Проект варильного відділення виробництва пива одновідварним способом

Проект варильного відділення виробництва пива одновідварним способом

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет "Львівська політехніка"

Кафедра технології органічних продуктів

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового проекту з дисципліни

"Технологія галузі"

на тему: "Проект варильного відділення виробництва пива одновідварним способом"

Зміст

Вступ

.        Техніко - економічне обґрунтування

.        Науково - теоретичні основи проекту

.        Характеристика сировина, напівпродуктів, готової продукції, допоміжних матеріалів та енергетичних засобів

.        Опис технологічної схеми

.        Розрахунок продуктів і матеріальний баланс

.        Тепловий баланс

.        Норми витрат основних видів сировини, матеріалів, енергетичних ресурсів

.        Характеристика побічних продуктів, промислових викидів і відходів виробництва

.        Технохімічний і мікробіологічний контроль виробництва

Висновки

Список літератури

пиво сировина витрата викид

Вступ

Виробництво пива - надзвичайно складний і досить тривалий біотехнологічний процес. На першому етапі зерно замочують, пророщують і піддають термічній обробці з метою перетворення його у солод, збагачений активними ферментами. Потім із подрібненого солоду в результаті ферментативних перетворень крохмалю та білків пивне сусло, яке за допомогою дріжджів та їхніх ферментів зброджують на пиво.

Пиво - це слабоалкогольний напій, виготовлений із зернової сировини і хмелю, шляхом бродіння спеціальними видами пивних дріжджів. Широко використовують й інші зернові та бобові культури.

У другій половині ХІХ століття виробництво пива в світі збільшилося майже у два рази і продовжувало невпинно зростати протягом усього ХІХ століття аж до 1995 р. включно.

Пивоварна промисловість набуває значного розвитку, виробництво пива досягло найвищого рівня за всі роки існування України - 147,6 млн. дал за рік при споживанні на душу населення 28,9 л.

В даний час все більше уваги приділяється якості пива, що виробляється та реалізується в Україні. Нові підходи до проблеми якості вимагають усе більш повного обліку виробниками ринкового фактора, зрушення від адміністративних важелів контролю якості до переважно організаційно-економічних заходів управління якістю, переходу до гнучкої системи стандартизації, що дозволяє виробникам оперативніше реагувати на мінливі вимоги внутрішнього і зовнішнього ринку до якості товарів, організації роботи з переходу в перспективі до забезпечення високої якості продукції.

Проблема підвищення якості одна з головних задач розвитку економіки нашої країни. В останні роки у всіх передових у технічному відношенні країнах відзначається зростаючий інтерес до підвищення якості продукції.

1. Техніко - економічне обґрунтування

Cировинoю для вирoбництвa пивa є coлoд та його замiнники y виглядi несолoджених зернoпродуктів, хмiль, вода та дріжджi.  Пивне сусло - основний напівфабрикат для виготовлення пива, яке являє собою полідисперсну систему, що містить цукристі, білкові та хмелеві речовини. Одним із важливих фaктoрів, що впливає нa хaрaктeр мaйбyтньoгo пивa, є вибiр cпoсoбy затирання в процесі пригoтyвaння пивнoгo cycлa.

Спосіб затирання залежить насамперед від якості вихідної сировини, яка входить до обраної рецептури напою. Метою курсового проекту є вибір та обґрунтування cпoсобу затирання, який дозволить отримати якісні показники сусла, підвищити його вихід та скоротити енерговитрaти y варильному цеху.

Існує два методи приготування пивного сусла: періодичний і безперервний.

При здійсненні безперервної технології сусла треба найтонше подрібнювати зернову сировину, щоб з нього одержати помел у вигляді борошна. При подальшій переробці такого борошна або не потрібне фільтрування затору, або його проводять на фільтрпресах.

Періодична технологія не вимагає такого подрібнення, отже і проведення такого процесу є простішим.

Для подрібнення солоду в загальному використовують тільки спеціальні вальцеві дробарки: дво-, чотири-, і шестивальцеві дробарки. У даному проекті використовують шестивальцеві.

Існують дві групи способів затирання: настійні і відварні.

Для настійного способу вихід екстракту нижчий, ніж при відварному, але в заторі краще зберігаються амілолітичні та протеолітичні ферменти, в суслі більше міститься амінокислот і мальтози. У суслі, приготовленому настійним способом, мало декстринів, тому зброджується воно глибше. Настійний спосіб затирання зернової сировини в основному застосовують при одержанні сусла для верхового бродіння.

Переваги настійних способів полягають насамперед у наступному: допускають легку можливість здійснити автоматизацію процесу; сприяють більш низькому споживанню енергії, чим відварні способи;

Недоліком є менший вихід екстракту, ніж при відварному, але в заторі краще зберігаються до фільтрування амілолітичні та протеолітичні ферменти.

Відварні способи затирання. Загальним для відварних способів затирання є те, що частину затору відбирають і кип΄ятять. Після зворотного перекачування температура всього затору підвищується. По числу цих відварок розрізняють три-, дво- і одновідварні способи затирання. В перелічених способах можливі варіанти як температур, так і тривалості пауз. Загальним для всіх режимів є те, що під час нагрівання швидкість підвищення температури повинна становити 1˚С за 1хв.

Одним з недоліків відварних способів є те, що для затирання зернової сировини необхідні два заторних апарати для основного затору й відвару ,- отже велика металомісткість установки.

У зв'язку з кип'ятінням затору при відварних способах споживається більше енергії (у середньому на 20%), чим при використанні настійних способів.

Для даного проекту вибрано одновідварний спосіб, і він полягає в тому, що в заторний апарат набирають ½ усієї води, яку витрачають на один затір, нагрівають її до такої температури, щоби після внесення подрібненого солоду температура досягла 37˚С. Заторна маса підігрівається парою, яка подається в сорочку апарату. Затір витримують 30 хв. при температурі 40-42̊ С - цитолітична пауза. У цій паузі не крохмальні речовини гідролізують за участю цитолітичних ферментів. Надалі затір нагрівають до 50-52̊ С і витримують білкову паузу протягом 30 хв. У білковій паузі протеолітичні ферменти розщеплюють білки до амінокислот. При цьому нагромаджується невелика кількість пептидів, поліпептидів, які необхідні для живлення дріжджів.

Після проведення білкової паузи при вимкненій мішалці  затору (густа маса) спускають у відварний апарат для проведення відварки. Цю частину затору називають відваром. У відварному апараті заторну масу при перемішуванні підігрівають до 60-62̊ С і витримують при цій температурі мальтозну паузу 20 хв. , в якій нагромаджується за участю амілолітичних ферментів основний цукор-мальтоза, далі її підвищують до 70-72̊ С і витримують 15хв. оцукрюючи паузу, в якій проходить повністю гідроліз крохмалю до розчинення декстринів. Після оцукрювання масу нагрівають до кипіння і кип`ятять 20хв., для інактивації ферментів.

Прокип`ячену відварку повертають у заторний апарат, нагріваючи нею основний затір до температури мальтозної паузи 60-62̊ С і в апараті проводять процес нагромадження мальтози протягом 20-30 хв. Надалі піднімають температуру до 70-72̊ С і витримують у стані спокою 30 хв. оцукрюючи паузу. Потім затір нагрівають до 76-77̊ С для повного оцукрення.

. Науково - теоретичні основи проекту

Мета затирання - переведення у розчин якомога більше сухих (екстрактивних) речовин. Щоб перевести їх у розчин, необхідно створити сприятливі умови для дії гідролітичних ферментів, в т.ч. амілолітичних, протеолітичних і цитолітичних.

Основними засобами регулювання ферментативних процесів при затиранні є температура, pН середовища і інактивація ферментів шляхом кип’ятіння частин затору. При затиранні продовжуються ті ферментативні процеси, що розпочалися ще при пророщуванні ячменю.

При затиранні солоду і інших зернопродуктів відбувається багато різних процесів: фізичних, біохімічних і хімічних. На перших стадіях затирання у розчин переходять речовини, які не потребують участі ферментів: низькомолекулярні вуглеводи, амінокислоти, пентозани, мінеральні солі, ферменти, гіркі речовини оболонок зерна (фізичні процеси).

Найважливішу частину процесів затирання складають біохімічні процеси.

В основному, це гідроліз складових частин ендосперму зернопродуктів під дією гідролітичних ферментів.

Цитолітичні ферменти інтенсифікують процес гідролізу геміцелюлоз, внаслідок чого звільняються крохмальні зерна і підвищується активність амілолітичних ферментів і гідроліз крохмалю.

Оптимальні умови дії цитаз: рН 5, Т-40-45 0С. При Т-50 0С цитолітичні ферменти повністю руйнуються. Ступінь гідролізу некрохмальних полісахаридів оцінюють за вмістом гумі-речовин та β-глюкану у витяжці з солоду. Пентозани та β-глюкани, які є основними складниками целюлоз розщеплюються за схемою:

У суслі вони повинні становити не більше 200 мг/лПаралельно проходить вилучення небажаних дубильних речовин з оболонок зерна.

Цитолітичні ферменти гідролізують некрохмальні поліцукри (геміцелюлози, гумі- та пектинові речовини) до пентозанів, -глюкану, арабінози, ксилози і глюкози. Оптимальними умовами для дії цих ферментів є температура 40-45˚С і pН 5,6.

Протеолітичні ферменти (протеази і пептидази) гідролізують білки. До 15 % білкових речовин гідролізуються в процесі солодорощення. Із загальної кількості білків, що є в солоді, під дією пептидаз при затиранні до сусла переходить приблизно 35 %. Інша частина білків, навпаки, при кип’ятінні коагулює.Білки зерна під дією протеолітичних ферментів розщеплюється за схемою:

Процес коагуляції відбувається в дві стадії: спочатку білки денатурують, коли їх молекули переходять із ліофільного стану у ліофобний (дегідратований стан), вони знаходяться у вигляді дуже дрібної суспензії, а потім настає збільшення дегідратованих міцел - коагуляція. Частина білкових речовин, яка не гідролізуться ні при солодорощенні, ні при затиранні, залишається у дробині.

Температура 50˚С в процесі гідролізу найсприятливіша для накопичення низькомолекулярних фракцій білків, температура 60˚ С сприяє максимальному накопиченню високомолекулярних фракцій, важливих для утворення піни і повноти смаку готового пива. Надмірна кількість цих фракцій може викликати білкове помутніння. Оптимальне pН для дії протеолітичних ферментів 5,5.

Амілолітичні ферменти гідролізують крохмаль, який вже зазнав дії ферментів при пророщуванні майже на 20 %. Зміни крохмалю під час затирання протікають в три стадії: клейстеризація, розрідження і оцукрення. Щоб прискорити процес гідролізу його необхідно спочатку оклейстеризувати - нагріти з водою. Зерна крохмалю набухають, поглинаючи воду, потім лопаються і утворюють в’язкий гомогенний розчин. Температура, за якої крохмальний клейстер набуває найбільшої в’язкості, називається температурою клейстеризації. Вона відмінна для крохмалю різних культур: ячмінного - 60-80˚ С, рисового - 80˚ С, кукурудзяного - 65-75˚ С.

В присутності амілаз температура клейстеризації зменшується приблизно на 20˚ С. Клейстеризована маса крохмалю являє собою мережу, що утворилася з розгалужених ланцюгів молекул амілопектину, вічка якої заповнені розчином амілози.

Крохмаль зерна під дією α-амілаз розщеплюється за схемою:

Під дією α-амілази при температурі 65-70˚ С і при pH 6,0 відбувається розрідження крохмального клейстеру. Інактивується цей фермент при температурі 80˚ С.

Крохмаль зерна під дією β-амілаз розщеплюється за схемою:

Під дією - α -амілаз відбувається одночасно з процесом розрідження і процес оцукрення крохмалю. Під терміном „оцукрення" розуміють не процес перетворення крохмалю у глюкозу, а припинення зміни забарвлення розчину йоду при його змішуванні з декількома краплями затору. Оптимальними умовами для дії β-амілази є температура 60˚ С і pН 5,6, при 70˚ С вона інактивується.

Змінюючи температуру, тривалість витримки затору при певних температурах, а також рН, можна регулювати ферментативні й нефермативні процеси і змінювати вихід екстракту.

Режими температурних пауз при затиранні:

)        початок затирання при температурі 40-45˚С для розрідження затору під впливом цитолітичних та інших фермантів, руйнуються клітинні стінки ендосперму і готують білок і крохмаль до гідролізу. При цій температурі амілази мало активні, вони легше розріджують крохмаль. Протеази більш активні і глибше розщеплюють білки. Головне на цій стадії не дозволити білкам розщепитися.

)        температура 50-52˚С - білкова пауза, оптимальна для дії пептаз; тривалість паузи 20 - 30 хв і залежить від структури солоду. Під час цієї паузи розщеплюються білки до бажаних продуктів: при 50˚С нагромаджуються амінокислоти і при 60˚С - пептиди і поліпептиди.

)        температура 60-62˚С - мальтозна пауза. Β-амілаза нагромаджує зброджувані цукри, які відповідають у пиві за спирт і вуглекислий газ. Тривалість - 30хв.

)        температура 70-72˚С - оцукрюючи пауза, вона близька до температури руйнування α-амілази, нагромаджуються декстрини, незброджуючі цукри.

)        температура 78˚С - α-амілази, протеази і цитази інактивовані. Β- амілази інактивуються недокінця. При цій температурі затір переливають у фільтраційний чан.

Фільтрування затору - відокремлення сусла від дробини з найменшими втратами екстрактивних речовин. Оскільки після відокремлення сусла, дробина ще утримує значну кількість екстрактивних речовин, їх доводиться вимивати водою, тому процес розділення затору поділяють на дві частини: 1) фільтрування першого сусла; 2) промивання дробини водою (вимивання екстракту, який утримує дробина).

Для успішного фільтрування затору необхідне рівномірне розподілення дробини по всій площі фільтрувальної перегородки. Фільтрування затору базується на принципах молекулярної та конвективної дифузії (рівняння Пуазейля).

Сприятливими умовами для успішного фільтрування сусла є не дуже тонкий помел, добре розчинення солоду під час затирання, особливо білкових речовин. В разі коли оболонки солоду не дуже подрібнюються вони утворюють пухкий шар дробини, в якому затримуються залишки алейронового шару, паростків зародку, клітинних стінок і часточки білків, які скоагулювали під час затирання.

На першій стадії фільтрування на фільтраційному апараті фільтрується 69усього сусла протягом 90 хв. Промивання водою триває 120 хв. доки концентрація СР не зменшиться до 0,5 %.

При застосуванні фільтрпреса перше сусло фільтрується за 30-35 хв. і при цьому отримують 85-90 % від всього сусла. Друга стадія (промивання дробини) триває 75-90 хв. при тиску 0,25-0,28 МПа.

На сучасних фільтрпресах використовують тонкий помел солоду (на молоткових дробарках) і весь процес триває 60-90 хв.

Мeтою кип’ятiння сусла з хмелeм є стабілiзація йогo хімічного складy шляхом iнактивації феpментів, стерилізація сусла, довeдення концентрації сухих речoвин до початкової шляхом видалeння надлишкової води випаровуванням, ізомеризація гірких α-кислот хмелю, їх розчинення (охмеління сусла), збагачeння сусла цінними ароматичними речовинами хмелю, кoaгуляцiя нeстійких білкових речoвин. Після кип’ятiння сусла отримують охмeлене сусло, яке після освітлення і охолодження направляють на бродіння

Кип’ятіння сyсла з хмeлем є oдним з оснoвних пpоцесів пригoтування пивного сусла, що здійснюються у сусловарильних апаратах з прямим, паровим обігрівом та обігрівом гарячою водою. Кип’ятіння може відбуватися при атмосфeрнорму тиcку або зa низького нaдлишкового тиcку (вище атмосферного при температурі 104…106оС).Метою охмелення є:

         інактивація ферментів, яка необхідна для збереження певного сталого хімічного складу сусла.

         стерилізація сусла. Сусло містить ряд мікроорганізмів, кількість яких різко зростає при пониженні температури фільтрування. Якщо не знищити мікроорганізми, вони переходять у сусло, змінюють характер бродіння, псують пиво, викликають різні хвороби;

         доведення сусла до певної концентрації та густини.

-        коагуляція білкових сполук - надзвичайно важлива при кипінні сусла, бо тоді протеїни та дубильні сполуки хмелю випадають в осад у вигляді пластівців. В основі процесу лежить теплова коагуляція, яка протікає у два етапи. Перший - властиво, денатурація білків, коли білок з гідрофільного золю переходить у гідрофобний, але денатуровані білки не осідають, бо мають власні електричні заряди, що не дозволяють їм зближуватись, і другий - коагуляція, викликана дубильними сполуками, які завдяки потужнім зарядам з’єднуються з білками, утворюючи грубі пластівці і осідають у вигляді грубого осаду, або бруху. На денатурацію і коагуляцію впливає ряд чинників:

Розчинення та перетворення гірких сполук хмелю. На даній стадії проходить розчинення та перетворення хмелевих речовин - гірких кислот і хмелевих олій, які надають пиву специфічний хмелевий та гіркий смак, підвищують опірність пива бактеріальній інфекції, передають суслу і пиву речовини, які допомагають процесам виділення небажаних колоїдів. Хміль дозволяє створити фільтруючий шар і відокремити сусло від речовин, що випали при кипінні. Гіркі сполуки хмелю перетворюються у поверхнево активні і покращують піностійкість пива. Більше хмелю - більше піни.

Гіркі сполуки хмелю складаються з хмілевих смол та гірких хмілевих кислот. Їх класифікація грунтується на здатності до розчинення в різних середовищах і на особливостях впливу на якість охмелення сусла. Схематично гіркі сполуки хмелю можна представити так:

При кипінні сусла з хмелем вихід ізогумулонів і гіркота пива залежить від:

природи ізогумулонів (найкраще ізомеризується когумулон), від сорту хмелю;

від тривалості кипіння: чим більший час, тим більший вихід ізогумулонів. На початку кип’ятіння вихід великий, в кінці зменшується (за 30хв кипіння утворюється до 50% ізомерів, а за 90хв майже максимальна їх кількість). Після двогодинного кип’ятіння ізомеризація припиняється і дальше починають нагромаджуватись гумулінові кислоти, які не мають гіркого смаку. Тому тривале охмелення приводить до втрати гіркоти;

чим рН більше тим краща ізомеризація (при рН 5,2-5,6 ізомеризація збільшується на 25%, а при рН 5,8 - на 40%), але при низьких рН гіркота більш тонка і вирівняна.;

концентрації гумулонів: чим більша норма хмелю, тим вихід ізогумулонів менший, бо вони осаджуються разом з білковимим комплексами;

температури: чим вища температура, тим інтенсивніше проходить ізомеризація (Топт = 106-107 0 С);

ступеню подрібнення хмелю: більше подрібнений, краща екстракція та вихід;

видалення хмелевих олій. При кипінні хмілева олія випаровується тим більше, чим довше кипить сусло, але залишаються у ньому компоненти як низько, так і високолеткі, що позитивно і негативно впливають на смак пива. Хмелева олія окиснюється, тому надає пиву неприємного аромату. Різні складники хмілевих олій володіють різними по силі і сприйняттю запахами, які бажано зберегти, оскільки вони формують специфічний аромат пива. Технологічно це досягається додаванням хмелю у декілька заходів бажано при кінці кип’ятіння;

Видалення летких фракцій, що псують органолептику пива. При кипінні випаровується диметилсульфамід. Щоб повністю від нього позбутися, кип’ятити треба довго, бажано при високих температурах або створити умови динамічного кипіння - збільшити поверхню теплообміну.

Видалення дубильних речовин. Фенольні сполуки (антоціаногени, катехини) розчинні у воді, відразу переходять у розчин і з білками утворюють комплекси. Якщо їх не осадити, вони погіршують колірність, стійкість пива, бо полімеризуються. У невеликих кількостях доповнюють смак і гіркоту.

Під час охмелення змінюється колір сусла, бо карамелізуються цукри, нагромаджуються меланоїдини, переходять у розчин барвні сполуки хмелю. Гаряче охмелене сусло завжди темніше за пиво, яке з нього виготовляють, бо при бродінні колір втрачається.

Метою охолодження та освітлення сусла є зниження температури, насичення його киснем повітря й осадження завислих часточок. Залежно від методів бродіння (низове, верхове) сусло охолоджують до 6-7 або 14-16˚С.

При проході через хмелевіддільник із гарячого сусла видаляється значна маса білків, що осаджуються. Білкові речовини, які знаходяться в ньому у вигляді тонких завислих часточок, із зниженням температури виділяються у вигляді сирої мулистої маси. Гаряче сусло, стискаючись із киснем повітря, підвищує свій окисний потенціал, що сприяє коагуляції й осадженню білків.

Сусло поглинає кисень фізичним і хімічним шляхами. Розчинення останнього починається із зниженням температури сусла. Фізичне - відбувається при низьких температурах і концентрації сусла, перемішуванні та тонкому його шарі.

.        Характеристика сировини, напівпродуктів, готової продукції, допоміжних матеріалів та енергетичних засобів

Основною сировиною для виробництва пива "Львівське світле":

v  ячмінний світлий солод

v  рисова січка

v  ферментний препарат

v  хміль

v  вода

v  дріжджі

Солод - це заздалегідь замочене, проросле в штучних умовах й при цьому збагачене активними ферментами зерно різних видів зернових культур. У пивоварній промисловості солод є основною сировиною для виробництва пива, тому важливими технологічними процесами є сушіння і термічна обробка солоду, що надає йому особливого аромату, кольору й смаку Для забезпечення якісних змін і тривалого зберігання свіжо пророслий солод піддають зневодненню та термічній обробці (температура 70 - 150˚С), чим створюють умови для хімічних і біохімічних реакцій усередині зернівок.

Органолептичні показники світлого солоду

Хміль - багаторічна дводомна рослина із сімейства конопляних. У пивоварінні використовують тільки жіночі незапліднені суцвіття - хмельові шишки. Завдяки тому, що хміль містить гіркі речовини, ефірні олії, поліфеноли, він являється незамінною сировиною для пива. Тому що саме хміль надає пиву характерного аромату та смаку. Саме він збільшує тривалість зберігання пива, поліпшує піностійкість. Із застосуванням хмелю пиво збагачується фітогормонами, токоферолами, комплексом вітамінів. На заводі застосовується у виді гранул. Згідно державних стандартів хміль зберігають у приміщеннях,де підтримується температура 2^оС.

Найважливішими компонентами хмелю для пивоваріння вважаються ефірні масла та хмелеві смоли. Хмелеві смоли - найважливіша група натуральних природних компонентів, утворених цілим комплексом біохімічних сполук, які надають пиву приємної гіркоти. Це переважно α-кислоти. Їхні ізомерні похідні є основними носіями гіркоти.

Хімічний склад сухого хмелю

§  вода - 10-14%;

§  клітковина - 12-16%;

§  азотисті речовини - 15-24%;

§  без азотисті екстрактивні речовини - 25-30%;

§  зола - 6-9%;

§  хмелеві смоли - 10-20%;

У виробництві пива вода є основною сировиною, оскільки від її якості залежать органолептичні властивості напою, його смак та стійкість готової продукції. Сольовий склад води впливає на рН, а отже, й на швидкість та глибину ферментативних процесів, розчинність хмельових смол, бродіння. Для приготування пива використовують воду з артезіанських джерел, які розташовані поруч з заводом. Хімічний склад цієї води зумовлює повну відповідність державним стандартам.

Для пивоварного виробництва найважливішими є вміст солей, лужність, співвідношення іонів кальцію та магнію, рН.

Дріжджі - це одноклітинні мікроорганізми, які забезпечують процес бродіння. Дріжджі використовуються для приготування не лише пива, а й хліба, вина, квасу. У пивоварінні використовуються спеціальні раси дріжджів. Розрізняють дріжджі верхового та низового бродіння. Пивні дріжджі завжди повинні бути мікробіологічно чистими, швидко зброджувати сусло й осідати на дно, утворювати чисте освітлене пиво з повним смаком та ароматом.

Дріжджі містять у середньому 25% сухої речовини і 75% води. До складу сухої речовини дріжджів входять:

v  азотовмісні речовини - 35-65 %;

v  безазотвмісні екстрактивні речовини - 20-63 %;

v  жири - 2-5 %;

v  мінеральні речовини - 5-11 %;

Таблиця 1 Технічні вимоги до якості сировини, матеріалів і напівпродуктів

.        Опис технологічної схеми

Відповідно до апаратурно-технологічної схеми варильного відділення, потоком 4 подається солод в бункер 1 , а звідти на полірувальну машину. Полірований солод потоком 5 подається на шестивальцеву дробарку 3 і через автоматичні ваги 4 направляється у бункер 1′. Рисова січка аналогічно потоком 4′ через бункер 1, через ваги 4 подається у бункер 1′ для подальшої переробки несолодженої сировини.

Подрібнені солод і рисова січка надходять потоком 5 і 4' у заторний апарат 5 для приготування затору. До нього зверху потоком 1х подається вода для підготування затору , а знизу потоком 2 - пара для підігріву заторної маси і апарату. Потоком 1к виводиться конденсат. Також в заторний апарат на початку затирання вносять ФП потоком 6 та молочну кислоту потоком 6′ для підкислення . Воду для затирання набирають половину розрахункової кількості, а потім - одночасно подрібнений солод і залишок води після перемішування. Заторна маса підігрівається парою, яка подається в сорочку апарату. Затір витримують 30 хв. при температурі 40-42̊ С - цитолітична пауза. У цій паузі не крохмальні речовини гідролізують за участю цитолітичних ферментів. Надалі затір нагрівають до 50-52̊ С і витримують білкову паузу протягом 30 хв. Швидкість нагріву - 1̊ С за хвилину. При витримці пауз мішалку вимикають. У білковій паузі протеолітичні ферменти розщеплюють білки до амінокислот. При цьому нагромаджується невелика кількість пептидів, поліпептидів, які необхідні для живлення дріжджів.

Після проведення білкової паузи при вимкненій мішалці  затору (густа маса) спускають потоком 7 у відварний апарат 6 для проведення відварки. Цю частину затору називають відваром. У відварному апараті 6 заторну масу при перемішуванні підігрівають до 60-62̊ С і витримують при цій температурі мальтозну паузу 20 хв. , в якій нагромаджується за участю амілолітичних ферментів основний цукор-мальтоза,дварку кип далі її підвищують до 70-72̊ С і витримують 15хв. оцукрюючи паузу, в якій проходить повністю гідроліз крохмалю до розчинення декстринів. Після оцукрювання масу нагрівають до кипіння і кип`ятять 20хв., для інактивації ферментів.

Прокип`ячену відварку потоком 7 повертають у заторний апарат 5, нагріваючи нею основний затір до температури мальтозної паузи 60-62̊ С і в апараті 5 проводять процес нагромадження мальтози протягом 20-30 хв. Надалі піднімають температуру до 70-72̊ С і витримують у стані спокою 30 хв. оцукрюючи паузу. Потім затір нагрівають до 76-77̊ С для повного оцукрення. У подальшому оцукрюючу масу за допомогою насоса 7 потоком 8 перекачують у фільтраційний апарат для відділення солодової дробини, яка потоком 9 надходить на реалізацію, а відфільтроване сусло потоком 10 надходить у хмелеварильний апарат 9, де завдають потоком 11 хміль у 3 заходи, і кип`ятять з хмелем 2 год. Охмелене пивне сусло потоком 12 подається у хмелевідділювач 10, де відділяється хмелева дробина. Воно потоком 13 відправляється на реалізацію, а гаряче сусло потоком 14 насосом 7 перекачується на стадію освітлення і охолодження.

Норми технологічного режиму

. Розрахунок продуктів

Визначення кількості продуктів на 100 кг. зернової сировини

"Львівське світле" пиво продуктивністю 3 млн.дал виготовляють згідно заданої рецептури: світлий солод - 80%,

рисова січка - 20%.

Витрата зернової сировини на на 1 дал пива складає - 1,825 кг.

1.      Розрахунок продуктів за рідкою фазою

Світлий відлежаний ячмінний солод перед подрібненням полірують. Втрати при поліруванні становлять 0,5% до маси сировини.

У даному разі, маса полірованого солоду у кг складатиме:

=;

== 79,6 кг.

При  маса сухих речовин в солоді рівна:

=;

== 75,3 кг;

Екстрактивність світлого солоду Е=77% . Маса екстрактивних речовин в солоді у кг складає:

=;

= = 57,98 кг;

При рисової січки маса сухих речовин в рисовій січці становить:

=;

= = 17 кг.

Екстрактивність рисової січки Е = 85,5%. Отже, Маса екстрактивних речовин в рисовій січці у кг становить::

=;

= = 14,45 кг;

Загальна маса сухих речовин у 100 кг зернової сировини становить:

 =  + ;

 = 75,3 + 17 = 92,3 кг;

Загальна маса екстрактивних речовин у 100 кг зернової сировини становить:

.31+3.52 +3.62 = 71.45 кг.

 =  + ;

 = 57,98 + 14,45 = 72,43 кг;

Втрати екстракту в дробині  2,8% до маси зерно продуктів або маса сухих речовин, які залишаються у пивній дробині становлять у кг:

= ;

 Q - загальна маса зернопродуктів, кг, Q = 100кг

= = 2,8 кг.

В сусло перейде наступна маса екстрактивних речовин, кг:

  - ;

 = 72,43 - 2,8 = 69,63 кг.

сухих речовин, які залишившись в дробині, кг,

 =  -

 92,3 - 69,63 = 22,67 кг.

2.      Визначення кількості проміжних продуктів

Розрахунок гарячого сусла

Концентрація сусла, яке йде на бродіння для "Львівського світлого" пивастановить 11%. Маса гарячого охмеленого сусла зі 100 кг зернової сировини у кг становить:

 ;

е - масова частка сухих речовин в початковому суслі, %

 = 633 кг.

Об`єм сусла при 20^о С у дал рівний:

 ;

 - відносна густина сусла при 20 С = 1,0526

- коефіцієнт перерахунку з л. в дал.

 = 60,14 дал., або  = 601,36 л.

Коефіцієнт об`ємного розширення при нагріванні сусла до 100 <sup>о</sup> С рівна 1,04. З розрахунком того коефіцієнта об`єм гарячого сусла:

= 60,14 * 1,04 = 62,55 дал. або 601,36 * 1,04 = 625,4 л.

Розрахунок холодного сусла

Втрата сусла в хмелевій дробині, осаді і на змочування трубопроводів становить 6,0 % від об’єму гарячого сусла. Об`єм холодного сусла, дал:

 ;

 = 58,797 дал. або 625,4 * 0,941 = 588,50 л.

Розрахунок молодого пива

Об`єм молодого пива при бродінні періодичним способом у дал рівний:

 ;

 = 57,44 дал, де

 - втрати пива в бродильному цеху становлять 2,3%

Розрахунок фільтрованого пива

- втрати в цеху доброджування і фільтрування, = 2,7% .Об`єм фільтрованого пива у дал складає:

 ;

 = 55,88 дал.

Розрахунок готового пива

Розрахунок товарного пива

Втрати під час розливання становлять 2-3% від об’єму фільтрованого пива. При втраті 3% вихід готового пива складатиме:

;

 = ;

 = = 54,76 дал.

Загальні видимі втрати пива у рідкій фазі:

 ;

Загальні видимі витрати для пива становлять, %:

 = ;

 =  = 12,45 %.

3.      Розрахунок інших видів сировини

Визначення витрати хмелю,

При розрахунку витрати пресованого хмелю виходимо із норми гірких речовин хмелю на 1 дал гарячого сусла або в г на 1 дал пива, яка для "Львівського світлого" пива складає 1,2 г /дал. При вологості хмелю 12 % та вмісті альфа кислот 3 % його витрата складе:

H =  ; =  = 38,94 г.

Витрата пресованого хмелю ( в г. на 100кг зернопродуктів):

 = Н *

 = 38,94 * 54,76 = 2132,36г = 2,132 кг.

Розрахунок витрати ферментних препаратів

Для приготування пивного сусла використовуємо ферментний препарат витрата якого згідно нормативам [літ] становить0,003 кг на 100 кг зернопродуктів

Розрахунок витрати молочної кислоти

Для підкислення затору використовуємо 100 % молочну кислоту в кількості 0.08 кг на 100 кг зернової сировини.

Розрахунок витрати технологічної води

Гідромодуль затирання складає 1: 3.5. Отже кількість технологічної води для процесу приготування сусла складатиме: 3.5*100 = 350 кг.

Кількість технологічної води для промивання дробини рівний її кількості на головний налив - 350 кг.

Для розрахунку кількості води для заливки сит фільтраційного апарату, розрахуємо добову кількість зернової сировини для заданої продуктивності 3 млн дал пива на рік.

Кількість пива, яку необхідно приготувати щоденно становить:

х =  = 9146,34 дал/добу,де 328 - кількість робочих днів у році.

Кількість зернової сировини, яку необхідно переробити щоденно становить:

,34 * 1,825/1 = 16692,1 кг., де 1,825 - кількість зерна для 1 джал пива

Виходячи із добової витрати зерно продуктів вибираємо чотирьох варильний агрегат, який щоденно переробляє 19.8 т зерна із кількістю засипу

на один затор - 5.5 т. кількість варок на добу - 3.6.

Даний варильний агрегат містить у комплекті фільтраційний апарат діаметром 5.85 м. площею фільтрації - 26.8 м², висотою під ситового простору - 0.012 м.

 =S *h = 26,8 * 0,012 * 3,6 = 1,158

На 100 кг зерно продуктів кількість води для заливки сит складе:

 = 21,054 кг.

Кількість води для промивки дробини становить:

 = 350 -  = 350 - 21,054 = 328,946 кг.

+350+5.84 = 705.84 кг

Розрахунок витрати дріжджів

Кількість дріжджів для зброджування пивного сусла складає 0. 8 кг на 10 дал холодного сусла: 0.8 *58,797 /10 = 4,7 кг

. Розрахунок відходів виробництва пива

Розрахунок солодової дробини

Кількість солодової дробини на 100 кг зернопродуктів згідно нормам при варінні пива становить 189,2 кг [літ]. Вихід дробини зі 100 кг затертих

зерно продуктів становитиме = 189,2 кг.

Розрахунок хмелевої дробини

Кількість хмелевої дробини на 100 кг зернопродуктів згідно нормам при варінні Львівського пива становить 6,6 кг. кг [літ].

Розрахунок білкового відстою

На 100 кг зернопродуктів утворюється 1,75 кг білкового відстою вологістю 80%.

Розрахунок відстою у танках доброджування

Кількість відстою при витримці "Львівського світлого" пива отримуємо 1,33 л на 100 кг зернопродуктів.

Розрахунок надлишкових дріжджів

У процесі зброджування пивного сусла кількість пивних дріжджів зростає в 6 раз. Отже, кількість залишкових дріжджів становитиме:

4,7*6 =28,2кг.

Розрахунок вуглекислоти

До бродильного відділення надходить 588,5 л холодного сусла. Маса його при густині 1,0526 становить

588,5*1,0526 = 619,45 кг.

При концентрації 11% сусло містить екстракту

(619,45*11)/100 = 68,14 кг.

Справжній ступінь збродження беремо 56%. Отже екстракту збродить:

68,14*0,56 = 38,15 кг.

Під час бродіння виділяється вуглекислоти6 (38,15*44*4)/342 = 19,6 кг.

Вміст вуглекислоти в пиві складає 0,34%, тоді:(619,45*0,34)/100 = 2,106 кг.

Отже, вільної вуглекислоти на 100 кг зерно продуктів виділиться:

19,6 - 2,106 = 17,5 кг.

 Зведена таблиця розрахунку продуктів пива

6. Тепловий баланс

Тепловий баланс для відділення приготування пивного сусла складаємо на одну варку. Виходячи із добової витрати зернопродуктів вибрано чотирьох варильний агрегат, який щоденно переробляє 19.8 т зерна із кількістю засипу на один затор - 5.5 т. Кількість варок на добу - 3.6. Отже, кількість засипу на один затор складе 5.5 т зерна, а саме:

світлого ячмінного солоду: 5500*80/100 = 4400 кг,

рисової січки: 5500*20/100 = 1100 кг. *

Кількість води на один затір складе:

 = 5500 * 3,5 = 19250 кг.

Сумарна маса затору одного затору:

 = 19250 + 5500 = 24750 кг.

Для приготування затору вибираємо пару при 108,7ºС з ентальпію пари  та ентальпією рідини

.Тепловий баланс на стадії затирання

1.1. Кількість тепла на нагрів води (у кДж) від 12̊ ^оС до 40̊ ^оС становить:

 =  *  * ∆t;

де -  = 4,19 (кДж/кг К)

 = 19250 * 4,19 * (40-12) = 2258410 кДж

Визначена витрата пари (у кг) для підігріву води становить:

 = ;

 =  = 1008,5 кг.

1.2. Визначимо температуру затору після змішування водизернової сировини:

 *  *  +  *  *  =  *  * ;

де -  = 3,63 (кДж/кг∙К);

 = 1,423 (кДж/кг∙К);

 = 12˚ C

 =  ;

 =  = 36.95 ˚ C

2. Визначення кількості тепла (у кДж) та витрати пари (у кг) для нагріву затору від 36,95 ºС до 40 ºС:

 = 24750 * 3,63 * (40-36,95) = 274019,625 кДж

Маса пари:

 =  = 122,36 кг.

3. Витрата тепла та пари на витримку цитолітичної паузи 40 ^оС скаладає 5% від кількості тепла на підігрів:

 =  = 274019,625 * 0,05 = 13700,98кДж

 =  * 0,05 = 122,36 * 0,05 = 6,118 кг

С:

 = 24750 * 3,63 * (52-40) = 1078110 кДж

 =  = 481,43 кг.

5. Кількість теплоти та пари при витримці білкової паузи при 52 ˚С

 = 1078110 * 0,05 = 53905,5 кДж

 = 481,43 * 0,05 = 24,07 кг

Розрахунок витрати тепла на відварку

Для відварювання відбираємо  частини затору:

 = 8250 кг - маса відварки.

. Підігрів відвару від 52 до 63  С

 = 8250 * 3,63 * (63 - 52) = 329422,5 кДж

 =  = 147,10 кг.

7. Витримка при 63  С

 = = 329422,5 * 0,05 = 16471,1 кДж

 = 147,10 * 0,05 = 7,355 кг

8. Підігрів відвару від 63 до 72 С

 = 8250 * 3,63 * (73 - 63) = 269527,5 кДж

 =  = 120,36 кг.

9. Витримка при 72  С:

 = = 269527,5 * 0,05 = 13476,37 кДж

 = 120,36 * 0,05 = 6,02 кг

 відвару до 100  С:

 = 8250 * 3,63 * (100 - 72) = 838530кДж

 =  = 374,45 кг.

 відвару при 100  С

 = 838530* 0,05 = 41926,5 кДж

 = 374,45 * 0,05 = 18,723 кг

Розрахунок витрати тепла напрідігрів затору після змішування відварки

Після змішування відварки з основним затором температура затору піднімається до 63  С

63  С

 = 41926,5 * 0,05 = 2096,33 кДж

 = 18,723 * 0,05 = 0,936 кг

72  С

 = 8250 * 3,63 * (72 - 63) = 808582,5 кДж

 =  = 361,1 кг.

14. Витримка при 72  С

 = 808582,5 * 0,05 = 429,13 кДж

 = 361,1 * 0,05 = 18,1 кг

72  С до 78˚ С

 = 8250 * 3,63 * (78 - 72) = 539055 кДж

 =  = 240,72 кг.

78˚ С

 = 539055* 0,05 = 26952,75 кДж

 = 240,72 * 0,05 = 12,04 кг

Тепловий баланс на стадії фільтрування

1.                         Витрата пари на підігрів води для заливки сит фільтраційного апарату від 12 до 77˚ С.

Маса води для заливки сит фільтраційного апарата становить 1,072  .Розрахунок представлений у загальному розрахунку продуктів.

 = ;

 = 4,18 * 1072 *(77 - 12) = 291 262,4 (кДж);

 = ;

 =  = 130,06 (кг);

Тепловий баланс на стадії кип’ятіння сусла з хмелем

.                           Витрата пари для кип’ ятіння сусла з хмелем.

Із 100 кг зернопродуктів отримуємо по розрахунках 625,41 кг гарячого сусла.

Загальна кількість сусла і промивних вод, при кип`ятінні становить:

(625,41 * 100) /(100 - 15) = 735,78 (л/100 кг зернової сировини)

де, 15% - кількість випаровуваної води в процесі варки

.1.                        Витрата пари для підігріву від 62 до 100˚

735,78 * 1,038 * 3,6 *(100 - 62) = 104 479,6(кДж);

Густина сусла при 62˚ С рівна = 1,038 (кг/).3,6 кДж/кгК- теплоємність сусла;

Витрата пари для підігріву сусла із 5,5 т зерно продуктів до кип`ятіння:

 = 104479,6*(5500/100) = 5 746 378 (кДж);

 = ;

 =  = 2 566,1 (кг)

2.                         В процесі кип`ятіння випаровується води на 100 кг зернопродуктів :

 = 735,78 - 625,41 = 110,37 (л/100кг)

3.Витрата тепла для випаровування води на одну варку:

 = 110,37 * 2259 *(5500/ 100) = 13 712 920,7 (кДж);

де, 2259 - теплота пароутворення при 98,07 кПа, (кДж/кг);

.Витрата тепла на варку сусла з хмелем:

 = 13 712 920,7 + 5 746 378 = 19 459 298,7(кДж).

 =  = 8 689,6 (кг)

Зведена таблиця витрати теплоносіїв і холодоагентів

7. Норми витрат основних видів сировини, матеріалів, енергетичних ресурсів

8. Характеристика побічних продуктів, промислових викидів і відходів виробництва

Пивна солодова дробина. У відходах пивоварного виробництва виявлено понад 25% поживних речовин вихідної сировини, більша частина яких припадає на солодово-зернову дробину.

До складу солодової дробини входять зернові оболонки, нерозчинні частини зерна, що містять в основному полісахариди, майже весь жир і значну частину білкових речовин вихідної сировини, а також органічні кислоти, переважно молочну. У сирій пивній дробині є 75 - 80% жиру, наявному у вихідному солоді. Вона є дуже цінним кормом для худоби. Значну кількість її використовують у сирому вигляді, а частину сушать і продають у сухому вигляді. Солодова дробина містить ще 0,5 - 0,7 % вимивного екстракту.

Хімічний склад сирої і висушеної солодової дробини

Хмелева дробина. Це менш цінний вихід, оскільки поки що не набула ефективного застосування. Безводної хмелевої дробини одержують 60% від заданого в сусло хмелю. Таким чином, з 1кг хмелю, який використовують для варки сусла, одержують приблизно 4 кг хмелевої дробини вологістю 85%. Вона містить 4.46 % сирого протеїну, 26,15 - без азотистих екстрактивних речовин, 3,24 - екстракту ароматичних речовин і 5, 36 % клітковини.

За складом і засвоюваністю хмелева дробина прирівнюється до лучного сіна, у ній є близько 50% засвоюваних речовин. Через дуже виражений гірких хмелевий смак худоба не їсть корму з хмелевою дробиною, якщо її додати навіть у невеликій кількості. На ряді заводів хмелеву дробину спалюють у топці разом із вугіллям, а в деяких місцевостях її використовують у сільському господарстві як підстилку для худлби або при виготовлені компосту. Кращий спосіб використання хмелевої дробини - це одержання з неї біогазу.

Білковий відстій. Одержують при охолоджені та освітлені сусла на холодильній тарілці, у відстійному апараті, гідроциклоні або сусловому сепараторі. Він складається переважно з білково- дубильних сполук, що виділилися із сусла під час його кип`ятіння з хмелем або при охолодженні.

На 100 кг засипки солоду одержують у середньому 2-3 кг білкового відстою вологістю 80%.

Склад сухої речовини білків відстою такий, %:

§       Водорозчинних екстрактивних речовин - 38;

§       Хмелевих смол - 16;

§  Білкових речовин - 35;

§  Клітковини - 6;

За хімічним складом білковий відстій можна було б використовувати на корм худобі, але цьому перешкоджає така ж сильна гіркота, як у хмелевій дробині. Білковий відстій на всіх підприємствах будь-якої потужності доцільно додавати до пивної дробини і реалізувати разом із нею у господарства або переробляти в біогаз.

9. Технохімічний і мікробіологічний контроль виробництва

Висновки

.        Завданням даного курсового проекту було проектування технологічної схеми одержання пивного сусла одно відварним способом.

.        Зроблено розрахунок продуктів, матеріальний та тепловий баланси для одержання пивного сусла.

.        Вибір технології зроблено згідно вимог, виходячи із заданої продуктивності.

.        Представлено технологічну схему з детальним описом.

Список використаної літератури

1.      Домарецький В.А. "Технологія солоду та пива"

.        Балашов В. Е. Дипломное проектирование предприятий по производству пива та безалкогольных напитков.

.        Балашов Рудольф "Техника ы технология производства пива и безалкогольних напитков".

Додаток 1

Додаток 2

Таблиця потоків