Наиболее надежным производственным способом по­вышения биологической стойкости пива является пасте­ризация. Поскольку в пиве отсутствуют спорообразую­щие бактерии, для его обеспложивания требуется мень­шая интенсивность тепловой обработки, чем, например, для таких продуктов, как молоко и консервы. Установ­лено, что культурные дрожжи отмирают за 5 мин при 54° С, дикие дрожжи — за 5 мин при 56° С, молочнокис­лые палочки — за 10 мин при 58° С, педиококки — за 10 мин при 56° С. Несколько более высокая интенсив­ность тепловой обработки требуется для уничтожения спор дрожжей — 15 мин при 64° С [136]. Необходимо учитывать, что при нагревании пива, помимо воздейст­вия на инфицирующие микроорганизмы, происходит сильное повышение скорости многих химических реак­ций, приводящее к изменению вкуса, цвета и аромата пива. Особенно опасными процессами при этом явля­ются окислительные превращения полифенолов и поли­пептидов, в результате которых повышается склонность пива к коллоидному помутнению. Отрицательное влия­ние теплового воздействия сказывается тем сильнее, чем больше экспозиция и выше температура пастеризации. В пастеризованном пиве может обнаруживаться так на­зываемый «пастеризационный», или хлебный, привкус, который обычно сильно выражен в слабовыброженном пиве после пастеризации при сравнительно высоких тем­пературах (около 75—76°С). При хранении этот при­вкус усиливается. Пастеризованное пиво часто обладает меньшей остротой вкуса, характерного для непастеризо­ванного продукта. Поэтому чрезвычайно важно устано­вить тот минимум тепловой обработки пива, который до­статочен для полного подавления жизнедеятельности микроорганизмов, с тем чтобы избежать ненужного на­гревания пива (перепастеризации).

Долгое время пастеризация пива была чисто эмпири­ческим процессом, при котором интенсивность тепловой обработки нельзя было выразить количественно и срав­нить между собой различные режимы этой обработки. В 40—50-х годах несколькими зарубежными учеными были проведены исследования, в результате которых интенсивность тепловой обработки пива при пастериза­ции представилось возможным выразить количественно в так называемых пастеризационных единицах (ПЕ). В этих исследованиях суспензии смеси обычных микро­организмов пива (культурные и дикие дрожжи, молоч­нокислые и уксуснокислые бактерии) подвергались дей­ствию различных температур в течение разного времени, после чего из них производился высев на специальные питательные среды и учитывалось количество жизнеспо­собных клеток. Эти опыты дали возможность определить интенсивность пастеризации (теплового воздействия) при той или иной температуре как произведение скоро­сти отмирания микроорганизмов (летальной скорости) на продолжительность обработки. За пастеризационную единицу была условно принята скорость отмирания ми­кроорганизмов при выдержке пива в течение 1 мин при 60° С [202].

Были составлены таблицы, по которым можно рас­считать интенсивность пастеризации в зависимости от температуры при выдержке пива в течение 1 мин (табл. 40).

При температурах выше 50° С повышение темпера­туры на 7° С увеличивает скорость отмирания клеток микроорганизмов в 10 раз [70]. Так, чтобы все клетки были убиты при температуре 60° С, требуется 5,6 мин, при температуре 53° С — 56 мин, при 67° С—0,56 мин, а при 74° С —0,056 мин.

Если в ходе тепловой обработки температура посте­пенно изменяется (что имеет место при пастеризации), то получаемый эффект представляет собой сумму воз­действий каждой температуры при той или иной дли­тельности ее действия.

Интенсивность пастеризации при одноминутном воздействии разных температур

Для расчета интенсивности пастеризации в ПЕ сле­дует по табл. 40 определить величины ПЕ за каждую минуту обработки и полученные результаты сложить. Достаточно точный результат может быть получен, если расчет ПЕ производить, начиная с температуры 50° С, что и делается на практике. Так, если по диаграмме термографа (или показаниям термометра и хрономет­ра) температура пива, расфасованного в бутылки, че­рез 14 мин достигла 50° С, то это соответствует 0,037 ПЕ (см. табл. 40). Дальнейший расчет общего количества ПЕ представлен в табл. 41. Общее количество ПЕ в этом случае составит 11,902 [70, 96].

Интенсивность пастеризации

Быстрый графический метод расчета ПЕ состоит в том, что кривые, построенные по показаниям термогра­фа, разделяют на участки (рис. 15) и производят уп­рощенный подсчет [241].

Рис. 15. Динамика изменения температуры пи­ва при пастеризации.

Целесообразно на отечественных пивоваренных заво­дах при организации контроля пастеризации пользовать­ся именно этой расчетной формулой. Расчет эффектив­ности пастеризации необходимо производить для разра­ботки режима пастеризации и характеристики работы пастеризаторов.

Лабораторные опыты на пиве, расфасованном в бу­тылки, показали, что для достижения стерильности пива достаточно 5—6 ПЕ. Однако на практике обычно ис­пользуют более интенсивную тепловую обработку — до 30 и даже 50 ПЕ. Интенсивность обработки существенно зависит от количества микроорганизмов, инфицирую­щих пиво: при более высокой обсемененности требуется применить большее количество пастеризационных еди­ниц [130]. Однако значительное повышение числа па­стеризационных единиц, используемых в ходе обработки пива, может привести к ухудшению качества пива. По­этому при производстве пастеризованного пива для уменьшения его инфицированности особенно важна тщательная фильтрация подготовленного пива через диатомит.

Известны два вида пастеризации пива: 1) пастери­зация пива, расфасованного в тару, т. е. после розлива его в бутылки, банки и укупорки. Этот вид пастериза­ции иногда называют туннельной пастеризацией; 2) па­стеризация пива в потоке, или «мгновенная» пастериза­ция.

Пастеризация пива, расфасованного в тару. Пастери­зация пива, расфасованного в тару (бутылки, банки), производится главным образом в пастеризаторах тун­нельного типа. Обычно такие пастеризаторы имеют форму удлиненного одно-, двух- или трехъярусного тун­неля, внутри которого бутылки цепным или колоснико­вым конвейером (привод механический или гидравли­ческий) перемещаются в сторону разгрузочного устрой­ства, которое располагается с той же или с противопо­ложной стороны по отношению к загрузочной камере. Наиболее совершенными являются пастеризаторы с ко­лосниковым конвейером. В туннельных пастеризаторах бутылки во время движения сначала орошаются теплой водой, затем водой, температура которой несколько пре­вышает заданную температуру пастеризации, после это­го теплой водой и, наконец, холодной.

В табл. 42 приводятся температура и время выдерж­ки пива, характерные для двух типов пастеризаторов с несколькими зонами температурного воздействия. Пара-

метры процесса пастеризации в них поддерживаются автоматически.

В целях экономии тепла, затрачиваемого на обра­ботку пива, предусматривается вторичное использование подогретой воды для предварительного подогревания на­питка.

Средний расход пара при пастеризации пива состав­ляет 35—40 кг на 1000 бутылок вместимостью 0,33 л. Для предотвращения термического боя бутылок и потерь пива во многих туннельных пастеризаторах температур­ные зоны разделены на подзоны. Однако длина пасте­ризатора при этом увеличивается.

Многие зарубежные машиностроительные фирмы Англии, США, Франции, ФРГ, Италии выпускают тун­нельные пастеризаторы для обработки пива различных конструкций и различных типоразмеров [74, 147]. Про­изводительность пастеризаторов колеблется от 2000 до 100 000 бутылок в час. Время пребывания бутылок в пастеризаторах обычно составляет 50—60 мин. Интен­сивность получаемой пивом в пастеризаторе тепловой обработки зависит от температуры орошающей воды и от скорости продвижения бутылок в пастеризаторе. Ос­новной путь снижения этой интенсивности и исключе­ния опасности перепастерпзации — это повышение ско­рости продвижения бутылок в аппарате. При этом на­ряду с уменьшением отрицательного воздействия высо­кой температуры на пиво повышается производитель­ность пастеризатора.

Для туннельной пастеризации большое значение имеет точное измерение температуры пива в ходе про­цесса. Одновременное измерение ПЕ, температуры и времени пастеризации в производственных условиях вы­полняется специальным прибором — дистанционным термографом, в состав которого входят передающая, воспринимающая и усиливающая радиосистемы, водо­непроницаемые датчики и самописцы. Однако этот при­бор широкого применения еще не получил [241]. Для указанных целей широко применяются обычные термо­графы — водонепроницаемые самописцы, которые пере­мещаются по туннелю пастеризатора вместе с обраба­тываемым напитком, при этом температура процесса регистрируется на диске диаграммы, которая движется с определенной скоростью.

Для эффективной работы туннельных пастеризаторов существенным моментом является экономия воды и теп­ловой энергии. Вода, которая используется для ороше­ния бутылок и банок в пастеризаторе, должна быть чи­стой, с pH около 8, содержать незначительное количе­ство ионов кальция и магния во избежание засорения опрыскивающих устройств и образования налета соли на сухих бутылках, прошедших пастеризацию.

Важным условием повышения эффективности пасте­ризации пива в бутылках является снижение или пол­ное исключение термического боя бутылок. Одним из факторов, влияющих на бой бутылок в пастеризаторе, является давление, развивающееся в бутылке с пивом. После розлива пива в бутылки в оставшемся свободном объеме над поверхностью напитка (в горлышке) нахо­дится в основном смесь углекислого газа с воздухом. В незакупоренной бутылке давление равно атмосферно­му. Давление не изменяется и после укупорки бутылки при условии, что температура пива также не изменяется и бутылка не подвергается ударам и резким перемеще­ниям.

Внутреннее давление, развивающееся в укупоренной бутылке в процессе пастеризации, зависит от темпера­туры, «вакуума пастеризации» (отношения объема газо­вого пространства бутылки к ее общему объему), коли­чества пива в бутылке и степени его насыщения угле­кислотой’. Давление в бутылке растет пропорционально повышению температуры в зонах пастеризатора при ус­ловии, что объем газа в бутылке остается неизменным. (При всех случаях укупорка бутылки должна быть гер­метичной.) При одинаковом «вакууме пастеризации» внутреннее давление в бутылке растет пропорциональ­но степени насыщения продукта углекислым газом. Вместе с тем следует учитывать, что коэффициент рас­ширения напитка при нагревании составляет 0,00033, а стекла 0,000021, что также способствует росту давления внутри бутылки. В процессе пастеризации пива в газо­вое пространство бутылки непрерывно инжектируется газообразная углекислота, обусловливая увеличение об­щего давления. Этот процесс обратим лишь частично. При охлаждении бутылки с пивом после зоны пастери­зации только часть газообразной углекислоты вновь аб­сорбируется пивом. «Вакуум пастеризации» обычно не превышает 3%^:. При таком «вакууме пастеризации» для пива с содержанием углекислого газа 0,36% (по массе) в бутылке вместимостью 0,33 л при температуре 60° С внутреннее давление составит 0,3 МПа. При таких же условиях в бутылке с пивом вместимостью 1 л давление будет равно уже 0,4 МПа.

Рис. 16. Изменение величины «ва­куума пастеризации» в бутылках различной вместимости в зависи­мости от температуры

Рис. 17. Изменение давления в бутылках с пивом при пастери­ации в зависимости от вели­чины «вакуума пастеризации» при нагревании до 66° С.

На рис. 16, 17 приведены зависимости «вакуума па­стеризации» от температуры при давлении в бутылке, не превышающем 0,5 МПа (обычные пивные бутылки рассчитаны на давление 0,7—0,8 МПа), и давления от «вакуума пастеризации», позволяющие правильно опре­делить технологические параметры процесса пастериза­ции пива в бутылках различной вместимости при разных значениях «вакуума пастеризации» {74, 147]. При сни­жении «вакуума пастеризации» до 2—3% и менее дав­ление в бутылке с пивом во время пастеризации возра­стает настолько, что бутылка разрушается. В нашей стране вопросами пастеризации пива в бутылках зани­мались Булгаков, Шмидт, Леонович, Покровская, Сал­манова и др.

Исследуя различные условия пастеризации отечест­венных сортов пива, Леонович с сотрудниками [45] по­казали, что максимальная температура пастеризации бутылочного пива сортов жигулевское и рижское, обес­печивающая его биологическую чистоту при достаточ­ной коллоидной стойкости, составляет 63° С при време­ни выдержки 20 мин. Расчеты показывают, что пастери­зационный эффект при этом составлял 54 ПЕ .

В настоящее время в СССР в основном применяют пастеризацию пива в бутылках. На ленинградском пи­воваренном заводе им. Степана Разина, Львовском пи­воваренном заводе, рижском заводе «Алдарис» работают импортные туннельные пастеризаторы типа «Feniks» фирмы «Holstein — Kappert» (ФРГ). На ряде новых пи­воваренных заводов, например в Николаеве, пастериза­цию пива проводят на оборудовании, представляющем собой одноярусные туннельные пастеризаторы с 5 или 7 зонами температурного воздействия.

Туннельные пастеризаторы -обеспечивают одновре­менную тепловую обработку тары, продукта, укупороч­ного материала и пространства, заполненного газо-воз­душной смесью; устраняют возможность повторного ин­фицирования пива; позволяют регулировать диапазон производительности в зависимости от вместимости бу­тылки и заданного режима пастеризации; обеспечивают возможность тепловой обработки пива, расфасованного не только в бутылки, но и в металлические банки.

К недостаткам туннельных пастеризаторов следует отнести большую металлоемкость, значительные потери теплоты в окружающую среду вследствие больших га­баритов; высокий термический бой бутылок и повышен­ные потери пива; большие монтажные и производствен­ные площади.

Пастеризация пива в потоке. Пастеризация еще не разлитого пива производится обычно в пластинчатых теплообменных аппаратах, в которых имеется 3 секции: регенерации, нагревания и охлаждения. Пиво поступает в первую секцию, где подогревается проходящим проти­вотоком горячим пивом. Во второй секции оно доводит­ся горячей водой или паром до температуры пастериза­ции и выдерживается при этой температуре предвари­тельно установленное время (обычно от 15 до 60 с). Максимальная температура колеблется обычно между 71—78° С. После этого пиво снова попадает в первую секцию, где отдает теплоту входящему пиву, и затем поступает в третью секцию, где охлаждается проходя­щим противотоком рассолом. В некоторых случаях пи­во горячим поступает в контейнер, где и остывает. В этом случае секция охлаждения в теплообменнике от­сутствует.

При пастеризации в потоке очень важно, чтобы все пиво, проходящее через теплообменник, обрабатывалось равномерно. Это обеспечивается определенной скоро­стью потока, исключающей возможность ламинарного течения, при котором может возникать местный пере­грев части пива. Повышенная турбулентность потока пива в некоторых типах пастеризаторов создается осо­бой гофрированной формой теплообменных пластин.

Пастеризация в потоке может быть использована для пива, поступающего на розлив не только в бутылки, но и В бочки, цистерны.

Пастеризаторы пива в потоке имеют малую металло­емкость (в 10 раз меньше, чем бутылочные пастеризато­ры). Они компактны и занимают в 3 раза меньшую про­изводственную площадь, чем туннельные пастеризаторы. Аппараты отличаются простотой в монтаже и обслужи­вании. При их эксплуатации возможны полная автома­тизация процесса, устранение боя бутылок и значитель­ное снижение потерь пива. Экономия теплоты и электро­энергии обусловлена относительно небольшими энерге­тическими затратами, высоким коэффициентом теплопе­редачи и высоким показателем вторичного использова­ния тепла (90%). Недостатки этих пастеризаторов: воз­можность повторного инфицирования пива при недоста­точной стерильности пивопроводов, разливочного ав­томата, бутылок, корончатых крышек и т. д., повышен­ные требования к устойчивости режима пастеризации.

В настоящее время пастеризация пива в потоке ши­роко применяется во многих европейских странах. Об­работке подвергают, как правило, рядовое пиво местно­го потребления, стойкость которого при этом составляет 3—8 нед. Иногда пастеризация в потоке применяется для обработки специального сортового пива, стойкость которого может при этом достигать 6 мес. Перед па­стеризацией все пиво тщательно фильтруют на диатоми­товых фильтрах.

Рис. 18. Пастеризатор пива в потоке фирмы «Альфа-Лаваль».

Фирма «Альфа-Лаваль» (Швеция) разработала и наладила массовый выпуск пластинчатых пастеризато­ров (рис. 18), обеспечивающих высокое качество гото­вого продукта и длительные сроки его хранения. В этих аппаратах пиво, предварительно подогретое за счет теп­лообмена с уже обработанным продуктом, пастеризу­ется при температуре 72° С и давлении 1,0—1,2 МПа в течение 30 с. Пастеризационный эффект в этом случае составляет 20—30 ПЕ. Производительность пастеризато­ров достигает 250—300 гл/ч. По данным фирмы, такой способ пастеризации весьма рентабелен. Эксплуатацион­ные расходы по сравнению с пастеризацией в бутылках снижаются примерно в 4 раза, а капитальные затра­ты — в 6 раз.

На ленинградском пивоваренном заводе им. Степана Разина прошел испытание изготовленный заводом «Уралхиммаш» новый пластинчатый теплообменник; его
можно использовать для пастеризации пива в потоке при давлении 1,0 МПа [38].

Исследование по пастеризации пива в потоке прово­дилось также на Донецком пивоваренном заводе [51]. Было установлено, что для сохранения в пиве СОг при пастеризации давление на входе пива в пастеризатор должно быть 0,6—0,65 МПа, а на выходе—0,2 МПа при температуре не выше 3°С. Вкусовые качества пива после пастеризации не изменялись. Стойкость пастери­зованного пива была более 30 дней.

Сотрудниками ВНИИПБПа вместе с конструкторами Болшевского машиностроительного завода разработан способ пастеризации пива в потоке на серийно выпу­скаемой пластинчатой пастеризационной установке мо­дели ОП2-У5. Установка успешно прошла испытание в производственных условиях Тартуского пивзавода [53]. Она может использоваться на пивоваренных предприя­тиях для непрерывной пастеризации и охлаждения пива, предназначенного для розлива в бутылки и бочки, а также для обработки смарочного пива.

Рис. 19. Схема пастеризационной установки:

1 — сепаратор; 2 — диатомитовый фильтр; 3 — выдерживатели; 4 — секция пастеризации; 5 — секция регенерации; 6 — секция рассольного охлаждения; 7 — инжектор; 8 — бойлер; 9 — насос для подачи горячей воды.

Заданная производительность установки обеспечива­ется сепаратором (фильтром), требуемая температура пастеризации и охлаждения — электронными регулято­рами. Осветленное пиво в секции регенерации подогре­вается до 62—64° С, в секции пастеризации — до 73+ ±ГС. Сравнительно высокая температура пастериза­ции пива вызывается тем, что в сложившихся производ­ственных условиях для достижения определенного эф­фекта необходимо сообщить пиву повышенное количе­ство пастеризационных единиц — более 50.

Нагретое до температуры пастеризации пиво из сек­ции пастеризации на 30 с попадает в выдерживатели, затем охлаждается встречным потоком поступающего на пастеризацию холодного пива до температуры 12° С. Дальнейшее охлаждение пива до 1—2° С происходит в секциях рассольного охлаждения. Охлажденное пасте­ризованное пиво поступает в мерные емкости (форфасы), откуда идет на розлив.

В случае падения температуры пастеризации ниже 70° С подается звуковой сигнал. При этом недопастеризованное пиво возвращается на повторную циркуляцию через сепаратор или направляется в резервную емкость при помощи трехходового крана, расположенного на выходе пива из пастеризатора.

Пластинчатый пастеризатор снабжен теплопередаю­щими пластинами из нержавеющей стали. Пластины разбиты на четыре секции, которые отделяются одна от другой промежуточными плитами со штуцерами, служа­щими для подвода и отвода жидкостей. Прижим пла­стин к стойке достигается посредством нажимной пли­ты и нажимных устройств. Размещается пастеризацион­ная установка в лагерном подвале, в отделении, где установлены сепараторы и диатомитовые фильтры. При наличии автоматических редукционных вентилей допу­скается размещение этой установки по специальной схе­ме непосредственно перед разливочной машиной. Схема пастеризационной установки показана на рис. 19.