Статья: Оптимизация технологии производства пива и безалкогольных напитков на основе параметрического синтеза

Оренбургский государственный университет

Оптимизация технологии производства пива и безалкогольных напитков на основе параметрического синтеза

Попов В.П., к.т.н., доцент,

Краснова М.С.,

Сидоренко Г.А., к.т.н., доцент

Для проведения оптимизации на основе параметрического синтеза первоначально были выделены основные операции процесса производства пива:

- подготовка зернового сырья;

- затирание сусла;

- соложение сусла;

- отделение солодовой дробины;

- охмеление сусла;

- отделение хмелевой дробины;

- брожение;

- дображивание;

- отделение дрожжей;

- очистка (фильтрование и т.д.);

- розлив.

В качестве сырья для производства пива используют солода различных культур зерновых культур, непосредственно зерновые культуры, ферменты, хмель, дрожжи и воду.

Далее были определены основные технологические параметры, влияющие на протекание технологического процесса:

- на стадии подготовки сырья: степень очистки воды; степень очистки солода и зернового сырья; степень измельчения солода и зернового сырья;

- на стадии затирания сусла: состав сухих веществ сусла; качественные показатели вводимых ингредиентов; содержание сухих веществ в сусле; исходная температура воды используемой для затирания;

- на стадии соложения сусла: температура сусла; продолжительность нахождения сусла при той или иной температуре; скорость изменения температуры сусла; интенсивность перемешивания сусла;

- на стадиях отделения солодовой дробины, хмелевой дробины и дрожжей: метод разделения; продолжительность центрифугирования и величина центробежной силы для разделения под действием центробежной силы; продолжительность отстаивания для отстойного разделения;

- на стадии охмеления сусла: количество добавления хмеля и его качественные показатели; температура охмеляемого сусла; продолжительность охмеления;

- на стадии брожения: количество и качество внесенных дрожжей; температура брожения продолжительность брожения;

- на стадии дображивания: температура и продолжительность дображивания;

- на стадии очистки: метод очистки, продолжительность центрифугирования и величина центробежной силы для разделения под действием центробежной силы;

- на стадии розлива: метод розлива; вид и вместимость тары.

Затем были выделены параметры оценки интенсивности процесса производства пива в целом могут являться: продолжительность процесса, выход готовой продукции, качество получаемого пива, количество получаемых отходов, стоимость утилизации получаемых отходов, удельные затраты энергии на проведение процесса.

Параметрами оценки интенсивности прохождения отдельных стадий технологического процесса, наряду с удельными затратами энергии являются:

- на стадии подготовки сырья: средний размер и однородность частиц измельченных солода и зернового сырья; степень очистки воды; степень очистки солода и зернового сырья;

- на стадии затирания сусла: содержание сухих веществ в сусле после затирания; ферментативная активность сусла;

- на стадии соложения сусла: продолжительность соложения; количество сухих веществ перешедших в сусло из зернового сырья и солода;

- на стадиях отделения солодовой дробины, хмелевой дробины и дрожжей: количество взвешенных частиц в жидкой фазе, относительное количество жидкой фазы, влажность твердой фазы, эффективность разделения фаз;

- на стадии охмеления сусла: количество сухих веществ перешедших в сусло из хмеля; продолжительность охмеления;

- на стадии брожения: продолжительность брожения; качество отбродившего сусла;

- на стадии дображивания: продолжительность дображивания, качество нефильтрованного пива;

- на стадии очистки: количество взвешенных частиц в очищенном пиве; относительное количество фильтрованного пива, влажность фильтрационного осадка, эффективность разделения пива и фильтрационного осадка;

- на стадии розлива: потери при розливе; товарный вид готовой продукции.

Изменяя технологические параметры, определяющие прохождение технологического процесса и измеряя при этом параметры оценки интенсивности процесса можно установить зависимость интенсивности процесса от тех или иных факторов и с успехом управлять ими.

Одной из основных стадий, существенно влияющих на процесс производства пива, является стадия соложения сусла. Повышение интенсивности протекания данной стадии существенно улучшит интенсивность протекания процесса в целом.

Современный уровень научного обеспечения позволяет для всех технических объектов, в том числе для производственных процессов пивоваренной и безалкогольной отрасли, создавать объекты с заданными технологическими свойствами.

В связи с большим количеством фактором влияющим на производственные процессы пищевой промышленности и неоднозначными требованиями предъявляемыми к продуктам питания, оптимизация производственных процессов в пищевой промышленности, как правило направлена на отыскание области Парето (области компромиссов). Для отыскания данной области используются различные методы, наиболее значимыми из которых являются:

- метод рабочих характеристик, состоящий в отыскании оптимума одного из параметров эффекта, причем все остальные параметры эффекта переведены в разряд ограничений типа равенств;

- весовой метод, заключающийся в том, что ищут максимум взвешенной суммы для различных значений положительных весовых коэффициентов;

- метод векторной оптимизации, заключается в том, что отыскивается экстремальное значение (максимум или минимум) одного из параметров эффекта при средних значениях остальных параметров, затем находится экстремальное значение следующего параметра эффекта при экстремальном значении первого и средних остальных и т.д. В результате получают значения экстремумов всех параметров эффекта предполагая линейность зависимостей между параметрами эффекта и факторами влияющими на прохождение технологического процесса;

- метод планирования эксперимента, заключающийся в проведении опытов в точках с заранее запланированными значениями факторов влияющих на прохождения технологического процесса, с целью установления их влияния на параметры эффекта и получения математических зависимостей между параметрами эффекта и факторами влияющими на технологический процесс.

Одним из наиболее эффективных является метод планирования эксперимента [1-5].

На основании вышесказанного была проделана следующая работа:

- По ориентировочной рецептуре пива, предложенной ведущими специалистами производства, было подготовлено зерновое сырье, затерто сусло и проведено исследование влияния: температуры сусла; продолжительности нахождения сусла при той или иной температуре; скорости изменения температуры сусла; и интенсивности перемешивания сусла на продолжительность соложения и количество сухих веществ перешедших в сусло из зернового сырья и солода. Температуру сусла изменяли в пределах от 20 до 100 ^оС. Продолжительность нахождения сусла при различных температурах изменяли от 10 до 60 минут. Скорость изменения температуры сусла изменяли в пределах от 2 до 20 градусов в минуту. Для перемешивания использовали якорную мешалку, при этом изменяя частоту ее вращения от 30 до 100 об/мин.

- Составлен план двухфакторного эксперимента по отделению солодовой дробины от пивного сусла методом центрифугирования. В качестве факторов оказывающих влияние на технологический процесс выбраны продолжительность центрифугирования и частоту вращения ротора центрифуги. Частоту вращения ротора центрифуги изменяли в пределах от 1000 до 3000 об/мин. Продолжительность центрифугирования в пределах от 60 до 540 минут.

- Разработаны предложения по интенсификации стадии соложения в процессе производства пива.

- Проведена оптимизация технологического процесса отделения солодовой дробины от пивного сусла методом центрифугирования.

пиво безалкогольный параметрический синтез

Список литературы

1. Попов, В.П. Разработка технологии производства сухих полуфабрикатов крекеров с использованием варочных экструдеров: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / В.П. Попов // Москва, 1995. - 24 с.

2. Тимофеева, Д.В. Оптимизация изменения агрегатного состояния сырья в процессе экструзии / Д.В. Тимофеева, А.Г. Зинюхина, В.П. Попов, В.Г. Коротков, С.В. Антимонов // Вестник Оренбургского государственного университета. г. Оренбург, 2013. - № 3 (152). - С. 225-229.

3. Тимофеева, Д.В. Исследование преобразования структурно - механических свойств и химического состава белково-крахмало-клетчаткосодержащего сырья в канале одношнекового пресс-экструдера / Д.В. Тимофеева, С.В. Кишкилев, В.П. Попов, Н.Н. Мартынов // Всероссийская научно-методическая конференция (с международным участием) «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры». г. Оренбург - 4 - 6 февраля 2015. - С. 1007-1014.

4. Мартынова, Д.В. Модернизация шнекового пресс-экструдера / Д.В. Мартынова, В.П. Попов, А.Г. Зинюхина, Н.Н. Мартынов, В.П. Ханин // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - Оренбург, 2016. - № 4. - С. 104-108.

5. Тимофеева, Д.В. Оптимизация процесса преобразования агрегатного состояния зернового сырья при экструзионной обработке / Д.В. Тимофеева, В.Г. Коротков, В.П. Попов, С.В. Антимонов // Хлебопродукты. - Москва, 2013. - № 8. - С. 46-48.