Отчет по летней практике «Производство безалкогольного пива»

• Концентрации дрожжей в начале брожения.

 При получении  классических сортов пива расход  посевного материала составляет 1-2 млн клеток на каждый процент сухих веществ пивного сусла. Например, при сбраживании сусла с массовой долей сухих веществ 11 % вносятся дрожжи из расчета 10-20 млн клеток на 1 см3 сусла. Увеличение нормы введения дрожжей вдвое приводит к снижению интенсивности размножения дрожжей, что влечет за собой уменьшение содержания высших спиртов и изоамилацетата в пиве, повышению содержания этилацетата и появлению сернистых ароматов в напитке.

• Давление

. Давление  в танке во время брожения  повышает содержание растворенной  углекислоты в пиве. Высокое содержание  СО2, в частности соответствующее  давлению в бродильном аппарате  более 0,5 атм, подавляет рост дрожжей и тормозит процесс брожения. В результате ингибирующего действия диоксида углерода во время брожения повышается содержание диацетила и ацетальдегида, при этом снижается содержание высших спиртов и эфиров в пиве.

4.3.1. Технологии безалкогольного пива

• Сбраживание сусла иммобилизованными дрожжами

Один из технологических  методов подавления образования  этилового спирта – использование  иммобилизованных дрожжей. Под иммобилизацией дрожжей понимают закрепление дрожжей  на каком-либо носителе, что дает возможность  контролировать ферментативную активность дрожжей и тем самым регулировать синтез побочных продуктов брожения, в частности карбонильных соединений, которые служат причиной появления запаха и вкуса сусла. Например, снижается количество альдегидов, определяющих аромат сусла, в результате его быстрого контакта с большим количеством иммобилизованных дрожжей при низких температурах без нежелательного роста дрожжей и образования этанола.

Технология  производства безалкогольного пива с помощью иммобилизованных дрожжей  предполагает фильтрование пивного  сусла, охлаждение его с последующей  подачей на специальные модули ИММОКОМ. Температура сусла на входе в  модуль обычно составляет 1 …4 °С: при такой температуре спиртовое брожение под воздействием дрожжей существенно замедляется, однако восстановительные ферментные системы в дрожжевых клетках сохраняют свою активность, поэтому частично восстанавливаются карбонильные соединения и продукт приобретает пивной аромат. Содержание спирта в готовом продукте обычно находится на уровне 0,05%.

• Сбраживание сусла дрожжами Saccharomycodes ludwigii

Известны  способы получения безалкогольного  пива с помощью дрожжей Saccharomycodes ludwigii, которые сбраживают фруктозу и глюкозу, но не метаболизируют мальтозу. Такое пиво содержит много углеводов и имеет сладкий вкус.

При приготовлении  безалкогольного пива кроме Saccharomycodes lubwigii также можно использовать дрожжи Saccharomycodes cerevisiae с дефектом в синтезе ферментов ЦТК.

• Прерывание брожения при концентрации этанола в пиве ниже 0,5%

     Для получения пива используют сусло с массовой долей сухих веществ 9-11%. Процесс заканчивают по достижении содержания этанола 0,5 %, что соответствует значению показателя видимой степени сбраживания около 10%. Общую низкую степень сбраживания можно достигнуть методом затирания со скачкообразным нагреванием затора; добавлением к затору пивной дробины в качестве вкусового компонента.

В последнем  случае 15%-ный затор затирается в течение 60 или 80 мин при 40 °С. Затем он перекачивается к кипевшей в течение 30 мин отварке из дробины, так что температура всего затора повышается до 72 °С. После 30-45 мин осахаривания затор нагревают до 76 °С и перекачивают на фильтрование. Брожение проводится при температуре ниже 8 °С до достижения концентрации этилового спирта менее 0,5 % и прерывается путем отделения дрожжей центрифугированием, фильтрования, пастеризации в потоке. После этого пиво в течение 10 дней и более выдерживается при температуре 0…1 °С во избежание появления неприятного сернистого привкуса, а затем фильтруется, карбонизируется, стабилизируется и стерилизуется.

• Метод контакта дрожжей с суслом при низких температурах

При данном методе сусло при температуре 2 °С тщательно перемешивается с пивными дрожжами. В таких условиях дрожжи практически не образуют спирта, но протекающие в них жизненные процессы приводят к появлению пивного аромата и исчезновению вкуса сусла. К таким процессам относят поглощение определенных органических кислот, адсорбцию ароматических веществ хмеля и образование эфиров. При этом уменьшается количество карбонильных соединений, которые определяют сусловой привкус.

• Технология безалкогольного пива с помощью культивирования дрожжей с притоком сусла

Принципиально новая технология безалкогольного  пива, учитывающая особенности метаболизма  дрожжей, разработана на Санкт-Петербургском  комбинате пивоваренной и безалкогольной промышленности им. С. Разина в 1994г. [9].

Технология  безалкогольного пива предусматривает  приготовление затора, его фильтрацию, кипячение сусла, разделение его  на две части, введение в одну из них хмеля, осветление смеси, охлаждение и карбонизацию пива. Для повышения  органолептических свойств готового пива при разделении сусла после  его фильтрации отбирают первое сусло  из расчета содержания сбраживаемых углеводов в смеси 1 % и вводят в эту часть сусла хмель в количестве 10-15 % от общего расхода, а вторую часть сусла охлаждают до 26…28 °С, вносят в нее пивоваренные дрожжи и культивируют их с притоком сусла и аэрацией до полного исчезновения сбраживаемых углеводов. После смешивания обеих частей в смесь добавляют оставшееся количество хмеля и подвергают ее кипячению с последующим отделением хмеля от сусла, а карбонизацию пива осуществляют путем введения в охлажденное сусло жидких пивоваренных дрожжей и выдержки в их присутствии, при этом после карбонизации пиво фильтруют.

5. Аппаратурное оформление линии производства.

• Бродильные аппараты

Выполняются, как правило, в виде герметичной  прямоугольной емкости объемом  до нескольких десятков м³. Углы могут  быть как прямые, так и скругленные, причем последний вариант предпочтительнее. В качестве материала корпуса  используется нержавеющий лист марки AISI 316L или, при небольших размерах аппарата и развитой системе силовых  подкреплений, AISI 304L. Толщина листа  принимается в диапазоне от 1,5 до 5 мм, в зависимости от размеров и емкости аппарата. При назначении толщины листового материала  корпуса особое внимание уделяется  не только размерам, но и форме корпуса. В частности, поверхности двойной  кривизны - сферические, торообразные и другие, создают дополнительную жесткость и прочность, что позволяет  уменьшить толщину материала в 1,3-1,6 раза при одинаковых габаритах и сравнимых параметрах технологического процесса. В качестве примера можно привести конструкцию корпуса бродильного аппарата емкостью 15 м³, выполненного из листа AISI 316L толщиной 4мм. Эксплуатационное давление 0,7 кг/см². Стыки вертикальных и горизонтальных поверхностей изготовлены без применения штамповки, прямоугольными, и усилены по боковым поверхностям нержавеющим уголком 50х5мм, AISI 304. Вспомогательные подкрепления из полосы 40х4, AISI 304. Из нее же выполнены усиления и комингсы технологических проемов, для прямоугольного фланца главного ревизионного люка применен уголок нержавеющий равнополочный 50х5 мм, AISI 304. Материал самого люка - лист AISI 304, 4 мм. Все корпусные соединения выполнены методом аргоно- дуговой сварки, с ее помощью осуществляется и вваривание патрубков змеевика, предназначенного для подачи рассола и изготовленного из трубы DIN 17457 – 50х2 мм, AISI 304(L). Для стыковки с внешней магистралью предназначены стандартные фланцы, AISI 304. Применение шовной трубы оказалось возможным за счет небольших рабочих давлений и значительных радиусов изгиба змеевика. Контроль уровня продукта осуществляется при помощи стандартного диоптра, обвязка и арматура также из числа стандартных.

• Танки

По  существу, танки являются разновидностью бродильных аппаратов, отличающихся только конструктивным исполнением. Предназначены  для брожения и дображивания сусла в процессе изготовления пива и кваса. Первые изготавливаются емкостью до 50 м³, вторые - до 80. Представляют собой цилиндрические емкости с полусферическим днищем, выполненные из листа AISI 304L и AISI 316L, или AISI 304L и AISI 316L толщиной соответственно до 10 мм. При изготовлении емкостей большого диаметра может быть использованы более прочные и менее пластичные версии стали AISI 304 и AISI 316. Этому способствует и то обстоятельство, что получение сферической формы днища обычно выполняется методом раскатки, что позволяет использовать материал со значительно меньшим пределом относительного удлинения.

  Подобная форма танков помогает  сэкономить металл корпуса в  разы, но при этом неудобна  для размещения в цеху, объем  при этом используется нерационально.  Для сравнения: бродильный аппарат  емкостью 15 м³ имеет массу 2150 кг, а танк аналогичного назначения емкостью 10 м³- только 540 кг.

• Бродильные аппараты для ускоренного производства пива

В производстве пива может быть использована технология, существенно ускоряющая технологический процесс и повышающая за счет этого производительность. Режим здесь несколько изменен и брожение проводится при давлении до 1,5 кг/см². С одной стороны повышенное давление требует применения более прочных марок материала, а с другой - емкость данных бродильных аппаратов относительно невелика. Это позволяет наряду с AISI 316 применять для изготовления их корпусов лист Х18Н10Т и 316L 4-7 мм в зависимости от объема. А вот сварной газосборник, испытывающий давление до 3,0 кг/см² лучше изготовить из листа 12Х18Н10Т или AISI 321 такой же толщины.

 Оборудование, предназначенное  для ускоренного производства  пива, содержит большое количество  арматуры и трубопроводов. Как  правило, для прямых деталей  используется труба DIN 11850, AISI 304L, а для гнутых, в особенности  по малым радиусам - цельнотянутая  труба стали марок (08)12Х18Н10Т  и 10Х17Н13М2Т.

• Мембраны обратноосмотические

Это самые качественные фильтрующие  мембраны, способны освободить воду от 99% примесей. Диаметр пор составляет около 0,0001 микрона. Такие размеры  сложно даже представить. Такими мембранами фильтруются даже ионы металлов, не говоря уже об остальных возможных  примесях.

  В отличие от микрофильтрации  и ультрафильтрации, примеси, задерживаемые  в процессе обратного осмоса, имеют размеры на уровне молекул,  ассоциатов, ионов, кислотных остатков. Благодаря своим столь малым размерам растворенные вещества свободно проходят через любые ультрафильтрационные мембраны. Поэтому для процессов обратного осмоса используют более плотные мембраны, обладающие гораздо большим гидродинамическим сопротивлением.

          В противоположность  ультрафильтрации и микрофильтрации,  выбор материала мембраны для  обратного осмоса прямо влияет на эффективность разделения - материал, из которого изготавливается мембрана, должен иметь высокое сродство к растворителю и низкое сродство к растворенному компоненту. Под понятием «сродство» имеется ввиду высокая проницаемость растворителя через мембрану и низкая проницаемость растворенных соединений. Именно поэтому, мембраны, использующиеся в процессах обратного осмоса, называют полупроницаемыми. 

      Величина потока, проходящего через обратноосмотическую мембрану, является столь же важной характеристикой, как и ее селективность по отношению к различным типам растворенного вещества. Если выбор материала для мембраны основывался на характеристических разделительных свойствах материал-растворитель, то величину потока, проходящего через приготовленную из этого материала мембрану, можно повышать/снижать за счет уменьшения/увеличения толщины мембраны. При этом зависимость величины потока, проходящего через мембрану, от ее толщины, можно рассматривать как приблизительно обратно пропорциональную толщине мембраны.

          По этой  причине большинство мембран  обратного осмоса выполняются  как асимметричные: с плотным  верхним слоем (толщиной до 1 мкм)  и пористой нижележащей подложкой  (толщиной 50-150 мкм). Сопротивление транспорту в таких мембранах определяется, в основном, плотным верхним слоем.

• Важным классом асимметричных мембран для обратного осмоса, получаемых методом инверсии фаз, являются эфиры целлюлозы, в частности, диацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы. Они чрезвычайно подходят для обессоливания, поскольку они высокопроницаемы для воды, в сочетании с весьма низкой проницаемостью для солей. Однако, если характеристические свойства мембран, приготовленных из этих материалов, достаточно хороши, их стабильность по отношению к химическим реагентам, температуре и бактериям очень низка. Во избежание гидролиза полимера такие мембраны, как правило, можно использовать в узком интервале условий: при рН 5-7 и температуре ниже 30 оС.
• Среди других материалов, которые часто использовались для обратного осмоса, выделяются ароматические полиамиды. Они также обладают высокой селективностью по отношению к солям, но поток воды через них немного ниже. Полиамиды могут использоваться в более широком интервале рН, приблизительно 5-9. Главным недостатком полиамидов (или полимеров с амидной группой вообще ) является их чувствительность к свободному хлору (Cl), который вызывает разрушение амидной группы. При этом пленки из таких материалов имеют достаточно большую толщину − до 150 мкм. Столь толстые пленки мембран приводят к резкому снижению скорости массопереноса. Однако этот эффект компенсируется чрезвычайно высокой поверхностью мембраны в расчете на единицу объема: удельная поверхность достигает 30 000 м2/м3.
• Третий класс применяемых мембранных материалов включает по либензимидазолы, полибензимидазолоны, полиамидогидразиды и полиимиды. Однако эти материалы являются весьма специфичными и используются при производстве мембран с определенными свойствами.