УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУСЛА
WORT PREPARATION APPARATUS

Изобретение относится к пивоваренному производству и может быть применено на пивоваренных заводах любой мощности, а так же может быть применено для производства сусла для производства кваса и спиртового производства.
Одним из основных участков производства пива является участок производства пивоваренного сусла - варочный порядок. В настоящее время существует большое разнообразие варочных порядков, но реализуют они общий способ производства пивоваренного сусла, состоящий из 4 шагов:
1. На первом шаге происходит процесс затирания, при котором дробленый солод или смесь солода с несоложенным сырьем смешивается с водой и согласно выбранной технологии затирания производится нагрев/охлаждение полученного затора согласно установленным температурным кривым, при котором крахмал под действием присутствующих в солоде ферментов превращается в сахара. Длительность данного процесса обычно составляет 2-3 часа. При использовании отварочных способов затирания добавляется дополнительный заторный аппарат, позволяющий отбирать в процессе затирания часть затора, отваривать его и возвращать обратно в первый заторный аппарат. Данные способы затирания широко применяются для использования несоложенного сырья и при применении некачественного солода, а так же для увеличения выхода конечного продукта из солода.
2. В дальнейшем затор перемещается в фильтр-чан (или майшфильтр), в котором происходит отделение дробины от сусла. Длительность данного процесса так же обычно составляет 2-3 часа. Здесь следует подчеркнуть, что фильтр-чан или майшфильтр являются наиболее дорогостоящими установками в составе варочного порядка.
3. Полученное сусло перемещается в сусловарочный аппарат, в котором происходит его кипячение с хмелем, длительность которого обычно составляет 1-1.5 ч.
4. На последней стадии происходит процесс выделения белкового осадка из горячего сусла, при котором сусло подается тангенциально в вирпул. Осадок оседает на дне вирпула, в его центре, а с боку отводится горячее охмеленное сусло. Длительность данного процесса обычно составляет 20-60 минут. Иногда, вместо вирпула применяется декантер, при этом осадок горячего сусла естественным образом оседает на дне в процессе нахождения сусла в декантере. Длительность данного процесса обычно составляет 1-2 ч, а так же иногда применяется процесс сепарирования сусла на сепараторах. Однако именно вирпул получил наибольшее распространение. (Вольфганг Кунце. Технология солода и пива. - С-Петербург, «Профессия», 2001).
Все современные варочные порядки, реализующие этот способ, имеют три основных недостатка:
1. Дороговизна варочного порядка. Причем, как уже отмечалось ранее, наиболее дорогой частью всего варочного порядка является именно фильтрационная установка - фильтр-чан или майшфильтр, стоимость которого колеблется от 40 до 60% стоимости всего варочного порядка.
2. Большие габариты варочного порядка. И вновь, в случае применения фильтр-чана именно он занимает наибольшее пространство варочного цеха, что же касается майшфильтра, то к его недостаткам можно отнести необходимость относительно частой замены расходных материалов, как-то: фильтрующих мембран и отжимающих мембран.
3. Длительность цикла получения пивного сусла. Как уже отмечалось ранее, процесс затирания занимает около 3 часов, столько же процесс фильтрации, процессы же варки сусла и отделения белкового осадка в среднем занимают по 1 ч, и того 8 ч на 1 цикл. Здесь следует подчеркнуть, что именно первые два шага - затирание и фильтрация занимают большую часть времени приготовления пивного сусла - около 6 часов, тогда как процессы варки сусла с хмелем и отделения белкового осадка всего 2 часа.
Для решения вышеуказанных недостатков многие компании производят оборудование, позволяющее, соблюдая вышеописанный способ приготовления сусла, проводить некоторые стадии последовательно, но в одном и том же оборудовании. Так были разработаны двухаппаратные системы производства пивоваренного сусла, в которых процессы затирания и кипячения сусла происходят последовательно в комбинированном аппарате для затирания и кипячения, а фильтрационный аппарат совмещен с вирпулом, обеспечивая последовательные процессы фильтрации и отделения белкового осадка. Данные технические решения наиболее актуальны для мини- и микропивоварен и пивоваренных систем средней производительности. При этом удалось решить проблемы дороговизны варочного порядка и больших габаритов, длительность же цикла осталась такой же. Кроме того, ввиду применения последовательно одного и того же оборудования для разных шагов получения сусла производительность таких установок резко упала. К примеру, если классическая 4-аппаратная установка для производства пивоваренного сусла способна производить 8-14 варок в сутки, в зависимости от длительности стадий затирания и фильтрации, то двухаппаратные системы производят лишь 4 варки, то есть производительность упала в 3 раза.
Из уровня техники известны решения, направленные на проведение процессов затирания и фильтрации в одном аппарате. Например, в патенте РФ на способ и установку изготовления пива (№2119941, 10.10.1998) описана установка, содержащая заторно-сусловарочный котел, в корпусе которого выполнены кольцевая и донная рубашки, сообщающиеся с подачей хладагента, и установлен вертикальный шток с поперечинами, связанный с реверсивным приводом подачи, устройства циркуляции и нагрева сусла, аккумулятор горячей воды, холодильная машина и танк. В верхней части котла смонтирован люк под оснащенной реверсивным приводом с вариатором сетчатый съемный контейнер, установленный на поперечинах штока. Эта установка реализует способ, предусматривающий намывание слоя дробины в сетчатом контейнере за счет циркуляции через него затора.
Недостатком данного устройства является сложность предлагаемого конструкционного решения ввиду добавления дополнительных подъемных механизмов и приводов и необходимости решать вопрос с выгрузкой дробины из контейнера, при этом увеличивается цикл получения пива и увеличиваются потери сусла, оставшегося в дробине. Это объясняется тем, что диаметр сетчатого контейнера в данном случае не может быть больше диаметра самого заторного аппарата, ввиду чего получается слишком высокий слой дробины на сетчатой поверхности. Современные фильтрационные аппараты в варочном порядке значительно превосходят в диаметре заторный аппарат того же варочного порядка, обеспечивая высоту слоя дробины от 30 до 65 см (книга Людвига Нарцисса. Пивоварение, том 2. Технология приготовления сусла. - М., «Элевар», 2003). Кроме того, данное техническое решение, при применении его в варочном порядке вместо заторного и фильтрационного аппаратов, так же снизит общую производительность варочного порядка до 4 варок в сутки, поскольку аппарат будет в течение до 6 ч и более занят последовательно процессами затирания и фильтрации.
Предлагаемое изобретение позволяет решить все вышеперечисленные недостатки, а именно значительно сократить дороговизну оборудования, значительно сократить его габариты, уменьшить длительность цикла производства пивного сусла и обеспечить от 8 до 14 варок в сутки, в зависимости от длительности процесса затирания.
Это достигается тем, что установка для приготовления сусла содержит корпус, снабженный средствами нагрева/охлаждения, внутри которого размещена подвижная емкость, снабженная средствами отделения и отвода сусла, в которой помещены один или несколько водопроницаемых контейнеров-мешочков с затираемым сырьем.
Подвижная емкость может представлять собой перфорированный барабан, установленный с возможностью вращения.
Подвижная емкость может иметь на внутренней стенке средства для подъема и сброса контейнеров-мешочков с затираемым сырьем либо мешочек может быть закреплен на стенке подвижной емкости.
Последовательно к ней может быть подключен аппарат для охмеления сусла и/или отделения белкового и/или хмелевого осадка.
Для обеспечения возможности проведения процесса затирания отварочными способами, параллельно к ней может быть установлена еще одна или несколько таких же установок, в которой будет происходить отварка затираемого сырья, находящегося в контейнерах-мешочках, после чего отделенная жидкая фаза будет перекачиваться в установку для приготовления сусла.
По существу предлагается решение производства сусла с совмещенной фазой затирания и фильтрации, которое предусматривает внесение в установку для получения сусла водопроницаемых контейнеров-мешочков с затираемым сырьем. После чего начинается процесс затирания, например, инфузионным способом (предлагаемый способ не исключает возможность проведения различных методов затирания). Контейнеры - мешочки, вносимые в установку, могут быть как одноразовыми по типу чайных пакетиков, так и многоразовыми, и их масса может колебаться от 5 г до 100 кг в зависимости от производительности установки. Количество и масса этих мешочков подбирается исходя из соображений обеспечения наилучшего выхода сусла из массы затираемого сырья, в зависимости от конструктивных особенностей, например соотношении габаритов емкости, наличия элементов, воздействующих на процесс перемешивания. Ввиду того, что затираемое сырье находится в водопроницаемых мешочках, частицы дробины не переходят непосредственно в сусло, вследствие чего процессы затирания и фильтрации оказываются совмещенными. Поэтому после окончания процесса затирания и удаления мешочков с отработанной дробиной полученное сусло подвергается процессу охмеления, минуя фазу фильтрации, и в дальнейшем, процессу отделения белкового осадка.
Собственно использование мешочков для размещения в них солода для получения сусла было известно в народе еще с древних времен, когда в льняной мешочек насыпали смолотый солод, добавляли туда хмель. На край стола ставили самовар, так чтобы его кран был над полом. Под краном на полу ставили большую кастрюлю, в которую помещали мед. Кипяток из крана должен литься непрерывно. Кипяток проливают в мешочек с солодом средней струей, а гущу солода часто перемешивают. Когда в кастрюлю нальется около 10 литров раствора, кран закрывают, жидкости дают остыть, затем вливают дрожжи и проводят брожение (cм.http://beersite.narod/ru/pivoz/html). Однако, как это видно, данное решение неприменимо в промышленном масштабе и современном развитии техники в виду его примитивности. Не исключено образование застойных зон экстрагируемого солода и хмеля. А так же данный способ не в состоянии обеспечить выбранные пивоваром температурные профили для процесса затирания и соблюдение уже выработанных рецептур.
Техническим результатом заявленного изобретения является то, что значительно сокращается время получения сусла за счет совмещения процессов затирания и фильтрования, то есть нет необходимости после затирания подвергать сусло циркуляции для его фильтрования даже, если это проводится в одном аппарате; повышается эффективность фильтрования за счет исключения попадания частиц затираемого сырья в получаемое сусло, обеспечивается эффективность экстракции за счет активного перемешивания сырья в подвижной емкости, исключается образование застойных зон, то есть вся масса затираемого сырья равномерно подвергается экстрагированию. Тем самым, снижается себестоимость конечного продукта, за счет того, что длительность процесса получения сусла согласно предлагаемому способу значительно сокращена, а производительность варочного порядка соответствует максимальной производительности классического 4-аппаратного варочного порядка - 8-14 варок в сутки против 4 при использовании патента, указанного выше. Повышается качество сусла. Это обусловлено тем, что затор не перекачивается, поглощение воздуха минимально, что является позитивным фактором, поскольку кислород при затирании ведет к окислению полифенолов, а с ним - и к размыванию вкуса и более высокой цветности готового пива.
Как отмечалось выше, изобретение позволяет значительно сократить дороговизну оборудования, значительно сократить его габариты, уменьшить длительность цикла производства пивного сусла до 3-5 часов вместо традиционных 5-8 часов ввиду совмещения процессов затирания и фильтрации и обеспечить от 8 до 14 варок в сутки, в зависимости от длительности процесса затирания
Установка реализует способ с совмещенной фазой затирания и фильтрации, она включает установку для получения сусла, узел охмеления сусла и узел отделения белкового осадка. Причем узел охмеления и узел отделения белкового осадка могут представлять собой как отдельно стоящее оборудование, так и совмещенный аппарат для охмеления сусла и отделения белкового осадка. Установка для получения сусла включает в себя корпус, снабженный системой нагрева/охлаждения сусла, внутри которого размещена подвижная емкость, снабженная системой отвода сусла, в которую и помещаются контейнеры-мешочки с затираемым сырьем, либо мешочек закрепляется на внутренней или внешней стенке подвижной емкости.
Сущность заявленного решения поясняется описанием установки.
На фиг.1 представлена технологическая схема установки для получения сусла, а на фиг.2 и фиг.3 изображена сама установка для получения сусла, на фиг.4 и фиг.5 изображена возможная конструкция подвижного перфорированного барабана. На фиг.6 и фиг.7 изображена установка для получения сусла с аппаратом для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка, на фиг.8 - ее технологическая схема.
Установка получения сусла фиг1, фиг.2, фиг.3 содержит корпус 1, установленный на вибро-опорах, подвижную емкость 2, расположенную внутри корпуса и представляющую собой перфорированный барабан с ребрами 4 для подъема и сброса контейнеров - мешочков 13 с затираемым сырьем при перемешивании, либо с закрепленным на внутренней или внешней стенке подвижной емкости мешочком 14, привод барабана 3, насос 5, систему нагрева сусла 6, которая может быть как электрической, так и паровой или газовой, патрубок для подачи воды 7, моющую головку СИП 8, грязеуловитель-фильтр 9 для задержки кусочков дробины, все-таки перешедших сквозь мешочек в сусло, дренажный клапан 10, клапан распределения потока на циркуляцию сусла или выдачу готового неохмеленного сусла 11 и донный клапан 12.
Установка на фиг.6, фиг.7, фиг.8 содержит установку для получения сусла 22, состоящую из элементов, описанных выше и на Фиг.1, фиг.2, фиг.3, а так же аппарат для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23, содержащий корпус 24, патрубок для подачи воды 25, моющую головку СИП 15, тангенциальный вход для вирпулирования 16, дренажный клапан 17, насос 18, донный клапан 19, систему нагрева/охлаждения сусла 20, которая может быть как электрической, так и паровой или газовой, и боковой клапан для отвода готового сусла 21.
Установка работает следующим образом.
В перфорированный барабан 2 через люк в корпусе 1 установки для приготовления сусла 22 вносятся мешочки с затираемым сырьем, либо мешочек укрепляется на внешней или внутренней стенке подвижной емкости и затем внутрь вносится затираемое сырье. Люк герметично закрывается, включается подача воды в количестве согласно выбранной технологии затирания. Включается привод барабана на невысоких оборотах, обеспечивающий с помощью ребер 4 подъем мешочков, либо затираемого сырья в случае с одним зафиксированным мешочком, в процессе вращения барабана и падение их на поверхность набранной воды с точки, где гравитационные силы преодолевают силы трения и центробежные силы, действующие на мешочек. Начинается непосредственно сам процесс затирания согласно выбранной технологии. Необходимого температурного режима при этом добиваются с помощью системы нагрева/охлаждения сусла 6. Затирание производится с постоянным либо периодическим вращением барабана на низких оборотах, обеспечивающим с помощью ребер 4 подъем мешочков, либо затираемого сырья в случае с одним зафиксированным мешочком, в процессе вращения барабана и падение их на поверхность набранной воды. С помощью насоса 5 организуется постоянная либо периодическая циркуляция жидкой среды через грязеуловитель - фильтр 9, который задерживает частицы дробины, все-таки перешедшие через мешочек в жидкую фракцию, и клапан распределения потока 11. Длительность процесса затирания соответствует выбранной технологии затирания. После окончания процесса затирания, который в зависимости от выбранной технологии длится от 2 до 3 часов, полученная жидкая фракция - неохмеленное сусло откачивается насосом 5 в аппарат для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23. После чего включается вращение барабана на максимальные обороты, обеспечивающие отжим остатков жидкой фракции из мешочков с затираемым сырьем. После чего включается подача воды, вращение барабана на низких оборотах и производится промывка мешочков для более полного использования затираемого сырья. Полученные промывные воды так же перекачиваются насосом 5 в аппарат для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23. Вновь вращение барабана переводится на максимальные обороты и происходит окончательный отжим мешочков, полученная жидкая фаза вновь закачивается в аппарат для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23, а отжатые мешочки, либо один мешочек в случае с одним зафиксированным мешочком, извлекаются из барабана через люк на корпусе 1 установки для получения сусла 22. На этом совмещенная фаза затирания и фильтрации этого цикла заканчивается и в установку для получения сусла загружается новая партия мешочков с затираемьм сырьем для следующего цикла затирания. Неохмеленное же сусло, закачанное в аппарат для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23, подвергается охмелению согласно выбранной технологии и рецептуре. Нагрев сусла производится за счет системы нагрева/охлаждения сусла 20, а циркуляция за счет насоса 18 через донный клапан 19. Длительность данного процесса обычно составляет около 1 часа, после же окончания процесса охмеления в этом же аппарате начинается процесс вирпулирования - отделения белкового и/или хмелевого осадка, для чего донный клапан 19 закрывается и открывается боковой клапан 21 и начинается циркуляция горячего охмеленного сусла с помощью насоса 18 через тангенциальный вход 16, обеспечивающая создание необходимого вращения сусла в корпусе аппарата для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23, результатом которого является осаждение белкового и хмелевого осадка на дне корпуса 24. Длительность этого процесса составляет обычно до 40 минут, после чего циркуляция прекращается и через боковой клапан 21 отводится готовое пивное сусло. Полученный же осадок вымывается через донный клапан 19 после отвода готового сусла. После этого аппарат для охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка 23 готов и ожидает приема новой партии неохмеленного сусла из установки для приготовления сусла 22, в которой уже подходит к концу совмещенная фаза затирания и фильтрации.
При выработке опытной партии пива с использованием способа получения сусла с совмещенной фазой затирания и фильтрации отмечалось высокое качество, отмеченное высшим дегустационным баллом.
Для обеспечения возможности проведения процесса затирания отварочными способами, параллельно к установке для приготовления сусла, установлена еще одна или несколько таких же установок, в которой будет происходить отварка затираемого сырья, находящегося в контейнерах-мешочках, после чего отделенная жидкая фаза будет перекачиваться в установку для приготовления сусла.
Предлагаемое решение позволяет:
1. значительно сократить дороговизну варочного порядка, поскольку наиболее дорогостоящее оборудование - узел фильтрации затора отсутствует;
2. значительно сократить габариты варочного порядка опять же ввиду отсутствия узла фильтрации затора;
3. значительно сократить длительность цикла получения пивного сусла с 5-8 ч до 3-5 ч ввиду совмещения процесса затирания и фильтрации;
4. обеспечить производительность варочного порядка от 8 до 14 варок в сутки в зависимости от длительности совмещенного процесса затирания и фильтрации;
5. снизить энергопотребление варочного порядка опять же ввиду отсутствия отдельного узла фильтрации затора;
6. снизить остаточное содержание сусла в дробине ввиду отжима контейнеров-мешочков за счет центробежных сил.