Использование процесса фильтрования при производстве пива

Министерство сельского хозяйства России

ФГБОУ ВПО Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

Кафедра «Технология общественного питания»

Курсовая работа

по дисциплине: «Процессы и аппараты пищевых производств»

на тему: «Использование процесса фильтрования при производстве пива»

Выполнила: студентка 45 группы

Тазова Т.Н.

Проверил: ст. преподаватель

Мигачёв Н.А.

Рязань 2013г.

Основное сырье для производства пива — это ячменный солод, хмель и вода, от их качества и подготовки зависят вкусовые качества, питательные, другие потребительские свойства пива.

Производство пива включает ряд последовательных взаимосвязанных технологических стадий, характеризуемых строго регламентированными параметрами. Правильность проведения всех процессов во многом определяет качество пива.

1.1 Технология приготовления солода

Солод получают путем проращивания злаков в искусственных условиях при определенной температуре и влажности.

По способу приготовления различают следующие типы солода: светлый, темный, карамельный и жженый. По качественным показателям он должен удовлетворять требованиям ГОСТ 29294-92.

Для производства солода используют ячмень, отвечающий требованиям ГОСТ 5060-86 — «Ячмень для пивоварения». Данный вид сырья, поступающий на завод, должен сопровождаться удостоверением качества.

Перед закладкой на хранилище проводят предварительную очистку ячменя для удаления загрязнений, которые ухудшают условия хранения зерна. Очищенное зерно хранится в силосах.

Перед поступлением зерна в производство проводят вторичную очистку ячменя. Перед замачиванием его сортируют по величине зерен, что обеспечивает равномерное замачивание, проращивание и последующее качественное дробление готового солода.

На сортировочных агрегатах ячмень разделят на три сорта:

  • 1 сорт — пивоваренный ячмень с толщиной зерен более 2,5 мм;
  • 2 сорт — пивоваренный ячмень с толщиной зерен 2,2-2,5 мм;
  • Отход — ячмень с толщиной зерен менее 2,2 мм.

Ячмень 1 и 2 сорта (по отдельности) идет на производство солода.

Перед замачиванием зерно должно быть предварительно промыто водой и продезинфицировано. В качестве дезинфицирующих средств используют водные растворы негашеной извести, хлорной извести, перманганате калия. Промывку и дезинфекцию зерна проводят в замочном аппарате или в отдельной емкости. Замачивание ведут при температуре воды от 10 до 17 в зависимости от принятого способа ращения, а также качества ячменя, до достижения степени замачивания 43-45%. При замачивании контролируют запах ячменя: он должен быть свежим, чистым.

15 стр., 7279 слов

Технология хранения партий фуражного зерна

... многом сходны. Под одной партией зерна принято понимать однородную по внешним признакам и показателям качества зерновую массу. ... вредителей, качество и особенно основной продовольственной культуры- пшеницы систематике ухудшается. Несмотря на большое по внешним признакам разнообразие партий зерна их свойства как объектов хранения во ...

Проращивают ячмень в пневматических солодовнях ящичного или барабанного типа. Продолжительность проращивания ячменя зависит от принятых в конкретных условиях режимов и составляет до светлого солода 7-8 суток, для темного солода — до 9 суток.

В процессе ращения при переработке ячменя хорошего качества рекомендуется поддерживать температуру в пределах 12-16 . При повышении температуры проращивания зерна усиливается процесс дыхания и рост вегетативных органов, а растворение эндосперма происходит неравномерно.

Готовность свежепроросшего солода к сушке определяется по внешнему виду, консистенции, запах солода должен напоминать запах свежих огурцов. Свежепроросший солод имеет высокую влажность и легко портится, поэтому для удаления влаги и перевода солода в устойчивое для хранения состояние его сушат. При этом завершаются химико-биологические превращения, устраняется запах и вкус свежепроросшего солода, создаются характерный для каждого типа солода аромат и соответствующее окрашивание. Кроме этого, при сушке удаляются ростки и корешки, которые могут способствовать повторному поглощению влаги высушенным солодом.

Сухой солод сразу же подается на росткоотбойную машину. После взвешивания и охлаждения очищенный солод идет на хранение. Его необходимо выдерживать в солодохранилищах не менее 30 суток. В процессе хранения следует систематически контролировать содержание влаги в солоде и температуру. Чтобы избежать ухудшения качества солода, влажность его в процессе хранения не должна превышать 6%.

Полученный отлежавшийся солод является основным сырьем для производства пива.

Приготовление пива включает ряд стадий: получение пивного сусла, сбраживание сусла пивными дрожжами, дображивание и созревание пива, фильтрование пива, розлив.

Принципиальная технологическая схема производства пива представлена на рисунке 1.

Перед дроблением солод необходимо очистить от примесей и пыли на солодополировочной машине.

В зависимости от принятого на предприятии способа дробят сухой или частично увлажненный солод. Допускается дробление предварительно увлажненного солода при наличии специальных установок и соответствующего оборудования варочных агрегатов. Степень помола зависит от качества солода и принятого на заводе способа фильтрования затора.

При использовании в качестве добавок ячменя, риса, пшеницы их также дробят на зерновых дробилках.

Для производства светлого пива пригодна питьевая вода общей жесткостью 1,5-5 ммоль/ и невысокой щелочности.

Рис. 1 Принципиальная технологическая схема производства пива

1.2 Процесс затирания пива

Дробленое зерновое сырье смешивают с водой в отношении примерно 1:4. Основная цель затирания — превращение крахмала и других веществ солода в низкомолекулярные соединения, потребляемые дрожжами.

Процесс затирания сырья, в зависимости от требуемых показателей пива, может быть одним из следующих способов:

8 стр., 3522 слов

Теплообменные аппараты (2)

... процессе работы аппарата элементов; полужесткие, т.е. аппараты, в которых компенсация температурных удлинений достигается за счет введения в конструкцию упругих гибких элементов. Смесительные теплообменники:, Погружные змеевиковые теплообменники: Достоинством змеевиковых теплообменников является ...

  • Настойный способ затирания — рекомендуется использовать при переработке высококачественного хорошо растворенного солода. При этом нужно нужная степень гидролиза составных частей солода происходит под действием солодовых ферментов в результате медленного нагревания от 40 до 72 с выдержкой температурных пауз при 40 ;
  • 53 ;
  • 63 ;
  • 70, при условиях, оптимальных для действия разных групп ферментов. Полнота гидролиза контролируется по йодной пробе, продукты распада крахмала не должны изменять окраски йодного раствора;
  • Отварочные способы затирания применяют при работе с солодом пониженного качества.

Сущность этих способов заключается в кипячении части затора с целью клейстеризации содержащегося в нем крахмала и повышения выхода экстрактивных веществ.

В процессе затирания выдерживаются температурные паузы, оптимальные для ферментативного гидролиза веществ сырья, в основном те же, что при настойном способе.

Используют одно-, двух- и трехотварочные способы, в зависимости от числа отборов частей затора для кипячения. При возврате горячей отварке в основной затор его температура повышается до уровня следующей паузы.

При использовании в качестве добавок ячменя, риса, кукурузы или другого несоложеного сырья в количестве более 15% от общей массы зернопродуктов требуется внесение источников ферментов извне, в дополнение к ферментам солода. Для этой цели применяют ферментные препараты, полученные при культивировании некоторых микроорганизмов.

1.3 Процесс фильтрования затора

Полученный осахаренный затор направляют на фильтрование. При фильтровании затора различают две стадии: отделение первого сусла и вымывание экстрактивных веществ, которые содержатся в дробине. Температура затора и воды, используемой для промывания дробины, должна быть 70-80 . Сусло и промывные воды должны стекать максимально прозрачными, так как в противном случае значительно затрудняется осветление сусла, а готовое пиво может иметь грубый вкус и не свойственную ему горечь. Аппарат для фильтрования представлен на аппаратурно-технологической схеме, рисунок 2.

Рис. 2 Аппаратурно-технологическая схема

Очищенный солод измельчается в вальцовой дробилке I в целях получения максимального количества мелкой однородной крупки и сохранения шелухи. Дробленый солод взвешивают весами 2 и ссыпают в бункер 3. Отлежавшийся дробленый солод проходит магнитную очистку в магнитоуловителе 4 и подается в заторный аппарат 5, где смешивается с теплой водой и перемешивается. По окончании перемешивания (затирания) часть заторной массы перекачивают в другой заторный аппарат 6, где нагревают до температуры осахаривания, а по окончании осахаривания—до кипения. При кипячении крупные частицы солода развариваются, после чего первую отварку возвращают в аппарат 5. При смешивании кипящей части затора с затором, оставшимся в аппарате 5, температура всей массы достигает 70°С. Затор оставляют в покое для осахаривания.

По окончании осахаривания часть затора снова перекачивают в аппарат 6 (вторая отварка) и нагревают до кипения для разваривания крупки. Вторую отварку возвращают в аппарат 5, где после смешивания обеих частей затора температура его повышается до 75…80 °С. Затем весь затор перекачивают в фильтрационный аппарат 7. Прозрачное сусло стекает в сусловарочный аппарат 8.

13 стр., 6074 слов

Разработка барабанного вакуум-фильтра

... уложенной на решетке. После заполнения фильтра суспензией и включения вакуума фильтрат проходит сквозь перегородку, а осадок задерживается на ней. После фильтрования осадок промывают (если это необходимо) ... и удаляют из фильтра сверху вручную. Открытый ...

В аппарате 8 сусло кипятится с хмелем. При кипячении сусла выпаривается некоторое количество воды, происходят частичная денатурация белков сусла и его стерилизация. Горячее охмеленное сусло спускают в хмелеотделитель 9, где вываренные хмелевые лепестки задерживаются, а сусло перекачивается в сборник горячего сусла 10,

Горячее сусло из сборника 10 подается в центробежный тарельчатый сепаратор 11, в котором оно очищается от взвешенных частиц коагулированных белков. Из сепаратора 11 сусло нагнетается в пластинчатый теплообменник 12, где охлаждается до 5…6 °С. Охлажденное сусло сливают в бродильный чан 13 вместе с дрожжами из чана 14. Брожение длится 6…8 сут. По окончании главного брожения молодое пиво отделяют от дрожжей и перекачивают в танк 15 для дображивания в течение 11…90 сут. По окончании дображивания пиво под давлением диоксида углерода нагнетается в сепаратор-осветлитель 16 и фильтр 17, где оно освобождается от взвешенных в нем дрожжей, других микроорганизмов и мелкодисперсных частиц. Осветленное пиво охлаждается рассолом в теплообменнике 18, насыщается (при необходимости) диоксидом углерода в карбонизаторе 19 и сливается в танк 20. Отфильтрованное пиво из танка 20 под давлением подается в отделение упаковывания в потребительскую и торговую тару.

Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую их двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердое (пивная дробина).

Цель фильтрования — отделение пивного сусла от дробины. Фильтрование затора подразделяется на две стадии: собственно фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание — вымывание экстракта, задерживаемого дробиной.

Фильтрование первого сусла представляет собой в основном физический процесс. А при выщелачивании дробины водой протекает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, главным образом обменные реакции. С понижением концентрации сусла его pH возрастает от 5,7 до 6,2, что приводит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает ценность пива, что может служить причиной ухудшения его вкуса.

На скорость фильтрования влияют состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтр-аппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора. Солод хорошего растворения, имеющий рекомендуемый состав помола дает рыхлый, легкопроницаемый слой.

На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 во избежание инактивации б-амилазы. Последняя завершает доосахаривание остатков крахмала. Кроме того, более высокая температура способствует увеличению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива.

В щелочной воде легко растворяются дубильные и горькие вещества оболочек. Но при длительном экстрагировании даже вода нормального состава извлекает из оболочек вещества, обуславливающие неприятный вкус пива.

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий, пылей и туманов через пористую, так называемую фильтровальную перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы (фильтрация в отличие от фильтрования — это движение жидкости или газа сквозь пористую среду, например просачивание воды сквозь грунт основания плотины).

Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед фильтрующей перегородкой и после нее или в поле центробежных сил.

8 стр., 3524 слов

Барабанный вакуум-фильтр: расчет и применение

... фильтрования от 5 до 100 кв.м. Угол погружения барабана в корыто зависит от концентрации и фильтруемости суспензии. Схема барабанного вакуум-фильтра Фильтры ... вакуум-камеры для фильтрата и промывной жидкости (см. например, книгу Касаткина ... для разделения суспензии под вакуумом, включающий обечайку с днищем, ... нейтрального слоя относительно срединной поверхности постоянно по радиусу. 2. БАРАБАННЫЙ ...

Интенсивность фильтрования зависит от качества суспензий, полученных на предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с пониженным сопротивлением осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.

При разделении неоднородных систем фильтрованием возникает необходимость выбора конструкции фильтра или фильтрующей центрифуги, фильтровальной перегородки, режима фильтрования.

В качестве фильтрующих материалов применяют зернистые материалы — песок, гравий для фильтрования воды, различные ткани, картон, сетки, пористые полимерные материалы, керамику и т.д.

По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым.

Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий, очистки растворов от различного рода включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов. Назначение продуктового фильтрования — выделение из суспензии диспергированных в них продуктов в виде осадка. Целевым продуктом является осадок. Примером такого фильтрования является разделение дрожжевых суспензий.

Фильтрование пива применяется в промышленном пивоварении и используется для увеличения срока хранения продукта.

Пиво фильтруют от остатков дрожжевых и бактериальных клеток, взвешенных частиц, различных мутеобразующих примесей. При этом используются намывные кизельгуровые фильтры, фильтр-прессы, сепараторы, а также фильтрующие элементы патронного типа (картриджи).

Рамный фильтр-пресс (рис. 3) используется для осветления виноматерйалов, вина, молока и пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью или картоном. Рамы и плиты зажимаются в направляющих 6 зажимным винтом 7. Фильтр монтируют на металлической станине.

Рис. 3 Рамный фильтр-пресс: 1 — упорная плита; 2 — рама; 3 — плита; 4 — фильтровальная перегородка; 5 — подвижная плита; 6 — горизонтальная направляющая; 7 — винт; 8 — станина; 9 — желоб.

Каждая рама и плита (рис. 4) имеют каналы для ввода суспензии и промывной жидкости. На поверхности плит с обеих сторон расположены сборные каналы 4, ограниченные сверху дренажными каналами, а снизу отводным каналом.

Рис. 4 Рама (а) и плита (б) фильтр-пресса: 1,2 — каналы для ввода суспензии и промывной жидкости; 5—дренажный канал; 4—сборный канал; 5 — отводной канал.

При фильтровании (рис. 4а) суспензия под давлением подается через каналы в рамах и плитах и распределяется по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и удаляется через отводные каналы. При промывке осадка (рис. 4б) промывная жидкость под давлением вводится через соответствующие каналы, распределяется по рамам и проходит обратным током через фильтровальную перегородку, промывает осадок, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы. При промывке отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты. Основной недостаток рамных фильтр-прессов — трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтровальной перегородки. Для выгрузки осадка необходимы разборка вручную фильтровального блока и промывка плит и рам.

2 стр., 999 слов

Процесс фильтрования

... называемую фильтровальную перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности ... (промежуточный вид фильтрования). Фильтрование с закупориванием пор, Фильтрование с образованием осадка, Промежуточный вид фильтрования 3. Оборудование для фильтрования фильтрование технологический смесь Фильтры , используемые ...

Рис. 5 Схема работы рамного фильтр-пресса: а — фильтрование; б — промывка осадка; 1 — рама; 2 — плита.

Для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, образующейся при седиментации в бродильных чанах и танках, применяют барабанный вакуум-фильтр, изображенный на рис.6. Фильтровальный элемент состоит из крупноячеистой сетки, на которую накладывается мелкоячеистая сетка. Для улучшения условий фильтрования на мелкоячеистую сетку намывается слой вспомогательного материала — кизельгура либо картофельного крахмала. Пивная или дрожжевая суспензия, подаваемая из бака, при вращении барабана равномерно распределяется по фильтровальной поверхности, а дрожжевой осадок (лепешка) срезается ножом, установленным над баком. Содержание сухих веществ в дрожжевой лепешке достигает 25…28 %. Обрызгивание подсыхающей лепешки водой способствует увеличению выхода пива примерно на 20 %.

Детали фильтра, находящиеся в контакте с фильтрующей средой, выполнены из нержавеющей стали. Все детали фильтра легко очищаются.

Рис. 6 Барабанный вакуум-фильтр: 1 — насос для фильтрата; 2 — вакуум-насос; 3 — пеногаситель; 4 — фильтровальный элемент; 5 — барабан; 6 — труба для фильтрата.

4. Основные кинетические закономерности процесса фильтрования пива

При фильтровании поток жидкости проходит через пористую перегородку из твердого или волокнистого материала, которая может быть представлена как слой зернистого материала (рис. 7).

Поры между частицами образуют каналы неправильной формы, по которым движется поток V фильтруемой жидкости.

Рис. 7 Схема движения жидкости через фильтрующую перегородку

Критериальное уравнение, описывающее движение потока фильтруемой жидкости через пористый слой, записывают в следующем виде:

  • где Eu — критерий Эйлера, характеризующий отношение сил давления к инерционным силам;
  • Re — критерий Рейнольдса;
  • l — толщина осадка или фильтрующей перегородки, м;

d эк — эквивалентный диаметр каналов, м (диаметр каналов круглого поперечного сечения, обладающей той же пропускной способностью, что и рассматриваемый канал неправильной формы), м.

Коэффициент А и показатели степеней m и n определяются экспериментально.

При фильтровании критерии Эйлера и Рейнольдса определяются по следующим выражениям:

Критерий Эйлера

где Др — перепад давлений по обе стороны фильтровальной перегородки, Па;

с ж — плотность фильтруемой жидкости, кг/м3 ;

  • скорость фильтрования, м/с.

Критерий Рейнольдса

Для характеристики геометрических особенностей рассматриваемой системы в критериальное уравнение введен параметрический критерий

При малом диаметре каналов фильтрующей перегородки или каналов в осадке на фильтрующей перегородке ламинарный режим фильтрования имеет место при Re <70.

Для ламинарного режима фильтрования зависимость (1) имеет вид

(2)

Для турбулентной области при 70 ?Re ?7000

(3)

В уравнениях (2) и (3) определяющим размером является эквивалентный диаметр каналов в слое зернистого материала, а скорость потока отнесена к свободному сечению каналов.

14 стр., 6509 слов

Буровые промывочные жидкости

... породами, изолируются частицами твёрдой фазы промывочной жидкости в процессе бурения скважин. Потеря промывочного агента здесь ... промывочной жидкостью, главным образом физико-химическим. Физико-химическое воздействие жидкости на горную породу проявляется в трех основных формах: ... нагревающиеся вследствие трения о стенки скважины. Буровые растворы обладают относительно высокой теплоемкостью, поэтому ...

Эквивалентный диаметр каналов в слое зернистого материала определяется по формуле:

(4)

где е — доля пустот в слое зернистого материала, или коэффициент свободного объема;

  • у—удельная площадь поверхности зерен, т, е. площадь поверхности зерен, находящихся в единице объема слоя (в м 23 ):

(5)

(6)

где V— общий объем, занимаемый зернистым слоем, м 3 ;

V o — объем, занимаемый частицами, образующими слой, м3 ;

V-V o —свободный объем (объем каналов в слое), м3 ;

F, — поверхность зерна, м 2 ;

V 3 — объем зерна, м3 .

Эквивалентный диаметр каналов в слое может быть выражен через диаметр частиц (зерен) d 3 .

Для частиц правильной сферической формы

(7)

для частиц неправильной формы

(8)

где Ф — фактор формы частиц;

где F ш — площадь поверхности шара, имеющего тот же объем, что и рассматриваемая частица площадью поверхности F. Например, для куба Ф=0,806, для цилиндра Ф=0,69, для диска Ф=0,32. Значения фактора формы частиц приводятся в справочниках.

Фактор формы частиц связан с коэффициентом формы частиц соотношением

Сопротивление фильтрующего слоя

Движение потока жидкости при фильтровании обычно ламинарное. Это обстоятельство позволяет пользоваться уравнением (2).

Перепишем уравнение (2) в явной форме:

, (9)

и введем в него вместо эквивалентного диаметра d эк значение его из уравнения (8), а вместо скорости в каналах — скорость , отнесенную к общей площади фильтра и определяемую соотношением

(10)

откуда

Произведя в уравнении (9) указанные замены, получим

(11)

т. е. скорость фильтрования через слой пористого материала прямо пропорциональна квадрату диаметра частиц зернистого материала, образующего фильтровальный слой, и обратно пропорциональна вязкости фильтруемой жидкости.

С другой стороны, скорость фильтрования в соответствии с уравнением основного закона кинетики равна

(12)

где R — сопротивление фильтрующего слоя, 1/м.

Сопоставив равенство (12) с уравнением (11), найдем:

(13)

откуда (14)

Удельное сопротивление фильтрующего слоя r (1/м 2 ):

(15)

т.е. удельное сопротивление фильтрующего слоя прямо пропорционально вязкости жидкости и обратно пропорционально квадрату диаметра частиц, образующих слой.