Превращения при кипячении сусла с хмелем
На предыдущую
ВИДЫ СУСЛОВАРОЧНЫХ КОТЛОВ
"Soft fire makes sweet malt" - "Тихое пламя делает сладкое сусло".(Английская поговорка)
Первые сусловарочные котлы с паровым отоплением появились в "эпоху пара" - во второй половине XIX века. Изначально по форме они были подобны обычному котлу с выпуклым, круглым дном. Пытаясь добиться того, чтобы сусло как можно меньше пригорало, пивовары экспериментировали с формой днища. Сегодня наиболее популярным является линзообразное вогнутое дно, способствующее лучшей циркуляции сусла.
Первоначально сусловарочные котлы, так же как и заторные, обогревались непосредственно огнем. Позже для обогрева котла стал использоваться пар. При этом применялся принцип "двойного дна" - точно также, как и для заторных котлов. Во второй половине ХХ века делались попытки создания эффективной системы обогрева котла горячей водой при избыточном давлении (температура воды поднималась выше 150°С). Но системы гидрокипячения котла оказались менее выигрышными по сравнению с паровыми.
Кроме этого, в 50-х годах нашего столетия использовались котлы оригинальной конструкции, которые полностью изготавливались из плоских листов. Такой котел имел прямоугольную, кубическую форму. Его дно представляло собой трапецию со скошенными гранями, на которых устанавливался стандартный паровой обогрев. Наклонные грани позволяли достигнуть неплохой циркуляции сусла. Для экономии места варочные (и заторные) четырехгранные котлы часто монтировали вертикальным блоком - друг над другом. Такая система называлась блочным варочным агрегатом. Традиционные системы эта конструкция ощутимо не потеснила.
Стандартный отечественный варочный агрегат представляет собой заторный и сусловарочный котел, объединенные в одну систему. Количество котлов в системе может варьироваться от двух до шести. В зависимости от этого, варочные агрегаты бывают двух-, трех-, четыре-, пяти- и шестипосудные.
Эволюция материалов, используемых для изготовления сусловарочных котлов, идентична той, которую прошли заторные аппараты.
На изменения конструкции сусловарочных котлов большое влияние оказывало то, что большинство химических реакций (а также биохимических процессов по превращению веществ) значительно ускоряются при температуре, превышающей 100°С*16.
Для того, чтобы поднять температуру кипения сусла, оптимальным вариантом является применение повышенного давления. Но при этом приходится учитывать тот фактор, что слишком большая температура многократно повышает опасность пригорания (или, как минимум, - карамелизации) сусла. Кроме этого, излишне высокая тепловая нагрузка существенно снижает количество коагулируемого азота.
Современные модели герметичных котлов, работающие с повышенным давлением, создают незначительное превышение давления: обычно не больше, чем на 0,5 бара. Сусло кипятится 60-70 минут при температуре около 103-106°С. Это режим "золотой середины" - процессы ускоряются, но сусло не пригорает. Метод получил название: "варка сусла при низком избыточном давлении" (в немецкой литературе часто обозначается, как "NDK" или "Niederdruck-Kochung", т. е. "варка при низком давлении").
Чтобы уйти от недостатков герметической системы кипячения (см. раздел "Некоторые особенности конструкции заторного котла") такое оборудование оснащается множеством предохранительной аппаратуры, не допускающей критического превышения давления или возникновения вакуума. Для повышения степени испарения нежелательных веществ и температурной однородности сусла используются различные системы принудительной циркуляции.
Температура сусла на выходе из внутреннего котла составляет около 102-104°С. Достижение аналогичного результата при использовании обычной варки неизбежно приводит к большому парообразованию. Степень испарения сусла при традиционном способе достигает 8-10% (дополнительно выпаривать из сусла DMS еще можно, но это станет излишне накладным), при использовании "Niederdruck-Kochung" - снижается до 6%. Поскольку выпаривание является наиболее энергоемкой операцией, это позволяет экономить значительное количество энергии.
Как разновидность "Niederdruck-Kochung", может использоваться динамическое кипячение при низком избыточном давлении. Во время динамического кипячения сусло попеременно разогревается до 104-105°С и охлаждается до 101-102°С (происходит поочередное повышение и сброс давления). Это приводит к интенсивному образованию в сусле пузырьков пара. Поднимаясь из нижних слоев сусла, они выносят на поверхность DMS и другие летучие вещества. Многократное повторение этого процесса (до шести раз) приводит к возможно полному выпариванию нежелательных веществ. Тепловая нагрузка, создаваемая в этом режиме, является щадящей за счет непродолжительности высокотемпературных пиков.
Динамическое кипячение используется в котлах со встроенным внутренним кипятильником.
ПРИНЦИП РАБОТЫ КОТЛОВ СО ВСТРОЕННЫМ КИПЯТИЛЬНИКОМ
Внутренний кипятильник изготавливается в виде вертикального пучка труб в кожухе цилиндрической формы. Нагреваемое сусло (температура около 100°С) поднимается по нему снизу вверх, горячий пар идет противотоком. По пути сусло закипает, в нем образуется множество пузырьков, объем сусла значительно возрастает. В своей верхней части кожух конусообразно сужается, кипящее сусло попадает на отражатель ("колпак") и тонким, но широким слоем растекается по поверхности сусла. Это обеспечивает повышенное испарение летучих веществ. Кроме этого колпак обеспечивает хорошую циркуляцию сусла, исключая возможность возникновения мертвых зон.
Недостатком встроенного кипятильника является то, что его работа (особенно на стадии нагрева сусла) является неравномерной (по выражению исследователей, изучавших его работу - импульсивной). Связано это с резким возрастанием объема сусла при его закипании. Интенсивно образующиеся пузырьки пара приводит к пульсации сусла в трубе нагревателя.
Труба в данном случае становится похожей на цилиндр примитивной паровой машины. Только вместо поршня образовавшийся пар с силой, толчком, выталкивает из нагревателя кипящее сусло. После этого сусло на какой-то момент вновь останавливается, а потом все начинается сначала. Во время этих остановок сусло немного пригорает (как вариант - карамелизируется). Общий объем сусла температурно расслаивается - его верхний слой нагревается быстро, нижний - медленнее. Это, в свою очередь, приводит к неравномерному испарению DMS, увеличению общего времени нагревания.
После завершения периода нагревания сусла (на этапе кипячения) его пульсация прекращается.
Современную конструкцию сусловарочного котла со встроенным кипятильником можно рассмотреть на примере системы "Ecotherm" (компания "Anton Steineker Maschinenfabrik GmbH"), которая избавлена от вышеперечисленных недостатков. В этом сусловарочном аппарате работает система, обеспечивающая принудительную циркуляцию сусла. Это позволяет устранить температурное расслоение сусла при нагревании (образование в общем объеме сусла разнотемпературных слоев).
Для принудительной циркуляции используется насос, осуществляющий в обычной системе перекачку сусла в вирпул. Такая его дополнительная функция не требует больших энергетических затрат. Использование насоса тем более удобно, что обычно во время кипячения он простаивает. Для эффективной работы в двух режимах насос в "Ecotherm" оснащается системой регулирования частоты (при откачивании насос работает на максимальной мощности, при циркуляции - менее интенсивно). Этот же насос в системе "Ecotherm" используется для внесении хмелепродуктов.
Интересным отличием "Ecotherm" от традиционного сусловарочного котла является то, что во время кипячения сусла температуру во время некоторых фаз процесса можно дозировано снизить. Это позволяет уменьшить общую тепловую нагрузку на сусло и лучше сохранить белковые фракции, положительно влияющие на качество пивной пены. Для каждого типа сусла можно установить необходимый режим подачи пара и работы насоса и таким образом регулировать количество коагулируемого азота в сусле.
Отражатель (колпак) нагревателя "Ecotherm" является двойным. Это увеличивает степень испаряемости летучих веществ (за счет того, что увеличена площадь сусла, выбрасываемого из нагревателя и стекающего по колпакам). Угол наклона отражателей рассчитан таким образом, что потоки стекающего сусла пересекаются. Это обеспечивает эффективное пеногашение.
К общим достоинствам котлов со встроенным нагревательным элементом относится простота и надежность конструкции, относительно несложное применение средств санитации, относительная компактность.
Наиболее существенными недостатками являются: стадия нестабильности при нагреве, быстрое загрязнение термоэлемента (из-за большой температуры нагрева и малой скорости течения сусла), четко ограниченная размерами котла площадь нагрева.
ПРИНЦИП РАБОТЫ КОТЛА С ВЫНОСНЫМ КИПЯТИЛЬНИКОМ
Изначально выносной кипятильник использовался в качестве вспомогательного средства, призванного "прикрыть" технические просчеты конструктора в том случае, когда собранный котел имел малую эффективность нагрева и довести сусло до нужной температуры обычным путем не представлялось возможным.
Постепенно выяснилось, что котел со встроенным кипятильником обладает рядом преимуществ. В частности, с его помощью можно точно регулировать объем и температуру нагреваемого сусла, желаемую площадь нагрева можно широко варьировать.
По стандартной технологии сусло проходит через расположенный за пределами котла кипятильник около 8 раз за час. Непосредственно нагревательный элемент представляет собой кожухотрубный или пластинчатый теплообменник. Как и во встроенном кипятильнике, сусло и обогревающий его пар двигаются противотоком относительно друг друга. Избыточное давление может создаваться как в котле (стандартным образом), так и в вынесенном кипятильнике (при помощи насоса, подающего сусло). Обычно необходимая площадь нагрева берется из расчета 10-11 квадратных метров теплообменника на 100 гектолитров конечного объема сусла.
Специфическим требованием выносного кипятильника является относительно высокая скорость течения протекающего по нему сусла. Она должна составлять не меньше, чем три метра в секунду. Конечная разница в температуре сусла и пара не должна превышать 10°С. Если не соблюдать эти требования, на стенках трубопровода быстро осядет коагулировавший белок и возникнет необходимость в их очистке. Среднее количество варок между чистками варьируется от шести до сорока - в зависимости от того, насколько четко выдерживается в системе скоростной и тепловой параметры.
Нагретое сусло возвращается по трубопроводу в котел на уровне поверхности сусла (как вариант - по специальному отражателю). В момент, когда сусло из узкого трубопровода попадает в широкий котел, давление в потоке падает. Согласно закону физики, происходит моментальное закипание жидкости и, как следствие, интенсивное испарение содержащегося в ней DMS.
Недостатками выносного нагревателя являются дополнительные энергорасходы на перекачку сусла и большая площадь. Вероятность возникновения в трубопроводе касательных напряжений значительно возрастает.
www.pivnoe-delo.com
На предыдущую
Превращения при кипячении сусла с хмелем
