Календарный план выполнения дипломного проекта 12 Страница

Запатентованы способы получения экстракта хмеля, предусматривающие использование для экстракции горьких и ароматических веществ газов, в частности CО₂, CHF3, CHF2CI и др. Процесс экстракции осуществляется при температуре 40-50°С и давлении газа от 10 до 40 МПа. Длительность экстракции около 7 ч. Хмелевую дробину подвергают обработке водой в течение 3 ч при 90-95°С. После отделения от хмелевой дробины экстракт водорастворимых веществ концентрируют в вакууме при температуре 40-50° С до сиропообразного состояния, а затем смешивают с экс­трактом горьких и ароматических веществ в определенных соотношениях.

Таким образом, технологические параметры приведен­ных и других двухстадийных способов производства экс­трактов обусловлены свойствами используемых растворителей и конструктивными особенностями экстрак­ционных аппаратов.

За рубежом широко используются как периодические, так и непрерывные способы производства неизомеризованных экстрактов. Одноступенчатая экстракция в сравнении с двухступенчатой позволяет значительно сократить длитель­ность технологического процесса и энергетические затраты. Относительно качества экстракта, содержащего различное количество водорастворимых веществ хмеля, мнения спе­циалистов противоречивы. Отсутствие единого мне­ния по этому вопросу объясняется сложным составом сусла и пива и различными условиями работы отдельных пивоваренных заводов.

В зависимости от свойств растворителя и способа по­лучения выпускаемые экстракты содержат от 30 до 92% общих смол, в том числе от 10 до 38% α-кислот. Так, например, фирма «Allgemeine Numberg» вырабатывает экс­тракт «Lupofresh» в промышленных масштабах с различным содержанием общих смол (в %): Standart - 35, Spezial - 45, Super - 55, Extra - 75.

Следует отметить, что большинство применяемых за рубежом растворителей токсичны и, по-видимому, не исклю­чена возможность попадания их в готовое пиво. Имеются, например, указания на то, что метиленхлорид и трихлорэтилен в процессе кипячения с суслом образуют токсичные, малолетучие продукты. Однако не во всех странах суще­ствуют строгие ограничения относительно содержания в экс­трактах хмеля остаточного растворителя. В США допускаются следующие их количества: метанола 2,2%; метиленхлорида 2,2%; изопропилового спирта 2,0%; гексана 2,2% и бензола 0,001%. В экстракте, вырабатываемом в Чехии, содержание метиленхлорида более 0,5% (по массе) не допускается. Проведенные Клебером исследования показали, что в экстрактах, выпускаемых различными фирмами, количество остаточного растворителя колеблется от 0,003 до 5,2%. Использование для экстракции хмеля токсичных растворителей вызывает серьезную тревогу пивова­ров и является тормозом для более широкого применения экстрактов в пивоварении.

Производство экстрактов хмеля в России.

В нашей стране производство экстрактов хмеля с ис­пользованием хлорированных углеводородов запрещено. Поэтому все способы получения основаны на применении нетоксичных растворителей. Впервые в мировой технологи­ческой практике СО₂-экстракты хмеля получил и проанали­зировал канд. техн. наук Пехов А.В. Так, в Краснодарском научно-исследовательском институте пище­вой промышленности был разработан способ получения экс­тракта хмеля с использованием жидкого диоксида углерода.

Экстракцию хмеля осуществляют в течение 50-80 мин при давлении 6,0-6,5 МПа, температуре 24-26°С и соотно­шении растворитель: хмель, равном 8:1. Концентрирование экстракта проводят путем удаления СО₂ при температуре 28-35°С. По данным авторов, выход экстракта составляет около 10% от массы исходного хмеля. Экстракт представляет собой практически безводную, вязкую, мазеобразную массу жел­того цвета, с хмелевым запахом, горьким вкусом и общим со­держанием смол не менее 95%, в том числе не менее 25% α-кислот. К недостаткам способа следует отнести проведе­ние экстракции при высоком давлении и отсутствии в полу­ченном экстракте полифенольных веществ.

В последние годы особую популярность получил спо­соб извлечения горьких и ароматических веществ хмеля с по­мощью экологически чистого экстрагента - диоксида углерода в до- и сверхкритическом состояниях. В дальнейшем была проделана большая работа по совершенствованию техники и технологии получения и применения СО₂-экстрактов хмеля.

На рисунке 1 приведена схема усовершенствованной уста­новки, апробированной в цехе экстракции ООО «Компания Караван» (пос. Белозерный, г. Краснодара).

Конструкция такой установки существенно отличается от известных системой резервирования и подачи сжиженного диоксида углерода в систему, наличием фильтров очистки ра­створителя и мисцеллы, установкой ультразвуковых устройств в двух зонах экстрактора, пневмоплунжерного на­соса с клапанной системой.

Конденсатор установки охлаждается водой с темпера­турой 9,5-9,8°С из артезианской скважины глубиной 27 м. К экстрактору подключен вакуумнасос, позволяющий удалять воздух из пористого растительного сырья перед экстрагиро­ванием.

Для обработки плотного или сильно измельченного сырья предложена оригинальная дренажная система в виде колодцев.

Существенной реконструкции подверглась шламовая труба (соединяющая испаритель с конденсатором), которая имеет теперь больший диаметр и устройство для подогрева паров растворителя в верхней части трубы.

Рисунок 1 – Схема опытно-промышлешой экстракционной установки, смонтированной в цехе экстракции 000 «Компания Караван» 1-сборник экстракта, 2- испаритель, 3 – устройство для распыления мисцеллы, 4 - шламовая труба (d 120мм), 5 - теплообменник, 6 -конденсатор, 7 - сборник жидкого диоксида углерода, 8 - загрузочный люк экстрактора, 9 - вакуум-насос, 10 - экстрактор, 11 - дрена­жное устройство; 12 - резервная емкость для С0₂ ,13 - фильтр, 14 -автоцистерна с жидким СО_2.

Запорная аппаратура изготавливалась для конкретного индивидуального участка установки, с учетом количества и свойств растворителя и мисцеллы.

Методом препаративной газовой хроматографии опре­делена последовательность извлечения ценных компонентов из хмеля: эфирное масло β-кислоты α-кислоты. В таблице 12.1 для сравнения приведен химический состав гранул и СО₂-экстракта хмеля.

Таблица 12.1 - Анализ СО₂-экстракта и гранул из хмеля сорта Hallertauer

Показатели	Гранулы	С02- экстракт
Анализы по классической методике
Общая смола, % на в, с. в.	19,4	90,0
α-Кислоты, %	8,6	44,8
β-Фракция, %	8,5	44,4
Твердые смолы, %	2,3	0,8
в % от общей смолы
α-Кислоты	44,3	49,8
β-Фракция	43,8	49.3
Твердые смолы	11,9	0,9
Анализы с использованием ГЖХ (газо­жидкостной хроматографии)
α -Кислоты, % на в. с. в.	7,9	44,2
В том числе когумулон, %	29,4	26,0
n-гумулон, %	53,5	54,7
адгумулон, %	17,1	19,3
β-Кислоты, % на в.с.в.	4,2	24,8
В том числе колумулон, %	48,1	45,9
n-лупулон %+адлупулон %	51,9	54,1

Литошенко и др. был предложен способ получения экстракта из хмеля с использованием в качестве раствори­теля смеси диэтилового эфира и спирта-ректификата в соот­ношении 9:1. Способ был проверен в производственных условиях на действующем экстракционном оборудовании эфирномасличного комбината «Крымская роза».

Концентриро­вание полученного 4%-ного экстракта осуществлялось в две стадии: сначала в выпарном аппарате до содержания сухих веществ 30-40%, а затем в вакуум-аппарате (при 60-70°С) до 70-80%-ной концентрации. По данным авторов, выход экс­тракта составлял примерно 16% от массы исходного хмеля. Полученный этим способом экстракт представлял собой гу­стую темно-зеленую массу мазеобразной консистенции с хмелевым запахом и общим содержанием смол 57-76%.

Приведенные способы получения экстрактов хмеля не были внедрены в промышленность из-за невысокого качества получаемых препаратов, обусловленного, по-видимому, несовершенством технологии.

Первое промышленное производство экстрактов хмеля и их применение в пивоварении было осуществлено в нашей стране на основании разработок Харьковского филиала НПО пиво-безалкогольной промышленности. В 1965 г. на Бердичевском пивоваренном заводе был пущен в действие первый экспериментально-производственный цех экстракта хмеля. В качестве растворителя был использован этиловый спирт, позволяющий при одностадийном способе производства по­лучать экстракт, содержащий все основные компоненты хмеля (горькие вещества, полифенольные соединения и эфирное масло). Сущность технологии состоит в обработке одной и той же порции хмеля экстрактами убывающей кон­центрации с последующим отделением спиртового раствора хмелевых веществ прессованием под давлением. В связи с тем, что основным оборудованием при получении этого экс­тракта являлся пресс (ЕП), способ получил название «пре­ссовый».

За 1965-1968 гг. этим способом было переработано 350 т хмеля и выпущено 182 т экстракта (в пересчете на 30%-ное содержание смол). Испытание экстракта дало положитель­ные результаты. Образцы пива, приготовленного с частич­ной и полной заменой хмеля экстрактом, по качеству не уступали пиву, полученному с натуральным хмелем. Однако ввиду недостатков конструктивного и технологического по­рядка, а также малой экономической эффективности прессовый способ отделения экстракта был заменен диффузион­ным. Последний был разработан и внедрен также на Бердичевском пивоваренном заводе.

С 1970 г. диффузионный способ является единствен­ным в нашей стране промышленным способом получения экстракта хмеля, который вырабатывается трех сортов: I и II (из соответствующих сортов хмеля) и экстракт-купаж (из II и III сортов хмеля) в соотношении 1:1. Согласно стандарту экстракты содержат соответственно 30, 28 и 27% сухих ве­ществ и 25, 23 и 21,5% общих горьких веществ. От общего количества горьких веществ в экстракте содержится 20-25% α-кислот.

Экстракт имеет следующий состав (в % к массе сухих веществ): общие смолы 75-80, полифенольные соединения 12-14, эфирные масла 0,04, азотистые вещества 4,5-6,0, зола 3,0-4,0, рН водно-спиртового раствора экстракта 4,3-5,3.

На основании проведенных исследований установлено, что качественный состав общих смол и полифенольных сое­динений хмеля и полученного из него экстракта практически одинаков. После 23 месяцев хранения экстракта в герметической упаковке (без доступа кислорода воздуха) при температуре 2-5°С и в обычных условиях (15-25°С) химический состав смол и их ценность для пивоварения практически не изме­нились.

Однако диффузионному, как и другим периодическим способам получения, присущи такие недостатки, как дли­тельность процесса экстракции, невысокая производитель­ность труда, сложность осуществления механизации процесса.

12.1.2 Изомеризованные экстракты

В условиях пивоварения изомеризация α-кислот происходит в течение 2-2,5 ч. кипячения сусла с хмелем. Как показала практика, в таких случаях изомеризация α -кислот невелика и составляет всего 30-50%.

Однако было установлено, что более эффективно и с меньшей затратой времени этот процесс может быть осу­ществлен путем химической обработки α-кислот в опреде­ленных условиях. Большое влияние на этот процесс оказывают среда, рН, температура, концентрация α-кислот в растворе, длительность обработки, присутствие других веществ, в том числе ионов металлов, а также другие факторы. Как правило, процесс изомеризации α-кислот осуществляют в щелочных растворах. Для создания определенного рН ис­пользуют растворы гидроксидов, карбонатов и бикарбонатов натрия и калия либо двухвалентных металлов (кальция, маг­ния и др.). Относительно величины рН среды опуб­ликованные данные весьма противоречивы. Так, при обработке α-кислот в водно-щелочной среде оптимальное значение рН лежит в пределах 8,0-11,0. Если средой является смесь несмешивающегося с водой растворителя и водного щелочного раствора, то рН равно от 7,0 до 13,0. В водно-спиртовом растворе рН от 7,0 до 9,5.

Исследованиями ряда авторов установлено, что в присутствии ионов кальция, магния, марганца изомериза­ция может происходить при рН от 4,0 до 8,0 без образования юбочных продуктов, в том числе и гумулиновых кислот.

В последнее время установлено, что α-кислоты в виде комплекса с двухвалентными металлами могут изомеризоваться в твердом состоянии или в виде взвеси в водном ра­створе. Отсутствие единого мнения относительно оптимального значения рН для изомеризации α-кислот, по-видимому, обусловлено зависимостью этого показателя от конкретных условий процесса. По мнению Келлера, на процесс существенное влияние оказывает концентрация щелочного раствора. По его данным, при обработке α-кислот в 0,1 н. водном растворе карбоната натрия выход изогумулона составляет 80%, а в 0,2 н. растворе - 75%. Присутствие кис­лорода приводит к образованию нежелательных побочных продуктов реакции, поэтому некоторые исследователи считают, что процесс изомеризации α-кислот следует осуществлять в условиях, исключающих доступ кислорода. О влиянии на процесс изомеризации α-кислот темпе­ратуры четкие данные в литературе отсутствуют. В водной среде обработку α-кислот, как правило, проводят при темпе­ратуре около 100°С. При изомеризации в присут­ствии катализаторов температура может быть снижена до 70°С. Запатентованы также способы, предусматри­вающие ведение процесса при 120-180°С и 22°С. Длительность термической обработки α-кислот при разных способах их изомеризации варьирует от 3 до 120 мин, что обусловлено, по-видимому, составом и температурой ре­акционной среды. По данным Литарда и Деврюкс, при концентрации α-кислот от 0,07 до 7,0 г/л изомеризация их в 0,005 н. водном растворе карбоната натрия идет неудовле­творительно. Виндиш считает, что с повышением степени дисперсности α-кислот их изомеризация проходит более эф­фективно и за меньший промежуток времени. Увеличение скорости изомеризации с повышением рН среды, очевидно, объясняется большей растворимостью α-кислот в этих усло­виях. Есть основания полагать, что введение в реакционную среду смеси различных органических растворителей спо­собствует повышению степени дисперсности α-кислот в ра­створе и тем самым обеспечивает более высокий выход изомерных соединений.

Получение изомеризованных экстрактов за рубежом.

Способы получения неочищенных экстрактов. Фирмой «Al­lied Breweries (UK) Ltd.» (Великобритания) запатентован способ, предусматривающий экстракцию горьких веществ свежеубранного хмеля водой в течение 15 мин при температуре от 4 до 25°С и рН 6-7, отделение экстракта от хмелевой дробины, доведение рН до 8,5-9,5, кипячение и последую­щее концентрирование.

С моей точки зрения, этот способ представляет инте­рес для работников сельского хозяйства, так как позволяет сохранить качество хмеля за счет сжатых сроков его уборки и последующей обработки (упраздняются процессы сушки, сульфитации и отлежки). Однако способ несовершенен и при рекомендуемых фирмой технологических параметрах, по-ви­димому, будут иметь место большие потери горьких веществ.

Этой же фирмой запатентован способ получения экс­тракта из лупулина путем многократной обработки его в вод­ном щелочном растворе при рН 8,5-9,5, кипячения полученного раствора в течение 30-45 мин (для изомериза­ции α-кислот), подкисления раствора до рН 1, добавления инертного абсорбента и центрифугирования для выделения абсорбированных горьких веществ.

12.2 Система мер по развитию производства хмеля и фор­мированию легализованного хмелевого рынка

Восстановление и развитие производства хмеля и эф­фективное функционирование хмелевого рынка связано с реализацией комплекса мер по оздоровлению аграрного сектора экономики.

Основные направления по повышению эффективности производства хмеля и развитию хмелевого рынка сводятся к следующим мерам, реализация которых предусматривается на федеральном и региональном уровнях:

– реструктуризация задолженности хмелепроизводящих хозяйств в бюджеты всех уровней и внебюджетные фонды;

– организация менеджмента;

– улучшение системы учета производства и оборота хмеля;

– применение эффективных механизмов долгосрочного и краткосрочного финансирования;

– применение энергоресурсосберегающих технологий, повышение технической оснащенности производства и пе­реработки хмеля на базе качественно новых технических средств машинных систем;

– восстановление и развитие системы селекции и питомниководства хмеля;

–увеличение поставок минеральных удобрений на внутренний рынок и стимулирование отечественного произ­водства средств защиты растений;

–развитие кооперации и интеграции сельских товаро­производителей с предприятиями хранения, переработки и реализации хмеля;

–совершенствование действующего законодательства и принятие новых нормативно-правовых актов, обеспечи­вающих благоприятные условия для ведения отрасли хмеле­водства и функционирования хмелевого рынка;

–лицензирования участников рынка хмеля и продуктов его переработки в соответствии с действующим законода­тельством;

–введение протекционистских мер по защите интере­сов отечественных товаропроизводителей, таможенно-та­рифное регулирование;

– обеспечение субъектов хмелевого рынка достоверной
оперативной информацией о его конъюнктуре, формирование механизма форвардных и фьючерсных сделок с хмелем;

– создание эффективно функционирующей транспортно-логистической системы межрегиональной межго­сударственной торговли хмелем и продуктами его переработки.

Реализация этого комплекса мер создаст условия для расширенного воспроизводства хмелеводческой отрасли, ее устойчивого развития, повышения платежеспособности всех участников Программы и притока инвестиций в хмелеводческий подкомплекс страны.

12.3 Совершенствование технологии производства пива путем использования СО₂-экстракта

Дробление солода один из важнейших процессов в производстве пива. Инновационные разработки в этой сфере крайне необходимы для повышения качества продукта и оптимизации его товарооборота.

Рассмотрим на примере классической и принципиальной схем производства пива положительное влияние использования хмелевой СО₂-мисцеллы при дроблении солода (рисунок 2 и рисунок 3)

Рисунок 2 – Классическая схема производства пива

Рисунок 3 – Усовершенствованная технологическая схема производства пива

Принципиальная схема предусматривает измельчение солода (или его смеси с несосоложенным ячменём) по новой методике, разработанной с участием А.В. Христюка (Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2006128179 от 03.08.2006. Способ приготовления затора из частично несоложенного сырья; Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2006128181 от 03.08.2006. Способ затирания солода.). Для этого под давлением на солод наносили жидкую СО₂-мисцеллу хмеля, а затем проводили резкий сброс давления по режимам. При этом происходило «вскипание» диоксида углерода, что приводило к разрушению структуры эндосперма зернового ячменя и солода.

Затирание осуществляли инфузионным способом как наиболее рациональным способом ферментации по режиму: белковая пауза при 47°С; мальтозная пауза при 63°С; пауза осахаривания при 72°С; температура перекачки затора в фильтр-чан 78°С; рH затора 5,4; гидромодуль солод-вода 1:4. Соответствие состава шрота и режим затирания контролировали по содержанию крахмала в дробине, продолжительности фильтрации и выходу экстракта. В качестве контроля использовали затор, приготовленный по традиционной технологии. Полученные результаты показали, что объём вспученного таким образом солода в среднем увеличился на 8-11%, а выход экстракта – на 0,4-1,3% от объема использованного сырья. Продолжительность фильтрации затора существенно не изменилась (таблица 12.2)

Таблица 12.2 – Результаты обработки солода CO₂-мисцеллой хмеля

№ варианта	Скорость сброса давления в аппарате, МПа/с	Объем солода, %	Продолжительность фильтрации, мин.	Выход экстракта, %
Контроль	- 6,0/20 5,8/20 5,4/20 5,3/20			99,3 99,0 98,6 98,4

Также в свете оптимизации хранения и товарооборота пива была разработана бактерицидная тара для готового продукта. Создан состав, применяемых полимерных пивных бутылок и винтовых колпачков, производимых методом горячей экструзии из гранул полиолефинов с использованием в качестве пластификатора жирного масла хмеля и бактерицидного компонента – эфирного масла хмеля. Опытные образцы таких бутылок изготовлены в цехе экструзии ООО «Пригорье» (г. Краснодар). Бактерицидная тара создаёт дополнительный барьер для микроорганизмов и препятствует проникновению кислорода воздуха в продукт, что позволяет на более длительный срок сохранить качество и свежесть пива.

Анализируя вышеуказанные схемы, очевидно, что усовершенствованный процесс производства пива гораздо целесообразнее классического. Считаю, что практическую эффективность данного метода можно подтвердить, внедрив его в технологию производства пива в одно из действующих пивоваренных предприятий Краснодарского края.

Заключение

В данном дипломном проекте был разработан проект завода по производству светлого и темного пива производственной мощностью 500 тыс. гл в год.

При производстве светлого пива был использован высококачественный солод с добавлением в качестве несоложенного сырья риса. Предусмотрены такие технологические операции как дробление зернопродуктов, затирание, кипячение сусла с хмелем, брожение, дображивание молодого пива. Для достижения стабильности применяем обработку кизельгуром, фильтрацию, осветление в гидроциклоне, обработку холодом. Розлив производим в стеклянную бутылку, объемом 0,5 литра в изобарических условиях.

При производстве темного пива для придания характерных свойств используем карамельный солод. Это является принципиальным отличием технологий производства темного и светлого пива. Для достижения стабильности также применяем обработку кизельгуром, фильтрацию, осветление в гидроциклоне, обработку холодом. Розлив производится в стеклянную бутылку объемом 0.5 литра в изобарических условиях.

В данном дипломном проекте использовано как хорошо зарекомендовавшее себя, так и новейшее оборудование, позволяющее получать высококачественную продукцию и снизить затраты ручного труда.

Таким образом можно сделать вывод, что выбранные технологические схемы производства пива позволяют получать продукцию, отвечающую международным стандартам и способную конкурировать на мировом рынке.

Список использованных источников

1. Кунце В. Технология солода и пива. СПб.: Профессия 2001г.-912 с.

2. Тихомиров В.Г Технология пивоваренного и безалкогольного производств. М.: Колос, 1998г.-447 с.

3. Косминский Г.И Технология солода и безалкогольного производств. Минск: Дизайн ТЛРО, 1998г.-351 с.

4. Дипломное проектирование заводов по производству пива и безалкогольных напитков. М.: Агропромиздат, 1987г.-272 с.

5. Ермолаева Г.А Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. М.: ИРПО, 2000г.-414 с.

6. Хорунжина С.И Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. М.: Колос. 1999г.-312 с.

7. Калунянц К.А Технология солода, пива и безалкогольных напитков. М.: Колос, 1992г.-446 с.

8. Ермолаева Г.А Способы дробления солода на современных пивзаводах// Пиво и напитки, 2004г. №4.

9. Ермолаева Г.А Дображивание и созревание пива// Пиво и напитки, 1999г. №1

10. СанПин 2.2.4.548 – 96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

11. Сборник основных правил, технологических инструкций и нормативных материалов по производству пивоваренной продукции: Утв. 05.05.98 г. / Рос. акад. с.-х. наук. – М.: Пищепромиздат, 1998г.-242с.

Дата добавления: 2015-06-30