Учебное пособие: Технологические расчеты в бродильных производствах

6. Какой объем затора необходимо отобрать на отварку после белковой паузы, если после возврата отварки планируется поднять температуру затора до 72°С? Объем затора 10,5 м3.

7. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на приготовление затора одноотварочным способом. Единовременная засыпь 3000 кг, гидромодуль 1:4. Начальная температура технологической воды 15°С, температура солода 12°С, начальная температура затора 52°С. Отварку отбирают после белковой паузы в количестве 45% от массы затора. Во время кипячения отварки испаряется 2% воды. Расчет провести при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. КПД заторных аппаратов 0,95.

3.2. Технологические расчеты на стадии кипячения сусла с хмелем

При кипячении сусла с хмелем ценные вещества хмеля переходят в раствор, происходит инактивация ферментов, коагуляция белков, стерилизация сусла и увеличение его концентрации до заданной плотности. Процесс кипячения продолжается 1,5–2,5 ч, за это время массовая концентрация сухих веществ в сусле возрастает на 1,6–2%. Часовое испарение воды составляет 8–12% от общего объема сусла.

3.2.1. Основные расчетные формулы

  Количество сухих веществ в сусле до и после кипячения является величиной постоянной. Поэтому количество испарившейся в процессе кипячения воды (W) находят из уравнения материального баланса

,                                         (33)

где М — начальная масса сусла, кг (т); Хн и Хк — концентрация сусла в начале и конце кипячения, массовые доли.

  Выразим из уравнения (33) массу испаренной воды:

                                          (34)

  Для определения расхода пара на кипячение сусла пользуются уравнениями теплового баланса (28–30).

  Зерновое сырье, применяемое для изготовления пива, не всегда обладает одинаковым качеством, из–за чего каждая следующая варка несколько отличается от предыдущей. Для выравнивания качества сусла и пива используют прием смешивания сусла одного сорта, но разных варок. Иногда смешивают сусло с различной начальной экстрактивностью для корректировки плотности. Материальный баланс в случае смешивания сусла различной плотности будет иметь вид

,                                (35)

где V1 и V2 — смешиваемые объемы сусла, л; В1 и В2 — концентрации смешиваемых сусел, %; В3 — требуемая концентрация сусла, %.

3.2.2. Пример

Начальный объем сусла в сусловарочном аппарате 9,75 м3. Плотность сусла 1033,9 кг/м3. Начальная концентрация сухих веществ в сусле 9%; конечная — 11%. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на кипячение сусла, при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. Начальная температура сусла 68°С. КПД сусловарочного аппарата 0,95.

Решение. Определим массу воды, испаряемой в процессе кипячения, по уравнению (34)

кг.

  Удельную теплоемкость сусла с концентрацией сухих веществ 9% определим по формуле (20)

 кДж/(кг∙К).

  Количество тепла, требуемое для нагревания сусла до температуры кипения, находим по формуле (28)

 кДж.

  Количество тепла, требуемое для испарения воды, найдем по уравнению (29)

 кДж.

  Расход греющего пара определим по уравнению (30)

 кг.

3.2.3. Задания и задачи

1. Определить количество воды, выпариваемой при варке сусла, если начальная концентрация сухих веществ 11%, конечная — 13%, а количество сусла в котле на момент начала кипячения составляло 19,3 м3.

2. Кипячение сусла продолжалось 2 ч. За это время испарилось 5062 кг воды. Какова была начальная концентрация сусла, если готовилось Рижское пиво? Начальная масса сусла 40493 кг.

3. В процессе кипячения 9,75 м3 сусла с концентрацией сухих веществ 13,6% было выпарено 11% воды. Какова концентрация сусла в конце кипячения?

4. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,3 МПа на варку сусла для Мартовского пива, если начальная концентрация сухих веществ в сусле 12,7%. Начальная температура сусла 70°С, начальный объем сусла в котле 38,4 м3. Расход пара определить при условии, что конденсат охлаждается до 100°С.

5. Рассчитать расход пара на приготовление сусла для пива «Московское» в варочном агрегате с единовременной засыпью 3000 кг. Начальная температура холодной воды 10°С, начальная температура затирания 52°С, способ затирания одноотварочный. Избыточное давление пара 0,4 МПа, конденсат отводится при температуре конденсации. Гидромодуль 1:4, расход воды на промывание пивной дробины 430 л на каждые 100 кг зернопродуктов.

6. Получено 1567 дал сусла с содержанием сухих веществ 12,5%. Сколько воды необходимо добавить в сусло, чтобы снизить его концентрацию до 12%?

7. Имеется 5200 дал сусла экстрактивностью 11%. Какой объем сусла экстрактивностью 20% необходимо добавить, чтобы получить сусло с содержанием сухих веществ 13,5%?

8. Какую концентрацию будет иметь смесь 2000 дал сусла экстрактивностью 14% и 520 дал сусла экстрактивностью 11,5%?

9. Сколько воды необходимо добавить в сусло, полученное в задаче 3, если известно, что готовилось Самарское пиво?

3.3. Определение выхода экстракта в варочном цехе

  Под выходом экстракта понимают количество растворимых веществ, перешедших в сусло из затертых зернопродуктов. В варочном цехе потери сусла происходят в солодовой и хмелевой дробине, кроме того, имеют место кажущиеся потери объема сусла в результате его сжатия при охлаждении.

Для оценки работы варочного цеха определяют выход экстракта за определенный период и сравнивают его со средневзвешенной экстрактив­ностью израсходованных зернопродуктов. Разница между средневзвешенной экстрактивностью сырья по данным лаборатории и выходом экстракта в варочном цехе должна составлять 1,6–2,2%. Более высокие потери указывают на необходимость усовершенствования технологических процессов дробления зернопродуктов, промывания дробины или затирания.

3.3.1. Расчетные формулы

  Выход экстракта в варочном отделении рассчитывают по формуле

,                                             (36)

где Е — выход экстракта, %; V — объем горячего сусла, л; В — массовая доля сухих веществ в сусле, %; d — относительная плотность сусла при 20°С, кг/дм3; Р — масса израсходованных зернопродуктов, кг; 0,96 — коэффициент, учиты­вающий уменьшение объема сусла при его охлаждении от 100 до 20°С и изменение объема за счет внесения хмеля и коагуляции белков.

  Потери экстракта вычисляют по разности между массой экстрактивных веществ в затертых зернопродуктах и массовой долей сухих веществ в сусле

,                                          (37)

где Пэ — потери экстракта в варочном цехе, кг; Ес — экстрактивность солода на сухое вещество, %; Р — количество израсходованного солода, кг.

  Потери экстракта, %

.                                                (38)

  В случае использования в составе засыпи значительного количества несоложеных зернопродуктов или специальных солодов экстракт, вносимый с этими зернопродуктами учитывают отдельно. Если в состав засыпи входит сахар, то при расчетах его количество вычитают:

,                                          (39)

где S — масса сахара в составе засыпи, кг.

3.3.2. Задания и задачи

1. Рассчитать выход экстракта в варочном цехе, если при затирании 1250 кг солода получено 8750 л горячего сусла с содержанием сухих веществ 10,23% и относительной плотностью 1,041 кг/дм3.

2. Определить потери в варочном цехе, если из 3000 кг солода с экстрактивностью 76% было получено 15672 л горячего сусла с содержанием сухих веществ 14% и относительной плотностью 1,057 кг/дм3.

3. Определить потери в варочном цехе при изготовлении сусла для Жигулевского пива, если для затирания было израсходовано 1500 кг зернопродуктов и получено 9915 л горячего сусла концентрацией 11% и относительной плотностью 1,0399 кг/дм3. Экстрактивность использованного светлого солода составляла 75%, экстрактивность ячменя 72%.

4. Определить выход экстракта при изготовлении сусла для Самарского пива, если масса засыпи составляла 3000 кг. Было получено 14520 л сусла концентрацией 14,5%.

3.4. Технологические расчеты на стадии сбраживания

  Классический процесс сбраживания пивного сусла принято делить на главное брожение и дображивание. Во время главного брожения сбраживается основное количество сахаров, содержащихся в сусле, образуется спирт, диоксид углерода и побочные продукты брожения. При дображивании в молодом пиве сбраживаются остаточные сахара, происходит осветление, созревание пива и насыщение его диоксидом углерода.

3.4.1. Основные расчетные формулы

  О ходе брожения и количестве сброженного экстракта судят по степени сбраживания. Различают видимую и действительную степени сбраживания. Видимая степень сбраживания (ССв) определяется с помощью сахарометра. Так как показания сахарометра искажаются из–за присутствия спирта, степень сбраживания называется видимой.

,                                           (40)

где В — массовая доля сухих веществ в начальном сусле, %; n — массовая доля видимого экстракта в сбраживаемом сусле, %.

  Действительную степень сбраживания (ССд) определяют после отгонки спирта и замены отогнанного количества спирта водой.

,                                            (41)

где е — массовая доля действительного экстракта в сбраживаемом сусле, %.

  Соотношение между видимой и действительной степенью сбраживания выражает формула

.                                          (42)

  Рабочий объем бродильного аппарата определяется по формуле

,                                             (43)

где V — полезная емкость бродильного аппарата, дал; Vхс — объем холодного сусла, получаемого с одной варки, дал; k — количество варок, направляемых в один бродильный чан (k=1÷4); 0,9 — коэффициент заполнения бродильного аппарата суслом.

  В ходе главного брожения выделяется тепло, количество которого зависит от интенсивности процесса брожения. При сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 613,8 кДж тепла. В конце главного брожения производят охлаждение молодого пива перед его перекачиванием в аппараты дображивания. Количество теплоты, которое необходимо при этом отвести, можно рассчитать по уравнению (28).

3.4.2. Задания и задачи

1. Начальное сусло с концентрацией сухих веществ 11,2% на восьмые сутки брожения имело массовую долю видимого экстракта 4,5%, а действительного экстракта — 5,75%. Рассчитать видимую и действительную степень сбраживания.

2. Московское пиво к моменту окончания главного брожения имело массовую долю видимого экстракта 5,2%. Рассчитать видимую и действительную степень сбраживания пива.

3. Определить требуемый объем аппарата главного брожения для одновре­менного сбраживания сусла с двух варок жигулевского пива. Единовременная засыпь зернового сырья 3000 кг.

4. Определить количество тепла, выделяющегося в процессе сбраживания 18,3 м3 сусла от 12 до 5,5% сухих веществ.

5. Определить количество тепла, которое нужно отвести от молодого пива при его охлаждении от 6 до 1,5°С. Объем пива 11 м3. Удельная теплоемкость молодого пива 4,006 кДж/(кг∙К), плотность молодого пива 1,02 кг/дм3.

3.5. Контрольные задания и задачи

1. Условия проведения затирания приведены в таблице. Определить темпе­ратуру воды, подаваемой на приготовление затора. Рассчитать общий и удельный расход пара на затирание настойным и одноотварочным способом при условии, что образующийся конденсат охлаждается до 100ºС. Условия отбора и кипячения отварки принять аналогично задаче 7 (п 3.1.3). КПД заторных аппаратов принять 0,95.

2. Кипячение сусла с хмелем проводится в условиях, описанных в таблице. Определить количество выпариваемой в процессе кипячения сусла воды и рас­считать расход пара на технологическую операцию. Давление греющего пара, условия отвода конденсата и КПД аппаратов принять аналогично задаче 1.

4. ТЕХНОЛОГИЯ БЕЗАЛКОГОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Основными способами приготовления безалкогольных напитков являются объемно–смесительный и синхронно–смесительный. По объемно–смеситель­ному способу купажный сироп дозируется в бутылки, которые затем заполняются газированной водой до номинального объема. По синхронно–смесительному способу купажный сироп и деаэрированная вода смешиваются в определенных пропорциях в синхронно–смесительной установке и затем насыщаются углекислым газом. Напитки, приготовленные синхронно–смесительным способом, обладают более стабильными физико–химическими показателями и более высокой стойкостью.

4.1. Расчет компонентов сахарного сиропа и колера

  Сахарный сироп входит в состав купажей безалкогольных и слабоалко­гольных напитков, товарных сиропов, кваса. Различают белый и инвертный сахрный сироп. Белый сахарный сироп представляет собой концентрированный водный раствор сахарозы. В безалкогольном производстве используют сироп с концентрацией сухих веществ 60–65%. Инвертный сахарный сироп содержит, кроме сахарозы, инвертный сахар (смесь эквимоле­кулярных количеств глюкозы и фруктозы). Инвертирование сахарного сиропа проводят при температуре 70°С в присутствии органических кислот, например, лимонной. Для варки сахарного сиропа разрешается использовать промывные воды, содержащие сахар, и чистый брак напитков.

  Колер — это водный раствор карамелизованной сахарозы. Его исполь­зуют для подкрашивания товарных сиропов, безалкогольных напитков и кваса. Колер готовят при температуре 180–200°С в колероварочных котлах с электро­обогревом. Для плавления сахара добавляют 2% воды, после расплавления сахара и побурения массы вносят дополнительно 8% воды от массы сахара. Содержание сухих веществ в готовом колере не менее 70±2% массовых.

4.1.1. Примеры

Пример 1. Рассчитать расход компонентов на приготовление 500 л сахарного сиропа концентрацией 65%, если при варке сиропа испаряется 10% воды.

Решение. По приложению 10 находим, что сахарный сироп концентрацией 65% при 20ºС имеет относительную плотность 1,319. Масса 500 л такого сиропа составит 500∙1,319=659,5 кг. В соответствии с заданной концентрацией 100 кг сиропа должны содержать 65 кг сахара и 35 кг воды, а в пересчете на 500 л

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10