Polska jest trzecim największym producentem piwa w Unii Europejskiej, a rynek piwowarski stanowi jedną z najszybciej rozwijających się gałęzi krajowej gospodarki. Osiągnięcie tak wysokiej pozycji w ogólnoeuropejskim rankingu nie byłoby możliwe bez korzystania z dobrodziejstw automatyki. Zastosowanie zaawansowanej technicznie aparatury pomiarowej, systemów sterowania, monitoringu oraz innych nowoczesnych rozwiązań znacząco wspomaga proces produkcji, zapewniając najwyższą jakość produktu finalnego, jakim jest piwo.
Z danych opublikowanych przez międzynarodową organizację The Brewers of Europe wynika, że w 2015 roku wyprodukowano w Polsce ponad 40 mln hektolitrów piwa, co w przeliczeniu na opakowania wynosi ponad 8 mld butelek lub puszek. To wystarczająca liczba do wzniesienia toastu przez wszystkich mieszkańców globu jednocześnie! Wynik ten pozwala nam znaleźć się w czołówce największych producentów złocistego trunku w Europie. Pod względem wielkości produkcji piwa wyprzedzają nas jedynie Niemcy oraz Brytyjczycy. Również jeśli chodzi o poziom automatyzacji browarów w Polsce, szczególnie tych największych, w porównaniu z podmiotami operującymi poza granicami naszego kraju, nie mamy się czego wstydzić. Producenci polscy są coraz bardziej świadomi tego, że połączenie tradycyjnych receptur i sprawdzonych metod produkcji z nowoczesną technologią stanowi receptę na zwiększenie wydajności procesów zachodzących w browarze oraz wytworzenie piwa o wysokich walorach smakowych.
Piwne podium
Rynek browarniczy w Polsce w ponad 85% został zdominowany przez trzy międzynarodowe koncerny, z których największym graczem jest Kompania Piwowarska, należąca w całości do światowego brytyjskiego koncernu SABMiller. Browary należące do Kompanii Piwowarskiej to: Lech Browary Wielkopolski, Browar Książęcy w Tychach oraz Browar Dojlidy w Białymstoku. Spółka kontroluje aż 36% krajowego rynku.
Główny konkurent Kompanii Piwowarskiej to Grupa Żywiec ? należy do niej ok. 30% rynku, a głównym akcjonariuszem jest koncern Heineken International BV. Dysponuje browarami zlokalizowanymi w Żywcu, Cieszynie, Elblągu, Leżajsku i Warce.
Trzecią pozycję na liście największych krajowych producentów zajmuje Grupa Carlsberg, mająca browary Okocim w Brzesku, Kasztelan w Sierpcu i Bosman w Szczecinie.
Mimo zdominowania rynku przez zagraniczne koncerny coraz większą rolę w produkcji piwa zaczynają odgrywać browary regionalne, z polskim kapitałem, takie jak np. Perła ? Browary Lubelskie, Browary Regionalne Jakubiak, Amber czy Kormoran. O ich atrakcyjności stanowi wysoka jakość warzonego piwa i bogata oferta produktowa, znacznie wykraczająca poza standardowe ?jasne pełne?.
Obraz polskiego rynku piwowarskiego zaczyna się zmieniać w dużej mierze za sprawą licznie powstających niewielkich browarów rzemieślniczych, kontraktowych oraz restauracyjnych. W browarach kontraktowych piwo warzone jest na bazie własnych receptur w wydzierżawionej części linii produkcyjnej istniejącego browaru. Natomiast w browarach rzemieślniczych, będących swego rodzaju minizakładami, właściciele samodzielnie przygotowują niewielkie ilości piwa.
Z danych Piwnej Zwrotnicy, bloga poświęconego branży piwowarskiej, wynika, że w Polsce działa obecnie 150 browarów rzemieślniczych. Mają na razie ok. 0,5% udziału w rynku, jednak jest to rynek cechujący się wielkim potencjałem wzrostu. Szacuje się, że znalazłoby się na nim miejsce nawet na pięćset browarów. Za dekadę ich udział w rynku może wzrosnąć do 6%. Przewiduje się, że już w tym roku ma przybyć kilkadziesiąt nowych małych browarów. Pojawi się równocześnie ok. 1,5 tys. nowych piw, co jest odpowiedzią na stopniowo rosnące wymagania konsumentów, otwartych na rozmaite nowe smaki i piwne innowacje. Zjawisko to wpisuje się też w obecny trend, jakim jest regionalizm na rynku ? browary sprzedają piwa w swoich okolicach, a ich nazwy i etykiety nawiązują do regionów, z których pochodzą.
Biznes piwny napędza krajową gospodarkę
Rocznie do budżetu państwa wpływa z akcyzy od piwa ok. 3,5 mld zł ? kwota ta pozwoliłaby na wybudowanie dwóch Stadionów Narodowych albo ośmiu regionalnych portów lotniczych o wielkości zbliżonej do lotniska Warszawa-Modlin. Należy przy tym pamiętać, że akcyza stanowi jedynie jedną trzecią wpływów budżetowych generowanych przez polskie piwo. Z badań branżowych wynika, że dzięki trunkowi z pianką budżet państwa wzbogaca się każdego roku o ok. 10 mld zł. Mając na uwadze fakt, że oprócz wpływów budżetowych branża generuje 205 tys. miejsc pracy ? warzenie, dystrybucja i sprzedaż piwa są niewątpliwie motorem napędowym krajowej gospodarki. Najwięcej, bo aż 80 tys. miejsc pracy powstaje u dostawców surowców i usług, z czego najliczniej reprezentowane jest rolnictwo. Dzięki browarom działającym w Polsce wiele osób znajduje zatrudnienie w sektorach zajmujących się sprzedażą piwa ? w gastronomii daje ono pracę 64 tysiącom osób, a w handlu detalicznym ? kolejnym 46 tysiącom.
Powołując się na dane Nielsen Consumer Panel, w porównaniu do 2015 r. sprzedaż piwa w Polsce wzrosła w ujęciu ilościowym o 2,1%, na co miały wpływ takie czynniki, jak np. korzystna pogoda na początku sezonu, Euro 2016 oraz niższe bezrobocie i wzrost przeciętnego wynagrodzenia. Według Nielsena od września 2015 r. do sierpnia 2016 r. na piwa bezalkoholowe lub z niską jego zawartością konsumenci wydali blisko miliard zł. Podczas gdy dynamika wolumenu dla całej kategorii w tym czasie wyniosła 2%, sprzedaż piwa o niskiej zawartości alkoholu odnotowała 17% wzrost. W tym samym czasie sprzedaż piw bezalkoholowych poszybowała w górę o blisko 55%. Z badań Nielsena wynika, że rynek piw ?zero procent? jest wart już 138 mln zł.
Zdecydowana większość wyprodukowanego w Polsce piwa trafia na rodzimy rynek. Okazuje się, że statystyczny Kowalski wypija rocznie 98 litrów piwa, dając się pod tym względem wyprzedzić jedynie Czechom, Niemcom i Austriakom. Jeśli chodzi o eksport, największym odbiorcą są państwa Unii Europejskiej. Natomiast co dziesiąta butelka piwa trafia również na inne kontynenty. Od kilku lat odnotowuje się wzrost wartości eksportu piwa warzonego w naszym kraju. W 2015 r. wyniosła ona 177 mln euro, dzięki czemu piwo przesunęło się na pozycję eksportowego lidera polskiej branży alkoholowej.
Warzenie piwa to złożony proces
Pierwszym etapem warzenia piwa jest ześrutowanie słodu w młynie lub śrutowniku. Zmielony słód, zwany śrutą słodową, umieszcza się następnie w kadzi zaciernej, zalewa wodą i podgrzewa. Znajdujące się w kadzi mieszadła zacierają słód, powodując przedostanie się do wody związków enzymatycznych słodu i rozkład białek oraz skrobi. Kolejnym krokiem jest filtracja zacieru na kadziach filtracyjnych lub na filtrze zaciernym.
Sklarowany zacier, czyli tzw. brzeczka przednia, trafia do kotła warzelnego, w którym gotowana jest z dodatkiem chmielu, odpowiedzialnego za gorzkawy smak i charakterystyczny aromat produktu finalnego. Proces właściwego gotowania, czyli warzenia, trwa średnio od kilkudziesięciu minut do nieco ponad godziny. Następnie brzeczka wpada do ogromnej kadzi?whirpool, gdzie kręcąc się wokół, wytrąca osad, który opada na dno kadzi i zostaje oddzielony od brzeczki chmielowej. Gorąca brzeczka schładzana jest następnie w płytowym wymienniku ciepła. Kolejnym etapem jest dodanie do brzeczki drożdży piwowarskich w celu wytworzenia alkoholu i dwutlenku węgla. Fermentacja przeprowadzana jest w otwartych kadziach fermentacyjnych lub tankofermentorach, zwanych unitankami. Ze względu na to, że podczas fermentacji w kadziach piwo ma bezpośredni kontakt z powietrzem, istnieje ryzyko zakażenia piwa mikroorganizmami unoszącymi się w powietrzu. Dlatego też tak ważne jest odpowiednie schłodzenie pomieszczeń, w których przebiega fermentacja, oraz ? z uwagi na ilość powstającego dwutlenku węgla ? zadbanie o efektywny system wentylacji tych miejsc. Obecnie, zwłaszcza w dużych browarach, używane są cylindryczno-stożkowe tanki, które pozwalają na łatwiejsze usuwanie drożdży po procesie fermentacji. Po trwającym od kilku do kilkunastu dni procesie fermentacji młode piwo przekazywane jest do leżakowni, gdzie, leżakując w tankach leżakowych, powoli dojrzewa i nabiera odpowiedniego profilu aromatyczno-smakowego. Przed ostatecznym rozlaniem gotowego już piwa poddawane jest ono jeszcze jednej filtracji oraz pasteryzacji. Ostatecznie piwo trafia do tanków pośredniczących. W tankach tych trzymane jest do momentu, zanim wejdzie do działu rozlewni, gdzie znajdują się urządzenia zwane monoblokami, mające kształt wielkiego okręgu, do którego z jednej strony dochodzą puste butelki lub puszki, a z drugiej wychodzą butelki lub puszki napełnione piwem. Rozlewanie piwa w browarze odbywa się z ogromną prędkością i w całkowicie zamkniętych obiegach.
<—newpage—>Od pomiarów mętności do kontroli wizyjnej
Produkcja piwa wymaga ciągłego monitorowania wielu parametrów, takich jak np. mętność, temperatura, stężenie tlenu, przewodnictwo, ciśnienie czy pH.
Mętność jest mierzona najczęściej po zakończeniu etapu przebywania zacieru w kadzi filtracyjnej oraz po filtracji piwa. W kadzi dochodzi do wieloetapowego przekształcania i rozpuszczania skrobi i białek obecnych w słodzie, w konsekwencji czego powstaje faza płynna ? brzeczka oraz zużyte ziarno. W procesie filtrowania zacieru następuje oddzielenie tych substancji od brzeczki. Kiedy już mętność brzeczki osiągnie wystarczająco niski stopień, można przystąpić do kolejnych etapów produkcji piwa.
Kontrola mętności jest podstawą uzyskania piwa o odpowiednich walorach smakowych oraz ? ze względu na wyeliminowanie składników stałych ? przedłużenia jego okresu do spożycia.
Pomiarów mętności dokonuje się za pomocą czujników mętności. W przypadku mętnościomierzy wykorzystujących technologię RAMS (Reflection Absorption Multi-Switch ? wielozakresowy przełącznik odbicia absorbcji) stosuje się diody LED w celu pomiaru odbicia i absorbcji światła przez ciecze. Absorpcja promieniowania z bliskiej podczerwieni służy ustaleniu momentu, w którym następuje całkowite oddzielenie drożdży od piwa. Do identyfikacji piwa na liniach napełniających wykorzystywana jest absorbcja światła niebieskiego i światła z bliskiej podczerwieni.
Ważnym parametrem jest też temperatura, której dokładne pomiary mają istotne znaczenie dla całego procesu warzenia piwa. Zapewnienie odpowiedniej temperatury ma znaczący wpływ na niezawodność i powtarzalność przebiegu procesu zacierania, gotowania i chłodzenia brzeczki, fermentacji i przechowywania, jak również umożliwia optymalizację kosztów i uniknięcie nadmiernego oddawania ciepła. Jednym z rozwiązań stosowanych w branży browarniczej są termometry rezystancyjne RTD, wyposażone w czujniki o krótkim czasie odpowiedzi.
Znaczący wpływ na okres przydatności piwa do spożycia ma także obecność w nim tlenu, który ? wchodząc w reakcję z białkami i polifenolami obecnymi w trunku ? powoduje skrócenie okresu przydatności piwa do spożycia i negatywnie wpływa na jego smak i zapach.
Po zakończeniu procesu fermentacji piwo jest prawie całkowicie pozbawione tlenu. Monitorowanie tlenu rozpuszczonego i tlenu gazowego jest prowadzone na wszystkich etapach produkcji: począwszy od hodowli drożdży, poprzez ich użycie do fermentacji, na etapie leżakowania, a skończywszy na procesie filtrowania i napełniania. Dokładny pomiar tlenu oraz ciągła kontrola poziomu jego stężenia są możliwe dzięki zastosowaniu czujników tlenu, a zwłaszcza czujników optycznych, które ? w porównaniu z ich odpowiednikami amperometrycznymi ? charakteryzują się: krótszym czasem odpowiedzi czujnika na zmiany stężenia tlenu, trwalszą konstrukcją, większą stabilnością pracy czy mniejszym zakresem czynności konserwacyjnych koniecznych do wykonania. Poza tym optyczne czujniki są bardzo odporne na skokowe zmiany ciśnienia, szybkie zmiany temperatury oraz efekty związane z ustaniem przepływu. W takich sytuacjach amperometryczne czujniki tlenu rozpuszczonego mogą generować błędne alarmy. Ponadto czujniki optyczne nie zawierają elektrolitu i nie wymagają polaryzacji. Stosowanie w browarach optycznej technologii pomiaru staje się obecnie nowym standardem w pomiarach tlenu rozpuszczonego.
W procesie produkcji piwa ważne jest także monitorowanie stężenia rozpuszczonego dwutlenku, mającego wpływ na smak, wygląd i musowanie piwa. Na rynku systemów do pomiaru CO2 najczęściej można spotkać czujniki, w których wykorzystywane są dwie zasady pomiaru: ciśnienie/temperatura (p/T) oraz przewodnictwo cieplne (TC). Czujniki wykorzystujące ciśnienie i temperaturę zapewniają dokładne pomiary, jednak ? z uwagi na obecność ruchomych części służących do pobierania i odprowadzania próbki oraz jej rozprężania ? wymagają one przeprowadzania regularnych zabiegów konserwacyjnych. Jeśli zaś chodzi o czujniki oparte na przewodnictwie cieplnym, ich wielkim atutem jest brak ruchomych części. Wartość ciśnienia cząstkowego CO2 jest uzyskiwana przy pomocy mikroprocesorowego układu pomiarowego, który określa przewodnictwo cieplne dwutlenku węgla obecnego w komorze znajdującej się w czujniku.
Przy produkcji piwa wykorzystywane są również czujniki pH. Należy pamiętać o tym, że odpowiednia kwasowość zacieru wpływa bezpośrednio na ekstrakcję składników ze słodu, czas trwania procesu oraz skład brzeczki. Niezależnie od wstępnej kwasowości zacieru, zależnej od składu wody oraz słodu, jak również temperatury początkowej zacierania, proces powinien zakończyć się doprowadzeniem kwasowości czynnej zacieru do pH 5,2÷5,4 (odpowiada to pH 5,5÷5,8 w temperaturze 20°C).
W zakładach piwowarskich pomocnym narzędziem są też czujniki wizyjne, które mogą nie tylko weryfikować wiele cech charakterystycznych w trakcie jednej inspekcji, ale także jednocześnie wykonywać różne zadania, takie jak odczytywanie kodów, zliczanie krawędzi, porównywanie kontrastu, wzorców lub położenia. Doskonale sprawdzają się w kontroli jakości obejmującej kontrolę obecności etykiet na beczkach, poprawności tekstu na etykietach butelek oraz jakości opakowań sześciopaków.
Zautomatyzowane rozlewnie
W celu zwiększenia przepustowości stosuje się obecnie nowoczesne, w pełni zautomatyzowane linie do rozlewu piwa. Dzięki temu w ciągu godziny można napełnić kilkadziesiąt tysięcy butelek lub puszek. Zautomatyzowane linie rozlewania piwa są w stanie obsłużyć wszystkie procesy ? począwszy od kontroli rurociągu doprowadzającego piwo, przez odbiór używanych butelek, ich mycie, kontrolę i napełnianie, naklejanie etykiet, nadruk daty przydatności do spożycia oraz pakowanie. Wyposażony w kamery wizyjne inspektor kontrolujący napełnianie butelek automatycznie sprawdza wiele różnych cech, m.in.: wielkość, kolor, uszkodzenia szkła czy czystość. Jeśli butelka jest brudna, automatycznie zostaje odesłana do powtórnego mycia, natomiast w razie uszkodzenia natychmiast jest usuwana.
Oprogramowanie
Ważnym elementem wspomagającym zarządzanie produkcją w browarach jest oprogramowanie przemysłowe. Z uwagi na to, że linie produkcyjne stosowane w browarnictwie są zazwyczaj w dużej mierze zautomatyzowane, stanowią doskonałe źródło danych dla systemów informatycznych. Rozwiązania informatyczne umożliwiają wizualizację pracy maszyn (systemy klasy HMI/SCADA) oraz monitorowanie pracy linii rozlewniczej w czasie rzeczywistym. Dzięki temu można dokładnie wyliczać wskaźniki typu OEE i przedstawiać je na bieżąco operatorom lub kadrze zarządzającej w formie przejrzystych raportów. Co istotne, rozwiązania IT pozwalają zautomatyzować prowadzenie analiz jakości piwa podczas procesu filtracji (tzw. pomiary in-line) lub w pełni monitorować i śledzić produkcję w toku. W tym wypadku sprawdza się oprogramowanie klasy historian/MES z wydajnymi systemami raportowymi.
Zgodnie z koncepcją Przemysłu 4.0
Jak zauważa Urszula Bizoń-Żaba, dyrektor operacyjny w firmie COPA-DATA Polska, w browarnictwie, podobnie jak w innych branżach, pojawia się tematyka Industry 4.0, Smart Factory, big data. Coraz bardziej zaawansowane maszyny oraz systemy wspierające produkcję generują ogromną ilość danych, które trzeba przeanalizować, przedstawić w raportach oraz przechowywać. Im więcej maszyn, rodzajów piw w portfolio producenta oraz zakładów w danej grupie, tym większa liczba danych. Dochodzimy tu do zagadnienia chmury. Z pewnością w Polsce trudno jeszcze mówić o trendzie, natomiast można prognozować, że w najbliższych latach technologia przechowywania danych w chmurze stanie się bardziej popularna i będzie powszechnie stosowana również w zakładach browarniczych.
Według Andrzeja Justa, dyrektora marketingu i sprzedaży w firmie Mawos, prace w zakresie automatyzacji w świecie cyfrowym, zbliżającym się do epoki Industry 4.0, stają się coraz większym polem do popisu dla firm inżynierskich. Nieodzownym ogniwem nowoczesnych zakładów produkcyjnych są systemy, które pozwalają na automatyczne gromadzenie (i dalsze wielokierunkowe analizy) danych produkcyjnych oraz pełną integrację wszystkich elementów składowych procesu produkcyjnego. Opracowanie i wdrożenia takich systemów są naturalnymi etapami w drodze do funkcjonowania zakładów w świecie idei Industry 4.0.
Przygotowanie do wdrażania założeń Przemysłu 4.0 niesie także dalszy wzrost świadomości w zakresie możliwych zagrożeń bezpieczeństwa instalacji przemysłowych i konieczność jeszcze staranniejszego projektowania systemów pod względem cyberbezpieczeństwa. Niezwykle istotne stają się inwestycje w systemy i rozwiązania o bezpiecznej architekturze, a także wdrażanie odpowiednio przemyślanych polityk bezpieczeństwa. Trzeba sobie jednocześnie zdawać sprawę, że największe wyzwania związane z wdrożeniem idei Przemysłu 4.0 czekają kadrę zarządzającą. Aby doprowadzić do sukcesu, niezbędne jest wypracowanie konkretnej wizji rozwoju systemów, a następnie jej konsekwentna realizacja.
Na kwestie związane z bezpieczeństwem zwraca również uwagę Urszula Bizoń-Żaba, wyjaśniając, że branże, w których istnieje duża konkurencja, czego przykładem jest browarnictwo, stykają się często ze szpiegostwem przemysłowym. Być może w Polsce zjawisko to nie jest jeszcze tak powszechne jak za granicą, niemniej receptury są ściśle chronione, a producenci niechętnie ujawniają jakiekolwiek dane dotyczące stosowanych technologii. Z tego też względu firmy będące dostawcami usług, systemów czy maszyn dużą uwagę zwracają na kwestie bezpieczeństwa danych i systemów. Producenci oprogramowania oferują rozwiązania pozwalające na szyfrowanie danych w sieci, dostęp tylko dla zalogowanych użytkowników, certyfikaty bezpieczeństwa czy spełnienie szeregu standardów, pozwalające chronić użytkownika przed zagrożeniami wycieku danych, a także przed atakami hakerskimi.
Autorka: Agata Abramczyk jest dziennikarką, publicystką, autorką tekstów, pasjonatką nowoczesnych technologii, od wielu lat związaną z branżą dziennikarską i wydawniczą.
Tekst pochodzi z nr 2/2017 magazynu "Control Engineering". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
