Cap 3. Elemente de Inginerie Tehnologică [PDF]

Zitiervorschau

CAPITOLUL 3 Elemente de inginerie tehnologică 3.1. Analiza comparativă a tehnologiilor existente pe plan mondial pentru realizarea producţiei proiectate Principalele faze tehnologice care conduc la obținerea mustului de bere din malț, apă și hamei, sunt următoarele: -

măcinarea malțului

-

plămădirea și zaharificarea plămezii

-

filtrarea plămezii

-

fierberea mustului cu hamei

-

limpezirea mustului de bere Informații suplimentare despre analiza comparativă a tehnologiilor existente pe plan

mondial pentru realizarea producției se regăsesc în Anexa 1.

3.2. Elemente definitorii ale produselor utilizate 3.2.1. Culturi de orz/orzoiaică la nivel mondial și local Orzul este materia primă tradițională folosită pentru obținerea berii, răspândită în cultură, fiind a patra cereală cultivată în lume după grâu, orez și porumb (Berzescu ș.a., 1981). Orzul aparține familiei Graminaeae, genului Hordeum L., speciei Hordeum vulgare, ce conține următoarele varietăți principale pentru industria malțului: -

Hordeum hexastichon – cuprinde soiuri de orz cu șase rânduri de boabe pe spic;

-

Hordeum distichon L. – cuprinde soiuri de orz cu două rânduri de boabe pe spic, fiind cunoscut sub denumirea de orzoaică (Banu ș.a., 2000). În ceea ce privește cultivarea orzului sau orzoaicei, în diferite zone ale globului au fost

remarcate tendințe variate. Orzul cu șase rânduri de boabe pe spic se cultivă mai mult în America de Nord, iar cel cu două rânduri de boabe pe spic se cultivă în special în Europa. În prezent sunt cultivate atât soiuri de toamnă cât și de primăvară. În România, se cultivă în special soiurile de orz de toamnă Miraj și Intensiv, și de orzoaică: Dvoran, Elgina, Paulina, Rapid, Triumph și Ametist. Programele de selecție au ca scop producerea de noi soiuri de orz care să

conducă la producție mare de boabe la hectar, rezistență mare la cădere, cultură pretabilă la recoltare mecanizată, coacere timpurie, rezistență la boli (Banu ș.a., 2000). Orzul nu este pretențios în ceea ce ține de soluri și climă, cultivarea lui făcându-se în zone cu un climat temperat și, de asemenea, poate atinge cele mai mari altitudini de cultivare. Potrivit Ministerului Agriculturii și dezvoltării rurale (MADR) este prezentată evoluția suprafețelor și a producției în România din anul 2007 până în anul 2015 (Tabelul 3.4: Sursa: economiczoom.ro, postat in data de 4 noiembrie 2014). Tabelul 3.4. Evoluția suprafețelor și a producției de orz/orzoaică în România (Sursa: 2007 - 2014 Date INS - Anuarul Statistic al României 2016; 2015 – Date INS –Producția vegetală la principalele culturi, în anul 2015) Specificare

UM

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Suprafaţa

mii ha

363,8

394,0

517,5

515,8

419,5

424,2

495,7

516

462,0

Kg/ha

1461

3069

2284

2542

3170

2325

3250,5

3319

3424

mii to

531,4

986,4

1542,2

1712,5

1582

Producţie medie Producţie totală

1209,4 1182,1 1311,0 1329,7

Primii 10 producători de cereale din Uniunea Europeana, plus Ucraina și Turcia, pot fi grupați în trei categorii în ce privește producția de orz: -

producătorii mari: Germania, Franța, Spania, Turcia și Marea Britanie;

-

producătorii medii: Ucraina și Polonia;

-

producătorii mici (dar totuși importanți pe harta UE): România, Ungaria, Italia, Bulgaria și Grecia (Sursa: economiczoom.ro, postat in data de 4 noiembrie 2014). Se remarcă corelația producției de orz anuale atât cu mărimea țării producătoare, cât și

cu adaptarea orzului la o latitudine semnificativ mai nordică față de alte culturi care favorizează zona sudică a continentului – grâul, florea soarelui ș.a. (Sursa: economiczoom.ro, postat in data de 4 noiembrie 2014). Așezarea geografică a culturilor de orz se mai corelează strâns și cu zonele de tradiție în consumul de bere – Germania, Marea Britanie, Polonia ș.a. – unde se cere direct în procesarea/producția locală (Sursa: economiczoom.ro, postat in data de 4 noiembrie 2014). În figurile 3.6. (a, b și c) sunt prezentate diagramele randamentului recoltei din anul 2005 până în anul 2013, în rândul producătorilor mici, medii și mari de orz:

U.M 100kg/ha

50 45 40 35 30 25 20 15 10

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

38

38.8

35.6

37.4

34.2

36.2

36.4

37.7

36.2

Ungaria

37.6

36.8

31.7

44.5

33.2

33.6

37.9

36.1

40.7

România

22.3

23.3

14.6

30.7

22.8

24.4

32.9

23.7

30.4

Bulgaria

24.9

29.4

22.5

39.4

33.2

34

40.7

34.6

37

24

23.6

23.5

22.1

23.3

28.4

32.3

28.5

28.5

Italia

Grecia

(a) 40

U.M 100kg/ha

35 30 25 20 15 10

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

Polonia

32.2

25.9

32.5

30

34.4

31.6

32.8

35.9

35.7

Ucraina

20.6

21.6

14.6

30.3

23.7

19.6

24.7

21.1

23.4

(b) 70

U.M 100kg/ha

65 60 55 50 45 Germania Marea Britanie Franța

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

59.7

59.1

54.2

61

65.4

63

54.7

61.9

65.9

59

59.4

56.6

59.5

58.3

57

58

55.1

58.5

64.4

62.4

55.8

67.6

68.4

60.6

50.3

67

63

(c) Figura 3.6. Randamentul recoltei în rândul producătorilor mici (a), medii (b) și mari (c)

România a oscilat ca randament între Ucraina (pe care o depășește constant) și Polonia. Ca valori ale randamentului recoltei se situează între 15 și 33, tendința din ultimii ani arătând o creștere spre performanța Poloniei (Sursa: economiczoom.ro, postat in data de 4 noiembrie 2014). Totuși, comparându-ne cu micii producători, constatăm ca numai Grecia are randamente comparabile cu ale României, Ungaria, Bulgaria și Italia fiind mult mai avansate, oscilând între 33 și 41 în ultimii 5 ani (Sursa: economiczoom.ro, postat in data de 4 noiembrie 2014). 1) Structura anatomica a bobului de orz Din punct de vedere structural, bobul de orz este format din mai multe părți, după cum reiese din figura 3.7:

Figura 3.7. Structura anatomica a bobului de orz. a- secțiune longitudinală: 1-rudimentar; 2-acrospiră rudimentară; 3-radicele; 4-scutelum; 5-strat epitelial; 6-endosperm; 7-celule goale; 8-strat aleuronic; 9-testa; 10-pericarp; 11-coajă; b-structura bobului de orz care arată poziția diferitelor componente: A – coajă; B-pericarp și testa; C-strat aleuronic; D-endosperm; E- embrion; E1-radicele; E2-acrospiră; E3-scutelum; c-secțiune transversală prin structurile exterioare ale bobului de orz care arată legătura dintre pericarp – testa și straturile adiacente: 1-coajă; 2-strat ceros; 3-pericarp; 4-testa; 5-strat lipidic; 6-strat aleuronic; 7-endosperm; 8-granule de amidon (Sursa: Banu ș.a., 2000)

Coaja protejează embrionul și este mai groasă în această zonă și mai putin groasă în restului bobului. Acest înveliș constituie 10% în cazul boabelor provenite de la orzul de toamnă (Banu ș.a., 2000).

Deși suprafața cojii conține un strat fin de ceruri, prin pierderea umidității învelișul se încrețește, numărul și finețea încrețiturilor fiind un indice de apreciere a orzului pentru malțificare (de preferat să aibă coajă fină și încrețituri fine). Coaja se leagă de pericarp cu ajutorul unu strat subțire de ceruri, iar gradul de aderență la pericarp va depinde de nivelul de ceruri dintre aceste două straturi și de varietatea orzului sau orzoaicei.

Rolurile cojii sunt multiple: -

protejarea bobului împotriva microorganismelor și agenților fizici;

-

restricționează pătrunderea apei în bob la înmuiere și creșterea acrospirei;

-

nu participă la modificările chimice care au loc la malțificare;

-

prezența cojii la brasaj este esențială deoarece aceasta alcătuiește ”patul de filtrare” pentru must (Banu ș.a., 2000). Pericarpul și testa se formează împreună în timpul dezvoltării bobului. Pericarpul crește

odată cu coaja fiind format din material hemicelulozic, proteine, polifenoli și săruri minerale. Testa conține polizaharide precum și ceruri în a căror compoziție intră hidrocarburile (Banu ș.a., 2000). Embrionul este componenta vie a bobulu de orz și locul principal prin care se absoarbe apa. Acesta repezintă 2-5% din masa uscată a bobului. Embrionul are o structură complexă fiind format din scutelum, plumulă (acrospira) și radiculă. Stratul aleuronic și țesutul nucelar împreună cu testa reprezintă 8-15% din masa uscată a bobului de orz. Celulele statului aleuronic sunt umplute cu citoplasmă ce conține nucleu și granule aleuronice formate din proteine, glicoproteine și substanțe minerale. Endospermul formează masa principală a bobului de orz și este de natură amidonoasă. Celulele endospermului sunt de tip plasmidic și conțin două tipuri de granule de amidon: cu dimensiuni de 20-30µ și cu dimensiuni de 1-6µ. Proteinele din endosperm reprezintă 9% din totalul de proteine din bobul de orz, acestea fiind proteine de rezervă (Banu ș.a., 2000). 2) Compoziția chimică a orzului Compoziția chimică globală a orzului este prezentată în tabelul 3.5:

Tabelul 3.5. Compoziția chimică a orzului (Banu ș.a., 2000) Fracțiunea

% față de substanța uscată

Amidon

63-65

Zaharoză

1-2,0

Zaharuri reducătoare Alte zaharuri

0,1-0,2 1

Gume solubile

1-1,5

Hemiceluloze

8-10

Celuloze

4-5

Lipide

2-3

Proteină brută (N x6,25), din care:

8-11

-albumine+glubuline

3,5

Hordeină

3-4

Glutenină

3-4

Aminoacizi și peptide

0,5

Acizi nucleici Minerale Alte substanțe

0,2-0,3 2 5-6

a) Carbohidrații din orz Carbohidrații din orz sun reprezentați de: carbohidrați solubili în soluție alcoolică 70%: zaharoză (0,34-1,69%), rafinoză

-

(0,14-0,83%), glucodifructoză și alte oligozaharide care includ fructozani (0,5-1%), -

carbohidrați insolubili, reprezentați de: celuloză și holoceluloză (4-5%),

hemiceluloză (8-10%) constituită de arabinoxilani (10-20%) care se găsesc în coajă și membrana celulelor din stratul aleuronic și β-glucani (80-90%) și amidon – care reprezintă componenta principală a endospermului (63-65%) (Banu ș.a., 2000). b) Substanțele azotoase din orz Azotul total din orz reprezintă 1,68-1,8% față de substanța uscată. Subtanțele cu azot din orz au o mare importanță tehnologică fiindcă orzul cu o cantitate mai mare de proteină brută conduce la un malț cu extract redus în comparație cu un orz care are un conținut scăzut de proteină brută. Azotul total din orz este reprezentat de: azotul proteic, azotul peptidic din albumoze, peptone și aminoacizi, azotul din acizii nucleici și derivații lor, azotul din amine și alte substanțe (Banu ș.a., 2000).

Proteinele din orz reprezintă 10,5-11,5% față de substanța uscată și sunt reprezentate de albumine cu masa moleculară ≈35000 și pH=4,5, acestea reprezentând 11% din proteinele orzului; glubuline, care reprezintă 15% din proteinele orzului; prolamine cu masa moleculară cuprinsă între 15000 și 100000, care reprezintă 30% din proteinele orzului (Banu ș.a., 2000). Albuminele (leucozina) sunt solubile în apă și coagulează la căldură. Globulinele (edestina) sunt mai puțin sensibile la căldură deci pot ajunge în bere provocând tulbureala coloidală. Prolaminele (hordeinele) sunt bogate în prolină și acid glutamic (60% din azotul hordeinei). Prolaminele rămase în bere contribuie la tulbureala coloidală. Glutelinele au o valoare relativ constantă în raport cu azotul total (Banu ș.a., 2000). Proteinele din orz sunt localizate astfel: - în stratul aleuronic: proteine de cimentare (consolidare) care conferă rezistență și au importanță în fiziologia bobului. Nu suferă modificări importante la malțificare și se elimină cu borhotul de malț; -

în stratul subaleuronic și periferia endospermului: proteine de rezervă care suferă

modificari importante la malțificare și brasaj; -

în endosperm și embrion: proteine histologice care intră în constituția pereților celulari

și care sunt relativ modificate la malțificare și brasaj, împiedicând solubilizarea bobului de orz (Banu ș.a., 2000). c) Lipidele din orz Lipidele din orz reprezintă 3,5% față de substanța uscată și conțin fracțiuni lipidice polare și nepolare. Din cele nepolare (trigliceridele), 1/3 sunt localizate în embrion și din cele 2/3 rămase, aproximativ 90% sunt localizate în stratul aleuronic. Granulele de amidon din endosperm conțin lipide polare în interiorul lor și nepolare la suprafață. În afară de trigliceride se mai găsesc cantități mici de 1, 2 digliceride, 1,3 trigliceride, acizi grași liberi, steroli, esteri ai sterolului, glicozide ale sterolilor și hidrocarburi (alcani și carotenoizi). Lipidele din bobul de orz reprezintă surse de energie pentru dezvoltarea embrionului, fiind consumate în proporție de 10-12% (Banu ș.a., 2000). d) Fosfații și esterii fosfaților Fosfații din orz reprezintă 1% din substanța uscată a orzului și se găsesc sub formă de fosfolipide și acizi nucleici în embrion și statul aleuronic (Banu ș.a., 2000).

e) Constituienții anorganici Constituenții anorganici din orz sunt reprezentați de substanțele minerale. Coaja bobului de orz este bogată în siliciu, alte substanțe minerale fiind concentrate în embrion și stratul aleuronic. În bob, fosforul și potasiu sunt principalii constituienți ai cenușii, care reprezintă 23% din substanța uscată a bobului de orz (Banu ș.a., 2000). f) Vitaminele Vitaminele din orz sun concentrate în special în embrion și stratul aleuronic și sunt prezentate în tabelul 3.6: Tabelul 3.6. Vitaminele din orz (Sursa: Banu ș.a., 2000) Vitamina

Nivelul vitaminei în orz

Tiamina (B1), µg/g

1,2-16

Riboflavina (B2) µg/g

0,8-3,7

Acidul nicotinic, µg/g

47-147

Acidul pantotenic, µg/g

2,9-11

Piridoxina (B6), µg/g

2,7-11,5

Vitamina E, µg/g

2,1-5,2

Biotina, µg/g

0,11-0,17

Folați, µg/g -liberi

0,1

-combinați

0,2

Colina, mg/g

1-2,2

Mioinozitol, mg/g -liber

0,18

-legat

1,4-3,2

g) Fenolii și polifenolii Orzul conține acizi fenolici precum: acidul p-hidroxibenzoic, acidul vanilic, acidul cafeic, acidul clorogenic, cumarină și herniarină, antocianogene sau proantocianidine.Se mai găsesc în orz în stare liberă catechina și epicatechina. Importanța polifenolilor decurge din efectul antibacterian și sunt implicați în asigurarea tăriei și rigidității pereților celulari în coajă (Banu ș.a., 2000).

h) Enzimele bobului de orz Bobul de orz conține enzimele necesare maturizării și germinării, însă acestea se găsesc în stare de inactivitate, activitatea crescând în timpul germinării. Principalele enzime din orz sunt: - β-amilaza – se găsește în embrion, scutelum, stratul subaleuronic și mai puțin în endosperm. Această enzimă este sensibilă la căldură, la uscarea malțului fiind distrusă în proporție de ~60%. - α-amilaza – nu este prezentă în orzul negerminat, dar este sintetizată la nivelul embrionului, scutelum-ului și stratului aleuronic și difuzează în endosperm. Această enzimă este sensibilă la căldură, la uscare activitatea enzimei scăzând cu 20-30%. - β-glucanazele – localizate în stratul aleuronic, de unde difuzează în endosperm în timpul germinării. Activitatea lor se manifestă asupra pereților celulari, inclusiv din endosperm, care conțin β-glucani, arabinoxilani, pe care îi degradează la compuși cu masă moleculară mai mică. Acest fapt facilitează difuzia enzimelor amilolitice la granulele de amidon. Prin acțiunea asupra β-glucanilor și arabinoxilanilor, β-glucanazele facilitează filtrarea plămezii. Activitatea acestei enzime scade la uscarea malțului și la brasaj, în funcție de temperatură (Banu ș.a., 2000). Enzimele proteolitice se găsesc în embrion și scutelum, strat aleuronic și în endosperm. Principalele enzime proteolitice sunt: - exopeptidazele – carboxipeptidaze, care atacă legăturile peptidice de la capătul Cterminal al proteinelor. Ele se găsesc în toate țesuturile vii ale orzului; aminopeptidaze neutrale, care sunt localizate în stratul aleuronic și scutelum; peptidaze alcaline, care acționează în principal în scutelum. - endopeptidazele – hidrolizează legăturile peptidice din interiorul lanțurilor peptidice; - peptidazele alcaline – acționează asupra dipeptidelor care se găsesc în orz, în special leuciltirozinaza și alanilglicina; au pH optim la 8,6 și la pH 7,8. Lipazele – se găsesc în embrion, scutelum și stratul aleuronic. Activitatea lor crește la germinare datorită temperaturii și umidității relative ridicate. Activitatea lor scade la începutul uscării apoi crește ușor până la sfârșitul uscării. Fosfatazele acide – se găsesc în țesuturile vii, activitatea lor crescând la germinare în funcție de umiditatea malțului. Fitazele – se găsesc în embrion și scutelum, stratul aleuronic și endosperm. La germinare acestea hidrolizează fitații în proporție de 80% (Banu ș.a., 2000). Alte enzime hidrolitice prezente în orz: - hidroperoxid izomeraza – localizată în embrion

- α și β-glucozidaza - β-fructofuranozidaza – se găsește sub formă insolubilă și solubilă - oxidoreductaze – prezente în embrion, scutelum și strat aleuronic. Acestea sunt reprezentate de: catalază – activitatea ei este maximă în a 5-a zi de germinare, după care activitatea ei scade continuu, fiind inactivată la 90ºC; peroxidază – activitatea crește la germinare în funcție de temperatură; lipoxigenază – activitatea crește la germinare; polifenoloxidaze – au cea mai mare activitate în cursul germinării, acțiunea lor fiind asupra substanțelor polifenolice și asupra unor aminoacizi aromatici (Banu ș.a., 2000). 3) Proprietățile orzului supus malțificării Atunci când orzul este adus la mălțării, acesta este analizat din punct de vedere senzorial, chimic, biologic și fizic (Banu ș.a., 2000). Evaluarea senzorială include următoarele aspecte: - Aprecierea mirosului, care trebuie sa fie curat, proaspăt de paie. Orzul cu miros de mucegai sau de pamânt indică un orz depozitat necorespunzător, care are un efect negativ asupra capacității de germinare; - Aprecierea culorii – culoarea trebuie sa fie deschisă, uniformă, strălucitoare. Orzul cu o culoare verzuie indică un orz recoltat prematur; - Aprecierea aspectului învelișului – acesta trebuie să fie subțire, cu riduri fine (Banu ș.a., 2000). La recepția calitativă se mai apreciază conținutul de boabe sparte, procentul de boabe încolțite și cele atacate de insecte și mucegaiuri (Banu ș.a., 2000). Evaluarea fizică urmărește aprecierea următoarelor caracteristici: - Determinarea uniformității boabelor, caz în care suma procentelor boabelor de orz de calitatea I și a II-a trebuie să fie minim 80% pentru orzul de calitate medie, minim 90% pentru orzul de calitate bună și minim 95% pentru orzul de calitate excepțională. - Masa a 1000 de boabe întregi raportată la substanța uscată, care arată informații privind randamentul în extract. Valorile nomale sunt 38-40g. - Masa hectolitrică, care variază între 65-78 kg și dă informații oferă informații asupra conținutului de amidon. - Farinozitatea, care se determină prin examinarea secțiunii bobului; trebuie să fie de minim 80%. Evaluarea chimică implică determinarea umidității si a conținutului de proteine. Evaluarea biologică a malţului se bazează pe determinarea următoarelor caracteristici: - Capacitatea de germinare, care trebuie să fie de minim 96;

- Energia de germinare, care reprezintă procentul de boabe care vor germina în condițiile unui test specific; - Snsibilitatea la apă, care reprezintă diferența dintre energia de germinare stabilită la germinarea a 100 de boabe înmuiate în 4 l apă și cea înregistrată la înmuierea în 8 l apă; Malțul reprezintă semifabricatul obținut prin germinarea și uscarea orzului sau orzoaicei în condiții controlate (Banu ș.a., 2000). Indicatori de calitate ai malțului: Aprecierea calității malțului se face pe baza metodelor de analiză oficială elaborate de următoarele organizații internaționale: European Brewery Convention (EBC), American Society of Brewering Chemists (ASBC), Middle European Brewering Analysis Commision (MEBAK), Institute of Brewering (IOB) (Banu ș.a., 2000). Aprecierea senzorială. Malţul trebuie să prezinte următoarele caracterstici senzoriale: - aspectul: boabele de malț trebuie sa fie cât mai mari și cât mai uniforme, - culoarea: malțul blond are culoare galbenă, uniformă, iar cel brun are culoare galbenbrun, - mirosul: caracteristic, plăcut, - gustul: plăcut, caracteristic, ușor dulceag la cel blond și amărui la cel brun, - friabilitatea: se sfărâmă ușor între dinți, ceea ce denotă o bună solubilizare (Banu ș.a., 2000). Aprecierea caracteristicilor fizice şi fiziologice ale malţului implică efectuarea următoarelor determinări: - Masa a 1000 de boabe: 28-38g pentru malțul blond și 25-33.5g pentru malțul brun, - Masa hectolitrică, - Flotabilitatea: fracțiunea care flotează este de 30-35% pentru malțul blond și de 25-30% pentru malțul brun, - Sticlozitatea, care reprezintă gradul în care malțul este sticlos și este măsurată pe secțiunea longitudinală a bobului de malț. Sticlozitatea nu trebuie să depășească 2%, iar cel puțin 95% din bobul de malț rebuie să fie făinos, - Friabilitatea trebuie să fie cel puțin 78% (Banu ș.a., 2000). Lungimea acrospirei dă indicații asupra uniformității germinării. În funție de lungimea acrospirei, malțul se clasifică în 5 categorii de calitate. Densitatea dă indicații despre modificarea endospermului. Cu cât densitatea este mai redusă, cu atât friabilitatea este mai bună (Banu ș.a., 2000).

Indicatori fizico-chimici determinaţi sunt: - Umiditatea finală: 3 - 3,5 % pentru malțul blond, iar malțul brun 1 - 4,5 %. Limita comercială accesptată este 5 % - Plămada Congress: se utilizează 50 g malț măcinat grosier (conținutul de făină ˂25%) și 50 g malț măcinat fin (conținutul de făină ˃ 90 %). Fiecare tip de măcinătură se plămădește la temperatura de 45-46ºC, timp de 30 de minute, cu 200 ml apă distilată, după care temperatura plămezii este ridicată la 70ºC, în timp de 25 minute, cu menținere la această temperatură timp de o oră. Operația se face prin agitare continuă pentru a se realiza zaharificarea. Plămada zaharificată este apoi răcită în 10-15 minute, iar conținutul vasului se completează la 450 g cu apă distilată. Conținutul total este filtrat cu ajutorul unei hârtii de filtru, primii 100 ml fiind returnați în pâlnia de filtrare. Filtrarea se consideră terminată atunci când reziduul apare uscat. Mustul obținut este numit must Congress, căruia i se determină extractul care trebuie sa fie 79 -82 % pentru malțul blond și 75 - 78 % pentru malțul brun (Banu ș.a., 2000). Mustul Congress este caracterizat în baza următoarele caracteristici: - Miros – specific malțului analizat, - Cifra de iod – timpul necesar, după ce plămada a fost adusă la 70ºC, pentru a atinge o culoare galbenă în prezența iodului, - Viteza de filtrare – este considerată normală atunci când filtrarea se finalizează în o oră, - Aspectul – clar ori opalescent ori turbid, - Valoarea pH-ului – este măsurată după 30 de minute de la începutul filtrării; pH-ul trebuie să aibă valori între 5,6 – 5,9, - Vâscozitatea mustului – între 1,51 și 1,63 mPa·s, prezentată în tabelul 3.7: Tabelul 3.7. Corelația dintre calitatea mustului și vâscozitatea mustului (Sursa: Banu ș.a., 2000) Calitatea malțului Foarte bună Bună Satisfăcătoare Nesatisfăcătoare

Vâscozitatea mustului, [mPa·s] ˂ 1,53 1,54 – 1,62 1,63 – 1,67 ˃ 1,68

- Culoarea: dă indicații despre tipul de malț utilizat la realizarea mustului Congress. Valorile normale sunt până la 4 unități EBC pentru malțul blond, între 5 și 8 unități EBC pentru malțul colorat mediu și între 9,5 și 16 unități EBC pentru malțul brun. Culoarea mustului fiert de malț blon are 5,1 unități EBC; - Conținutul de azot din malț: oferă informații asupra tipului de malț utilizat. Nivelul de azot este cu 0,5 % mai redus decât în orz;

- Conținutul de azot solubil: reprezintă compușii cu azot prezenți în mustul Congress. În mod normal, conținutul de azot solubil în extractul uscat al mustului Congress este de 0,55 – 0,75%; - Indicele Kolbach: reprezintă raportul dintre azotul solubil din mustul Congress și azotul total din malțul utilizat. Acest indice oferă indicații asupra modificărilor proteolitice care au avut loc în malț și este prezentat în tabelul 3.8. Tabelul 3.8. Corelația dintre calitatea malțului și raportul azot solubil/azot total (Sursa: Banu ș.a., 2000) Calitatea Foarte bună ( malț puternic solubilizat ) Bună ( malț bine solubilizat ) Satisfăcătoare ( malț puțin solubilizat) Nesatisfăcătoare ( malț foarte puțin solubilizat )

Raport azot solubil/azot total, % 41 - 43 38 - 41 35 - 38 ˂35

- Conținutul de azot formolic: dă informații despre compușii cu azot cu masă mică, valorile normale fiind 180 -220 mg/100g malț uscat, iar conținutul în azot aminic oferă indicații asupra conținutului de aminoacizi, valorile normale fiind de 120 – 160 mg/100g malț uscat prezentat; - Puterea diastazică a malțului: reprezintă potențialul enzimatic și este un indice de calitate al malțului, acesta exprimându-se în un unități Windisch-Kolbach (unități WK). Malțul blond are 240 – 260 unități WK iar malțul brun are 150 – 170 unități WK. Activitatea αamilazică a malțului uscat: are o valoare de 30 – 60 unități dextrinizante, iar activitatea βamilazică se calculează tinând cont de puterea diastazică; După normele europene, un malț de calitate trebuie să corespundă următoarelor cerințe: conținutul de proteine ˂ 10,8 %; indicele Kolbach 38 – 42 %; conținutul de extract ˃ 80 %; diferența măcinătură fină – măcinătură grosieră 1,2 – 1,8 %; vâscozitatea ˂1,55 mPa·s; culoarea ˂ 3,4 EBC; culoarea mustului fiert ˂ 5,0 EBC; azotul solubil în malț ˃ 0,6 g/100 g malț uscat; friabilitatea ˃ 80- 85 %; fracțiunea sticloasă ˂ 2 %; conținutul de umiditate ˂ 5 %; cernutul ˂ 0,8 %; lungimea acrospirei (amestec omogen) (Banu ș.a., 2000). 4) Tipurile speciale de malț folosite pentru fabricarea berii sunt descrise în continuare: Malțul Pilsener – (malț blond)- se obține din orz cu germinare uniformă și este caracterizat prin: culoare: 2,5 - 3,5 EBC; diferența măciniș fin și măciniș grosier: 1,7 - 2,0 %; vâscozitatea mustului Congress: < 1,58 mPa·s; raportul azot solubil /azot total: 40 % ± (1-2) %; conținutul de azot aminic: 0% (Banu ș.a., 2000). Malțul închis la culoare ( Munich) – se obține din orzul cu un conținut ridicat de proteine și sunt favorizate condițiile care conduc la formarea de aromă. În cazul acestui tip de malț,

malțificarea se conduce astfel: înmuierea până la 48 – 50 % umiditate; germinare intensă la 18 – 20ºC; uscarea inițială cu aer umed; sscare finală la 100 – 105ºC timp de 4 – 5 ore. Acest tip de malț prezintă următoarele caracteristici: culoarea de 15 – 25 EBC; diferența măciniș fin și măciniș grosier de 2,0 – 3,0 (Banu ș.a., 2000). Malțul Viena – este un malț blond la care: înmuierea se face până la 44 – 46 % umiditate; germinarea este normală; uscarea propriu – zisă la 90ºC; culoarea este de 5,5 – 6,0 EBC (Banu ș.a., 2000). Malțul Cristal ( malțul caramel ) se obține astfel: înmuiere până la 45 – 50 %; Germinarea în ultimele 30 – 36 ore se conduce la 50ºC pentru activitatea optimă a enzimelor hidrolitice, astfel obținându-se o cantitate mare de compuși cu azot cu masă moleculară mică; zaharificarea se face la 60 - 80ºC pentru 60 – 90 minute; uscarea se face diferit, în funție de tipul de malț cristal; răcire rapidă și uniformă, după care rezultă un malț cu un conținut de umiditate de 6 % (Banu ș.a., 2000). Malțul brun ( Brühmalz) - se obține după o tehnologie asemănătoare cu cea de obținere a malțului Munich, cu următoarele specificații: înmuierea se face până la 48 % umiditate; germinarea în ultimele 36 ore se conduce la 40 – 50ºC; uscarea se face la 80 - 90ºC timp de 3 – 4 ore. Culoarea produsului este de 30 – 40 unități EBC (Banu ș.a., 2000). Malțul negru (malț torefiat sau colorat) – este utilizat pentru obținerea berii de culoare foarte închisă, dar nu în proporții mai mari de 1%. Acest malț se obține prin utilizarea unui malț blond cu 5 % umiditate, care este încălzit la 70ºC, iar după două ore este adus la 175 - 200ºC și menținut la aceste temperaturi 1,5 ore. După aceste operații, este răcit rapid și uniform, rezulând un malț cu o culoare de 1300 – 2500 EBC (Banu ș.a., 2000). Malțul acid – se obține din malțul blond uscat care este înmuiat în apa pură la 45-50ºC, astfel încât bacteriile lactice existente pe malțul blond să producă 1% acid lactic. După această etapă, malțul este uscat în trepte la 50ºC, apoi la 60ºC. Conținutul de acid lactic din malțul uscat ajunge la 2 - 4 %. Aces malț se poate folosi la fabricarea berilor deschise la culoare pentru îmbunătățirea plinătății si la fabricarea berilor fără alcool (Banu ș.a., 2000). Malțul scurt și malțul ascuțit – se obține din orz care este germinat pentru o perioadă scurtă. Se utilizează pentru îmbunătățirea stabilității spumei berii, dar berea va avea o plinătate mai redusă și o aromă de malț mai redusă (Banu ș.a., 2000). 3.2.2. Culturi de hamei la nivel mandial și local Hameiul aparține familiei Cannabaceae, care cuprinde genurile Humulus și Cannabis. Hameiul este o plantă perenă cu durata de viată de 30 – 50 de ani, fiind productive numai plantațiile de 20 – 25 de ani (Banu ș.a., 2000).

Suprafața și producția Suprafața cu hamei în Romania a crescut până în 1990, când s-a ajuns la 2 620 ha, cu producţii medii pe ţară de 11,2 q/ha, unele unităţi obţinând producţii de 15-20 q/ha. Din păcate, după anul 1990 suprafeţele şi producţiile de hamei au scăzut simţitor, în anul 1995 erau 1727 ha/rod, în anul 2000 sub 500 de ha, iar în prezent se cultiva circa 210 ha, una din cauze fiind si importul masiv Datele privind evoluţia suprafeţelor şi a producţiei de hamei în România sunt prezentate în tabelul 3.9. Organizarea pieţei hameiului implică atât produse proaspete cât şi uscate, pudră, granule, extrasct, produse aromate, amarui sau alte varietăţi (http://madr.ro/culturi-decamp/plante-tehnice/tutun-si-hamei.html). Tabelul 3.9. Date privind evoluția suprafețelor și a producției de hamei în România în perioada 2007 – 2015 (Sursa: 2007 - 2015 – date operative, MADR, AGR 2B) (http://madr.ro/culturi-de-camp/plantetehnice/tutun-si-hamei.html ) Specificare UM ha Suprafaţa Producţie Kg/ha medie Producţie to totală

2007 440

2008 501

2009 456

2010 215

2011 232

2012 241

2013 239

2014 245

2015 251

850

513

537

1 079

621

473

720

951

1454

374

257

245

219

136

114

172

233

365

1) Structura anatomica a hameiului Sistemul radicular este compus din 6 – 12 rădăcini principale, ramificate. Butucul este o tulpină subterană cu lungimea de 25 – 40 cm și grosime de 5 – 15 cm. Pe partea superioară a butucului se află mugurii din care se foarmează în fiecare an 5 – 40 coarde. Stolonii sunt ramificații ale tulpinii care pornesc din mugurii de pe butuc sau din partea superioară a coardelor. Frunzele – sunt inserate opus, câte două la fiecare nod al coardelor și lăstarii secundari. Inflorescența femelă denumită și con, este lungă de 20 – 40 mm și se compune dintr-un rahis pe care sun inserate bracteele, niște foliole verzi, de nuanțe diferite (Banu ș.a., 2000). 2) Compoziția chimică a hameiului a) Rășinile totale din hamei Rășinile totale includ totalitatea constituienților din hamei care sunt solubili în alcool metilic la rece precum și în dietileter (Banu ș.a., 2000).

Conform Banu ș.a. (2000), α - acizii amari din hamei sunt reprezentați de humulon, cohumulon, adhumulon, prehumulon şi posthumulon, iar β – acizii amari din hamei sunt reprezentați de lupulon, colupulon, adlupulon, prelupulon și postlupulon. Acizii amari sunt compuși cu tărie slabă ce prezintă o solubilitate redusă în apă. Acești acizi au proprietăți bacteriostatice, inhibând puternic dezvoltarea bacteriilor Gram – pozitive. Dintre acizii amari, cei mai importanți sunt α – acizii, care pot fi separați de alte rășini moi datorită capacității lor de a forma săruri insolubile în alcool metilic (Banu ș.a., 2000). b) Uleiul esenţial de hamei Hameiul produce între 0,1 și 1,5 % ulei esenţial în ultimele stadii de maturare, după ce s-a sintetizat masa cea mai importantă de rășini. Uleiul esențial se acumulează în glandele lupulinice și reprezintă un amestec de compuși care pot fi separați în două fracțiuni prin cromatografie cu silicagel: fracțiunea eluată cu eter de petrol, alcătuită din hidrocarburi și reprezintă 50 – 80 % din totalul de ulei essential şi fracțiunea eluată cu eter, alcătuită din compuși care conțin oxigen. Constituienții uleiului esențial pot suferi autooxidare în timpul depozitării hameiului (Banu ș.a., 2000). Știind că o mare parte din componentele uleiului esențial sunt pierdute la fierberea mustului cu hamei, în industria berii se practică introducerea unei porțiuni de hamei la sfârșitul fierberii (Banu ș.a., 2000). c) Polifenolii din hamei Polifenolii sunt cunoscuți și sub denumirea de taninuri, fiind localizați în hamei în axa central și în bractee. La fabricarea berii, polifenolii sunt foarte importanți, deoarece: au acțiune antioxidantă; se pot combina cu proteinele cu formare de complexe; oxidează la compuși roșii – bruni; se combină cu sărurile de fier cu formare de compuși de culoare neagră (Banu ș.a., 2000). Ca rezultat al proprietăților lor, polifenolii sunt implicați în formarea tulburelii și contribuie la gustul și culoarea berii. Atât polifenolii simpli cât și cei polimerizați din hamei se extrag la fierberea mustului cu hamei (Banu ș.a., 2000).

3) Produse din hamei a) Pudrele din hamei Sunt incluse în această grupă produsele obținute prin mărunţire pe cale mecanică. Se remarcă o utilizare mai bună a compuşilor amari din hamei atunci când acesta se prelucrează sub formă măcinată, deoarece se mărește considerabil suprafața de extracție a α – acizilor amari (Banu ș.a., 2000).

Experimentele au arătat că la fierberea mustului cu conuri de hamei se pierd aproximativ 50 % din α–acizii amari, cele mai mari pierderi având loc în primele 15 – 20 minute de fierbere, ca urmarea a reacției α–acizilor sau izo–α–acizilor formați cu proteinele din must, polimerizării sau compolimerizării lor, degradării oxidative ce o suferă α–acizii amari înainte de formarea izo–α–acizilor mai solubili sau reținerii lor în borhotul de hamei, precum și a unei izomerizări incomplete a α–acizilor amari. Pentru a crește eficiența de utilizare a α–acizilor amari, este foarte important ca dizolvarea acestora și izomerizarea lor să aibă loc rapid și înainte de distrugerea lor termincă (Banu ș.a., 2000). b) Pelleții din hamei Pelleții sunt produse din hamei obținute prin comprimarea pudrelor de hamei normale sau concentrate din hamei, cu reducerea volumului față de hameiul conuri (Banu ș.a., 2000). Sunt comercializate următoarele tipuri de pelleți: - pelleți normali sau tip 90, obținuți din conuri de hamei integrale, în care se regăsește 90 % din greutatea hameiului prelucrat; - pelleți îmbogățiți sau tip 45, care reprezintă 45 % din greutatea hameiului conuri prelucrat; - pelleți izomerizați (Banu ș.a., 2000). c) Extracte de hamei Hameiul este extras cu solvenți care solubilizează atât rășinile hameiului cât și uleiul esențial, fără modificarea α-acizilor amari. Pentru extracție se folosesc în prezent doi solvenți: alcoolul etilic de fermentație și CO2 (Banu ș.a., 2000). 3.2.3. Apa utilizată în industria malțului și berii Cantitativ, apa reprezintă aproximativ 80 – 90 % din compoziția berii, această valoare fiind mică în comparație cu consumul de apă dintr-o fabrică de bere, care variază între 8,5 – 13,5 hl de apă pentru obținerea unui hl de bere, cu un optim de 6 hl apă/hl bere. Calitativ, apa utilizată în diferite scopuri trebuie să îndeplinească anumite cerințe reglementate prin standarde. Apa, materie prima, influențează în mod decisiv calitatea berii produse, astfel încât, o bere de bună calitate se poate obține numai cu o apă de calitate, ai cărui indici să fie caracteristici pentru obținerea unui anumit tip de bere (Banu ș.a., 2000).

1) Compoziția apei naturale Duritatea apei este dată de cantitatea totală de ioni de Ca2+ și Mg2+ prezenți în apă. Ionii de Ca2+ și Mg2+ pot forma săruri cu ionul de HCO3-, constituind duritatea temporară, sau cu ioni ai acizilor tari precum SO42-, Cl-, NO3-, formând duritatea permanentă. Conform Banu ș.a. (2000) apa poate fi clasificată în funcţie de duritatea totală astfel: -

Domeniul 1 de duritate: ape cu până la 7°d - ape moi;

-

Domeniul 2 de duritate: ape cu 7 – 14°d - ape cu duritate medie;

-

Domeniul 3 de duritate: ape cu 14 – 21,3°d - ape dure;

-

Domeniul 4 de duritate: ape cu peste 21,3°d. În cazul utilizării în industria berii este necesar să se cunoască natura sărurilor sub forma

cărora sunt legați ionii de Ca2+ și Mg2+ ce dau duritate apei. Duritate temporară este datorată bicarbonaților și carbonaților de calciu și magneziu Duritate totală = Duritate temporară + Duritate permanentă Alcalinitatea apei. Diferitele tipuri de ioni și săruri prezente în apă au o importanță deosebită asupra pH-ului plămezii, mustului și berii, precum și asupra proceselor fizico – chimice și biochimice ce au loc în timpul procesului tehnologic de obținere a berii, așadar este necesar să se caracterizeze apa tehnologică și din punctul de vedere al alcalinităţii remanente (Banu ș.a., 2000). Alcalinitatea remanentă = Alcalinitatea totală – Alcalinitatea compensată Cu cât alcalinitatea remanentă a unei ape utilizată la fabricarea berii va fi mai mare, cu atât ea va contribui în mai mare măsură la stabilirea unei valori mai mari a pH-ului. Pentru obţinerea berilor de culoare deschisă, de tip Pilsen, este necesar ca alcalinitatea remanentă a apei utilizate să nu depăşească 5°d, corespunzătoare unui raport dintre duritatea temporară şi cea permanentă de circa 1:3,5. Pentru apele cu alcalinitate mai mare este necesară corectarea lor (Banu ș.a., 2000). Conținutul în gaze al apei. În apa naturală există dizolvate gaze precum azotul, oxigenul și dioxidul de carbon. Dioxidul de carbon este prezent în apă sub formă legată și sub formă liberă. CO2 liber menține în soluție bicarbonații alcalino – pământoși deci duritatea temporară Conținutul în substanțe organice. În apă sunt prezente cantități mici de substanțe organice (10 – 15 mg KmnO4/l) (Banu ș.a., 2000).

2) Calitatea apei utilizate în fabricarea berii Apa utilizată la malțificare În etapa de înmuiere, apa are rolul de a determina creșterea umidității bobului și a realiza în acelaşi timp spălarea orzului. S-a constatat ca apa cu o compoziție salină obișnuită nu influenţează germinarea. Este utilizată la începutul înmuierii o apă slab alcalină, cu aproximativ 0,1 % substanțe alcaline. Utilizarea la înmuiere a unor ape cu duritate mai mare, care sunt bogate în sulfați, favorizează la germinare dezvoltarea radicelelor și mărește pierderile pe această cale, în comparație cu o apă moale. Asfel, apa utilizată la înmuiere trebuie să fie lipsită de fier și mangan, fierul interacționând cu substanțe din coaja bobului, conducând astfel la formarea de malțuri cu o culoare cenușie, necorespunzătoare (Banu ș.a., 2000). Apa utilizată la brasaj În tabelul 3.10. este dată compoziția apelor utilizate la obținerea principalelor tipuri de bere produse în Europa, de exemplu: Pilsen, München, Viena, Dortmund, Burton-on-Trent: Tabelul 3.10. Compoziția apei utilizate la obținerea celor mai renumite beri (Sursa: Banu ș.a., 2000). Caracteristici

Pilsen mg/l

mval/l

Reziduu sec

München mg/l

mval/l

51

Dortmund mg/l

284

mval/l

Viena mg/l

1110

mval/l

Burton mg/l

947,9

mval/l 1226

Calciu

7,14

14,03

75,75

162,8

18,09

67,60 151,51

242,9

9,60

216,3

Magneziu

0,357

0,230

3,780

8,124

1,488

5,561

2,483

3,981

0,200

4,503

Bicarbonat

2,41

4,80

262,27

26,98

22,92

63,11 282,39

280,13

289,16

638,30

Sulfat

0,198

0,100

13,087

13,373

1,885

5,110

4,591

6,020

13,289

31,0

0,500

36,0

1,016

Nitrat Cloruri

urme 5,0

0,141

urme 2

4,628

urme 0,056

107

3,091

urme 39,0

1,100

3) Standarde pentru apă Apa utilizată la fabricarea berii, atât ca materie primă, cât și utilizată la alte operații, trebuie să aibă aceeași calitate cu a apei potabile. Calitatea apei potabile este reglementată în fiecare țară prin standarde pentru apă potabilă, concepute astfel să protejeze sănătatea consumatorilor. Consiliul Uniunii Europene a emis un Normativ privind „Calitatea apei pentru consum uman” și, de asemenea, Organizația Mondială a Sănătății a emis un standard privind calitatea apei potabile („Intrenational Standard for Drinking Water”), dar acestea nu inlocuiesc standardele naționale (Banu ș.a., 2000).

La nivel european, calitatea apei potabile este definită prin 62 de indici organoleptici, fizico-chimici, toxicologici şi microbiologici incluși în standardele pentru indici fizico-chimici și standarde pentru indici bacteriologici. Aceste standarde sunt mereu îmbunătățite pe măsura dezvoltării tehnicilor analitice și a toxicologiei, valorile maxime admise pentru anumiți indici fiind revăzute și adaptate noilor situații (tabelul 3.11). Tabelul 3.11. Indici fizico-chimici ai apei potabile după diferite standarde (Banu ș.a., 2000) Standardul Indicele

Culoare Turbiditate Reziduu total

Unitatea de măsură

German

Francez

S.U.A.

OMS

PT/CO mg/l SiO2 mg/l

-

20

15

50

Uniunea Europeană (valori maxime) 20

-

15

5

25

10

mg/l

-

-

-

1500

1500

-

30°Fr

-

100-500 mg CaCO3

60 mg Ca/l

Duritate totală Cloruri

mg/l

-

250

250

600

25

Clor liber

mg/l

0,1

0,1

-

-

0,1

Calciu

mg/l

-

-

-

200

100

Magneziu

mg/l

-

125

-

150

50

Sulfat

mg/l

240

250

250

400

250

Mangan

mg/l

-

0,1

0,05

0,5

0,05

Fier

µg/l

-

0,2

0,3

1,0

200

Nitrați, NO3-

mg/l

90

44

45

45

50

Nitriți, NO2-

mg/l

-

-

-

-

0,1

Fenoli

µg/l

-

absent

0,001

0,002

0,5

Pesticide

µg/l

-

-

-

-

0,1

Cupru

µg/l

-

1000

1000

1500

100

Zinc

µg/l

2000

5000

5000

5000-15000

100

Argint

µg/l

4

-

50

-

10

Arsen

µg/l

40

50

10-50

50

50

-

-

1000

-

100

Bariu Cadmiu

µg/l

0,6

-

10

10

5

Cianuri

µg/l

50

Nedetectabile

50

-

50

Plumb

µg/l

40

100

50

100

50

Crom

µg/l

50

Nedetectabile

50

-

50

Fluoruri

µg/l

1500

1000

-

1700

1500

3.3. Alegerea definitivă a tehnologiei utilizate în realizarea proiectului şi descrierea schemei tehnologice cu detalierea operaţiilor şi a factorilor care influenţează producţia Măcinarea malțului Măcinarea se realizează pentru a favoriza contactul cât mai bun al enzimelor cu compușii din malț, în timpul operației de plămădire. Procedeul utilizat este cel de măcinare uscată, optându-se pentru o moară cu șase valțuri. Moara cu șase valțuri este cea mai utilizată pentru măcinarea malțului, fiind constituită din 3 perechi de valțuri și anume valțuri de zdrobire preliminară, valțuri de coji și valțuri de grișuri. Acest tip de moară este prevăzut cu două sisteme de site vibratoare, cu mărimea ochiurilor diferită, amplasate între fiecare pereche de valțuri. Măcinișul este separat cu ajutorul acestor site în următoarele fracțiuni: coji și grișuri atașate, ce constituie componenta grosieră; grișuri fine și făină, ce formează componenta fină; grișuri ce formează componenta medie. În prezent sunt utilizate morile cu valțuri care își pot modifica poziția, formând o suprafață mare de cernere. Unul dintre modelele noi de mori cu șase valțuri este modelul Maltomat, produs de firma Bühler. În acest echipament, malțul este direcționat către primele două perechi de valțuri amplasate unele sub altele, ce asigură separarea cojilor de endosperm. Produsul obținut după mărunțire este ulterior cernut pe un sistem format din patru unități de sortare, după care doar grișurile mai sunt mărunțite la dimensiunea dorită (Aprodu, 2016). Procese ce au loc la măcinare: În cazul în care gradul de mărunțire obținut prin măcinare este mai ridicat, degradarea compușilor macromoleculari la brasaj va fi mai intensă. Numeroase variante tehnologice implică utilizarea borhotului rezultat în urma etapei de plămădire, pentru filtrarea plămezii. Borhotul de malț este format, în special, din învelișul boabelor care trebuie dezintegrate cât mai puțin în timpul măcinării (Aprodu, 2016). Atunci când este supus măcinării un malț umezit în prealabil, coaja va fi mai elastică, ceea ce permite astfel imbunătățirea filtrării. Astfel se alege o condiționare prealabilă a malțului supus măcinării prin umezire cu abur sau apă la 30 – 35°C, timp de 1 – 2 minute. Condiționarea determină creșterea umidității cojilor cu aproximativ 1,5%, în cazul utilizării aburului și cu 2 – 2,5%, în cazul utilizării apei.

Creșterea umidității în interiorul

bobului de malț va fi de maxim 0,5%, astfel încât să nu fie influențată negativ eficiența mărunțirii (Aprodu, 2016).

Plămadire – zaharificare (brasaj) Scopurile operației de brasaj sunt cele de a realiza o solubilizare cât mai avansată a compușilor solubili din malț, care reprezintă 10 – 15% din totalul componentelor malțului; de a eficientiza acțiunea enzimelor proprii, esențiale și a celor exogene asupra compușilor care în forma lor nativă, sunt insolubili; de a modifica pe cale enzimatică compușii solubilizați, cu scopul de a genera cantități suficiente de glucide fermentescibile (Aprodu, 2016). Pentru această operație se alege un procedeu de brasaj prin infuzie în care întrega cantitate de plămadă este procesată într-un singur cazan de plămădire – zaharificare, prin asigurarea pauzelor specifice pentru acționarea diferitelor enzime. În figura 3.9. este prezentată diagrama de brasaj prin infuzie:

80

Temperatura [°C]

70 60 50

40 30 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Durata [min]

Figura 3.9. Diagrama de brasaj prin infuzie

În prima etapă, în cazanul de plămădire – zaharificare se realizează plămădirea malțului măcinat cu apă la temperatura de 50°C. La aceasta temperatură acționează optim β-glucanazele, peptidazele, polifenoloxidazele și fosfatazele. Urmează apoi menținerea la această temperatură timp de 20 minute.

În etapa secundară, temperatura crește cu 1°C/minut până la 63°C,

urmând o perioadă de menținere la această temperatură, timp de 60 minute, pentru acțiunea βamilazei. Temperatura crește apoi cu 1°C/minut de la temperatura de 63°C la temperatura de 72°C, unde se menține 30 de minute pentru zaharificarea completă a amionului. Verificarea hidrolizei amidonului se face prin reacția specifică cu iod. În ultima etapă, temperatura crește de la 72°C la 77°C, apoi plămada este menținută la această temperatură timp de 15 minute (Aprodu, 2016; Banu ș.a., 2001). Cazanul de plămădire – zaharificare este prevăzut cu un agitator cu palete la fundul cazanului. La partea inferioară se găsesc panouri perforate amplasate la o înălțime de 5 cm față

de fundul izolat al cazanului. Suprafața totală a perforațiilor reprezintă aproximativ 11% din totalul suprafeței panourilor, care sunt constituite din oțel inoxidabil. Alimentarea cazanului cu plămadă se face printr-un preplămăditor de tip Steel, ce asigură amestecarea eficientă a măcinișului cu apă la 50°C, amestecul obținut fiind apoi condus prin intermediul unui șnec în interiorul cazanului (Aprodu, 2016). La finalul zaharificării, mustul este evacuat din cazan printr-o conductă de evacuare pe la partea inferioară a cazanului. După separarea primului must, borhotul este epuizat prin introducere de apă și distribuirea uniformă a acesteia la suprafața borhotului prin intermediul unei conducte perforate. La final, borhotul este evacuat printr-o gură de golire, fiind împins de pe suprafața panourilor cu ajutorul unor lame (Aprodu, 2016). Filtrarea plămezii Filtrarea este operația ce asigură separarea mustului obținut din malț de borhot. O filtrare eficientă asigură recuperarea cât mai avansată a extractului, borhotul având rol de material filtrant. Pentru recuperarea cât mai avansată a extractului filtrarea se face în două etape, prima etapă fiind cea de filtrare a primului must, iar cea de-a doua fiind spălarea și epuizarea borhotului (Aprodu, 2016). La finalul filtrării, în borhot rămâne o cantitate mare de extract, iar pentru recuperarea acestuia se folosește un volum de apă de spălare ce depinde de conținutul în extract al primului must. Astfel, pentru a obține concentrația de extract dorită, primul must ar trebui să conțină cu 4 – 6 % mai mult extract decât berea ce se dorește a fi produsă (Aprodu, 2016). Operația de filtrare a plămezii se realizează cu ajutorul unui cazan classic de filtrare, prevăzut cu un fund perforat, având o suprafață liberă de filtrare de 10 – 11% din suprafața totală. Pe fundul cazanului se colectează un strat de borhot cu înalțimea de 30 – 40 cm ce corespunde unei încărcări specific de 150 – 200 kg/m3 din suprafața liberă. Suprafața de filtrare este împărțită în mai multe zone ce permit colectarea separată a mustului (Aprodu, 2016). Filtarea are loc prin introducerea de apă fierbinte în cazan, până deasupra fundului perforat, după care este pompată plămada zaharificată și sunt acționate dispozitivele de amestecare. Amestecul se lasă în repaus 10 – 30 de minute pentru separarea mustului de borhot, apoi se filtrează primul must într-un timp de 60 – 90 de minute. Spălarea borhotului se face cu apă fierbinte adăugată în 3 – 4 porțiuni. La finalul operației, borhotul este evacuat din cazan prin intermediul gurei speciale de evacuare (Aprodu, 2016).

Fierberea mustului cu hamei Mustul de malț obținut în urma filtrării este transferat în cazanul de fierbere unde este suplimentat cu hamei. Fierberea la joasă presiune se poate realiza la 102-106°C (max. 110°C), cifra de evaporare va fi ~6%. La exterior cazanul este prevazut un schimbător de căldură și o pompă de recirculare. În cazan fierberea se face la presiune atmosferică, iar în schimbătorul de căldură exterior are loc încălzirea mustului la maxim 110°C. Recircularea mustului în acest cazan se face de 7 – 12 ori/oră, iar viteza mustului în schimbătorul de căldură este de aproximativ 2,5 m/s. La trecerea mustului din schimbătorul de căldură în cazan, printr-o conductă de 20 mm și datorită unui distribuitor special montat în cazan, are loc un efect de injectare, cu agitare intensă a mustului și o evaporare ridicată datorită diferenței de presiune dintre schimbătorul de căldură și cazan (Banu ș.a., 2001). Avantajele fierberii la joasă presiune sunt următoarele: durata de fierbere se reduce cu 20 – 30%; se asigură o îmbunătățire a principiilor amare din hamei; proteinele coagulabile sunt complet precipitate; circulația mustului este bine controlată; se poate utiliza abur de joasă presiune; rata evaporării și temperatura pot fi ușor modificate; prin scăderea presiunii în cazan, se îndepărtează mai bine substanțele cu miros nedorit (Banu ș.a., 2001). Momentul adăugării hameiului – Hameiul va fi adăugat la începutul fierberii în proporție de 50%, din care 25% pentru amăreală și 25% pentru aromă, la mijlocul fierberii în proporție de 30%, iar restul de 20% se adaugă cu 10 minute înainte de finalul. Limpezirea la cald a mustului fiert cu hamei Mustul fiert cu hamei conţine în suspensie borhotul de hamei şi precipitate formate în timpul fierberii mustului, care poartă denumirea de ”trub la cald”, având particule de 30-80 μm, fiind în cantitate de 40-80 g s.u./hl must. Operația de limpezire are loc într-un vas numit Rotapool (Figura 3.10), care este de formă cilindrică, închis, în care mustul fierbinte este introdus printr-un racord (1), situat în partea inferioară a vasului. Corpul şi fundul vasului sunt izolate, pentru a menţine temperatura ridicată a mustului (6) în procesul de separare a trubului, prin intermediul unei izolaţii (2). După 20-40 minute, cât durează procesul de separare, mustul este evacuat prin racordul (3), iar trubul (5) depus pe fundul vasului, este evacuat prin racordul (4), în amestec cu apa de spălare introdusă în vas prin racordul (9.) Vasul mai este prevăzut cu un coş (8) pentru evacuarea aburului secundar şi cu un vizor (7) (Biriş ș.a., 2015).

Figura. 3.10. Tanc pentru separarea trubului de bere la cald (Rotapool) 1 – racord pentru must fierbinte, 2 – izolație, 3 – racord evacuare must, 4 – racord pentru evacuarea trubului, 5 – trub, 6 – must, 7 – vizor, 8 – coș pentru evacuarea aburului secundar, 9 – racord pentru apă de spălare; (Sursa: Biriş ș.a.., 2015)

3.4. Calculul bilanţului de materiale Se știe: 800.000 300

= 2660 hl/zi = 266 m3/zi

ρ = 1048,3 kg/m3 M = cantitatea de malț = ρ · 266 = 287.847,8 kg/zi Se efectuează calculul pentru 1000 kg/malț, cu umiditatea = 4,3 % și R = 70 % 1. Depozitare malț

M = Md + Pd Pd = 0,5 % · M

Pd = 5 kg Md = 995 kg 2. Precutățare malț după depozitare

Md = Mp +Pp Pp = 0,5 % · Md Pp = 4,97 kg Mp = 990,03 kg 3. Măcinare uscată

Mp = Mm + Pm Pm = 0,5 % · Mp Pm = 4,95 kg Mm = 985,08 kg

4. Plămădire zaharificare

Bilanț total: Mm + Wp = Pz Bilanț parțial în substanța uscată: Mm · Bilanț parțial în extract: Mm ·

Rm 100

=

100−um

Epm 100

100

= Pz ·

SUPz 100

· Pz

unde: Wp = cantitatea de apă folosită la plămădire – zaharificare, [kg] Pz = cantitatea de plămadă zaharificată, [kg] um = umiditatea malțului, [%] SUpz = substanța uscată în extract a malțului, [%] Rm = randamentul în extract al malțului, [%] Epm = extractul plămezii zaharificate Se cunosc: um = 4,3 % Rm = 70 % Epm = 15 % 985,08 + Wp = Pz 985,08 · 985,08 · Rezultă că:

100−4,3 100 70 100

=

(1) SUpz

= Pz ·

15 100

100

· Pz

(3)

Pz = 4597 Kg

Din ecuația (1) rezultă: 985,08 + Wp = Pz Wp = 3.611,92 kg Din ecuația (2) rezultă: 985,08 · 0,957 = 4.597 ·

(2)

SUpz

Supz = 0,2 · 100 = 20 %

100

5. Filtrarea plămezii

Pz + Wf = Mn + Bm Pz ·

SUpz 100

= Mn ·

Pz · Epm = Mn ·

EMn 100 EMn 100

(1)

+ Bm · + Bm

100− UBm 100

EBm 100

(2) (3)

unde: Wf = apa folosită la filtrare, [kg] Bm = borhot de malț, [kg] Mn = cantitatea de must nefiert, [kg] EMn = extractul mustului nefiert, [%] UBm = umiditatea borhotului de malț, [%] EBm = extractul borhotului de malț, [%] Se cunosc: UBm = 78,5 % EBm = 0,6 % Epm = 15 %. Pentru a afla EMn se face bilanțul de materiale pentru Mn = 100 kg Mn = MF + W’’ MF = cantitatea de must fiert, [kg] W’’ = pierderi la evaporare, [%] W’’ = 4 – 6 % Se impun: W’’ = 5 %, EMF = 11,5 % 100 = MF + 5 MF = 95 kg Mn ·

EMn 100

= MF ·

EMn = 10,92 %

EMF 100

Rezultă: Pz ·

SUpz 100

EPm

Pz ·

100

EMn

= Mn ·

= Mn ·

100

EMn 100

+ Bm ·

+ Bm ·

100− UBm 100

EBm 100

= 0,1092 ·Mn + Bm ·0,21

= 0,1092 · Mn + Bm · 0,006

Din ecuațiile (1) și (2) rezultă că: Bm = 1.126,96 kg Mn = 6.252,19 kg Asfel, se calculează: Pz + Wf = Mn + Bm Wf = 2.782,15 kg 6. Fierberea cu hamei

Mn + H = MF + BH + W’’ Mn · Mn ·

EMn 100

+H·

EMn 100

+H·

100−UH 100 EH 100

(1)

= MF ·

= MF ·

EMF 100

EMF 100

+ BH ·

+ BH ·

100−UBH 100

EBH 100

Se cunosc: UBH = 75 – 80 %; UBH = 78 % UH = 10 – 11 %; UH = 10% EH = 30 % EBH = 1 % P = 10 – 12 %; P = 11% unde: H = cantitatea de hamei adăugată la fierbere, [kg] BH = cantitatea de borhot din hamei, [kg] UH = conținutul de umiditate al hameiului, [%] EH = conținutul în extract al hameiului, [%]

(2) (3)

(1) (2)

UBH = conținutul în umiditate al borhotului de hamei, [%] EBH = conținutul în extract al borhotului de hamei, [%] P = conținutul în extract primitiv, [%] Se impun: UBH = 78 %; P = 11 % W’’ =

5 100

· Mn

W’’ = 312,609 kg H = 0,250 – 0,350 kg/hl bere; Impunem: H = 0,25 kg/hl bere Bere finită: B = 100 kg ρB = 1,0483 kg/l MF = B + MF = H=

P 100

· MF

B 0,89

MF 100 · ρB ; 0,89

H=

MF · 0,25 ·0,89 100 · ρB

H = MF ·0,002122484 Din relația (1) reiese: 6.252,19 + 0,002122484 · MF = MF + BH + 312,609 Din relația (2) reiese: 6.252,19 · 0,1092 + 0,002122484 · MF · 0,9 = MF ·

𝐸𝑀𝐹 100

+ BH · 0,22

Din relația (3) reiese: 6252,19 ·0,1092 + 0,002122484 · MF · 0,3 = MF · Din diferența dintre relația (2) și relația (3) reiese: 0,001274 · MF = BH · 0,21 MF = 164,8351 · BH BH = 0,006066 · MF Înlocuind valorile în relația (1), reiese: MF = 5.916,253 kg BH = 35,8879 kg H = 12,5571 kg

𝐸𝑀𝐹 100

+ BH · 0,01

7. Limpezire la cald

Se dau: MF = MB +

Pm 100

· MF

59.416,253 = MB + 29,5812 MB = 5.886,6718 kg Bere finită : B = MF · 0,89 B = 5.265,4651 kg = 52,6546 hl Capacitatea secției de fierbere 800.000 hl bere/an 300 zile/ an

rezultă un volum de 2660 hl/zi;

Se vor realiza 8 șarje/zi, rezultând: 332,5 hl/șarjă utilizând 6.314,737 kg malț/șarjă și 15.193.354,427 kg malț/an. Calculul consumului specific a) Consum specific de malț M

CSM = , kg/hl B

CSM =

1000 52,6546

, kg/hl

CSM = 18,991 kg/hl unde: M = cantitatea de malț, [kg] B = volumul de bere finită, [hl] b) Consumul specific de hamei CSH =

H B

CSH = 0,2384 kg/hl unde: H = cantitatea de hamei, [kg] B = volumul de bere finită, [hl]

Verificarea tabelară a bilanţului de materiale Tabel 3.12. Verificarea tabelară a bilanțului de materiale pentru 1000 kg malț Nr. Crt.

MATERIALE INTRATE Kg ⁄ 1000 kg malţ

1.

Denumire Depozitare -malţ

2.

TOTAL Precurăţire -malţ depozitat

Simbol M

1000 2. Md

6.

7.

995

995

Mp

Plămădirezaharificare -malţ măcinat -apa de plămadă

990,03 990,03 4.

Mm wp

985,08 3611,92

TOTAL Filtrarea plămezii -plămadă Pz zaharificată -apă de filtrare wf TOTAL Fierbere cu hamei

4597

-Must nefiert

Mn

6252,19

- Hamei

H

12,55

TOTAL Limpezire la cald -Must fiert TOTAL

5. 4597 2782,15 7379,15 6.

6264,74 7. Mf

5916,25 5916,25

MATERIALE IEŞITE Kg ⁄ 1000 kg malţ Denumire Depozitare -malţ depozitat - pierderi TOTAL Precurăţire -malţ precurăţit -pierderi

Simbol

Valoare

Md

995

P

5 1000

Mp

990,03

P

4,97

TOTAL 3.

TOTAL

5.

1000

Măcinare uscată -malţ precurăţit

4.

Valoare 1.

TOTAL 3.

Nr. Crt.

Măcinare uscată -malţ măcinat - Pierderi TOTAL Plămădirezaharificare -plămadă zaharificată TOTAL Filtrarea plămezii -must nefiert -borhot de malţ TOTAL Fierbere cu hamei - Must fiert - Apă evaporată - Borhot de hamei TOTAL Limpezire la cald -Must de bere -Pierderi TOTAL

995

Mm P

985,08 4,95 990,03

Pz

4597 4597

Mn Bm

6252,19 1126,96 7379,15

Mf

5916,253

W”

312,609

BH

35,887 6264,74

MB P

5886,67 29,58 5916,25

Se efectuează calculul pentru 6.314,737 kg/malț, cu umiditatea = 4,3 % și R = 70 %, pentru 8 șarje/zi, datele fiind prezentate în tabelul 3.13. Tabel 3.13. Verificarea tabelară a bilanțului de materiale pentru 1000 kg malț Nr. Crt.

MATERIALE INTRATE Kg ⁄şarjă

1.

Denumire Depozitare -malţ

2.

3.

4.

5.

6.

Simbol

Valoare

M

6314,737

1.

TOTAL Precurăţire -malţ depozitat

TOTAL Măcinare uscată -malţ precurăţit TOTAL Plămădirezaharificare -malţ măcinat -apa de plămadă TOTAL Filtrarea plămezii -plămadă zaharificată -apă de filtrare TOTAL Fierbere cu hamei -Must nefiert - Hamei

6314,737 2. Md

Limpezire cald -Must fiert TOTAL

6283,163

6283,163 3. Mp

6251,779 6251,779 4.

Mm

6220,521

wp

22808,324 29028,845 5.

Pz

29028,845 17568,545

wf 46597,39 6.

Mn H

TOTAL 7.

Nr. Crt.

39480,935 79,295

39560,23 la

7. Mf

37359,581 37359,581

MATERIALE IEŞITE Kg ⁄şarjă Denumire Depozitare -malţ depozitat - pierderi TOTAL Precurăţire -malţ precurăţit -pierderi TOTAL Măcinare uscată -malţ măcinat - Pierderi TOTAL Plămădirezaharificare -plămadă zaharificată TOTAL Filtrarea plămezii -must nefiert -borhot de malţ TOTAL Fierbere cu hamei - Must fiert - Apă evaporată - Borhot de hamei TOTAL

Simbol

Valoare

Md

6283,1633

P

31,5736 6314,737

Mp

6251,779

P

31,384 6283,163

Mm P

6220,521 31,258 6251,779

Pz

29028,845

29028,845

Mn Bm

39480,935 7116,456 46597,39

Mf W”

37359,581 1974,043

BH

226,622

Limpezire la cald -Must de bere MB -Pierderi P TOTAL

39560,23

37172,784 186,797 37359,581

3.5. Bilanțul termic a) Bilanțul termic pentru plămădire – zaharificare În figura 3.11. este prezentată diagrama de plămădire prin infuzie.

Figura 3.11. Diagrama de plămădire prin infuzie

1. Determinarea temperaturii apei folosite la plămădire Se impun: tMm = 25°C tpz = 50°C Mm · CMm · tMm + Wp · CWp · twp = Pz · CPz · tPz + Qp unde: Mm = cantitatea de malț măcinat, [kg] CMm = capacitatea termică masică a malțului măcinat, [J/(kg·k)] CPz = capacitatea termică masică a plămezii, [J/(kg·k)] Pz = cantitatea de plămadă zaharificată, [kg] Wp = cantitatea de apă necesară la plămădire, [kg] CWp = capacitatea termică masică a apei, [J/(kg·k)] Se cunosc: Mm = 6.220,521 [kg]; Wp = 22.808,324 [kg]; Pz = 29.028,845 [kg]; SUPz = 20%;

SUMn = 95,7%; CWp = 4.190 [J/(kg·k)] tWp =

Pz ·Cpz ·tpz−Mm · CMm ·tMm Wp ·Cwp

tWp = 52,786°C 2. Determinarea necesarului de abur pentru menținerea plămezii la 50°C/20 de minute Se știe: Qcedat = Qprimit Ab1 · lab = Pz · CPz · Dtp unde: Ab1 = cantitatea de abur necesară menținerii plămezii la 50°C lab = căldura latentă masică de condensare a aburului Dtp = diferența de temperatură Se consideră: Dtp = 1°C; lab = 2171 kg/kg = 2171 · 103 J/kg; tab = 132,9 °C Se calculează: Ab1 =

Pz ·Cpz·Dtp lab

Ab1 = 48,74 kg/șarjă Se știe că: Ab1’ =

Ab1 ·60 τ

τ = 20 minute Se calculează: Ab1’ = 146,22 kg/h 3. Determinarea necesarului de abur pentru încălzirea plămezii de la 50°C la 63°C Se știe: Ab2 · lab = Pz · CPz ·(63-50) · Qp 6

6

Qp = 10 · Qcedat = 10 ·Ab2 · lab unde: Ab2 = cantitatea de abur necesară încălzirii de la 50°C la 63°C, [kg/șarjă]

τ = 13 minute (se consideră că plămada se încălzește cu 1°C /minut) Se calculează: Ab2 =

Pz ·Cpz·13 lab ·0,94

Ab2 = 674,09 kg/șarjă Se știe că: Ab2 · 60

Ab2’ =

13

Se calculează: Ab2’ = 3.111,18 kg/h 4. Determinarea necesarului de abur pentru menținerea plămezii la 63°C/60 de minute Se știe: Qcedat = Qprimit Ab3 =

Pz ·Cpz·Dtp lab

unde: Ab3 = cantitatea de abur necesară pentru menținerea plămezii la 63°C/60’, [kg/șarjă] τ = 60 minute Se calculează: Ab3 = 48,74 kg/șarjă Se știe că: Ab3’ =

Ab3 · 60 60

Se calculează: Ab3’ = 48,74 kg/h 5. Determinarea necesarului de abur pentru încălzirea plămezii de la 63°C la 72°C Se știe: Ab4 · lab = Pz · CPz ·(72-63) · Qp 6

6

Qp = 10 · Qcedat = 10 ·Ab4 · lab unde: Ab4 = cantitatea de abur necesară încălzirii plămezii de la 63°C la 72°C, [kg/șarjă] τ = 9 minute (se consideră că plămada se încălzește cu 1°C/ minut) Se calculează:

Ab4 =

Pz ·Cpz·9 lab ·0,94

Ab4 = 466,67 kg/șarjă Se știe că: Ab4’ =

Ab4 · 60 9

Se calculează: Ab4’ = 3.111,13 kg/h 6. Determinarea necesarului de abur pentru menținerea plămezii la 72°C/30 de minute Se știe: Qcedat = Qprimit Ab5 =

Pz ·Cpz·Dtp lab

unde: Ab5 = cantitatea de abur necesară pentru menținerea plămezii la 72°C/30minute, [kg/șarjă] τ = 30 minute Se calculează: Ab5 = 48,74 kg/șarjă Se știe că: Ab5’ =

Ab5 · 60 30

Se calculează: Ab5’ = 97,48 kg/h 7. Determinarea necesarului de abur pentru încălzirea plămezii de la 72°C la 77°C Se știe: Ab6 · lab = Pz · CPz ·(77-72) · Qp 6

6

Qp = 10 · Qcedat = 10 ·Ab6 · lab unde: Ab6 = cantitatea de abur necesară încălzirii plămezii de la 72°C la 77°C, [kg/șarjă] τ = 5 minute (se consideră că plămada se încălzește cu 1°C/ minut) Se calculează:

Ab6 =

Pz ·Cpz·5 lab ·0,94

Ab6 = 259,26 kg/șarjă Se știe că: Ab6 · 60

Ab6’ =

5

Se calculează: Ab6’ = 3.111,2 kg/h 8. Determinarea necesarului de abur pentru menținerea plămezii la 77°C/15 minute Se știe: Qcedat = Qprimit Ab7 =

Pz ·Cpz·Dtp lab

unde: Ab7 = cantitatea de abur necesară pentru menținerea plămezii la 77°C/15 minute, [kg/șarjă] τ = 15 minute Se calculează: Ab7 = 48,74 kg/șarjă Se știe că: Ab7’ =

Ab7 · 60 15

Se calculează: Ab7’ = 194,96 kg/h Calculul ariei suprafeței de schimb de căldură pentru cazanul de plămădire zaharificare În cazanul de plămădire au loc, conform diagramei din figura 3.11, trei etape de încălzire: -

de la 50°C la 63°C

-

de la 63°C la 72°C

-

de la 72°C la 77°C Se va calcula aria suprafeței de schimb de căldură pentru aceste etape și se va alege

valoarea cea mai mare.

Se știe: Фtransferat = k · A· Dtmed · l

(1)

Фtransferat = Ab · lab

(2)

unde: A = aria suprefeței de transfer de căldură k = coeficient de transfer termic total lab = căldura latentă masică de condensare a aburului lab = f (tab) = 2171 · 103 [J/(kg·k)] Se consideră: k = 1000 [W/(m2·k)] l = 0,7 tab = f ( p = 3 ata) = 132,9°C Din diferența dintre relațiile (1) și (2) rezultă: (1) – (2) = Ab ·lab = k · A· Dtmed · l Ab· lab

A = k · Dt

med

·l

1. Calculul ariei suprafeței de schimb de căldură pentru etapa de încălzire de la 50° C la 63°C Se știe: A1 =

Ab2′· lab k · Dtmed ·l

DtM = 132,9 – 50 = 82,9°C Dtm = 132,9 – 63 = 69,9°C

DtM Dtm

= 1,18 ≤ 2

Dtmed =

82,9 + 69,9 2

Dtmed = 76,4°C Se cunoaște: Ab2’ =3111,18 kg/h Ab2’ = 0,864 kg/s Rezultă că: A1 = 35,07 m2 2. Calculul ariei suprafeței de schimb de căldură pentru etapa de încălzire de la 63°C la 72°C Se știe: A2 =

Ab4′· lab k · Dtmed ·l

DtM = 132,9 – 63 = 69,9°C Dtm = 132,9 – 72 = 60,9°C

DtM Dtm

= 1,14 ≤ 2

Dtmed =

69,9 + 60,9 2

Dtmed = 65,4°C Se cunoaște: Ab4’ =3111,13 kg/h Ab4’ = 0,864 kg/s

Rezultă: A2 = 40,97 m2 3. Calculul ariei suprafeței de schimb de căldură pentru etapa de încălzire de la 72°C la 77°C Se știe: A3 =

Ab6′· lab k · Dtmed ·l

DtM = 132,9 – 72 = 60,9°C Dtm = 132,9 – 77 = 55,9°C

DtM Dtm

= 1,08 ≤ 2

Dtmed =

60,9 + 55,9 2

Dtmed = 58,4°C Se cunoaște: Ab6’ =3111,12 kg/h Ab6’ = 0,864 kg/s Rezultă: A3 = 45,88 m2

b) Bilanțul termic pentru fierberea cu hamei În figura 3.12. este prezentată diagrama de fierbere sub presiune:

Figura 3.12. Diagrama de fierbere sub presiune

1. Încălzirea mustului de la 73°C la 108°C Se știe: Qcedat = Qprimit Abîncălzire · lab = Mn · CMn · (108-73) · Qp Qp = 5% · Abîncălzire · lab CMn = Cw’’ · (1 -

SUMn 100

)

Cw’’ = 4230 [J/(Kg·K)] lab = f ( p = 3 ata ) = 2171 · 103 [J/(Kg·K)] unde: Abîncălzire = cantitatea de abur necesară pentru încălzirea mustului de berede la 73°C la 108°C Mn = cantitatea de must nefiert, kg/șarjă CMn = capacitatea termică masică a mustului nefiert, [J/(Kg·K)] SUMn = EMn = 10,92 % CMn = 4229,109 [J/(Kg·K)] Se calculează: Abîncălzire = 2833,485 kg/șarjă

Abîncălzire’ =

Abîncălzire · 60 50

Abîncălzire’ = 3400,182 kg/h

2. Determinarea debitului de abur pentru fierberea mustului cu hamei Se știe: Abf = lab · W” · lev lev = f (t=108°C) = 2239,6 · 103 J/kg lab = 2171 · 10 3 [J/(Kg·K)] W” = 1974,043 kg/șarjă unde: lev = caldura latentă de evaporare, J/kg Se calculează: Abf · 2171 ·103 = 1974,043 · 2239,6 · 103 Abf = 2036,41 kg/șarjă Abf’ =

Abf ·60 90

’

Abf = 1357,606 kg/h Calculul ariei suprafeței de schimb de căldură pentru cazanul de fierbere, pentru perioada de încălzire a mustului de la 73°C la 108°C Se știe: Фtransferat = Abîncălzire’ · lab Фtransferat = k · A · Dtmed · l l = 0,8 k = 2200 [W/(m2· k)] DtM = 132,9 – 73 = 59,9°C Dtm = 132,9 – 108 = 24,9°C DtM Dtm

= 2,4 ˃ 2

Dtmed =

DtM− Dtm ln

𝐷𝑡𝑀 𝐷𝑡𝑚

Dtmed = 40,23°C

Se cunoaște: Abîncălzire’ = 3400,182 kg/h Abîncălzire’ = 0,944 kg/s Af1 =

Abîncălzire’ · lab k · Dtmed ·l

Rezultă: Af1 = 28,94 m2 Calculul ariei suprafeței de schimb de căldură pentru etapa de fierbere a mustului cu hamei Se știe: Фtransferat = Abf’ · lab Фtransferat = k · Af2 · Dtmed ·l l = 0,8 k = 2200, [W/(m2 ·k)] Dtmed = 132,9 - 108 = 24,9°C

Se cunoaște: Abf’ = 1357,606 kg/h Abf’ = 0,377 kg/s 𝐴𝑏𝑓 ’ · 𝑙𝑎𝑏

Af2 = 𝑘 ∙𝐷𝑡 𝑚𝑒𝑑 ∙𝑙 Rezultă: Af2 = 18,67 m2