Виробництво пива з удосконаленням теплового оброблення сусла з хмелем

ВСТУП

Пиво - це слабоалкогольний напій, отриманий із солоду і непророщених зернових культур (ячмінь, пшениця, кукурудза, рис та ін.) спиртовим бродінням охмеленого сусла пивними дріжджами. Воно не тільки вгамовує спрагу, а й підвищує тонус організму, покращує обмін речовин і засвоєння їжі. Пиво являє собою досить складну систему органічних і неорганічних кристалоїдів та колоїдів у слабкому водно-спиртовому розчині. До його складу входить понад 400 сполук, які визначають високу якість і необхідність для людини цього продукту.

Якість пива - смак і аромат, приємна хмельова гіркота і колір, стійкість піни і самого напою під час зберігання - у ринкових умовах має повністю задовольняти вимоги споживача. Найціннішими у пиві є гіркі речовини - ефірне масло і поліфеноли хмелю, які надають йому своєрідну приємну гіркоту, аромат, смак, сприяють ціноутворенню та біологічної стійкості.

Сьогодні марку пива повинні характеризувати такі властивості: висока та стабільна якість, фізіологічна цінність, біохімічний склад, зовнішній вигляд, розумна ціна, реклама для споживача, успішний збут напою, висока ступінь інформації про колектив, підприємстві і технології екологічно чистого пива на даному підприємстві. Найважливішим партнером пивоварної промисловості є споживач, який стан свого здоров'я все більше пов'язує з харчовими продуктами і напоями, а марка екологічно чистого пива підпорядкована всім законам ринку.

Пивоваріння є одним із стародавніх виробництв. Вважається, що ще за 7 тис. років до н.е. у Вавилоні варили пиво з ячмінного солоду і пшениці. Потім спосіб приготування пива поширився серед народів, що населяли Кавказ і південь Європи, а пізніше по всій Європі.

Найважливішим початком для розвитку промислового пивоваріння став винахід парової та холодильної машин. До кінця 19 століття приблизно третину заводів була оснащена паровими машинами, а потім деякі з них стали користуватися електрикою.

В даний час на багатьох підприємствах встановлюється сучасне високопродуктивне обладнання. Особлива увага приділяється вдосконаленню освітлення та розливу пива.

При приготуванні пива протікає багато фізико-хімічних, біохімічних та інших процесів, які обумовлюють якість і смакові показники готового продукту. Управління цими процесами і отримання напою високої якості вимагає від робітників знання технології та обладнання, передових прийомів роботи, високої відповідальності за доручену справу.

Обсяги виробництва пива в Україні зображені у додатку А

У 2009 році український ринок пива перейшов від стагнації до спаду, пов'язаного з наслідками економічної кризи. За першу половину 2010 року виробництво пива в Україні знизилось на 1,6% порівняно з аналогічним періодом 2009 року. Проте, до кінця року спостерігалася позитивна тенденція, тому цей рік для ринку українського пива став роком стабілізації. Місткість ринку пива за результатами 2010 року оцінюється у 270-300 млн. декалітрів.

Що ж стосується внутрішнього споживання, то за даними за перше півріччя 2010 року, порівняно із аналогічним періодом попереднього року споживання зменшилось майже на 2,2 млн. дал і становило 158,450 млн. дал., оскільки однією з основних проблем пивоварної галузі в Україні є залежність від імпортної сировини, що автоматично прив'язує собівартість виробництва до валютного курсу. Потреби українських виробників у хмелю забезпечуються вітчизняною продукцією в середньому на 20%, що недостатньо для забезпечення підприємств сировиною.

Історично склалося, що Україна мала значні виробничі потужності у пивній галузі. Раніше в Україні було близько 150 пивних заводів. Після проголошення незалежності та приходу міжнародних компаній, багато малих заводів не втрималися на ринку. І вже до 2007 року залишилося не більше 60 заводів. А заводів, які входять до складу великих пивних компаній та випускають помітне хоча б на регіональному рівні пиво, залишилося не більше 15. При цьому виробництво пива постійно зростає, асортимент розширюється, галузь функціонує непогано і приносить прибутки. За даними Держкомстату, за останні кілька років спостерігається стабільне зростання обсягів виробництва пива в Україні. Щорічний приріст становить в середньому - 15-20%.

Виняток становив 2009 рік, коли ринок пива України скоротився на 7,4%, і в цифровому вираженні склав 265,3 млн дал. Основними причинами падіння ринку є погіршення матеріального становища громадян через економічну кризу, а також безпрецедентний тиск на галузь з боку регулюючих органів, тому виробники були вимушені заощаджувати, використовувати менш якісну сировину, щоб зменшити собівартість пива. В результаті застосування таких заходів це призвело до погіршення якості пива, що в свою чергу вплинуло на зменшення обсягів продаж.

Актуальним є пошук нових методів удосконалення виробництва пива. Тема курсового проекту пропонує виробництво пива з удосконаленням теплового оброблення сусла з хмелем, завдяки чому відбувається в середньому 15 % економії хмелю, прискорення технологічного процесу та сприяє підвищенню стійкості пива.

1.      Інформаційний розділ

1.1    Характеристика та асортимент пива

Сировина для пивоваріння

Щоб отримати якісний кінцевий продукт, поза сумнівом, необхідно використовувати якісні матеріали. Для пивоварів основними інгредієнтами є вода, ячмінь, хміль і пивні дріжджі. Використовуючи такі прості складові, пивовари виготовляють пиво світлого типу.

Вода. В пивоварінні вода є основоположним інгредієнтом, від якості якого залежать органолептичні характеристики пива, його смак і стійкість. Сольовий склад води впливає на рівень «рН», відповідно і на швидкість та глибину ферментаційних і бродильних процесів.

Краще, якщо застосовується для пива вода має нейтральними або слабо-кислими властивостями; воду, що дає лужну реакцію, у пивоварінні краще не використовувати. Містяться у воді солі по-різному позначаються на процесах пивоваріння. Вони можуть несприятливо впливати на оцукрювання солоду, ускладнювати фільтрацію, заважати прояву блиску і освітленню сусла. Якщо вода містить багато карбонатів, солей вугільної кислоти, останні забарвлюють пиво, надаючи йому червоний відтінок. Ці ж солі впливають на процес екстрагування хмелю, будучи основною причиною грубуватого і неприємно-гіркого смаку пива. Вважається також, що карбонати негативно впливають на зброджування, тривалість бродіння, освітлення та прозорість пива. Однак їх негативний вплив головним чином позначається при виготовленні світлого пива. При варінні ж пива темних сортів помірне вміст карбонатів у воді навіть бажано.

Ячмінь. Це зернова культура, колос якої має особливо довгу ость. Ячмінь, не менш ніж вода, важливий для приготування пива. Саме цей злак містить необхідний для пивоваріння крохмаль, який у варочному цеху перетворюється на екстракт. Порівняно з іншими зерновими культурами, які використовують у пивоварінні, ячмінь має ряд переваг: росте практично повсюди, невибагливий до ґрунтово-кліматичних умов, легко переробляється для одержання солоду та має саме таку міцну оболонку, яка дає змогу пивоварам використовувати її природні властивості в процесі пивоваріння та подальшого фільтрування пива. Склад ячмінного солоду, включаючи його ферменти, дає можливість одержати пиво з найкращими якісними показниками. Сьогодні відомі декілька груп ячменю і велика кількість його сортів, використовуючи які, пивовари мають змогу по-різному готувати солод та варити з нього пиво. Українські пивовари найчастіше використовують такі сорти ячменя, як «Скарлет» «Пеяс», «Толар».

Хміль. Він відноситься до дводомних рослин, тому при його вирощуванні культивують тільки жіночі види рослин.

Вони починаючи з другого року, дають суцвіття, які звуться хмелевими шишками та хмелевими парасольками. Завдяки вмісту гірких речовин, ефірної олії, поліфенолів хміль - незамінна сировина для пива. Саме він найбільшою мірою зумовлює характерні властивості бурштинового напою. Поряд із неповторними смаковими та ароматичними властивостями хміль збільшує тривалість зберігання пива, поліпшує піноутворення та піностійкість. Завдяки використанню хмелю пиво збагачується фітогормонами, токоферолами, комплексом вітамінів С, РР, ВЗ, В6, F, Н, А. Крім того, хміль містить більш як 90 поліфенолів, які мають лікувальну дію, та понад 200 компонентів ефірної олії з цілющими властивостями. Сьогодні відомо понад 100 сортів культурного хмелю. В Україні, в основному, культивують сорти червоностеблового хмелю. Для приготування пива використовуються як гіркі, так і ароматичні сорти хмелю. Пивовари визнали ці сорти одними з кращих. Не зупиняючись на досягнутому, ведеться постійна робота по їх вдосконаленню, розробляються нові сорти.

Дріжджі. Це одноклітинні мікроорганізми рослинного походження, які забезпечують процес бродіння. В даний час у пивоварінні використовують винятково культурні дріжджі.

Розрізняють дріжджі верхнього та нижнього бродіння. Пивні дріжджі завжди повинні бути мікробіологічно чистими, швидко зброджувати сусло й осідати на дно, утворюючи чисте освітлене прозоре пиво з повним смаком та ароматом. Пивні дріжджі, які вирощені в процесі зброджування пивного сусла, отриманого з високоякісного ячмінного солоду і хмелю, використовують як вторинний продукт пивоваріння. Наявність в пивному суслі вітамінів і біологічно активних сполук солоду визначають унікально високе накопичення в дріжджах вітамінів В1 і В2. Пивні дріжджі на 50% складаються з білка, що легко засвоюється і містить всі незамінні для людини амінокислоти і мікроелементи. Окрім білка і вітамінів В1 і В2 дріжджі також містять в значній кількості вітаміни РР, ВЗ, В4, В6, Н, незамінні жирні кислоти - олеїнову, арахідонову і лінолінову. Прийом 5-7 грамів дріжджів на добу повністю забезпечує організм людини в тіаміні та рибофлавіні - найбільш дефіцитних вітамінах.

На сьогодні не розроблена єдина класифікація пива. У різних країнах світу застосовуються різні види систематизації численних сортів напою.

Класифікація пива за способом бродіння.

Ця класифікація прийнята в США і в більшості країн Європи.

Лагер - Найпоширеніший тип пива у світі. Загальна назва для всіх сортів пива нижнього бродіння, з застосуванням настояного способу затирання. Виготовлення лaгеpу було введено в 1840 році і зараз є домінуючим в усьому світі, крім Бpитaнії. Лaгеp світліше, ніжніше, більш сухе і вміщує менше спирту, ніж Елі. Для приготування цього пива використовуються дріжджі нижнього бродіння. Зброджування відбувається при відносно низьких температурах від 3 до 12 градусів.

Ель - загальна назва для всіх видів пива, виготовлених верхнім бродінням. Взагалі, в елях підвищений вміст спирту, вони темніші, ніж лaгеp, який виготовляється нижнім бродінням. Зброджується при відносно високій температурі 10-25 градусів з використанням дріжджів, що піднімаються нагору.

Ламбік - пшеничне пиво, виготовлене в Бpюссельскому регіоні, що має стійкі кислотні хapaктеpистики і виготовляється бродінням з дикими дpіждами.: цей вид утворюється змішуванням старого lambic з новим з повторним бродінням. Бельгійське пиво мимовільного бродіння.

Пшеничне пиво - містить велику кількість солодженої пшениці. Всі сорти пшеничного пива відносяться до видів верхнього бродіння і багато з них пляшкові. Для його приготування застосовують метод доброджування в пляшці.

Гібридні сорти пива - характеризуються комбінуванням технологій бродіння.

Особливі сорти пива - як правило, до цієї категорії відносять незвичні за складом сорти пива, а також пиво з різними добавками, або споріднені пиву напої на основі бродіння, наприклад кореневе пиво.

Класифікація пива за кольорами.

Колір пива визначається ступенем обсмаженого солоду і кількістю темного солоду, що використовується при варінні. Найбільш темні сорти солоду не можуть використовуватися самостійно без світлих сортів, так як при обсмажування втрачають ферменти, необхідні для оцукрювання сусла.

Класифікація пива відповідно до кольору поширена в Україні, Росії та деяких європейських країнах, наприклад, в Іспанії.

-       Темне пиво. Для приготування темних сортів пива користуються темним ячмінним солодом, але застосовують й світлі сорти солоду з додаванням паленого і карамельного солоду. З отриманням Українського пива додають до всього засипу 4-5% паленого солоду і 2-3% карамельного. Цукровий колір чи солод палений додають під час другої відварки. Порядок запровадження паленого і карамельного солоду однаковий для усіх темних сортів пива;

-       Світле пиво. Виготовляють із світлого злегка підсмаженого солоду. Інколи до такого пива додають кукурудзяний, рисовий, або пшеничний інгредієнт;

-       Червоне пиво. Отримують при верховому бродінні і низького ступеня зброджування, вміст спирту більш 2,5%. Солодкий смак обумовлений також додаванням до затору 5-8% карамельного солоду і 0,45 кг цукру на 1 дал пива, 10 г/дал. хмелю;

-       Біле пиво. Виготовляється з пшениці і не фільтрується. Це пиво має завжди мутний і непрозорий колір.

Класифікація пива за складом використаної сировини.

Для приготування традиційного пива використовується ячмінний солод. Однак існують сорти пива, в яких ячмінний солод частково замінюється на інші види зернових.

-       Пшеничне пиво. Крім наявності пшеничного солоду відрізняється тим, що для приготування пива використовують метод доброжування в пляшці. Як правило, пшеничне пиво подається нефільтрованним, тому замість назви Weizenbier (нім. - пшеничне пиво) використовують Weissbier (нім. - біле пиво).

-       Ячмінне пиво

-       Житнє пиво

-       Рисове пиво

-       Кукурудзяне пиво

В даний час виробляється також пиво безалкогольне.

Незважаючи на назву, в безалкогольних пиві міститься 0,2-1,0% спирту, повністю його позбутися не вдається. Існує декілька технологій отримання безалкогольного пива. Спирт, що міститься в звичайному пиві, прибирають за допомогою вакуум-дистиляції (використовуючи низьку точку кипіння спирту) і за допомогою діалізу (мембранний спосіб). Також позбуваються спирту шляхом придушення бродіння, із застосуванням особливих дріжджів, не перетворюють мальтози на алкоголь, або зупиняють процес бродіння, знижуючи температуру. Мембранний спосіб вважається кращим, оскільки використовується традиційна технологія виробництва, і смак пива найменше відрізняється від звичайного. Проте через малий вмісту спирту смак безалкогольного пива при будь-якої технології виходить іншим, тому що спирт надає суттєвий вплив на смак пива. Через більш складну технологію виробництва безалкогольного пива, його вартість вище ніж у звичайного.

Сортів пива надзвичайно багато. Кожен сорт характеризується визначеним ароматом, смаком, кольором, наявністю відповідної кількості екстрактивних речовин, вмістом алкоголю, ступенем зброджування та іншими фізико-хімічними показниками. Пивоварна галузь в Україні та інших країнах переважно представлена світлими і темними сортами пива. До світлих сортів відносяться Оболонь, Жигулівське, Львівське, Ризьке, Київське, Одеське, Подвійне золоте, Славутич, Столичне, Рогань, Десна та ін, до темних - Українське, Золотисте, Березневе, Оксамитове, Дніпровське, Портер, Оболонь Оксамитове та ін.

пиво бродіння пристрій тепловий

1.2   
Теоретичні основи технології виробництва пива

Технологічна схема виробництва пива включає такі стадії:

Очистка солоду

↓

Дроблення солоду

↓

Приготування затору

↓

Фільтрування затору

↓

Кип’ятіння сусла з хмелем

↓

Відділення сусла від хмелевої дробини

↓

Освітлення и охолодження сусла

↓

Головне бродіння сусла

↓

Доброджування молодого пива

↓

Освітлення пива

↓

Отримання готового продукту

Дроблення солоду.

Основна мета дроблення солоду і несолодженої сировини - полегшення і прискорення фізичних і біохімічних процесів розчинення зерна для забезпечення максимального переходу екстрактивних речовин в сусло. Перед подрібненням солод очищують від сторонніх включень: для видалення пилу та залишків паростків солод пропускають через полірувальну машину, для видалення металодомішок використовується електромагнітний сепаратор. Солод дробиться в сухому або, рідше, частково зволоженому вигляді. Дроблення солоду здійснюють на чотирьох і шестивальцових дробарках на великих виробництвах і на двовальцових - на міні-пивзаводах. Оптимальний склад помелу солоду повинен забезпечити максимально можливий вихід екстракту і досить високу швидкість фільтрування сусла.

Отримання пивного сусла.

Затирання.

Мета затирання - екстрагування розчинних речовин солоду і несолодженої сировини і перетворення під дією ферментів нерозчинних речовин в розчинні з подальшим переведенням їх у розчин. Речовини, що перейшли в розчин, називають екстрактом.

Затирання включає три стадії: змішування подрібнених зернопродуктів з водою, нагрівання і витримування отриманої суміші при заданому температурному режимі. При цьому кількість одноразово оброблюваних подрібнених зернопродуктів називають засип’ю, обсяг застосовуваної води - наливом, а отриманий продукт - затором. Зазвичай на затирання 100 кг зернопродуктів витрачають 350-500 л води.

На перших стадіях затирання в розчин переходять вуглеводи, частково білки і продукти їх гідролізу, пектинові, дубильні і гіркі речовини та мінеральні солі. Основні ж компоненти зернопродуктів - крохмаль і білки - нерозчинні. Тому їх переведення в розчинний стан здійснюється в результаті направленої дії відповідних ферментів.

Гідроліз крохмалю починається при солодорощенні. При затиранні крохмаль гідролізується до декстринів, мальтози і глюкози. Низькомолекулярні цукри використовуються потім при бродінні, а декстрини надають пиву повноту смаку і підвищують його в'язкість. Амілолітичні ферменти також гідролізують полісахариди, що входять до складу клітинних стінок зернової сировини. Продукти гідролізу некрахмальних полісахаридів підвищують вихід екстракту, знижують в'язкість розчину, сприятливо впливають на смак пива, утворення піни та її стійкість.

Як і крохмаль, білки починають гідролізуватись в процесі солодорощення. Білки і продукти протеолізу зумовлюють утворення піни пива, впливають на його стійкість при зберіганні і поліпшують органолептичні властивості. Також продукти гідролізу білків необхідні для живлення дріжджів.

При затиранні протікають також численні неферментативні процеси: екстракція розчинних речовин, які утворюються, часткова коагуляція білка та інші.

Затирання можна здійснювати двома способами: настойним або отварочним. При настойному способі затор нагрівають до 85 ° С, роблячи паузи при 37-40 ° С, 50-52 ° С, 62-64 ° С, 70-72 ° С по 30 хвилин.

Дані температури є оптимальними для роботи певних груп ферментів (ендопептидаз, амілаз та ін.).

Потім температуру затору підвищують до 75-77 ° С. Отримане цим способом сусло багате на ферменти, містить багато мальтози і амінокислот, мало декстринів і тому сильно зброжується. Настойний спосіб застосовують при отриманні сусла для верхнього бродіння.

При отварочному способі частину затору з одного заторного апарату перекачують в іншій. Там його кип'ятять, потім повертають назад. Цю частину затору називають відваркою. У залежності від кількості, відваркою бувають одно -, двох-і трьохвідварочні способи. Таким чином, температура маси основного затору підвищується з тими ж температурними паузами, що і при настойному способі. Найбільш поширений двохвідварочний спосіб, тому що він дає можливість переробляти солод будь-якої якості при прийнятних витратах енергії. Одноотварочний застосовують тільки при переробці солоду високої якості. Трьохвідварочний - при переробці солоду невисокої якості або для приготування темних сортів пива (недолік цього способу - високі витрати енергії). Вихід екстракту при отварочному способі вище, ніж при настойному. Це обумовлено тим, що при отварочних способах затор піддають не тільки ферментативному, а й фізичному впливу (кип'ятінню). Отварочними способами виробляють сусло для нижнього бродіння.

У залежності від способу затирання і температурних пауз процесу можна отримати сусло різного складу, а отже і різні сорти пива. Щоб отримати світлі сорти пива процес необхідно вести таким чином, щоб у результаті оцукрювання вийшло більше цукрів для більш глибокого виброджування, а для темних сортів пива - більше декстринів.

Несолоджену сировину затирають в суміші з солодом або підробляють окремо, а потім змішують з солодом і готують спільний затор.

Після затирання сусла отриманий затор перекачують на фільтрування.

Фільтрування затору.

Оцукрений затор представляє собою суспензію, що складається з двох фаз: рідкої (пивне сусло) і твердої (пивна дробина). Мета фільтрування - відділення пивного сусла від дробини. Фільтрування затору підрозділяється на дві стадії: власне фільтрування першого (основного) сусла і вилуговування - вимивання екстракту, затримуваного дробиною. Сусло і промивні води повинні бути прозорими, щоб уникнути труднощів наступних технологічних операцій і погіршення якості пива.

Фільтрування першого сусла являє собою в основному фізичний процес. А при вилуговуванні дробини водою протікає конвективна дифузія, а також різні хімічні процеси, головним чином обмінні реакції. Зі зниженням концентрації сусла його рН зростає, що призводить до збільшення розчинення кремнієвої кислоти, поліфенольних, дубильних, гірких і інших речовин оболонки зернопродуктів. Це підвищує кольоровість пива і може служити причиною погіршення його смаку.

На швидкість фільтрування впливають склад і висота фільтруючого шару. При фільтруванні на фільтроапараті фільтруючим шаром є шар дробини, що утворюється при відстоюванні затору. На швидкість фільтрування істотно впливає температура, яка повинна бути не вище 78 ° С щоб уникнути інактивації-амілази, яка завершує гідроліз залишків крохмалю. Крім того, більш висока температура сприяє збільшенню розчинності продуктів гідролізу білка, поліфенольних та інших речовин, що впливає на стійкість пива. У лужній воді легко розчиняються дубильні і гіркі речовини оболонок. Але при тривалому екстрагуванні навіть вода нормального складу витягує з оболонок речовини, зумовлюють неприємний смак пива.

Найбільш поширені періодичні способи фільтрування з використанням фільтраційного апарату або фільтр-преса. На першій фазі фільтрування затор перекачують у фільтраційний апарат, де він відстоюється для формування фільтруючого шару висотою 30-40 см. Потім починають фільтрування, причому перше каламутне сусло повертають у фільтр-апарат. Після закінчення фільтрування першого сусла дробину промивають водою з температурою 70-80 ° С. Промивання ведуть до вмісту сухих речовин в промивній воді 0,5%. Подальше вимивання екстракту економічно недоцільно, оскільки веде до вилужування речовин, що погіршують смак пива, і перевитратам палива на випарювання надлишку води.

У фільтр-пресі в якості основного фільтруючого шару використовується серветка зі спеціальної тканини, тому допускається більш тонкий помел зернопродуктів. Після збору першого сусла дробину промивають водою температурою 75-80 ° С до густини промивних вод 0,5-0,7%.

Кип'ятіння сусла з хмелем.

Відфільтроване сусло і промивні води збирають у сусловарочному апараті і кип'ятять з хмелем. Мета кип'ятіння - стерилізація сусла, стабілізація та ароматизація його складу гіркими речовинами хмелю.

Подрібнені зернопродукти завжди містять деяку кількість мікроорганізмів. При кислій реакції середовища сусла стерилізація досягається вже через 15 хвилин кип'ятіння. При кип'ятінні хмелю в сусло переходить значна частина його вуглеводів, білкових, гірких, дубильних, ароматичних і мінеральних речовин. Ароматизація сусла відбувається в результаті розчинення в ньому специфічних складових частин хмелю. З підвищенням температури сусла відбувається денатурація білків, яка зовні характеризується появою каламуті. Кип'ятіння сусла з хмелем супроводжується зниженням його в'язкості і підвищенням кольоровості в результаті реакції меланоїдиноутворення, карамелізації цукрів, окислення поліфенольних речовин і розчинення фарбувальних речовин хмелю.

Сусло з хмелем кип'ятять у сусловарочних апаратах. Кип'ятять сусло з хмелем 1.5-2.5 години, при цьому хміль вносять в 2-4 прийоми. Сусло, що поступає в сусловарочний апарат повинно мати температуру 63-75 ° С, для того щоб уберегти нею від інфікування і максимально продовжити активність ферментів. Після набору перевіряють повноту оцукрювання пробою на йод. При негативній реакції в сусло додають витяжку з наступного затору і витримують при температурі не вище 75 ° С до повного оцукрювання. Сусло кип'ятять тільки після заповнення апарату. Найбільш інтенсивно сусло кип'ятять в середині варіння. На початку варіння намагаються уникнути сильного спінювання, а в кінці - гарантувати гарне утворення пластівців.

Кінець кип'ятіння сусла визначають за вмістом сухих речовин у ньому, згортання білково-дубильних речовин, утворення пластівців і прозорості гарячого сусла.

Відділення сусла від хмелевою дробини.

Після закінчення кип'ятіння охмелене сусло надходить в хмелевідділювач. Хмелева дробина затримується на ситі, сусло проходить крізь нього і відцентровим насосом перекачується в збірник для охолодження та освітлення. Потім хмільну дробину промивають гарячою водою для додаткового вилуговування екстрактивних речовин хмелю. Промивні води приєднуються до сусла в сусловарочному апараті.

Охолодження і освітлення сусла.

Мета охолодження та освітлення сусла - зниження температури до 6-16°С, насичення його киснем повітря і осадження зважених часток.

У охолоджуваному суслі залишаються коагульованими білки, які знаходяться в стані тонких суспензій. При зниженні температури вони осідають. Протягом всього процесу охолодження сусло поглинає кисень повітря, що при температурі вище 40°С витрачається на окислення органічних речовин сусла, що призводить до потемніння сусла, зниження хмелевого аромату і хмельової гіркоти. Охолодження сусла супроводжується випаровуванням деякої кількості води, що призводить до зменшення його обсягу та підвищення концентрації.

Сусло з температурою 20-40°С є сприятливим середовищем для інфікційної мікрофлори. Тому його охолоджують у дві стадії. Першу стадію від 90 до 60°С проводять протягом 2год. для забезпечення максимального осадження великих суспензій, а другу-від 60 до 6-16 °С проводять швидко з використанням пластинчатих теплообмінників. Сусло призначене для нижнього бродіння охолоджують до 5-7 °С, для верхнього бродіння - до 14-16 °С.

Для охолодження сусла до 60 °С використовують холодильні тарілки (тонкий шар сусла товщиною 150-250 мм), відстійний і гідроциклони апарати (високий шар сусла). Сусло охолоджується до 60 °С в тонкому шарі протягом 2-6 год., у високому шарі - до 2 ч. Після досягнення 60 ° С сусло перекачують на другий ступінь охолодження в пластинчасті теплообмінники.

Білковий відстій містить значну кількість сусла, тому його фільтрують чи сепарують, стерилізують і додають в сусло, яке йде на бродіння.

Для освітлення сусла використовують також відцентрові сепаратори, які дозволяють швидко отримати прозоре сусло і скоротити втрати екстракту з відстоєм.

Після охолодження до 6-16 ° С сусло аерують повітрям безпосередньо в трубопроводі або апараті попереднього бродіння. Початкова концентрація охолодженого пивного сусла, його кислотність і кольоровість повинні відповідати виду пива.

Зброджування пивного сусла і доброджування пива

Основний процес, в результаті якого сусло перетворюється на пиво - спиртове бродіння. При цьому хімічний склад сусла істотно змінюється і воно перетворюється у смачний ароматний напій. Зброджування пивного сусла проходить у дві стадії: головне бродіння і доброджування. На першій стадії відбувається інтенсивне зброджування цукрів сусла, в результаті якого утворюється молоде (каламутне) пиво, що має своєрідні смак і аромат, ще непридатний до вживання. При доброжуванні цукри, які залишилися повільно зброджуються, пиво набуває характерні органолептичні властивості, освітлюється і насичується діоксидом вуглецю, тобто відбувається його дозрівання і пиво перетворюється на товарний продукт.

У пивоварному виробництві використовують тільки культурні дріжджі, які відносяться до сімейства Saccharomycetaceae: Saccharomyces carlsbergensis (дріжджі нижнього бродіння) і Saccharomyces cerevisiae (дріжджі верхнього бродіння). Дріжджі верхнього бродіння в процесі інтенсивного бродіння спливають на поверхню зароджуваної рідини, накопичуються у вигляді шару піни і залишаються в такому вигляді до кінця бродіння. Потім вони осідають, утворюючи досить пухкий шар на дні бродильного апарату. Дріжджі нижнього бродіння не переходять в поверхневий шар пива - піну, а швидко осідають на дні бродильного апарату. Дріжджі нижнього бродіння також відрізняються від дріжджів верхнього бродіння тим, що вони повністю зброджують раффінозу. Їх використовують при виробництві легкого пива.

Підготовка чистої культури дріжджів до бродіння зводиться до накопичення їх біомаси в умовах мікробіологічної стерильності в кількості, необхідній для початку процесу бродіння. Крім чистої культури широко використовують насіннєві дріжджі, що представляють собою дріжджі, які осіли в кінці головного бродіння. На практиці насіннєві дріжджі після попередньої підготовки використовуються до 10 генерацій.

Основний процес при головному бродінні - біохімічне перетворення зброджуваних вуглеводів в етиловий спирт і оксид вуглецю. Поряд з основними продуктами бродіння утворюються вторинні та побічні продукти, які значною мірою визначають органолептичні показники пива. Утворення спирту супроводжується виділенням у середу теплоти, яку необхідно відвести для підтримки заданих температурних умов.

На перших етапах бродіння відбувається енергійне розмноження дріжджів, що обумовлено повноцінністю живильного середовища. У міру збіднення середовища, накопичення продуктів бродіння, створення надлишкового тиску швидкість розмноження дріжджів зменшується.

У результаті головного бродіння сусло перетворюється на молоде пиво, яке ще не є товарним продуктом. Тому його направляють на доброджування і дозрівання. При доброжуванні протікають в основному ті ж процеси, що і при головному бродінні, але більш повільно. Виділяється в процесі доброджування оксид вуглецю (IV) розчиняється і зв'язується в пиві, що призводить до насичення пива оксидом вуглецю. При дозріванні пива відбуваються різні окислювально-відновні реакції, в результаті яких зникають характерні для молодого пива присмак дріжджів і хмельова гіркота. При доброджуванні пиво освітлюється. Це обумовлено випаданням в осад дріжджів, які адсорбують на собі білкову каламуть і інші суспензії.

Так само відбуваються коагуляція і осадження хмельових смол, білкових і дубильних речовин.

Найбільший вплив на хід бродіння надають температура і кількість дріжджів. Розрізняють холодне (7-9 ° С) і тепле (12-14 ° С) бродіння. Норма введення дріжджів залежить від способу бродіння і коливається від 0,4 до 1 л на 1 гл (галон)сусла. Сусло повинно бути оцукреним, містити достатню кількість асимільованих дріжджами азотистих речовин, рН сусла не повинно перевищувати 5,8.

Головне бродіння проводять у відкритих або закритих бродильних апаратах періодичним, напівбеззупинним або (рідше) безперервним способом. При періодичному бродінні пивне сусло температурою 5-7 ° С направляється в бродильний апарат. Насіннєві дріжджі задають у кількості 0,4-0,5 л на 1 гл сусла. Пивне сусло зброджують протягом 7-11 діб в залежності від концентрації початкового сусла.

Напівбеззупинне бродіння проводять тільки в закритих бродильних апаратах, які комплектують в батареї, що складаються з розброджувача і п'яти бродильних апаратів. Норма завдання дріжджів 0.6-1 л на 1 гл. Розброджувач заповнюють суслом температурою 6-8 °С, перемішують протягом 30 хв. і зброджують 24 год., а далі половину обсягу перекачують в перший бродильний апарат. Потім обидва апарати доливають свіжим суслом до повного обсягу. З інтервалом в одну добу заповнюють всі бродильні апарати. Пивне сусло зброджують при надлишковому тиску протягом 5-6 діб.

Доброджування пива проводять при температурі 0 - 2°С в закритих апаратах під надлишковим тиском 0,03-0,06 МПа. При доброжуванні контролюють тиск в апараті, органолептичні показники та ступінь освітлення пива. Тривалість доброджування залежить від сорту пива і коливається від 21 діб до 90 діб.

Можливо поєднати процеси бродіння та доброджування в одному апараті. Процес здійснюється в циліндроконічних бродильних апаратах, які забезпечені двома-трьома охолоджуючими «рубашками» на циліндричній частині і однієї - на нижній конічній частині. Сусло температурою 7-9 °С подають в апарат; в ток сусла задають дріжджі в кількості 0,7-1 л на 1 гл. У першу добу бродіння температура підвищується до 13-14 °С; при цій температурі сусло бродить б - 7 діб. Потім пиво охолоджують в нижній частині апарату до 1-2 ° С, в результаті чого утворюється щільний осад дріжджів, який виводять з апарату. На восьму добу пиво охолоджують до 3-4 °С, на дев'яту - до 1-2 °С і витримують при цій температурі 5-6 діб для завершення процесів доброджування. Поєднання процесів бродіння і доброджування дозволяє скоротити їх тривалість до 14-18 діб.

Освітлення та розлив пива

Після доброджування і дозрівання для надання товарного вигляду і бажаної прозорості пиво освітлюють за допомогою сепарування або фільтрування. При цьому з пива видаляють перебуваючі у завислому стані дріжджові клітини, білкові та поліфенольні речовини, хмелеві смоли, солі важких металів і різні мікроорганізми.

Кращі результати отримують при фільтруванні пива на кізельгурових фільтрах. Для додання прозорості, блиску, а також підвищення стійкості при зберіганні пиво додатково фільтрують на фільтр-пресах з використанням спеціальних сортів картону.

При фільтруванні пиво втрачає деяку частину діоксиду вуглецю, тому перед розливом його піддають карбонізації шляхом продувки через пиво діоксиду вуглецю. Після карбонізації пиво витримують 6-8 год. у збірках, а потім направляють на розлив. Пиво розливають в пляшки на автоматичних лініях розливного, на яких послідовно здійснюють операції розливу пива, етикетування, контролю якості, укладання в ящики або контейнери.

Пиво містить діоксид вуглецю, тому їх розливають під деяким надлишковим тиском і без перепадів тиску - ізобарних. Для цього в тарі (пляшці, банці, діжі, автоцистерні) спочатку створюють тиск, рівний тому, під яким знаходиться розливається рідина, а потім приступають до наповнення тари напоєм. Температура пива при розливі не повинна перевищувати 3 ° С.

1.3    Поточно-механізовані лінії виробництва пива

Характеристика комплексів обладнання. Початкові стадії технологічного процесу виконуються за допомогою комплексів обладнання для подрібнення солоду та приготування пивного сусла (варильні агрегати, заторні і сусловарочні апарати, фільтраційні апарати і фільтр-преси, гідроциклони і хмелевіддільні апарати).

Наступним йде комплекс обладнання лінії для охолодження та освітлення пивного сусла, що складається з холодильних компресійних установок, теплообмінних апаратів і пластинчастих теплообмінників, відстійних апаратів і сепараторів.

Ведучий комплекс обладнання лінії призначений для бродіння (доброджування) пива складається з бродильних апаратів і танків, установок для безперервного бродіння і доброджування.

Завершальним є комплекс обладнання лінії для освітлення пива, що включає фільтр-преси, діатомітові установки, ЕК-фільтри та сепаратори для освітлення пива, а також пакувальне обладнання.

Рис 1.1 Машинно-апаратурна схема лінії виробництва пива: Вальцова дробарка 1, ваги 2, бункер 3, магнітоуловлювач 4, заторний апарат 5 и 6, фільтрувальний апарат 7, сусловарочний апарат 8, хмелевіддільник 9, збірник гарячого сусла 10, відцентровий тарілчастий сепаратор 11, пластинчатий теплообмінник 12, бродильний чан 13, чан для охолодженого сусла 14, танк для доброджування 15, сепаратор-освітлювач 16 , фільтр 17, теплообмінник 18, карбонізатор 19, танк для відфільтрованого пива 20

Пристрій і принцип дії лінії.

Очищений солод подрібнюється у вальцьовій дробарці 1 з метою отримання максимальної кількості дрібної однорідної крупки і збереження лушпиння. Подрібнений солод зважують вагами 2 і зсипають до бункеру 3. Відлежавшийся подрібнений солод проходить магнітну очистку в магнітоуловлювачі 4 і подається до заторного апарату 5, де змішується з теплою водою (близько 0˚С) і перемішується. По закінченню перемішування (затирання) частина заторної маси (близько 40%) перекачують до іншого заторного апарату 6, де нагрівають до температури оцукрювання (близько 70˚С), а по закінченню оцукрювання - до кипіння. При кип’ятінні крупної частки солод розварюється, після чого першу відварку повертають у апарат 5. При змішуванні киплячої частини затору з затором, залишившимся у апараті 5, температура усієї маси досягає 70˚С. Затор залишають у спокої для оцукрення Після закінчення оцукрювання частину затору знову перекачують у апарат 6 (друга відварка) і нагрівають до кипіння для розварювання крупки. Другу відварку повертають у апарат 5, де після змішування обох частин затору температура його збільшується до 75…80˚С. Після цього увесь затор перекачують до фільтраційного апарату 7. Прозоре сусло стікає до сусловарочного апарату 8. У апараті 8 сусло кип’ятиться з хмелем. При кип’ятінні сусла випаровується деяка кількість води, відбувається часткова денатурація білків сусла і його стерилізації. Гаряче охмелене сусло спускають до хмелевіддільниника 9, де виварені хмельові пелюстки затримуються, а сусло перекачується до збірника гарячого сусла10.

Гаряче сусло із збірника 10 подається до відцентрового тарілчастого сепаратору 11, в якому воно очищується від зважених часток коагульованих білків. Із сепаратору 11 сусло нагнітається до пластинчатого теплообмінника 12, де охолоджується до 5…6˚С. Охолоджене сусло зливають у бродильний чан 13. Разом із дріжджами з чану 14. Бродіння триває 6-8 діб. По закінченню головного бродіння молоде пиво відділяють від дріжджів і перекачують до танку 15 для доброджування протягом 11…90 діб. По закінченню доброджування пиво під тиском діоксиду вуглецю нагнітається до сепаратора-освітлювача 16 і фільтру 17, де воно звільнюється від зважених у ньому дріжджів, інших мікроорганізмів і дрібнодисперсних систем. Освітлене пиво охолоджується розсолом у теплообміннику 18, насичується (за необхідністю) діоксидом вуглецю в карбоні заторі 19 і зливається у танк 20. Відфільтроване пиво із танка 20 під тиском подається у відділ упаковки споживчої або торгової тари.

2.     
Аналіз технологічної системи виробництва пива

2.1    Оцінка технологічної системи на основі принципу системного підходу до удосконалення

Під технологічною системою розуміють цілісну систему технологічних процесів із властивою їй структурою, взаємозв'язками, організацією окремих операцій, стабільністю й т.д. Структура технологічної системи містить у собі:

число елементів у системі;

взаємозв'язку між окремими її елементами (підсистемами);

процеси, що протікають у технологічній системі;

число технологічних потоків.

Параметри технологічної системи - це фізичні й хімічні величини, що характеризують особливості протікання в системі відповідних різних явищ. Стан технологічної системи - це набір вихідних параметрів, що характеризують її функціонування. Стан системи залежить від технологічної структури й впливу вихідних параметрів. Якість функціонування системи характеризується здатністю її перебувати в заданому стані й із заданим ступенем придатності виконувати необхідні функції. Для оцінки якості функціонування використовують різноманітні критерії ефективності технологічних систем, по яких оцінюють ступінь пристосованості виконувати поставлені цілі функціонування. Існуючі в цей час технологічні системи різняться принципом дії, періодичністю, рівнем механізації або автоматизації, ефективністю використання ресурсів, впливом на середовище.

Технологічні системи харчових виробництв відносять до класу складних систем, що представляють собою конструкції з агрегатів. Такі системи мають наступну властивість: при поділі систем на підсистеми й елементи в остаточному підсумку одержують об'єкти, що є агрегатами. І ще у таких агрегативних системах не можуть утримуватися елементи більше загального характеру, ніж агрегат. У всіх агрегатів є одна загальна властивість - энерджентність (властивість системи, не залежить лише від її складових елементів, а від особливості взаємодії між ними). Будучи об'єднаними в агрегат, елементи утворять систему, що володіє зовнішньою й внутрішньою цілісністю. Практично всі технологічні системи динамічні. У ході науково-технічного прогресу вони постійно вдосконалюються або обновляються: підвищується ефективність використання сировини або автоматизують виробничі процеси, підвищується якість продукції.

Створення нової технології випереджає аналіз існуючої. При цьому для виявлення характеру зв'язків усередині системи й з навколишнім середовищем часто становлять операторні моделі поряд з машинно-апаратурними схемами. Операторні моделі дозволяють не тільки розчленовувати процес із високим ступенем деталізації, але й розглядати технологічний процес як єдине ціле. Таким чином, технологічна система підрозділяється на три основних види підсистем: підсистеми утворення продукту із заданими технологічними показниками якості (позначаються буквою С), підсистеми утворення продукту у вигляді окремих предметів із заданими показниками якості (позначаються буквою В) і підсистема А утворення виробів з показниками якості, що відповідають стандарту. У результаті проведеного системного аналізу виробництва спирту представляли технологічну систему у формалізованому виді, виділяючи в ній підсистеми й елементи (мал.2.1).

Формалізацію системи здійснювали на основі фактичного її зображення. У рамках способу алгоритмів, що саморозгортаються, формалізацію системи проводимо у два етапи. На першому етапі систему розбиваємо на максимальне число агрегатів (підсистем і елементів), указуючи всі необхідні взаємодії між ними, щоб отримана модель найбільше точно описувала реальну систему. На другому етапі зображуємо моделюючу систему менш деталізовано. Ступінь розгортання тих або інших елементів системи визначаємо в першу чергу, цілями дослідження. Представляючи систему в стислому формалізованому вигляді (мал.2.2), використовуємо дану схему для складання параметричної моделі технології. На вході кожної підсистеми виділяємо вхідні (зверху) і керуючі або параметри, що обурюють (праворуч); на виході - вихідні (знизу) і контрольовані (ліворуч) параметри.

Рис. 2.2 Параметрична модель виробництва пива: К солоду, К сула, К пива - кислотність солоду, сусла, пива; СР несолодж.сир-ни, СР протеол.ферм., СР пива - сухі речовини несолодженої сировини, протеолітичних ферментів, пива; С несолодж. сир-ни, С протеол.ферм, С пива - концентрації несолоджених речовин, протеолітичних ферментів , пива; t затирання, t кип’ятіння, t добродж., t витримки, t зберіг., t охолодж. - температура затирання, кипʼятіння, доброджування, витримки, зберігання, охолодження; τ очистки., τ затирання., τ кип’ятіння., τ добродж., τ зберіг., τ освітл., τ охолодж. - тривалість очистки, затирання, кип’ятіння, доброджування, зберігання, освітлення, охолодження; ВТ - вид тари; Орг.пок. - органолептичні показники; Ж води - жорсткість води; W солоду - вологість солоду

2.2    Обґрунтування заходів, прийнятих для удосконалення функціонування технологічної системи

Пиво без води, ячменю та інших зернових культур, а головне, без хмелю виготовити неможливо. Тому для розвитку українського хмелярства необхідно вирощувати нові сорти хмелю і сприяти виробництву гранульованих концентратів. Слід затвердити на державному рівні порядок гарантованого забезпечення заводів пивоварним ячменем та іншими зерновими культурами.

Для подальшого розвитку галузі в Україні необхідно знизити ставки акцизного збору на пиво.

Питання прискорення бродіння сусла, зменшення втрат та економії витрат на сировину, воду і миючі засоби постійно цікавлять пивоварів.

Однією з форм вирішення цієї проблеми може стати застосування іммобілізованих дріжджів, які дозволяють збільшити швидкість бродіння за рахунок великої концентрації мікроорганізмів. При цьому дріжджі працюють протягом тривалого часу без помітного приросту біомаси, а тому скорочуються витрати сировини на їх розмноження.

Для стабілізації пива актуальною є оптимізація процесів пастеризації пива з метою збереження в ньому біологічно активних речовин. При цьому потрібно враховувати, що для кожного виду бактерій і дріжджів, які можуть супроводжувати готову продукцію, встановлюється певна температура, яка залежить від витримки, кислотності пива, вмісту алкоголю та антисептичної сили хмельових смол. Одночасно для збереження якісних показників пива загальна тривалість пастеризації повинна бути мінімальною.

Пастеризація пива в скляній тарі має ряд недоліків: обмеження швидкості нагрівання й наступного охолодження, яке визначається обробкою посуду і габаритними розмірами пастеризаторів, витратами матеріалів на них і вартістю. А тому, пастеризацію пива раціональніше проводити в потоці безпосередньо перед його розливом. Для цього застосовуються пластинчасті та інші теплообмінники.

Різновидом пастеризації пива в потоці є технологія, яка передбачає нагрівання пива і його розфасовку в гарячому стані при підвищеному тиску. Це дозволяє здійснити теплову асептичну обробку посуду і продовжити термін зберігання пива.

Промислові дослідження під керівництвом доктора техн. наук, проф. А. І. Соколенко показали, що пиво можна фасувати при температурі 63 ... 65 ° С і тиску 0,55 ... 0,60 мПа без зниження його якості після заповнення пляшок.

Для забезпечення більшої гарантії стійкості пиво можна обробляти адсорбентами, рекомендованими спеціальними інструкціями. Для цього використовують препарат на основі діоксиду кремнію з кизельгуру марки «Б».

Сьогодні світовий ринок пивної індустрії в основному одноманітний, за смаковими показниками пиво стало практично однаковим не тільки в різних регіонах, але і у всіх країнах, де його випускають і споживають. На великих підприємствах переважно відсутня принципова відмінність напою. А тому виникла потреба пошуку нових підходів і рішень в пивному бізнесі. Одним з них стало збільшення кількості міні-пивоварень, на яких можна без великих витрат розробляти технологію нових сортів пива оздоровчого профілактичного та лікувально-профілактичного напрямку, після чого переносити її на пивзаводи-гіганти.

Міні-пивоварні мають і інші переваги, а саме наближення процесу виготовлення пива до її споживача. Створення оригінальних за технологією, апаратурному оформлення та зовнішнім дизайном міні-пивоварень різної продуктивності стало новим етапом у розвитку пивної індустрії.

Сьогодні сектор діючих міні-пивоварень і міні-пивзаводів найбільш різноманітний - 200 ... 6000 літрів на добу. На цих підприємствах використовують різні технології пивоваріння - класичну або прискорену, нижнього чи верхнього бродіння, з використанням традиційної або нетрадиційної сировини, а також ячмінно-солодових концентратів. Відповідно, апаратурне оформлення і саме оснащення при цьому використовують різної комплектації і конструкції.

Таким чином, розвиток міні-пивоварної індустрії має вдосконалюватися і розширюватися у всіх регіонах України.

Надзвичайно важливим процесом при кип'ятінні пивного сусла з хмелем є коагуляція білків, високий вміст яких у охмелене суслі може бути причиною помутніння готового пива і зниження його стійкості.

У результаті досліджень, проведених співробітниками НУХТ па пивзаводі «Рогань», було встановлено, що додавання рослинних антиоксидантів з дубової кори, трави звіробою, чебрецю, м'яти, плодів горобини звичайної до пивного сусла під час кип'ятіння його з хмелем позитивно впливає на процес коагуляції білків. Важливу роль в осадженні білків пивного сусла грають фенольні сполуки антиоксидантів з різної рослинної сировини. Фенольні сполуки антиоксидантів з дубової кори в порівнянні з фенольними сполуками хмелю, більш ніж на 30% підвищують кількість скоагульованого білка.

Також встановлено, що склад фракції білкового азоту сусла з додаванням антиоксиданту був більш підходящим для отримання стійкого пива, ніж з хмелем. Проведені дослідження доводять, що добавка антиоксидантів з дубової кори і трави м'яти в сусло під час його кип'ятіння найбільш ефективно сприяє коагуляції білків і є досить перспективним чинником для отримання пива з високою стійкістю.

На стадії розмноження дріжджів і на початку бродіння в суслі повинен бути присутнім кисень. Після цього на всіх етапах приготування пива потрібно виключати контакт пива з повітрям, тобто запобігати окислювальним процесам в пиві. Відомо, що під дією кисню смак пива змінюється внаслідок окислення гірких речовин хмелю. Через окислення дубильних речовин (поліфеноли) прискорюється колоїдне помутніння, знижується біологічна стійкість пива, погіршується піностійкість і аромат пива.

Особливо велику небезпеку представляє окислення пива під час передачі його на фільтрування і в процесі фільтрування, а також під час заповнення і спорожнення бродильних і табірних апаратів. Високий вміст кисню призводить до низької колоїдної стійкості пива, сприяє розмноженню дріжджів і оцтовокислих бактерій. Швидко утворюється осад і знижується біологічна стійкість пива. Тому вирішення проблеми зменшення вмісту повітря в пиві є важливим технологічним завданням, від успішного вирішення якого значною мірою залежить якість пива. Ця проблема може бути вирішена як за рахунок комплексу технологічних заходів, так і за рахунок розробки та застосування антиоксидантів.

Крім міні-пивзаводів, які забезпечують свіжим пивом ресторани, бари та інші заклади у сільській місцевості, для розвитку пивоварної промисловості необхідні і модельні міні-пивоварні. При з виготовленням пива потрібна така дорога сировина, як солод, вода і хміль, значною мірою зумовлює характерні специфічні властивості більшості традиційних сортів пива. Хміль містить унікальні гіркі речовини, ефірну олію і фенольні речовини, що обумовлюють специфічний гіркий смак і аромат напою. Хмелеві з'єднання беруть участь в утворенні піни, освітленні пива, а також підвищують його стійкість під час зберігання.

Від хмелепродуктів і технології їх використання залежить не тільки якість пива, але і його собівартість, і, в цілому, ефективність пивоварного виробництва. Тому у всіх країнах світу велику увагу приділяють селекції та ідентифікації сортів хмелю, створення ефективних хмелевих препаратів, оптимізації використання їх у виробництві пива. Така багатофакторна науково-дослідна робота в лабораторних, а тим більше в промислових умовах, не може бути виконана.

У цих умовах не завжди гарантується об'єктивність результатів і економічна раціональність. Для таких досліджень підходять модельні міні-пивоварні, на яких моделюються всі біотехнологічні процеси пивоваріння.

Вчені Інституту сільського господарства УААН М. Ляшенко, Л. Проценко, Р. Рудик спільно з вченими НУХТ А. Мелетьєва та ін. розробили і успішно використовують у наукових дослідженнях модельну міні-пивоварню потужністю 100 л пива за цикл, адекватно моделюючу умови реальних пивзаводів.

В додатку Б зображена апаратурно-технологічна схема модельної міні-пивоварні з наступним технологічним процесом: підготовлена ​​вода і подрібнений солод надходять в заторний апарат 1, в якому проводять білкову та мальтозний паузи при оптимальних температурах до повного оцукрювання; потім насосом 2 затор подають до фільтраційного апарату 3, з якого сусло самопливом надходить в апарат 4, дробину промивають гарячою водою до необхідної концентрації сухих речовин у суслі; перші порції мутного сусла з апарату 4 насосом 5 повертають у фільтраційний апарат 3, сусло з хмелем кип'ятять у закритому сусловарочному апараті 4, охмелене сусло за допомогою насоса 5 подається у відстійник 6, а після двохсекційного теплообмінника 7 охолоджене та відокремлене від осаду сусло зброджують при оптимальних температурних режимах зі спеціальними пивними дріжджами в апараті 9. Після досягнення необхідного видимого екстракту пиво відокремлюють від основної маси дріжджів і направляють на доброджування і дозрівання в герметично закритому апараті 10.

Дослідження біотехнологічних процесів пивоваріння на модельних міні-пивоварнях дозволить:

-       використовувати не тільки стандартні показники хмелю, але й більш складні, мобільні фактори його якості, підбирати оптимальні способи переробки хмелю та його препаратів, який буде сприяти інтенсифікації розробки нових сортів хмелю та оптимізації співвідношень найбільш значущих показників якості хмелю і його препаратів;

-       виготовляти різноманітні оригінальні сорти пива з заданими органолептичними властивостями, досліджуючи та впроваджуючи у виробництво нові види сировини;

-       мобільно відпрацьовувати технології нових сортів пива з мінімальними витратами на замовлення великих підприємств з підбором раціональних схем і управлінням технологією;

-       використовувати нетрадиційну сировину (тритикале, бобові культури та ін) для виробництва пива профілактичного та оздоровчого призначення.

3.      Проектний розділ. Складання іконографічної моделі удосконалення технології виробництва пива з оптимізацією процесу теплового оброблення сусла з хмелем

3.1    Проектування основних схем іконографічної моделі виробництва пива з оптимізацією процесу теплового оброблення хмелю

На основі перегляду проблем із пункту 2.2, можна зробити висновок, що затрати хмелю великі, і тому заводи імпортують солод та хміль. Щоб покращити становище заводів потрібно вирішувати питання щодо удосконалення обладнання для теплового оброблення сусла з хмелем та технології виробництва, завдяки чому можливо зменшити витрати сировини.

Щоб виконати поставлену мету ми пропонуємо оптимізувати процес теплової обробки сусла з хмелем.

Технологія інтенсивного кип’ятіння сусла полягає у застосуванні виносного теплообмінника, що сприяє видаленню високомолекулярних білків і зернових поліфенолів при збільшенні швидкості випарювання сусла.

Цілі кип'ятіння сусла з хмелем полягають у випаровуванні надлишкової води для отримання потрібної концентрації сусла, в інактивації ферментів, в стерилізації сусла, максимальної коагуляції білків у вигляді суспензій гарячого сусла і, нарешті, в розчиненні у суслі цінних компонентів хмелю , перш за все гірких речовин. При цьому виникають такі побічні явища, як утворення редукуючих речовин і випаровування летючих ароматичних речовин.

На основі вищенаведених дослідів спроектована іконографічна модель, представлена на рис3.1.-3.3.

Рис 3.1 Горизонтальна декомпозиція виробництва пива з оптимізацією процесу теплового оброблення сусла з хмелем

Рис 3.1 Горизонтальна декомпозиція виробництва пива з оптимізацією процесу теплового оброблення сусла з хмелем

Рис.3.2. Функціональна схема виробництва пива з оптимізацією теплового оброблення сусла з хмелем

Рис. 3.3 Структурна схема виробництва пива з оптимізацією теплового оброблення сусла з хмелем

Традиційна технологія використання хмелю в шишках економічно неефективна, втрати найцінніших гірких речовин можуть скласти до 70-80 %. Раціональним і перспективним є застосування хмелевих препаратів (ХП).

Удосконалення технології підтвердили, що апробована технологія забезпечує в середньому 15 % економії хмелю, прискорює технологічний процес та сприяє підвищенню стійкості пива.

3.2    Перегляд апаратурно-технологічної схеми

Кип’ятіння пивного сусла на удосконаленому апараті з більшою інтенсивністю призводить до прискорення процесу кондиціювання сусла до необхідної концентрації. Такий результат дає також можливість глибше провести вимивання екстракту пивної дробини та досягти зниження технологічних втрат зернопродуктів.

Застосування виносного теплообмінника дає змогу інтенсифікувати процес теплового оброблення пивного сусла: скоротити тривалість кип’ятіння на 25 %, здійснити економію хмелю на 10-18 % та підвищити якість сусла, стійкість пива.

Рис. 3.4 Удосконалена апаратурно-технологічна схема теплового оброблення сусла з хмелем

На основі виконаних досліджень запропонована також апаратурно-технологічна схема, яка наведена на рис. 3.4, де умовно позначено:

     основний продукт; -1- - вода; -2- - пара; -2к- - конденсат; апарати: ЗА - заторний; ФА - фільтраційний; УЗ - ультразвуковий; СА - сусловарильний; ГЦА - гідроциклонний

Виносні теплообмінники - це системи з пучка труб або пластин з міді або нержавіючої сталі, змонтовані поруч з сусловарочним апаратом. У залежності від температури теплоносія і сусла, а також необхідного ступеня випаровування насос, який подає повинен забезпечувати від 8 до 12 перекачувань вмісту котла на годину. Тиск у самому кип'ятильнику сусловарочного котла регулюється редукційним клапаном у залежності від необхідної температури (101-108 ° С). Сусло надходить після кип'ятильника в котел (через сопло з напірної трубою). У залежності від температури теплоносія (120-135°С) площа поверхні нагрівання становить відповідно 15 і 10 м2/100 гл, а для стисненої вторинної пари (103-110 °C) - 165 і 40 м2/100 гл. Таким чином, споживана потужність циркуляційного насоса при зазначеній вище продуктивності варіює від 5,5 до 15 кВт.

За допомогою зовнішніх теплообмінників можна поперемінно обігрівати декілька котлів, а за наявності відповідної кількості ізольованих ємностей вони можуть виконувати для одного варіння роль збірника першого сусла, котла.

3.3    Розробка рішень з реалізації проектного рішення

Організаційно-технологічні заходи з реалізації проектного рішення, прийнятого у даному курсовому проекті, складаються із пропозицій щодо внесення в існуючу нормативну документацію на виробництво пива оптимізацію теплового оброблення сусла з хмелем.

Пиво є напоєм масового споживання, технологія якого характеризується великими витратами на сировину та традиційністю способів її оброблення. Хміль є найбільш специфічною і тому поки що незамінною сировиною для пивоваріння. Незважаючи на невисоку питому частку (приблизно 1 % від маси основної сировини - солоду), саме хміль повною мірою зумовлює більшу частину органолептичних властивостей пива, а частка витрат на хміль у собівартості складає більш ніж 40 % від загальних затрат на сировину.

Удосконалення технології підтвердили, що апробована технологія забезпечує в середньому 15 % економії хмелю і солоду, прискорює технологічний процес та сприяє підвищенню стійкості пива.

Мінусом даного удосконалення являється те, що великі затрати йдуть на розхід електроенергії.

Висновки

В ході розробки даного курсового проекту були виконані наступні і зроблені наступні висновки:

.        Вивчена товарознавча і технологічна характеристика пива різних видів.

.        Обґрунтовані технологічні процеси виробництва пива та об’єднані у стадійні комплекси технологічних процесів.

.        Охарактеризована традиційна поточно-механізована лінія виробництва пива.

.        Проведена оцінка технологічної системи виробництва пива з точки зору принципу системного підходу удосконалення.

.        Обґрунтовані заходи, прийняті для оптимізації процесу теплового оброблення сусла з хмелем.

.        Складена іконографічна модель удосконалення технологічної системи виробництва пива з оптимізацією теплового оброблення сусла з хмелем.

.        Переглянута апаратурно-технологічна схема виробництва пива.

Економічний ефект від застосування результатів роботи полягає в економії витрат дорогої сировини, зниженні собівартості пива і прискоренні технологічних процесів. Очікуваний економічний ефект за рахунок удосконалення становить близько 15-20 %, або 60-80 тис. грн. на 1 млн. дал пива.

Список літератури

1.      Технологія харчових продуктів. Під ред.. доктора техн. наук, проф. А.І. Українця. - К.: «Асканія», 2008-736с.

.        Машини і апарати харчових виробництв. У 2-х книгах. Підр. для вищіх навч. закладів/ С.Т.Антипов, И.Т.Кретов, А.Н.Остріков та ін.; Під ред. акад. РАСХН В.А.Панфілова. - М.: Вища школа,2001.- 703с. іл.

.        Технологія і обладнання виробницта пива та безалкогольних напоїв. Підр для поч.. проф. освіти.-М.: ІРПО; Вид. центр «Академія», 2000. - 416 с.

.        Технології харчових виробництв/ А.П. Нечаєв, І.С. Шуб, О.М. Антошина та ін..; Під ред. А.П. Нечаєва. - М.: КолосС, 2005. - 768 с.: іл.. - (Підр для студентів вищіх навч. закладів).

.        Краткий курс пивоварения / Л. Нарцисс; при участии В. Бака; пер. с нем. А. А. Куреленкова. - СПб.: Профессия, 2007. - 640 е., табл.

6.      Применение пищевіх добавок в индустрии напитков. - СПб.: Профессия, 2007. - 240с., ил.

Додаток А

«Динаміка виробництва пива в Україні»

Додаток Б

«Апаратурно-технологічна схема модельної пивоварні»

-заторний апарат; 2,5,8 - насоси; 3-фільтраційний апарат; 4 - сусловарочний апарат; 6 - відстійник; 7 - двосекційний теплообмінник; бродильний апарат; 10 - апарат для доброджування пива