Область техники

Изобретение относится к пивоваренному производству и может быть применено на пивоваренных заводах любой мощности, в частности, может быть применено для производства сусла в спиртовом производстве.

Предшествующий уровень техники

Одним из основных участков производства пива является участок производства пивоваренного сусла - варочный порядок. Из уровня техники известно много разнообразных варочных порядков, которые, в конечном итоге, реализуют общий способ производства пивоваренного сусла, состоящий из 4 этапов:

1. На первом этапе 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 составляет обычно 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 в случае использования несоложеного сырья или некачественного солода, а также для увеличения выхода конечного продукта из солода.

2. На втором этапе затор перемещается в фильтрчан (или майшфильтр) в котором происходит отделение дробины от сусла. Длительность данного процесса так же обычно составляет 2-3 часа, при этом используемые на данном этапе фильтрчан или майшфильтр являются наиболее дорогостоящими установками в составе варочного порядка.

3. На третьем этапе полученное сусло перемещается в сусловарочный аппарат, в котором происходит его кипячение с хмелем, длительность которого обычно составляет от 1 до 2 часов.

4. На четвертой, последней, стадии происходит процесс выделения белкового осадка из горячего пива, 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. Вместо вирпула может применяться декантер, при этом осадок горячего сусла естественным образом оседает на дне в процессе нахождения сусла в декантере. Длительность данного процесса обычно составляет от 1 до 2 часов. В отдельных случаях применяется процесс сепарирования сусла на сепараторах. Однако именно вирпул получил наибольшее распространение.

Эти классические способы описаны во многих учебных пособиях по пивоварению, в частности, В.Кунце «Texнoлoгия солода и пивa» - С-Петербург, «Пpoфeccия», 2001.

Все современные варочные порядки, реализующие этот способ, имеют три основных недостатка:

1. Дороговизна варочного порядка. Причем, как уже отмечалось ранее, наиболее дорогостоящей частью всего варочного порядка является именно фильтрационная установка - фильтрчан или майшфильтр, стоимость которого колеблется от 40 до 60% стоимость всего варочного порядка. Кроме того, при использовании майшфильтра существует необходимость относительно частой замены расходных материалов, а именно фильтрующих и отжимающих мембран.

2. Большие габариты оборудования, используемого для варочного порядка. В случае применения фильтрчана именно он занимает наибольшее пространство варочного цеха.

3. Значительная 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 микро пивоварен и пивоваренных систем средней производительности. При этом удалось несколько снизить себестоимость и габариты варочного порядка, однако длительность цикла осталось такой же значительной. Кроме того, ввиду применения последовательно одного и того же оборудования для разных шагов получения сусла, производительность таких установок резко упала. К примеру, если классическая четырехаппаратная установка для производства пивоваренного сусла способна в зависимости от длительности стадий затирания и фильтрации производить 8-14 варок в сутки, то двухаппаратные системы производят всего 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 RU 2119941, опубликованном 10.10.1998, описан способ, согласно которому затирание проводят полным объемом воды, после чего опускают сетчатый контейнер и при циркуляции затора, его поднимают с дробиной над уровнем сусла, где выдерживают во время кипячения сусла. Затем дробину выгружают. Данный способ предусматривает намывание слоя дробины в сетчатом контейнере за счет циркуляции через него затора.

Недостатком данного способа является длительность цикла получения пива и значительные потери сусла, оставшегося в дробине.

Из уровня техники известна установка для изготовления пива по патенту RU 2119941, опубликованному 10.10.1998, 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, холодильную машину и танк. В верхней части котла смонтирован люк под оснащенной реверсивным приводом с вариатором сетчатый съемный контейнер, установленный на поперечинах штока.

Недостатком данного устройства является сложность предлагаемого конструкционного решения, обусловленная наличием дополнительных механизмов и приводов для подъема и удержания сетчатого контейнера с дробиной над уровнем сусла, а также механизмов выгрузки дробины из контейнера. При этом увеличивается цикл получения пива и увеличиваются потери сусла, оставшегося в дробине, за счет того, что диаметр сетчатого контейнера в данном случае не может быть больше диаметра самого заторного аппарата, в результате чего образуется слишком высокий слой дробины на сетчатой поверхности.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом использования заявленной группы изобретений является значительное сокращение времени получения сусла за счет совмещения процессов затирания и фильтрования, в результате чего отпадает необходимость после затирания подвергать сусло циркуляции для его фильтрования даже, если это проводится в одном аппарате. При этом 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, что влияет на повышение качества сусла, поскольку затор не перекачивается и, следовательно, 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. Кроме того, снижается себестоимость конечного продукта: во-первых, за счет сокращения длительности процесса получения сусла при производительности варочного порядка, соответствующей максимальной производительности классического 4-х аппаратного варочного порядка - 8-14 варок в сутки, во-вторых, за счет снижения стоимости оборудования, а также уменьшения его габаритов, что влечет за собой сокращение используемых производственных площадей и соответствующих расходов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе приготовления сусла, включающем процессы получения затора, его осахаривания и фильтрации с получением начального сусла, затираемое сырье помещают, по меньшей мере, в один водопроницаемый контейнер - мешочек, а процессы получения затора, его осахаривания и фильтрации с получением начального сусла осуществляют в подвижной емкости, в которую предварительно загружают водопроницаемые контейнеры - мешочки с затираемым сырьем. При этом водопроницаемые контейнеры - мешочки с затираемым сырьем возможно загружать в подвижную емкость, выполненную в виде перфорированного барабана, установленного на валу, а полученное сусло отводить в поле центробежных сил. Кроме того, для получения готового пивного сусла полученное сусло может быть подвергнуто дополнительным стадиям охмеления сусла и отделения белкового и/или хмелевого осадка, а полученное охмеленное или неохмеленное сусло может подвергаться концентрированию .

В качестве затираемого сырья может быть использован солод и/или несоложенное зерно. Затирание может быть проведено инфузионным или отварочным методом.

Полученное сусло возможно использовать для производства пива, кваса, а также для производства спирта.

Водопроницаемый контейнер-мешочек может быть выполнен с возможностью крепления к внутренней стенке подвижной емкости.

Водопроницаемый контейнер - мешочек может быть выполнен в виде сетчатого одно- или многоразового пакета из водостойкой бумаги и/или ее заменителя. При этом многоразовый пакет может быть снабжен средствами для его открывания и затвора.

Также указанный технический результат достигается за счет того, что в установке для приготовления сусла, содержащей снабженный средствами нагрева/охлаждения корпус, внутри последнего размещена подвижная емкость, снабженная средствами отделения и отвода сусла, в которую помещены один или несколько водопроницаемых контейнеров-мешочков с затираемым сырьем. При этом подвижная емкость может представлять собой перфорированный барабан, установленный с возможностью вращения.

Подвижная емкость может быть выполнена со средствами для подъема и сброса контейнеров-мешочков с затираемым сырьем, размещенными на внутренней стенке подвижной емкости. Кроме того, мешочек может быть закреплен на стенке подвижной емкости.

Установка может быть дополнительно снабжена аппаратом для охмеления сусла и/или отделения белкового и/или хмелевого осадка, подключенным к ней последовательно. Кроме того, для обеспечения возможности проведения процесса затирания отварочными способами, параллельно с заявленной установкой может быть установлена 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 способ производства сусла с совмещенной фазой затирания и фильтрации, который предусматривает использование в установке для получения сусла водопроницаемых контейнеров-мешочков с затираемым сырьем. После того, как водопроницаемый контейнер - мешочек с помещенным в него затираемым сырьем загружен в подвижную емкость, начинается процесс затирания, например, инфузионным способом (предлагаемый способ не исключает возможность проведения различных методов затирания). Контейнеры - мешочки, загружаемые 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.

Заявленный способ с совмещенной фазой затирания и фильтрации реализуется посредством устройства, которое 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.

Краткое описание чертежей

Сущность заявленных решений поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена технологическая схема установки для получения сусла; на фиг.2 и фиг.З изображена 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 - технологическая схема.

Установка получения сусла содержит корпус 1, установленный на виброопорах, 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, представленная на фиг.6, фиг.7, фиг.8, содержит установку для получения сусла 22, состоящую из элементов, описанных выше и представленных на Фиг.l, фиг.2, фиг.З, 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.

Лучшие варианты осуществления изобретений

Способ может быть осуществлен на любой установке, имеющей совпадающую с заявленным изобретением совокупность существенных признаков.

Пример 1.

Установка для получения сусла, имеет подвижную емкость, например, в виде перфорированного барабана, установленного на валу. Преимущества перфорированного барабана заключаются в том, что благодаря такой конструкции допустимо осуществление множества возможных приемов инженерной мысли, которые в настоящее время используются в пивоварении. Например, благодаря перфорации возможно проведение продувания диоксида углерода (или любого газа) в процессе затирания. Кроме того, эта конструкция позволяет значительно сократить контакт с кислородом воздуха.

В барабан вносится один или несколько пакетиков с затираемым сырьем. Количество пакетиков, их масса и форма может быть разной и выбирается исходя из соображений обеспечения наилучших показателей выхода экстрактивных веществ из затираемого сырья, экономических показателей стоимости материала пакетиков и геометрических размеров и формы вращающегося барабана. В установку подается вода в количестве от 1 :1 до 7:1 по отношению к массе затираемого сырья — главный налив. Включается процесс вращения барабана на низких оборотах и система контроля и поддержания выбранного температурного режима. Процесс затирания ведется согласно выбранной технологии и после его окончания полученное первое сусло выкачивается из установки, после чего вращение барабана включается на максимальные обороты и происходит отжим пакетиков с затираемым сырьем в поле центробежных сил. Доотжатое первое сусло также откачивается из установки. После этого в установку подаются промывные воды в количестве от 1:1 до 7:1 по отношению к массе промываемой дробины и из затираемого сырья вымываются максимальное количество полезных веществ за счет включения барабана на низких оборотах и эффективного перемешивания пакетиков с промываемой дробиной с водой. После этого промывные воды откачиваются из установки и пакетики с дробиной вновь отжимаются за счет включения вращения барабана на максимальные обороты. Доотжатые промывные воды вновь откачиваются из установки. Затем пакетики с дробиной удаляются из установки и цикл процесса с совмещенной фазой затирания и фильтрации заканчивается.

Таким образом, предлагаемый способ получения сусла позволяет получить нужное количество сусла за максимально короткий промежуток времени, определяемый выбранной технологией затирания, как это логически следует из приведенного примера.

Полученное сусло характеризовалось отличными органолептическими показателями за счет того, 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.

Пример 2. Способ осуществляли согласно, описанному в примере 1, за исключением того, что для осуществления отварочного метода (одно - или многоотварочного) использовали параллельно установленные, соответственно две или несколько установок, причем пакетики с несоложенным сырьем или солодом предназначенным для отварки помещали в одну из установок, а пакетики с солодом который не будет отвариваться в процессе затирания в другую. После отварки сырья предназначенного для отварки полученная жидкая фракция перекачивалась в параллельно установленный аппарат с затираемым суслом.

Пример 3.

Полученное сусло использовали для получения пива.

Причем технология выработки пива может быть различной при различных методах затирания, осахаривания, охмеления с отделением белкового и/или хмелевого осадка, сбраживания, дображивания и созревания. Основным условием выработки пива является использование сусла полученного по способу с совмещенной фазой затирания и фильтрации, полученного согласно примеру 1. Процесс получения сусла может проводиться с использованием как одноразовых пакетиков из водопроницаемой бумаги или её заменителя по типу чайных пакетиков, а также могут быть применены многоразовые пакетики, имеющие, соответственно, средства для их открывания и затвора, например, по типу «мoлнии» или «липyчки» или затворов-защелок или пр., вплоть до элементарных шнурков - кулисок для завязывания входного отверстия. Все возможные вариации в равной степени обеспечивают получение указанного выше технического результата.

Полученное пиво характеризуется чистым вкусом без посторонних привкусов и запахов, отвечающее самым взыскательным требованиям.

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.

Пример 4.

Полученное сусло использовали для получения спирта.

Технология выработки спирта может быть различной при различных методах затирания, осахаривания, сбраживания, и перегонки. Основным условием выработки спирта является использование сусла полученного по способу с совмещенной фазой затирания и фильтрации, полученного согласно примеру 1. Полученной спирт характеризуется высокими физико-химическими показателями, при значительно сниженной себестоимости за счет сокращения времени его получения.

Пример 5.

Получали сусло в соответствии с примером 1, которое затем подвергали концентрированию. В последующем сусло использовалось для приготовления различных безалкогольных напитков, напитков брожения, в частности, кваса, пива, основы для напитков типа бирмиксов, в качестве различных основ и добавок к пищевым продуктам, например, соусам.

Так как 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.

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 затираемым 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 13. 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.