Закрытые системы охлаждения сусла
Их можно подразделить на оборудование для охлаждения сусла (см. предыдущий раздел), устройства для отделения осадка взвесей горячего сусла, системы полного или частичного удаления осадка взвесей охлажденного сусла, а также на аппараты для аэрации сусла.
2.7.7.1. Отделение осадка взвесей горячего сусла может осуществляться в отстойных чанах, сусловарочных котлах, вирпулах или путем сепарирования горячего сусла, а также путем фильтрования через кизельгур или хмелевую дробину. Для осаждения взвесей может быть использован сусловарочный котел (см. раздел 2.5.8). Чистое сусло отводится сверху при помощи поплавкового декантатора, а около 3 % осадка, состоящего из твердых частиц мелкоизмельченного хмеля, добавляют в последующие варки.
Отстойные чаны изначально разрабатывались для замены холодильной тарелки и копировали принцип ее действия. В чане, оборудованном кожухом и вытяжным устройством, высота слоя сусла составляет 1-1,5 м. Сусло в целях его аэрации подается через распределитель. Взвеси горячего сусла осаждаются в течение 40-60 мин после окончания перекачивания сусла, и прозрачное сусло можно стягивать сверху с помощью поплавкового декантатора, а отстой проходит дальнейшую обработку аналогично холодильной тарелке. Для уменьшения нагрузки на подключенный затем холодильник в чане нередко устанавливают охлаждающие трубы. Достигаемое в этом случае охлаждение затрудняет осаждение взвесей сусла и мойку оборудования, так как образующуюся при этом теплую воду в большинстве случаев эффективно использовать уже невозможно.
Современные отстойные чаны имеют цилиндроконическую форму (высота слоя сусла составляет 2,5-4 м). Осветленное сусло отводится через поплавковый де-кантатор, а осадок взвесей из конусной части аппарата направляют на центрифугу или подают без осветления для фильтрования следующей варки.
Вирпул из нержавеющей стали представляет собой круглую изолированную емкость с плоским днищем (отношение высоты к диаметру составляет в классическом варианте 1 : 1,3, в последнее время - 1 : 2-3,5), в которую тангенциально на уровне 1/3 высоты емкости подается сусло. С учётом времени перекачивания сусла (12-15 мин) сопло на впускном отверстии рассчитывают так, чтобы скорость поступления жидкости составляла 3-3,5 м/с. Отношение объемного расхода V в вирпуле к объему горячего охмеленного сусла VB В зависимости от отношения высоты к диаметру, приведено в табл. 2.20.
Таблица 2.20. Параметры вирпула
| Отношение высоты к диаметру | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | |
| v/vB, 1/ч | 7,7 | 6,7 | 5,8 | 5,4 | 5,0 | 4,9 |
Благодаря тангенциальной подаче содержимое вирпула получает вращательное движение (первичный поток). По окончании процесса подачи сусла и после затухания всех связанных с ним возмущений вращательное течение стабилизируется, под действием центробежных сил давление жидкости увеличивается изнутри наружу, и градиент давления формирует донный слой. Благодаря этому возникает сильное движение потока но спирали к центру непосредственно над днищем емкости. Большая площадь поперечного сечения обусловливает невысокую скорость подъема сусла. Все частички взвесей горячего сусла, скорость оседания которых больше скорости подъема сусла, остаются в донном слое, перемещаются к центру емкости и скапливаются в форме конуса отстоя. На поверхности жидкости происходит радиальное движение потока наружу, а у цилиндрических стенок - поток направляется вниз. Таким путем частички взвесей горячего сусла перемещаются к стенкам емкости, затем вниз и попадают в донный слой. Под действием трения у стенки цилиндра и днища происходит торможение вращающегося потока, в результате чего уменьшается градиент давления и снижается интенсивность течения к центру емкости, благодаря чему оседают все более мелкие частицы. Описанные процессы седиментации нарушаются завихрениями и вихревыми торообразными потоками.
В течение 30-минутной паузы после окончания перекачивания сусла (иногда дольше, и крайне редко раньше) сусло осветляется до такой степени, что можно приступать к его спуску. За ходом этой операции можно наблюдать через смотровое окно, расположенное на стенке вирпула. Целесообразно начинать спуск сусла на высоте около 1 м, затем переключиться на другое сливное отверстие, расположенное на высоте примерно 10 см, а в конце спуска - на отверстие в периферийной части днища вирпула. Последнее может быть плоским, иметь уклон 1-2 %, слегка коническую (с углом наклона стенок около 25°) или радиально-симметричную форму. Последний вариант выполняется с уклоном 2 % и заканчивается желобом, который в самой низкой точке выполняет функцию сливного отверстия в днище. Так называемые «отстойные чашки» себя не оправдали; при условии хорошей седиментации осадок взвесей сусла собирается в центре днища в форме конуса на расстоянии 20-40 см от края емкости. Чтобы не нарушить структуру конуса взвесей сусла, высоту слива сусла уменьшают, как описано выше, начиная с верхнего слоя и последовательно переключая слив сусла с бокового отверстия на отверстие в днище, изменяя по мере снижения уровня сусла частоту вращения насоса. Скорость спуска сусла должна соответствовать скорости фильтрования через фильтровальную лепешку во избежание отрыва осадка взвесей и попадания его в сусло. Даже в «сухом» осадке взвесей сусла содержится еще 0,3 % сусла.
Упомянутые выше вихревые торо-образные потоки затрудняют или замедляют седиментацию осадка взвесей сусла, что вызывает необходимость увеличения продолжительности паузы до 30 мин и более. Благодаря установке «решеток Денка» вихревые торообразные потоки демпфируются. Такие решетки монтируют (с возможностью регулировки) на высоте 350-600 мм от днища вирпула в виде колец размером в половину или две трети диаметра днища. Так как расстояние между этими кольцами составляет 100 мм, можно выполнить расчет их количества для различных диаметров днищ. Эффект колец выражается в существенном ускорении осаждения, что позволяет начинать охлаждение уже через 8-10 мин после окончания перекачивания сусла. Применение колец особенно эффективно в относительно узких вирпулах.
Тем не менее работа вирпула зависит от многих факторов: состав сусла должен быть оптимальным относительно вязкости и расщепления белка, осадок взвесей сусла должен состоять из крупных хлопьев (безупречное кипячение, осветление до прозрачности), сусло не должно подвергаться напряжениям сдвига (например, при неоптимальпой конструкции варочного котла, неправильной прокладке трубопровода для перекачивания сусла или очень высокой скорости подачи сусла в вирпул). Удары воды или пара при опорожнении и промывке трубопроводов затрудняют уже начавшийся процесс седиментации и вызывают образование завихрений. Подсасывание воздуха (в частности, через хмелеотделитель) нарушает процесс осаждения взвесей сусла. Пригодность сусла к обработке в вирпуле можно проверить с помощью воронки Имхофа, настроенной на температуру 90 °С. Даже упомянутые кольца при прочих неблагоприятных условиях не в состоянии существенно улучшить устойчивость конуса осажденных взвесей.
Вирпулы являются удачным решением особенно в случае использования внешних кипятильников, хотя и внутренние кипятильники не нарушают эффект вир-пула, если под ними остается достаточно пространства для формирования конуса взвесей. Пo окончании процесса кипячения сусло перекачивается по тангенциально направленному трубопроводу, который иногда оканчивается соплом и циркулирует с заданной скоростью в течение 8 мин, пока не установится вращение без завихрений. После этого выдерживают обычную паузу. Преимущество вирпула состоит также в том, что сусло не аэрируется или, что еще важнее, не содержит газов, благодаря чему процесс седиментации может протекать быстрее.
Седиментация взвесей сусла улучшается при использовании хмелевого порошка, причем его количество не должно превышать 1,5-2 кг на 1 м2 площади днища, что при отношении высоты вирпула к его диаметру 1 : 2 составит примерно 100 г/гл. По этой причине предпринимаются попытки дифференцировать отдельные сорта пива за счет сочетания экстракта смол, хмеля-концентрата и обычного хмелевого порошка. При дозировании хмелевых порошков возрастают потери вследствие впитывания сусла осадком, составляющие при дозировке 65 г/гл около 1,2 %, а при 130 г/гл - около 2 %. Для конического или выпуклого днища эти значения выше, так как конусы взвесей сусла у отдельных сортов пива за счет внесения дрожжей характеризуются разным объемом и тем самым соответствующим уровнем отстойного сусла. Именно поэтому в месте соединения к контуру спуска сусла осадок взвесей сусла собирают в отдельной емкости для осадка взвесей и снова добавляют при фильтровании следующей варки, что при производстве разных сортов и типов пива (светлого, темного, пльзеньского, пшеничного) весьма проблематично.
Наилучшим решением представляется очень медленный (например, в течение 30 мин) спуск осадка взвесей сусла в фазе седиментации с помощью регулируемого насоса в оборудованный мешалкой танк для мутного сусла. Это мутное сусло, состоящее из осадка взвесей и сусла (по объему 7-8 % исходного сусла), осветляется в саморазгружающемся сепараторе соответствующей производительности и добавляется к основному потоку сусла перед пластинчатым холодильником. Через некоторое время (15 и 35 мин) остается только еще раз перекачать небольшое количество отстоявшихся за это время взвесей сусла (в течение 2 мин). Для осветления мутного сусла можно также использовать центрифугу (как в начале, так в конце контура подачи сусла).
Ход этого важного технологического этапа по отделению взвесей контролируют с помощью автоматического нефелометра с самописцем, выдающего команды, например, на прекращение охлаждения сусла и переключение на танк для взвесей.
Затраты времени на перекачивание, седиментацию и охлаждение сусла в целом не должны превышать 110 мин, так как в противном случае неизбежно заметное усиление цветности сусла (1-3 ед. ЕВС). Действие этой «горячей выдержки» при температуре около 95 °С сказывается также на содержании горьких веществах хмеля, дополнительная изомеризация которых возрастает на 10-25 % .
Для удаления затвердевшего конуса осадка взвесей предназначены распылительные форсунки, установленные сверху или в периферийной части днища вирпула. Для решения этой задачи предназначено также устройство Hydrojet, располагаемое в центре.
Сепараторы для отделения осадка взвесей горячего сусла целесообразно использовать в сочетании с емкостью для готового сусла, так как перекачивание может происходить быстрее, чем сепарирование осадка взвесей. В качестве такой емкости применяют обычный танк, установленный горизонтально или вертикально. Так как нет необходимости ждать, пока окончится образование осадка взвесей горячего сусла, то уже во время перекачивания можно подавать сусло в сепаратор, что позволяет экономить время. При использовании отстойного чана поступают аналогично или ждут окончания осаждения взвесей горячего сусла. В этом случае после паузы примерно две трети прозрачного сусла отводят без сепарации, а остальную треть пропускают через сепаратор. Сепаратор может быть также подключен после холодильной тарелки.
Принцип действия сепаратора заключается в замене естественного ускорения свободного падения значительно большим центробежным ускорением, благодаря чему удается за короткое время отделить осадок и выделить частицы совершенно определенного размера. Таким образом, при пониженных температурах можно удалить не только осадок взвесей горячего сусла, но и захватить часть осадка взвесей холодного сусла, но при более низких температурах повышается вязкость сусла, что затрудняет отделение и, таким образом, снижается КПД установки и производительность сепаратора.
С помощью современного сепаратора можно осветлить 150-350 гл осадка взвесей горячего сусла (с температурой 90° С) за 1 ч, но всего 30-80 гл начального сусла (с температурой 5 - 6 °С). Для отстойного сусла (температурой около 40 °С) производительность вследствие высокого содержания шлама также ограничена 40-60 гл/ч. Существуют следующие конструкции сепараторов.
Камерно-барабанные сепараторы (скорость вращения барабана - около 4000 об/мин). В них под действием центробежной силы сусло отделяется от осадка взвесей в камере диаметром 200-400 мм. Мощность сепаратора определяется пространством для шлама. Наиболее крупные аппараты вмещают 65 л (70 кг) шлама влажностью около 70 %, что соответствует засыпи примерно 5000 кг. Для улучшения эффекта осветления, особенно сусла со средней температурой, устанавливают несколько камер (многокамерный сепаратор).
Тарельчато-барабанные сепараторы (скорость вращения барабана - около 6000 об/мин). У таких сепараторов в середине вращающегося корпуса сепаратора на расстоянии менее 1 см размещено определенное число конических тарелок. Благодаря этому путь, который должны пройти частички осадка взвесей, существенно короче по сравнению с камерно-барабанным сепаратором, а осветление, особенно для тонких взвесей, улучшается. Частицы взвесей соскальзывают с тарелки и сразу попадают на край вращающегося ротора сепаратора, в так называемое шламовое пространство. И камерно-, и тарельчато-барабанные сепараторы после каждой загрузки должны открываться и опорожняться.
Саморазгружающиеся сепараторы действуют по принципу тарельчато-барабанного сепаратора. Осадок взвесей, отведенный от тарелок, скапливается в широком воронкообразном пространстве, образованном двумя конусными частями барабана. Нижняя подвижная часть барабана прижимается к верхней гидравлическим давлением буферной жидкости (воды). Как только шламовое пространство заполняется, за счет сброса давления открывается отверстие камеры, и осадок взвесей удаляется за нескольких секунд. Удаление осадка взвесей может осуществляться также автоматически. В ходе охлаждения сусла производится лишь частичное удаление шлама, а в конце варки происходит его полное удаление в ходе промывания водой. Такие аппараты подходят для любого количества осадка взвесей горячего сусла. Процесс выгрузки шлама может осуществляться при помощи таймера, нефелометра на выпускном отверстии сепаратора или по степени заполнения шламового пространства, причем продолжительность выгрузки шлама можно регулировать.
Во всех конструкциях сепараторов сусло вращается, и поэтому его можно транспортировать с помощью грейфера, крыльчатки насоса с жесткими и прочными лопастями, однако достигаемого при этом давления недостаточно для пластинчатого холодильника с большой поверхностью теплообмена, в связи с чем в большинстве случаев необходим дополнительный насос. Такой грейфер при соответствующем режиме давлений пригоден для продувки воздуха, который в данном случае очень интенсивно перемешивается с суслом, благодаря чему можно обеспечить насыщение сусла возДухом, необходимым не только для брожения, но и для удаления взвесей холодного сусла путем флотации (см. раздел 2.7.7.2).
При осветлении горячего сусла с помощью сепараторов используют два различных метода. При поступлении в сепаратор однородной суспензии взвесей горячего сусла их содержание может снизиться до 10 г/гл, и лишь непосредственно перед выгрузкой шлама происходит небольшое увеличение содержания взвесей (до 12-13 г/гл). Эти взвеси так тонко дисперсированы, что их можно отделить при последующем удалении взвесей охлажденного сусла способом флотации. Производительность сепаратора составляет 70 % от максимальной.
Если отстойный резервуар не оборудован месильным органом, то можно выделить три фазы сепарирования. При перекачивании сусла смесь из сусла и взвесей однородна. Центрифугирование осуществляется в течение 20 мин с 70 %-ной производительностью. Затем следует фаза, характеризующаяся сильной концентрацией взвесей горячего сусла. Даже если производительность сепаратора уменьшить на 25 %, возможен «проскок» осадка взвесей горячего сусла до 17-18 г/гл (продолжительность этой стадии составляет 40 мин). Затем в сепаратор поступает все более осветленное сусло, и в оставшиеся 40 мин можно работать с полной производительностью, причем в последние 2-5 мин сепаратор можно даже отключить.
Таким образом, производительность сепаратора должна учитывать содержание взвесей сусла, в связи с чем содержание хмелевого порошка не должно превышать 50-80 г/гл. Осветление однородного сусла по первому из описанных методов несколько эффективнее, хотя среднее содержание взвесей сусла в обоих методах является примерно одинаковым. При очень резком центрифугировании при известных условиях под действием сдвиговых усилий, возникающих при ускорении сусла на участке от ламинарного потока при поступлении до вращающегося слоя жидкости, может иметь место изменение белковых молекул вследствие разрыва дисульфидных связей. Под действием протекающего при брожении окисления в пиве впоследствии может возникать серно-дрожжевой, луковый запах. Этот эффект может возникать также в случае неправильного подбора перекачивающих насосов. Путем соответствующего изменения условий течения жидкости в этой части сепаратора можно добиться существенного уменьшения усилий сдвига, так что в современных сепараторах подобные негативные воздействия уже не возникают.
Естественно, режим центрифугирования требует определенного расхода электроэнергии (около 15 кВт/100 гл); при производительности 200-300 гл/ч необходимо иметь один аппарат и соответствующий резерв.
При работе в режиме центрифугирования вследствие того что охлаждение сусла начинается почти сразу же в ходе его перекачивания, требуется небольшой холодильник с циклом охлаждения 90 мин на варку. Тем не менее термическая нагрузка несколько меньше. Потемнение сусла чаще всего составляет лишь 1 ед. ЕВС. При производительности 200-220 гл/ч соответственно необходим один сепаратор. В том случае, если танк для готового сусла временно (без сепаратора) может быть использован для седиментации взвесей сусла, дополнительный агрегат не требуется.
При выполнении указанных выше условий степень осветления является удовлетворительной. Благодаря раннему началу охлаждения термическая нагрузка составляет менее 100 мин и тем самым снижается потемнение сусла.
Фильтрование горячего сусла через кизельгуровый фильтр является самым надежным способом удаления осадка взвесей горячего сусла. Производительность обычных кизельгуровых фильтров составляет при этом 12 гл/м2 в час, расход грубого кизельгура или перлита - 150 г/гл без хмелевого порошка и 120 г/гл с хмелевой дробиной. Потерь сусла при промывании водой практически не возникает. Фильтрование можно начинать одновременно с перекачиванием сусла из компенсирующей емкости; кратковременная фаза охлаждения и разделения продолжительностью 80-100 мин ограничивает потемнение сусла. Единственным недостатком является стоимость кизельгура и его утилизации. Указанный выше расход кизельгура можно сократить, если фильтровать подряд две варки без удаления шлама.
Для извлечения отстойного сусла также применяется декантер (см. раздел 2.4.10.3) или барабанный вакуум-фильтр (см. раздел 2.4.10.1). Загрузка осуществляется через сборник отстойного/мутного сусла. Извлеченное отстойное сусло поступает на следующую варку. Правда, степень осветления позволяла бы дозировку в основной поток сусла указанной варки.
Сусло после отделения отстоя охлаждается в пластинчатом теплообменнике с температуры 90-95 °С до температуры внесения дрожжей, причем необходима дополнительная аэрация сусла, так как при однократной подаче сусла в заторный чан поглощается лишь около 1,5 мг кислорода/л. Осадок взвесей охлажденного сусла выпадает в виде крупных хлопьев, что обусловлено быстрым и глубоким охлаждением. Эту фракцию необходимо удалить с использованием специальных мероприятий.
2.7.7.2. Отделение осадка взвесей охлажденного сусла обычно осуществляется с помощью чана предварительного брожения, способов холодной седиментации, центрифугирования, фильтрования и флотации.
Чан предварительного брожения используют для отделения части осадка взвесей охлажденного сусла путем седиментации. Поскольку в этом случае, как следует из названия аппарата, дрожжи уже введены, то еще до завершения седиментации осадка взвесей охлажденного сусла (12-16 ч) начинается брожение, так что полного осаждения, как, например, при холодной седиментации, не происходит. Напротив, часть хлопьев взвесей охлажденного сусла увлекает дрожжи вниз, тогда как другая их часть остается во взвешенном состоянии и препятствует процессу удаления смолистых веществ. Степень отделения осадка взвесей охлажденного сусла после 12-часовой «паузы» составляет около 30 %. По истечении этого времени емкость целесообразно заменить, предотвращая тем самым повторный подъем уже отложившихся частичек осадка взвесей.
Холодная седиментация. Сусло охлаждают до температуры внесения дрожжей и оставляют без аэрирования до внесения дрожжей на 12-16 ч в чане для седиментации осадка взвесей охлажденного сусла, в котором для ускорения осаждения частиц взвесей высота слоя сусла составляет 1-1,2 м. Способ холодной седиментации позволяет отделить около 50 % первоначального количества осадка взвесей охлажденного сусла.
При добавлении кизельгура можно не только ускорить процесс осаждения в глубоких чанах, но и добиться усиления эффекта седиментации (при введении 10 г кизельгура/гл осаждается около 60 %, а при добавлении 20 г/гл - около 70 % осадка взвесей). Данный способ несложен и совершенно не восприимчив к неудовлетворительному первоначальному отделению горячей мути. Различный уровень содержания в сусле осадка взвесей охлажденного сусла можно нивелировать путем внесения кизельгура. При «закрытом» охлаждении сусла и использовании правильной с микробиологической точки зрения технологии риск инфицирования сусла отсутствует. При перекачивании сусла необходимо проводить интенсивную аэрацию. Для сокращения ручного труда при мойке открытых чанов их оборудуют системой автоматической мойки и очистки.
Холодное сепарирование. Для отделения осадка взвесей охлажденного сусла могут быть использованы описанные ранее сепараторы, однако из-за повышенной вязкости при температуре внесения дрожжей (5 °С) - например, 1,80 мПа · с по сравнению с 1,40 мПа · с при 90 °С - и меньшей удельной массы частиц осадка взвесей охлажденного сусла (в среднем 1,10 по сравнению с 1,22 осадка взвесей горячего сусла) производительность сепаратора существенно снижается и составляет около 25 % производительности сепаратора для горячего сусла. Более высокую производительность (до 120 гл/ч) обеспечивает сепаратор тарельчатого типа с системой самоочистки, в который целесообразно загружать сусло с уже удаленным осадком взвесей горячего сусла. Охлажденное сусло с удаленным осадком взвесей горячего сусла для промежуточного хранения необходимо поместить в отдельный танк - только так можно компенсировать разницу в производительности при отделении осадка взвесей горячего сусла и охлаждением с одной стороны и производительностью сепаратора охлажденного сусла. Последний аппарат потребляет немного меньше электроэнергии (15 кВт/100 гл), но с учетом необходимости мойки после каждой варки расходуется больше щелочи (отложения осадка взвесей холодного сусла в сепараторе следует растворять 2-3 %-ным раствором горячей щелочи).
Эффективность разделения осадка взвесей охлажденного сусла при холодном сепарировании составляет около 50 %, причем необходима последующая аэрация сусла. Напорный диск сепаратора в этих целях использовать нельзя из-за невозможности стерилизации подаваемого воздуха и риска его инфицирования. Преимуществом холодного сепарирования является исключение повторного перекачивания.
Фильтрование холодного сусла может проводиться с использованием тех же типов фильтров, что и фильтрование пива (см. раздел 4.2.2.2), причем производительность для сусла на 5 0 - 8 0 % выше, чем для пива. Таким образом, производительность кизельгуровых пластинчатых фильтров составляет 5-6 гл/м2 площади фильтра, а кизельгуровых ситовых или щелевых фильтров - 7-10 гл/м2. Применение кизельгура или перлита (WW320 или WDK100, см. раздел 4.2.2.1) при умеренном расходе позволяет получать прозрачное сусло (мутностью 2-3 ед. ЕВС). Расход кизельгура в зависимости от степени загрузки установки, включая предварительный намыв фильтра через каждые четыре варки, составляет 50-70 г/гл. Затраты на техническое обслуживание и очистку кизельгуровых пластинчатых фильтров, которые редко используют
для фильтрования сусла, являются довольно высокими. Снизить затраты труда позволяют горизонтальные фильтры. Перекачивание сусла в отдельный чаи для предварительного брожения можно исключить, но предварительное удаление осадка взвесей горячего сусла в сепараторе или вирпуле с учетом производительности фильтра обязательно.
Эффективность разделения при фильтровании с помощью кизельгуровых фильтров составляет 75-85 %, то есть при первоначальном содержании взвесей охлажденного сусла 200 мг/л они еще остаются в количестве 30-50 мг/л. Благодаря более глубокому охлаждению сусла перед фильтрованием (например, до 0 0C) можно добиться удаления 90-95 % общего количества осадка взвесей охлажденного сусла. Затем сусло в противотоке вновь нагревают до температуры внесения дрожжей.
Как можно более полное удаление осадка взвесей охлажденного сусла представляется желательным при незначительной продолжительности брожения и дображивания, так как в этом случае ускоряется созревание пива. При традиционной технологии пиву, полученному из отфильтрованного через кизельгур сусла, недостает необходимой полноты вкуса и в нем нередко проявляется резкое и неустойчивое послевкусие. Компенсировать эти дефекты может перемешивание фильтрованного и нефильтрованного сусла. При использовании вирпула целесообразно фильтровать первые 25-35 % и последние 15-25 % сусла, но в этом случае сокращается срок службы фильтра. Для фильтрованного сусла большое значение придается его интенсивной аэрации.
Метод флотации основан на том принципе, что частицы осадка взвесей охлажденного сусла собираются па поверхности пузырьков воздуха, которые поднимаются в течение 2-3 ч на поверхность сусла и образуют высокую компактную шапку пены, приобретающую через несколько часов коричневатый цвет. Эффект отделения взвесей охлажденного сусла составляет от 50 до 65 % в зависимости от количества воздуха, размера пузырьков и скорости их перемещения к поверхности сусла. После подъема пузырьков сусло становится почти прозрачным или слегка опалесцирующим, а при использовании аэрации со стороны подачи горячего сусла (например, через напорный диск сепаратора) - даже совершенно прозрачным.
Флотация может осуществляться в присутствии дрожжей и без них, так как они не мешают ее ходу. При правильной технологии потери дрожжей в деке незначительны. Чтобы избежать неравномерности дозирования (особенно в горизонтальных флотационных танках), дрожжи должны вноситься в подаваемое сусло - они интенсивно размножаются благодаря избытку воздуха. Данный способ может быть реализован в любом чане предварительного брожения или бродильном чане (при этом в емкости требуется дополнительное свободное пространство - 30-50 % от ее объема). Аналогичным образом можно использовать горизонтальные или вертикальные не используемые танки. Для исключения чрезмерного вспенивания сусла в танке можно создавать небольшое избыточное давление порядка 0,5 бар.
При перекачивании сусла шапка пены оседает на дне емкости или остается на ее стенках. Высота слоя сусла в вертикальном танке может доходить до 4 м; если предусмотрена вторая варка в смену, то высота сусла может доходить до 6-7 м.
Продолжительность флотации составляет в зависимости от высоты слоя сусла 2-4 ч, и по истечении этого времени сусло можно перекачивать. Лучше всего если выдержка составит 6-8 ч, но ее можно и увеличить до тех пор, пока шапка пены не опадет или не начнется слишком сильное брожение. Определенные колебания длительности флотации необходимы для подбора наиболее оптимального технологического цикла. Кроме того, эффект флотации можно улучшить путем использования нескольких варок. У открытых чанов при определенных условиях можно снимать шапку пены, содержащую частицы взвесей, но лучше применять перекачивание при повторной аэрации. В закрытых чанах или танках возможно проведение автоматической мойки.
Для флотации не требуется большого количества оборудования - достаточно вирпула, пластинчатого холодильника и системы интенсивной аэрации, но для обеспечения надлежащего эффекта необходимо обеспечить хорошее отделение осадка взвесей горячего сусла.
При отделении осадка взвесей охлажденного сусла на 60 % происходит удаление 12 мг азота и 30 мг высокомолекулярных углеводов/л. Потери азота составляют 20-25 % от общих потерь при кипячении сусла. Следствием удаления углеводов является улучшение фильтруемости пива. При интенсивной повторной аэрации не выявлено отсутствия липидов и ростовых веществ. Потери горьких веществ при этом не выше, чем при других способах, так как в шапку пены уносятся лишь неизомеризованные α-кислоты. Согласно последним исследованиям флотация должна проводиться только с использованием дрожжей (для сохранения редуцирующих веществ).
Благодаря сильной первичной и повторной аэрации увеличивается интенсивность главного брожения и дображивания. Потери, возникающие при флотации, при правильном ведении процесса составляют 0,2-0,4 %.
2.7.7.3. Устройства для аэрации сусла. Во всех закрытых системах охлаждения требуется специальная аэрация сусла. При этом следует различать две задачи:
1) введение 7-8 мг O2/л (для размножения дрожжей);
2) интенсивная аэрация для удаления осадка взвесей охлажденного сусла (флотация).
Для достижения содержания кислорода в 7-8 мг/л необходим известный избыток воздуха. Расход воздуха составляет порядка 3-10 л/гл сусла в зависимости от давления, распределения воздуха и размеров пузырьков. Оптимальным решением представляется поступление воздуха под давлением с последующим сбросом давления в трубопроводе определенной длины, а подача сусла в бродильный чан снизу предотвращает слишком быстрое выделение воздуха.
При использовании флотации для выполнения воздухом его «транспортной» функции требуется неодинаковое количество воздуха - в зависимости от тех или иных факторов его количество колеблется от 20 до 60 л/гл сусла. Подача воздуха, которая должна контролироваться расходомером, может регулироваться аэрационными свечами из керамики или металлокерамики с размером пор 0,2 мкм, или металлическими пластинками, диспергирующими воздух при его прохождении между ними. Эти аэрационные устройства следует размещать у выхода пластинчатого холодильника так, чтобы сусло, поступающее в него
сверху, могло интенсивно перемешиваться с идущим снизу воздухом. Трубопровод следует располагать выше уровня аэрационного устройства во избежание выделения воздуха из сусла. Хорошо зарекомендовало себя на практике подключение смесительного насоса, диспергирующего воздух в сусле. Напорный диск сепаратора горячего сусла позволяет захватывать большое количество воздуха, необходимого для флотации, и интенсивно перемешивать его с суслом. То, что в данном случае речь идет об аэрации горячего сусла, неважно, так как из-за подключенного пластинчатого охладителя воздух может воздействовать на горячее сусло всего 1-2 с. Снижение давления смеси воздуха и сусла в пластинчатом охладителе оказывает положительное воздействие, причем не происходит чрезмерного образования пены во флотационной емкости.
Так как аэрация при помощи напорного диска в случае неудачной конструкции сепаратора может привести к изменению вкуса пива, эффект аэрации напорного диска используется в центробежном смесителе для охлажденного сусла. Сусло разгоняется в небольшом вращающемся барабане и удаляется через неподвижный напорный диск (грейфер). При этом благодаря соответствующей системе регулировки давления подается строго определённое количество стерильного воздуха, расход которого составляет 25-35 л воздуха/гл сусла.
Трубка Вентури или струйный смеситель имеет сужение суслопровода, в результате чего скорость подачи сусла возрастает, причем под действием разрежения в трубопровод всасывается воздух. Трубки Вентури в большинстве случаев требуют использования транспортирующего насоса. При правильной конструкции сопла для обеспечения безупречного подмешивания воздуха к суслу достаточно 20-35 л воздуха/гл сусла. Размер пузырьков воздуха составляет 0,1-0,5 мкм, что несколько меньше, чем у керамических или металлокерамических свеч, где пузырьки имеют размер 0,1-5 мкм. Следует учитывать падение давления в системе трубопроводов после трубки Вентури, вследствие чего для компенсации разности давлений (при различной длине трубопроводов и т. д.) зачастую устанавливают так называемые контактные отрезки.
Относительно новым аппаратом для аэрации сусла является статический смеситель, состоящий из нескольких смесительных элементов, которые обеспечивают перемешивание в горизонтальном и вертикальном направлениях, благодаря чему эффект перемешивания улучшается. В аэрированном таким образом сусле (скорость которого должна достигать 1,5 м/с) размер пузырьков составляет 0,1-0,5 мкм.
При комбинированной горячей и холодной аэрации, то есть перед охладителем и после него, рекомендуется применять их в отношении примерно 1 : 5, что позволяет объединить преимущества этих двух типов аэрации.
Повторная аэрация при перекачивании сусла из танка предварительного брожения или из флотационного танка используется для компенсации возможных потерь высокомолекулярных жирных кислот, особенно ненасыщенных. При этом происходит также дополнительное стимулирование размножения дрожжей. Лучше всего в этом случае на напорной стороне насоса использовать трубку Вентури. Необходимое при этом количество воздуха составляет 10-20 л/гл, и благодаря этому объему обеспечивается содержание 8-10 мг 02/л.
Значение холодной аэрации заключается в стерилизации воздуха при фильтровании. Несмотря на использование в данном случае большого количества воздуха, содержание кислорода не превышает 8-10 мг/л начального сусла, а содержание кислорода после подъема пузырьков воздуха устанавливается в зависимости от температуры сусла.
2.7.7.4. Применение вакуумного охладителя при перекачивании сусла, то есть между вирпулом и танком для горячего сусла позволяет добиться быстрого охлаждения сусла до температуры 70-75 °С, благодаря чему значительно снижается цветность сусла (см. раздел 2.7.4.1), но при этом ограничивается дополнительная изомеризация. Вакуумный охладитель позволяет также извлекать летучие составляющие сусла, что положительно влияет на качество пива. Потребление воды охладителем поддерживается на низком уровне благодаря использованию противоточной охладительной колонны. Основной недостаток этого способа состоит в потере энергии сусла (разность температур составляет около 20 °С), что, однако, компенсируется другими источниками вторичного тепла, например, испарительным конденсатором сусловарочного котла. Изменяется также консистенция осадка взвесей горячего сусла, отделять который в вирпуле труднее, чем в сепараторе или в фильтре для сусла.
2.7.7.5. Автоматизация процесса охлаждения сусла подразумевает, прежде всего, регулирование температуры сусла с помощью охлаждающей воды. Управление центрифугой осуществляется фотоэлементом или путем зондирования шламового пространства. Не следует запускать вирпул с помощью таймера, так как мутность сусла может меняться от варки к варке - наилучшим решением является визуальный контроль со стороны оператора. Этот процесс контролируется с п