Alaus gamyba

Turinys Įvadas……………………………………………………………………………….2 Alaus gamybos proceso apžvalga…………………………………………………..3 Alaus fermentacijos proceso modelis………………………………………………4 Misos virimas………………………………………………………………………..5 • Apynių įsisavinamų komponentų ekstrakcija ir transformacija…………………5 • Polifenol-proteinų kompleksų susiformavimas bei nusodinimas………………..6 • Vandens išgarinimas……………………………………………………………..6 • Misos sterilizacija………………………………………………………………...7 • Baltymų skaidymasis……………………………………………………………..8 • Dimetilsulfido poveikis, kai misos terpė parūgštėja……………………………...8 • Cinko (Zn) poveikis misai………………………………………………………...8 Virimo analizė………………………………………………………………………...9 Brandinimas………………………………………………………………………….11 Neryškia logika (fuzzy-logic) pagrįsta reguliavimo sistema…………………………15 Duomenų surinkimas į kompiuterį……………………………………………………16 Išvados………………………………………………………………………………..18 Naudota literatūra……………………………………………………………………..19 Įvadas Alaus gamybos linija žymiai pasikeitė per dešimt metų [4]. Smulkios alaus daryklos, kur dauguma gamybos operacijų buvo vykdomos rankiniu būdu, visiškai paseno. Gamybos linija buvo gremėzdiška ir neefektyvi. Visi procesai mažose alaus daryklose buvo valdomi bei reguliuojami pačio aludario ir keliolikos kvalifikuotų darbuotojų, kurie paleisdavo bei stabdydavo mašinas, sukinėdavo sklendes, valydavo vamzdynus, įrangą. Ir taip viską darydavo cikliškai. Alaus paklausa didėjo. Reikėjo plėsti gamybą, todėl geriausias variantas buvo mažų gamyklėlių susijungimas į didesnes. Kita dalis smulkių alaus daryklų pradėjo bankrutuoti dėl to kad, gamybos kaštai mažose daryklose buvo žymiai didesni negu didelėse.Vystantis masinei gamybai, reikėjo užtikrinti aukštą produkcijos kokybę, prekė turėjo atitikti tarptautinius higienos reikalavimus. Reikėjo vis didesnių talpų ir didesnio jų kiekio, vamzdynai, vykdymo mechanizmai turėjo būti sudėtingesni. Didelę dalį elektros variklių, turbinų, siurblų, konvejerių reikėjo įjunginėti bei išjunginėti. Visa tai padidino gamybos kaštus. Padidėjo operacijų skaičius, kur kiekvienai jų reikėjo atskiro darbininko rankiniam valdymui, kintamųjų bei parametrų matavimui. Reikėjo pastoviai stebėti vidines procesų būsenas, daud kartų matuoti įėjimo/išėjimo kintamuosius. Šis darbas žmogui buvo per sunkus. Dėl mažos klaidos matuojant ar reguliuojant buvo galima pridaryti labai didelių nuostolių. Kiekvienas alaus technologijos žingsnis turėjo vykti tam tikrą nustatytą laiką. Kad būtų užtikrinta produkto kokybė, reikėjo stabiliai palaikyti proceso parametrus. Norint palaikyti tam tikras CO2, substrato, biomasės, deguonies, alkoholio koncentracijas tirpaluose, kintamieji turėjo kisti nustatytose ribose. Reikėjo ieškoti gamybos būdo, kuris patenkintų visus reikalavimus išvardintus aukščiau. Vienintelė išeitis buvo automatizuoti gamybos liniją. Automatizuota gamybos linija padarė perversmą alaus pramonėje. Padidėjo produkto kokybė, buvo aukšti higienos reikalavimai, atsilaisvino daug darbo jėgos. Visi procesai tapo valdomi įrengimų. Užteko vieno ar tik kelių operatorių visam procesui valdyti. Šiandien technologiniai procesai yra tokie sudėtingi, kad matematiniams modeliams sudaryti yra sprendžiamos įvairios diferencialinių lygčių sistemos. Skaičiavimus apsunkina diferencialinių lygčių kiekis, kurių visam procesui gali siekti net iki kelių šimtų. Dėl to į pagalbą yra pasitelkiami kompiuteriai, kur objekto matematinio modelio sudarymui yra taikomi skaitmeniniai metodai [1]. Šiandien kompiuteris ir valdiklis atlieka svarbų vaidmenį alaus gamybos pramonėje, tik vienur tai yra išvystyta stipriau kitur silpniau. Taip pat taikomi neryškia logika [3],[5] (fuzzy-logic) pagrysti reguliatoriai, neuroniniai tinklai, Kalmano filtrai ir t.t. Alaus gamybos proceso apžvalga Alaus gamyba apima šiuos pagrindinius technologinių procesų etapus: 1) Salyklo paruošimas 2) Misos paruošimas 3) Rauginimas 4) Brandinimas Tai galime iliustruoti žemiau pateikta struktūrine schema: pav. Alaus gamybos pagrindiniai technologinio proceso etapai Salyklo paruošimas: Sausi grūdai (kviečiai, miežiai) yra išvalomi per sietus nuo įvairių šiukšlių, dulkių[6],[7]. Po to konvejeriu tam tikro storio sluoksniu miežiai yra praleidžiami per magnetinį sepa- ratorių ir taip yra pašalinamos įvairios metalinės dalelės. Toliau miežiai yra subrandinami ir sudaiginami. Čia yra svarbu užakcentuoti drėgmės koncentraciją ndrėgmės grūduose, temperatūrą θdaiginimo ir daiginimo laiką tdaiginimo , nes daiginimo metu grūduose gaminasi maltozė, kuri savo ruožtu skaido grūdo baltymą į trumpesnes molekulines grandis, kad pastarąsias kaip maistą galėtų vartoti rūgimo bakterijos. Jei maltozės koncentracija bus per maža baltymai bus nesuskaidyti, rūgimas nevyks, ir atvirkščiai, jei maltozės koncentracija bus per didelė baltymai susiskaidys iki tokių junginių, kad bus duota gera pradžia puvimo bakterijoms. Misos paruošimas: Prieš ekstrahuojant salyklas susmulkinamas valcais. Gauname tokius malimo produktus kaip lukštus, smulkias ir stambias dalis, miltus, pudrą. Salyklas malamas smulkiam filtravimui taip vadinamuose filtravimo presuose ir stambiam filtravimui filtravimo bosuose. Sumaišę salyklą su vandeniu, gauname masę, kuri vadinama mentalu. Atskyrę netirpias medžiagas, gauname tirpalą vadinamą misa, o misos tirpiosios dalys vadinamos ekstraktu. Mentale svarbus procesas yra krakmolo hidrolizė veikiant amilazei. Amilazė skaldo krakmolą iki dekstrinų ir maltozės. Fermentacijos procesai čia reguliuojami keičiant aplinkos temperatūrą θaplinkos, terpės pH. (45-50)ºC temperatūroje sparčiai skaidosi azotinės medžiagos, (70-75)ºC temperatūroje ir esant pH 4.2 geriausiai skaidosi krakmolas. Taigi, laipsniškai reguliuojant temperatūrą, galima keisti baltyminių medžiagų bei krakmolo hidrolizės greitį. Misoje be maltozės turi būti tam tikras kiekis dekstrinų, nuo kurių alus darosi klampesnis ir skanesnis. pH turi didelę įtaką mentalo kokybei, nes pastarajį ruošiant susidaro melanoidinai, kurie virinant virsta karamele. Tada pradeda oksiduotis rauginės medžiagos, nuo kurių blogėja skonis. Parūgštinus terpę iki pH 5.2 pieno rūgštimi, gaunama švelnesnio skonio misa ir padidėja ekstrakto išeiga. Bet kurio būdu ruošiant mentalą, turi būti gaunama misa, kurioje būtų pakankamas cukraus kiekis reikalingas rauginimui. Po to misa yra nufiltruojama ir verdama su apyniais, kad būsimas alus įgautų kartumo ir kvapniųjų medžiagų aromato. Misa yra verdama apie (1,5-2)h. Kai susidaro dribsniai ir pakankama misos koncentracija, virimas yra baigiamas. Aušinant misą, susigeria deguonis, kuris oksiduoja organines medžiagas (fruktozę, azotines , raugines medžiagas, bei apynių dervas), dar žemesnėje temperatūroje deguonis tirpsta misoje pilnai ją prisotindamas. Rauginimas: Ataušinta misa yra supilama į rauginimo cisternas. Rauginimui į cisternas yra paduodamos apdirbtos mielės. Ir taip visa masė yra rauginama 6-8 paras, kur fruktozė C6H12O6 rauginimo bakterijų yra skaidoma į alkoholį C2H5OH bei anglies dvideginį CO2. Proceso metu išsiskiria šiluma. Ir taip masėje kaupiasi etilo alkoholis, anglies dvideginis, mažėja substrato kiekis. Kai rūgimo temperatūra nukrinta iki 4 ºC ir CO2 koncentracija nebekinta (praktiškai ji lygi apie 20 kg/m3) baigiasi rūgimo procesas. Tada “jaunas alus” yra perpumpuojamas į kitas cisternas, o rūgimo cisternoje likusios mielės yra pašalinamos, išplaunamos nuo alaus likučių, perdirbamos ir jei galima panaudojamos dar kartą sekančiam rauginimui. Šiame procese itin svarbus reguliuojamas parametras yra rūgimo temperatūra θrūgimo , nes nuo jos priklauso rūgimo greitis, alaus kokybė. Ji turi būti vienoda visame rūgimo cisternos tūryje ir laipsniškai kisti.Vėliau rūgimo procesą panagrinėsime plačiau. Brandinimas: Alaus sandėliavimas arba brandinimas vyksta brandinimo cisternose (-2-4)ºC temperatūroje nuo 7 iki 10 parų priklausomai nuo gaminamo alaus tipo. Po to alus yra paduodamas į separatorių kuriame yra atskiriami likusių mielių gabaliukai, mikroorganizmai ir įvairios mikrodalelės. Išvalytas alus yra atšaldomas specialiuose šaldytuvuose ir karbonizatoriuje praturtinamas anglies dvideginiu. Šis etapas yra reikalingas tam, kad aluje natūraliu būdu suskiltų kenksmingos medžiagos (diacetilas, etanolis), todėl yra svarbu matuoti diacetilo koncentraciją ndiacetilo bei palaikyti alaus temperatūrą θbrandinimo, nes esant temperatūros svyravimams nuodingos medžiagos gali kaip tik gamintis. Aptarėme alaus gamybos linijos etapus, numatėme, kurie parametrai bei kintamieji yra labai svarbūs. Plačiau panagrinėsime rauginimo procesą. Alaus fermentacijos proceso modelis Alaus fermentavimo procesą [5] aprašo šios diferencialinės lygtys: dS/dt = -q(S,E,T)*X + v1; dE/dt = YE/S*dS/dt + v2; TS=S + v4 kur S,E,X yra atitinkamai cukraus, etanolio, biomasės koncentracijos. T – fermentacijos proceso temperatūra, v – atsitiktinis triukšmas. Substrato suvartojimo kinetiką apibūdina ši lygtis: q(S,E,T) = fT*fS*fE*fR ; fT = q1*e-qo/T ; fS = S/(KS+S) ; fE = KIE /(KIE+E) ; fR = KIS/(KIS +S) ; čia KS- įsisotinimo koef., KIE- etanolio slopinomo koef., KIS- substrato slopinimo koef., q1,q0- empiriniai parametrai. Empirinė formulė parodanti biomasės priklausomybę nuo etanolio: X = b0+Eb1; b0 ir b1 – empiriniai biomasės aproksimavimo koef. Kai kurie empiriniai parametrai: q0=19,2; q1=2.08; b0=4.4; b1=0.166; KIE=31.4; Ks=52.6; KIS=110; YE/S=0.484; YCO2/E=0.957; YCO2/S=0.463; Cs=3.0 Šis alaus fermentacijos modelis patogus kintamųjų būsenos įvertinimui panaudojant Kalmano filtrą. Plačiau panagrinėkime atskirus procesus; virimą bei fermentaciją su brandinimu. Misos virimas Misa yra verdama nuo 1 iki 2 valandų. Per tą laiką yra įsisavinamos apynių (humulus lupulus) aromatingosios dervos, aliejai, skaidosi baltymai iki paprastesnės molekulinės sandaros junginių, išryškėja spalva, atsiranda klampumas, vanduo išgaruoja iki nustatytosios koncentracijos. Virimo metu, misa pasisavina aitriuosius ir aromatinguosius apynių komponentus, nusėsta proteinai. Virimas vyksta tam skirtame katile, kuris yra aprūpintas visa reikalinga įranga. Stadijos Virimo metu misoje vyksta svarbūs sekantys procesai: • apynių įsisavinamų komponentų ekstrakcija ir transformacija, • polifenol-proteinų kompleksų susiformavimas bei nusodinimas, • vandens garinimas, • misos sterilizacija, • enzimų suardymas, • būsimos alaus spalvos susidarymas, • misos terpės pH dirbtinis padidinimas, • baltymų skaidymasis, • dimetilsulfido poveikis, kai misos terpė parūgštėja. Apynių įsisavinamų komponentų ekstrakcija ir transformacija Svarbūs apynių komponentai, kurie yra įsisavinami virimo metu yra: • apynių sakai (aitriosios medžiagos), • apynių aliejus, • apynių polifenolas Sakai yra svarbiausi apynių komponentai alaus skoniui bei tirštumui. Apynių aliejus yra tuo lakesni kuo virimas yra ilgesnis. Alaus rūšiai yra naudojami skirtingi apyniai, kurių aliejus duoda skirtingą aromato stiprumą bei skonio malonumą. Daugumoje alaus daryklų apyniai (arba jų ekstraktas) į misą yra dedami (15-20) min iki virimo pabaigos, kad būtų išgautas geriausias aliejus. Apynių polifenolas yra tirpi vandenyje medžiaga ir verdant greit skaidosi. Tas pats vyksta ir su anticianogenais, taninais, katechinais, aldehidais. Gaminamo produkto eigoje polifenolas, ypač anticianogenas vis stipriau polimerizuojasi ir gali sutrikdyti alaus pusiausvyrą. Polifenolas taip pat duoda kartumą alui. Ekonominis sprendimas: apyniai racionaliau panaudojami virimo metu naudojant ultragarso signalą. Naudojant ultragarsą, ištirpsta iki 90% apyniuose esančių karčiųjų medžiagų. Tuo būdu sutaupoma (20-30)% apynių, labiau gerėja alaus kokybė, geriau denatūruojasi paprastesni baltymai. Polifenol-proteinų kompleksų susiformavimas bei nusodinimas Apynių ir salyklo polifenolas misoje galutinai ištirpsta. Taip susiformuoja mišinys su proteinais. Salyklo polifenolas yra žymiai reaktyvesnis (reaguojantis) negu apynių. Kadangi polifenolas dalinai yra tinkamiausias oksidacijos procesui ir proteinai turintys skirtingą molekulinę sandarą, reiškia susiformuoja skirtingi produktai su skirtingomis savybėmis: 1.Mišinys, susidedantis iš proteinų ir polifenolo ir mišinys susidedantis iš proteinų ir oksiduoto polifenolo yra netirpūs karštoje misoje, ir kaip skilimo produktas iškrenta nuosėdomis. Skilimas yra paremtas: a) ilgesnis misos virimas: per beveik 2 valandas virimo visi minėti junginiai iškrenta nuosėdų pavidalu. Proteinų ir polifenolio nuosėdų iškritimui sumažinti, katile yra padidinamas slėgis; savo ruožtu padidėja temperatūra (140C) ir per papildomas (3-5) min suskyla beveik visi baltymai. b) Stiprus misos judėjimas: tai yra atliekama intensyviai maišant misą. c) žemas pH: optimalus pH susiformuoti skilimui yra 5,2. Dėl to rekomenduojama sumažinti misos pH dar prieš virimą. Baltymų suskilimas yra analizuojamas virimo pabaigoje per permatomą indą.Dribsniai nusistovi virimo katilo dugne (dažniausiai dėl nuosėdų surinkimo katilas būna su kūgio formos apačia) o virš jų esti skaidri misa. Ekspertai gali padaryti išvadas apie proteinų susiskaidymą žiūrėdami į sisidariusių dribsnių dydį. 2. Nepaisant ilgo virimo mažas kiekis stambios molekulinės sandaros junginių (su nitrogenu) lieka neištirpę (

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!