§ 31.10. Актуальні проблеми виробництва пива

Сучасний етап розвитку пивоварного виробництва є генераль­ним напрямом інтенсифікації цієї галузі та припускає, насам­перед, створення принципово нових технологій, удосконалення наявних і вирішення питань, пов’язаних з інтенсифікацією си­ровинної бази (зернових культур і хмелю), з поліпшенням упа­кування та зовнішнього вигляду пива у пляшках і банках, із розвитком маркетингу, а найголовніше — з підвищенням якіс­них показників пива та зниженням його собівартості.

Таким чином, основним напрямом технічного переоснащен­ня пивоварного виробництва є інтенсифікація технологічних про­цесів на основі нових розробок і впровадження прогресивних ресурсо-енергозберігаючих технологій, високоефективного устат­кування, повної механізації, автоматизації та комп’ютеризації всіх основних і допоміжних технологічних ділянок. Усе це дасть змогу скоротити тривалість циклу, перейти на циклічність і без­перервність технологічних процесів, безвідходність і комплекс­не використання сировини та енергії, знизити питомі витрати тепла, електроенергії, води і сировини.

Передбачається впровадження й освоєння більш сучасного технологічного устаткування й автоматичних ліній розливу пива продуктивністю 48 тис. і більше пляшок за годину з пов­ного механізацією завантаження і розвантаження тари й гото­вої продукції.

Перспективним варіантом розвитку пивоварної промисло­вості є розроблення і широке застосування автоматичних систем управління всіма технологічними процесами (АСУТП) з вико­ристанням мікропроцесорної та комп’ютерної техніки. Основ­ні завдання АСУТП — це визначення і підтримка оптимальних (найкращих з погляду техніко-економічних показників якості роботи) режимів роботи керованих технологічних процесів з виробництва пива за змінюваних умов, їх функціонування, викликаних зміною складу сировини, продуктивності та стану устаткування.

До основних компонентів в АСУТП в пивоварному вироб­ництві належать:

• алгоритмічне забезпечення, включаючи математичне мо­делювання керованих технологічних процесів;

• технічне забезпечення (ЕОМ, мікропроцесори, комп’юте­ри тощо);

• вимірювально-технологічне забезпечення (датчики, вико­навчі пристрої тощо).

Важливою проблемою у пивоварному виробництві є розроб­лення і впровадження прогресивних методів механізації ПРТС-робіт на ділянках тари і готової продукції. Це перехід на пакетування та контейнеризацію за допомогою нового, високо­продуктивного підйомно-транспортного устаткування, спеціаль­них машин і автотранспорту.

Збільшення випуску пива потребує значного розвитку спе­ціалізованих торгових центрів, переважно в місцях будівницт­ва і розширення наявних пивоварних підприємств. Особливу увагу слід звертати на безтарний спосіб постачання нефільтро- ваного, збагаченого біологічно-активними речовинами, пива.

У технологи пивоваріння передбачається широке впрова­дження таких науково-технічних розробок, як:

• фільтраційні процеси циклічної дії для прискореного фільт­рування пивних заторів і пива;

• високоефективні способи оцукрювання затору фермент­ними препаратами, що містять активну глюкозу;

• нова раса пивоварних дріжджів, які зброджують сусло з ви­сокою концентрацією сухих речовин;

• нові схеми підготовки води для пивоваріння з використан­ням мембранних фільтрів;

• використання на стадії затирання пивних заторів до 80% несолодженої сировини, яка майже вдвічі дешевша за солод, із застосуванням високоактивних ферментних препаратів;

• прискорена технологія бродіння та доброджування пива в циліндроконічних апаратах з виносною системою охолодження;

• нові технології стабілізації пива за допомогою фізичних методів впливу та консервантів з рослинної сировини.

Учені, виробники та організатори пивоварної галузі повин­ні приділяти значну увагу розробленню та впровадженню та­ких актуальних питань:

• створення роботів для пивоварної галузі;

• технології концентрату пивного сусла для приготування з нього пива в різних регіонах країни;

• технології та рецептури нових сортів профілактичного та лікувального пива із застосуванням екстрактів із рослинної си­ровини;

• ефективні способи екстрагування гірких речовин хмелю в процесі приготування пивного сусла;

• технології та обладнання для безперервного одержання сусла з іммобілізацією ферментних препаратів і зброджування пива з іммобілізацією дріжджових клітин;

• нові способи та обладнання для фільтрування пива з ви­користанням мембранних технологій;

• раціональні способи використання відходів пивоварної про­мисловості;

• нові біологічні способи очищення стічних вод пивоварних підприємств і створення безвідходних технологій;

• біологічні процеси одержання біогазу для потреб підпри­ємства.

Сучасні або нові технології, які відповідали б усім вимогам сьогодення, повинні бути розроблені для одержання дешевого і високоякісного продукту за мінімальний строк для задоволення

потреб і бажань як споживача, так і виробника. Водночас нові або удосконалені технології мають бути гнучкими й розрахова­ними на можливість пристосування до різних умов у майбутнь­ому. Це означає, що технології майбутнього повинні бути недо­рогими й забезпечувати одержання пива високої якості та низької собівартості.

Щоб за нової технології пива використовувати обладнання на повну потужність і мати великий прибуток, необхідні:

1. Технологічна, санітарно-гігієнічна та екологічна відповід­ність обладнання новій технології.

2. Забезпечення технологічних процесів високоякісною си­ровиною (водою, солодом, зерновими культурами, ферментни­ми препаратами і хмелем).

3. Фінансово-економічні обґрунтування і фінансування, які гарантують якнайшвидшу окупність витрат на нову технологію, модернізацію обладнання та реконструкцію цехів із подальшим находженням прибутків.

До нових та удосконалених технологій пива, які відповіда­ли б усім вимогам сьогодення, слід віднести:

1. Прискорену технологію подрібнення зернопродуктів, їх затирання та фільтрування затору. Із цієї проблеми необхідно провести промислові дослідження і впровадити принципово нові для пивоваріння дробарки типу «дезінтегратори»; скороти­ти процес затирання та фільтрування заторів на автоматизова­них фільтрпресах. При кип’ятінні сусла краще використовувати зовнішні нагрівані такої інтенсивності, які б дали змогу прово­дити випаровування води від 4 до 10% за 1 год, значне знижен­ня споживання енергії у варильному відділенні може бути до­сягнуте використанням вторинної пари.

2. Одержання пивного сусла із застосуванням іммобілізова­них ферментів. Розчинені ферментні препарати до кінця затиран­ня практично інактивуються або виносяться разом із суслом та дробиною. Багаторазове їх використання можливе після іммобі­лізації їх на носії, тобто переведення у нерозчинний стан, а про­цес затирання і оцукрювання — у безперервний процес. У цьому разі витрати ферментних препаратів на одержання 1 м³ сусла зменшуються в 10-15 разів.

3. Прискорення процесів бродіння сусла за допомогою дріж­джів, іммобілізованих на екологічно чистих носіях.

Іммобілізація дріжджів та їх введення у безперервний процес пивоваріння забезпечують низку переваг, які характеризуються високою економічністю. Це висока питома продуктивність бро­діння, зменшення кількості відходів, прискорений виробничий цикл, стабілізація якості продукції та багаторазове використан­ня ферментів дріжджів.

4. Актуальні проблеми стабілізації пива. Стабільним вва­жають таке пиво, яке зберігається більше 3 міс. і не втратило органолептичних та фізіологічних властивостей.

Сьогодні для стабілізації пива застосовують пастеризацію. Але великі затрати теплової енергії та деяке зниження в пиві біологічно активних речовин змушують учених та виробників за­мінити пастеризацію іншими способами стабілізації пива. Це не досліджені остаточно способи мікро- та ультрафільтруван- ня, застосування природних консервантів тощо.

5. Проблеми економії енергоресурсів у пивоварінні. Це ви­користання нетрадиційних джерел енергії (сонця, вітру тощо), повторне використання відпрацьованого тепла, створення та впровадження високоефективної енергозберігаючої технології та апаратури для виробництва пива, розроблення та впроваджен­ня маловідходних і безвідходних технологій у пивоварінні з ви­користанням високоефективних способів очищення стічних вод за допомогою мікроорганізмів в анаеробних і аеробних умовах, впровадження технологій утилізації теплоти на всіх стадіях приготування сусла, одержання енергії з відходів пивоварного виробництва на біогазових установках тощо.

Найбільш трудомісткою технічною культурою для пиво­варіння є хміль. Для вирощування хмелю потрібні не тільки сприятливі грунтово-кліматичні умови, а й прогресивні та ви­сокоефективні технології. В Україні останніми роками для пи­воваріння вирощували недостатню кількість хмелю, у зв’язку з чим він імпортувався з інших країн. Цей чинник пояснюється тим, що в розвитку хмільництва є істотні проблеми, які вимага­ють негайного втручання. Зокрема, Хмельницькі господарства ще недостатньою мірою забезпечуються матеріалами для шпалер, мінеральними добривами, а також відповідним устаткуванням для збору врожаю первинного оброблення та пакування хмелю.

Форма забезпечення пивоварної промисловості хмелем буде змінюватися з удосконаленням ринкових умов. У сьогоденні та майбутньому необхідно встановлювати постійні господарські зв’язки з урахуванням мінімальних витрат і забезпеченням ви­сокої якості хмелепрепаратів за всіма показниками і техноло­гіями, розробленими доктором технічних наук М. І. Ляшенко та кандидатом технічних наук М. Г. Михайловим.

Основною сировиною для пивоваріння є ячмінь, який вико­ристовують як для виробництва солоду, так і безпосередньо при затиранні солодозернової суміші. В Україні районовано низку цінних пивоварних сортів ячменю. Це Роланд, Дружба, Джор- джія, Одеський-115 тощо. Установлено, що сорт пивоварного ячменю існує приблизно 10-15 років. З часом сорт вироджу­ється — знижується його стійкість до хвороб і несприятливих умов зовнішнього середовища, технологічні показники зерна та врожайність. Такий сорт необхідно знімати з районування і замінювати новим, незважаючи на те, що процес створення нового сорту дуже трудомісткий і тривалий (10-12 років). Ро­боту з виведення нових сортів пивоварного ячменю варто вести постійно як у напрямі селекції, так і в напрямі генної інже­нерії, яка значно прискорить процес виведення нового сорту.

Як при генетичній інженерії, так і при селекції для одержан­ня нових сортів ячменю значну увагу слід приділяти стійкості но­вих сортів до різних несприятливих чинників — посух і високих температур, кореневої гнилизни в умовах перезволоження, хвороб, шкідників тощо. Найголовніше, щоб районовані сорти пивоварного ячменю мали високу продуктивність (70 ц/га і ви­ще) і всі якісні показники щодо голодування і пивоваріння.

У 2004 р в Миронівському інституті пшениці ім. В. М. Ре­месла УААН методом індивідуального добору з гібридної попу­ляції Р4 (Носкеу х Романтик) селекційна лінія Нутанс 1273/92 створено новий сорт пивоварного ярого ячменю Соборний (ав­тори: І. А. Шубенко, Н. П. Шубенко, Н. В. Василенко, В. Д. До- марецький).

Особливості сорту: середньостиглий, вегетаційний період 87-93 дні, стійкий до вилягання, посухостійкість висока. Сорт стійкий до ураження борошнистою росою (8 балів) та жовтою іржею (7-8 балів). У виробничих випробуваннях на площі 1 га одержано 85,5 ц зерна.

Сорт Соборний належить до ячменю пивоварного призна­чення: маса 1 000 зерен становить 45,9-50,1 г, уміст білка 10,2-10,5%. Сорт інтенсивного типу і потребує високої сортової агротехніки. Реалізацією насіння нового сорту ячменю Соборний займається Миронівський інститут пшениці ім. В. М. Ремесла.

Виробникам пивоварних ячменів у перспективі варто зосе­редити основну увагу на озимих шестирядних, які дозрівають на 15-20 днів раніше ярових. їх урожайність на 10-14 ц/га вища в порівнянні з яровими. До того ж, шестирядний озимий яч­мінь є гарним попередником для інших культур, у нього вища механічна міцність стебла, а отже, і вища стійкість до полягання. Зернівка цього ячменю відрізняється високою плівчастістю, великою кількістю білкових речовин, що розташовуються між крохмальними зернами.

Технологія пивоварного солоду та технологія затирання шес­тирядного ячменю, як несолодженого матеріалу, розроблена в НУХТ.

Україна, яка посідає значне місце у світі з вирощування пшениці, майже не випускає пшеничного пива. Задля цього не­обхідно провести лабораторні та промислові дослідження, спря­мовані на розроблення технології світлого пива із вітчизняних сортів пшениці.

Одержання високих показників сусла під час фільтрування й вилучення екстракту безпосередньо залежить від якості по­мелу. Це впливає також на склад сусла та його прозорість.

Сухе тонке подрібнення набуває дедалі більшого поширення, у цьому разі тонкого помелу досягають, здебільшого, на дезін­теграторах, які дешевші й надійніші в експлуатації, ніж інші дробарки.

Виробничі досліди показали, що період затирання на чистому солоді при застосуванні тонкого помелу можна зменшити до 60 хв. За використання разом із ферментами несолоджених зернопро- дуктів повна тривалість затирання становитиме менше 100 хв, що відповідає характеристикам сучасної індустріальної фільтрацій­ної системи, здатної відфільтрувати один затір максимум за 2 год.

Сучасні фільтрпреси, що дешевші і набагато простіші в експ­луатації, ніж фільтраційні апарати, задовольняють основні вимо­ги до нових прискорених технологій, а саме: легко інтегруються з обладнанням пивоварного заводу будь-якого типу; у разі ви­користання різних сортів солоду та їх модифікації в різних кіль­костях характеристики фільтра не змінюються; забезпечують вихід висококонцентрованого сусла, дають змогу використову­вати до 80% несолодженого матеріалу; зменшують витрати во­ди на одиницю продукту, забезпечують повну механізацію та автоматизацію процесу фільтрування, підвищують концент­рацію сухих речовин у дробині.

Під час кип’ятіння сусла краще використовувати зовнішні нагрівачі таких поверхонь нагрівання, які б дали змогу здійсню­вати випаровування від 4 до 10% за 1 год. Зниження споживан­ня теплової енергії у варильному відділенні може бути досяг­нуто шляхом використанням вторинної пари.

Найпрогресивнішим способом під час одержання сусла є за­стосування іммобілізованих ферментів. Розчинені ферментні препарати до завершення затирання практично інактивують- ся. Багаторазове їх використання можливе після іммобілізації на екологічно чисті носії, тобто переведення в нерозчинний стан.

Із ферментних препаратів (ФП) для одержання пивного сус­ла доцільно використовувати амілосубтилін П10Х, амілоризин П10Х та інші. Як носії рекомендуються макропористі сило- хром, силікагель, оксид алюмінію тощо.

До методів іммобілізації ФП належать: сорбція ФП на сило- хромі у вакуумі із закріпленням їх на носіях за допомогою коа­гуляції розчином таніну, ковалентне зв’язування на неорганіч­них носіях за глутаральдегідним методом тощо. За ступенем зв’язування білка та активністю різних ФП метод ковалентного зв’язування за допомогою глутарового альдегіду на силохромі найдоцільніший.

Після 80 год роботи апарата, показаного на рис. 31.4, іммобі­лізована глюкоамілаза зберігає близько 99% вихідної активності. Висока стабільність препарату іммобілізованої глюкоамілази дає змогу використовувати його у безперервному процесі. Після безперервної роботи апарата з іммобілізованою глюкоамілазою протягом ЗО діб фермент втрачає не більше 20% активності ви­хідного показника. Застосування іммобілізованої глюкоамілази на стадії оцукрювання забезпечує одержання ячмінного сусла, що відрізняється від солодового високим умістом швидкозбро- джуваного цукру — глюкози.

Таким чином, використання іммобілізованих ферментних препаратів для одержання пивного сусла із застосуванням ве­ликої (до 80% ) кількості несолодженої сировини дуже перспек­тивне в інтенсифікації процесу затирання.

Оптимальні умови при затиранні солоду і несолоджених ма­теріалів характеризуються такими показниками:

1. Гідроліз білків протеолітичними ферментами (і_опт = 50° С; білкова пауза);

2. Гідроліз крохмалю:

• Р-амілазою (£_опт = 65° С)

• а-амілазою (і_опт = 70° С).

Сьогодні світовий ринок пивної індустрії здебільшого одно­манітний, за смаковими показниками пиво стало практично однаковим не тільки в різних регіонах, а й на всіх континентах планети, де його виробляють і споживають. На великих підпри­ємствах здебільшого відсутня принципова відмінність напою.

А тому назріла потреба пошуку нових підходів та рішень у пив­ному бізнесі. Таким новим підходом є збільшення кількості міні-пивоварень, на яких можна без великих затрат розробля­ти технологію нових сортів пива оздоровчого, профілактично­го і лікувально-профілактичного напряму. А потім цю техно­логію переносити на пивзаводи-гіганти.

Міні-пивоварні мають ще й інші переваги — це наближення процесу приготування пива до його споживання. Створення ори­гінальних за технологією і апаратурним оформленням та зов­нішнім дизайном міні-пивоварень різної продуктивності стало новим етапом у розвитку пивної індустрії.

Нині функціонують різноманітні міні-пивоварні та міні-пив- заводи — з виробництвом пива від 200 до 6 000 л/доб. На цих підприємствах використовують різні технології пивоваріння — класичну або прискорену, низового чи верхового бродіння, із використанням традиційної чи нетрадиційної сировини, а та­кож ячмінно-солодових концентратів. Відповідно апаратурне оформлення та саме обладнання у цьому разі використовують різної комплектності та конструкції.

Гідроліз білків Гідроліз крохмалю

Рис. 31.4 — Схема безперервного оцукрювання з іммобілізованими ферментними препаратами

Крім міні-пивзаводів, які забезпечують свіжим пивом рестора­ни, бари та інші заклади в сільській місцевості, для розвитку пи­воварної промисловості необхідні й модельні міні-пивоварні. Під час виготовлення пива потрібна така цінна сировина як солод, вода і хміль, які значною мірою зумовлюють характерні специфіч­ні властивості більшості традиційних сортів пива. Хміль у своєму складі містить унікальні гіркі речовини, ефірну олію та фенольні речовини, що зумовлюють специфічний гіркий смак та аромат

напою. Хмелеві сполуки беруть участь в утворенні піни, освіт­ленні пива, а також підвищують його стійкість під час зберігання.

Від хмелепродуктів і технології їх використання залежить не тільки якість пива, а і його собівартість та в цілому ефектив­ність пивоварного виробництва. Ось чому в усіх країнах світу значну увагу приділяють селекції та ідентифікації сортів хме­лю, створенню ефективних хмелевих препаратів, оптимізації використання їх у виробництві пива. Така багатофакторна на­уково-дослідна робота в лабораторних, а тим більше в промисло­вих умовах, не може бути виконана.

За цих умов не завжди гарантується об’єктивність результа­тів та економічна раціональність. Для таких досліджень придат­ніші модельні міні-пивоварні, на яких моделюються всі біотех- нологічні процеси пивоваріння.

Учені інституту сільського господарства УААН М. І. Ляшенко, Л. М. Проценко, Р. К. Рудик разом з ученими НУХТ А. Є Ме- летьєвим та ін. розробили й успішно використовують у науко­вих дослідженнях модельну міні-пивоварню потужністю 100 л пива за цикл, яка адекватно моделює умови реальних пивзаводів.

На рис. 31.5 показана апаратурно-технологічна схема модель­ної міні-пивоварні за таким технологічним процесом: підготов­лена вода і подрібнений солод надходять у заторний апарат 1, в якому проводять білкову й мальтозну паузи за оптимальних температур до повного оцукрювання; потім насосом 2 затор по­дають до фільтраційного апарата 3, з якого сусло самопливом надходить в апарат 4, дробину промивають гарячою водою до необхідної концентрації сухих речовин у суслі; перші порції мутного сусла з апарата 4 насосом 5 повертають до фільтраційного апарата 3; сусло із хмелем кип’ятять у закритому сусловариль- ному апараті 4; охмелене сусло за допомогою насоса 5 подаєть­ся до відстійника 6. Охолоджують його у відстійнику 6, а потім на двосекційному теплообміннику 7 охолоджене і відокремле­не від осаду сусло зброджують за оптимальних температурних режимів зі спеціальними пивними дріжджами в апараті 9. Піс­ля досягнення необхідного видимого екстракту пиво відокрем­люють від основної маси дріжджів і направляють на доброджу- вання і дозрівання в герметично закритий апарат 10.

Дослідження біотехнологічних процесів пивоваріння на мо­дельних міні-пивоварнях дасть змогу:

- використовувати не тільки стандартні показники хме­лю, а й складніші, мобільні чинники його якості, підбирати

726

Рис. 31.5 — Апаратурно-технологічна схема модельної міні-пивоварні:

1 — заторний апарат; 2,5,8 — насоси; 3 — фільтраційний апарат; 4 — сусловарильний апарат; 6 — відстійник; 7 — дво­секційний теплообмінник; 9 — бродильний апарат; 10 — апарат для зброджування

оптимальні способи перероблення хмелю та його препаратів, що сприятиме інтенсифікації розроблення його нових сортів та опти- мізації співвідношень найбільш значущих показників якості хмелю та його препаратів;

• виготовляти найрізноманітніші оригінальні сорти пива із заданими органолептичними властивостями, досліджуючи і впроваджуючи у виробництво нові види сировини;

• мобільно відпрацьовувати технології нових сортів пива з мі­німальними затратами на замовлення великих підприємств із підбором раціональних схем та управлінням технологією;

• використовувати у пивоварінні нетрадиційну сировину (тритикале, бобові культури тощо) для виробництва пива профі­лактичного й оздоровчого призначення.

Інертне регульоване газове середовище (РГС) створюється за допомогою мембранних газорозподільних елементів. Технологія такого зберігання спрямована на максимальне збереження цін­них речовин хмелю: а- й (3-кислот, м’яких смол, поліфенольних сполук, ефірної олії. Ці речовини здатні окислюватися, що ве­де до зниження цінності хмелю, в основному за вмістом а-кис- лот, утрати яких за рік зберігання досягають 35%.

Проведені в НУХТ дослідження характеризуються знижен­ням вмісту кисню в середовищі хмельового складу і збагачення його азотом до 78-100%. Оптимальним, як з технологічної, так і з економічної точки зору, є РГС з умістом 95% азоту і віднос­ною вологістю до 25%. У цьому разі зберігати хміль можна навіть без додаткового охолодження складських приміщень.

Останнім часом розвивається виробництво волоконних мемб­ранних пристроїв, застосування яких у камерах збереження хмелю за 95% азоту, відносної вологості 6-10% дає змогу змен­шити втрати цінних речовин у кілька разів. Так, за рік зберіган­ня в дослідних сховищах у хмелі залишилося на 38,2% а-кислот, на 43,6% загальних м’яких смол більше, ніж у звичайному середовищі. Це дає значний економічний ефект.

Установка для одержання РГС у сховищі хмелю (див. рис. 31.6) має компресор ВК-25ЕА потужністю на 1,25 м³/хв, мембранний і газорозподільний волокнистий фільтр, газоаналізатор, конт­рольно-вимірювальні прилади і надувне сховище місткістю 320 м³ з поліетиленової плівки. Форма сховища саморегулю­ється під впливом надлишкового тиску в ньому.

Зберігання хмелю в кількості більше 50 т з РГС можна орга­нізувати в капітальних сховищах герметизуючи та ізолюючи їх, огороджуючи конструкції згідно з рекомендаціями щодо проек­тування та експлуатації холодильних камер для фруктів і овочів.

728

Рис. 31.6 — Установка для одержання РГС у сховищі хмелю:

га-

1 — компресор: 2 — фільтр; 3 — газороздільні елементи; 4 — герметизований склад хмелю; 5 зорозподільний колектор