Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
В настоящее время современная солодовенная инженерия становится технически сложной и наукоёмкой. Поэтому необходимо принципиально новое понимание организации технического развития солодовенного производства, гарантированно обеспечивающего более высокую отдачу при меньших издержках.
Современный этап технического развития солодовенных производств невозможен без применения комплексного системного подхода, что позволяет получить целостное представление о производстве.
Системный подход способствует повышению эффективности научных, проектных и конструкторских работ в области совершенствования существующих и создания новых высокоэффективных процессов и оборудования для производства пивоваренного солода.
На современном этапе развития отечественной солодовенной отрасли промышленности в условиях обострения конкуренции на российском рынке, как среди отечественных, так и зарубежных производителей солода на первый план выдвигаются проблемы повышения качества и функционирования солодовенных производств как системы, которая включает, прежде всего, следующие понятия:
- технологическую эффективность;
- экономичность;
- управляемость;
- экологичность.
Технологическая эффективность и экономичность производства солода, как и любой другой технологии, в значительной степени зависят от технического совершенствования оборудования и от варианта инженерного решения конкретной технологической задачи.
В основе современной концепции технического и технологического совершенствования солодовенного производства лежат несколько основных принципов:
- выбор качественного ячменя; применение совершенного зерноочистительного оборудования;
- применение технически совершенного транспортирующего оборудования, обеспечивающего бережную транспортировку зерна;
- применение технически совершенного замочного, солодорастильного и солодосушильного оборудования;
- обеспечение требований производственной санитарии.
Замачивание ячменя
Замачивание ячменя – искусственное насыщение ячменя водой – осуществляется в целях активизации ферментных систем, способствующих проращиванию.
Степень замачивания. Жизнедеятельность зерна активизируется с появлением в нём свободной влаги. При этом роль воды сводится, во – первых, к обеспечению перехода растворимых питательных веществ в раствор и транспортирование к зародышу и, во вторых, к созданию возможности для проникновения в эндосперм ферментов, способствующих перевод резервных веществ зерна в растворимое состояние.
Влажность зерна до мойки и замачивания обычно не превышает 14,5%, а при замачивании 42…48% относительно общей массы. Конечную влажность замоченного зерна называют степенью замачивания. Повышение влажности зерна осуществляется неравномерно – вначале сравнивается быстро, а затем замедляется. Светлый солод замачивают до влажности 42…43%, а тёмный 45…48%.
Очень важно обеспечить оптимальную степень замачивания зерна, поскольку при недостаточной степени замачивания затрудняется каталитическое действие ферментов, что приводит к снижению экстрактивности и качества солода, а при высокой степени замачивания повышается биосинтез ферментов и осуществляется более глубокий ферментативный гидролиз крахмала и ферментов. Перезамачивание не допустимо, поскольку это приводит к разрушению семенной оболочки и нарушению полупроницаемости, вследствие чего в ячмень начинают проникать соли из воды, приводящие к гибели зародыша.
В процессе замачивания зерно набухает, и вследствие этого примерно на 45% увеличивается в объёме. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчёте вместимости замочных аппаратов. Химические изменения в зерне при замачивании незначительны.
Степень замачивания контролируют в лабораторных условиях. Ориентировочно о завершении замачивания можно судить и по следующим признакам:
· при сдавливании между большим и указательным пальцами, в продольном направлении, зерно должно сгибаться (но не раскалываться) с характерным потрескиванием, возникающем при отделении эндосперма от мякинной оболочки;
· при сдавливании зерна между пальцами в продольном направлении не должны ощущаться уколы от его острых концов;
· при сгибании зерна на ногте большого пальца оболочка отстаёт, но зерно не ломается;
· поперечный срез зерна посередине должен иметь белую точку.
В замоченном ячмене не должно быть сильное развитие корешков, так как это способствует их повреждению при транспортировании замоченного зерна.
Факторы, влияющие на замачивание. Оптимизация режима замачивания является важнейшей предпосылкой для получения качественного солода. На эффективность замачивания влияют следующие факторы:
· однородность зерна;
· степень аэрации зерна;
· содержание двуокиси углерода;
· температурный режим.
Способы замачивания ячменя.
Замачивание промытого и продезинфицированного ячменя проводят воздушно-водяным способом, в непрерывном потоке воды и воздуха, оросительным и воздушно-оросительным способами в замочном чане или в солодорастильном аппарате при температуре не ниже 12 и не выше 17ºС.
При воздушно-водяном замачивании зерно попеременно находится то под водой (водяное замачивание), то без неё (воздушное замачивание). Такое чередование повторяется через каждые 3-6 часов.
Для поддержания аэробного дыхания зерно каждый час продувают воздухом в течение 10 минут, независимо от того находится ли оно под водой, или на воздухе. Через 8 часов зерно вместе с замочной водой продувают сжатым воздухом.
При этом способе замачивания для дезинфекции в воду часто добавляют хлорную известь. Однако в конце замачивания ячмень следует обязательно отмывать от хлора, который придаёт пиву неприятный вкус.
При оросительном замачивании после мойки и удаления сплава поверхность зерна в замочном аппарате непрерывно орошается распыляемой водой, подаваемой через медленно вращающееся сегнерово колесо. Вода при распылении насыщается воздухом, проходит через слой зерна, увлекая с собой накопившийся диоксид углерода, и выводится снизу. Зерно находится под водой первые 6-8 часов, остальное время вода поступает только через оросительтное устройство.
При этом способе замачивания зерно замачивается и прорастает неравномерно: в верхних слоях быстро, а в нижних остаётся недозамоченным. Поэтому оросительное замачивание лучше сочетать с аэрацией снизу вверх.
Воздушно-оросительное замачивание является комбинированным способом, по которому зерно периодически орошается водой, а путём отсоса воздуха из межзернового пространства создаются стабильные условия аэробного дыхания зерна. Для этого над замочным аппаратом устанавливают сегнерово колесо или коллектор с форсунками для орошения водой поверхности зерна. Внизу аппарата в подситовом пространстве вварена труба, с помощью которой аппарат подключается к вакуум-насосу.
По этому способу зерно под водой находится в течение 30% всей продолжительности замачивания, а 70% времени орошается и аэрируется.
Наибольшее распространение в солодовенном производстве получили моечные и замочные аппараты с цилиндрическим корпусом и коническим днищем. Оптимальная вместимость таких аппаратов составляет обычно от 35 до 65 тонн зерна. По этой причине в крупных солодовенных производствах при одновременном замачивании ячменя более 70 тонн используют группы замочных аппаратов.
Однако увеличение замочных аппаратов ведёт к повышению капитальных затрат и удорожанию системы автоматизации производства. Поэтому при проектировании новых солодовенных производств или реконструкции существующих солодовен необходимо руководствоваться принципом масштабирования, то есть, стремиться к уменьшению количества оборудования за счёт увеличения его единичной мощности.
В связи с этим в последующие годы для замачивания ячменя начали применять замочные аппараты цилиндрической формы с плоским днищем, вместимость которых соответствует одноразовой загрузке солодорастильных аппаратов.
Аэрацию зерна в моечных аппаратах осуществляют различными способами:
· с применением эрлифта, при котором воздух в аппарат нагнетают через одно или несколько сопел, расположенных в нижней конической части аппарата под центральной трубой;
· с помощью барботеров – колец различного диаметра из перфорированных труб, расположенных на разных уровнях в конической части замочного аппарата;
· с применением эжекторов – струйных аппаратов, в которых за счёт кинетической энергии прокачиваемой жидкости создаётся разряжение и подсасывается воздух;
· через форсунки, равномерно расположенные в несколько ярусов по окружности конического днища замочного аппарата.
При аэрации с применением барботеров или эрлифта, образуются сравнительно большие воздушные пузыри, при этом массоперенос кислорода, осуществляемый преимущественно через стенки воздушных пузырей, менее интенсивен, а следовательно, и дыхание зерна происходит менее эффективно.
При использовании открытых моечных и замочных аппаратов аэрацию зерна в период водяной фазы замачивания и удаления диоксида углерода в период воздушной фазы замачивания осуществляют традиционным образом: воздух с помощью воздуходувки забирают из помещения и продувают через слой зерно-водяной смеси в аппарате, при чём отработанный воздух возвращается в то же помещение. При такой организации процесса необходимо осуществлять воздухообмен и поддерживать температуру на оптимальном уровне.
В современных солодовнях при использовании закрытых моечных и замочных аппаратов организацию воздушных потоков при замачивании зерна осуществляют иначе: воздух с помощью воздуходувки забирают из помещения, продувают через слой зерно-водяной смеси в аппарате, а отработанный воздух выбрасывается за пределы здания по воздуходуву, соединяющему крышку аппарата с атмосферой.
Во избежание переохлаждения или перегрева замоченного зерна при удалении диоксида углерода во время воздушной фазы замачивания в холодные, зимние или жаркие, летние времена года, атмосферный воздух, поступающий в замочные аппараты непосредственно с улицы, подвергают тепловой обработке - подогревают или охлаждают.
На практике встречаются и другие способы аэрации и удаления диоксида углерода в процессе замачивания ячменя.
Проращивание зерна
Технологической целью солодоращения являются биосинтез ферментов и активация неактивных ферментов, в результате происходит растворение резервных веществ ячменя. Ферментативный гидролиз сложных веществ ячменя начинается при проращивании и завершается при затирании зернового сырья.
При искусственном проращивании ячменя в нём осуществляются те же биохимические процессы, что и при прорастании зерна в естественных условиях. Появление в зерне свободной влаги способствует улучшению проницаемости клеточных стенок, набуханию резервных веществ эндосперма и переходу их в состояние легко доступное действию ферментов.
В этом состоянии в зерне начинается ферментативный гидролиз высокомолекулярных веществ, входящих в состав стенок клеток и запасных веществ эндосперма (гемицеллюлоз, крахмала, белков, пектиновых веществ, жира и т.д.), которые, превращаясь в простейшие и растворимые соединения, приобретают способность к диффузии, что позволяет им в дальнейшем использоваться для питания зародыша.
На биосинтез ферментов и образование новых тканей в процессе проращивания расходуется энергия, которая высвобождается в процессе дыхания зерна, в ходе которого происходит окисление части углеводов и небольшого количества белков и жиров. В цитоплазме химическая энергтя окисления трансформируется в другие формы и частично расходуется на обмен веществ, а остаток ее выделяется в виде теплоты в окружающую среду.
Факторы, влияющие на проращивание. На качество проращиваемого солода влияют следующие факторы:
· расход воздуха для аэрации и охлаждения зерна;
· состав аэрируемого воздуха;
· влажность проращиваемого зерна;
· температурный режим;
· продолжительность процесса;
· увлажнение зерна во время ворошения;
· качество ворошения проращиваемого материала;
· равномерность слоя зерна в солодорастильном аппарате для улучшения тепло - и массообмена;
щадящие условия при загрузке и выгрузке, обеспечивающие меньшее травмирование зерна.
Граница между замачиванием и проращиванием весьма условна, поскольку при повышении влажности до 30% физиологические проявления в зерне становятся заметными, а при влажности 38% зерно уже на 2-е сутки постепенно начинает прорастать. Видимым признаком начала проращивания является проникновение зародышего корешка через цветковую оболочку.
Поскольку все жизненно важные процессы в зерне протекают при достаточном количестве влаги, то проращиваемое зерно должно иметь влажность не менее 40%.
При дыхании зерна выделяется диоксид углерода и водяной пар. Если солодоращение осуществляют в токовой солодовне, то пар конденсируется на проращиваемом зерне, образуя на его поверхности так называемый "пот", который, впитываясь зерном, способствует сохранению определённой степени влажности. В пневматических солодовнях выделяемый зерном водяной пар удаляется с продуваемым через зерно воздухом и отпотевание не происходит. В этом случае для поддержания необходимой степени влажности зерна, его орошают водой во время ворошения
Температура зерна при проращивании светлого солода не должна превышать 17…18ºС, а темного солода – 23…25ºС.
Основные процессы, осуществляемые при проращивании. При проращивании в зерне осуществляется комплекс взаимосвязанных внешних и внутренних процессов, среди которых можно выделить:
- физиологические, в ходе которых осуществляется дыхание зерна, рост зародышевых корешков и рост листка зародыша;
- активацию и биосинтез ферментов в зерне;
- биотрансформацию веществ в зерне в результате каталитического действия ферментов.
Оборудование для солодоращения. Замоченное зерно проращивают в солодорастильных аппаратах с соблюдением температурного и влажностного режима, подвода необходимого количества кондиционированного воздуха и удаление диоксида углерода. Указанные условия можно создать в помещениях или аппаратах, изолированных от окружающей среды.
Зерно проращивают в специальных помещениях называемых солодовнями. Солодоращение можно осуществлять в солодовнях следующего типа:
Токовая солодовня. Представляет собой помещение, в котором расположен пол "ток", на котором располагают зерно. Проращивание ведут 7-8 суток. Большим минусом таких солодовен является использование ручного труда и отсутствие механизации.
Ящичная солодовня. Ящичная солодовня состоит из нескольких длинных открытых солодорастильных ящиков, разделенных между собой стенкой. Солодорастильный ящик в плане имеет прямоугольную форму. Основное дно сделано с небольшим уклоном для стока воды. На второе (ситчатое) дно, укладывают замоченное зерно. Через подситовое пространство в слой зерна подают кондиционированный воздух. На стенках ящика установлен передвижной солодоворошитель с вертикальными шнеками. Замоченное зерно вместе с водой подают из замочного аппарата в ящик и с помощью ворошителя распределяют на сите ровным слоем высотой 0,6-0,85м. Продолжительность проращивания составляет 7-8 суток. В отличие от токовых солодовен ящичные механизированы, что облегчает работу. Свежепроросший солод, выращиваемый в ящичной солодовне, по своему химическому составу близок к токовому. В результате уменьшение потерь на дыхание и развитие ростков выход солода и его экстрактивность примерно на 1 процент выше, чем выход солода, приготовленного в токовой солодовне.
Этот тип солодовни в последние десятилетия приобретает наибольшее распространение. Современные солодовни - типа "передвижная грядка" и башенного типа - основаны на принципе ящичной солодовни, которая получила название по имени ее изобретателя - Saladin. Работа таких установок такая же, как и в простых ящичных солодовнях. Аэрация в старых установках осуществлялась с помощью вытяжных вентиляторов, которые с перерывами подавали воздух в материал через общую увлажнительную установку. В современных солодорастильных барабанах ящичного типа системы Saladin каждая грядка оснащается своим напорным вентилятором с агрегатом для увлажнения и охлаждения, причем аэрация осуществляется непрерывно. В аппаратах системы Saladin грядки легкодоступны для осмотра и контроля. В них благодаря равномерности слоя материала обеспечивается и равномерная вентиляция.
Солодовня передвижная грядка. В солодовне с передвижной грядкой, отличающейся от обычной ящичной солодовни только наличием ковшового ворошителя вместо шнекового, проращиваемое зерно постепенно перебрасывается ковшовым ворошителем вдоль ящика от места загрузки зерна до места выгрузки солода. Солодовня с передвижной грядкой представляет собой длинный ящик, в котором подситовое пространство разделено перегородками на секции, число которых равно числу суток ращения солода. Замоченное зерно из чанов выгружается на площадь сита. Перемещение зерна на сита последующих секций и его ворошение проводятся через каждые 12 часов при помощи ковшового ворошителя, установленного по ширине ящика передвижной грядки. На освободившуюся площадь сита вновь загружается замоченное зерно. Масса готового свежепроросшего солода выгружается в бункер, а из него подаётся на сушку.
К солодовням передвижная грядка можно отнести установку с солодорастильными аппаратами"Lausmann". Аппарат для проращивания Lausmann предусматривает ежедневное перемещение проращиваемого зерна в следующий ящик.
Ящики квадратного или прямоугольного сечения располагают в ряд, непосредственно друг около друга. Поднимают и опускают их с помощью подъемного устройства обычной конструкции, регулируя высоту пространства под ящиками. При максимальном подъеме сито достигает края ящика для проращивания, чем обеспечивается его полная очистка. Ворошение осуществляется при подъеме сита, в результате чего часть проращиваемого материала пересыпается через разделительную стенку двух ящиков и перемещается с помощью ворошителя особой конструкции в следующую секцию ящика или в сушилку. Ворошитель состоит из системы скребков и возвышается над двумя ящиками, благодаря чему можно полностью разровнять солод в следующем ящике. За последним ящиком располагается либо встроенная сушилка, либо бункер для транспортирования свежепроросшего солода. Поскольку сушилка требует большой площади, ворошитель должен исполнять и функцию по выгрузке из нее солода.
Солодорастильные аппараты барабанного типа. Представляют собой горизонтальный стальной цилиндрический корпус, установленный на двух парах опорных роликов. Проращиваемое зерно продувают кондиционированным воздухом, а перемешивают в результате медленного вращения барабана. Барабанные солодовни бывают закрытые и открытые. Особенностью закрытых барабанов – полная изолированность проращиваемого зерна от внешних условий. Существует два типа закрытых барабанов: с плоским ситом и с ситчатыми трубами. Барабанные солодовни с плоским ситом представляют собой горизонтальный цилиндрический корпус, внутри аппарата закреплено плоское сито, на котором равномерно загружают замоченное зерно. Высота слоя зерна на ситчатом днище может достигать 1м. Ворошение два раза в сутки, при этом барабан осуществляет 1 об. /45'. Барабанные солодовни с ситчатыми трубами во многом устроены идентично вышеописанному аппарату, но в центре барабана закреплена ситчатая труба. Кондиционированный воздух нагнетается или в подситовое пространство или в ситчатую трубу, в зависимости от типа солодовни. Качество солода, выращенного в такой солодовне, хорошее. Он достаточно растворен и имеет свежий вид и чистый солодовый запах.
Примером такой солодовни можно представить солодовню барабанного типа фирмы "Galland". Проращивание в ней ведется при местной аэрации и кондиционировании, а также с применением рециркуляционного воздуха.
Зерно в барабане после пневматического замачивания увлажняется или подсушивается до содержания влаги 38% и температуры 18 °С. Загрузка осуществляется через люки сначала на одну треть так, чтобы путем поворота барабана на пол оборота можно было равномерно распределить замоченное зерно. После стекания замочной воды начинается аэрация кондиционированным воздухом температурой 16 °С. Для поддержания режима сушки первые 4-6 ч барабан вращается постоянно. Равномерное начало проращивания наступает через 12-16 ч. Во время этой фазы барабан вращается в течение 3 ч. Если наклюнулось 95% зерен, то влажность повышают до 42% путем интенсивного орошения через отверстия при вращении. При правильном ведении процесса свежепроросший солод имеет свежий запах и характеризуется хорошо сохраненным зародышем.
Шахтные солодорастильные установки. Применяют в солодовнях непрерывного действия. Основу способа составляют оросительное замачивание ячменя и непрерывное проращивание ячменя в газовой среде с повышенным содержанием СО2. Такой способ орошения ячменя дает возможность вымывать диоксид углерода из межзернового пространства и поддерживать одинаковые условия замачивания по всему объему замочной камеры. После непрерывного замачивания ячмень перекачивают гидротранспортом в аппарат для удаления поверхностной влаги, где оно содержится около 4 часов, после чего его направляют в верхнюю растильную камеру шахты. Общая продолжительность проращивания составляет 135 часов. Свежепроросший солод выгружают из нижней части растильной камеры в приемный бункер, из которого конвейером и норией транспортируют на сушку.
Солодорастильные аппараты круглого сечения. Конструктивные особенности солодорастильных аппаратов круглого сечения делают их наиболее предпочтительными при использовании в современных солодовнях башенного типа, где их размещают по вертикали один под другим. Но в последнее время такие аппараты можно встретить и в традиционной компоновке солодовни, где все солодорастильные аппараты размещены на одном уровне. Изготавливают два вида таких аппаратов: со стационарным и вращающимся днищем. Их оснащают шнековыми ворошителями, поэтому принцип их работы (за исключением загрузки и выгрузки) аналогичен ящичным солодовням. Ситчатое днище аппарата имеет кольцевую форму, поскольку в его центре расположен поворотный бункер, через который осуществляют выгрузку солода. Над ситчатым днищем расположен ворошитель карусельного типа, который может вращаться вокруг центральной оси в разных направлениях. Помимо ворошения с его помощью осуществляют выгрузку свежепроросшего солода и увлажнение зерна в процессе проращивания. Для увлажнения зерна над вертикальным шнеком установлены распылительные форсунки, к которым подведена вода. В процессе солодоращения зерно продувают кондиционированным воздухом, нагнетаемым вентилятором в подситовое пространство.
Солодорастильные аппараты с подвижным днищем применяют в солодовнях повышенной мощности. Единовременная загрузка в них может достигать 700 тонн. В этом случае аппарат оснащают конструкцией, внутри которой обычно монтируют трубы для самотечного перемещения зерна сверху вниз. Такие солодорастильные аппараты применяют реже, так как они сложнее по конструкции и дороже в изготовление, более металлоемки.
Непрерывные системы солодоращения. Система Domalt. Солодовни типа передвижная грячка и башенного типа являются установками полунепрерывного действия. Ячмень замачивается в одном месте далее поступает в солодорастильную установку, а затем направляется в солодосушилку, обычно непосредственно примыкающую к ней. Продолжительность пребывания в отдельных аппаратах или на участках ситовой поверхности составляет в зависимости от особенностей технологии 9,12 или 24 ч. В качестве примера непрерывнодействующей солодовни можно рассмотреть систему Domalt. Ячмень смешивается с водой на входе с помощью поднимающегося моющего шнека. После прохода через шнек (в течение около 100 мин) зерно поступает на подвижную ситовую поверхность, выполненную из сит или пластмассовых полотен, разделяется и распределяется по высоте. Скорость перемещения ситовой поверхности 0,7 м/ч, высота слоя солода около 0,9 м. Во время прохода через первый участок ситовой поверхности ячмень орошается и достигает влажности, оптимальной для проращивания. На определенных расстояниях установлены простые ворошители, обеспечивающие достаточное разрыхление слоя прорастающего зерна. По достижении максимальной влажности лишнюю воду из зерна удаляют. Температуру проращивания регулируют на каждом участке подачей влажного воздуха с регулируемой температурой. На заключительном участке за солодорастильным отделением располагается солодосушилка непрерывного действия. Высушенный солод охлаждают и направляют в росткоотбойную машину.
Непрерывно действующая установка позволяет увязать продолжительность проращивания с характеристиками той или иной партии ячменя. Так, период замачивания и проращивания двухрядных ячменей длится около 100-110 ч, а у многорядных - 70-80 ч. По сравнению с обычными такая установка обеспечивает существенное сокращение продолжительности солодоращения за счет ускоренного проращивания при более низкой влажности и непрерывного перехода от одной стадии проращивания к другой, однако максимальная влажность здесь, как правило, выше, чем, например, в обычной ящичной солодовне. Все эти факторы ускоряют прохождение цитолиза и активизируют действие других групп ферментов, что проявляется также в увеличении объема зерна после сушки.
Подобная система дает возможность применить полностью автоматическое управление с небольшими трудозатратами и сокращением расхода воды.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 215.