Материал: Технология отрасли - 2020

Фильтрование первого сусла - в основном физический процесс. При промывании дробины активно протекают и химические процессы: реакции между солями воды и веществами сусла, выщелачивание полифенольных веществ, окислительные процессы. По мере снижения доли сусла в промывной воде повышается ее рН и усиливается экстракция горьких, дубильных, азотистых веществ. Поэтому по химическому составу первое сусло значительно отличается от промывной воды. В таблице 5 приведен примерный состав экстракта первого сусла (концентрация 14,7 %) и промывной воды (концентрация 2,1 %).

Таблица 5 «Химический состав первого сусла и промывной воды»

Для снижения экстракции нежелательных компонентов воду, идущую на промывку дробины, целесообразно подкислять. Для предотвращения окислительных процессов дробину необходимо постоянно держать под слоем воды.

31. Физико-химические процессы при охлаждении и осветлении сусла.

Целью охлаждения и осветления сусла является понижение температуры, насыщение сусла кислородом воздуха и осаждение взвешенных веществ сусла.

Понижение температуры сусла. Горячее охмеленное сусло охлаждают до начальной температуры брожения. В зависимости от вида и способа брожения начальная температура низового брожения по классической технологии составляет 5 – 7 ⁰С, ускоренного брожения в ЦКТ 9 ⁰С, верхового брожения 14 – 16 ⁰С.

Обычно сусло охлаждают в две стадии. На первой стадии сусло медленно (около 2 часов) охлаждают до 60 – 70 ⁰С в отстойном чане и несколько быстрее в гидроциклоне (20 – 40 минут, температура на выходе из гидроциклона около 90 ⁰С). На второй стадии (от 60 – 70 ⁰С до 5 – 9 ⁰С) сусло охлаждают быстро, как правило, с использованием пластинчатых теплообменников.

Растворение кислорода воздуха в сусле. Поглощение кислорода суслом происходит в ходе всего процесса охлаждения, причем идет химическое и физическое связывание кислорода суслом.

Кислород растворяется в горячем сусле в очень небольшом количестве, так как при высоких температурах он слабо растворим, но по мере охлаждения этот процесс усиливается.

При высоких температурах (свыше 40⁰С) происходит химическое связывание. Кислород воздуха, поглощенный горячим суслом, быстро исчезает, он затрачивается на окисление органических веществ сусла, что выражается в потемнении сусла и резком снижении хмелевого аромата и хмелевой горечи.

При температурах от 40 до 85⁰С кислород воздуха химически взаимодействует с сахарами, азотистыми и горькими веществами, хмелевыми смолами, полифенолами сусла и окисляет их. Например, при окислении глюкозы образуется глюконовая кислота, фруктозы — муравьиная, щавелевая и винная кислоты.

Из указанных веществ в потемнении сусла участвует фруктоза, которая при окислении может карамелизоваться, а также дубильные вещества, которые окисляются в флобафены.

Окислительные процессы отрицательно влияют на качество сусла и пива, но вместе с тем они необходимы для образования стойких коллоидных комплексов, постепенно укрупняющихся до взвешенных частиц. Поэтому контакт сусла с воздухом обязателен на этой стадии. Процесс окисления отдельных компонентов сусла выражается в увеличении окислительно-восстановительного потенциала и зависит от рН сусла. При обычном рН сусла скорость окисления отдельных веществ возрастает в ряду: сахароза, мальтоза, глюкоза, фруктоза, хмелевые смолы, дубильные вещества. Сдвиг рН сусла в сторону щелочной области в большей степени влияет на окисление полифенолов, чем других веществ.

Движение сусла также способствует связыванию кислорода, а тонкий слой окисляется легче, чем тонкий.

При температуре ниже 40°С окисления компонентов сусла не происходит, но сусло продолжает насыщаться кислородом путем его физического растворения. Этот кислород содержится в сусле в свободном виде и затем расходуется при сбраживании на размножение пивных дрожжей. Наиболее благоприятными условиями физического связывания кислорода являются низкая температура, тонкий слой сусла, его перемещение и низкая концентрация сусла. Содержание кислорода в сусле должно составлять не менее 6 – 7 мг/дм³.

Сусло может получать кислород различными способами. Например, при продувании его стерильным воздухом через барбатеры при охлаждении сусла в отстойном чане. Применяют также чаны предварительного брожения, где сусло получает необходимое количество кислорода при продувании слоя сусла стерильным воздухом. Количество физически связанного кислорода увеличивается в сусле по пути его в бродильное отделение, в результате смешивания его с воздухом, находящимся в трубах и бродильных емкостях. Дополнительно в трубопроводы могут вмонтироваться аэраторы, которые дозируют тонкораспыленный стерильный воздух в сусло, протекающее по трубопроводу.

Выделение взвесей. Весьма важным для технологии пива процессом является выделение взвесей из охлажденного сусла.

Муть в сусле находится в виде дисперсных систем, частицы разделяются на три группы: аналитические (с размером частиц около 1 нм), коллоидные (размер частиц – от 1 до 10³ нм) и грубые (10 и более нм). Выпадение частиц мути при охлаждении сусла подчиняется общим законам осаждения. Медленное и непрерывное осаждение частицы, взвешенной в неподвижной жидкости, происходит под действием силы тяжести. Сопротивление жидкости, препятствующее падению частицы, зависит от радиуса частицы, плотности и вязкости сусла.

На коллоидные частицы сила тяжести практически не воздействует из-за небольшой величины и близости их плотности к плотности сусла и пива. Осаждению коллоидных частиц препятствует также сила диффузии (непрерывное перемешивание в результате броуновского движения) и электрические силы отталкивания. Поэтому осветление сусла является длительным процессом. Оно происходит отдельными, последовательными этапами, соответствующими каждому типу коллоидных частиц и каждой серии размеров частиц.

С уменьшением диаметра частиц осветление сусла происходит труднее. Это объясняется тем, что сила тяжести, направленная вниз, ослабевает быстрее, чем сопротивление жидкости частицам мути. Но они могут увлекаться более крупными или более плотными частицами сусла, которые притягивают к себе мелкие.

Горячее сусло содержит грубые (или крупные) взвеси и мелкие (или тонкие взвеси), образовавшиеся на стадии кипячения сусла с хмелем. Осаждаясь на дрожжах, они могут отрицательно повлиять на жизнедеятельность дрожжей и тем самым на ход сбраживания сусла, а также на коллоидную стойкость готового пива.

Грубые взвеси выделяются в виде крупных хлопьев, легко осаждаются, образуя осадок взвесей горячего сусла. Этот осадок легко удаляется, часть его задерживается уже в хмелеотделителе. На этом осадке адсорбируются тяжелые металлы, предохраняя тем самым дрожжи и пиво от их вредного воздействия.

Размер грубых взвесей в среднем составляет 30 - 80 мкм. Процентный состав осадка: 50 - 60% белковых веществ, 20 - 30% полифенолов, 15 - 20% горьких хмелевых смол, 2 - 3% минеральных веществ (алюминий, железо, медь).

Количество взвесей горячего сусла колеблется от 30 до 60 г на 100 дм³ сусла и зависит от содержания белков в затираемом зерне, способа затирания, количества экстрактивных веществ в сусле, нормы, качества и вида вносимого хмеля, продолжительности и интенсивности кипячения затора и сусла.

Тонкая взвесь начинает образовываться и выделяться из сусла при температуре ниже 60 °С. Размеры частиц тонкой взвеси составляют 0,5 - 1,0 мкм. Кроме размера частиц тонкую взвесь отличает от грубой обратимый характер. Хотя масса тонкого осадка составляет 0,04 - 0,05 % от массы экстракта сусла, его наличие влияет на сбраживание сусла и качество пива в гораздо большей степени.

Тонкие взвеси пленкой покрывают поверхность дрожжевых клеток и ограничивают их физиологические функции, нарушая проницаемость клеток, затрудняя диффузию сахаров в клетку и их сбраживание. Они придают пиву терпко-горький вкус и снижают его стойкость к коллоидному помутнению, что определяется его составом - тонкий осадок состоит на 35 % из полифенолов и на 65 % из остатков β-глобулина, глютелина, гордеина. Эти комплексы теряют свою растворимость в сусле с понижением температуры.

В настоящее время заслуживает внимание, применение низких температур при отделении как грубого, так и тонкого осадков. Сусло, поступающее из отстойного чана или гидроциклона, подвергают охлаждению до минус 1 ⁰С и после 48 часовой выдержки при этой температуре его подвергают фильтрации на фильтр-прессе. Сусло получается прозрачным, лишенным основного количества мутеобразующих веществ, в частности, количество коагулируемого азота снижалось на 34%, дубильных и красящих веществ – на 14%. Такая обработка оказывает положительное влияние на последующие этапы производства – брожение, дображивание, и прежде всего, улучшает коллоидную стойкость готового пива.

32. Принципы очистки и сортировки зерна. Технологическая схема.

Очистка и сортировка зернового материала на современных зерноочистительных машинах проводится на основе разницы в физико-механических признаках составных частей зернового вороха. При этом используют следующие основные признаки:

• - аэродинамические особенности;

• - размеры составных частей смеси;

• - состояние поверхности семени (гладкая или шнроховатая);

• - плотность (удельный вес);

• - форма;

• - цвет;

• - электрические особенности и др.

Разделение зерна по аэродинамическим особенностям.

Если зерновая масса попадает в воздушный поток, то её составные изменяют характер движения в зависимости от массы, размеров, формы и особенности поверхности семени. Для создания воздушного потока в зерноочистительных машинах используют вентиляторы. Полноценные семена в таких потоках двигаются вниз или падают ближе , а легкие и щуплые отлетают вверх или дальше от воздушного канала. В расчетах силы давления воздушного потока используется коэффициент парусности. Выделение примесей и разделение зерна можно проводить горизонтальным или вертикальным воздушным потоком. Обычно воздушную смесь вводят в воздушный поток , создаваемый вентилятором, или подбрасывают, заставляя её двигаться в воздухе.

Разделение зерна по размерам: Любое зерно неправильной формы имеет длину (А), ширину (Б) и толщину (В). По своим размерам семена каждой культуры отличаются между собой. И на этих параметрах основан принцип сортировки зерна на фракции его очистке от примесей.

Разделяют зерна по размерам ( ширине Б и толщине В) проводится на решетах, и на них же отделяют от зерна крупные и мелкие примеси (рис.11).

Разделение семян по толщине. Сквозь продолговатое отверстие (рис. 11б) может пройти только такое зерно, толщина которого меньше ширины щели отверстия. Длина зерна не имеет значения, - она всегда меньше длины продолговатого отверстия. Ширина зерновки хлебов первой группы всегда больше толщины, поэтому то зерно, которое не проходит сквозь продолговатое отверстие по толщине, тем более не пройдет по ширине. Следовательно, разделение семян по толщине возможно только на решете с продолговатыми отверстиями. Продолговатые отверстия делают в 2-3 раза длиннее зерен. Отверстия на решете размещают так, чтобы их длина совпадала с направлением движения зерна. Решета с продолговатыми отверстиями используют чаще, чем с круглыми, так как площадь отверстий у них больше, и они работают более эффективнее.

Решета изготовляют из оцинкованных металлических листов с отверстиями одинакового размера (продолговатые, круглые, треугольные). Используют также решета плетеные из тонкой проволоки и ткани (рис. 11, б, в, г, д, е).

Разделение семян по ширине. Через решето с круглыми отверстиями семена могут проходить лишь в том случае, если их ширина меньше диаметра отверстия. Длина зерновки не препятствует её проходу через круглое отверстие. Поэтому разделение семян по ширине возможно только на решетах с круглыми отверстиями. На торце всех решет выбит номер. Он соответствует рабочему размеру его отверстия, умноженному на 10. Некоторые семена сорняков имеют треугольную форму, и их можно отделить от семян другой формы на решетах с треугольными отверстиями(рис.11г). Так отделяют от пшеницы семена татарской гречихи, щавель конский от семян тимофеевки.

Разделение семян по длине проводят с помощью цилиндрических триеров - стальных цилиндров.

Разделение зерна по шероховатости и форме поверхности.

В зерновой смеси отдельные компоненты отличаются по состоянию поверхности зерен, которая может быть гладкой, волосатой, морщинистой, пленчатой или опушенной. По форме зерна - округлые, плоские, неправильной формы. По этим особенностям семена разделяют на полотняных горках, змейках, электромагнитных семя-очистительных машинах в тех случаях, когда на решетах и триерах, а также при использовании воздушного потока невозможно достичь требуемого результата

Разделение семян по шероховатости и форме (рис. 13 А, Б, В) заключается в том, что гладкие семена лучше перемещаются по наклонной плоскости по сравнению с шероховатыми. Округлая форма зерна также способствует перемещению, а плоская - наоборот. По такому принципу работает полотняная горка - нескончаемое полотно, натянутое на два параллельных валика. Подобрав нужный угол наклона горки и скорость движения, гладкие семена сходят вниз по полотну и попадают в лоток 1, а шероховатые выносятся наверх в приёмник фракции 2. Так можно отделить овес от овсюга. Из вороха семян клевера и льна на бархатных горках можно удалить семена сорняков с шероховатой поверхностью. Эффективнее удалять шероховатые семена сорняков в электромагнитном поле. Для этого семена люцерны, клевера, льна смешивают с тонкоизмельченным железным порошком с мелом . Шероховатые семена сорняков опудриваются этим порошком, а к гладкой поверхности семян порошок не прилипает. Смесь семян с порошком направляется на латунный барабан (рис.13Г), в середине которого установлен электромагнит. Гладкие семена быстро сходят с барабана во время его движения (рис. 13Г, выход I), а шероховатые, покрытые порошком, притягиваются к поверхности барабана на участке действия электромагнитного поля, а потом попадают под барабан (выход II).

Различия семян по форме позволяют разделить их на винтовой горке-змейке (рис.13Д). Она хорошо отделяет вику от овса. Смесь круглых семян вики и длинных овса самотёком перемещаются по виткам змейки. При этом зерна овса остаются всё время на винтовой поверхности и сходят с ней ближе к центру змейки. Зёрна вики развивают большую скорость и под действием центробежной силы отдаляются от центра змейки и скатываются за границы винтовой поверхности. Они поступают в витой кожух и отводятся извне.

Разделение семян по плотности. Семена разных культурных растений и сорняков имеют неодинаковую плотность (массу 1см³). Поэтому их можно разделять в растворах, плотность которых подбирают так, чтобы легкие семена всплывали, а тяжёлые опускались на дно ёмкости.

По плотности семена можно разделить также на пневматических сортировальных столах (рис. 13е). Под действием колебаний поверхности стола и воздушного потока слой зерна на поверхности стола как бы закипает: более тяжелые семена опускаются вниз, легкие поднимаются вверх и двигаются по секторам к приёмникам фракций.

Разделение семян по окраске (цвету) проводят с помощью фотоэлементов: светлые зерна возбуждают у фотоэлементов электрический ток, который открывает клапаны на их пути. Так подразделяют семена фасоли на белые и темные цвета.

Разделение семян по электрическим особенностям основывается на разной электропроводности семян. Применяют электростатический, коронный и диэлектрический методы разделения. Этими методами выделяют примеси, проросшие и дефективные семена, куколь, овсюг, карантинные и другие сорняки.