14.6 Fermentation control systemsTh

14.6 Fermentation control systems
The control of temperature in fermentation has received much attention (Section 14.3.3). These control systems are reactive to the exothermic nature of fermentation and are now highly developed. However, until recently little attention has been paid to the control of brewery fermentation in relation to the chemical changes which are taking place. These changes include the fall in specific gravity and in pH value of the wort and the production of ethanol and carbon dioxide.
In the general literature of biotechnology the control of industrial fermentations to yield many products is considered in depth. Brewers have not always made best use of this information, but any control system, no matter how innovative, must justify itself in terms of its cost effectiveness for the production of potable beer (Moll, 1983; Dauod, 1987).
14.6.1 Specific gravity changes
The most widely investigated methods of fermentation control have been based on the fall in specific gravity as wort is fermented to yield beer. In its most basic form this method involves taking a representative sample of wort and measuring its attenuation limit using, e.g., EBC Analytica IV method. This can be done throughout fermentation to construct a time-course picture of attenuation during the fermentation process (Section 14.2.2). The system can be automated such that the density of the wort is determined by direct methods (Fig. 14.14); this is, of course, a system of automated measurement rather than control. Wort density could also be measured by refractometry or by the use of the oscillating U-tube. These methods have been developed into control systems when the fall in gravity has been used to cause an external change such as the onset of fermenter cooling. This has the potential of earlier use of cooling and hence savings in process time.
In large cylindroconical fermenters pressure difference measurements have been used to monitor the density change. As sugars are fermented to ethanol and to carbon dioxide

Fig. 14.14 Specific gravity monitoring system using a sample loop; the product sampled is fermenting wort in the specific gravity range 1000±1100 ëSacch, a signal is sent from the mass flowmeter to the control system, sample pump must operate in both directions to allow for CIP; (FV), fermenting vessel (Barnes, 2001).
so the density drops and the pressure in the fermenter will change in proportion. Pressure transducers are used to measure this change and by linking to a computer the extent of fermentation can be followed. This technique has also been applied in new Yorkshire square fermenters (Griffin, 1996).
14.6.2 Other methods
It was demonstrated in the 1970s (Alford, 1976) that the partial pressure of carbon dioxide in exhaust fermenter gas was an excellent approximation to the partial pressure exerted by dissolved carbon dioxide in the liquid in the fermenter. This provided the basis for a potential control system to assess the extent of fermentation by measurement of carbon dioxide partial pressure in the exhaust gas. A control method relating to the production of carbon dioxide has been described (Dauod et al., 1989), but has not achieved widespread adoption.
The use of dielectrical permittivity for the control of yeast pitching rate has already been discussed (Section 14.3.3 and Chapter 13). The commercially available probe can also be used to detect viable yeast cells in streams of yeast emerging from the cone of cylindroconical vessels during cropping (Boulton and Clutterbuck, 1993). This biomass probe can be used in-line to automatically control yeast removal from the fermenter at the end of fermentation. The proportion of the yeast crop most suitable for re-pitching can therefore be retained. This technique could also be of direct financial benefit in allowing the reduction of yeast storage capacity.
Methods of fermentation control involving the measurement of pH value are also available (Barnes, 2001). A sample is withdrawn from the fermenter the pH is measured and, if it is too high, oxygen can be introduced to the fermenter automatically. This can be further linked into modulation of the coolant control valves to direct the temperature in the fermenting vessel. Possibly, future developments in fermentation control will focus on assimilating a number of measurements: density, carbon dioxide production, ethanol production, pH value into a computer and causing outputs to achieve automatically the desired time course of the fermentation. This will mainly result in improvements in the control of cooling by better modulation of coolant valves, with consequent savings in energy. The capital cost of such systems will, however, be high and anticipated paybacks must be carefully assessed before proceeding with installation.

Kết quả (Việt) 1:

14.6 Hệ thống điều khiển quá trình lên menKiểm soát nhiệt độ trong quá trình lên men đã nhận được nhiều sự chú ý (phần 14.3.3). Các hệ thống kiểm soát được phản ứng tỏa nhiệt tính chất của quá trình lên men và bây giờ rất phát triển. Tuy nhiên, cho đến gần đây ít sự chú ý đã được trả tiền cho sự kiểm soát của nhà máy bia lên men trong quan hệ với những thay đổi hóa học mà đang diễn ra. Những thay đổi này bao gồm sự sụp đổ lực hấp dẫn cụ thể và giá trị pH của wort và sản xuất ethanol và khí carbon dioxide.Trong các tài liệu chung của công nghệ sinh học, sự kiểm soát của fermentations công nghiệp mang lại nhiều sản phẩm được coi là trong chiều sâu. Bia đã không luôn luôn thực hiện tốt nhất sử dụng thông tin này, nhưng bất kỳ hệ thống kiểm soát, không có vấn đề như thế nào sáng tạo, phải biện minh cho chính nó trong điều khoản của hiệu quả chi phí để sản xuất sạch bia (Moll, 1983; Dauod, 1987).14.6.1 thay đổi lực hấp dẫn cụ thểThe most widely investigated methods of fermentation control have been based on the fall in specific gravity as wort is fermented to yield beer. In its most basic form this method involves taking a representative sample of wort and measuring its attenuation limit using, e.g., EBC Analytica IV method. This can be done throughout fermentation to construct a time-course picture of attenuation during the fermentation process (Section 14.2.2). The system can be automated such that the density of the wort is determined by direct methods (Fig. 14.14); this is, of course, a system of automated measurement rather than control. Wort density could also be measured by refractometry or by the use of the oscillating U-tube. These methods have been developed into control systems when the fall in gravity has been used to cause an external change such as the onset of fermenter cooling. This has the potential of earlier use of cooling and hence savings in process time.In large cylindroconical fermenters pressure difference measurements have been used to monitor the density change. As sugars are fermented to ethanol and to carbon dioxide Fig. 14.14 Specific gravity monitoring system using a sample loop; the product sampled is fermenting wort in the specific gravity range 1000±1100 ëSacch, a signal is sent from the mass flowmeter to the control system, sample pump must operate in both directions to allow for CIP; (FV), fermenting vessel (Barnes, 2001).Vì vậy, mật độ giảm và áp lực trong fermenter sẽ thay đổi tỷ lệ. Cảm biến áp suất được sử dụng để đo sự thay đổi này và bằng cách liên kết với một máy tính mức độ của quá trình lên men có thể được theo sau. Kỹ thuật này cũng đã được áp dụng trong mới Yorkshire vuông men (Griffin, 1996).14.6.2 phương pháp khácNó đã được chứng minh trong thập niên 1970 (Alford, 1976) rằng áp suất thành phần của khí carbon dioxide trong khí thải fermenter là một xấp xỉ tuyệt vời để áp suất thành phần exerted bởi điôxít cacbon hòa tan trong chất lỏng trong fermenter. Điều này cung cấp cơ sở cho một hệ thống điều khiển tiềm năng để đánh giá mức độ của quá trình lên men của đo lường của áp suất thành phần khí carbon dioxide trong khí thải. Một phương pháp kiểm soát liên quan đến việc sản xuất khí carbon dioxide đã là miêu tả (Dauod et al., 1989), nhưng đã không đạt được phổ biến rộng rãi thông qua.Việc sử dụng dielectrical permittivity cho sự kiểm soát của nấm men bày tỷ lệ đã thảo luận (phần 14.3.3 và chương 13). Các thăm dò thương mại có sẵn cũng có thể được sử dụng để phát hiện các tế bào nấm men khả thi trong dòng của nấm men nổi lên từ nón cylindroconical mạch trong xén (Boulton và Clutterbuck, 1993). Thăm dò sinh khối này có thể sử dụng trong dòng để tự động kiểm soát loại bỏ nấm men từ người fermenter ở phần cuối của quá trình lên men. Tỷ lệ của các cây trồng nấm men thích hợp nhất cho tái bày do đó có thể được giữ lại. Kỹ thuật này cũng có thể trực tiếp tài chính lợi ích trong cho phép giảm dung lượng lưu trữ nấm men.Methods of fermentation control involving the measurement of pH value are also available (Barnes, 2001). A sample is withdrawn from the fermenter the pH is measured and, if it is too high, oxygen can be introduced to the fermenter automatically. This can be further linked into modulation of the coolant control valves to direct the temperature in the fermenting vessel. Possibly, future developments in fermentation control will focus on assimilating a number of measurements: density, carbon dioxide production, ethanol production, pH value into a computer and causing outputs to achieve automatically the desired time course of the fermentation. This will mainly result in improvements in the control of cooling by better modulation of coolant valves, with consequent savings in energy. The capital cost of such systems will, however, be high and anticipated paybacks must be carefully assessed before proceeding with installation.

Kết quả (Việt) 2:

14.6 Kiểm soát quá trình lên men hệ thống
kiểm soát nhiệt độ trong quá trình lên men đã nhận được nhiều sự chú ý (Phần 14.3.3). Các hệ thống điều khiển có phản ứng với các chất tỏa nhiệt của quá trình lên men và bây giờ đang rất phát triển. Tuy nhiên, cho đến gần đây ít được chú ý đến việc kiểm soát quá trình lên men của nhà máy bia liên quan đến các thay đổi hóa học đang diễn ra. Những thay đổi này bao gồm sự sụt giảm của lực hấp dẫn cụ thể và giá trị pH của dịch nha và sản xuất ethanol và carbon dioxide.
Trong văn học nói chung của công nghệ sinh học kiểm soát của quá trình lên men công nghiệp để mang lại nhiều sản phẩm được coi là sâu. Brewers đã không luôn luôn làm tốt nhất sử dụng các thông tin này, nhưng bất kỳ hệ thống kiểm soát, không có vấn đề như thế nào sáng tạo, phải biện minh cho bản thân về hiệu quả chi phí của nó để sản xuất bia uống (Moll, 1983; Dauod, 1987).
14.6.1 cụ thể hấp dẫn đổi
Các phương pháp nghiên cứu rộng rãi nhất của kiểm soát quá trình lên men đã được dựa trên sự sụp đổ trong lực hấp dẫn cụ thể như wort được lên men để sản lượng bia. Trong hình thức cơ bản nhất của nó phương pháp này bao gồm việc uống một mẫu đại diện của wort và đo giới hạn của nó suy giảm bằng cách sử dụng, ví dụ, phương pháp EBC Analytica IV. Điều này có thể được thực hiện trong suốt quá trình lên men để xây dựng một hình ảnh thời gian khóa học của sự suy giảm trong quá trình lên men (Phần 14.2.2). Hệ thống có thể được tự động hóa như vậy mà mật độ của hèm rượu được xác định theo phương pháp trực tiếp (Hình 14.14.); này là, tất nhiên, một hệ thống đo lường tự động hơn là kiểm soát. Mật độ Wort cũng có thể được đo bằng refractometry hoặc bằng việc sử dụng các dao động U-tube. Những phương pháp này đã được phát triển thành hệ thống kiểm soát khi giảm trọng lực đã được sử dụng để gây ra một sự thay đổi bên ngoài như sự khởi đầu của việc làm mát lên men. Điều này có tiềm năng sử dụng trước đó làm mát và do đó tiết kiệm thời gian trong quá trình.
Trong men cylindroconical lớn đo chênh lệch áp suất đã được sử dụng để theo dõi sự thay đổi mật độ. Khi đường được lên men thành ethanol và carbon dioxide hình. 14,14 cụ thể hệ thống giám sát trọng lực bằng cách sử dụng một vòng lặp mẫu; sản phẩm mẫu được lên men dịch nha trong phạm vi trọng lượng riêng 1.000 ± 1.100 ëSacch, một tín hiệu được gửi từ các lưu lượng kế khối lượng hệ thống điều khiển, bơm mẫu phải hoạt động trong cả hai hướng để cho phép CIP; (FV), lên men tàu (Barnes, 2001). Vì vậy mật độ giảm xuống và áp lực trong lên men sẽ thay đổi theo tỷ lệ. Đầu dò áp lực được sử dụng để đo lường sự thay đổi này và bằng cách liên kết với một máy tính trong phạm vi của quá trình lên men có thể được theo sau. Kỹ thuật này cũng đã được áp dụng ở Yorkshire men vuông mới (Griffin, 1996). 14.6.2 Các phương pháp khác Nó đã được chứng minh trong những năm 1970 (Alford, 1976) rằng áp suất riêng phần của khí carbon dioxide trong khí thải lên men là một xấp xỉ tuyệt vời để các áp suất riêng phần tạo ra do hòa tan carbon dioxide trong chất lỏng trong lên men. Điều này tạo cơ sở cho một hệ thống điều khiển tiềm năng để đánh giá mức độ của quá trình lên men bằng cách đo carbon dioxide áp suất riêng phần trong khí thải. Một phương pháp kiểm soát liên quan đến việc sản xuất carbon dioxide đã được mô tả (Dauod et al., 1989), nhưng vẫn chưa đạt được áp dụng rộng rãi. Việc sử dụng permittivity điện môi để kiểm soát tốc độ ném bóng của nấm men đã được thảo luận (Phần 14.3.3 và Chương 13). Các thăm dò thương mại có sẵn cũng có thể được sử dụng để phát hiện các tế bào nấm men tồn tại trong dòng nấm men nổi lên từ nón tàu cylindroconical trong trồng trọt (Boulton và Clutterbuck, 1993). Thăm dò sinh khối này có thể được sử dụng trong dây chuyền tự động kiểm soát loại bỏ nấm men từ lên men ở phần cuối của quá trình lên men. Tỷ lệ cây nấm men thích hợp nhất để tái bày do đó có thể được giữ lại. Kỹ thuật này cũng có thể được các lợi ích tài chính trực tiếp cho phép giảm dung lượng lưu trữ men. Phương pháp kiểm soát quá trình lên men liên quan đến việc đo lường giá trị pH cũng có sẵn (Barnes, 2001). Một mẫu được rút ra từ sự lên men pH được đo, và nếu nó là quá cao, oxy có thể được giới thiệu với các fermenter tự động. Điều này có thể được tiếp tục liên kết vào điều chế của van điều khiển nước làm mát để chỉ đạo việc nhiệt độ trong bình lên men. Có thể, sự phát triển tương lai trong việc kiểm soát quá trình lên men sẽ tập trung vào đồng hóa một số phép đo: mật độ, sản xuất carbon dioxide, sản xuất ethanol, giá trị pH vào một máy tính và gây ra kết quả đầu ra để đạt được tự động quá trình thời gian mong muốn của quá trình lên men. Điều này chủ yếu sẽ dẫn đến những cải tiến trong việc kiểm soát làm mát bằng cách điều chế tốt hơn các loại van nước làm mát, tiết kiệm quả về năng lượng. Chi phí vốn của hệ thống như vậy sẽ, tuy nhiên, được cao và paybacks dự đoán phải được đánh giá cẩn thận trước khi tiến hành cài đặt.