Технология приготовления пива цкт. Традиционный принцип работы бродильных танков и крупных емкостей
3.6.1.1. Горизонтальные бродильные танки (см. раздел 3.4.2.4) загружают интенсивно аэрированным суслом на 75-80 %, очищенным от осадка взвесей охлажденного сусла не менее чем на 50 %. Внесение дрожжей обычно осуществляют на уровне 0,5-1,0 л/гл.
Для получения CO 2 «открытое» или «закрытое» брожение проводят при максимальных температурах 8-9 °С. При этом возникает сильная конвекция, обусловливающая ускоренное протекание брожения по сравнению с бродильными чанами, и сбраживание до обычного содержания остаточных экстрактивных веществ сокращается примерно на сутки. Циркуляция пива усиливается благодаря размещенным снаружи охлаждающим карманам. Поддержание максимальной температуры осуществляется верхней системой охлаждения, а для охлаждения до конечной температуры противотоком включается вторая система охлаждения. Осаждение дрожжей в таких емкостях иногда представляет трудности из-за более сильной конвекции. Для оседания им требуется больше времени, и таким образом нивелируется отмеченный выше выигрыш во времени. В целях улучшения осаждения дрожжей конвекция должна завершаться примерно за 24 ч до перекачивания пива на дображивание, то есть к этому моменту конечная температура должна быть уже достигнута. Формированию дрожжевого осадка способствует зона охлаждения в самой нижней точке танка. Положительный эффект может даже дать дальнейшее сбраживание, ожидание оседания дрожжей при температуре 3-5 °С, а затем смешивание с необходимым для дображивания количеством завитков. Без этого содержание дрожжей в пиве, перекаченном с остаточным экстрактом, составляет порядка 20-30 млн клеток/1 мл, и зачастую такое пиво характеризуется дрожжевым или горьковато-дрожжевым привкусом.
Вследствие подъема пузырьков CO 2 происходит хорошее формирование деки. В течение однодневной паузы на седиментацию она обычно не опадает и при перекачивании пива на дображивание оседает на стенках емкости. Содержание горьких веществ в молодом и готовом пиве, полученном в закрытых емкостях, примерно на 10 % выше, чем у пива, полученного в открытых емкостях. Сбор дрожжей в длинных емкостях производить несколько труднее, однако удовлетворительный результат можно получить или при помощи телескопического черпака путем взмучивания водой, или, в конце концов, при обходе танка, для чего целесообразно установить в задней торцевой стенке танка дополнительный люк.
Так как в дрожжах содержатся компоненты деки, ее необходимо очистить с помощью вибросит. В отдельных слоях сброженного пива содержание дрожжей может быть разным, поэтому требуется обеспечить по возможности равномерное распределение молодого пива.
3.6.1.2. Вертикальные бродильные танки цилиндроконической конструкции (см. раздел 3.4.2.5) загружаются так же, как и горизонтальные танки. Благодаря подъему пузырьков C O 2 возникает конвекция, усиливающаяся под действием охлаждения. Подключение лишь верхней зоны охлаждения вызывает более сильную конвекцию, чем подключение нескольких зон или всей поверхности охлаждения в цилиндрической части танка. Подъем пузырьков (его скорость составляет около 0,3 м/с) стимулирует контакт дрожжей с субстратом и тем самым увеличивает скорость брожения и протекающие при этом процессы. Это объясняет, несмотря на большую высоту, исключительную однородность сбраживаемой жидкости. В таких танках при брожении происходит отличное осаждение дрожжей. Уже во время интенсивной фазы направленный вверх турбулентный поток захватывает несколько меньше дрожжей, чем поток, идущий вниз (в том случае, если конусная часть уже немного охлаждена). Охлаждение нижней части снижает турбулентность, чем содействует оседанию дрожжей. Количество дрожжей, дозируемых в объеме около 0,71 л (20 млн клеток, см. раздел 3.4.3.2), в стадии высоких завитков может составить 70-75 млн клеток.
Перед перекачиванием пива на дображивание в зависимости от технологии биомасса дрожжей возрастает в 3-3,5 раза. Как мы уже отмечали, отдельные слои бродящего субстрата не отличаются ни по степени сбраживания и температуре, ни по содержанию побочных продуктов брожения. Содержание CO 2 вследствие конвекции одинаково даже в очень высоких танках, и пока существует конвекция верхняя и нижняя зона не различаются по содержанию дрожжей (их более высокая концентрация отмечается лишь в конусной части). Эти факторы конвекции и давления являются причиной того, что выделение горьких веществ, как и в рассмотренных выше горизонтальных танках, на 10-15 % ниже, чем в открытых чанах. Продолжительность брожения при обычных температурах 8-9 °С составляет всего 5-6 сут (если не требуется дополнительного времени для достижения конечной степени сбраживания и оседания дрожжей).
Сбор дрожжей относительно не сложен - они спускаются из конусной части бродильного танка после короткого интенсивного слива для удаления загрязнений (взвесей и мертвых дрожжевых клеток) до тех пор, пока по цвету жидкости не станет ясно, что можно производить переключение на лагерный танк. Для предотвращения захвата пива дрожжи следует снимать медленно (в течение 60-80 мин). Их консистенцию можно назвать кашеобразной, однако в результате уменьшения давления столба жидкости в бродильном танке происходит соответствующее увеличение объема и дрожжи становятся вспененными.
Технология перекачивания пива на дображивание или другие технологические операции при дображивании остаются традиционными (см. раздел 3.5.3.1). Если перекачивание осуществляется с остаточным экстрактом, то охлаждение противотоком (например, с 9 до 5 °С) за 24 ч в сочетании с образованием CO 2 позволяет поддерживать хорошую однородность молодого пива благодаря снижению за это время экстрактивности на 0,5-0,8 %. Содержание дрожжей к моменту перекачивания пива на дображивание одинаково и находится на уровне 10-15 млн клеток. Если это пиво распределяется между танками соответствующего объема с помощью смесителя таким образом, что в каждый танк в данный момент времени поступает одинаковое пиво, то содержимое всех танков гарантированно характеризуется одними и темп же свойствами. В начале перекачивания пива на дображивание всегда происходит захват дрожжей со стенок конуса. Дображивание протекает, как и в других бродильных емкостях, причем дрожжи оседают немного быстрее.
С технологической точки зрения сокращенный цикл брожения не является идеальным (перекачивать пиво приходится в выходные дни или в конце недели). Кроме того, получение требуемого качества молодого пива (по экстрактивности, содержанию дрожжей и т. д.) представляется затруднительным, особенно если в один день необходимо производить перекачку нескольких танков, так как смещение, например, на 6 ч может привести к большим изменениям этих значений. В таком случае считается целесообразным продолжать сбраживание и седиментацию дрожжей, а дображивание производить за счет использования завитков. Если, например, перекачивание пива на дображивание осуществляется на день позже, но при этом еще поддерживается температура 4,0-5,0 °С, то степень сбраживания окажется на 3-6 % ниже конечного значения, а содержание дрожжей снизится с 10 млн клеток до 2-3 млн. В связи с этим следует обеспечить однородное распределение молодого пива и равномерное смешивание с завитками (10-12 % со степенью сбраживания 25-35 % и количеством дрожжевых клеток более 50 млн). Благодаря этим мерам к началу дображивания достигается обычный уровень экстрактивности и содержания дрожжевых клеток. Дображивание в этом случае независимо от остаточного количества дрожжей начинается хорошо, а пиво имеет мягкий, приятный вкус и в отличие от «нормально» перекаченного пива допускает более высокое содержание горьких веществ.
Размер танка должен быть таким, чтобы его можно было заполнить за полдня. Для крупных танков этого добиваются благодаря согласованию продолжительности перекачивания из танка для внесения дрожжей или флотационного танка. Если же заполнение продолжается очень долго, то из-за более высокой температуры внесения дрожжей и брожения возникает сильная турбулентность в активной фазе, сопоставимая с условиями брожения при перемешивании. Пиво при этом приобретает «пустой» вкус, так как очень быстро выделяется большое количество белка, образуется меньше летучих кислот и возникает неблагоприятное соотношение сложных эфиров и высших спиртов. Образуется больше «общего диацетила», поскольку его максимальное содержание достигается на 1 -2 сут позже, и снижение его содержания до конца брожения или созревания представляет серьезные проблемы.
Поэтому нецелесообразно проводить однократное внесение дрожжей в первую варку и долив семенных дрожжей в течение 24 ч даже при интенсивной аэрации. Если же в последних варках партии пива отказаться от введения воздуха, то это может вызвать расслоение пива: уже сброженная и, соответственно, более легкая часть столба жидкости будет находиться в верхней части танка, тогда как в нижней его части снижения экстрактивности еще не наблюдается. Это снижение экстрактивности наступает лишь с усилением конвекции в результате охлаждения верхней (сброженной) части жидкости, что небезопасно по микробиологическим показателям.
С учетом вышеизложенного рекомендуется вышеописанная технология перекачивания: если варки, в которые дрожжи были внесены первыми (с немного пониженной температурой и количеством внесенных дрожжей), находятся в отделении для внесения дрожжей 16 ч, то последние варки (с более высокой температурой и количеством внесенных дрожжей) перекачивают уже через 4-6 ч. К моменту смешивания температуры должны выровняться. При прямом внесении дрожжей в крупный танк существует также возможность начать процесс при пониженных температурах и количестве внесенных дрожжей, повышая их по ходу заполнения танка.
Так как этому процессу не предшествует осветление холодного сусла, то желательно, чтобы до внесения семенных дрожжей доливом в следующую варку были удалены взвести горячего сусла, осевшие за это время в конусной части путем осторожного отмучивания. Если из-за ускоренного заполнения танка это невозможно, то эту операцию следует выполнить через 6-8 ч после его полного заполнения. Это является дополнительной стадией очистки, которая оказывает благотворное влияние на свойства пива и дрожжей.
3.6.1.3. Вертикальные тапки с плоским днищем («Асахи-тапки», см. раздел 3.4.2.6) благодаря своей геометрии (отношение длины к высоте - 1: 1-1,5) и ограниченной высоте в 8-10 м характеризуются пониженной конвекцией, однако молодое пиво имеет абсолютно одинаковые характеристики. Хотя оседание дрожжей в последней фазе главного брожения дает удовлетворительный урожай дрожжей, достаточно большое их количество присутствует и в виде взвеси (25-30 млн клеток). Содержание дрожжей затем уменьшается до нормального значения благодаря длительной седиментации или применению сепараторов для молодого пива при его перекачивании на дображивание. При этом равномерной загрузки сепаратора способствует слив с помощью поплавка. Оставшиеся в танке дрожжи собирают обычным способом.
3.6.1.4. Вертикальные танки с плоскоконическим днищем (см. раздел 2.4.3.7) характеризуются отношением длины к высоте 1:1-1,5, а так называемые «унитанки» - лишь 1: 1 (условия брожения в них соответствуют условиям брожения в «Асахи-танках»). Благодаря охлаждению конической части днища, предусмотренному в отдельных конструкциях, в фазе охлаждения противотоком достигается хорошее оседание дрожжей. Дрожжи собирают после перекачивания молодого пива на дображивание и очищают на вибросите, так как на дрожжах оседают дека или частицы горьких веществ, находящиеся на поверхности жидкости во взвешенном состоянии.
3.6.1.5. Применение вертикальных бродильных танков в отделении для дображивания. Преимущество подобных танков заключается в том, что благодаря смонтированному на них охладителю имеется возможность регулировать температуру по мере сбраживания экстракта и тем самым оказывать положительное влияние на созревание пива. Содержание CO 2 в отдельных слоях как при брожении, так и в ходе дображивания остается постоянным до тех пор, пока имеет место конвекция. При этом снижение давления на поднимающееся пиво не вызывает уменьшения содержания CO 2 . Различия проявляются лишь тогда, когда прекращается конвекция вследствие интенсивного дображивания, а также ослабляется перемещение жидкости под действием разности температур (например, в результате охлаждения с 5 до 3 °C). Это незначительное расслоение можно компенсировать кратковременной продувкой CO 2 . Эта мера применяется также для осуществления дальнейшего снижения температуры ниже значения максимальной плотности (+3 °С).
Осветление пива под действием более высокого гидростатического давления в вертикальных танках хуже, чем в горизонтальных, причем дрожжи оседают медленнее. В ЦКТ дрожжи следует снимать перед спуском пива, причем из-за сильного отстоя дрожжей это иногда может вызывать затруднения. В этом случае целесообразно профильтровать содержимое конусной части накануне, чтобы избыточно не нагружать свеженамытый фильтрующий слой.
В «Асахи-танках» и аналогичных конструкциях для разгрузки фильтров применяются сепараторы пива. В «Асахи-танках» поплавок компенсирует незначительные расхождения в содержании CO 2 . Простота работы с такими танками, в том числе и для выдерживания пива в отделении дображивания, способствует их внедрению и распространению. Благодаря целенаправленному ведению доб-раживания пиво спустя 3-4 нед. (то есть на треть меньше обычного времени выдержки в отделении дображивания) считается созревшим и приобретшим безупречный вкус.
Однотанковый способ. В ЦКТ после спуска дрожжей существует возможность проводить созревание в той же емкости. Для заполнения пространства, предусмотренного на подъем, и получения желаемого содержания CO 2 танки на 12-15 % заполняют завитками со степенью сбраживания 25-35 %. При этом происходит подмывание дрожжевого слоя, и важно, чтобы пиво полностью перемешалось и на высоких уровнях танка. Как правило, перемешивание продолжается 3 сут, однако его продолжительность можно сократить путем продувки CO 2 .
Для заполнения свободного пространства иногда добавляют сброженное пиво из параллельного танка, однако на пивоваренных предприятиях зачастую отказываются от перемещения пива во избежание дополнительных регулировок и мойке.
В «Асахи-танках» молодое пиво отбирают из танка после достижения степени сбраживания, примерно на 5% меньшей КСС, подают на сепаратор для молодого пива и подключенный к нему пластинчатый холодильник, после чего возвращают через поплавок в центр слоя жидкости. Благодаря этому содержание дрожжей в пиве для последующего созревания уменьшается до 10-20 млн клеток.
3.6.1.6. В некоторых странах для уменьшения пространства на подъем, особенно в высоких узких танках и при проведении «теплого» брожения, применяют пеногасители на основе силикона. Обычно для предотвращения образования пенистой деки достаточно 4-8 г антивспенивателя/гл. Тем самым заполнение бродильных танков может осуществляться с 5 % свободного пространства. Вещества, выпадающие в осадок в результате резкого снижения значения pH (белки, полифенолы и горькие вещества), остаются во взвешенном состоянии и частично удаляются благодаря седиментации во время дображивания и при осветлении пива. Пеногаситель выводится из нива в процессе фильтрования через кизельгуровый фильтр, так что в пиве его или совсем не остается, или он присутствует в минимальном количестве, вследствие чего пенообразующая способность пива не ухудшается (в ФРГ применение пеногасителей запрещено).
Похожая информация.
Спиртовое брожение сахаров сусла под действием ферментов дрожжей является основным процессом в производстве пива. Главное брожение и дображивание пива осуществляется, в основном, по двум схемам: по периодической – с разделением процесса брожения на главное брожение и дображивание, а также по ускоренной – с совмещением главного брожения и дображивания в одном цилиндроконическом бродильном аппарате.
Способ непрерывного брожения пива заключается в перемещении с определенной скоростью сбраживаемого сусла и молодого пива в системе соединенных между собой бродильных аппаратов и аппаратов для дображивания при непрерывном притоке свежего сусла в головной бродильный аппарат и оттоке пива из последнего аппарата.
Необходимая концентрация дрожжей в сбраживаемом сусле обеспечивается непрерывным поступлением дрожжей в головной аппарат системы из дрожжегенератора и дополнительным размножением дрожжей в аппаратах брожения. Перед перекачиванием молодого пива на дображивание часть дрожжей отделяется сепаратором.
Бродильный аппарат типа ЧБ-15 используется для главного брожения сусла и представляет собой герметичный прямоугольный сосуд, внутри которого имеется охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении. Горизонтальный цилиндрический танк Б-604 предназначен для главного брожения пивного сусла под давлением. Танки типов ТЛА и ТАВ применяются для дображивания молодого пива или для хранения готового пива и представляют собой горизонтальный и вертикальный цилиндрические аппараты со сферическими днищами.
Все бродильные аппараты снабжены соответствующей арматурой для отвода диоксида углерода, выделяющегося во время спиртового брожения. Бродильные аппараты, используемые для главного брожения, изготавливают открытого или закрытого типа, последние обеспечивают стерильность сусла при брожении и возможность отбора диоксида углерода для дальнейшего его использования.
Бродильный аппарат ЧБ-15 (рис. 23.2) представляет собой герметичный прямоугольный сосуд с закругленными углами стенок и днища. Внутри аппарата имеется змеевик 1 , по которому через отверстие 7 поступает рассол или охлажденная вода. Аппарат имеет патрубок 2 для сусла, пробку 3 для слива остатков сусла, люки 4 и 5 для мойки аппарата и патрубок 6 для отвода диоксида углерода.
Аппараты подлежат обязательному защитному покрытию эпоксидными смолами, спиртово-канифольным лаком, применяются также полиэтиленовые покрытия и др.
Прямоугольные бродильные аппараты наиболее полно используют помещение бродильного цеха, заполняя всю его площадь, за исключением необходимых для обслуживания проходов. Полезная высота чанов обычно принимается до 2 м.
Танки Б-604 (рис. 23.3) предназначены для главного брожения пивного сусла под давлением. Аппарат главного брожения представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд 1 со сферическими днищами, установленный на четырех опорах. Сверху аппарат имеет воздухоотводящую трубку 5 , служащую для контроля за процессом брожения сусла. На одном из днищ имеются люк 3 с крышкой и кран 2 для подачи и спуска сусла. Внутри танка располагается охлаждающий змеевик 6 . Для отвода углекислого газа имеется специальная арматура 4 .
Рис. 23.2. Аппарат бродильный ЧБ-15
Танки для брожения типа Б-604 изготовливаются вместимостью 8…50 м 3 .
Танки лагерные типа ТЛА (рис. 23.4) предназначены для дображивания, осветления молодого пива и хранения фильтрованного пива под давлением до 0,07 МПа. При соответствующем покрытии внутренних поверхностей танков допускается хранение в них сахарного сиропа, вина и молока.
Аппарат для дображивания представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд, состоящий из корпуса 1 со сферическими днищами 5 и 6 . На днище находится люк 3 для санитарной обработки танка. Для наполнения танка и выхода продукта внизу расположен бронзовый кран 2 . Для отвода диоксида углерода служат специальная арматура 4 и шпунт-аппарат 7 . Танк устанавливается на трех опорах.
Рис. 23.3. Аппарат главного брожения пива Б-604
Рис. 23.4. Танк для дображивания молодого пива алюминиевый типа ТЛА
Танки для дображивания типа ТЛА изготавливаются вместимостью 8…80 м 3 . Кроме горизонтальных танков для дображивания молодого пива изготавливают вертикальные типа ТЛА вместимостью 4…9 м 3 .
Для изготовления бродильных аппаратов и танков для дображивания кроме углеродистой листовой стали применяют листовой пищевой алюминий марок А0, А5 с содержанием примесей не более 0,5 % и кислотостойкую сталь марки Х18Н10Т.
Рис. 23.5. Танк лагерный алюминиевый вертикальный М7-ТАВ
Поверхность аппарата из алюминия и нержавеющей стали не покрывается защитными покрытиями и легко очищается от загрязнений. Алюминиевые аппараты при установке на чугунные опоры должны иметь надежную изоляцию во избежание разрушения алюминия из-за возникающего электрохимического процесса между металлами.
Танк М7-ТАВ (рис. 23.5) представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд с днищами сферической формы, состоящий из корпуса 1 , крана спускного 2 , крестовины 4 для крепления шпунт-аппаратов, трубки воздуховода 5 , крышки люка 3 и пробного крана 6 . Танк при монтаже устанавливается на четырех опорах.
Танки для дображивания М7-ТАВ изготавливаются вместимостью 8…25 м 3 .
Аппараты, применяемые для брожения и дображивания пива, изготавливают из металла и железобетона, а также из листового пищевого алюминия (табл. 23.1).
Ускоренный периодический способ брожения состоит в том, что в цилиндроконическом бродильном аппарате с быстрым управлением седиментацией и выводом из него осевших дрожжей совмещены главное брожение с дображиванием, ускоренное дозревание (выдержка) и осветление пива, а также систематически осуществляется перемешивание сбраживаемого сусла сначала током стерильного воздуха, а потом диоксидом углерода и увеличивается количество посевных дрожжей до 2 л на 1 гл сусла.
На рис. 23.6 представлен бродильный аппарат для ускоренного производства пива. Бродильные аппараты 5 предварительно дезинфицируют и стерилизуют, а затем в них из аппарата 1 подают охлажденное сусло. Температура брожения светлых сортов пива 3…4 °С, темных 4…5 °С. Максимальная температура брожения 9 °С. Дрожжи низового брожения готовят в аппарате чистой культуры 3 , который также охлаждается жидкостью, циркулирующей в наружном кожухе. Зрелые дрожжи вытесняются из аппарата стерильным сжатым воздухом или диоксидом углерода в аппарат для разведения дрожжей 4 .
С наступлением брожения воздух полностью вытесняется диоксидом углерода из бродильного аппарата и пространства над суслом в атмосферу. Диоксид углерода без примеси воздуха направляют в газомер, а оттуда насосом перекачивают через очистительную батарею, компримируют до 0,2…0,3 МПа и собирают в сборнике.
После окончания брожения, когда дрожжи начинают оседать, конус аппарата охлаждают, что ускоряет оседание дрожжей. Пиво в аппарате находится под давлением 0,15 МПа, а дрожжи при этом уплотняются и при открытии вентиля вытесняются в виде густой массы через резиновый рукав в дрожжевую ванну.
Рис. 23.6. Принципиальная схема бродильного аппарата для ускоренного производства пива
Таблица 23.1. Техническая характеристика бродильных аппаратов и танков
| Показатель | ЧБ-15 | Б-604 | ТЛА | М7-ТАВ |
| Полная вместимость, м 3 | 15,0 | 10,0 | 10,0 | 12,5 |
| Внутренний диаметр, м | – | 2000 | 1800 | 1800 |
| Диаметр охлаждающего змеевика, м | 0,05 | 0,07 | – | – |
| Диаметр суслопровода, м | 0,05 | 0,07 | – | – |
| Температура брожения, °С | 6 | 4 | 1 | 1 |
| Давление в аппарате, МПа | – | 0,07 | 0,07 | 0,07 |
| Масса, кг | 2150 | 540 | 490 | 580 |
Рис. 23.7. Цилиндроконический бродильный аппарат (ЦКБА)
Брожение 12 %-ного сусла продолжается 8…10 сут, затем следует период созревания пива (3 сут) с биохимическим превращением ряда веществ, присущих букету молодого пива.
Затем пиво медленно охлаждают до 1…0 °С и обрабатывают (карбонизируют) диоксидом углерода под давлением 0,14 МПа в течение 12 ч и следующие 12 ч выдерживают в покое для оседания дрожжей и осветления. Под давлением 0,17 МПа пиво из бродильного аппарата через фильтр 2 (см. рис. 23.6) подается на розлив.
Способ ускоренного получения Жигулевского пива в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА) (рис. 23.7) состоит в том, что в одном сосуде большого объема (от 100 до 150 м 3 и более) с суточным заполнением его суслом (8…9 °С) и дрожжами совмещают две ступени: главное брожение и дображивание, которые продолжаются в течение 14 сут вместо положенных 28 для Жигулевского пива. Аппарат снабжен термометром сопротивления 1 , моющей головкой 2 , краном для отбора 3 , местом для крепления шпунт-аппарата 4 . С первым осветленным суслом (первая варка) в коническую часть задают все семенные сильносбраживающие дрожжи (300 г влажностью 75 % на 1 гл сусла). Вначале 50 % сусла аэрируют стерильным воздухом, что обеспечивает содержание 4…6 мг О 2 /мл сусла.
В течение первых двух суток поддерживается температура брожения от 9 до 14 °С, которая сохраняется до достижения видимой конечной степени сбраживания. Температура регулируется тремя поясами выносных наружных рубашек с хладагентом, охлажденным не более чем до минус 6 °С. При достижении содержания сухих веществ в пиве 3,5…3,2 % аппарат шпунтуется при избыточном давлении. Окончание брожения определяют по прекращению дальнейшего снижения массовой доли сухих веществ в пиве в течение 24 ч. Обычно на пятые сутки достигается конечная массовая доля 2,2…2,5 % сухих веществ. После этого хладагент подают в рубашку конуса для охлаждения и образования плотного осадка дрожжей при температуре 0,5…1,5 °С. В цилиндрической части температура 13…14 °С сохраняется в течение 6…7 сут. Эта же температура способствует восстановлению диацетила в ацетоин. Затем температура пива (0,5…1,5 °С) выравнивается рубашками во всей цилиндрической части ЦКБА. При этом шпунтовое давление в ЦКБА поддерживается равным 0,05…0,07 МПа в течение 6…7 сут. Через 10 сут с начала брожения проводят первый съем дрожжей из штуцера конической части ЦКБА. Перед осветлением пива проводят второй съем дрожжей, а затем пиво подают на сепарирование и фильтрование. Дополнительное охлаждение готового пива (2 °С) в сборниках проводят при 0,03…0,05 МПа, выдерживают в течение 12…24 ч и разливают. С использованием ЦКБА выпускают пиво с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 11, 12 и 13 %.
Таким образом, в процессе брожения в ЦКБА благодаря большому единичному объему аппарата, совмещению главного брожения и дображивания в одном сосуде, использованию повышенных температуры брожения и объема посевных дрожжей продолжительность процесса сокращается примерно в два раза.
Наиболее экономично проводить брожение и дображивание пива ускоренным способом в одном цилиндроконическом бродильном аппарате, изготовленном из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью.
Этот аппарат имеет четыре охлаждающие рубашки в цилиндрической части и одну в конической (табл. 23.2).
Таблица 23.2. Техническая характеристика цилиндроконических бродильных аппаратов
Примечание. Для всех марок давление в аппарате по 0,7 МПа, в рубашках по 0,4 Па, температура хладагента – 8 °С.
Что было до ЦКТ
Необходимо заметить, что в истории пивоварения для изготовления бродильных чанов использовались самые разные материалы — от дерева и керамики до алюминия и пластмассы. Обычно пивовары использовали подручный материал, руководствуясь, прежде всего, одним принципом — чтобы он вел себя достаточно нейтрально по отношению к агрессивной (в химическом смысле) кислотной среде, содержащей алкоголь, то есть пиву.
Еще в первой половине ХХ века классическая емкость для брожения (или лагерной выдержки) была деревянной. Традиционно использовались дубовые, реже — сосновые или кипарисовые чаны. По своей форме и конструкции они напоминали традиционные русские кадушки (усеченный конус), только очень большого размера. Каких-либо определенных стандартов на емкость деревянных бочек не существовало, она могла составлять от двух до трехсот гектолитров у бродильных емкостей и ста гектолитров — у лагерных. Единственным ограничительным фактором служила максимально достижимая величина деревянной клепки, из которой собиралась емкость. Процесс брожения в деревянных емкостях был сугубо естественным, неторопливым, охлаждение — наружным.
Образующаяся на поверхности плотная дрожжевая дека естественным путем удерживала в пиве углекислый газ, играя роль своеобразной крышки и в какой-то степени защищала пиво от инфицирования. Изнутри деревянные бродильные чаны покрывались специальной «пивной смолкой» (основные составляющие — канифоль и парафин), предохранявшей дерево от разрушительного воздействия пива и дававшей возможность качественно проводить работы по санации емкости.
Немалое значение придавалось процессу осаждения пивного камня на поверхности деревянного (позднее — бетонного) чана. Часто после удаления налета из пивного камня с внутренней поверхности чана, что неизбежно происходило при тщательной чистке емкости, дальнейший процесс осаждения дрожжей и осветления пива несколько замедлялся. Его течение «входило в норму» только после того, как на стенках чана снова появлялся пивной камень.
Пиво, выбродившее в дубовом чане, приобретало специфический привкус, являющийся, по словам старых чешских технологов, неотъемлемым признаком «натурального хорошего пива». Не в последнюю очередь именно поэтому еще во второй половине 80-х годов ХХ века многие чешские пивоварни (в том числе, и знаменитый «Plzeňský Prazdroj a.s. ») использовали деревянные чаны. Чехи, как всем известно, не слишком охотно применяют новшества в пивоваренном процессе, считая, что большинство нововведений оказывает негативное влияние на органолептику пива.
Основным недостатком деревянных емкостей являлось то, что они требовали весьма трудоемкого сервисного обслуживания. Внутренние покрытия требовалось периодически по мере необходимости обновлять. Периодичность обновления покрытий не являлась строго регламентированным правилом. Как правило, это мероприятие производилось 1 раз в год.
По словам Зденека Шубрта, экс-технолога «Plsensky Prazdroj a. s.», работающего сейчас технологом-пивоваром «UBC», каждый раз после окончания брожения бочки надо было снимать со стоек и поднимать из подвала на специальном лифте, тщательно очищать от старого покрытия из смолки (путем обжига паяльной лампой), наносить новое и вновь устанавливать в подвале на специальных подставках. Поэтому, когда высококачественные дубовые доски, из которых изготавливалась клепка, перешли в разряд дефицитного (а соответственно — очень дорогого) товара, на смену деревянным пришли железобетонные и металлические чаны. Расходы на сервисное обслуживание бетонных и металлических емкостей оказались меньшими, а сроки службы — большими.
Сейчас трудно в это поверить, но еще во второй половине ХХ века в Европе широко использовались железобетонные чаны. Изнутри они покрывались слоем специального покрытия или более толстой облицовкой. В качестве основы защитного материала выступали горный воск, пластмасса или эпоксидные смолы.
Металлические чаны большей частью изготавливались из обычной (черной) стали, реже - алюминия, еще реже - из нержавеющей стали (нержавеющая сталь была очень дорогим материалом). Снаружи металлические чаны изолировались смолой и джутом, после чего обкладывались кирпичом. Обмуровывали их только затем, чтобы избежать необходимости чистить не только внутреннюю, но и наружную сторону чана.
Наиболее доступными по цене являлись чаны из обычной стали. Этот материал хорошо обрабатывается и является достаточно прочным. При изготовлении бродильной емкости, составляющие ее стальные листы нередко сваривались прямо на пивоваренном заводе. К недостаткам простой стали относится ее «повышенная реакция» на пивную среду: кислоты, образующиеся при брожении, «травят» поверхность стали. При этом возникают дубильные вещества, придающие пиву характерный железистый привкус и более темный цвет. Пена такого пива приобретает коричневый оттенок. Чтобы избежать подобного результата, на простую сталь наносилось защитное покрытие из эмали, синтетических смол или пластмассы. Размеры эмалированных чанов жестко ограничивались размерами печей для обжига, в которых обжигали эмаль. Тем не менее, в Чехии таким способом умудрялись изготавливать емкости объемом в 500 гектолитров.
В алюминиевых чанах алюминий служил, собственно, защитным покрытием железобетонного чана.
Толщина листов боковой части составляла всего около 3 миллиметров, дна — около 4-5 миллиметров. Для крепости алюминиевые чаны обмуровывались кирпичом. При сборке емкости надо было внимательно следить за тем, чтобы алюминий чана не соприкасался с какими-либо деталями из другого металла. В противном случае заполненная пивом емкость уподоблялась гигантской батарейке: роль кислоты играло пиво, разнополюсных контактов - различные металлы, а сама «батарея» начинала вырабатывать гальванические токи.
Если исключить случаи гальванической коррозии, алюминий является полностью инертным к пиву материалом. Алюминиевая емкость не требует защитного покрытия. Главный недостаток алюминиевого чана — его низкая прочность, он легко деформируется. Алюминиевые лагерные танки очень боятся даже легкого внутреннего вакуума. На изготовление чана из нержавеющей стали шли стальные листы толщиной около 2 миллиметров. Они также играли роль защитного покрытия бетона. Традиционно считается, что нержавеющая сталь, применяющаяся в пивоваренной промышленности, должна содержать, в среднем около 18% хрома и 8-9% никеля. Она абсолютно инертна к пиву и продуктам брожения, но долгое время ее широкому применению в пивоварении препятствовала изначально высокая цена этого материала.
Возникновение ЦКТ
С тех пор, как пивоварение перешло в свою промышленную стадию, основной тенденцией стала разработка новых технологий, позволяющих увеличить рентабельность. Практически все разработки сосредоточились на том, чтобы уменьшить затратную часть пивоварения (удешевление процесса и уменьшение количества работников) и ускорить оборачиваемость оборудования (сократить, по мере возможности, время брожения и дображивания). Старое классическое немецкое правило пивоварения гласило: «на брожение сусла уходит неделя, а на дображивание пива — столько недель, сколько процентов в начальной экстрактивности сусла». Но уже в XIX веке оно
стало неактуальным. Подгоняемые растущей конкуренцией, пивовары стремились максимально ускорить процесс производства пива. Ярким образцом подобных изысканий служат разработки швейцарского ученого Натана, который в XIX веке разработал и впервые применил на практике технологию сверхбыстрого пивоварения: весь процесс брожения и дображивания занимал у него всего 10-14 дней (в зависимости от начальной экстрактивности). Путем подбора специального температурного и технологического режима Натан увеличивал скорость прироста дрожжевой массы в 2,5 раза. Молодое пиво он на ранней стадии принудительно избавлял от углекислого газа, в котором в этот период содержатся летучие вещества, являющиеся причиной незрелого вкуса напитка. После этого пиво карбонизировалось чистой углекислотой и отстаивалось. Этот метод широко не прижился. По комментарию чешских специалистов, пиво, сваренное ускоренным методом по Натану «не достигало традиционного качества чешского пива» (думаю, то же самое можно смело сказать и о немецком пиве). Тем не менее, эта технология в громадной степени обещала ускорить оборачиваемость оборудования, что делало ее в глазах многих пивоваров с коммерческой жилкой очень привлекательной. Это является хорошим показателем того, какое большое значение уже в то время придавалось сокращению общего времени пивоваренного цикла.
По словам Зденека Шубрта, экс-технолога «Plsensky Prazdroj a.s.», первый реально действующий ЦКТ был установлен в 1928 году в Европе на пивоварне «Кулмбах » (Бавария). Размеры этого танка были далеко не такие впечатляющие, как у современных емкостей: его диаметр достигал трех, высота — десяти метров. Емкость танка составляла около 80 кубических метров (800 гектолитров). Также именно специалистам «Кулмбах» приписывается честь выведения нового штамма дрожжей, пригодного для брожения в ЦКТ, где высота столба сусла (а значит — и давления на дрожжевые клетки) значительно возросла. При этом относительная величина дрожжевой клетки была уменьшена практически вдвое.
Еще позднее была разработана технология брожения и дображивания под давлением, сокращавшим цикл производства светлого 11%-ного пива до 14-15 дней, а также метод непрерывного брожения для производства пива в промышленных масштабах (в СССР впервые был внедрен в 1973 на «Москворецком пивоваренном заводе»). Сегодня на процесс брожения и дображивания стандартно отводится около 15-20 дней, но тенденция к сокращению времени производственного цикла сохраняется. Наиболее существенным препятствием в этом остается необходимость сохранить качество производимого пива (как минимум). Лучшие возможности в данном плане, как выяснилось, предоставляли цилиндро-конические танки.
Кроме этого, существенную роль в том, чтобы отдать приоритет ЦКТ, сыграл еще один фактор: с развитием пивоваренной промышленности величина существующих емкостей брожения перестала отвечать возросшим потребностям пивоваров. Возникла насущная необходимость в более крупных, а заодно — более экономичных в использовании емкостях. К сожалению, по ряду технических (и технологических) причин бродильные чаны и лагерные танки ограничены в размерах. Все эти причины создали весомые предпосылки для появления цилиндро-конических танков.
Первый опытный экземпляр емкости для брожения большого объема (однофазный способ производства) был изготовлен еще в 1908 году. «Отцом» этого «прародителя ЦКТ» был все тот же швейцарский ученый Натан. Величина емкости составила 100 гектолитров, полный производственный цикл длился 12 дней. Надо сказать, что идея применения в пивоварении емкостей большого объема тогда не прижилась: возникли практически неразрешимые (на то время) проблемы. Прежде всего — с ухудшенным осаждением дрожжей (не была отработана технология) и обеспечением качественного санирования оборудования.
Необходимо заметить, что первые ЦКТ изготавливались из обычной черной стали, покрытой изнутри специальной смолой. Это защитное покрытие нуждалось в регулярном обновлении. В наши дни ЦКТ изготавливаются исключительно из нержавеющей стали. По данным чешского пивовара Ф. Главачека, впервые в Европе нержавеющая сталь нашла применение при изготовлении емкости большого объема в 1957 году. Широкое использование нержавеющей стали привело к перелому в дальнейшем развитии технологий производства пива.
В шестидесятые годы ХХ века наступила «эра ЦКТ» — началось быстрое распространение новой технологии по странам и континентам. Уже в это время ЦКТ разделились на цилиндро-конические танки брожения (ЦКТБ), цилиндро-конические танки лагерные (ЦКТЛ) и уни-танки (соединяющие в себе основные черты ЦКТБ и ЦКТЛ).
Благодаря удачному техническому решению, ЦКТ начали строить на «свежем воздухе». До этого идея вынести бродильные и лагерные емкости «на улицу», вне помещений пивоварни, звучала, по меньшей мере, диковато. Возможность осуществить ее была воспринята чуть ли не как революционная. Дольше всего в пивоваренном процессе длятся фазы брожения и дображивания, поэтому бродильные и лагерные цеха были самыми большими помещениями пивоварни. Традиционно они состояли из отдельных помещений, в которых располагались деревянные бочки или танки.
Теперь не ограниченные габаритами внутренних помещений здания, пивовары пустились в негласное «соревнование» — кто построит ЦКТ большего размера, выпустит больше пива и опередит конкурентов. Уже в то время объемы ЦКТ достигли 5 тысяч гектолитров, диаметр — пяти, а высота — восемнадцати метров. В семидесятые годы в большинстве европейских стран прочно господствовала технология производства пива в ЦКТ.
В те же годы была отработана и приобрела завершенность технология охлаждения ЦКТ, в частности — режим и очередность активации отдельных охлаждающих рубашек и конуса (как известно, грамотное охлаждение ЦКТ способствует хорошему выпадению дрожжевого осадка). Также выяснилось, что ЦКТ помогает достигнуть наименьшей потери горьких веществ (около 10%), предоставляет возможность максимального насыщения пива СО2 и утилизации образующегося при брожении углекислого газа.
Основные преимущества и недостатки ЦКТ
Технический уровень цилиндро-конического танка (и взаимосвязанного с ним оборудования) при условии хорошего знания технологии дает возможность достичь одинаково высокого, стандартного качества производимого пива при самых больших производственных объемах. При этом процесс брожения пива в ЦКТ относительно несложно автоматизировать (как вариант — компьютеризировать). То же самое относится к процессу мойки и санированию танка.
Относительно высокие начальные капиталовложения экономически оправдываются тем, что с помощью ЦКТ можно существенно ускорить процесс ферментации пива, а значит — увеличить объемы его производства. Именно поэтому технология ЦКТ является сегодня наиболее распространенным способом производства пива во всех промышленно развитых странах.
Поставив в свое время танки брожения и холодной выдержки «на попа», конструкторы ЦКТ в громадной степени увеличили эффективность использования производственных площадей. Этот фактор и сегодня является одним из наиболее существенных дополнительных плюсов пивоварения в ЦКТ.
Определенные трудности, которые в свое время возникали у пионеров пивоварения с осаждением дрожжевых клеток в ЦКТ, сегодня успешно преодолеваются с помощью отработанных приемов охлаждения и из разряда проблем перешли в разряд обычных рабочих моментов. Замедленное (относительно классического варианта) размножение дрожжевых клеток компенсируется более высокой аэрацией сусла и большими дозами вносимых дрожжей.
ЦКТ позволяет заметно улучшить экологию рабочих мест, а кроме этого — существенно повысить производительность труда и уменьшить себестоимость продукции. Возможность работы всех рубашек охлаждения в автономных режимах делает режим охлаждения ЦКТ гибким и эффективным. Также к дополнительным достоинствам цилиндро-конических танков относится то, что из этих емкостей можно оперативно отводить осаждающиеся дрожжи.
Среди основных недостатков ЦКТ — невозможность полного устранения дрожжевых дек, образующихся на поверхности бродящего сусла и более длительный (в сравнении с чаном) период осаждения дрожжевых клеток. Кроме этого, в ЦКТБ необходимо резервировать около 20% от общего объема емкости под образующуюся там пену, что заметно снижает производственную эффективность танка. Впрочем, в традиционных бродильных чанах также резервируется около 20% свободного пространства) ЦКТЛ этот недостаток присущ в меньшей степени (свободное пространство 10%).
Если говорить о максимально эффективных условиях применения ЦКТ, следует отдельно подчеркнуть, что весь смысл использования ЦКТ заключается в открытом Натаном эффекте: увеличение гидростатического давления столба пива способствует ускоренному накоплению в нем СО2 при дображивании (в свою очередь, от скорости и степени накапливания СО2 напрямую зависит скорость формирования органолептического букета пива, то есть - его созревания). За счет этого и сокращается длительность пивоваренного цикла. Наиболее простым вариантом для того, чтобы увеличить высоту столба сусла, будет поставить используемую емкость «на попа», получив вместо горизонтального уже цилиндро-конический танк, что, собственно, и проделал Натан.
В этом контексте становится понятным, почему емкость ЦКТ (при стандартных пропорциях танка) должна составлять не менее 20 гектолитров — в противном случае мы не получим необходимой высоты столба пива, который должен запустить механизм ускоренного накопления углекислого газа при повышенном давлении. Также стоит учесть, что при 20-30 гектолитрах всего лишь «будет наблюдаться эффект» ЦКТ. Созревание пива тут ускорится на считанные сутки. По настоящему эффективным ЦКТ становится, начиная со 150-200 гектолитров (объем для среднего, а не мини-пивзавода). Поэтому использование на мини-пивзаводах вертикально расположенных танков брожения и дображивания можно объяснить, прежде всего, желанием расположить оборудование более компактно.
Что такое ЦКТ
Материалы, использующиеся при изготовление ЦКТ
Первые ЦКТ изготавливались из обычной черной стали, покрывавшейся изнутри специальным покрытием на основе эпоксидных смол. Такое покрытие нуждалось в регулярном обновлении. Сегодня ЦКТ изготавливаются исключительно из нержавеющей стали (обычно марки DIN 1.4301, но могут использоваться более устойчивые и дорогие AISI 304 или AISI 316L). Как уже говорилось выше, этот материал является достаточно нейтральным и устойчивым к воздействию на него пива и продуктов его брожения, а также — санационных средств.
На сегодня нержавеющая сталь является оптимальным материалом. Тем не менее, следует помнить, что ее применение не всегда исключает возможность появления коррозии. Она может возникнуть:
§ при наличии хлоридных ионов или молекул свободного хлора в нейтральной или кислой среде (плохо подобранные средства санитации);
§ в том случае, если сварка нержавеющей стали проводилась не в атмосфере инертного газа (например - аргона). Тогда на участке, подвергшемся воздействию высокой температуры, произойдет кардинальное изменение свойств стали;
§ при контакте с обычной сталью. В этом случае для появления коррозии достаточно контакта с истертым или ржавым участком обычной стали.
Тщательность и чистота отделки внутренней поверхности ЦКТ напрямую влияет на эффективность процесса мойки и последующей санации танка. По поводу необходимой степени чистоты отделки существуют две диаметрально противоположные точки зрения:
1. По словам экспертов «Ziemann», нужно стремиться к идеальной гладкости материала. Во всяком случае, средняя шероховатость должна составлять не более 0,4-0,7 мкм. Это аргументируется тем, что на гладкой поверхности дрожжевые клетки и различного рода микроорганизмы закрепляются с большим трудом (для примера: средний размер дрожжевых клеток составляет приблизительно 6-10 мкм, вредной микрофлоры - от 0,5 до 4 мкм). Именно поэтому «Ziemann» использует для добавочной обработки внутренней поверхности конуса и купола ЦКТ технологию электрохимической полировки (снижает шероховатость до 0,3 мкм).
На сегодня электрохимическая полировка обеспечивает наиболее гладкую поверхность, какую только можно получить при промышленной обработке стали. Но, естественно, только при условии того, что до применения электрохимической полировки поверхность металла уже тщательно отполирована. Электрополировка может только сгладить выступающие микровыступы на поверхности металла, но отнюдь — не ликвидировать более крупные неровности, царапины и каверны.
2. По мнению экспертов «Holvrieka», решающую роль играет не столько средняя величина шероховатости (высота микро-пиков материала), сколько профиль шероховатости (острые или заглаженные микро-пики). Если выступы сглажены, этого вполне достаточно. По их словам, отличные результаты в плане оптимального профиля шероховатости дает специальная механическая обработка листа нержавейки еще в прокатном цехе металлургического предприятия. После этого «полированная» поверхность стали, во избежание механических повреждений во время транспортировки и изготовления танка, заклеивается специальной пленкой, которая снимается уже после сварки листов в емкость. Гладкости, полученной при спецпрокате, уже достаточно, чтобы предотвратить закрепление на поверхности материала дрожжевых клеток, а вредной микрофлоры в молодом пиве просто не должно быть (в противном случае пиво просто инфицируется, вне зависимости от того, закрепились ли бактерии на стенках танка или нет).\\Конечно, последующая обработка внутренней поверхности танка механическими средствами ни в коей мере не исключается, но применение электрохимического полирования специалисты компании «Holvrieka» относят к разряду необоснованной роскоши.
Вообще же при механической полировке внутренней поверхности ЦКТ приходится учитывать множество тонкостей. Значение имеет даже то, в каком направлении полируется сталь — по образующим или по радиусу. Наиболее шершавая, а значит наиболее привлекательная для микроорганизмов поверхность образуется на месте сварки различных частей ЦКТ. Соответственно, обработке и полировке сварных швов танка уделяется особое внимание. Их шероховатость обычно доводится до уровня 0,6 - 0,7 мкм (средняя шероховатость всей внутренней поверхности ЦКТ у большинства производителей составляет около 0,7 мкм).
Процесс изготовления ЦКТ
Если разделить процесс производства ЦКТ (в заводских условиях) на отдельные составляющие, то схематически он складывается из следующих пунктов:
1. Допроизводственная подготовка куполов, конуса, тела и более мелких частей.
2. Выгибание куполов и конуса.
3. Сварка тела танка, начинающаяся с купола.
4. Сварка нижних частей танка (конус и юбка).
5. Сварка нижних частей тела танка (конуса и цилиндра).
6. Сварка охлаждающих зон (в том случае, если в ЦКТ используются охлаждающие рубашки, а не сталь с внутренними «капиллярными» отверстиями - тогда рубашки наваривать не надо).
7. Сварка внешних деталей танка.
8. Полировка и пассивирование швов.
9. Тест на давление.
10. Изоляция танка пенополиуретаном.
$На различных предприятиях порядок проводимых операций может незначительно варьироваться — все зависит от используемого оборудования и технологий (например, ряд операций может проводиться как в «горизонтальном», так и в «вертикальном» варианте), но общее количество этапов остается неизменным.
По словам представителя фирмы ЦИМАНН по России и странам СНГ кандидата технических наук В. Тихонова, изготовление ЦКТ — сложный производственный процесс, включающий в себя множество операций, таких как раскатывание рулонного материала, разрезание, состыковка, выравнивание листов, сварка, шлифовка, раскройка заготовок, штамповка отбортовок конусов и крышек, скручивание конусов, шлифовка, сборка обечайки, изготовление опорной юбки, сваривание между собой отдельных частей танка, монтаж сегментных рубашек охлаждения, труб для подвода и отвода хладагента, диоксида углерода, дренажных труб, гнёзд для подключения датчиков температуры, уровня и др., защитных труб для электрокабеля и проч.
Изолирование танков производится, как правило, в горизонтальном положении. ЦКТ для дополнительной защиты от коррозии красят, устанавливают на нём дистанционные прокладки из пенополиуретана, монтируют листы облицовки и заполняют образовавшееся пространство пеной полиуретана с низким содержанием хлоридов (хлориды со временем приводят к коррозии хромо-никелевой стали). Горизонтальный метод изолирования танков позволяет рабочему визуально полностью контролировать качество заливки так, чтобы не образовывалось воздушных пробок. В качестве облицовки находит применение трапециевидные листы из алюминия с пластиковым покрытием или без покрытия, реже из нержавеющей стали. Облицовка конуса в стандартном исполнении изготавливается из герметично сваренной листовой нержавеющей стали. Такое исполнение рекомендуется для того, чтобы в долгосрочном плане исключить возможность попадания влаги под изоляцию при наружной мойке конусов в зоне обслуживания.
Готовые танки укладывают на деревянные ложементы и стальные швеллеры и отгружают потребителю водным путём или автотранспортом.
Размеры ЦКТ
Высота и диаметр ЦКТ являются весьма произвольным параметром, который оказывает определённое влияние на содержание объема летучих веществ в пиве, степень содержания СO 2 , процесс оседания дрожжей — то есть, в конечно счете, на качество самого пива.
Пока не была обкатана технология, первые ЦКТ изготавливались «на конструкторском чутье» — разных размеров и пропорций. Сегодня все возможное разнообразие цилиндро-конических танков ограничилось четкими правилами. Часть из них обусловлена различного рода техническими ограничениями (как в случае с рубашками охлаждения), часть — биологическими ограничениями (условиями жизнедеятельности дрожжевой клетки). Тем не менее, по словам немецких экспертов, до сих пор ни один другой вид оборудования не является настолько «неустоявшимся» (в смысле появления единого стандарта), как ЦКТ.
Если попробовать вывести среднее арифметическое, то можно сказать, что диаметр большинства изготавливаемых сегодня ЦКТ обычно составляет пять метров, высота - около пятнадцати метров (без опор), наиболее употребимый полезный объем — более двух тысяч гектолитров.
Говоря о габаритах танка, необходимо заметить, что максимальная высота сусла в бродильном ЦКТ не должна превышать двадцати пяти метров, потому, что тяжесть столба сусла, давящего на дрожжевую клетку, может существенно замедлить процесс брожения и деления клеток, негативно повлиять на их метаболизм. Кроме этого, слишком большая тяжесть столба сусла замедляет скорость насыщения пива углекислым газом.
Для лагерного ЦКТ, в котором пиво уже не бродит, это ограничение недействительно. По данным чешского эксперта-пивовара Ю. Фамеры, ЦКТЛ могут достигать 40 метров в высоту и 10 метров в диаметре.
Также на размеры ЦКТ существенно влияет необходимость оставлять часть танка пустой, дабы пена, поднявшаяся при брожении, не залила предохранительную арматуру (прежде всего — шпунтаппарат!).
Свободное пространство в ЦКТБ должно составлять около 18-25% от объема начального сусла. Как правило, в ЦКТЛ оно может быть меньшим (если только, к примеру, не делать добавления завитков (Краузенинг) в зеленое пиво).
Справедливости ради скажу, что эти цифры не являются догмой. Известны методы, когда для уменьшения количества пены в ЦКТ используют специальные «противопенные» средства на основе силикона. В этом случае необходимое свободное пространство в ЦКТ при брожении сократится до 5%. Чтобы не препятствовать пенообразованию пива при последующем потреблении напитка, силикон удаляется из напитка на процессе фильтрации.
По словам специалистов, наиболее заметной мировой тенденцией является постепенное, но планомерное увеличение объемов изготавливаемых ЦКТ. В основном, это обуславливается стремлением пивоваров добавочно снизить себестоимость производимого напитка (стандартная зависимость - чем танк больше по объему, тем ниже себестоимость произведенного пива). Главная цель тут — повысить конкурентоспособность своей пивоварни на современном, насыщенном пивом рынке и добавочно увеличить уровень продаж, а значит - прибыли. Но существенным фактором, лимитирующим величину ЦКТ в каждом конкретном случае, является следующее технологическое требование: объем цилиндро-конического танка должен быть кратен объему сусловарочного котла (с учетом сжатия сусла после охлаждения), а время наполнения ЦКТ не должно превышать 24 часов (оптимум 12-20 часов). В этом случае заполнение танка будет не слишком долгим, а значит - различные варки начнут бродить практически одновременно, то есть сусло станет более однородным по составу, удастся избежать его «расслоения». Если заполнение танка будет слишком длительным, различные варки не успеют перемешаться между собой до начала брожения. Это может негативно повлиять на процесс брожения (чего нужно всячески избегать). Чем больше танк, тем дольше будет длиться фаза откачки пива или санации. Все это негативно влияет на степень оборачиваемости оборудования.
Также нужно учитывать, что согласно законам физики, пик потребления холода у одного большого танка будет большим, чем у нескольких меньших. Кроме этого, очень большой танк можно использовать только для производства основного, доминирующего сорта пива. Реально максимальные размеры ЦКТ ограничиваются еще одним, весьма важным транспортным фактором: условиями будущей транспортировки емкостей заказчику и монтажа на месте заказа. При определении размеров танка большое значение имеет то, каким способом и маршрутом ЦКТ будет поставляться заказчику (сухопутным или водным). Наиболее «гибкой» в отношении габаритных ограничений является транспортировка водным (морским или речным) путем. При сухопутной перевозке танка приходится изначально жестко ограничивать его размеры, а также - учитывать расположение транспортных магистралей, линий высоковольтных передач и т.п.
Тем не менее, соображения экономики производства сегодня диктуют свои условия при проектировании оборудования: современный проект должен предусматривать использование ЦКТ как можно большего объёма при наименьшем диаметре, который допустим исходя из данного уровня развития технологии. При этом преследуются следующие цели:
§ снижение удельных инвестиционных затрат,
§ уменьшение транспортных расходов при доставке оборудования
§ снижение эксплуатационных затрат
На практике всегда приходится искать разумный компромисс между требованиями экономики и (часто необоснованными) страхами технологов перед ЦКТ большого объёма. По словам специалистов, с помощью железной дороги обычно осуществляется перевозка ЦКТ емкостью до тысячи гектолитров. Большие танки перевозятся только специальным транспортом, насколько это возможно — водой. Именно поэтому компании — производители ЦКТ стараются размещать свои предприятия поближе к судоходным рекам или морским портам.
В единичных случаях при транспортировке ЦКТ (или его крупных составляющих) может использоваться авиаперевозка, но этот способ является нетипичным. Более реальным является использование вертолетного транспорта для монтажа ЦКТ на месте. Транспортная проблема касается не только внешних габаритов ЦКТ, которые уже сами по себе являются в достаточной степени большими, а и степени прочности танка, необходимой для того, чтобы емкость не деформировалась при перевозке. Метода перевозки ЦКТ по частям с последующей сборкой его на месте, по единодушному мнению специалистов, оправдывает себя только в тех случаях, когда транспортировка целого танка по каким-либо причинам становится абсолютно невозможной.
Пенополиуретановую изоляцию, к примеру, оптимально заливать все же в производственном цеху, а не в «полевых условиях» при сборке ЦКТ на пивзаводе. Еще недавно процесс изоляции ЦКТ проводили при температуре не меньше, чем +20°С, обязательно — в сухую погоду. Какие либо осадки при этом были недопустимы — влага приводила пенополиуретан в негодность. Сегодня температура может быть более низкой, до +5°С, уровень влажности окружающего воздуха не нормируется (естественно, это не значит, что в полиуретановую пену может попадать вода). Тем не менее, оптимально изолировать ЦКТ все же в заводских условиях.
К тому же на заводе ЦКТ изолируют в горизонтальном положении, при монтаже на месте — в вертикальном. При этом приходится возводить специальные леса и подмостки, что также осложняет дело.
Горизонтальные бродильные танки загружают интенсивно аэрированным суслом на 75-80 %, очищенным от осадка взвесей охлажденного сусла не менее чем на 50 %. Внесение дрожжей обычно осуществляют на уровне 0,5-1,0 л/гл. Для получения CO2 «открытое» или «закрытое» брожение проводят при максимальных температурах 8-9 °С. При этом возникает сильная конвекция, обусловливающая ускоренное протекание брожения по сравнению с бродильными чанами, и сбраживание до обычного содержания остаточных экстрактивных веществ сокращается примерно на сутки.
Циркуляция пива усиливается благодаря размещенным снаружи охлаждающим карманам. Поддержание максимальной температуры осуществляется верхней системой охлаждения, а для охлаждения до конечной температуры противотоком включается вторая система охлаждения. Осаждение дрожжей в таких емкостях иногда представляет трудности из-за более сильной конвекции. Для оседания им требуется больше времени, и таким образом нивелируется отмеченный выше выигрыш во времени. В целях улучшения осаждения дрожжей конвекция должна завершаться примерно за 24 ч до перекачивания пива на дображивание, то есть к этому моменту конечная температура должна быть уже достигнута. Формированию дрожжевого осадка способствует зона охлаждения в самой нижней точке танка. Положительный эффект может даже дать дальнейшее сбраживание, ожидание оседания дрожжей при температуре 3-5 °С, а затем смешивание с необходимым для дображивания количеством завитков. Без этого содержание дрожжей в пиве, перекаченном с остаточным экстрактом, составляет порядка 20-30 млн клеток/1 мл, и зачастую такое пиво характеризуется дрожжевым или горьковатодрожжевым привкусом.
Вследствие подъема пузырьков CO2 происходит хорошее формирование деки. В течение однодневной паузы на седиментацию она обычно не опадает и при перекачивании пива на дображивание оседает на стенках емкости. Содержание горьких веществ в молодом и готовом пиве, полученном в закрытых емкостях, примерно на 10 % выше, чем у пива, полученного в открытых емкостях. Сбор дрожжей в длинных емкостях производить несколько труднее, однако удовлетворительный результат можно получить или при помощи телескопического черпака путем взмучивания водой, или, в конце концов, при обходе танка, для чего целесообразно установить в задней торцевой стенке танка дополнительный люк. Так как в дрожжах содержатся компоненты деки, ее необходимо очистить с помощью вибросит. В отдельных слоях сброженного пива содержание дрожжей может быть разным, поэтому требуется обеспечить по возможности равномерное распределение молодого пива.
Вертикальные бродильные танки цилиндроконической конструкции загружаются так же, как и горизонтальные танки. Благодаря подъему пузырьков CO2 возникает конвекция, усиливающаяся под действием охлаждения. Подключение лишь верхней зоны охлаждения вызывает более сильную конвекцию, чем подключение нескольких зон или всей поверхности охлаждения в цилиндрической части танка. Подъем пузырьков (его скорость составляет около 0,3 м/с) стимулирует контакт дрожжей с субстратом и тем самым увеличивает скорость брожения и протекающие при этом процессы. Это объясняет, несмотря на большую высоту, исключительную однородность сбраживаемой жидкости. В таких танках при брожении происходит отличное осаждение дрожжей. Уже во время интенсивной фазы направленный вверх турбулентный поток захватывает несколько меньше дрожжей, чем поток, идущий вниз (в том случае, если конусная часть уже немного охлаждена). Охлаждение нижней части снижает турбулентность, чем содействует оседанию дрожжей. Количество дрожжей, дозируемых в объеме около 0,71 л, в стадии высоких завитков может составить 70-75 млн клеток.
Перед перекачиванием пива на дображивание в зависимости от технологии биомасса дрожжей возрастает в 3-3,5 раза. Как мы уже отмечали, отдельные слои бродящего субстрата не отличаются ни по степени сбраживания и температуре, ни по содержанию побочных продуктов брожения. Содержание CO2 вследствие конвекции одинаково даже в очень высоких танках, и пока существует конвекция верхняя и нижняя зона не различаются по содержанию дрожжей (их более высокая концентрация отмечается лишь в конусной части). Эти факторы конвекции и давления являются причиной того, что выделение горьких веществ, как и в рассмотренных выше горизонтальных танках, на 10-15 % ниже, чем в открытых чанах. Продолжительность брожения при обычных температурах 8-9 °С составляет всего 5-6 сут (если не требуется дополнительного времени для достижения конечной степени сбраживания и оседания дрожжей).
Сбор дрожжей относительно не сложен - они спускаются из конусной части бродильного танка после короткого интенсивного слива для удаления загрязнений (взвесей и мертвых дрожжевых клеток) до тех пор, пока по цвету жидкости не станет ясно, что можно производить переключение на лагерный танк. Для предотвращения захвата пива дрожжи следует снимать медленно (в течение 60-80 мин). Их консистенцию можно назвать кашеобразной, однако в результате уменьшения давления столба жидкости в бродильном танке происходит соответствующее увеличение объема и дрожжи становятся вспененными.
Технология перекачивания пива на дображивание или другие технологические операции при дображивании остаются традиционными. Если перекачивание осуществляется с остаточным экстрактом, то охлаждение противотоком (например, с 9 до 5 °С) за 24 ч в сочетании с образованием CO2 позволяет поддерживать хорошую однородность молодого пива благодаря снижению за это время экстрактивности на 0,5-0,8 %. Содержание дрожжей к моменту перекачивания пива на дображивание одинаково и находится на уровне 10-15 млн клеток. Если это пиво распределяется между танками соответствующего объема с помощью смесителя таким образом, что в каждый танк в данный момент времени поступает одинаковое пиво, то содержимое всех танков гарантированно характеризуется одними и темп же свойствами. В начале перекачивания пива на дображивание всегда происходит захват дрожжей со стенок конуса. Дображивание протекает, как и в других бродильных емкостях, причем дрожжи оседают немного быстрее.
С технологической точки зрения сокращенный цикл брожения не является идеальным (перекачивать пиво приходится в выходные дни или в конце недели). Кроме того, получение требуемого качества молодого пива (по экстрактивности, содержанию дрожжей и т. д.) представляется затруднительным, особенно если в один день необходимо производить перекачку нескольких танков, так как смещение, например, на 6 ч может привести к большим изменениям этих значений. В таком случае считается целесообразным продолжать сбраживание и седиментацию дрожжей, а дображивание производить за счет использования завитков. Если, например, перекачивание пива на дображивание осуществляется на день позже, но при этом еще поддерживается температура 4,0-5,0 °С, то степень сбраживания окажется на 3-6 % ниже конечного значения, а содержание дрожжей снизится с 10 млн клеток до 2-3 млн. В связи с этим следует обеспечить однородное распределение молодого пива и равномерное смешивание с завитками (10-12 % со степенью сбраживания 25-35 % и количеством дрожжевых клеток более 50 млн). Благодаря этим мерам к началу дображивания достигается обычный уровень экстрактивности и содержания дрожжевых клеток. Дображивание в этом случае независимо от остаточного количества дрожжей начинается хорошо, а пиво имеет мягкий, приятный вкус и в отличие от «нормально» перекаченного пива допускает более высокое содержание горьких веществ.
Размер танка должен быть таким, чтобы его можно было заполнить за полдня. Для крупных танков этого добиваются благодаря согласованию продолжительности перекачивания из танка для внесения дрожжей или флотационного танка. Если же заполнение продолжается очень долго, то из-за более высокой температуры внесения дрожжей и брожения возникает сильная турбулентность в активной фазе, сопоставимая с условиями брожения при перемешивании. Пиво при этом приобретает «пустой» вкус, так как очень быстро выделяется большое количество белка, образуется меньше летучих кислот и возникает неблагоприятное соотношение сложных эфиров и высших спиртов. Образуется больше «общего диацетила», поскольку его максимальное содержание достигается на 1-2 сут позже, и снижение его содержания до конца брожения или созревания представляет серьезные проблемы.
Поэтому нецелесообразно проводить однократное внесение дрожжей в первую варку и долив семенных дрожжей в течение 24 ч даже при интенсивной аэрации. Если же в последних варках партии пива отказаться от введения воздуха, то это может вызвать расслоение пива: уже сброженная и, соответственно, более легкая часть столба жидкости будет находиться в верхней части танка, тогда как в нижней его части снижения экстрактивности еще не наблюдается. Это снижение экстрактивности наступает лишь с усилением конвекции в результате охлаждения верхней (сброженной) части жидкости, что небезопасно по микробиологическим показателям.
С учетом вышеизложенного рекомендуется вышеописанная технология перекачивания: если варки, в которые дрожжи были внесены первыми (с немного пониженной температурой и количеством внесенных дрожжей), находятся в отделении для внесения дрожжей 16 ч, то последние варки (с более высокой температурой и количеством внесенных дрожжей) перекачивают уже через 4-6 ч. К моменту смешивания температуры должны выровняться. При прямом внесении дрожжей в крупный танк существует также возможность начать процесс при пониженных температурах и количестве внесенных дрожжей, повышая их по ходу заполнения танка.
Так как этому процессу не предшествует осветление холодного сусла, то желательно, чтобы до внесения семенных дрожжей доливом в следующую варку были удалены взвести горячего сусла, осевшие за это время в конусной части путем осторожного отмучивания. Если из-за ускоренного заполнения танка это невозможно, то эту операцию следует выполнить через 6-8 ч после его полного заполнения. Это является дополнительной стадией очистки, которая оказывает благотворное влияние на свойства пива и дрожжей.
