Расчет поверхности теплопередачи сусловарочного аппарата, для варки сусла с хмелем

    Средний хмель обладает характерным хмелевым ароматом, однако более острым, иногда со слабым посторонним запахом (фруктовым). Этот хмель имеет шишки правильного строения с довольно большим содержанием семян.

    Грубый  хмель — это хмель оплодотворенный, семенной. У него грубый, реже неправильно изогнутый стержень. Аромат у него резкий, часто не хмелевой, обычно с чесночным или другим посторонним запахом, который может преобладать над хмелевым запахом.

    При оценке с химической точки зрения учитывается общее содержание хмелевых смол, которое характеризует продуктивность хмеля, и состав смол, характерный  для хмеля разного происхождения и определяющий качество хмеля.

    Содержание  всех смол колеблется в довольно широком  диапазоне в зависимости от происхождения хмеля и года урожая, а также от степени зрелости к моменту уборки.

    Состав  смол изменяется при естественном старении хмеля, поэтому приведенные данные характерны только для свежесобранного и для правильно хранящегося хмеля. У такого хмеля не менее 35% всех смол приходится на α-горькие кислоты (α-фракция), которые с технологической точки зрения являются наиболее важной частью хмеля. Содержание твердых смол, не имеющих особого технологического значения, не должно превышать у свежесобранного хмеля 12%. Их содержание является показателем возраста, или хранения хмеля.

    Продуктивность  хмеля определяют на основании результатов  проведенных работ Вельмера (1932), который экспериментально определил, что гумулоны (α-фракция) придают горечь пиву в 9 раз большую, чем лупулоны (β-фракция), а твердые смолы не оказывают влияния на горечь пива. Вельмер вывел для расчета горечи следующую формулу:

    Согласно  этой формуле горечь хмеля высчитывается  так, что процентное содержание α-фракции увеличивается на 0,1 (¹/₉) процентного содержания β-фракции. Эта формула действительна только для свежесобранного хмеля, но и в этом случае существуют некоторые оговорки. При старении хмеля горькие кислоты постепенно окисляются в мягкие смолы. По данным Вельмера, мягкие смолы имеют более низкую горечь, чем исходная α-кислота, из которой они получаются в результате окисления. И, наоборот, мягкая β-смола имеет горечь выше, чем исходная β-кислота. С продолжающимся окислением исходная горечь β-фракции повышается, так как, с одной стороны, происходит образование β-смолы и, с другой, увеличивается содержание α-смолы, которая по Вельмеру переходит в β - фракцию. Аналитически было доказано, что в пиве, охмеленном старым хмелем, содержится горьких веществ в 2 раза больше, чем в пиве, охмеленном свежесобранным хмелем. Гулупоны, образующиеся при окислении β-горьких кислот, также повышают горечь пива. Эти вещества, однако, представляют незначительную долю (около 5%) в комплексе β-мягких смол. 

    Результатом изучения антисептических свойств  хмеля являются данные, что гумулон (α-фракция) в 3 раза больше обладает антисептическим свойством, чем лупулон (β -фракция). Антисептическая сила хмеля была выражена формулой 

    Однако  рассчитанные величины не находят практического  применения, поскольку антисептические  свойства хмеля в каждом отдельном случае зависят от вида микробов, субстрата, рН и т. д.

    Горькие хмелевые вещества действуют токсически на грампозитивные бактерии. Оптимальная эффективность отмечается при рН от 4,3 до 4,4. Было установлено, что β-кислота как антисептик гораздо эффективнее α-кислоты, однако ее эффективность быстро падает. Действие α-кислоты намного слабее, но стабильнее. 

    1.14 Хранение хмеля 

    Сохраняемый хмель постепенно приходит в негодность от старения, т. е. окислительного процесса, при котором также активизируется и действие микроорганизмов. Необходимо исключить влияния, ускоряющие процесс старения.

    При хранении хмеля положительными факторами  являются следующие:

    а) низкая температура (около 0°С), которая тормозит химические процессы и одновременно ограничивает развитие микроорганизмов;

    б) ограниченный доступ воздуха к хмелю, который укладывают сильно спрессованным, или в случаях длительного хранения в герметически закрытых жестяных цилиндрах;

    в) защита от увлажнения, которая обеспечивается тем, что сухой хмель хранится в сухом помещении;

    г) особые меры, ограничивающие действие микроорганизмов, главным образом путем умеренного окуривания серой.

    В хмелехранилище тюки и балоты с хмелем укладывают так, чтобы не поддерживалась аккумуляция тепла, т. е. рядами на деревянных решетчатых помостах или брусьях. В жестяных герметически закрытых цилиндрах хмель может храниться и вне хмелехранилища, например, в охлаждаемых подвальных помещениях. Высыпанный из тюков хмель не подлежит длительному хранению. До момента использования он должен храниться в первоначальной упаковке.

    От  воздействия вредных факторов хмель  лучше всего сохраняется в охлаждаемом хмелехранилище. Применяется как прямое охлаждение с помощью холодильной системы, так и косвенное. В обоих случаях помещение должно быть сухим и хорошо изолированным.

    Холодильная система прямого охлаждения при  расположении под потолком должна быть снабжена желобом для отвода воды, образующейся на трубках системы  в случае остановки холодильного компрессора. Благодаря тому что воздух, охлаждающийся в результате соприкосновения с холодильной системой, опускается к полу, происходит естественная циркуляция; одновременно воздух высушивается, поскольку его влага осаждается как наледь на трубках холодильной системы.

    При косвенном охлаждении воздух охлаждается  холодильной системой, размещенной вне хмелехранилища; циркуляцию обеспечивает вентилятор, который нагнетает охлажденный воздух под решетчатый помост хмелехранилища и отсасывает нагретый через каналы, расположенные на потолке.

    В последнее время рекомендуется  способ консервации хмеля. Этот способ заключается в том, что хмель  после прессования помещают в  соответствующий резервуар, в котором  создается абсолютный вакуум и потом  туда вводят инертный газ, как правило, углекислый. В хмеле, пропитанном  инертным газом, горькие вещества предохраняются от окисления, если при откачке воздуха  полностью был устранен кислород.

    В хороших условиях, главным образом  при температуре около 0°С, хмель хранится без существенных изменений качества 2 года и больше. Постоянное охлаждение хмелехранилища повышает расход электроэнергии. Однако в неохлаждаемых хмелехранилищах хмель за год теряет около 20% первоначального качества. 

    1.15 Порошкообразный хмель 

    Хмелевой  порошок, или обогащенный хмелевой порошок, являются согласно номенклатуре ЕБК продуктами, полученными при  измельчении хмеля, как без механической концентрации, так и с механической. Основным признаком этих продуктов является хорошее-сохранение первоначальных свойств хмелевых шишек. Это в сущности по-разному тонко измельченный хмель, химический состав которого и технологическую продуктивность определяет способ механической обработки. Порошкообразные хмелевые препараты позволяют лучше использовать хмелевые смолы, состав которых почти не изменяется и при продолжительном хранении. Хмелевые препараты характеризуются рядом операционных, технологических и экономических преимуществ.

    В продаже имеются препараты, получаемые при измельчения хмелевых шишек, а именно:

    а) хмелевой порошок с содержанием α-горькой кислоты да 15% (например, Hopstabil, Favotit);

    б) обогащенный хмелевой порошок, содержащий α-горькой кислоты свыше 15% (например, Hopfix, Hoparom).

    При производстве Hopstabila хмель измельчается в тонкую крошку после предварительного снижения содержания воды до 4% путем высушивания при особых условиях. Крошка в инертной среде упаковывается в алюминиевую пленку, чтобы обеспечить продолжительную стойкость продукта. Favotit — это хмелевой порошок, измельченный особым способом и сильно спрессованный в алюминиевой пленке при упаковке в вакууме. При более грубом измельчении этот препарат содержит прилистники шишек или их частицы такого размера, что даже можно идентифицировать цвет и блеск. Препараты этого типа имеют многолетнюю стойкость, при использовании их получается экономия хмеля (для Hopstabila приводится 15—20%, для Favotita — 13—14%), ароматические компоненты сохраняются в них и при хранении, и пиво имеет более низкое содержание полифенольных веществ.

    Из 100 кг хмеля получается около 91 кг Hopstabila. Действительная потеря при измельчении около 0,8 кг на 100 кг сухого вещества хмеля, остальное приходится главным образом, на потерю воды.

    Обогащенный хмелевой порошок получается путем  механической концентрации при измельчении  хмеля таким образом, что устраняются  балластные компоненты, т. е. стерженьки и прилистники. Измельчение в  тонкий порошок при производстве Норfixa облегчается замораживанием до - 30°С. Эти хмелевые препараты упаковывают в жестяные банки по 5 и 10 кг тоже в инертной атмосфере.

    Преимуществом обогащенных хмелевых порошков является повышенная концентрация горьких и  ароматических веществ и пониженное содержание полифенольных веществ. Выгодно также уменьшение объема обогащенных хмелевых порошков на ¹/ ₃ по сравнению с обычным хмелевым порошком. Экономия при охмелении достигает 25—30% .

    Из 100 кг хмеля получается 40—43 кг обогащенного хмелевого порошка. Продуктивность концентрата соответствует приблизительно соотношению 1 : 2,1; в промышленности учитывают продуктивность при соотношении от 1 : 3,2 до 1 : 4,0 .

    Лучшие  результаты дает комбинация: порошкообразного хмеля с хмелевым экстрактом. 
 
 
 
 

    1.16 Хмелевые экстракты 

    В виде хмелевого экстракта можно  получить высококачественные и эффективные продукты даже из хмеля низкого качества, из хмеля, исключенного из маркировки, и из отходов чесальных машин.

    Хмелевые  экстракты можно получить путем  экстракции в одну или две стадии.

    При одноступенчатой экстракции из хмеля  соответствующим органическим растворителем (этилэфиром, дихлорметаном и т. д.) выщелачиваются только хмелевые смолы. Остальные активные компоненты, главным образом дубильные вещества, остаются неиспользованными. Полученный экстракт имеет очень большую продуктивность, однако им можно заменить самое большее 20% от общего количества хмеля, применяемое для варки.

    При двухступенчатой экстракции, как  и при одноступенчатой, получается сначала смолистая фракция. Хмель, освобожденный от смол, во второй фазе выщелачивается горячей водой, чтобы получить остальные вещества, главным образом дубильные. Водный экстракт загущают в вакуумном испарителе до требуемой консистенции, обеспечивающей гомогенизацию загущенного водного экстракта со смолистой фракцией. Полученный таким образом экстракт содержит почти все технологически эффективные части хмеля.

    У хмелевых экстрактов, полученных двухступенчатой  экстракцией, можно легко изменять отношение дубильных веществ к смолам, содержание которых обычно снижается в пользу смол. На Западе имеются также хмелевые изомеризованные экстракты. В них α-кислоты хотя бы частично изомеризованы в изогумулоны, β-горькие кислоты окислены, дубильные (полифенольные) вещества находятся в первоначальной форме и в соотношениях, которые необходимы для технологии. Эти экстракты в большинстве случаев хорошо растворимы в сусле, молодом и готовом пиве, к которому могут добавляться в небольших дозах для окончательного формирования вкуса.

    Технологический процесс по производству хмелевого  экстракта путем двухступенчатой  экстракции, показал, что лучше используются те горькие хмелевые вещества, которые  при кипячении хмеля немедленно гидролизуются. Это вызвано тем, что уже при- производстве экстракта они частично трансформировались и после добавки в котел мгновенно приходят в непосредственное соприкосновение с суслом.

    Установлено, что с увеличением содержания дубильных веществ (второго экстракта) возрастает цвет сусла и пива. Растет содержание дубильных веществ (у  сусла больше, чем у пива) и  антоцианогенов и повышается количество холодного (тонкого) осадка в сусле. При использовании хмелевого экстракта, содержащего ¹/₃ количества дубильных веществ по сравнению со стандартным экстрактом, увеличение антоцианогенов уравнивается с их выделением. При брожении содержание антоцианогенов уменьшается с увеличением доли дубильных веществ в хмелевом экстракте.