4.2 Rezultati in razprava
4.2.2 Test histerezne zanke
Sliki 10 in 11 opisujeta test histerezne zanke, ki je vrsta reološkega testa za ocenjevanje tokovnih lastnosti nenewtonskih tekočin. Iz Slike 10 je razvidno, da je bila pri višjih temperaturah odvisnost med strižno napetostjo in strižno hitrostjo linearna. Pri naraščajoči in padajoči strižni hitrosti se krivulji prekrivata. Izjema je le krivulja, izmerjena pri temperaturi 5 °C, kjer je med meritvijo nastala majhna razlika. Podobno velja tudi za hmeljeno pivino (prikazano na Sliki 11), vendar je histerezna zanka, izmerjena pri temperaturi 5 °C v primeru hmeljene pivine nekoliko večja.[10]
Slika 9: Ovrednotenje Arrheniusovega modela hmeljene in sladne pivine [10]
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
33
Za oceno odvisnosti strižne napetosti od strižne hitrosti je bil izbran Herschel-Bulkleyjev matematični model. Ta model se uporablja za opis tokovne krivulje materiala s strižno odvisnim upadanjem ali strižno odvisnim naraščanjem viskoznosti. Rezultati modeliranja so prikazani v Tabeli 5, kjer je K indeks konsistence in n predstavlja tokovni indeks.
Slika 10: Test tokovnih lastnosti sladne pivine [10]
Slika 11: Test tokovnih lastnosti za hmeljno pivino [10]
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
34
Tokovni indeks je stopnja odstopanja od newtonskega obnašanja in ko je n < 1, se dinamična viskoznost vzorca z naraščajočim strigom zmanjšuje, ter ko je n > 1 se dinamična viskoznost vzorca z naraščajočim strigom povečuje.[10]
Tabela 5: Reološki parametri Herschel-Bulkleyevega matematičnega modela [10]
Vzorec Temperatura
[°C]
R2 n K
Sladna pivina 5 0,00090 0,92 0,0042
15 0,9981 0,86 0,0037
25 0,9969 0,99 0,0015
Hmeljna pivina 5 0,9148 0,99 0,0036
15 0,9963 0,94 0,0025
25 0,9975 1.04 0,0013
Na podlagi rezultatov meritev se obe vrsti tekočin pri temperaturi 5 °C obnašata kot nenewtonski tekočini, natančneje, kot tiksotropna tekočina. Tiksotropija ali reopektično obnašanje je časovno odvisno reološko obnašanje. Za potrditev teh domnev je bil v nadaljevanju izveden še test časovne odvisnosti.[10]
Rezultati testov odvisnosti viskoznosti od časa so prikazani na Slikah 12 in 13. Iz grafov na slikah 12 in 13 je razvidno, da se samo krivulja hmeljene pivine pri temperaturi 5 °C s časom spreminja. Vse ostale krivulje so s časom približno konstantne. Tako se hmeljena pivina pri temperaturi 5 °C obnaša tiksotropno. Z zvišanjem temperature se nato tekočina začne obnašati kot newtonska tekočina. Vzorec sladne pivine ima histerezne zanke še manjše, prav tako je viskoznost s časom konstantna in se zato obnaša kot newtonska tekočina pri vseh temperaturah.[10]
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
35
Slika 12: Odvisnost viskoznosti od časa sladne pivine [10]
Slika 13: Odvisnost viskoznosti od časa hmeljene pivine [10]
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
36
5 Zaključek
Pri pisanju diplomske naloge sem se seznanila s celotnim proizvodnim procesom, kjer se iz ječmena z dodatkom vode in hmelja proizvede pivo. Proces proizvodnje piva je kompleksen in inženirsko zanimiv iz tega vidika, da vsebuje veliko procesnih spremenljivk, ki jih lahko različno prilagajamo in s tem nadziramo celoten proces.
V osnovi je procesna proizvodnja piva sestavljena iz treh glavnih delov: priprave sladu, proizvodnje pivine in fermentacije, za katere pa ni nujno, da se vsi koraki izvedejo v sami pivovarni. Vsak del je sestavljen iz več posameznih korakov, med katerimi prihaja do različnih vrst sprememb, tako fizikalno-kemijskih kot tudi senzoričnih.
Za kvaliteten končni produkt (pivo) je potrebno ves čas izvajati kakovostne analize, ne samo končnega produkta, ampak tudi vhodnih surovin in vmesnih pol-produktov.
Kakovost piva je odvisna od njegovih reoloških lastnosti, ki jih določamo po številnih metodah. Izvajajo se analize vstopnih surovin in vmesnih produktov, saj se lahko tako zagotavlja nadzor nad celotnim dogajanjem med proizvodnjo.
Po pregledu meritev, ki so bile uporabljene iz objavljene raziskave [10] je razvidno, da ima hmeljna pivina večjo viskoznost kot sladna pivina. Poleg tega sta pivini izkazovali tudi nekoliko drugačne tokovne lastnosti. Razlika v tokovnih lastnostih med obema pivinama je bila najbolj opazna predvsem pri nizkih temperaturah.
Pri rezultatih za hmeljeno pivino pri temperaturi 5 °C je bila opazna histerezna zanka, kar nakazuje na tiksotropno vedenje hmeljene pivine. Za potrditev tega dejstva je bila izvedena še reometrija, ki je pokazala, da se hmeljena pivina pri temperaturi 5 °C obnaša kot nenewtonska tekočina. Iz meritev, izvedenih pri višji temperaturi, pa je razvidno, da je bila viskoznost časovno neodvisna in se je tako z dvigom temperature spremenilo obnašanje hmeljene pivine. Tako se hmeljena pivina pri višjih temperaturah obnaša kot newtonska tekočina.
Pri merjenju tokovnih lastnosti v sladni pivini sprememb v tokovnem vedenju pri različnih temperaturah ni bilo opaziti, saj se je sladna pivina pri vseh temperaturah obnašala kot newtonska tekočina.
Razlog za te razlike med hmeljeno in sladno pivino se skriva v tem, da so pri hmeljeni pivini prisotni delčki hmelja, ki tvorijo koloidni sistem. Delčki hmelja in slada so nagnjeni k združevanju. Med delovanjem sile na tekočino združeni delčki razpadejo in posledično
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
37
se viskoznost pri višji obremenitvi zmanjša. Po prenehanju delovanja sile na tekočino se delčki ponovno združijo in viskoznost se zopet poveča.
Vita Mihelič Proizvodnja piva ter določanje reoloških lastnosti in parametrov kakovosti piva
38
6 Literatura
[1] A. J. Buglass: Handbook of Alcoholic Beverages: Technical, Analytical and Nutritional Aspects; 2011; Vol. 1–2., str. 65-182
[2] R. Willaert: Section V. Beverages: The Beer Brewing Process: Wort Production and Beer Fermentation; 2006; Vol. 1.
[3] H. M. Eßlinger: Hans Michael EЯlinger - Handbook of Brewing Processes Technology Markets-Wiley .2006, str. 105 -117, 147-224
[4] M. I. Worldwide: WHITEPAPER A Basic Introduction to Rheology. 2016.
(pridobljeno 29.jul. 2021)
[5] S. Sohrabvandi, S. M. Mousavi, S. H. Razavi, A. M. Mortazavian: Application of Advanced Instrumental Techniques for Analysis of Physical and Physicochemical Properties of Beer : A Review TECHNIQUES FOR ANALYSIS OF PHYSICAL AND. 2010, 2912. (pridobljeno 29. jul. 2021)
[6] I. Russell, C. W. Bamforth, G. G. Stewart: Handbook of Alcoholic Beverages series: Beer, A Quality Perspective. 2008, str. 2-27.
[7] M. J. Lewis, A. S. Lewis: Correlation of Beer Foam with Other Beer Properties.
2003, 40, 114–124. (pridobljeno 27. nov. 2020)
[8] B. C. W. Bamforth: Customer’s Preference Should Be Catered for.86 If He Wishes. 1985, 91, 370–383. (pridobljeno 27. nov. 2020)
[9] A. Cimini, F. Pallottino, P. Menesatti, M. Moresi: Retention Meter. Food Bioprocess Technol. 2016, No. September. (pridobljeno, 29. jul. 2021)
[10] P. Trávníček, J. Los, P. Junga: Comparison of Rheological Properties of Hopped Wort and Malt Wort. Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2015, 63, 131–
136. (pridobljeno, 29. jul. 2021)