тел. (044) 499-45-90

багатоканальний (097) 963-58-29

тел. (063) 976-23-50 lifecell

e-mail: office@celmet.com.ua

Виробництво пива

Для виробництва пива необхідна наявність чотирьох компонентів: води, солоду із зернових культур (кукурудзи, рису, маїсу тощо), хмелю і дріжджів.

    У варильному відділенні, в процесі відварювання відбувається оцукрювання солодового, маїсового, кукурудзяного або рисового крохмалю, з подальшим відокремленням твердих частинок від рідини. Ця процедура здійснюється в затирочному апараті або солодовому фільтрі. Отримане сусло потім кип'ятиться в сусловарочному котлі і, в процесі кип'ятіння додається хміль.

У вихровому відстійнику гаряче сусло відокремлюється від коагульованого білка і вилужених частинок хмелю. Потім сусло охолоджується і в нього додаються дріжджі. Унаслідок взаємодії дріжджів із цукром, що міститься в суслі, відбувається зброджування й утворення вуглекислого газу та спирту.

    Після завершення процесу зброджування, для остаточного дозрівання, пиво протягом 4-6 тижнів витримується в охолоджуваних резервуарах. Потім пиво фільтрується і забезпечується відділення дріжджової та білкової субстанції. Таким чином, збільшується термін допустимого зберігання пива. Відфільтроване пиво розливають у барила і пляшки.

    Розміри бункерів для солоду залежать від виду пивної продукції. У Німеччині діє "Мюнхенська угода", згідно з якою, солод до його використання у виробництві пива має зберігатися не менше 6 тижнів. Таким чином, на пивоварному заводі має постійно перебувати шеститижневий запас солоду. На одному кубічному метрі складських приміщень може зберігатися 600 кг зерна. Це означає, що на пивоварному заводі продуктивністю 200 000 гектолітрів на рік і забезпеченні 20 відварок на тиждень (за одночасного завантаження в апарат 4000 кг зерна), мінімальний об'єм складських приміщень має становити 800 м3. Окремі апарати сконструйовані таким чином, що в них можна розмістити тижневий запас.

    У бункерах передбачено індикатори рівня WIKA різних конструкцій, що дають змогу автоматизувати складський облік і, таким чином, уникнути втрат продукту. Як індикатори рівня зазвичай використовуються ємнісні рівнеміри та вібраційні кінцеві вимикачі. Безперервне вимірювання рівня в бункерах дає змогу отримувати поточну інформацію про наявність сировини, і, в разі її нестачі, своєчасно поповнити запаси. Безперервне або періодичне визначення кількості сировини, що міститься в бункерах, забезпечується за допомогою ультразвукових або електромеханічних рівнемірів WIKA.

    Кількість зерна, що надходить на млин, вимірюється та реєструється за допомогою дозаторів сипучих речовин. На млині відбувається переробка солоду. Процедура механічного помелу спричиняє біохімічні зміни в солоді, що заварюється, впливає на процес отримання та якість солодової витяжки і, як наслідок, на якість кінцевого продукту. Нижче наводиться опис кожного технологічного етапу з урахуванням конкретних проблем, пов'язаних із вимірюванням параметрів і автоматизацією процесу.
    Подрібнений солод (зерна маїсу, кукурудзи або рису) змішується з водою, в якій розчинені необхідні інгредієнти. Цей процес називається "заварюванням".

Біологічне підкислення.


    В процесі заварювання суміш подрібненого солоду з водою непрямим або безпосереднім способом нагрівається до температури 75°С, температуру можна вимірювати за допомогою біметалевих термометрів WIKA або термометрів опору WIKA TR10. У процесі нагрівання відбувається активізація ферментів, які сприяють розчиненню та розщепленню компонентів суміші.

Процес заварювання починається зі змішування меленого зерна та "завареної" води.

При цьому необхідно враховувати такі чинники:

- кількість води, що використовується для змішування з меленим зерном (щоб забезпечити необхідне кількісне співвідношення між водою і меленим зерном, об'єм води контролюється за допомогою електромагнітних витратомірів ВЗЛЕТ ЕР);

- температуру води при її додаванні до солоду;

- значення рН. Оптимальне значення рН, що забезпечує розкладання крохмалю і білка, знаходиться в діапазоні 5,5-5,6. Однак зазвичай під час заварювання значення рН приблизно дорівнює 5,8.

    Для автоматизації та контролю всіх етапів процесу заварювання в резервуарах передбачені граничні вимикачі або рівнеміри безперервної дії, термодатчики та витратоміри. Вимірювання значень рН, з метою їх можливого коригування рекомендується проводити безпосередньо в солодовниках.

Отримання солодової витяжки після "заварювання" відбувається так: здійснюється фільтрація солодової витяжки (зазвичай називається "заторювання первинної витяжки"), вимивання екстракту, що залишився в дробині, гарячою водою і вилуговування використаних зерен. На відміну від процесу заварювання, заторний процес має суто фізичну природу, в якому біохімічних реакцій, викликаних ферментами, не відбувається.

В заторному апараті забезпечуються такі операції:

- Подача солоду (без змішування)

- Зціджування, 2-3 хв.

- Відкачування каламуті з каламутної солодової витяжки, 2-10 хв.

- Отримання першої солодової витяжки і вимивання екстракту.

    Чим прозорішим виявиться затор під час надходження до заторного апарату, тим якіснішим виявиться пиво. Процес фільтрації першого сусла займає зазвичай 75-100 хвилин. Екстракт, що залишився в дробині, вимивається гарячою водою, ця процедура називається зрошенням і при її проведенні витрачається незначна кількість води.

    Своєю чергою, за допомогою солодового фільтра солод фільтрується на кілька тонких фільтрпресових коржів. Для цього солод закачується в камери шириною 6-7 см, заслінки яких виконані з фільтрувальної тканини. Солодовий фільтр складається з 16-60 таких камер. Завдяки наявності фільтра підвищується якість варіння, а тривалість процесу, порівняно з процесом, за якого використовується заторний апарат, зменшується на 90 хв.
    В процесі кип'ятіння сусла в нього додається хміль.

При цьому відбувається наступне:

- випарювання надлишкової води для досягнення необхідної концентрації сусла;

- руйнування ферментів і стерилізація сусла; 

                                      
- видалення білків, що згорнулися під час кип'ятіння;

- охмелення сусла;

- випарювання летких речовин.

    Для надання пиву гіркуватого присмаку, під час варіння солоду додається хміль. Хміль сприяє осадженню білків, надає пиву характерного кольору і має консервувальні властивості. Кількість хмелю, що додається, і точний час його внесення визначається сортом виробленого пива, а також особливостями технологічних процесів, що використовуються на різних пивоварних заводах.
    Постійна автоматизація процесів пивоваріння призвела до того, що процедура додавання хмелю також стала автоматизованою.

Завдяки цьому:

- зменшується обсяг роботи для персоналу пивоварного заводу;

- знижується рівень витрат під час закупівлі хмелю, тому що закупівля проводиться в тарі великого обсягу, а не в маленьких пакетах;

- знижуються витрати на складське зберігання;

- полегшується дозоване додавання хмелю, оскільки обсяг дози не залежить від кількості хмелю в тарі;

- суворо контролюються час внесення хмелю та обсяг дози;

- спрощується сам технологічний процес, оскільки, наприклад, під час варіння в умовах зниженого тиску (датчики низького тиску WIKA SL-1), внесення хмелю вручну вельми ускладнене.

    Точне дозування екстракту хмелю найзручніше здійснювати за допомогою масового витратоміра Promass Endress+Hauser, показання якого не залежать від температури, тиску і вологості. Після сусловарочного котла охмелене сусло має бути піддано процесу зброджування. Охмелене сусло являє собою розчинений у воді екстракт компонентів солоду і нерозчинні частинки хмелю.

    Нині класичним зразком обладнання для осадження нагрітого сусла є вихровий відстійник, що являє собою круглу ємність із плоским дном і відношенням висоти до діаметра від 1 : 2 до 1 : 2,5. У верхній частині ємності (2/3 висоти) формується тангенціальний вихор зі швидкістю 7-15 м/с. Завдяки відцентровій і доцентровій силам, що виникають, у центрі утворюється застійна зона з нижчою температурою. Після відстою протягом 20-30 хвилин сусло охолоджується в пластинчастому теплообміннику, причому попереднє охолодження забезпечується за допомогою водопровідної води, а остаточне - за допомогою крижаної.

Нагріте сусло на вході в пластинчастий теплообмінник є доволі прозорим, а на виході мутніє. Це пов'язано з тим, що під час охолодження відбувається пластівцеутворення розчинених білків. Після охолодження сусло обсіменяється дріжджами і починається процес зброджування цукру, в результаті якого утворюються спирт, вуглекислий газ.

В пивоварній промисловості зазвичай використовують два види дріжджів.

Дріжджі з великою бродильною здатністю, що застосовуються під час виробництва темного і пшеничного сортів пива, мають температуру зброджування 15-25°С. Дріжджі низового бродіння, що мають температуру зброджування 5-15°С і наприкінці циклу дріжджі зброджування осідають на дні резервуара.

В режимі автоматичного дозування кількість дріжджів, що додаються, контролюється шляхом диференціального вимірювання каламутності (прозорості), що виконується за допомогою каламутномірів (диференціальних турбідиметричних аналізаторів).

    При цьому каламутність або прозорість визначається як до додавання дріжджів, так і після їхнього додавання, а потім проводиться порівняння. Різницеве значення прямо пропорційне кількості доданих дріжджів. Під час зброджування кількість дріжджів зростає у 2-3 рази і, наприкінці головного циклу зброджування, дріжджі низового бродіння осідають на дно резервуара. У сучасних бродильних апаратах видалення осілих дріжджів можна здійснювати в будь-який час, причому допускається багаторазове використання видалених дріжджів за умови правильного зберігання та, в разі, якщо загинуло не більше 5% дріжджових грибків.

В бродильних апаратах необхідно вимірювати та контролювати такі параметри:

- обсяг заповнення (за допомогою граничних вимикачів WIKA максимально і мінімально допустимих рівнів);

- рівень (постійно, шляхом вимірювання гідростатичного тиску з компенсацією), використовуємо заглибні датчики тиску WIKA LS-10, або встановлюємо на дно танка перетворювачі тиску WIKA S-11;

- температуру, за допомогою термометрів опору WIKA TR10.

    В процесі зброджування виділяється тепло, що призводить до підвищення температури зброджуваного сусла. Оскільки зброджувальна здатність дріжджів залежить від температури, необхідно забезпечувати температурний контроль і шляхом регулювання температури зброджуваного сусла, контролювати інтенсивність процесу.

Класичне низове бродіння відбувається за температури 4-12°С, а форсоване - за температури до 20°С. Процедура низового бродіння триває протягом 6-10 днів (в ідеальному випадку 7 днів).
    Через 7 днів із сусла виходить зелене пиво та екстраговані (осілі) дріжджі і, якщо резервуар для зброджування одночасно не використовується як резервуар для зберігання, то пиво перекачується в окремий резервуар (танк), де забезпечується доброджування та витримування пива. При вимірюванні тиску рідин у трубопроводах, використовуємо мембранні роздільники WIKA. Для поліпшення смаку й аромату пиво насичується вуглекислим газом (тобто карбонізується).

Що вищий тиск у танку, то вищий вміст вуглекислого газу в пиві. Залежність вмісту вуглекислого газу від температури є зворотною: що нижча температура, то вищий вміст вуглекислого газу. Вміст вуглекислого газу в розливному пиві становить 4- 4,5 г/л, а в пляшковому - 5-5,5 г/л.


Хороше пиво характеризується не тільки приємним смаком, а й прозорістю.

Саме з цієї причини проводиться фільтрація пива, після якої пиво стає прозорішим, з нього видаляються органічні та неорганічні частинки, що зумовлюють помутніння
і, в результаті, поліпшується смак і подовжується термін
Під час фільтрації контролюються такі параметри:

- температура (забезпечується контроль температури пива і тривалості процесу стерилізації);

- тиск (вимірюється і реєструється тиск на вході і виході фільтрів, за допомогою датчика диференціального тиску WIKA DPGT40; виникнення стрибків і коливань свідчить про несправність фільтрів);

- ступінь помутніння (реєструється ступінь помутніння пива і - за цим параметром визначається навантаження фільтра і прозорість готового продукту);

- витрата (цикл рециркуляції та кількість готового продукту контролюються за допомогою електромагнітних витратомірів ВЗЛЕТ ЕРСВ);

- концентрація кисню (необхідно контролювати концентрацію кисню, що міститься в осаді, який утворюється на фільтрах, оскільки від концентрації розчиненого в пиві кисню залежить смак).

Для полегшення процесу видалення білків під час фільтрації, часто охолоджується до температури 2-0°С. Охолодження забезпечується за допомогою машини глибокого охолодження, в якій як холодоагент використовується аміак. Відсутність витоку аміаку контролюється за значенням рН. Після фільтрації пиво подається в резервуари, що перебувають під тиском. Коли подача здійснюється безпосередньо, резервуар діє як буфер, що запобігає виникненню зворотної хвилі підвищеного тиску, у разі, наприклад, засмічення трубопроводу.

    Сучасні пивні барильця, як правило, являють собою металеві 40 літрові ємності циліндричної форми з вбудованим патрубком. Для того, щоб усередині барильця не утворилися колонії аеробних мікроорганізмів, у нього закачується вуглекислий газ. Оскільки барила виготовлені з нержавіючої сталі, їх легко мити з використанням кислотних і лужних мийних засобів, концентрація яких контролюється за допомогою індуктивних і кондуктометричних датчиків.

    Процедури автоматичного миття і займають від 1,5 до 2 хвилин. На бочонок доставляють закритий вуглекислим газом під тиском, зовнішня мийка, після чого бочонок поміщають у мийну машину. Після промивання, вода і мийні засоби видуваються стерильним повітрям або вуглекислим газом, а потім проводиться стерилізація бочки парою.

    Бочонок заповнюється пивом знизу, через клапан для вуглекислого газу. Ступінь заповнення барильця контролюється автоматичним дозатором або електромагнітним витратоміром. Продуктивність машин для розливу в барила становить 40-70 барил на годину (на малих пивоварних заводах) і до 250 барил на годину (на великих пивоварних заводах).

    Якщо використовуються зворотні пляшки, то для видалення залишків пива і бруду, їх необхідно піддати процедурі миття і, таким чином, повністю виключити можливість потрапляння в пиво будь-яких мікроорганізмів. Для цієї мети застосовуються мийні машини з однією або двома головками, або мийні машини з однією або декількома ваннами.

    Під час миття за допомогою мийної машини пляшки спочатку занурюються у відповідний рідкий мийний засіб, а потім забезпечується їхнє миття як усередині, так і ззовні з подальшим обполіскуванням у гарячій і холодній воді.
    Подача пляшок у мийну машину здійснюється в металевих або пластикових лотках в автоматичному режимі.

В мийній машині виконуються такі операції:


- первинне промивання (температура 40°С);

- занурення у ванну, заповнену лужним мийним засобом (1:1-2% NаОН) із температурою не менше ніж 80°С;

- промивка лужним мийним засобом (2:0,6-1% NаОН) з температурою 60-70°С при надлишковому тиску 2-4 бар;

- промивка хлорованою теплою водою (температура 40°С і концентрація хлору 3-10 мг/л);

- промивання холодною водою.

    Перед подачею пляшок на машину розливу, їхню чистоту контролює інспектор. Надлишковий тиск досягається за допомогою вуглекислого газу. Після того, як відкривається клапан, швидкість витікання рідини спочатку дуже мала, але коли рівень пива досягає нижнього кінця заповнювальної трубки, починається подача пива через другу головку.

На виході машини розливу відбувається закупорювання пляшки пробкою. У машині розливу передбачена велика кількість точок розливу зі спеціально розробленими електромагнітними дозуючими витратомірами.



    Для того, щоб забезпечити розлив якісного пива, в лінії встановлюється рН-метр або кондуктометричний датчик. Оскільки про якість пива можна судити за значенням рН, для контролю якості всієї партії пива, вимірювання значення рН ведеться безперервно. За допомогою фільтрації не завжди вдається повністю позбутися мікроорганізмів, життєдіяльність яких спричиняє псування пива, і тому процедура розливу має бути повністю стерильною. З цією метою проводиться короткочасне нагрівання пива.

Нагрівачі короткочасної дії зазвичай розміщуються між резервуаром високого тиску і лінією розливу, хоча, в деяких випадках вони встановлюються безпосередньо між фільтром і лінією розливу.


При вимірюванні тиску, також використовуємо мембранні роздільники WIKA, в зборі з манометром або датчиком тиску.
Короткочасне нагрівання пива дає змогу знищити шкідливу мікрофлору, однак мікроорганізми можуть потрапити в пляшки і безпосередньо під час процедури розливу, щоб виключити таку можливість, необхідно здійснити пастеризацію пива, розлитого в пляшки, особливо часто цю процедуру застосовують у спекотних країнах.

В так званому тунельному пастеризаторі, продуктивністю до 100 000 пляшок/годину пиво в пляшках підігрівається струменями води, що омиває, яка стікає у водостоки через перфоровану підлогу. Час пастеризації в тунельному пастеризаторі становить приблизно 60 хвилин.

    При цьому пиво нагрівається до температури 60-62 °С і витримується при цій температурі протягом 20 хвилин. Після процедури пастеризації пляшки або банки з пивом завантажуються у ящики та відправляються покупцеві.
WIKA в промисловості.