю (АСК) і системами автоматичного управління (САУ).

До допоміжних функцій відносять функції, спрямовані на досягнення необхідної точності, надійності та інших показників якості функціонування засобів контролю та управління.

Інформаційні функції - це сукупність операцій і процедур, які забезпечують отримання, обробку та подання інформації про стан ОУ або систем контролю та управління оперативного персоналу або в суміжні системи.

Керуючі функції - це сукупність операцій і процедур, які забезпечують вироблення і реалізацію керуючих впливів на ОУ або САУ.

Склад основних функцій системи управління визначається цілями її функціонування.

До основних інформаційних функцій відносять: вимірювання і контроль технологічних параметрів; підготовку та передачу інформації в суміжні системи контролю та управління; обчислення техніко-економічних показників і показників якості продукції і т.п.

Склад допоміжних функцій визначається забезпеченням працездатності систем контролю і управління.

Працездатним називають стан, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність системи виконувати свої функції, відповідають вимогам нормативно-технічної документації.

Ефективність роботи ОУ значно залежить від матеріальних і людських ресурсів, необхідних для забезпечення підтримання ОУ і систем контролю і управління в працездатному стані протягом всього терміну експлуатації.

Стан об'єкта (системи), при якому значення хоча б одного параметра не відповідає зазначеним вимогам, є непрацездатним.

Подія, що полягає в порушенні працездатності об'єкта, називають відмовою.

Функції системи, що управляє працездатністю автоматизованого ОУ, наступні: технічне діагностування; реконфігурація (зміна) структури об'єкта; аварійний захист, управління резервами; технічне обслуговування і ремонт.

Технічне діагностування є інформаційною функцією і включає контроль, пошук і оцінку глибини зміни технічного стану ОУ.

Реконфигурация структури системи (об'єкта) передбачає збереження найменшою швидкістю зниження її працездатності. Ця функція здійснюється шляхом пошуку варіантів допустимої структури, зміни зв'язків і режимів функціонування елементів системи, використання автоматичного захисту, що попереджає про аварійний стан ОУ.

Функція управління резервами забезпечує введення додаткових (резервних) елементів, спрямованих на збереження працездатності об'єкта та контроль досягнутих результатів. Залежно від виду резерву розрізняють функціональне, технічне та алгоритмічне резервування.

Проведення робіт з обслуговування і ремонту об'єкта визначається вибраною стратегією, під якою слід розуміти призначення часу, об'єму і методу проведення зазначених робіт. Технічне обслуговування та ремонт проводяться з урахуванням інформації про виконання функцій управління резервами.

Автоматизація харчових виробництв базується на розвитку систем двох видів. Перший - місцеві (локальні) системи автоматизації апаратів, агрегатів, установок, механізмів, ліній, реалізують для частини технологічного процесу функції автоматичного контролю і сигналізації, автоматичного регулювання, автоматичного пуску і зупинки технологічного устаткування, автоматичного захисту.

Автоматичний контроль і сигналізація призначені для виконання безперервного вимірювання, запису параметрів, що характеризують стан і роботу технологічного обладнання, а також для формування попереджувальних сигналів при відхиленні цих величин від допустимих меж.

Автоматичне регулювання підтримує сталість чи закономірна зміна регульованих величин, що забезпечують безпеку, надійність та ефективність експлуатації технологічного устаткування.

Автоматичний пуск і зупинка забезпечують запуск в дію технологічного устаткування за сигналом з пункту управління, але за наявності певної сукупності зовнішніх умов. При цьому дотримуються послідовність операцій та координація їх між собою.

Автоматичний захист охороняє діюче устаткування від аварій. Вона виводить з дії все технологічне обладнання або його частина, якої безпосередньо загрожує аварія через несправності автоматизованого обладнання, псування регуляторів або неправильних дій обслуговуючого персоналу. До автоматичної захисту відносяться також пристрої блокування, що допускають виконання операції з включення в дію або з відключення елементів обладнання тільки в заданій послідовності.

У залежності від ступеня участі оператора в процесі управління розрізняють такі режими:

автоматичного управління - автоматичний режим, при якому управління відбувається без участі оператора, але за його завданням і при його контролі;

напівавтоматичного управління - напівавтоматичний режим (автоматизований режим), при якому реалізація основних командних операцій з управління покладається на оператора;

ручного управління - ручний режим, при якому всі операції з управління здійснюються оператором.

Автоматичне, автоматизоване й ручне керування забезпечують заданий порядок і послідовність пуску, роботи і зупинки механізмів і пристроїв, які беруть участь у процесі, шляхом введення відповідних блокувань.