Проект реконструкції ПАТ ПБК «Славутич» з удосконаленням технології зброджування сусла

Реферат

Комплексный кафедральный дипломный проект реконструкции ЧАО ПБК «Славутич» с усовершенствованием технологии сбраживания сусла.

В проекте предусмотрено выпуск 2-х сортов пива: Львовское 1715 (11%), Львовское темное (13%).

Для выпуска данного ассортимента используют последние достижения, что применяются в мировом пивоварении, новые режимы сбраживания пивного сусла, которые позволяют улучшить качество пива, экономить сырье и энергоресурсы.

Вот поэтому в проекте предложена реконструкция цеха брожения с применением совместного способа сбраживания пивного сусла в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА). Применения этих аппаратов дает возможность рационально использовать холод, энергию, а главным свойством ЦКБА есть сокращение времени при брожении и дображивании, при этом увеличивается мощность цеху, а дальше — прибыль заводу. Для повышения производительности оборудования и тем самым ускорить процессы брожения используют сборник предварительного размножения чистой культуры дрожжей (ЧКД). Который дает возможность культивировать дрожжи периодическим способом, что и обеспечивает повышение производительности оборудования на 12 — 15% и уменьшить возможность заражения ЧКД. Так же предложено использовать новые штаммы дрожжей, ферменты которых позволят уменьшить в пиве диметилсульфид (ДМС), что может давать пиву привкус вареной кукурузы, и имеет очень низкий порог вкусовой чувствительности.

Дипломный проект включает: объяснительную записку — ст., чертежи — 3 листы формату А1, а так же 1 демонстрационный лист формату А1.

Ключевые слова: сбраживание, пивное сусло, диацетил, диметилсульфид, цилиндроконический бродильный аппарат, дрожжи.

Зміст

Вступ

1. Технологічна частина

1.1 Структура підприємства

1.2 Режим роботи цеху

1.3 Асортимент і характеристика товарної продукції

1.4 Характеристика сировини і допоміжних матеріалів

1.4.1 Характеристика сировини

1.4.2 Характеристика допоміжних матеріалів

1.5 Вибір і характеристика мікроорганізмів-продуцентів

1.6 Технологічна схема виробництва

1.6.1 Принципово-технологічна схема

1.6.2 Вибір та обґрунтування способів і режимів

1.6.3 Опис апаратурно-технологічної схеми

1.7 Продуктові розрахунки

1.8 Розрахунки основних і допоміжних матеріалів

1.9 Розрахунок і підбір обладнання

1.10 Розрахунок площ складських приміщень

1.11 Енергетичні розрахунки

1.12 Схема технохімічного контролю виробництва пива

1.13 Промислова санітарія

1.14 Компонування обладнання

2. Екологічна частина

2.1 Характеристика відходів, стічних вод і викидів

2.2 Заходи щодо охорони навколишнього середовища

3. Охорона праці

3.1 Аналіз умов праці на об'єкті

3.2 Вибір технології, устаткування та організації виробництва з точки зору охорони праці

3.3 Мікроклімат

3.4 Склад повітря робочої зони

3.5 Природне та штучне освітлення

3.6 Вібрації

3.7 Шум

3.8 Виробничі випромінювання

3.9 Висновки та пропозиції по покращенню охорони праці

4. Економічна частина Висновки до дипломного проекту Список літератури

Вступ

Виготовлення пива — це велика взаємозв'язка різних технологічних процесів, кожен з яких є основним і тісно пов’язаних між собою.

Одним із головних процесів у пивоварінні є процес збродження сусла. Саме під час цього процесу сусло перетворюється в пиво, при цьому набуваючи різні специфічні йому властивості: піностійкість, смак, аромат. Це є основним призначенням процесу бродіння, тому що від якості процесів, що проходять саме тут залежить кінцевий результат усього виробничого циклу приготування пива.

Процеси бродіння і добродження пива вважаються трудомісткими, енергоємними. Тому кожній стадії у виробництві слід приділити окрему увагу; в межах цеху слід вирішувати основні проблеми, а саме: постійне відведення теплоти, тому що економія холоду є головною проблемою, яку потрібно вирішувати в цілях підвищення якості з найменшими витратами енергії, холоду і робочого часу.

Саме тому в проекті запропоновано реконструкція цеху бродіння із застосуванням сумісного способу збродження пивного сусла в циліндрично-конічних бродильних апаратах. Застосування цих апаратів дає змогу раціонально використовувати холод, енергію, а головною властивістю ЦКБА є скорочення часу при бродінні і добродження, тим самим, збільшення потужності цеху, а далі - прибутку заводу.

А також для підвищення продуктивності обладнання і тим самим пришвидшення процесів бродіння у даному дипломному проекті запропоновано використання збірнику попереднього бродіння для розведення ЧКД. Який дають змогу культивувати дріжджі періодичним способом, що і забезпечує підвищення продуктивності обладнання на 12 — 15% і зменшує можливість зараження ЧКД.

Дипломній проект включає пояснювальну записку — 84 с, апаратурно-технологічна схема, план і розріз (креслення) — формат А1 і демонстраційний лист — формату А1.

1. Технологічна частина

1.1 Структура підприємства

На території підприємства розташоване основне виробництво:

1.Цех сировини.

2.Варильний цех.

3.Технологічний цех.

4.Цех пляшкового розливу.

5.Цех розливу пива в КЕГи.

6.Цех розливу пива в ПЕТ пляшки.

До допоміжних відділень відносяться: енергетичний цех (холодильно-компресорний), цех регенерації діоксиду вуглецю, цех водопідготовки; електротехнічний цех, ремонтно-механічний цех.

1.2 Режим роботи цеху

Таблиця 1.1 — Режими роботи цехів та відділень

Персонал адміністративного корпусу, а також начальники цехів та відділень заводу, працюють 5 днів на тиждень по 8 годин.

1.3 Асортимент і характеристика товарної продукції

Таблиця 1.2- Обсяг виробництва пива

Таблиця 1.3 — Рецептура проектованих сортів пива

Таблиця1.4 — Фізико-хімічні показники сортів пива згідно ДСТУ3888−99

1.4 Характеристика сировини і допоміжних матеріалів

1.4.1 Характеристика сировини

Хімічні показники води мають відповідати ГОСТ 2874– —82

Таблиця 1.5 — Хімічні показники води для пива

Таблиця 1.6 — Мікробіологічні показники технологічної води

Таблиця 1.7 — Органолептичні і фізико-хімічні показники ячменю згідно ДСТУ 3769

Пивоварний ячмінь, який не відповідає вище переліченим показникам не приймають і піддають поверненню постачальнику.

Щоб запобігти використанню неякісного ячменю, проводять наступні методи контролю:

— відбір проб — згідно Згост13 586.3;

— визначення кольору і запаху — згідно з ГОСТ 10 967;

— визначення вмісту вологи у пивоварному ячмені - згідно з ГОСТ 13 586.520 144 (ISO 711 — 85); ГОСТ 29 143(ISO 712 — 85);

— життєздатність — згідно з ГОСТ 12 039;

— здатність до проростання — згідно з ГОСТ 10 968;

— натури — згідно з ГОСТ 10 842;

— білка — згідно з ГОСТ 10 846.

Визначення вмісту токсичних елементів: підготовка проб до аналізу — згідно з ГОСТ 26 929, ртуті - згідно з ГОСТ 26 031, свинцю — згідно з ГОСТ 26 932, кадмію — згідно з ГОСТ 26 933, цинку — згідно ГОСТ 26 934.

Таблиця 1.8 — Органолептичні показники світлого солоду згідно з ДСТУ 4282

Таблиця 1.9 — Фізико-хімічні показники солоду згідно з ДСТУ 4282

Примітка: Рекомендовані вимоги до якості солоду пивоварного ячмінного за показником — вміст в-глюканів, не більше: для солоду високої якості - 145 мг/л, І класу — 200 мг/л, ІІ класу — 250 мг/л — установлюють у договорі (контракті) між постачальником і покупцем.

Таблиця 1.10 — Обмежувальні норми якості хмелю гранульованого згідно з ТУУ — 01.1 — 32 313 482 — 001 — 2008

1.4.2 Характеристика допоміжних матеріалів

У процесі виробництва пива використовують допоміжні матеріали, дозволені органами охорони здоров’я України, використання яких передбачено відповідною технологічною інструкцією, затвердженою в установленому порядку — молочна кислота згідно з ГОСТ 490

Миючі засоби Під час миття з поверхні ємностей і інших видаляється залишки продукту і відкладення — такі, як білкові речовини, смоли, масла, органічні і неорганічні солі, мікроорганізми.

В процесі дезінфекції за допомогою хімічної дії, при стерилізації за допомогою термічної дії повинна бути досягнута стерильність поверхні.

Розрізняють наступні види забруднень:

— розчинні речовини, які видаляються у процесі миття;

— речовини, схильні до емульгування, але не розчинні, ці речовини слід емульгувати;

— не емульговані і не розчинні речовини, які повинні бути з емульговані після змочування.

Миючі засоби повинні відповідати таким вимогам:

— добре розчинятися у воді;

— добра миюча здатність;

— ефективність дії при низьких температурах;

— добра змочувальна здатність;

— добра утримуюча здатність по відношенню до забруднень;

— відсутність піноутворення;

— добра змивна здатність і нездатність до утворення відкладень;

— відсутність реакції з солями, які містяться у воді;

— відсутність корозійної активності;

— прості у використанні;

— не висока вартість;

— невелике навантаження на стічні води.

В теперішній час миючі засоби пропонуються у різних формах (порошок, пасти, рідини). Зазвичай перевагу надають рідкій формі, так як в цьому випадку з миючим засобам легше використовувати і легше його дозувати.

Всі миючі засоби, які використовуються містять два компоненти:

— основна речовина (їдкий натр чи кислота);

— діюча речовина (стабілізатори, розчинники, детергенти).

За величиною рН розрізняють:

— лужні, кислі і нейтральні миючі засоби;

— кислі, нейтральні і лужні дезінфікуючі засоби.

Лужні миючі засоби виготовляють переважно на основі 60 — 80%-го їдкого натрію з додаванням соди, мета силікату, поліфосфатів, тринатрійфосфату, змочуючих засобів і інгібіторів.

Кислотні миючі засоби містять фосфорну, сірчану, азотну, глюконову чи лимонну кислоти, а також інгібітори, додані до основи.

До дезінфікуючих засоби повинні відповідати таким же вимогам, що і миючі засоби.

У якості дезінфікуючих засобів переважно використовують:

— Галогеноподібні речовини (наприклад, NaOCl — гіпохлорид натрію, Cl₂ — хлор (газоподібний); окислювачі (Н₂О₂, над оцтова кислота);

— Четвертинні амонійні з'єднання, амфотезиди.

Таблиця 1.11 — Миття і дезінфекція

1.5 Вибір і характеристика мікроорганізмів-продуцентів

Пивоварні дріжджі

Збудниками бродіння є дріжджі.

Вони являють собою одноклітинні мікроорганізми рослинного походження, їх поділяють на дві великі групи: еукаріоти та прокаріоти.

Дріжджі — одноклітинні мікроорганізми, без хлорофілу, які за морфологічними ознаками відносяться до класу грибів, підкласу Ascoromycetes, сімейство Saccharomycetaceae (Endomycetaceae), рід Sachoromyces, тобто ті, які зброджують різні цукри.

У пивоварінні використовують два типи бродіння: низове (холодне) і дуже рідко верхове (тепле). Дріжджі, що спричиняють спиртове бродіння — Sacch. serevisiae (верхове) і Sacch. Carlsbergensis (низове) відрізняються між собою своїми властивостями.

Пивні дріжджі володіють цілим рядом специфічних властивостей, які відрізняють їх від дріжджів, що застосовуються в інших виробництвах. Головним показником, що характеризує активність пивних дріжджів, є ступінь зброджування сусла. Вони активно зброджують глюкозу й фруктозу, повільніше мальтозу, ще повільніше мальтотріозу. Декстрини ними не зброджуються, але роль цих речовин велика у створенні повноти смаку напою.

За ступенем збродження сусла дріжджами їх поділяють три групи:

— низько зброджуючі, що забезпечують лише 80% ступеня збродження;

— середньозброджуючі, що забезпечують 80 — 90% збродження;

— високозброджуючі, що забезпечують 90 — 100% збродження.

Ступінь зброджування сусла залежить від того, наскільки глибоко зброджується мальтотріоза. Дріжджі з низьким ступенем збродження не використовують або використовують частково мальтотріозу.

Пивні дріжджі повинні бути стійкими до етанолу, володіти високою флокуляційною здатністю, повільно і повністю осідати після головного бродіння й у кінці доброджування. Суттєвою для технології є також їх здатність осідати у вигляді пластівців. Дріжджі повинні помірно розмножуватись (давати 4 — 5 — кратне збільшення біомаси за період головного бродіння), бути стійкими до автолізу (процес само розчинення клітин дріжджів, який відбувається внаслідок біохімічних процесів розпаду складних речовин (білків, вуглеводів, жирів) під дією своїх ензимів), та дії мікроорганізмів (інфекції), зберігати протягом 10 — 12 і більше генерацій характерні для них морфолого-фізиологічні властивості.

Пивним дріжджам повинні бути притаманні також певні особливості метаболізму: помірне утворення вищих спиртів, низький рівень накопичення дикетонів, особливо діацетилу, незначне утворення сірчистих сполук; забезпечення насиченості пива вуглекислим газом, здатність до утворення ергостеролу (вміст його в клітинах становить 1,2 — 1,4%). За вмістом вітамінів групи В вони приблизно у 1,5 — 2,0 рази багатші за хлібопекарські дріжджі. Побічні продукти метаболізму дріжджів, особливо леткі речовини, відіграють важливу роль у створенні характерного аромату й смаку пива. Пивні дріжджі у своїй більшості утворюють одні й ті самі ароматичні речовини, але у різних штамів кількість їх значно коливається.

На вітчизняних заводах значного поширення набули дріжджі раси S. carlsberrgensis 776, 41,44, S — львівські, 11, 8а (М), 70, Р, F (чеські).

Дріжджі раси 776 добре зарекомендували себе на при зброджуванні сусла, що виробляють із солоду з ячменю з низьким ступенем проростання. Здатність до освітлення напою задовільна.

Дріжджі раси 44 середньозброджуючі з хорошим освітленням. Надають пиву повноти смаку і забезпечують хороші результати при використанні води з підвищеною жорсткістю.

Дріжджі раси 11сильнозброджуючі, з хорошою здатністю до освітлення. Забезпечують приємний смак і аромат пива.

Провівши літературне дослідження про показники пива, які формують на стадії бродіння і доброджування було встановлено, що на процеси перетворення таких показників пива, як діацетил і деметилсульфід впливають набір ферментів дріжджової клітини.

Діацетил О О

Він має сильний запах, є найважливішим (негативним) ароматичним компонентом і тому його кількість до деякої міри може визначити зрілість і якість готового пива. Наявність незбродженої мальтози й кисню стимулює його утворення, особливо коли розмножуються дріжджі й відбувається енергетичний обмін речовин. Надмірне його накопичення (0,1 см³/л і більше) небезпечне, тому що у нього дуже низький поріг чутливості. Подібний аромат має 2,3-пентадіон. Обидва дикетони надають пиву нехарактерного для нього «маслянистого» або «медового» присмаку. Концентрація цих речовин при доброджуванні пива зменшується, цьому сприяє тиск і «промивання» пива бульбашками СО₂.

Диметилсульфід (ДМС) являє собою водонерозчинні леткі з'єднання сірки. ДМС кипить при температурі 37 °C і може впливати на органолептичні властивості пива, особливо в невеликих кількостях на світлі сорти пива. Диметилсульфід має тіоефірне значення для аромату і смаку пива. Нормальний рівень ДМС в світлому пиві, тобто його поріг смакової чутливості становить близько 30 мг/л. В діапазоні коли диметилсульфід перевищує нормальний рівень, але нижче або приблизно 100 мг/л, він надає характерний смак деяким сортам пива. Коли його вміст становить більш ніж 100 мг/л, ДМС може надати небажаний аромат, який описується як «присмак вареної кукурудзи» .

ДМС, знайдений в пиві, може бути отримана шляхом термічного розкладання S-метил-метіонін під час сушки солоду в печі, а також при приготуванні затору, і було висловлено припущення, що це єдині причини, які сприяють утворенню ДМС.

За сучасними дослідженнями датського вченого Джорджа Хенсона будо висунено припущення, що ДМС в пиві може утворюватись завдяки ферментативному перетворенню диметилсульфоксиду (ДМСО) в ДМС пивними дріжджами.

Пивні дріжджі містять НАДФ Н залежну ферментативну діяльність, що каталізує процес перетворення ДМСО в ДМС. Метіометінінсульфоксид (MetSO) редуктази був виділений з дріжджів і може впливати на діяльність ДМСО-редуктази. Цей фермент володіє високою спорідненістю з метіонінсульфоксидом MetSO, ніж з ДМСО, а також MetSO інгібує зменшенню ДМСО. Таким чином, ступінь утворення MetSO при приготуванні сусла впливає на ступінь зниження ДМСО.

Вміст азоту в живильному середовищі також впливає на формування ДМС. Високий рівень легко засвоюваного азоту стримує діяльність ДМСО редуктази на низькому рівні, тоді як низький вміст призводить до підвищення активності ферменту. Високий вміст азоту в більшості заторів повинен тримати ДМСО редредуктазу на низькому рівні під час бродіння.

Нещодавно, відкрита рамка зчитування YER042w (ORF) була зруйнована в штамі Saccharomyces cerevisiae S288C (MATaSUC2 mal mel gal2 CUP1). Цей розрив було не в змозі зменшити напрямленим пептидом MetSO і тому зберегли лише 33% від батьківської активності скорочення. YER042w закодований фермент, що був редуктазою MetSO. Тому було запропоновано назвати отриманий ген MXР1.

Основною метою дослідження була перевірка гіпотези, що MXРI кодує фермент, відповідальний за обидва MetSO зниження і скорочення ДМСО до ДМС в процесі бродіння пивного сусла.

Пивоварні дріжджі S. carisbergensis (виробничий штам Carlsberg) (син. з Saccharomyces pastorianus) містять ген майже ідентичний MXР1, тобто MXР1-CE, а також аналогічних MXР1-CA, але який не виявляє MXР1 діяльності. Дріжджі не втрачають життєздатність в більшості лабораторних умовах, а так як тільки Mxrlp ферментативна система впливає на ДМСО зниження інактивації цих генів в пивних дріжджів може знизитися кількість ДМС утворюються під час виробництва пива.

1.6 Технологічна схема виробництва

1.6.1 Принципово-технологічна схема

Рис. 1. Принципово-технологічна схема процесу бродіння і доброджування сусла Технологічний режим збродження пивного сусла.

Процес бродіння розпочинається з першої стадії - надходження сусла до бродильного цеху, який розташований зовні від основної будівлі заводу до якого можуть входити основні циліндроконічні бродильні апарати. Освітлене сусло викачують на теплообмінник, де проходить стадія охолодження до t = 10 — 14 °C, тобто до температури бродіння.

Охолоджене сусло подають до циліндроконічного бродильного апарату. В потік сусла дозують дріжджі, які каталізують процес бродіння.

Перед подачею готових дріжджів до ЦКБА, їх спочатку потрібно приготувати. Дріжджі готуються лабораторії, методом збільшення об'єму сусла, в залежності від наростання біомаси. Розведення проходить до колби Карлзберга, а далі до збірнику розведення дріжджів, де дріжджі бродять. Для цього частину гарячого сусла з гідро циклонного апарату подають у апарат попереднього бродіння де його спочатку стерилізують, а далі охолоджують для розведення дріжджів. Весь процес приготування триває: 10 діб в лабораторії і 3 доби на виробництві. Далі дріжджі зі збірників розведення дріжджів дозують в сусло бродильного апарату.

Саме тут і розпочинається процес бродіння, під час якої сусло перетворюється в пиво, накопичуючи при цьому аромат, смак, колір. Щоб досягти хороших показників характерних пиву, потрібно створити певні технологічні умови :

— температура бродіння повинна складати 11 — 14 °C;

— постійний відведення теплоти, яка виділяється при бродінні;

— накопичення і відведення (якщо надлишок) СО₂.

Але головною умовою проходження процесу бродіння і його якісних результатів є використання високоякісних дріжджів (потрібної) властивої для цього бродіння раси. Для зброджування сусла в ЦКБА використовуємо дріжджі S. сarlbengensisse, 124 раси, тобто дріжджі низового бродіння, які добре флокулюють.

Процес бродіння закінчується, коли дріжджі перероблять весь цукор. Цей процес триває 5 діб, а далі молоде пиво з терпким смаком і неприємним запахом залишають на добродження, яке триває 3 доби. Під час бродіння і добродження пиво самокарбонізується, а коли утворюється надлишок СО₂, то його відкачують до шпунт-апарату.

Весь процес бродіння і добродження триває 8 — 20 діб, в залежності від початкової концентрації сусла.

Після закінчення добродження молоде пиво відправляють на фільтрування. Перед початком фільтрування не фільтроване пиво додатково охолоджуючись на теплообміннику до заданої температури -2 — -1°С.

У разі не відповідності по кольору до пива додають карамельний барвник (палений цукор). Після охолодження пиво перекачують у збірник не фільтрованого пива, при температурі -2°С. Для фільтрування пиво подають на свічковий фільтр.

Далі фільтроване пиво перекачують у буферний танк, а далі направляють на остаточну фільтрацію і стабілізацію.

1.6.2 Вибір та обґрунтування способів і режимів

Бродіння — це складний процес біохімічного перетворення речовин живильного середовища на нові продукти під дією ферментів деяких мікроорганізмів (пивних дріжджів). Продукти, що утворилися, набувають інших якостей, стають смачнішими і ароматнішими. А мікроорганізми, що набирають все необхідне для свого розвитку і енергію. І за рахунок цього створюють свою біомасу.

Бродіння ділиться на 2 етапи: головне бродіння, добродження.

Процес головного бродіння протікає у 4 стадій:

— Забіл — на цій стадії на поверхні сусла утворюється ніжно-біла піна. Триває ця стадія ф = 1 — 1,5 доби. Їй характерне інтенсивне розмноження дріжджів. Екстракт зменшується на 0,2 — 0,5% за кожну добу.

— Період низьких завитків - У цей час утворюється густа компактна маса піни, яка починає підніматися, посилюється виділення діоксиду вуглецю і хмелевих смол, змінюється забарвлення піни, стаючи жовтувато-коричневим. Цей період продовжується 2- 3 доби, кількість екстракту в суслі зменшується на 0,5−1%.

— Період високих завитків - У цей час стають максимальними температура та інтенсивність бродіння. Ця стадія настає на 3−4-ту добу і триває 3−4 доби. Втрати екстракту становлять 1−1,5% на добу. Завитки досягають найбільшої висоти, піна стає крихкою, піднімається вгору, кінчики завитків піни і вся поверхня набувають коричневого забарвлення.

— Утворення деки (ф = 2 доби) -. Вона характеризується спаданням піни, пластівцеутворенням дріжджів і освітленням пива. В цей період зменшується виділення бульбашок С0₂, завитки зникають, поверхня вкривається тонким шаром осілої піни, що називається покришкою або декою. Завитки опадають протягом двох днів. Екстракт знижується на 0,5−0,2% за добу. В кінці цієї стадії бродіння одержують молоде пиво.

Ненормальності головного бродіння

Відомі явища пузирчастого, киплячого та затухаючого бродіння.

Пузирчасте бродіння характеризується появою бульбашок різної величини. Це явище спостерігається у другій половині головного бродіння (3−4-та стадії) і пояснюється бурхливим виділенням діоксиду вуглецю й наявністю в деці в’язких, слизистих речовин, які утворюють на шляху виходу СО₂ еластичні, порівняно міцні оболонки із здуттям, що переходять у пузирі, й лопаються. Пузирчасте бродіння не шкідливе, його можна вважати різновидом бродіння, що викликається прискореним синтезом С0₂ внаслідок введення підвищеної кількості засівних дріжджів, надлишку в суслі різних завислих часточок і підвищення температури при теплому способі бродіння.

Кипляче бродіння відзначається сильним вируванням зброджуваного сусла також у результаті інтенсивного виділення діоксиду вуглецю (третя стадія). Місцями виникають хвилеподібні рухи з перекатом, особливо у випадках, коли оболонки тонше подрібнені при обробці солоду або коли несолоджені матеріали використовують із незначним вмістом оболонок. На якості пива кипляче бродіння не позначається.

Затухаюче бродіння характеризується слабкими завитками і недостатнім зброджуванням екстракту. Причинами цього можуть бути різке охолодження і переохолодження сусла в стадії високих завитків (третя стадія), що спричиняє передчасне коагулювання дріжджів, або присутність клейких речовин (тестинів).

Метою добродження є завершення розпочатого при головному бродінні біохімічного перетворення дріжджами, що залишилися, решток екстракту в кінцеві продукти — діоксид вуглецю, етанол, ефіри, альдегіди, вищі спирти, органічні кислоти, амінокислоти та інші. При цьому діацетил перетворюється в ацетоїн, тобто відбувається остаточне формування аромату, смаку, піностійкості й стійкості пива.

Головне бродіння триває від 7 — 20 діб, а процес добродження — в залежності від сорту пива — від 21 — 100 діб.

Зброджування пивного сусла відбувається класичним способом, на пів безперервним (метод Шалка) і безперервним способом, і сумісним способом (процес збродження пивного сусла бродіння і добродження молодого пива здійснюється в одному апараті ЦКБА.

Способи культивування дріжджів.

У пивоварінні нині застосовують періодичний, напівбезперервний способи розмноження чи культивування дріжджів.

Періодичний спосіб культивування дріжджів полягає в наступному. В дріжджанку, інокулятор або інший апарат із стерилізованим і охолодженим пивним суслом уводять маточну культуру засівних дріжджів у кількості 0,5 — 1% за об'ємом в умовах, оптимальних для росту (температура, рН, концентрація поживних речовин), розмножують і вирощують протягом 18 — 22 год. до концентрації 100 — 120 млн. клітин/мл, а потім передають у виробництво у вигляді зрілих дріжджів.

Напівбезперервний спосіб. На відміну від періодичного, при цьому способі не всі зрілі дріжджі випускають із дріжджанки або інокулятора, а тільки частину, наприклад 50%, а інші 50% залишають як засівні й подають їх насосом у другу свіжепростерилізовану дріжджанку, заповнену стерилізованим, охолодженим пивним суслом і залишають для розмноження — культивування на 10 — 12 год. Зрілі дріжджі також ділять навпіл й одну половину передають у виробництво, а другу — засівну переводять у чисту дріжджанку і т. д.

Безперервний спосіб. Суть його полягає у тому, що в одноабо багатоступеневу систему до введеної засівної культури безперервно подають стерильне, охолоджене сусло й у міру заповнення системи зрілі дріжджі розмножують.

Кількісно приплив сусла в систему дорівнює відтоку з неї, але об'єм його не повинен перевищувати оптимальні параметри (розмір та форму) та фізіологію дріжджів. При безперервному способі продуктивність обладнання підвищується до 60% і більше. Основна складність у процесі його освоєння полягає в забезпечення стерильності, у зв’язку з чим виникає необхідність в суміщенні дискретних значень припливу, відтоку і дрібної профілактичної стерилізації апаратури, де здійснюється культивування дріжджів.

Тому для культивування дріжджів обираємо періодичний спосіб тому, що він зменшує можливість зараження ЧКД.

Способи збродження пивного сусла

Класичний спосіб зброджування У класичній технології дотримуються двоступеневого бродіння за яким відразу після головного бродіння (перший ступень) молоде пиво звільнюється від основної маси дріжджів, охолоджується і доброджує (другий ступень), а також дозріває.

Головне бродіння відбувається в апаратах відкритого і закритого типу, що знаходяться на першому поверсі, а добродження в лагерних апаратах, які знаходяться в підвалі чи напівпідвалі, або ж поверхом нижче від бродильного цеху. Підземні приміщення менше піддаються впливу зовнішнього середовища, в них легше підтримувати оптимальну температуру, а надземні - краще вентилюються, просушуються, освітлюються денним світлом.

Процес головного бродіння триває 7 діб з моменту введення дріжджів для сортів пива з початковим вмістом екстракту в суслі 11 — 13%та 8 — 10 діб для сортів з більшим вмістом екстракту, його проводять у спеціальних апаратах прямокутної та циліндричної форми, серед яких найбільш розповсюдженні горизонтальні бродильні апарати. По закінченню головного бродіння молоде пиво температурою не більше 5 °C перекачують в закриті бродильні апарати на доброджування і дозрівання.

Метою добродження є завершення розпочатого при головному бродінні біохімічного перетворення дріжджами, що залишилися, решток екстракту в кінці продукти — діоксид вуглецю, етанол, ефіри, альдегіди, вищі спирти, органічні кислоти, амінокислоти та інші. При цьому діацетил перетворюється в ацетоїн, тобто відбувається остаточне формування аромату, смаку, піностійкості й стійкості пива.

При оцінці готовності пива до числа основних показників включені: концентрація діацетилу та органічних сірчистих з'єднань, але в основному враховують органолептичні показники. На практиці встановлено, якщо пиво було мало витримане або ж перезріле — воно має поганий смак і низьку стійкість. Кожен сорт досягає найкращої якості при достатньому насиченні його зв’язаним СО₂, доброму освітленні, необхідному ступені збродження, м’якому та приємному смаку по проходженню деякого часу.

Виробництво пива в ЦКБА ЦКБА являє собою вертикальний циліндричний резервуар з конічним днищем і кількома поясами охолодження, що дозволяє встановлювати індивідуальний температурний режим за висотою апарата. Апарат виготовляють з нержавіючої сталі й внутрішня його поверхня полірується.

При виробництві пива сусло, що надійшло з варильного відділення охолоджують до температури 10 °C попередньо аерують стерильним повітрям, максимальна температура бродіння — не вище 14 °C. Апарат повинен заповнюватись за 2 — 3 прийоми, але не довше 1 — 2 діб.

Рис. 2. Циліндрично-конічний бродильний апарат (ізоляція частково видалена):

1 — площадка для обслуговуючого персоналу; 2- купол апарату з арматурою; 3 — труби з кабелем и дренажна труба, прокладені під ізоляцією; 4- гніздо для термометра; 5- мала зона охолодження для доброджування; 6, 8 — зони охолодження для бродіння; 7- ізоляція; 9 — з'єднання для підведення рідкого аміаку, с клапанами; 9авідводи для аміаку, що випаровується; 10- конічна зона охолодження; 11 — патрубок з люком обслуговування DN 450, який знаходиться на конусі; 12- пробний кран; 13- труба, по якій подають і відводять з куполу (СО₂; повітря; CIP) покладена під ізоляцію; 14- шпунт-апарат; 15- вимірювач рівня, лічильник випорожнення апарату.

В потік аерованого сусла задається чиста культура дріжджів або насіннєві дріжджі.

Протягом перших двох діб температура підвищується до 14 °C. При цій температурі протягом 5 — 6 діб проводиться головне бродіння при тискові 0,04 — 0,05 МПа.

Після цього охолоджують нижню конусну частину до температури 2 °C для осадження дріжджів. Після доброджування протягом 6 — 7 діб дріжджі випускають, а пиво «промивають» СО₂. Карбонізоване пиво витримують ще 1 — 2 доби, потім передають на фільтрування й розливання. Звільнений апарат миють водою, дезінфікують і ополіскують стерильною кип’яченою водою за допомогою миючої головки.

Таким чином, процес бродіння й добродження пива в ЦКБА потребує у два рази менше часу, ніж при приготуванні його за класичною технологією.

1.6.3 Опис апаратурно-технологічної схеми

Свіжозварене частково охолоджене сусло з варильного цеху подають на повне охолодження до температури бродіння на пластинчастий теплообмінник 1.

Охолоджене до t = 10 — 14 °C сусло аерують (насичують киснем) в аераторі 2 і подають у циліндрично-конічний бродильний апарат 4 де і проходить процес бродіння і добродження пивного сусла.

В потоці по лінії подачі сусла до ЦКБА в сусло одночасно дозують попередньо підготовлені дріжджі зі резервуару попереднього бродіння 3, який слугує для розведення ЧКД.

Після задачі дріжджів в ЦКБА розпочинається головне бродіння. В кінці головного бродіння ЦКБА охолоджують і відбирають надлишкові і виробничі дріжджі через конус ЦКБА і перекачують насосом для дріжджів 5 на станцію рекуперації дріжджів 6, а далі вакуум-насосом для дріжджів 8 перекачують у збірники виробничих 7 і надлишкових дріжджів 9.

Після зняття дріжджів дозріле пиво поступає на додаткове охолодження на пластинчастий теплообмінник 10.

Далі пиво поступає на процес освітлення і фільтрування.

Для рівномірної подачі його збирають у збірники не фільтрованого пива 11. Звідки і подають у дозатор кізельгуру 12, а далі на насосом для не фільтрованого пива13 пиво перекачують у кізельгурів свічковий фільтр 14, для фільтрування.

Після фільтрування пиво надходить до буферного танку 15.

А далі профільтроване пиво направляють на остаточну фільтрацію і стабілізацію.

1.7 Продуктові розрахунки

цех бродіння пиво сусло Вихідні дані

Таблиця 1.12 — Асортимент і характеристика готової продукції

Таблиця 1.13 — Рецептура проектованих сортів пива

Таблиця 1.14 — Характеристика сировини

Таблиця 1.15 — Втрати на стадіях виробництва пива

Розрахунок продуктів Приймаємо, що завод виробляє 36 млн. дал/рік пива, з яких 80% типу

11%-го (75% у пляшках і 25% у кегах), 20% типу 13%-го.

Вихід товарного пива визначаємо за формулою:

де , — вихід напівпродуктів з рідкою фазою в цехах відповідно варильному, бродіння і розливу.

У розрахунках виходу сусла у варильному цеху враховують. Що об'єм сусла у процесі охолодження зменшується на 4%.

Втрати під час розливу 11%-го пива знаходять як середньозважені за нормами витратами:

Вихід по сортах за умови, що значення втрат прийняті для орієнтовного розрахунку, становитиме для пива:

11%-го Втрати на розлив 13%-го пива становлять 2,5,тому що темне пиво розливається лише у пляшки.

13%-го Загальні втрати з рідкою фазою становитимуть для пива:

11%-го

13%-го Об'єм напівпродуктів у різних виробництвах визначається також з урахування втрат.

Для одержання 1 дал товарного 11%-го пива потрібно:

пива — фільтрованого

дал;

молодого сусла — холодного гарячого Аналогічно для одержання 1 дал 13%-го потрібно:

пива-фільтрованого молодого сусла — холодного гарячого Витрати сировини, кг, на 1 дал пива розраховують за формулою :

де е — масова частка сухої речовини у початковому суслі,%; d — відносна густина сусла; Е — екстрактивність зернопродуктів у перерахунку на ПСР,%; - втрати екстракту в дробині,%; - вихід товарного пива,%.

Екстрактивність сировини для прийнятих сортів пива у перерахунку на ПСР становитиме:

для світлого солоду вологістю 5,6%

для несолодженого ячменю — 75%, темного солоду — 74,0%, карамельного солоду — 72,0%.

для темного солоду вологістю 5,0%

для карамельного солоду вологістю 6,0%

для несолодженого ячменю вологістю 15,0%

Приймаємо, що для приготування 11%-го пива потрібно 85% світлого солоду і 15% ячмінного борошна.

Середньозважена екстрактивність зернопродуктів Е дорівнює

За такого складу сировини і втрат з дробиною 1,5% екстракту норма витрат сировини на 1 дал пива N буде становити в тому числі солоду світлого несолодженого ячменю Темне 13%-е пиво готують з такої суміші солодів: 50% - світлого, 44% - темного, 6% - карамельного. Отже екстрактивність сировини Е дорівнює:

Втрати сировини N на 1 дал пива становлять У тому числі солоду:

світлого темного карамельного Витрати хмелю визначають за нормативною формулою з урахуванням основного вмісту в ньому альфа-кислот, що дорівнює 3,5%, вологості - 13%. Величину втрат з рідкою фазою одержано раніше в цьому розрахунку. Отже витрати хмелю на 1 дал пива :

11%-го

13%-го Вторинна сировина. Пивна дробина містить всі речовини зернової сировини за винятком екстракту, що перейшов у сусло.

Для приготування 1дал 11%-го пива згідно з наведеним розрахунком потрібно 1,5 кг солоду вологістю 5,6% і 0,27 кг ячмінної муки вологістю 15%. Втрати екстракту в дробину 1,5%.

Кількість сухої дробини дорівнюватиме за рахунок:

солоду ячменю Кількість сирої дробини вологістю 80% становитиме :

Кількість сухої дробини і виробництві 1 дал 13%-го пива дорівнює за рахунок солоду:

світлого темного карамельного Кількість сирої дробини становить:

Кількість хмелевої дробини втричі більша за кількість використаного хмелю.

Приймаємо, що весь зароджуваний екстракт — мальтоза. Його зброджування відбувається за рівнянням тобто з 342 мас.ч. мальтози утворюється мас.ч. діоксиду вуглецю і 184 мас.ч. спирту.

Для 11%-го пива дійсний ступінь зброджування приймаємо 49. За наведеними розрахунками об'єм холодного сусла на 1 дал пива дорівнює 1,0669 дал, а маса його За 11%-ї концентрації сусло містить екстракту З цієї кількості екстракту зброджується У процесі зброджування виділяється діоксид вуглецю Приймаємо, що вміст зв’язаного діоксиду вуглецю становить 0,3% маси пива, тобто його кількість дорівнює

Вільного діоксиду вуглецю під час зброджування 1 дал 11%-го сусла виділяється Для 13%-го пива дійсний ступінь зброджування приймаємо 69%. За наведеним розрахунком об'єм холодного сусла на 1 дал пива дорівнює 1,076 дал, а його маса За 13%-ї концентрації сусло містить екстракту З цієї кількості екстракту зброджується У процесі зброджування виділяється діоксид вуглецю З цієї кількості зв’язується пивом

і виділяється вільного СО₂

Розрахунок дріжджів Доза дріжджів у розрахунку на рідкі вологістю 88% при періодичному способі бродіння становить 0,5%, в ЦКБА — 0,7% об'єму сусла. Вихід осадових дріжджів після бродіння за періодичного способу становить 1, безперервного — 1,5, у ЦКБА — 1,5 — 2,0 об'єму на один об'єм дріжджів, які вводять на бродіння.

Таблиця 1.16 — Зведена таблиця продуктового розрахунку виробництва пива

1.8 Розрахунки основних і допоміжних матеріалів

1. Пляшки. Потрібну загальну кількість пляшок для безперервної роботи заводу протягом року, а також кількість нових та оборотних пляшок визначають за такими формулами:

;

;

.

де Q — річний випуск продукції в пляшках, л; V — місткість пляшки, л; K_б — кількість розбитих пляшок при зберіганні, митті й розливі,%; K_н — кількість пляшок, не повернених від населення,%; n — кількість оборотів пляшок на рік.

Загальна кількість пляшок на рік становить:

середній бій пляшок 3%, не повертається населенням 5% пляшок, кількість оборотів пляшок на рік 40

кількість нових пляшок:

кількість оборотних пляшок:

2. Ящики. Загальна кількість ящиків визначають за формулою:

де N_заг — загальна потрібна кількість пляшок, тис. шт.; К_зн — коефіцієнт зносу ящиків,%; 20 — кількість пляшок в ящику Кількість оборотних ящиків визначається за формулою:

Коефіцієнт зносу ящиків складає 2%, кількість оборотів ящиків за рік 40, нових ящиків буде потрібно 10% від оборотних.

Загальна кількість ящиків становить:

Оборотна кількість ящиків дорівнює:

Кількість нових становить:

3. Кеги. Загальна і оборотна кількість кегів для заводу розраховуються за формулами:

де Q — річний випуск продукції в кегах, млн. дал пива; V — місткість кегів, дал; n — кількість оборотів кег за рік.

Завод розливає 7,2 млн. дал пива за рік у кеги місткістю 50 дал, кількість оборотів кегів за рік 40.

Загальна потрібна кількість кегів складає:

Оборотна кількість:

4. Кронен-пробки і етикетки.

Згідно норм на 1 дал напою потрібно 104,5% кронен-пробок і 103% етикеток від кількості пляшок готової продукції і в середньому 20,9 етикетки, що на річний випуск пляшкової продукції потрібно:

кронен-пробок ;

етикеток

5. Луг для миття пляшок.

В середньому його витрачається із розрахунку 1000 — 1100 кг на 1 млн. пляшок продукції. На річний випуск продукції потрібно лугу:

6. Клей декстрин для наклеювання етикеток на пляшки.

На наклеювання етикеток на пляшки місткістю 0,5 л витрачається 5,5 кг на 1 дал пива (0,275 кг на 1000 пляшок).

На річний випуск пива в пляшках місткістю 0,5 л потрібно декстрину:

1.9 Розрахунок і підбір обладнання

Обладнання бродильного цеху Головне обладнання цеху — ЦКБА. Розрахунок проводимо враховуючи, два сорти пива — 11% Львівське 1715 і 13%-го Львівське темне), а також із врахуванням відомої кількості основного обладнання. Основою для розрахунку потужності бродильного цеху слугує об'єм холодного сусла, отриманого за рік для кожного сорту пива, об'єм і обертаємість апарата.

Процес зброджування ведеться з урахуванням наповнення, звільнення, санобробки 12 — 17 діб, в тому числі бродіння і доброджування 8 — 13 діб.

Режим роботи — 338 діб на рік, а в місяць — 29,8 діб.

Загальна кількість ЦКБА становить 30 шт., з яких 24 повною ємністю — 300 м³, а 6 — 20 м^3.

де 225 м^3, 24 м³ — складає корисний об'єм з урахуванням коефіцієнту заповнення ЦКБА (0,8−0,95).

Розрахунок річної потужності цеху бродіння в асортименті: 80% пива 11%-го (тривалість бродіння 8 діб, втрати з рідкою фазою за нормою становлять 8,3%) і 20% пива 13%-го (13діб, 9,3%). Робоча місткість бродильної апаратури становить — 622 200 дал.

Середньозважена тривалість циклу зброджування сусла Тср становить:

Середньозважені втрати Квтр дорівнює:

Річна потужність Q становить де V_заг — загальна місткість ЦКБА, дал; Ткількість днів роботи цеху на рік, Т= 338 діб/рік; К_зап — коефіцієнт заповнення апарата; Т_ср — середньозважена тривалість циклу, діб; Т_об — час на оброблення, тобто заповнення, випорожнення, миття апарата, для ЦКБА — 2 доби; К_втр — коефіцієнт для врахування втрат з рідкою фазою від сусла або від молодого пива до товарного пива.

Обладнання дріжджового відділення Приміщення для установки для розведення дріжджів обладнується холодильною установкою для підтримування температури 17 — 18 °C. Приймаємо для заводу потужністю 36 000 000 дал пива на рік 1установку, яка складається з одного апарату — резервуару попереднього бродіння об'ємом 5000л.

Додаткове обладнання дріжджового цеху.