Hobby Mikropivovar 20 - rady a výpočty

Úvod

Když jsem na podzim roku /2007/ došel k poznání, že se blíží doba, kdy již levné pivo bude naprosto nepitné a piva z malých klasických pivovarů budou

vzhledem k ceně pro mě jen na koukání a ne k pití k mým oblíbeným jídlům, rozhodl jsem se, vařit si pivo sám. Přihlásil jsem se do kurzu vaření piva a začátkem roku /2008/ jsem si uvařil několik vzorků domácího piva.



Jídlo mi nejvíce chutná, když si jej uvařím sám. Běžný chleba a pečivo je u nás také k nejídlu, tak si jej také peču, atd. Prostě uzenina, která neviděla maso, sýr který neviděl mléko, mi nějak nechutná.



Od začátku jsem se ale dopustil několika omylů.

První omyl. Moje žena a velké dcery pivo nepijí, tak nedopadnu jako s ostatními technologiemi, kdy bych mohl vařit a péct celý den a je toho pořád málo. Pak mi nezbývá čas na mé hlavní hobby / mikroelektronika /, což je též mé povolání. Uvařím si jen pro sebe a mé přátele. Omyl, domácí pivo ženy nejen pijí, ale v hovoru bych to nazval i jinak.



Druhý omyl. Představa, že si koupím něco na způsob kuchařky pro laiky a začnu vařit také nějak nevyšla. Ne, že by bylo málo návodů na vaření piva, na www jsou jich stovky, vždy jen rozpis sypání, teploty. Pro odborníka asi dostačující.



Třetí omyl. Koupím jednoduché a levné vybavení a začnu vařit. Nic jsem nenašel. Zahraniční varná zařízení za 50 či 150 tis. Kč. NE, děkuji. Má představa maximální investice 10 tis. Kč s možností případného využití i pro jinou činnost /vaření/, prostě nic.



Čtvrtý omyl. Když vařím či peču ,volím množství tak, abychom se všichni najedli. Při zjištění omezení množství uvařeného domácího piva mám teď strach, jestli počet uvařených knedlíků nepřesahuje povolené zákonné množství, neznalost zákona přece neomlouvá. Nebo se jen bojí pivovary, že jejich europiva nebude za chvíli nikdo pít. Jak k tomu, ale přijdou jídelny, výrobny uzenin atd., když snad ještě obdobný zákon nemají, nebo již mají ?



V následujícím prvním příspěvku jsem popsal určité první výchozí poznatky při návrhu mé minivarny. V následujících bych uvedl, pokud bude zájem, jednotlivé varní postupy /všechny jsem tak uvařil a následně pivo s chutí s přáteli vypil/, nové poznatky atd. Předem se omlouvám odborníkům za omyly, jsem naprostý v tomto oboru laik a vím jak je těžké či trapné někomu například vysvětlovat takové triviality, jako rozdíl mezi procesorem Atmel řady 51 od řady AVR.

Za všechny opravy či připomínky budu vděčný. Snad tento a následující články pomohou začínajícím vařičům. Závěrem mohu jenom dodat, že levné pivo se doma vařit dá a většině přátel i chutná.



Varný list Kodlíčské světlé

Pivo je kvašený, slabě alkoholický nápoj vyráběný v pivovaru z obilného sladu, vody a chmele pomocí pivovarských kvasinek.



Výpočet sypání V * 0,96 * p * 

S kg sladu = -------------------------

Ex sladu - r LV





S kg sladu potřebná hmotnost sladu v kg pro přípravu V v l horké mladiny

V objem horké mladiny

0,96 konstanta pro studenou mladinu

p požadovaná stupňovitost mladiny / např. 8,10, 12 /

 hustota mladiny pro přepočet objemu v l na hmotnost v kg / 1,04 /

Ex sladu extrahovatelnost sladu / norma 75 % /

r LV rozdíl laboratoř a skutečnost / ve velkých pivovarech 1 u nás 10-15% /



20 * 0,96 * 11 * 1,04 220

S = --------------------------------- = -------------------- = 3.54 /kg/

75 - 13 62



Pro Kodlíčské světlé 3,0 kg slad plzeňského typu

0,5 kg slad bavorského / mnichovského/ typu



Celková potřeba vody na vystírku a vyslazování



příklad 4 l ........................... 1 kg přímá úměra x = 4 * 4 = 16 l vody

x l ........................... 4 pak 14 l na vyslazování a odpar __________________________

velmi cca 16 + 0.7 * 3,5 /sladu / = 18,5 l vystírky /pro tepelný výpočet/



Tedy dám 3 kg sladu plzeňského + 0,5 kg sladu bavorského a 16 l vody a provedu vystírku při 37 °C



Přepočet kg na litry pro slad 5,6 kg na 10 l

Plzeňský slad 3,0 kg = 5,4 l Bavorský slad 0,5 kg = 0,9 l



Dávka chmele se volí podle obsahu  hořké kyseliny v chmelu

české pivo má mít 20-30 mg  - hořké kyseliny na 1 l piva

žatecký chmel typu KH6 má 6 % hořkých kyselin

výtěžnost cca 28 %





20 l horké mladiny

studená mladina = 20 * 0,96 = 19,2 l

požadovaný objem  izosloučenin v pivě = 19,2 * 30 mg/l = 0,576 g

při chmelu s výtěžkem 28 % pak chmel = 0,576 / 0,28 = 2 g

potřeba chmelového granulátu je pak /pro KH6 = 0,06/

granulát v g = 2 / 0,06 = 34,28 g cca 35 g



Výroba piva dekokční na dva rmuty



výpočty pro 20 l mladiny

postup: 1. provede se vystírka sladu do 37 °C vody, pak časová prodleva 10 min

2. ohřeje se na teplotu 52 °C, ( nárůst teploty 1°C/min)

3. oddělí se první rmut , množství v l dle vzorce



V vystírky * (T po vrácení rmutu - T zbytek vystírky )

Vr1 /v l/ = ------------------------------------------------------------------

T teplota rmutu – T zbytek vystírky



18,5 * ( 62 – 52 )

---------------------- = 3,9 l pro první rmut

100 - 52

4. rmut se ohřívá na teplotu 62 – 65 °C v čase 1°C za minutu

čas v min = 62 – 52 = 10 minut

5. prodleva cca 10 minut

6. další zahřívání rmutu na teplotu 73 °C /prodleva min 10 min. viz jod zk./

7. časová prodleva pro jodovou zkoušku / neutrální reakce jodu žlutá barva,

jestli-že zmodrá pak nedošlo ještě plně k zcukření,

roztok jodu 0,25 g a 0,5 g jodidu draselného v 100 ml destilované vody.

Jódovou zkoušku je třeba dělat na studené podložce,například dlaždičce,

aby se kapka rmutu dostatečně zchladila a zkouška proběhla správně.

8. přivede se do varu 100 °C na dobu cca 10 min

9. přepustí se opatrně do zbylé vystírky / 52°C /, stále míchat

10. provede se druhý rmut, množství dle vzorce, po vrácení musí být 73 °C



V vystírky * (T po vrácení rmutu - T zbytek vystírky )

Vr2 /v l/ = ------------------------------------------------------------------

T teplota rmutu – T zbytek vystírky



18,5 * ( 73 – 62 )

---------------------- = 5,4 l pro druhý rmut

100 - 62

11. udržuje se teplota rmutu na teplotu 73 °C / min 10 min. viz jod zkouška./

12. časová prodleva pro jodovou zkoušku / neutrální reakce jodu žlutá barva,

jestli-že zmodrá pak nedošlo ještě plně k zcukření /.

13. přivede se do varu 100 °C na dobu cca 10 min

14. rmut se opět přepustí do vystírky, má být dosažena teplota 73 °C.











Scezování a vyslazování



Odrmutované dílo se nechá cca 20 minut odpočinout / usazování mláta /. Pak se sladina

přepustí přes děrované dno scezovací kádě / šířka otvorů 0,6 až 0,8 mm, 6 % celkové plochy dna /. Na dně kádě se vytvoří / na sítu / vrstva mláta přes které protéká sladina. Pak se ještě prolije vodou 78°C /zbytkem do požadovaného množství sladiny/ např. pro 20 l mladiny je to cca 14 l/.



Chmelovar



1. do varné nádoby dáme veškerou sladinu
2. vložíme první dávku chmele a zahřejeme na 100 °C
3. po 30 minutách varu vložíme druhou dávku a vaříme cca 90 minut

4. poslední dávka chmele /granulátu/ se vkládá cca 15 minut před koncem vaření.

Chlazení mladiny



Nejdříve se odstraní kaly a zbytky granulovaného chmele / sítko, vířivá káď /.

U nás vhodným přepouštěním a případně filtrem.

Horká mladina se rychle ochladí / např. průtokovým chladičem / na teplotu 6-8 °C u spodního kvašení, 18 °C u vrchního kvašení.



Provzdušnění mladiny



Zchlazenou mladinu je třeba provzdušnit, aby O2 byl 8 mg na 1 litr mladiny.

/ u nás řádně promícháme, či přeléváme z nádoby do nádoby /



Zakvašování mladiny



Přidáme kvasnice a řádně rozmícháme a přeléváme z výšky, aby se kvasnice řádně rozptýlily.



Hlavní kvašení



Provádí se v prostorách nazývaných spilky. Kvasná nádoba.

Teplota kvašení - svrchní kvasnice 15-24 °C

- spodní kvasnice 6-15 °C

Doba kvašení 6 – 12 dní.



Po dokvašení / podle kroužků na hladině mladiny – pěna / se odstraní tato pěna a kvasnice,

které se usadí na dnu nebo vyplavou k hladině, dle druhu kvašení /svrchní či spodní/.



Dokvašování



Probíhá v ležáckých sudech / PET lahvích / při teplotě dle druhu použitých kvasnic / v rozmezí 7 až 70 dny.


Stabilizace a filtrace a následná desinfekce pro novou várku

Dokvašené pivo se stáčí do obalů / sud, láhev / a je připraveno ke konzumaci.



Tvrdost pH piva



Stereotypně se tvrdí, že plzeňská dvanáctka má zásadité pH. O omylu tohoto tvrzení se můžeme snadno přesvědčit, pokud v půllitru vymácháme lakmusový papírek. Proč toto přesvědčení zůstává? Všechna piva u nás se pohybují v rozmezí 4,1 – 4,9 pH. Převedeno do lidské řeči to znamená slabě kyselou oblast. Plzeňské pivo, především díky používané vodě se pohybuje v horní polovině tohoto intervalu, a lze spekulovat, že z toho může pocházet fáma o zásaditých vlastnostech plzeňského piva. Druhým zdrojem této fámy může být fakt, že plzeňské pivo se vyznačuje vysokou hořkostí. Ta má příznivý vliv na zažívání (další pozitivní efekt chmele) a působí proti překyselení žaludku. Laicky odvozeno pak překyselení žaludku, tedy kyselost, se neutralizuje zásaditými látkami. A odtud je už jen krůček k chybnému přesvědčení, že plzeňské nebo jiné pivo je zásadité.



rocento alkoholu



V domácích podmínkách to není vůbec jednoduché, alkohol v pivu se stanovuje buď destilační metodou, nebo měřením refrakce a specifické váhy piva předem zbaveného CO2 vytřepáním. V provozních podmínkách je možno použít následovaný postup:

- je nutno znát přesnou stupňovitost mladiny, z které bylo pivo získáno( např. 10%, 11% atd./

- u prokvašeného piva změříme stupeň prokvašení sacharometrem, získáme údaj zbytkového extraktu

- víme, ze 1 g alkoholu v pivu vznikne z 2,065 g extraktu

- rozdíl extraktu mezi původní stupňovitosti mladiny a zbytkovým extraktem v pivu je odkvašený extrakt

- např. PS = 10% , v prokvašeném pivu zbytkový extrakt naměřený sacharometrem je 3,5% rozdíl je tedy 6,5%

- dle výše uvedeného 1 g alkoholu se rovná 2,065 g extraktu je tedy v daném pivu 6,5:2,065 = 3.14% alkoholu,tento údaj je však je přibližný, protože sacharometrem jsme změřili pouze zdánlivý extrakt nikoliv skutečný, ale pro orientaci tento způsob bohatě stačí.



Ohřev varných nádob



Pro varné nádoby s várkou 20 l sladiny je nejvhodnější pro ohřev využít elektrický ohřívač.

Výhoda spočívá především v jednoduché a přesné možnosti regulace výkonu a dostupnost elektrické přípojky prakticky všude. Plynový ohřev nebo ohřev parou je nutné užít především z ekonomických důvodů u várek nad 200 l.



Určení výkonu elektrického ohřívače, pak vychází z množství ohřívané sladiny a času nutného pro daný ohřev.

Výkon u jednofázového připojení je určen vztahem P = U . I / W,V,A / /činná zátěž /

Při příkonu ohřívacího tělesa 2 kW se nám pak voda o teplotě 20 °C ohřeje na teplotu 100°C

za cca 1 hodinu. Z teploty 52 °C na 73 °C pak za 7 minut . Z toho vyplývá, že příkon 2 kW je dostatečný pro dodržení technologického postupu.



Potřebná energie E = m * c * (t1 – t2) = 20 kg * 1,163 * (100 – 20) = 1,8 kWh

při tepelné kapacitě vody c = 1,163 Wh/kg K



Chlazení mladiny



Horká mladina 100 °C z chmelovaru se musí rychle ochladit na zákvasovou teplotu 6 – 10 °C pro spodní kvašení. Rychlým schlazením se vysráží zbytky kalů a chmele ,které je pak možné odfiltrovat. Tady vzniká jeden zásadní problém pro výrobu domácích piv se spodním kvašením, a to zdroj chladu. V pivovarech se používá strojové chlazení s deskovými chladiči atd. V domácích podmínkách je tento způsob ekonomicky a mnohdy i prostorově nepoužitelný. V následujícím odstavci si popíšeme několik možných způsobů řešení, ale předtím se podíváme na vstupní parametry chladicího procesu.



Obecně / pro 20 l mladiny /

T1 vstupní teplota mladiny 100 °C

T2 zchlazená mladina max. 10 °C

V objem mladiny 20 l , pro přibližný odhad nahradíme parametry vody a 20 l cca 20 kg

Tepelná kapacita vody ck = 4,194 kJ/K.kg

Pro ochlazení 20 kg vroucí vody ze 100 °C na 10°C je tedy nutné odvést 20*4,194 * 90 = 7600 kJ tepelné energie / cca 2,1 kWh/.



Varianty řešení

Chlazení Peltierovy články

Řešení hezké, není potřeba žádná voda, vše za nás udělá elektrický proud. Tím výhody končí. Chladicí výkon cca 280 W stojí v maloobchodě 600 Kč. Konstrukce chladiče, dle vlastních zkušeností, na první pohled jednoduchá, skýtá mnohé problémy technologického rázu.



Chladicí měděný šnek

Nejběžnější způsob řešení. Měděnou trubkou proudí studená voda z kohoutku a ochlazuje mladinu v nádobě. I zde je problémů hned několik. Pokud je tepelný rozdíl vysoký probíhá chlazení intenzivně. Jakmile se teplota blíží žádané 10°C, lépe 6 °C, chlazení se zpomaluje, teoreticky do nekonečna, pokud je teplota studené vody vyšší než 10 °C , například v topné sezóně v bytě. Spotřeba vody je též enormně vysoká a při dnešních cenách stočného se nám vychlazení řádně prodraží. Řešením je připravit si předem v lednici dostatek PET lahví s ledem, řádně je desinfikovat a vložit do chlazené mladiny.



Dvojitá nádoba

Vnitřní nádoba je z vodivého materiálu o kapacitě chlazené mladiny. Vnější nádoba je z tepelně málo vodivého materiálu, např. plast. U dna je osazen ventil pro přívod studené vody, v horní části přepadový ventil. Celková plocha vnitřní nádoby tedy umožňuje dobrý přestup tepla. Proudící voda intenzivně ochlazuje nádobu s mladinou a led na konečné dochlazení vkládáme přímo do vody, přičemž lépe využíváme tepelnou kapacitu ledu.

Odhad potřeby studené vody pro tepelný spád 10 °C a 20 l mladiny pak vychází :

chladicí voda = 182 /l/

V případě, že chceme z nějakých důvodů provést celé chlazení ledem, je dobré odhadnout jeho potřebné množství.

Skupenské teplo ledu /tedy vody o teplotě 0°C na tuhou bázi led / je l = 334 kJ/kg.

Tedy 1 kg ledu odebere při tání cca 334 kJ.

Ohřátí vzniklé vody z ledu na 10 °C se odebere 42 kJ/kg.

Pro ochlazení ze 100 °C na 10 °C , odvedení 7600 kJ , tedy potřebujeme 15 kg ledu.

Pro dochlazení z 30 °C na 10°C, odvedení 1680 kJ, potřebujeme 3,5 kg ledu.

Daleko lepších výsledků dosáhneme využitím „suchého ledu“ tedy ledu na bázi CO2.

Výhody této metody krátce popíši.

Suchý led se vyrábí průmyslově a lze jej koupit i v kg množství /Technoplyn Linde/.

Cena za kg je ještě přijatelná a výparné latentní teplo je vyšší než u normálního ledu z vody.

Další z možností získat suchý led je vyrobit si jej z tlakové láhve CO2 . Cena prodávaných přípravků k lahvi je ale neúměrně vysoká.

Tlakové láhve s CO2 jsou běžně dostupné u dodavatelů piva. CO2 je dodáváno v potravinářské kvalitě v celé škále velikostí lahví. Výhody při čepování ze sudů proti tlakování vzduchem jsou též jasné.

Suchý led je možné též v domácnosti použít na mnoho způsobů, a proto tato investice není jednoúčelová. Hezké chladivé bublinky v nápojích, příprava cukrářských polev atd. Z 20 kg plynu CO2 se dá připravit cca 6,5 kg suchého ledu. Jediná nepříjemnost spočívá v nutnosti zaplatit vratnou zálohu 2000 Kč za láhev /jako u propan-butanu /.

Latentní výparné teplo suchého ledu je 573 kJ/kg.

Teplota varu /substance/ je –78,5 °C

Chladicí výkon 640 kJ / kg z –78,5 °C na 0 °C.

Pro ochlazení z 30 °C na 10 °C tedy potřebujeme cca 2,5 kg suchého ledu.