Фильтрование затора в фильтрационном аппарате

Процессы при фильтровании. Перед фильтрованием в заторе, имеющем температуру 76-77°С, все ферменты практически инактивированы, кроме α-амилазы, которая действует в процессе фильтрования затора в фильтрационном аппарате и доосахаривает остатки крахмала. При фильтровании и промывании дробины температуру

фильтрующего слоя сохраняют не более 78°С. Повышение температуры приведет к потере активности α-амилазы, в результате чего крахмал трудноразрыхляемых кончиков зерна останется негидролизованным, что снизит выход экстракта и затруднит фильтрование. Возможно также появление клейстерной мути в сусле.

Кроме того, повышенная температура в фильтрующем слое будет способствовать увеличению растворимости некоторых продуктов расщепления белков и снижению белковой стойкости пива, а также переходу в раствор полифенольных веществ, кремниевой и фосфорной кислот, оксида калия.

Так как нерастворенные частицы затора, в том числе и шелуха, имеют большую плотность, чем сусло, то они осаждаются на фильтрационном сите, формируя фильтрующий слой. Вначале довольно быстро оседают крупные частицы, включающие оболочку зерна с остатками эндосперма, крупку и плотные частицы коагулята. Затем на слое тяжелых крупных частиц накапливается слой более мелких частиц. Сверху осаждается тонкая суспензия, состоящая из скоагулировавших белков, и др.

На осаждение частиц затора влияют состав дробины, температура и плотность затора. Формирование фильтрующего слоя проходит быстрее при повышенных температурах и в менее концентрированных заторах.

После отстаивания затора высота слоя дробины равна 30-40 см, а при дроблении увлажненного солода, которое ускоряет фильтрование, но может привести к ухудшению качества осветления, слой дробины увеличивают до 50-60 см.

В фильтрующем слое 1 дробины образуются извилистые капиллярные каналы 2 с различной площадью сечения (рис. 46). Крупные частицы 3 затора диаметром более 100 мкм не проникают внутрь этих капилляров и оседают на поверхности в виде теста. Частицы 4 диаметром до 30 мкм задерживаются в углах и перегородках капилляров. При малых скоростях движения сусла через фильтрующий слой на стенках капилляров удерживается и более мелкая взвесь.

Скорость фильтрования - это количество фильтрата, проходящего через 1 м² фильтрующей перегородки в единицу времени. Зависит она от высоты столба жидкой фазы, качества солода и его помола, температуры заторной массы и состава сусла.

Разделение твердой и жидкой фаз затора состоит из двух стадий: получение первого сусла процеживанием его через слой дробины (первая стадия) и промывание дробины горячей водой для извлечения из нее остатков сусла (вторая стадия).

В начале фильтрования давление столба жидкости равно примерно 1 м вод. ст., затем оно понижается до 0,3-0,4 м вод. ст. и остается на этом уровне при промывании дробины.

Качество солода влияет на формирование фильтрующего слоя. Помол солода хорошего растворения дает рыхлый, легко проницаемый фильтрующий слой, состоящий из больших частиц шелухи и размолотого эндосперма с частицами невысокой плотности. Оболочка плохо растворенного солода при дроблении измельчается на мелкие частицы с остатками эндосперма. Такой солод дает повышенную долго крупки и тяжелых частиц в помоле и образует более компактный и менее проницаемый фильтрующий слой дробины.

При дроблении свежевысушенного солода, а также солода с низкой влажностью образуется помол с повышенным содержанием муки, которая закупоривает каналы в фильтрующем слое и затрудняет фильтрование сусла.

Скорость фильтрования можно повысить увеличением размера частиц дробленого зернового сырья, числа капиллярных каналов и уменьшением их длины, повышением температуры. Однако при использовании солода крупного дробления, хотя и увеличивается площадь сечения капилляров фильтрующего слоя, но возрастает продолжительность осахаривания затора и снижается выход экстрактивных веществ. При грубом дроблении солода ускоряется стекание первого сусла и промывной воды с поверхности частичек дробины, но процесс извлечения сусла из внутренних слоев дробины замедляется.

При фильтровании затора большое значение имеет pH среды, так как набухаемость веществ коллоидной дисперсности зависит от pH. Наибольшая скорость фильтрования наблюдается при pH 5,5. На первой стадии фильтрования затора отделяют 65-70% всего сусла (первое сусло), остальное сусло отделяется при промывании дробины горячей водой.

При промывании дробины помимо разделения жидкой и твердой фаз, протекают и химические процессы: коагуляция белков, извлечение полифенольных веществ. На характер и глубину химических превращений влияют состав и pH воды, используемой для промывания дробины, другие факторы. Например, в процессе промывания дробины доля сусла в промывной воде постепенно уменьшается, а значение pH повышается, в результате чего увеличивается растворение из оболочки солода и несоложеното зерна полифенольных и горьких веществ, кремниевой кислоты и др., которые ухудшают вкус пива и повышают его цветность. Если в промывной воде много карбоната натрия, то шелуха становится рыхлой, и выщелачиваются вещества, придающие суслу красный и коричневый оттенок. Нейтральной и кислой водой извлекается меньше белковых веществ и кремневой кислоты и сусло имеет нормальный цвет. Поэтому подкисление промывных вод способствует улучшению вкуса пива.

Состав экстракта первого сусла и промывных вод различен, особенно эта разница становится значительной, когда концентрация экстракта в промывной воде уменьшается до 4%.

В табл. 21 приведен примерный состав экстракта первого сусла (концентрация сусла 14,7%) и промывной воды (2,1%).

Таблица 21

Состав экстракта	Содержание компонентов в экстракте, в % к массе экстракта
в первом сусле	в промывной воде
Мальтоза	58,95	53,07
Белковые вещества	4,34	5,58
Зола	1,54	2,52

Проведение фильтрования. Фильтрование затора в фильтрационном аппарате включает: подготовку фильтрационного аппарата, заливку сит водой, перекачивание затора из заторного аппарата в фильтрационный, отстаивание затора для формирования фильтрующего слоя, фильтрование первого сусла, промывание дробины горячей водой, выгрузку дробины из фильтрационного аппарата.

При подготовке фильтрационного аппарата к работе промывают разрыхлитель, сита, дно и стенки аппарата. Очищенные сита укладывают на место плотно друг к другу, чтобы не образовывалось щелей. Если сита уложены неаккуратно, они могут быть сдвинуты с места разрыхлителем, что приведет к ухудшению фильтрования. Затем закрывают люк для выгрузки дробины и фильтрационные краны, ополаскивают аппарат горячей водой, проверяют плотность закрытия люка для дробины.

Наличие воздуха в трубах, отводящих сусло, или в подситовом пространстве может нарушить движение сусла при фильтровании, разорвать поток, поэтому проводят операцию, называемую «заливкой сит». Для этого фильтрационные краны, отводящие трубки, подситовое пространстве заполняют горячей водой снизу так, чтобы вода покрывала сита на 1-1,5 см. Дверцы крышки фильтрационного аппарата и шибер вытяжной трубы должны быть закрыты. Далее в подготовленный аппарат перекачивают затор со скоростью потока 2-4 м/с. Чтобы ослабить удар на сито и достичь более равномерного расслаивания частиц разного размера и плотности в фильтрующем слое, поток затора при перекачке направляют на сито через распределитель при включенном разрыхлителе для более равномерного распределения массы в аппарате. Разрыхлитель делает 2-3 оборота и останавливается, затор оставляют в покое на 25-30 мин для формирования фильтрующего слоя. При этом происходит доосахирование крахмала, клейстеризованного в последней отварке. Поверхность правильно отстоявшегося затора должна казаться темной с мраморным разводом сероватых полос от нижележащего теста.

Когда дробина хорошо осядет, она образует слой высотой 30-40 см. Для Освобождений подситового пространства и трубок от частичек дробины фильтрационные краны поочередно (по одному или по Два) быстро открывают и закрывают, чтобы вызвать вихревое Движение жидкости под ситами. Воду и мутное сусло перекачивают обратно в фильтрационный аппарат. Когда из кранов начнет вытекать прозрачное сусло, его направляют в сусловарочный аппарат. Скорость и равномерность фильтрования регулируют фильтрационными ранами. Хорошего качества фильтрования достигают при малых скоростях движения сусла через дробину (4,5-6 дм³/мин на 1 м³ площади сита). Такую скорость получают при постепенном открывании кранов на 1/4 или 1/5 их поперечного сечения. При больших скоростях может создаться разрежение под ситами и в результате - проникновение в дробину теста из верхнего слоя или воздуха в подситовое пространство через краны. Это может привести к замедлению фильтрования или даже его прекращению.

При работе фильтрационного аппарата с регулятором давления (рис. 47) после спуска мутного сусла через фильтрационные краны 6 и возвращения его в фильтрационный аппарат прозрачное сусло через кран 7 и сборную трубу 5 направляют в резервуар регулятора давления 3. Из резервуара сусло через общий фильтрационный кран 4 стекает в сусловарочный аппарат. Изменением проходного сечения общего фильтрационного крана можно регулировать количество вытекающего сусла, т. е. изменять скорость фильтрования. Изменение фильтрационного давления можно наблюдать по разности уровней жидкости в стеклянных манометрических трубках 1 и 2.

В начале фильтрования при нормальных условиях следует поддерживать давление 1 кПа- В дальнейшем давление повышается и когда достигает примерно 2,5 кПа, слой дробины необходимо разрыхлить и снизить давление до первоначального.

Отекание первого сусла концентрацией сухих веществ 14-20% продолжается 90-120 мин. Процесс можно ускорить декантацией из фильтрационного аппарата надосадочной осветлившейся части затора.

После фильтрования в дробине остается 30-35% сусла, которое извлекается промыванием водой.

При появлении освобожденного от стекающего сусла верхнего слоя дробины начинают промывание ее водой температурой 78-80°С. Промывную воду подают в аппарат через сегнерово колесо в таком количестве, чтобы уровень ее был несколько выше уровня дробины. Промывание проводят при постоянном медленном вращении разрыхлителя, ножи которого с помощью гидравлического подъемника постепенно опускаются вниз и останавливаются, не доходя 10 см до сита и не нарушая нижнего фильтрующего слоя. Разрыхлитель делает 1 оборот за 4-5 мин.

При неравномерной толщине фильтрующего слоя и неравномерном распределении в нем дробины из разные фильтрационных кранов будет вытекать промывная вода с разной концентрацией экстракта. В этом случае краны, из которых вытекает менее экстрактивное сусло, закрывают полностью.

Количество промывной воды зависит от массовой доли сухих веществ сусла и от содержания экстракта, остающегося в промывной воде. Обычно промывание дробины заканчивают, когда содержание экстрактивных веществ в промывной воде снижается до 0,5-1%. Дальнейшее промывание приведет к выщелачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, перерасходу топлива на выпаривание из сусла избытка воды, что экономически нецелесообразно.

При промывании дробины декантировать надосадочную жидкость нельзя. Промывание дробины продолжается 1,5-2,5 ч, а общий процесс получения сусла - 3,5-4 ч.

Для получения некоторых сортов пива используют начальное сусло с повышенной концентрацией экстрактивных веществ, поэтому отбор промывных вод в сусловарочный аппарат прекращают при более высокой их концентрации. Например, для пива Ленинградского оригинального - 4-5%, Двойного золотого - 3-3,5%. Но затем промывание дробины продолжают, направляя последние промывные воды в сборник, где хранят их при температуре не ниже 70°С во избежание закисания и используют для приготовления следующего затора.

Если сусло плохо фильтруется, то проводят подъем дробины. Для чего включают разрыхлитель и подают горячую воду под сита, а при недостаточном количестве сусла наливают в аппарат через сегнерово колесо еще и горячую воду.

Промывание дробины можно проводить также тремя наливами дробины с периодическим включением рыхлителя на разной высоте слоя дробины.

После промывания в дробине остается 0,5-0,7% растворимого экстракта и около 1,5% невымываемого к массе солода.

Выход сырой дробины зависит от ее влажности и экстрактивности солода. Например, при влажности дробины 88% выход ее составляет 200 кг на 100 кг переработанного зернового сырья.

После спуска последней промывной воды дробину выгружают из фильтрационного аппарата с помощью разрыхлителя, у которого ножи повернуты плоской стороной по направлению их движения. Затем моют аппарат, сита, фильтрационные краны и закрывают люк для дробины. Сита, стояки, стенки и днище аппарата промывают щетками, а трубы и краны фильтрационной батареи сильным напором воды. Не реже одного раза в месяц фильтрационные сита обрабатывают 10%-ным раствором каустической соды (NaOH) и подвергают механической очистке.