Материал: Технология отрасли - 2020
Способы охлаждения зерновых масс можно разделить на две группы: пассивные и активные. Пассивное охлаждение осуществляют проветриванием зернохранилищ с применением приточно-вытяжной вентиляции. В летне-осенний период его проводят в ночные часы, а с наступлением устойчивой холодной и сухой погоды – круглосуточно. Пассивное охлаждение не всегда дает достаточный эффект. Активное охлаждение осуществляют пропуском зерна через зерноочистительные машины, зернопогрузчики, конвейеры, нории. Наиболее прогрессивным методом охлаждения является активное вентилирование, дающее самый высокий технологический эффект.
Режим хранения без доступа воздуха (в герметических условиях).Он основан на принципе аноксианабиоза. Потребность подавляющей части живых компонентов зерновой массы в кислороде позволяет консервировать ее путем изоляции от атмосферного воздуха. Отсутствие кислорода значительно сокращает интенсивность дыхания зерновой массы, зерно и семена переходят на анаэробное дыхание. Почти полностью прекращается жизнедеятельность микроорганизмов, так как подавляющая масса их состоит из аэробов. Исключается возможность развития насекомых и клещей, также нуждающихся в кислороде.
Хранение без доступа воздуха – это почти единственный способ, обеспечивающий сохранность фуражного зерна с повышенной влажностью, исключающий необходимость применения тепловой сушки в зерносушилках. Потеря признаков свежести при этом не имеет существенного значения для зерна, предназначенного на кормовые цели. Совершенно исключается возможность хранения без доступа воздуха всех партий зерна, которые будут использованы для посева, так как при этом режиме неизбежна частичная или полная потеря всхожести вследствие губительного действия на зародыш этилового спирта, выделяющегося при анаэробном дыхании.
Создание бескислородных условий при хранении зерновых масс достигается обычно одним из трех путей:
естественным накоплением диоксида углерода и потерей кислорода в результате дыхания всех живых компонентов, отчего и происходит самоконсервирование (автокон-сервирование) зерновой массы в герметичной емкости;
создание в зерновой массе вакуума (применяют вакуумные насосы);
введение в зерновую массу газов, вытесняющих воздух из межзерновых пространств (применение брикетов сухого льда, сжигание сжиженного газа в генераторах).
Первый путь более доступный и дешевый, наиболее распространен в практике хранения.
Способы подготовки воды технологического назначения (коагуляция, реагентные методы, ионообмен, электродиализ, магнитная обработка, обеззараживание).
с
Хмель как сырье для пивоварения.
В пивоварении хмель применяется для нейтрализации солодовой сладости, получения гармоничного вкуса. Шишки растения обладают антиоксидантными и консервирующими свойствами. Мастера крафтового ценят хмель в пивоварении за оригинальный аромат и способность давать стойкую пену.
Для использования в пивоварении культивируют исключительно женские растения хмеля. Именно в их сердцевине обнаружены лупулиновые железы, синтезирующие эфирные масла и горьковатые смолы. Зернышки лупулина обычно желтоватые. Бледная окраска говорит о неполном вызревании шишек. Коричневатые, бурые семечки признак старения или порчи хмеля.
В составе хмеля обыкновенного содержатся горькие хмельные смолы, имеющие богатый состав. Самыми важными элементами можно считать:
Альфа-кислоту — вещество, придающее специфическую горечь. Чем больше ее в хмеле, тем меньше сырья необходимо для придания желаемой горечи в напитке (IBU). При высокой температуре кислота преобразуется в изомеры, которые растворяются в сусле и выделяют горечь. Раннее введение хмеля в сусло, длительное прибывание в массе дает большее образование горьких элементов. Если раствор имеет перед кипячением оптимальный уровень рН — 5,2-5,4, то горечь сусла имеет тонкий, равномерный вкус. Более высокие показатели рН приводят к увеличению изомеризации. Это приводит к искажению рецепта, так как пиво получает сильный, резкий горький вкус.
Бета-кислота — вещество, имеющее менее выраженную горечь ввиду низкой изомеризации. Ее, как правило, не учитывают при расчете горечи пива. Кислота содержится в хмеле в низкой концентрации, но придает напитку более грубую горечь. В том случае, если хмель содержит много бета-кислоты, его не помещают в раствор на первом этапе кипячения.
Когумулон — является одним из элементов альфа-кислоты. Если компонент содержится в большей концентрации, чем другие составляющие, то это имеет отрицательное влияние на горечь напитка. Вещество вызывает активную изомеризацию при кипячении, что дает резкий и грубый горький вкус. Некоторые сорта хмеля, произрастающего в Чехии, Германии, ценятся за низкую концентрацию когумулона.
Эссенциальные лупулиновые масла благоприятно влияют на пивной аромат. Интенсивность запаха обусловливается высокой концентрацией эфирных фитовеществ. Пропорции основных — мирцена, гумулена, карифиллена, фарнезена — формируют уникальные композиции. Каждый из сортов хмеля имеет специфический, свойственный только ему аромат. При кипячении эти вещества испаряются. Для приготовления ароматного пива необходимо использовать свежий хмель, так длительное хранение вызывает окисление основных элементов. В ходе пивоварения сырье вводят в конце кипячения или путем сухого охмеления.
Наиболее значительным эфирным маслом является мирцен. Он может составлять от 30 до 60% от общего количества масел. Масло свежего хмеля — второе определение мирцена. Он имеет богатые вкусовые оттенки. Для мирцена характерны травянистые, смолистые, бальзамические и легкие металлические нотки с примесью соснового и цитрусового аромата. Характерен для американских культур хмеля и является основным элементом американских рецептов IPA и Pale Ale (APA) — до 60%. Оптимальная температура кипения мирцена - свыше 64 °C. Высокая летучесть масла вызывает быстрое испарение даже при введении в вирпул при высоких температурах.
Второе место в составе хмеля занимает гумулен — масло, характерное для традиционных европейских культур. Имеет пряные и землистые оттенки вкуса и аромата. Температура кипения гумулена достаточно высокая — почти 99 °C. Значительная гидрофобность и летучесть подразумевают его введение в вирпул или путем сухого охмеления. Является основным элементом сорта Халлертаур Миттельфрю.
Карифиллен — основной фитоэлемент, содержащийся в гвоздике, розмарине, каннабисе и хмеле. В большом количестве сконцентрирован в черном перце. Вкус и аромат имеют древесные, земляные и перечные растительные нотки. Английский сорт Ист Кент Голдингс содержит большое количество кариофиллена, благодаря которому обладает землянисто-древесным вкусом. Отлично подходит для сухого охмеления и введения в вирпул, хоть и обладает незначительной летучестью.
Фарнезен имеет в хмеле наименьшую концентрацию — менее 1%. Он более характерен для яблок, содержится в фруктовой кожице. Именно это масло дает нотки зеленого яблока, а так же цветочно-цитрусовый аромат. Может давать древесный или растительный привкус. В большом количестве сконцентрирован в сорте Теттнангер — более 16%. Обычно вводится после брожения или на поздней стадии кипячения, так как подвержен быстрому окислению.
Дубильные вещества в составе хмеля представлены в виде полифенолов. Сконцентрированы в растительных элементах культуры — стеблях, цветках, лепестках. Эти компоненты оказывают на готовый напиток следующее действие:
привносят терпкий привкус;
придают готовому пиву прозрачность, так как во время кипячения объединяют белковые элементы из солода и выводят их в осадок;
стабилизируют вкусовые качества пива за счет высоких антиокислительных качеств;
противоопухолевыми, противовоспалительными свойствами обладает ксантогумулон — один из полифенолов хмеля.
Строение зерновок, использование составных частей зерновки в пивоварении.
С точки зрения применения злаков в пивоварении и производстве зерновых продуктов следует обратить внимание на следующие структуры зерна: оболочки, алейроновый слой, эндосперм и зародыш. Различают пленчатые и голозерные культуры. Оболочки В пленчатых злаках имеется наружная оболочка, которая называется цветковой, или мякинной. Например, цветковая оболочка ячменя составляет 8-13% массы зерна и состоит из целлюлозы, а также небольшого количества липидов, фенольных соединений, белков и силикатов. Оболочки голозерных злаков (пшеница, рожь, голозерный овес, просо, сорго, гречиха) состоят из плодовой (наружной) и семенной (прилегающей к алейроновому слою) оболочек – рисунок 1.1. Плодовая оболочка представляет собой тонкий слой мертвых клеток, в которых в период вегетации находился хлорофилл. Семенная оболочка – полупроницаемая, она пропускает только воду. В состав клеток семенной оболочки входят целлюлоза (клетчатка), фенольные соединения, в частности процианидин, являющийся причиной коллоидных помутнений пива. Рис 1.1. Морфология зерна Алейроновый слой Показанный на рисунке 1.1. алейроновый слой (АС), состоящий из толстостенных клеток, включает, как правило, несколько слоев. Количество слоев в АС зависит от природы злака. Напрмер у ячменя АС состоит из 3 слоев, у ржи – из 1слоя. 7 АС богат биологически активными веществами. В состав клеток АС входят главным образом белки, липиды, соли фитиновой кислоты, фенольные соединения, в частности феруловая кислота, и мениральные вещества. В алейроновом слое находятся ферменты, некоторые из них – в активной форме. В частности в алейроновом слое содержатся дыхательные ферменты, находящиеся в митохондриях. Клетки всасывающего эпителия также содержат митохондрии. Эндосперм Эндосперм составляет большую часть зерновки. Он состоит из субалейронового слоя, за которым располагаются крупные тонкостенные клетки разнообразной формы, занимающие всю внутреннюю часть эндосперма, как показано на рисунке рис.1.1. В этих клетках находятся мелкие и крупные гранулы крахмала. На риснке 1.2. воказано, что между крахмальными зернами располагается белок. CW – клеточная стенка, LS – крупные крахмальные зерна; P-S – мелкие крахмальные зерна. Рисунок 1.2 – Клеточные стенки эндосперма зерна ячменя Клеточные стенки состоят из β-глюканов и пентозанов (арабиноксилана). Они связаны между собой посредством эфирных связей феруловой кислоты и белка. Зародыш Зародыш имеет в зависимости от культуры разные размеры. Так для ячменя его масса составляет около 3% , у кукурузы 10-14% от СВ зерна. В 8 состав зародыша входят жиры, моно и олиго-сахариды, белки, витамины и микроэлементы. Кроме того в состав зародыша входят ферменты в активной форме.
Методы обеззараживания и очистки сточных вод.
Обеззараживание проводится физическими, химическими, биологическими методами: Химические методы основаны на добавлении в сточные воды дезинфицирующих средств — хлора, марганца, аминов. Это дешевый способ обеззараживания, но при этом ухудшаются качества воды. Высок риск образования токсичных соединений, формирования устойчивости микроорганизмов к хлору. Физические методы включают обработку стоков озоном, ультрафиолетом, ультразвуком. Вода при этом не изменяет состав, сохраняется ее безопасность для последующего использования, нет риска выработки устойчивости микробов. Но физические методы обеззараживания требуют больших затрат, наличия специальных установок. Биологические методы применяются крайне редко. Обеззараживание проводится путем слива канализации в специально созданные пруды, где на них воздействуют живые организмы — микроскопические рачки, полезные бактерии. Способ затратный, требует много времени.
Хлорирование Экономически выгодный способ обеззараживания. В сточные воды добавляют соединения, выделяющие активный хлор: оксид хлора; известь; хлорноватистый кальций, натрий. В начале XX века этот метод остановил вспышки кишечных инфекций. Под действием хлора нарушается структура микроорганизмов, они погибают. В хлораторах готовят раствор хлора необходимой концентрации и подают его в стоки. Виды хлораторов: непрерывного действия — постоянно подают установленные дозы хлора; порционные — выдают установленную порцию хлора через равные промежутки времени; регулирующие — автоматически изменяют дозу реагента с учетом количества сточных вод. Хлорсодержащие вещества вредны для здоровья человека, работать с ними можно только в защитной одежде. Постоянное использование хлоридов ведет к коррозии металлических поверхностей. В хлорированной воде гибнут живые обитатели водоемов. Йод и бром обладают окисляющим действием, разрушая оболочку микроорганизмов. Отличаются большей эффективностью обеззараживания по сравнению с хлором, так как сильнее действуют на вирусы. Йод используют в замкнутых водных системах — например, на космических станциях. Однако йодирование и бромирование сточных вод не получает широкой распространенности. Стоимость этих соединений значительно выше, чем хлорных.
Озонирование. Озон — сильный окислитель, разрушает микроорганизмы путем повреждения их оболочки. Обеззараживание сточных вод озонированием экологически безопасно. Озон разлагается за полчаса, образуя кислород, не оставляет запаха. Поэтому сточные воды после озонирования можно использовать повторно. Эффективность обеззараживания озоном достигает 100 %. Но быстрое разложение озона является одновременно и недостатком. После его распада до кислорода снова появляется риск инфицирования стоков. Активный кислород вызывает коррозию металлических поверхностей. Частое озонирование приводит к быстрому изнашиванию канализационных труб, арматуры.
Ультразвук Ультразвуковые волны уничтожают микроорганизмы, создавая вокруг них область повышенного давления. Действует преимущественно на бактерии. Область распространения ультразвука небольшая, обеззаразить можно тонкий слой воды. Поэтому метод для дезинфекции стоков практически не применяется.
Ультрафиолетовое обеззараживание. Ультрафиолетовое облучение губительно воздействует на микроорганизмы, нарушая их способность делиться. Для обеззараживания воду пропускают через трубу с кварцевыми лампами. Ультрафиолет уничтожает вирусы, бактерии, грибы, споры. Обеззараживание УФ-лучами не изменяет качественный состав воды, безопасно для живых организмов в водоемах. Установка для ультрафиолетового обеззараживания небольшая, легко монтируется. Сам процесс не требует больших затрат ресурсов.
Комбинированные методы очистки стоков Для достижения наибольшей экономической выгоды и экологической эффективности обеззараживания применяют комбинированные методы. Ультразвуковые волны сочетают с ультрафиолетовым облучением, что позволяет добиться полного уничтожения патогенных микробов в больших объемах канализации.
Механическая очистка. Принцип механической очистки заключается в том, что на данном этапе из стоков удаляются все твердые нерастворимые вещества, твердые фракции и примеси, которые могут повредить дальнейшее очистное оборудование и сооружения.
Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.
Механическую очистку сточных вод можно выполнять двумя способами.
Первый способ состоит в процеживании воды сквозь решетки и сита, в результате чего отделяются твердые частицы. Второй способ заключается в отстаивании воды в специальных отстойниках, в результате чего минеральные частицы оседают на дно.
К сооружениям для механической очистки сточных вод относятся:
решётки (или УФС – устройство фильтрующее самоочищающееся),
сита,
песколовки,
Первичные отстойники.
Мембранные элементы.
Септики.
Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей – сита
В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.
Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ.
Метод осаждения используется, например, для очистки сточных вод от взвешенных веществ. Отстаивание основано на свободном оседании (всплывания) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках (периодического и непрерывного действия), осветлителях, нефтеловушках и жироуловителях.
Другим методом очистки производственных сточных вод и загрязненных вод другого происхождения от крупнодисперсных субстанций является метод флотации. Процесс проходит в специальных сооружениях – флотаторах, в которые под давлением подается воздух и сточные воды. Суть данной методики состоит в переносе загрязняющих агентов на поверхность обрабатываемых сточных вод при помощи воздушных пузырьков. Как результат флотации, образуются пенные образования, содержащие загрязнители воды, которые, затем, удаляются особыми скребками. Пузырьки воздуха для флотации могут быть получены механическими способами – при помощи турбин или форсунок, при помощи электрофлотации воды и другими способами.