Фильтрация затора в фильтрационных чанах
Осахаренный затор состоит из твердой фазы - пивной дробины - и жидкой - пивного сладкого сусла.
Дробина содержит крупные и мелкие части мякинной оболочки, остатки раздробленного зародыша и мелкие остатки эндосперма аморфного строения и коллоидного характера. Значительная часть этих мелких остатков эндосперма представляет собой денатурированные свернувшиеся белки.
Плотность твердых частиц дробины выше плотности сусла, поэтому, если оставить затор в спокойном состоянии, то он расслаивается - раньше всего оседают более крупные частицы, затем более мелкие, наконец, мельчайшие частицы от остатков эндосперма и свернувшихся белков. Самая верхняя часть затора будет состоять из более или менее прозрачного сусла. Осевшие частицы затора лежат очень рыхло.
Все составные части дробины находятся в набухшем состоянии и пропитаны суслом.
Фильтрация затора необходима для того, чтобы отделить от дробины сусло с минимальными потерями экстрактивных веществ. Отделение сусла и отмывка дробины происходят при фильтрации затора через слой дробины на фильтрационных чанах или через специальные полотна на фильтрпрессах.
В фильтрационных чанах фильтрующим слоем служит сама коллоидно-аморфная масса эндосперма, находящаяся между твердыми и крупными остатками мякинной оболочки солода, лежащими на фильтрационном сите.
Фильтрация затора основана на принципе естественного отекания жидкой фазы по капиллярным ходам в слое дробины.
Скорость фильтрации и прозрачность фильтрата в этом случае зависят от размера капиллярных ходов, вязкости сусла и от характера поверхностноактивных сил фильтрующего слоя.
Фильтрационное дно по существу играет лишь роль основания, на котором лежит фильтрующий слой затора.
Производительность фильтрационного чана зависит главным образом от пропускной способности фильтрующего слоя; площадь поперечного сечения щелей или отверстий в фильтрационном дне играет второстепенную роль - онa настолько велика, что через отверстия и щели может быть пропущено во много раз больше сусла, чем пропускает фильтрующий слой дробины.
Часть щелей фильтрующего дна в фильтрационном чане всегда забивается грубыми частицами дробины, поэтому размер свободной площади щелей зависит от размера частиц дробины и упругости дробленой мякинной оболочки солода. Чем грубее и крупнее мякинная оболочка, тем большая площадь фильтрационного дна остается свободной для прохода фильтруемого сусла..
Пропускная способность фильтрующего слоя и скорость фильтрации зависят от длины капиллярных ходов, а следовательно, от высоты фильтрующего слоя.
Качество фильтрации сусла, т. е. прозрачность фильтрата, в свою очередь, зависит от скорости прохождения фильтруемого сусла через капиллярные ходы. Если скорость прохождения сусла и создаваемые ею силы превышают силы сцепления коллоидных частичек и силы прилипания их к грубым частицам затора, то фильтруемое сусло будет мутным. Уносимая суслом коллоидная муть по мере движения сусла вниз по фильтрующему слою будет закрывать просветы капиллярных ходов и в конце концов полностью остановит фильтрацию или установит такую скорость ее, которая будет соответствовать пропускной способности свободных фильтрующих капилляров.
Скорость движения сусла по капиллярам в фильтрационных чанах чрезвычайно мала. В силу зависимости пропускной способности фильтрующего слоя от скорости истечения сусла по капиллярам скорость фильтрации в фильтрационных чанах можно увеличивать только до определенного предела.
Скорость фильтрации на фильтрационных чанах может быть повышена тремя путями:
1) увеличением размера коллоидных частиц затора, позволяющим повысить скорость движения сусла, не нарушая расположения коллоидных частиц затора в фильтрующем слое;
2) увеличением количества капиллярных ходов и уменьшением их общей длины в фильтрующем слое и
3) повышением температуры фильтруемого затора и воды, идущей на промывку дробины, поскольку при этом снижается вязкость сусла.
Увеличение размера коллоидных частиц затора практически достигается при дроблении солода. Солод дробят так, чтобы эндосперм был превращен в крупку среднего размера, а мякинная оболочка была, по возможности, не раздроблена на мелкие части.
Второй путь ускорения фильтрации состоит в уменьшении слоя затора в фильтрационном чане и установке дополнительных вертикальных фильтрационных элементов. Эти элементы делят весь затор на секторы, в которых фильтрация сусла идет в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Возможности ускорения фильтрации этими двумя путями чрезвычайно ограничены. Увеличение размера частиц солода при дроблении вызовет резкое ухудшение осахаривания затора и уменьшение выхода экстракта солода. При более крупном дроблении солода пивная дробина будет состоять из крупных частичек, пропитанных суслом. Отмывание сусла из этих частиц будет происходить только с поверхности. А так как сусло, находящееся внутри частичек, будет поступать на их поверхность по законам осмоса и диффузии, то чем больше размер аморфных твердых частей затора, тем длительнее будет процесс отмывания сусла из дробины и тем больше в дробине останется экстракта.
Таким образом, более крупное дробление солода может только ускорить стекание первого сусла и смывание его с поверхности частичек дробины. Вымывание же из дробины пропитывающего ее сусла будет замедлено.
Повышение температуры затора и воды, идущей на его промывание, может значительно ускорить фильтрацию только тех заторов, которые изготовлены из солода хорошего растворения. При температуре фильтруемого затора выше 75°С происходит инактивирование ферментов и дополнительная клейстеризация неосахаренного крахмала, что требует ряда дополнительных операций по обработке фильтрованного сусла перед кипячением.
Фильтрация затора состоит из двух операций:
1) фильтрации первого сусла и
2) промывания дробины водой.
Перед фильтрацией сусла проводят подготовку фильтрационного чана. Чан промывают и укладывают сита плотно, чтобы между ними не образовалось щелей. Затем проверяют плотность закрытия люка для выгрузки дробины, закрывают краны фильтрационной батареи и наполняют подситовое пространство чана горячей водой температурой 75-78°С, чтобы вытеснить воздух и обеспечить сплошной слой жидкости под ситчатым дном.
Вода подается снизу и должна покрыть ситчатое дно на 1 см. Затор перекачивается насосом в чан. Для ослабления удара затора о сито в чане устанавливают специальные распределители. После перекачивания всего затора в фильтрационный чан затор оставляют в покое на 20-30 мин для расслоения дробины и образования фильтрующего слоя, а также для доосахаривания частиц, оклейстеризованных в последней отварке.
Скорость осаждения нерастворимых составных частей затора неодинакова: более крупные частицы оседают быстрее, мелкие - медленнее, происходит расслаивание затора. Верхний слой дробины состоит из мелких частиц тонкого теста белкового характера, мельчайших частиц оболочек солода и т. д. Над ним образуется слой прозрачного сусла. Поверхность правильно отстоявшегося затора (зеркало сусла) должна казаться темной с красивым мраморным разводом сероватых полос от нижележащего теста.
Скорость и чистота фильтрации сусла зависят от того, плотно или рыхло осели твердые частицы затора, от температуры затора в фильтрационном чане и от вязкости сусла.
При неправильном расслоении дробины, особенно при быстром перекачивании затора, мелкие коллоидные частицы, образующие верхнее тесто, увлекаются шелухой вниз и создают слой, тормозящий фильтрацию сусла и выщелачивание дробины.
Когда дробина хорошо осядет, начинают фильтрацию первого сусла. Для этого краны поочередно? (по одному или по два) быстро и на короткий срок рывками открывают и закрывают, чтобы вызвать вихревое движение жидкости под ситами и удалить часть попавших туда мелких частиц затора. Воду и мутное сусло спускают в приемник и перекачивают насосом по трубе обратно в фильтрационный чан. После этого начинают фильтрацию сусла. Прозрачное сусло из приемника самотеком поступает в сусловарочный котел,
Скорость и равномерность фильтрации регулируют кранами, которые должны быть открыты на 1/4-1/5 поперечного сечения.
При широко открытых кранах возможно образование вакуума под ситами и втягивание верхних, более легких слоев теста в дробину или засасывание воздуха под сита, в результате чего фильтрация сусла приостанавливается.
Не следует допускать охлаждения затора в фильтрационном чане, так как это понижает скорость фильтрации (чем выше температура затора, тем меньше вязкость сусла и тем быстрее фильтрация). Чрезмерно повышать температуру затора в фильтрационном чане также нельзя, она должна быть около 75°С.
При более высокой температуре амилаза инактивируется, а оставшиеся недоосахаренные частички крахмала клейстеризуются и переходят в раствор. Сусло будет иметь клейстерную муть. При фильтрации затора в условиях повышенной температуры фильтрованное сусло подвергают дополнительному осахариванию путем внесения солодовой вытяжки в сусловарочный котел. В этом случае температура сусла в сусловарочном котле должна поддерживаться на уровне 75°С.
Промывание дробины. После фильтрации первого сусла приступают к промыванию дробины, чтобы извлечь оставшийся в ней экстракт сусла. Дробину промывают, горячей водой (75- 80°), которую подают через промывочный аппарат. Промывание должно идти быстро во избежание закисания затора. Для лучшего промывания дробину разрыхляют, оставляя незатронутым нижний слой около 10 см. При отсутствии разрыхлителя в фильтрационном чане дробину перемешивают веслом.
Выщелачивание дробины водой ведут до тех пор, пока плотность промывных вод будет не более 0,5-1,0% по сахарометру. Существуют два способа промывания дробины - промывание с наливом и непрерывное.
Промывание с наливом сводится к тому, что на дробину наливают слой горячей воды (после того, как отфильтровано первое сусло), фильтруют первую промывную воду, затем вновь наливают воду и продолжают фильтрацию.
Нельзя допускать, чтобы верхний слой дробины был сухим, так как, если при последующем наливе воды воздух попадет в нижележащие фильтрующие слои, то создадутся воздушные пробки и фильтрация будет нарушена.
При непрерывном промывании подачу воды ведут таким образом, что над дробиной все время находится небольшой слой воды.
После окончания фильтрации дробину выгружают из фильтрационного чана в специальный бункер.
Количество воды для промывания дробины зависит от плотности первого сусла и допустимого разбавления его последующими водами, а также от содержания экстракта, остающегося в промывной воде.
В дробине после промывания остается некоторое количество растворимого экстракта и нерастворенных, точнее - недоосахаренных веществ, которые составляют потери производства.
Растворимый экстракт, т. е. тот, который мог бы быть удален из дробины простым промыванием, составляет около 0,5-- 0,6% к массе солода, пошедшего на затор. Количество невымываемого экстракта значительно больше - от 0,5 до 1%.
Суммарное содержание экстракта в сырой дробине достигает 2%, в среднем 1,5% от израсходованного на затор сырья.
Количество сырой дробины влажностью 75% обычно в среднем принимается равным количеству солода. Однако в зависимости от экстрактивности солода оно может быть больше или меньше указанного. Например, при экстрактивности солода 68% на сухое вещество количество сырой дробины влажностью 75% будет не менее (100 - 68) • 4=128% ко взятому на затор солоду, в то время как при экстрактивности солода 80% оно будет (100 - 80) • 4 = 80% от израсходованного солода.
Из изложенного ясно, что чем меньше экстрактивность солода, тем больше фактические потери экстракта зерноприпасов при одном и том же процентном содержании экстракта в дробине, так как количество дробины будет большим.
Уменьшение потерь вымываемого экстракта в дробине возможно при тщательном промывании ее. Однако тщательное выщелачивание дробины имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Чем сильнее промывается дробина, тем меньше остается в ней экстрактивных веществ солода и тем меньше потери. Но в то же время при большом количестве промывных вод из дробины извлекается больше веществ, придающих пиву неприятный вкус; сусло разбавляется водой и для ее выпаривания требуется больше топлива, увеличивается продолжительность кипячения сусла, в результате чего повышается цветность сусла. Все это ухудшает вкус пива. Состав экстрактивных веществ первого сусла и промывной воды очень различен (табл. 55).
Таблица 55
| Состав экстракта в % | Первое сусло | Промывные воды |
| Мальтоза | 58,95 | 53,07 |
| Белковые вещества | 4,34 | 5,33 |
| Прочие экстрактивные вещества | 33,922 | 38,641 |
| Зола | 1,54 | 2,52 |
| В том числе: | ||
| CaO | 0,044 | 0,048 |
| MgO | 0,120 | 0,180 |
| P3O5 | 0,684 | 1,011 |
Данные табл. 55 показывают, что по сравнению с суслом в промывных водах увеличивается содержание кальция, магния, фосфорной кислоты и других зольных элементов и белков, но становится меньше мальтозы.
В том случае, когда промывные воды имеют достаточно большую плотность, а в сусловарочном котле набран полный объем, промывные воды собирают в отдельный сосуд и используют на следующий затор взамен части воды.
При сборе промывных вод должно быть соблюдено одно обязательное условие - температуру их следует поддерживать в пределах 70-75°С. Такой температурный режим исключает развитие в них молочнокислых бактерий, способных вызвать прокисание промывных вод, а в дальнейшем и затора, на приготовление которого они будут использованы.
Горячая фильтрация затора. Скорость фильтрации сусла в фильтрационных чанах зависит от температуры затора. Если повысить ее до 95-100°С, то скорость фильтрации увеличится приблизительно на 30-40%. Однако при такой температуре затора инактивируются все ферменты, часть оставшегося крахмала подвергается клейстеризации, а значительная часть белков сусла свертывается. Весь затор становится более грубодисперсным. Фильтруемое сусло дает ярко выраженную йодную реакцию и в связи с клейстерной мутью становится слегка опалесцирующим. Таким образом, при горячей фильтрации сусло должно подвергаться до кипения дополнительному осахариванию.
Порядок работы при горячей фильтрации затора сводится к следующему. После осахаривания затора температуру его повышают до 90-100ºC и затор перекачивают в фильтрационный чан. Здесь его оставляют в покое 15-20 мин для расслоения, затем декантируют верхний осветлившийся слой сусла и спускают его в сусловарочный котел. В это же время начинают фильтрацию сусла через фильтрационную батарею. После отфильтровывания первого сусла включают разрыхлитель и подают горячую воду (не ниже 90°С) через сегнерово колесо, второе сусло и промывные воды отфильтровывают и спускают в сусловарочный котел через теплообменник, охлаждая до 70ºC; в сусловарочный котел набирают 1-2% прозрачной солодовой вытяжки от следующего затора при температуре 52- 55ºC. Промывание затора водой температурой не ниже 90ºC проводится по обычной схеме. До момента спуска всех промывных вод температуру сусла в сусловарочном котле поддерживают в пределах 70-72°С, после чего доводят сусло до кипения и кипятят с хмелем по обычной схеме.
При переработке недостаточно разрыхленных солодов, приготовленных из ячменя с пониженной прорастаемостью, возможно неполное осахаривание затора, в результате чего и сусло будет неполностью осахаренным. Чтобы избежать этого и обеспечить полноту осахаривания, в сусловарочный котел к первому суслу добавляют 0,5% солодовой вытяжки. Солодовая вытяжка отбирается от следующего затора, находящегося в заторном чане, в начале затирания во время выдержки при 52-55°С. Отстоявшуюся жидкость (вытяжку) отливают в сосуд и переливают в сусловарочный котел.
Фильтрация на фильтрпрессах
В фильтрпрессах хлопчатобумажное полотно служит основой, на которой лежит фильтрующий слой. Размеры пор этого полотна крайне малы, во всяком случае меньше средних частиц затора. Твердая фаза затора является дополнительным поддерживающим слоем, накладывающимся на фильтрационное полотно и задерживающим грубые частицы затора, и только мелкая аморфная взвесь коллоидных веществ, непосредственно лежащих на фильтрационном полотне, служит основным фильтрующим слоем. Таким образом, по принципу фильтрации фильтрпресс не отличается от фильтрационного чана.
Толщина фильтрующего слоя в фильтрпрессах мала и измеряется всего несколькими миллиметрами, поэтому капиллярные ходы в нем крайне коротки. Благодаря этому на фильтрпрессах достигается несколько большая скорость фильтрации при относительно небольших давлениях, дополнительно создаваемых насосом.
В связи с тем, что грубая часть дробины не имеет существенного значения при работе на фильтрпрессах и не оказывает никакого влияния на скорость фильтрации, при наличии на заводе фильтрпрессов нет необходимости особым образом регулировать степень помола солода. Наоборот, желательно мелкое дробление солода для того, чтобы не оставалось крупных частей зерна солода, трудно поддающихся осахариванию в короткий срок затирания.
Общая фильтрующая поверхность фильтрпрессов в десятки раз больше, чем в фильтрационном чане, поэтому и фильтрация на фильтрпрессах идет быстрее, но относительная пропускная способность фильтра, т. е. относительная скорость фильтрации, на единицу фильтрующей поверхности фильтрпресса меньше, чем в фильтрационном чане.
Принцип действия заторного фильтра состоит в следующем. По окончании осахаривания заторную массу перекачивают насосом в фильтрпресс, где она попадает в камеры рам, огражденные с обеих сторон салфетками из фильтровального полотна. Твердые частицы затора остаются между салфетками, образуя в конце фильтрации плотный слой дробины, а сусло проходит сквозь ткань, стекает в сборный желоб под фильтрпрессом и оттуда уже идет в сусловарочный котел. По окончании фильтрации основного сусла через слой дробины продувают сжатый воздух для вытеснения остатков сусла, а затем уже начинают выщелачивание дробины горячей водой.
На рис. 70 показана схема действия фильтрпресса. Ocaxaренная заторная масса насосом нагнетается в фильтпресс по каналу 3, откуда через прорези 5 поступает в камеры. Сусло проходит сквозь полотно и стекает по рифленой поверхности плит к кранам 1', 2',3' и т. д.
Продувание сжатым воздухом и промывание дробины горячей водой ведутся по боковым каналам четных плит, т. е. через одну.
При продувании и промывании краны в этих плитах должны быть закрыты. Не имея иного выхода, вода проходит сквозь полотно внутрь камер в находящуюся в них дробину
и вытесняет сусло из нее через ткань на соседней плите в открытые краны нечетных плит.
Порядок работы на фильтрпрессах следующий. После сборки фильтрпресс наполняют горячей водой для прогревания; на эту операцию обычно затрачивают 30-40 мин. Затем фильтр начинают заполнять затором. Для этого пускают насос, подающий затор в центральный верхний канал пресса, и одновременно открывают сусловые краны, через которые вытекает вначале вода, вытесняемая затором, а затем фильтруется первое сусло. Воду из приемного желоба удаляют, а сусло направляют в сусловарочный котел. Фильтрация сусла идет одновременно с наполнением фильтрпресса затором. Сусло с первого же момента бывает прозрачным; в редких случаях первые порции его имеют небольшую муть.
Заполнение фильтра и фильтрацию обычно ведут под избыточным давлением 0,4-0,5 атм, но иногда, особенно при работе на старых салфетках, давление может достигать 0,6- 0,8 атм. Заполнение фильтра и фильтрация пивного сусла продолжаются в зависимости от размера фильтрпресса от 30 до 40 мин.
Посте заполнения фильтра затором и фильтрации первого сусла заторный чан споласкивают водой, которую направляют по заторному каналу в фильтрпресс, после чего начинают промывание дробины. Для этого перекрывают заторный канал, закрывают краны в четных плитах, открывают боковые каналы и подают горячую воду. Промывание горячей водой продолжется до тех пор, пока плотность последней промывной воды не понизится до 0,5%• Давление при промывании допускается но 1,5-2 атм. После промывания фильтр продувают воздухом для вытеснения воды.
Затем фильтр разбирают, выбрасывают дробину, снимают салфетки и моют их, подготовляя для фильтрации следующего затора.
Продолжительность операций при фильтрации на фильтрпрессах в мин:
| сборка фильтрпресса | |
| прогревание и заполнение горячей водой | |
| фильтрация первого сусла | |
| промывание дробины | |
| разборка фильтра и удаление дробины | |
| мытье фильтра | |
| Всего |
При работе на фильтрпрессах рекомендуется применять более мелкое дробление солода. Это позволяет значительно увеличить выход экстракта.
Приблизительно помол должен быть следующего состава (в %):
| шелуха | 8.7 |
| грубая крупка I | 1,9 |
| грубая крупка II | 14,4 |
| мелкая крупка I | 44,0 |
| мелкая крупка II | 10,4 |
| мука | 20,6 |
При работе на фильтрпрессах может наблюдаться неравномерное заполнение рам затором, и тогда вода при промывании будет проходить только в тех местах, где дробина рыхлее, или через те места рам, которые не заполнены затором. Неравномерность фильтрации может выражаться также и в том, что из наиболее отдаленных от входа затора рам вытекает более плотная промывная вода, чем из близлежащих. В этих случаях для выравнивания фильтрации можно прикрыть краны, из которых стекает промывная вода меньшей плотности, и таким образом дать большой ток ее в те камеры, из которых течет более плотная промывная вода.
При фильтрации затора на фильтрпрессе на промывание дробины в общем расходуется меньше воды, чем при работе с фильтрационным чаном.
КИПЯЧЕНИЕ СУСЛА С XMЕЛEM
Первое сусло во время фильтрации вместе с промывными водами собирают в сусловарочном котле, где его кипятят с хмелем.
Во время кипячения происходит упаривание сусла до нужной плотности и его стерилизация, инактивирование ферментов, свертывание некоторой части растворенных белков, выщелачивание, растворение и превращение горьких и ароматических веществ хмеля.
При кипячении сусла белки свертываются в крупные хлопья и выпадают в осадок, а сусло осветляется. Большое влияние на эти процессы, помимо кипячения, оказывают дубильные вещества хмеля, а также pH сусла.
Горькие ароматические и дубильные вещества хмеля, перешедшие при кипячении сусла в раствор, придают суслу своеобразный горький вкус и аромат, характерный для данного сорта пива, консервируют сусло и увеличивают стойкость пива при длительной выдержке его в лагерном подвале.
Превращения горьких веществ во время кипячения связаны с изомеризацией гумулона в мягкую α-смолу, гидролизом мягкой α-смолы с образованием мягкой β-смолы и отщеплением изобутилового альдегида и уксусной кислоты.
Изобутиловый альдегид и уксусная кислота участвуют в образовании специфического аромата и вкуса сусла и пива.
При кипячении сусла протекают следующие химические превращения гумулона:
Поступающее фильтрованное сусло и промывные воды в сусловарочном котле подогревают до 75-80°. Кипячение же сусла должно начинаться после того, как спущены все промывные воды. Такой порядок вызывается тем, что во время промывания дробины в сусловарочный котел может поступать не вполне осахаренное сусло со следами крахмала или высокомолекулярных декстринов. Раннее кипячение сусла в этом случае вызовет инактивацию находящихся в нем ферментов, и сусло будет иметь клейстерную муть и положительную йодную реакцию на крахмал.
Однако при работе с очень хорошими солодами, гарантирующими абсолютное осахаривание всего крахмала в солоде, в том числе и в кончиках зерен, кипячение сусла можно начинать до того, как будут спущены все промывные воды. При этом необходимо следить по йодной реакции за составом промывных вод и не допускать, чтобы они имели положительную реакцию на крахмал или высокомолекулярные декстрины, т. е. чтобы не давали с раствором йода синего или фиолетового и бурого окрашивания.
Процесс кипячения сусла с хмелем должен длиться от 1,5 до 2 ч. Слишком длительное кипячение приводит к потемнению сусла; в то же время слишком краткое кипячение может не дать полного свертывания высокомолекулярных белков, что вызовет плохое осветление сусла при брожении и пива при дображивания.
Кипячение сусла должно быть настолько интенсивным, чтобы процесс свертывания белков шел быстро и образовывались крупные хлопья свернувшихся белков. Обычно интенсивность кипячения считается нормальной, когда из сусла за 2 ч кипячения выпаривается 10% воды.
Конец кипячения практически определяется по содержанию сухих веществ в сусле, по свертыванию белков в крупные хлопья и по прозрачности горячего сусла. Хорошо прокипяченное сусло при просматривании в стаканчике на ярком свету должно быть прозрачным с блеском и в нем должны плавать крупные хлопья свернувшихся белков, быстро оседающие на дно.
Лучшие результаты дает кипячение сусла под давлением в специальном герметизированном котле. На Жигулевское пиво в открытые сусловарочные котлы набирают сусло концентрацией до 10,2% сухих веществ по сахарометру, а в котлы под давлением - до 10,7%, так как в этом случае из сусла испаряется меньше воды. .
После набора сусла нужной плотности герметически закрывают котел и пускают в рубашку пар (избыточное давление 2 атм), создавая в котле давление 0,3 атм, регулируемое с помощью предохранительного клапана.
Сусло кипятят час, затем прекращают подачу пара и снижают давление в котле через воздушный клапан; кипячение в это время продолжается и происходит испарение воды из сусла.
Количество расходуемого хмеля зависит от сорта изготовляемого пива, качества и способа внесения хмеля, а также от жесткости, применяемой при затирании воды.
Хмелевые вещества не полностью растворяются в сусле; часть их остается в хмелевой дробине, часть связывается со свернувшимися белками сусла, часть теряется вследствие разрушения.
Потери горьких веществ в % от заданного хмеля
| В тарелочном отстое | 31,0 |
| В хмелевой дробине | 10,8 |
| При кипячении и охлаждении сусла | 32,0 |
Таким образом, в сусле остается только около 30% всех хмелевых веществ израсходованного хмеля.
Солевой состав применяемой воды отражается на степени использования горьких веществ хмеля. При жесткой карбонатной воде для одного и того же сорта пива требуется меньше хмеля, чем при мягкой воде. Степень охмеления сусла и нормы расхода хмеля зависят от сорта изготовляемого пива.
В СССР приняты следующие примерные нормы расхода хмеля на более распространенные сорта пива (табл. 56).
Таблица 56
| Сорт пива | Количество хмеля в г/дкл | Сорт хмеля |
| Жигулевское | I и II или смесь I и III по 50% | |
| Рижское | I | |
| Московское | I | |
| Ленинградское | I | |
| Столичное | I (отборного) | |
| Двойное золотое | I | |
| Невское | I | |
| Украинское | 17,5 | II |
| Мартовское | I | |
| Портер | I и II | |
| Останкинское | I | |
| Легкое | I |
Способы внесения хмеля в сусло очень разнообразны и зависят от качества хмеля и требуемой степени охмеления сусла. Задают хмель в один, два, три или четыре приема.
При добавлении хмеля в один прием весь хмель задается в сусловарочный котел перед началом кипячения сусла и кипятится в течение 1,5-2 ч.
При внесении хмеля в два приема всю партию его делят на две части, первую задают в сусловарочный котел, когда набрана примерно 1/3 сусла, а вторую часть - за 30-40 мин до конца кипячения сусла.
При добавлении хмеля в три приема половину его вносят вначале, во время фильтрации первого сусла, 1/4 задают за 50-60 мин, а оставшуюся четвертую часть - за 25-30 мин до конца кипячения сусла. Иногда небольшое количество хмеля прибавляют в хмелецедильник для придания суслу лучшего аромата.
Прибавление хмеля по частям, особенно в три приема, придает пиву более тонкий аромат.
Лучшее использование горьких хмелевых веществ может быть достигнуто при дроблении хмеля. Хмель дробят на специальных машинах непосредственно перед внесением его в сусловарочный котел. Дробить хмель заранее нельзя, так как при соприкосновении дробленого хмеля с воздухом происходит сильное окисление хмелевых смол. Применение измельченного хмеля уменьшает расход его на 10-25%.
Одним из эффективных способов использования хмеля является применение выщелачивателей, которые обычно устанавливают между фильтрационным чаном и сусловарочным котлом. При этом сусло и промывные воды извлекают из хмеля хмелевые вещества гораздо лучше, чем при добавлении хмеля непосредственно в сусловарочный котел.
Принципиально отличным способом рационального использования хмеля является обработка его щелочными растворами. Она основана на том, что хмелевые вещества являются высокомолекулярными соединениями типа кислот, дающими при действии щелочи соли, легко растворимые в сусле.
Щелочная обработка позволяет более полно извлечь из хмеля горькие вещества и снизить расход его почти на 50% без каких-либо заметных изменений качества охмеления сусла.
За рубежом широко практикуется применение щелочного экстракта хмеля при производстве пива.
В 1958 г. А. П. Клеменчуком, Е. А. Вовком и В. П. Лисаковым была дана схема заводской обработки хмеля в экстракторе (рис. 71).
Технологический процесс экстрагирования хмеля происходит следующим образом. Экстрактор наполняют водой из расчета 40 л на 1 кг задаваемого в сусло хмеля. Воду нагревают до 30-40ºC и добавляют в нее химически чистую соду, доводя pH до 10 (при воде средней жесткости для этого требуется примерно 30 г на 1 кг задаваемого хмеля) и включают мешалку. Затем всыпают все количество хмеля, пускают пар в паровую рубашку и, не останавливая мешалки, в течение 30-40 мин доводят содержимое экстрактора до кипения и кипятят 5 мин.
После этого останавливают мешалку, выключают пар и дают хмелевой дробине осесть.
Отстоявшуюся жидкость через трубу, соединяющую экстрактор с сусловарочным котлом, добавляют к суслу. Через оставшуюся в экстракторе хмелевую дробину некоторое время пропускают промывные воды из фильтрационного чана для извлечения оставшихся в ней горьких веществ хмеля.
Сусло в сусловарочном котле подкисляют до pH 5,4-5,2 (при воде средней жесткости примерно 18 мл концентрированной серной кислоты, или 5 мл концентрированной соляной кислоты на 1 кг заданного хмеля). Сусло подвергают кипячению, как обычно.
Этот способ проверен в производственных условиях на пивоваренном заводе в Каунасе.
После кипячения сусла, как только будут достигнуты необходимая плотность его и свертывание белков, измеряют количество полученного сусла в котле. Горячее сусло пропускают через хмелецедильник, установленный ниже сусловарочного котла, и перекачивают на холодильные аппараты для охлаждения.
Хмелевая дробина удерживает очень много сусла (6-7 л/кг), поэтому после спуска сусла хмель в хмелецедильнике промывают горячей водой и промывные воды присоединяют к суслу.
В хмелевой дробине, несмотря на промывание, остается приблизительно 0,4% экстракта от горячего сусла.
Для лучшего использования экстракта, оставшегося в хмеле, и горьких веществ, оставшихся в хмелевой дробине, ее иногда задают в следующий затор во время затирания Солода. Однако такой способ малоцелесообразен, так как хмель попадает в пивную дробину и придает ей горький вкус.
В настоящее время все большее распространение находит способ вторичного использования последней порции хмеля, которая в сусловарочном котле подвергается очень непродолжительному кипячению. В ней остается очень много горьких, веществ, поэтому она может быть использована повторно. Для этого последнюю порцию хмеля загружают в сусловарочный котел в специальной сетчатой коробке. После кипячения сусла коробку с хмелем вынимают и хмель выгружают не в хмелецедильник, а в сусловарочный котел при кипячении сусла следующего затора. Таким образом, последнюю порцию хмеля кипятят два раза: при первом кипячении из хмеля экстрагируются легко растворимые ароматические и горькие вещества, при вторичном - вывариваются все остальные горькие вещества, хмеля.
Выход экстракта солода в варнице. Для определения количества перешедших в сусло экстрактивных веществ солода и. правильности процесса затирания проводят расчет выхода экстракта в горячем сусле.
В процессе приготовления сусла потери экстракта солода происходят на следующих этапах: в дробине после промывания ее, в последней промывной воде, при смачивании сосудов и трубопроводов, в хмелевой дробине. Для расчета выхода экстракта необходимо определить:
1) количество дробленого солода (в кг),
2) объем горячего сусла после кипячения (в дкл),
3) содержание сухих веществ в сусле по сахарометру при 20°С,
4) плотность сусла.
При расчете необходимо внести поправку на изменение объема сусла и котла за счет температурного расширения и за счет добавленного хмеля. Поправка составляет более 4% от общего объема горячего сусла, и переводный коэффициент объема горячего сусла в холодное принимается условно равным 0,96.
Выход экстракта (Э) в процентах рассчитывается по следующей формуле:
Масса дробленого солода (в кг), пошедшего на затирание, определяется предварительным взвешиванием солода на автоматических или обычных десятичных весах перед подачей солода в заторный чан.
Объем сусла в сусловарочном котле измеряется рейкой после кипячения при 100ºC при спокойной поверхности жидкости. Емкость сусловарочного котла определяется чаще всего объемным методом и при этом одновременно градуируется рейка. В котел наливают воду мерником емкостью 10 дкл и по установившемуся (в покое) уровню жидкости наносят деления на рейке.
Рейку как измерительный прибор нужно бережно хранить и проверять не реже одного раза в год, а по мере износа заменять ее новой.
Содержание сухих веществ в сусле измеряется сахарометром, плотность сусла по найденной величине вычисляется по таблицам.
Выход экстракта зависит от целого ряда факторов: от качества солода, степени его помола, способа затирания и состояния аппаратуры в варочном цехе.
Выход экстракта в варнице сопоставляют с выходом экстракта в лабораторном сусле. Разница в выходе экстракта допускается от 1 до 2%.
Для контроля работы варочного отделения проводится расчет баланса выхода экстракта в варочном отделении по сравнению с выходом экстракта солода по лабораторному определению экстрактивности солода. Чтобы составить баланс варки, необходимо знать общую экстрактивность дробины на сухое вещество и общее количество сухой дробины, полученной в заторе после фильтрации сусла. Однако практически установить точно количество дробины, полученной при варке, невозможно, и расчет массы сухой дробины ведут на основе лабораторных определений экстрактивности солода и его влажности.