啤酒發(fā)酵、糖化系統(tǒng)
啤酒發(fā)酵簡介
啤酒發(fā)酵過程是啤酒酵母在一定的條件下,利用麥汁中的可發(fā)酵性物質(zhì)而進(jìn)行的正常生命活動,其代謝的產(chǎn)物就是所要的產(chǎn)品--啤酒。由于酵母類型的不同,發(fā)酵的條件和產(chǎn)品要求、風(fēng)味不同,發(fā)酵的方式也不相同。根據(jù)酵母發(fā)酵類型不同可把啤酒分成上面發(fā)酵啤酒和下面發(fā)酵啤酒。一般可以把啤酒發(fā)酵技術(shù)分為傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)?,F(xiàn)代發(fā)酵主要有圓柱露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和高濃稀釋發(fā)酵等方式,目前主要采用圓柱露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵。
啤酒發(fā)酵技術(shù)
生產(chǎn)工藝流程:充氧冷麥汁→發(fā)酵→前發(fā)酵
解 釋:麥汁中的可發(fā)酵性物質(zhì)生命活動
啤 酒:代謝的產(chǎn)物就是所要的產(chǎn)品
目錄
.1 工藝流程
.2 發(fā)酵技術(shù)
.3 異常處理
.4 研發(fā)進(jìn)展
工藝流程
生產(chǎn)工藝流程:
充氧冷麥汁→發(fā)酵→前發(fā)酵→主發(fā)酵→后發(fā)酵→貯酒→鮮啤酒
菌種
發(fā)酵技術(shù)
現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)主要包括大容量發(fā)酵罐發(fā)酵法(其中主要是圓柱露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵法)、高濃糖化后稀釋發(fā)酵法、連續(xù)發(fā)酵法等。
?。ㄒ唬?錐形發(fā)酵罐發(fā)酵法
傳統(tǒng)啤酒是在正方形或長方形的發(fā)酵槽(或池)中進(jìn)行的,設(shè)備體積僅在5~30m,啤酒生產(chǎn)規(guī)模小,生產(chǎn)周期長。20世紀(jì)50年代以后,由于世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,啤酒生產(chǎn)規(guī)模大幅度提高,傳統(tǒng)的發(fā)酵設(shè)備以滿足不了生產(chǎn)的需要,大容量發(fā)酵設(shè)備受到重視。所謂大容量發(fā)酵罐是指發(fā)酵罐的容積與傳統(tǒng)發(fā)酵設(shè)備相比而言。大容量發(fā)酵罐有圓柱錐形發(fā)酵罐、朝日罐、通用罐和球形罐。圓柱錐形發(fā)酵罐是目前世界通用的發(fā)酵罐,該罐主體呈圓柱形,罐頂為圓弧狀,底部為圓錐形,具有相當(dāng)?shù)母叨龋ǜ叨却笥谥睆剑?,罐體設(shè)有冷卻和保溫裝置,為全封閉發(fā)酵罐。圓柱錐形發(fā)酵罐既適用于下面發(fā)酵,也適用于上面發(fā)酵,加工十分方便。德國釀造師發(fā)明的立式圓柱錐形發(fā)酵罐由于其諸多方面的優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展,逐步在全世界得到推廣和使用。我國自20世紀(jì)70年代中期,開始采用室外圓柱體錐形底發(fā)酵罐發(fā)酵法(簡稱錐形罐發(fā)酵法),目前國內(nèi)啤酒生產(chǎn)幾乎全部采用此發(fā)酵法。
1.錐形罐發(fā)酵法的特點(diǎn)
?。?)底部為錐形便于生產(chǎn)過程中隨時排放酵母,要求采用凝聚性酵母。
(2)罐本身具有冷卻裝置,便于發(fā)酵溫度的控制。生產(chǎn)容易控制,發(fā)酵周期縮短,染菌機(jī)會少,啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。
?。?)罐體外設(shè)有保溫裝置,可將罐體置于室外,減少建筑投資,節(jié)省占地面積,便于擴(kuò)建。
?。?)采用密閉罐,便于CO2洗滌和CO2回收,發(fā)酵也可在一定壓力下進(jìn)行。即可做發(fā)酵罐,也可做貯酒罐,也可將發(fā)酵和貯酒合二為一,稱為一罐發(fā)酵法。
(5)罐內(nèi)發(fā)酵液由于液體高度而產(chǎn)生CO2梯度(即形成密度梯度)。通過冷卻控制,可使發(fā)酵液進(jìn)行自然對流,罐體越高對流越強(qiáng)。由于強(qiáng)烈對流的存在,酵母發(fā)酵能力提高,發(fā)酵速度加快,發(fā)酵周期縮短。
(6)發(fā)酵罐可采用儀表或微機(jī)控制,操作、管理方便。
?。?)錐形罐既適用于下面發(fā)酵,也適用于上面發(fā)酵。
?。?)可采用CIP自動清洗裝置,清洗方便。
?。?)錐形罐加工方便(可在現(xiàn)場就地加工),實(shí)用性強(qiáng)。
?。?0)設(shè)備容量可根據(jù)生產(chǎn)需要靈活調(diào)整,容量可從20~600m不等,最高可達(dá)1500m。
2. 錐形罐工作原理與罐體結(jié)構(gòu)
(1)錐形發(fā)酵罐工作原理
錐形罐發(fā)酵法發(fā)酵周期短、發(fā)酵速度快的原因是由于錐形罐內(nèi)發(fā)酵液的流體力學(xué)特性和現(xiàn)代啤酒發(fā)酵技術(shù)采用的結(jié)果。
接種酵母后,由于酵母的凝聚作用,使得罐底部酵母的細(xì)胞密度增大,導(dǎo)致發(fā)酵速度加快,發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳量增多,同時由于發(fā)酵液的液柱高度產(chǎn)生的靜壓作用,也使二氧化碳含量隨液層變化呈梯度變化(見表4-3-1),因此罐內(nèi)發(fā)酵液的密度也呈現(xiàn)梯度變化,此外,由于錐形罐體外設(shè)有冷卻裝置,可以人為控制發(fā)酵各階段溫度。在靜壓差、發(fā)酵液密度差、二氧化碳的釋放作用以及罐上部降溫產(chǎn)生的溫差(1~2℃)這些推動力的作用下,罐內(nèi)發(fā)酵液產(chǎn)生了強(qiáng)烈的自然對流,增強(qiáng)了酵母與發(fā)酵液的接觸,促進(jìn)了酵母的代謝,使啤酒發(fā)酵速度大大加快,啤酒發(fā)酵周期顯著縮短。另外,由于提高了接種溫度、啤酒主發(fā)酵溫度、雙乙酰還原溫度和酵母接種量也利于加快酵母的發(fā)酵速度,從而使發(fā)酵能夠快速進(jìn)行。
?。?)錐形發(fā)酵罐基本結(jié)構(gòu)
①罐頂部分
罐頂為一圓拱形結(jié)構(gòu),中央開孔用于放置可拆卸的大直徑法蘭 <https://baike.baidu.com/item/%E6%B3%95%E5%85%B0>,以安裝CO2和CIP管道及其連接件,罐頂還安裝防真空閥、過壓閥和壓力傳感器等,罐內(nèi)側(cè)裝有洗滌裝置,也安裝有供罐頂操作的平臺和通道。
?、诠摅w部分
罐體為圓柱體,是罐的主體部分。發(fā)酵罐的高度取決于圓柱體的直徑與高度。由于罐直徑大耐壓低,一般錐形罐的直徑不超過6m。罐體的加工比罐頂要容易,罐體外部用于安裝冷卻裝置和保溫層,并留一定的位置安裝測溫、測壓元件。罐體部分的冷卻層有各種各樣的形式,如盤管、米勒 <https://baike.baidu.com/item/%E7%B1%B3%E5%8B%92>扳、夾套式,并分成2~3段,用管道引出與冷卻介質(zhì)進(jìn)管相連,冷卻層外覆以聚氨酯發(fā)泡塑料等保溫材料,保溫層外再包一層鋁合金或不銹鋼板,也有使用彩色鋼板作保護(hù)層。
?、蹐A錐底部分
圓錐底的夾角一般為60º~80º,也有90º~110º,但這多用于大容量的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐的圓錐底高度與夾角有關(guān),夾角越小錐底部分越高。一般罐的錐底高度占總高度的1/4左右,不要超過1/3。圓錐底的外壁應(yīng)設(shè)冷卻層,以冷卻錐底沉淀的酵母。錐底還應(yīng)安裝進(jìn)出管道、閥門、視鏡、測溫、測壓得傳感元件等。
此外,罐的直徑與高度比通常為1:2~1:4,總高度最好不要超過16m,以免引起強(qiáng)烈對流,影響酵母和凝固物的沉降。制罐材料可用不銹鋼或碳鋼,若使用碳鋼,罐內(nèi)壁必須涂以對啤酒口味沒有影響的且無毒的涂料。發(fā)酵罐工作壓力可根據(jù)罐的工作性質(zhì)確定,一般發(fā)酵罐的工作壓力控制在0.2~0.3MPa。罐內(nèi)壁必須光滑平整,不銹鋼罐內(nèi)壁要進(jìn)行拋光處理,碳鋼罐內(nèi)壁涂料要均勻,無凹凸面,無顆粒狀凸起。
?。?)錐形發(fā)酵罐主要尺寸的確定
?、購礁弑?錐形罐呈圓柱錐底形,圓筒體的直徑與高度之比為1:1~4。一般徑高比越大,發(fā)酵時自然對流越強(qiáng)烈,酵母發(fā)酵速度快,但酵母不容易沉降,啤酒澄清困難。一般直徑與麥汁液位總高度之比應(yīng)為1:2,直徑與柱形部分麥汁高度之比應(yīng)為1:1~1.5。
?、诠奕萘?罐容量越大,麥汁滿罐時間越長,發(fā)酵增殖次數(shù)多、時間長,會造成雙乙酰前驅(qū)物質(zhì)形成量增大,雙乙酰產(chǎn)生量大、還原時間長。此外,還會造成出酒、清洗、重新進(jìn)麥汁等非生產(chǎn)時間延長,且用冷高峰期峰值高,造成供冷緊張。由于二氧化碳的釋放和泡沫的產(chǎn)生,罐有效容積一般為罐總量的80%左右。
?、坼F角 一般在60°~90°之間, 常用60°~75°(不銹鋼罐常用錐角60°,內(nèi)有涂料的鋼罐錐角為75°),以利于酵母的沉降與分離。
?、芾鋮s夾套和冷卻面積 錐形發(fā)酵罐冷卻常采用間接冷卻。國內(nèi)一般采用半圓管、槽鋼、弧形管夾套,或米勒板氏夾套在低溫低壓(-3℃、0.03MPa)下用液態(tài)二次冷媒冷卻,國外多采用換熱片式(爆炸成型)一次性冷媒直接蒸發(fā)式冷卻。一次性冷酶(如液氨蒸發(fā)溫度為-3~-4℃)蒸發(fā)后的壓力為1.0MPa~1.2MPa,對夾套耐壓性要求較高。由于啤酒冰點(diǎn)溫度一般為-2.0~-2.7℃,為防止啤酒在罐內(nèi)局部結(jié)冰,冷媒溫度應(yīng)在-3℃左右。國內(nèi)常采用20%~30%的酒精水溶液,或20%丙二醇水溶液作為冷媒。
根據(jù)罐的容量不同,冷卻可采用二段式或三段式。冷卻面積根據(jù)罐體的材料而定,不銹鋼材料一般為0.35~0.4m/m發(fā)酵液,碳鋼罐為0.5~0.62m/m發(fā)酵液。錐底冷卻面積不宜過大,防止貯酒期啤酒的結(jié)冰。
?、莞魺釋雍头雷o(hù)層 絕熱層材料要求導(dǎo)熱系數(shù)小、體積質(zhì)量低、吸水少、不易燃等特性。常用絕熱材料有聚酰胺樹脂、自熄式聚苯乙烯塑料 <https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E8%8B%AF%E4%B9%99%E7%83%AF%E5%A1%91%E6%96%99>、聚氨基甲酸乙酯、膨脹珍珠巖粉和礦渣棉等。絕熱層厚度一般為150~200mm。外保護(hù)層一般采用0.7~1.5mm厚的鋁合金板、馬口鐵板或0.5~0.7mm的不銹鋼板,近來瓦楞型板比較受歡迎。
⑥罐體的耐壓 發(fā)酵產(chǎn)生一定的二氧化碳形成罐頂壓力(罐壓),應(yīng)設(shè)有二氧化碳調(diào)節(jié)閥,罐頂設(shè)有安全閥。當(dāng)二氧化碳排出、下酒速度過快、發(fā)酵罐洗滌時二氧化碳溶解等都會造成罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓,因此必須安裝真空閥。下酒前要用二氧化碳或壓縮空氣背壓,避免罐內(nèi)負(fù)壓的產(chǎn)生,造成發(fā)酵罐"癟罐"。
3.錐形罐發(fā)酵工藝
?。?)錐形罐發(fā)酵的組合形式
錐形罐發(fā)酵生產(chǎn)工藝組合形式有以下幾種:
?、侔l(fā)酵-貯酒式 此種方式,兩個罐要求不一樣,耐壓也不同,對于現(xiàn)代釀造來說,此方式意義不大。
②發(fā)酵-后處理式 即一個罐進(jìn)行發(fā)酵,另一個罐為后熟處理。對發(fā)酵罐而言,將可發(fā)酵性成分一次完成,基本不保留可發(fā)酵性成分,發(fā)酵產(chǎn)生的CO2全部回收并貯存?zhèn)溆?,然后轉(zhuǎn)入后處理罐進(jìn)行后熟處理。其過程為將發(fā)酵結(jié)束的發(fā)酵液經(jīng)離心分離,去除酵母和冷凝固物,再經(jīng)薄板換熱器冷卻到貯酒溫度,進(jìn)行1~2天的低溫貯存后開始過濾。
?、郯l(fā)酵-后調(diào)整式 即前一個發(fā)酵罐類似一罐法進(jìn)行發(fā)酵、貯酒,完成可發(fā)酵性成分的發(fā)酵,回收CO2、回收酵母,進(jìn)行CO2洗滌,經(jīng)適當(dāng)?shù)牡蜏刭A存后,在后調(diào)整罐內(nèi)對色澤、穩(wěn)定性、CO2含量等指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整,再經(jīng)適當(dāng)穩(wěn)定后即可開始過濾操作。
?。?)發(fā)酵主要工藝參數(shù)的確定
?、侔l(fā)酵周期
由產(chǎn)品類型、質(zhì)量要求、酵母性能、接種量、發(fā)酵溫度、季節(jié)等確定,一般12~24天。通常,夏季普通啤酒發(fā)酵周期較短,優(yōu)質(zhì)啤酒發(fā)酵周期較長,淡季發(fā)酵周期適當(dāng)延長。
?、诮湍附臃N量
一般根據(jù)酵母性能、代數(shù)、衰老情況、產(chǎn)品類型等決定。接種量大小由添加酵母后的酵母數(shù)確定。發(fā)酵開始時:10~20×10個/ml;發(fā)酵旺盛時:6~7×10個/ml;排酵母后:6~8×10個/ml;0℃左右貯酒時:1.5~3.5×10個/ml。
?、郯l(fā)酵最高溫度和雙乙酰還原溫度
啤酒旺盛發(fā)酵時的溫度稱為發(fā)酵最高溫度,一般啤酒發(fā)酵可分為三種類型:低溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵。低溫發(fā)酵:旺盛發(fā)酵溫度8℃左右;中溫發(fā)酵:旺盛發(fā)酵溫度10~12℃;高溫發(fā)酵:旺盛發(fā)酵溫度15~18℃。國內(nèi)一般發(fā)酵溫度為:9~12℃。雙乙酰還原溫度是指旺盛發(fā)酵結(jié)束后啤酒后熟階段(主要是消除雙乙酰)時的溫度,一般雙乙酰還原溫度等于或高于發(fā)酵溫度,這樣既能保證啤酒質(zhì)量又利于縮短發(fā)酵周期。發(fā)酵溫度提高,發(fā)酵周期縮短,但代謝副產(chǎn)物量增加將影響啤酒風(fēng)味且容易染菌;雙乙酰還原溫度增加,啤酒后熟時間縮短,但容易染菌又不利于酵母沉淀和啤酒澄清。溫度低,發(fā)酵周期延長。
?、芄迚?br />
根據(jù)產(chǎn)品類型、麥汁濃度、發(fā)酵溫度和酵母菌種等的不同確定。一般發(fā)酵時最高罐壓控制在0.07~0.08MPa。一般最高罐壓為發(fā)酵最高溫度值除以100(單位MPa)。采用帶壓發(fā)酵,可以抑制酵母的增殖,減少由于升溫所造成的代謝副產(chǎn)物過多的現(xiàn)象,防止產(chǎn)生過量的高級醇、酯類,同時有利于雙乙酰的還原,并可以保證酒中二氧化碳的含量。啤酒中CO2含量和罐壓、溫度的關(guān)系為:
CO2(%,m/m)=0.298+0.04p-0.008t
其中 p --罐壓(壓力表讀數(shù))(MPa)
t --啤酒品溫(℃)
?、轁M罐時間
從第一批麥汁進(jìn)罐到最后一批麥汁進(jìn)罐所需時間稱為滿罐時間。滿罐時間長,酵母增殖量大,產(chǎn)生代謝副產(chǎn)物α-乙酰乳酸多,雙乙酰峰值高,一般在12~24h,最好在20h以內(nèi)。
?、薨l(fā)酵度
可分為低發(fā)酵度、中發(fā)酵度、高發(fā)酵度和超高發(fā)酵度。對于淡色啤酒發(fā)酵度的劃分為:低發(fā)酵度啤酒,其真正發(fā)酵度48%~56%;中發(fā)酵度啤酒,其真正發(fā)酵度59%~63%;高發(fā)酵度啤酒,其真正發(fā)酵度65%以上,超高發(fā)酵度啤酒(干啤酒)其真正發(fā)酵度在75%以上。目前國內(nèi)比較流行發(fā)酵度較高的淡爽性啤酒。
(4)錐形發(fā)酵罐工藝要求
?、賾?yīng)有效的控制原料質(zhì)量和糖化效果,每批次麥汁組成應(yīng)均勻,如果各批麥汁組成相差太大,將會影響到酵母的繁殖與發(fā)酵。如10ºP麥汁成分要求為:濃度%(m/m)10±0.2,色度(EBC單位)5.0~8.0,pH5.4±0.2,α-氨基氮(mg/L)140~180。
②大罐的容量應(yīng)與每次糖化的冷麥汁量以及每天的糖化次數(shù)相適應(yīng),要求在16h內(nèi)裝滿一罐,最多不能超過24h,進(jìn)罐冷麥汁對熱凝固物要盡量去除,如能盡量分離冷凝固物則更好。
?、劾潲溨臏囟瓤刂埔紤]每次麥汁進(jìn)罐的時間間隔和滿罐的次數(shù),如果間隔時間長次數(shù)多,可以考慮逐批提高麥汁的溫度,也可以考慮前一、二批不加酵母,之后的幾批將全量酵母按一定比例加入,添加比例由小到大,但應(yīng)注意避免麥汁染菌。也有采用前幾批麥汁添加酵母,最后一批麥汁不加酵母的辦法。
?、芾潲溨芙庋醯目刂瓶梢愿鶕?jù)酵母添加量和酵母繁殖情況而定,一般要求每批冷麥汁應(yīng)按要求充氧,混合冷麥汁溶解氧不低于8mg/L。
?、菘刂瓢l(fā)酵溫度應(yīng)保持相對穩(wěn)定,避免忽高忽低。溫度控制以采用自動控制為好。
?、迲?yīng)盡量進(jìn)行CO2回收,以便于進(jìn)行CO2洗滌、補(bǔ)充酒中CO2和以CO2背壓等。
⑦發(fā)酵罐最好采用不銹鋼材料制作,以便于清洗和殺菌,當(dāng)使用碳鋼制作發(fā)酵罐時,應(yīng)保持涂料層的均勻與牢固,不能出現(xiàn)表面凹凸不平的現(xiàn)象,使用過程中涂料不能脫落。發(fā)酵罐要裝有高壓噴洗裝置,噴洗壓力應(yīng)控制在0.39~0.49MPa或更高。
?。?)操作步驟(一罐法發(fā)酵)
?、俳臃N 選擇已培養(yǎng)好的0代酵母或生產(chǎn)中發(fā)酵降糖正常,雙乙酰還原快、微生物指標(biāo)合格的發(fā)酵罐酵母作為種子,后者可采用罐-罐的方式進(jìn)行串種。接種量以滿罐后酵母數(shù)在(1.2~1.5)×10個/ml為準(zhǔn)。
②滿罐時間 正常情況下,要求滿罐時間不超過24h,擴(kuò)培時可根據(jù)啟發(fā)情況而定。滿罐后每隔1天排放一次冷凝固物,共排3次。
③主發(fā)酵 溫度10℃,普通酒10±0.5℃,優(yōu)質(zhì)酒9±0.5℃,旺季可以升高0.5℃。當(dāng)外觀糖度降至3.8%~4.2%時可封罐升壓。發(fā)酵罐壓力控制在0.10~0.15MPa。
?、茈p乙酰還原 主發(fā)酵結(jié)束后,關(guān)閉冷媒升溫至12℃進(jìn)行雙乙酰還原。雙乙酰含量降至0.10mg/L以下時,開始降溫。
?、萁禍?雙乙酰還原結(jié)束后降溫,24h內(nèi)使溫度由12℃降至5℃,停留1天進(jìn)行酵母回收。亦可在12℃發(fā)酵過程中回收酵母,以保證更多的高活性酵母。旺季或酵母不夠用時可在主發(fā)酵結(jié)束后直接回收酵母。
?、拶A酒 回收酵母后,錐形罐繼續(xù)降溫,24h內(nèi)使溫度降至-1℃~-1.5℃,并在此溫度下貯酒。貯酒時間:淡季7天以上,旺季3天以上。
4.酵母的回收
錐形罐發(fā)酵法酵母的回收方法不同于傳統(tǒng)發(fā)酵,主要區(qū)別有:回收時間不定,可以在啤酒降溫到6~7℃以后隨時排放酵母,而傳統(tǒng)發(fā)酵只能在發(fā)酵結(jié)束后才能進(jìn)行;回收的溫度不固定,可以在6~7℃下進(jìn)行,也可以在3~4℃或0~1℃下進(jìn)行;回收的次數(shù)不固定,錐形罐回收酵母可分幾次進(jìn)行,主要是根據(jù)實(shí)際需要多次進(jìn)行回收;回收的方式不同,一般采用酵母回收泵和計量裝置、加壓與充氧裝置,同時配備酵母罐且體積較大,可容納幾個罐回收的酵母(相同或相近代數(shù));貯存方式不同,錐形罐一般不進(jìn)行酵母洗滌,貯存溫度可以調(diào)節(jié),貯存條件較好。
一般情況下,發(fā)酵結(jié)束溫度降到6~7℃以下時應(yīng)及時回收酵母。若酵母回收不及時,錐底的酵母將很快出現(xiàn)"自溶"?;厥战湍盖板F底閥門要用75%(v/v)的酒精溶液棉球滅菌,回收或添加酵母的管路要定期用85℃的NaOH(俗稱火堿)溶液洗滌20分鐘;管路每次使用前先通85℃的熱水30分鐘、0.25%的消毒液(H2O2等)10分鐘;管路使用后,先用清水沖洗5分鐘,再用85℃熱水滅菌20分鐘。
酵母使用代數(shù)越多,厭氧菌的污染一般都會增加,酵母使用代數(shù)最好不要超過4代。對厭氧菌污染的酵母不要回收,最好做滅菌處理后再排放。
回收酵母時注意:要緩慢回收,防止酵母在壓力突然降低造成酵母細(xì)胞破裂,最好適當(dāng)備壓;要除去上、下層酵母,回收中層強(qiáng)壯酵母;酵母回收后貯存溫度2~4℃,貯存時間不要超過3天。
酵母泥回收后,要及時添加2~3倍的0.5~2.0℃的無菌水稀釋,經(jīng)80~100目的酵母篩過濾除去雜質(zhì),每天洗滌2~2.5次。
若回收酵母泥污染雜菌可以進(jìn)行酸洗:食用級磷酸,用無菌水稀釋至5%(m/m),加入回收的酵母泥中,調(diào)制pH2.2~2.5,攪拌均勻后靜置3h以上,傾去上層酸水即可投入使用。經(jīng)過酸洗后,可以殺滅99%以上的細(xì)菌。
酵母使用代數(shù):有人研究發(fā)現(xiàn),在同樣的條件下,2代酵母的發(fā)酵周期較長,但降糖、還原雙乙酰的能力較好;3代酵母在發(fā)酵周期、降糖、還原雙乙酰能力等方面最好,酵母活性最強(qiáng);4代酵母以后,發(fā)酵周期逐漸延長,酵母的降糖能力和雙乙酰還原能力也逐漸下降,產(chǎn)品質(zhì)量將變差。
如果麥汁的營養(yǎng)豐富(α-氨基氮含量高,大于180mg/L),回收酵母的活性高,而麥汁營養(yǎng)缺乏時,回收的酵母活性很差,對下一輪發(fā)酵和啤酒質(zhì)量有明顯影響。
回收酵母泥時用0.01%的美藍(lán)染色測定酵母死亡率,若死亡率超過10%就不能再使用,一般回收酵母死亡率應(yīng)在5%以下。
5.CO2的回收
CO2是啤酒生產(chǎn)的重要副產(chǎn)物,根據(jù)理論計算,每1kg麥芽糖發(fā)酵后可以產(chǎn)生0.514kg的CO2,,每1kg葡萄糖可以產(chǎn)生0.489kg的CO2,實(shí)際發(fā)酵時前1~2天的CO2不純,不能回收,CO2的實(shí)際回收率僅為理論值的45%~70%。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為,啤酒生產(chǎn)過程中每百升麥汁實(shí)際可以回收CO2約為2~2.2kg。
CO2回收和使用工藝流程為:
CO2收集→洗滌→壓縮→干燥→凈化→液化和貯存→氣化→使用
①收集CO2 發(fā)酵1天后,檢查排出CO2的純度為99%~99.5%以上,CO2的壓力為100~150kPa,經(jīng)過泡沫捕集器和水洗塔除去泡沫和微量酒精及發(fā)酵副產(chǎn)物,不斷送入橡皮氣囊,使CO2回收設(shè)備連續(xù)均衡運(yùn)轉(zhuǎn)。
?、谙礈?CO2進(jìn)入水洗塔逆流而上,水則由上噴淋而下。有些還配備高錳酸鉀洗滌器,能除去氣體中的有機(jī)雜質(zhì)。
?、蹓嚎s 水洗后的CO2氣體被無油潤滑CO2壓縮機(jī)2級壓縮。第1級壓縮到0.3MPa(表壓),冷凝到45℃;第2級壓縮到1.5~1.8MPa(表壓),冷凝到45℃。
?、芨稍?經(jīng)過2級壓縮后的CO2氣體(約1.8MPa),進(jìn)入1臺干燥器,器內(nèi)裝有硅膠或分子篩,可以去除CO2中的水蒸汽,防止結(jié)冰。也有把干燥放在凈化操作后。
⑤凈化 經(jīng)過干燥的CO2,再經(jīng)過1臺活性碳過濾器 <https://baike.baidu.com/item/%E6%B4%BB%E6%80%A7%E7%A2%B3%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8>凈化。器內(nèi)裝有活性炭,清除CO2氣體中的微細(xì)雜質(zhì)和異味。要求2臺并聯(lián),其中1臺再生備用,內(nèi)有電熱裝置,有的用蒸汽再生,要求應(yīng)在37h內(nèi)再生1次。
?、抟夯唾A存 CO2氣體被干燥和凈化后,通過列管式CO2凈化器。列管內(nèi)流動的CO2氣體冷凝到-15℃以下時,轉(zhuǎn)變成-27℃、1.5MPa的液體CO2,進(jìn)入貯罐,列管外流動的冷媒R22蒸發(fā)后吸入致冷機(jī)。
?、邭饣?液態(tài)CO2的貯罐壓力為1.45MPa(1.4~1.5之間),通過蒸汽加熱蒸發(fā)裝置,使液體CO2轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏wCO2,輸送到各個用氣電。
回收的CO2純度要大于99.8%(v/v),其中水的的最高含量為0.05%,油的最高含量為5mg/L,硫的最高含量為0.5mg/L,殘余氣體的最高含量為0.2%,將CO2溶于不能出現(xiàn)不愉快的味道和氣味。
6.錐形罐的清洗與消毒
在啤酒生產(chǎn)中,衛(wèi)生管理至關(guān)重要。生產(chǎn)環(huán)節(jié)中清洗和消毒殺菌不嚴(yán)格所帶來的直接后果是:輕度污染使啤酒口感差,保鮮期短,質(zhì)量低劣;嚴(yán)重污染可使啤酒酸敗和報廢。
(1)發(fā)酵大罐的微生物控制 啤酒發(fā)酵是純粹啤酒酵母發(fā)酵,發(fā)酵過程中的有害微生物的污染是通過麥汁冷卻操作、輸送管道、閥門、接種酵母、發(fā)酵空罐等途徑傳播的,而發(fā)酵空罐則是最大的污染源。因此,必須對啤酒發(fā)酵罐進(jìn)行洗滌及消毒殺菌。
?。?)殺菌劑的選擇 設(shè)備、方法、殺菌劑對大罐洗滌質(zhì)量起著決定作用,而選擇經(jīng)濟(jì)、高效、安全的消毒殺菌劑則是關(guān)鍵。我國大多數(shù)啤酒廠所采用的殺菌劑大致有CIO2、雙氧水、過氧乙酸、甲醛等,使用效果最好的是CIO2。
?。?)洗滌方法的選擇
?、偾逅?堿水-清水這種方法是比較原始的洗滌方法,目前在中小型啤酒廠中使用較多,雖然洗滌成本低,但不能充分殺死所有微生物,而且會對啤酒口感帶來影響。也有采用定期用甲醛洗滌殺菌,但并不安全。
②清水-堿水-清水-殺菌劑(CIO2、過氧乙酸、雙氧水) 一般認(rèn)為上述三種消毒劑最終分解產(chǎn)物無毒副作用,洗滌后不必沖洗。采用此種方法的廠家較多,其啤酒質(zhì)量特別是口感、保鮮期會比第一種方法提高一個檔次。
?、矍逅?堿水-清水-消毒劑-無菌水 有的廠家認(rèn)為這種方法對微生物控制比較安全,又可避免萬一消毒劑殘留而帶來的副作用,但如果無菌水細(xì)菌控制不合格也會帶來大罐重復(fù)污染。
?、芮逅?稀酸-清水-堿水-清水-殺菌劑-無菌水 此種方法被認(rèn)為是比較理想的洗滌方法。通過對長期使用的大罐內(nèi)壁的檢查,可發(fā)現(xiàn)粘附有由草酸鈣、磷酸鈣和有機(jī)物組成的啤酒石,先用稀酸(磷酸、硝酸、硫酸)除去啤酒石,再進(jìn)行洗滌和消毒殺菌,這樣會對啤酒質(zhì)量有利。
(4)其它因素對大罐洗滌的影響
?、貱IP系統(tǒng)的設(shè)計:特別是管道角度、洗滌罐的容量及分布、洗滌水的回收方法等,都會對洗滌殺菌產(chǎn)生影響。有些采用帶壓回收洗滌水,壓力過高會使洗滌水噴射產(chǎn)生阻力而影響洗滌效果。
?、谙礈炱鳎寒?dāng)前生產(chǎn)的洗滌器種類很多,應(yīng)選擇噴射角度完全,不容易堵塞的萬向洗滌器。定期拆開大罐頂蓋對洗滌器進(jìn)行檢查,以免洗滌器因異物而堵塞。
?、巯礈毂眉皦毫?如果泵的壓力過小,洗滌液噴射無力,也會在大罐內(nèi)壁留下死角,洗滌的壓力一般應(yīng)控制在0.25~0.4MPa。
?、艽蠊迌?nèi)壁:有的大罐內(nèi)壁采用環(huán)氧樹脂或T541涂料防腐,使用一段時間后會起泡或脫落,如果不及時檢查維修,就會在這些死角藏有細(xì)菌而污染啤酒。
?、菹礈鞎r間:只要方法正確,設(shè)備正常,一般清水沖洗每次15~20分鐘,堿洗時間20分鐘,殺菌時間20~30分鐘,總時間控制在90~100分鐘是比較理想的。
⑥微檢取樣方法:大罐洗滌完畢后放凈水,關(guān)閉底閥幾分鐘,然后再打開,用無菌試管或無菌三角瓶,在火焰上取樣作無菌平皿培養(yǎng)24小時或厭氧菌培養(yǎng)7天,取樣方法不正確或者培養(yǎng)不嚴(yán)格也會使微生物測定不準(zhǔn)確。
異常處理
1.發(fā)酵液"翻騰"現(xiàn)象(造成酒液澄清慢,過濾困難,質(zhì)量較差)
產(chǎn)生的原因:主要是由于冷卻夾套開啟不當(dāng),造成上部溫度與工藝曲線偏差1.5~4℃,罐中部溫度更高,引起發(fā)酵液強(qiáng)烈對流。另外,壓力不穩(wěn),急劇升降也會造成翻騰。
解決辦法:檢查儀表是否正常;嚴(yán)格控制冷卻溫度,避免上部酒液溫度過高;保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。
2.發(fā)酵罐結(jié)冰
當(dāng)罐的下部溫度與工藝曲線偏差2℃左右,會使貯酒期罐內(nèi)溫度達(dá)到啤酒的冰點(diǎn)(-1.8~2.3℃),可能導(dǎo)致冷卻帶附近結(jié)冰。
啤酒冰點(diǎn)溫度的經(jīng)驗(yàn)計算公式為:
G =-A×0.42+P×0.04+0.02
式中 A-啤酒中酒精含量m/m%
P-原麥汁濃度m/m%
G-冰點(diǎn)℃
結(jié)冰的原因:儀表失靈、溫度參數(shù)選擇不當(dāng)、熱電阻安裝位置深度不合適、儀表精度差、操作不當(dāng)?shù)取?br />
解決的辦法:檢查測溫元件及儀表誤差,特別要檢查鉑電阻是否泄漏,若泄漏應(yīng)烘烤后石蠟密封或更換;選擇恰當(dāng)?shù)臏y溫點(diǎn)位置和熱電阻插入深度;加強(qiáng)工藝管理、及時排放酵母;冷媒液溫度應(yīng)控制在-2.5~-4℃,不能采用-8℃的冷媒液。
3.酵母自溶
原因:當(dāng)罐下部溫度與中、下部溫度差1.5~5℃以上時,會造成酵母沉降困難和酵母自溶現(xiàn)象。罐底酵母泥溫度過高(16~18℃)、維持時間過長,也會造成酵母自溶,產(chǎn)生酵母味,有時會出現(xiàn)啤酒殺菌后混濁。
解決的辦法:檢查儀表是否正常;及時排放酵母泥;冷媒溫度保持-4℃,貯酒期上、中、下溫度保持在-1~1℃之間。
4.飲用啤酒后"上頭"現(xiàn)象
原因:一般啤酒中高級醇含量超過120mg/L,異丁醇超過10mg/L,異戊醇含量超過50mg/L時,就會造成飲用啤酒后的"上頭"現(xiàn)象。
解決辦法:選用高級醇產(chǎn)生量低的酵母菌種;適當(dāng)提高酵母添加量,減少酵母的增殖量,酵母細(xì)胞數(shù)以15×10個/ml為宜;控制12°P麥汁α-氨基氮含量在180±200mg/L左右;控制麥汁中溶解氧含量在8~10mg/L;控制好發(fā)酵溫度和罐壓。
5.雙乙酰還原困難
發(fā)酵結(jié)束后雙乙酰含量一直偏高達(dá)不到要求。
造成這種現(xiàn)象的原因有:麥汁中α-氨基氮含量偏低,代謝產(chǎn)生的α-乙酰乳酸多,造成雙乙酰峰值高,遲遲降不下來;采取高溫快速發(fā)酵,麥汁中可發(fā)酵性糖含量高,酵母增殖量大,利于雙乙酰的形成;主發(fā)酵后期酵母過早沉降,發(fā)酵液中懸浮的酵母數(shù)過少,雙乙酰還原能力差;使用的酵母衰老或酵母還原雙乙酰的能力差等。
解決辦法:控制麥汁中α-氨基氮含量(160~200mg/L),避免過高或過低;適當(dāng)提高酵母接種量和滿罐溫度,雙乙酰還原溫度適當(dāng)提高;發(fā)酵溫度不宜過高,升溫后采用加壓發(fā)酵抑制酵母的增殖;主發(fā)酵結(jié)束后,降溫幅度不宜太快;采用雙乙酰還原能力強(qiáng)的菌種;添加高泡酒,加快雙乙酰的還原;用CO2洗滌排除雙乙酰;降溫后與其他罐的酒合濾。
6.雙乙?;厣?br />
發(fā)酵結(jié)束后雙乙酰合格,經(jīng)過低溫貯酒或過濾以后,或經(jīng)過殺菌雙乙酰的含量增加的現(xiàn)象稱為雙乙?;厣?。
雙乙?;厣闹饕蛴校浩【浦须p乙酰前驅(qū)物質(zhì)殘留量高,濾酒后吸氧造成殺菌后雙乙酰超標(biāo)的回升現(xiàn)象;發(fā)酵后期染菌造成雙乙?;厣?;過濾后吸氧使酵母再繁殖產(chǎn)生α-乙酰乳酸,經(jīng)氧化后使雙乙酰含量增加。
解決辦法:過濾時盡可能減少氧的吸入;過濾后清酒不宜長時間存放,更不能再不滿罐的情況下放置過夜;清酒中添加抗氧化劑如抗壞血酸等或添加葡萄糖氧化酶 <https://baike.baidu.com/item/%E8%91%A1%E8%90%84%E7%B3%96%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%85%B6>消除酒中的溶解氧;灌裝機(jī)要用二氧化碳背壓;灌酒時用清酒或脫氧水引沫,以保證完全排除瓶頸空氣,避免啤酒吸氧。
7.發(fā)酵中止現(xiàn)象
發(fā)酵液發(fā)酵中止即所謂的"不降糖"。
造成這種現(xiàn)象的原因有:麥芽汁營養(yǎng)不夠,低聚糖含量過高,α-氨基氮不足,酸度過高或過低;酵母凝聚性強(qiáng),造成早期絮凝沉淀;酵母退化,發(fā)生突變導(dǎo)致不降糖;酵母自發(fā)突變,產(chǎn)生呼吸缺陷型酵母所致。
解決辦法:如果是由酵母凝聚性強(qiáng),造成早期絮凝沉淀所致??梢酝ㄟ^增加麥汁通風(fēng)量,調(diào)整發(fā)酵溫度,待糖度降到接近最終發(fā)酵度時再降溫以延長高溫期。但會改進(jìn)酵母的凝聚性能,最好采用分離凝聚性較弱的酵母菌株解決這一現(xiàn)象。如果是因酵母退化,發(fā)生突變導(dǎo)致不降糖所致??梢圆捎酶鼡Q新的酵母菌種來解決。如果是由酵母自發(fā)突變,產(chǎn)生呼吸缺陷型酵母所致??梢詮脑N重新擴(kuò)培或更換菌種。此外,在麥芽汁制備過程中,要加強(qiáng)蛋白質(zhì)的水解,適當(dāng)降低蛋白質(zhì)分解溫度,并延長蛋白質(zhì)分解時間;糖化時要適當(dāng)調(diào)整糖化溫度,加強(qiáng)低溫段的水解,保證足夠的糖化時間,并調(diào)整好醪液的PH值。
四、其它啤酒發(fā)酵技術(shù)
(一)純生啤酒釀造技術(shù)
純生啤酒是經(jīng)過嚴(yán)格無菌處理(非熱殺菌),確保酒液內(nèi)沒有任何活體酵母或其他微生物,保質(zhì)期達(dá)六個月到一年,又稱為冷殺菌啤酒。純生啤酒是近幾十年逐步發(fā)展起來的一種啤酒新產(chǎn)品,其追求的目標(biāo)是啤酒口感的新鮮、純正和爽口。由于冷殺菌技術(shù)的不斷完善,使純生啤酒的產(chǎn)量日益增加,成為啤酒行業(yè)市場競爭的一個熱點(diǎn)之一。可以預(yù)計我國今后幾年內(nèi)純生啤酒將會在啤酒銷售市場占據(jù)重要地位。
純生啤酒的質(zhì)量要求:具有"熟啤酒"相同的生物穩(wěn)定性和非生物穩(wěn)定性;較長時間內(nèi)保持啤酒的新鮮程度(風(fēng)味穩(wěn)定性);具有較好的香味和口味、以及良好的酒體外觀和泡沫性能;符合規(guī)定的理化指標(biāo)要求。即純生啤酒除了不采用熱殺菌外,其他質(zhì)量要求與熟啤酒相同。
純生啤酒生產(chǎn)中存在的主要問題:由于未經(jīng)熱殺菌,啤酒中蛋白酶A的活性仍然存在,對啤酒的泡沫影響較大,造成啤酒泡沫的泡持性較差。
純生啤酒的衡量標(biāo)準(zhǔn):測定啤酒中蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。一般經(jīng)過巴氏殺菌或瞬間殺菌的啤酒蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性被破壞,測定有無蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性可以判斷是否為純生啤酒。
1.純生啤酒生產(chǎn)方式:
純生啤酒生產(chǎn)必須做到整個生產(chǎn)過程無菌或得到控制,最后進(jìn)入到無菌過濾組合系統(tǒng)進(jìn)行無菌過濾。包括復(fù)式深層無菌過濾系統(tǒng)和膜式無菌過濾系統(tǒng)。經(jīng)過無菌過濾后,要求能基本除去酵母及其它所有微生物營養(yǎng)細(xì)胞(無菌過濾LRV≥7),確保純生啤酒的生物穩(wěn)定性。
?。?)微生物抑制法 向酒液中添加無機(jī)抑制劑或有機(jī)抑制劑(防腐劑),通過抑制微生物繁殖與代謝避免啤酒變質(zhì)。常用消毒劑有苯甲酸那、山梨酸、曲酸、霉克、乳酸鏈菌肽等。
?。?)紫外殺菌法 以紫外線殺滅微生物控制啤酒中少量的微生物。由于紫外線殺菌效果不太理想,且可能對啤酒口味有影響,目前未被采用。
?。?)無菌過濾法 這種方法是目前常用的冷殺菌法,經(jīng)硅藻土過濾機(jī) <https://baike.baidu.com/item/%E7%A1%85%E8%97%BB%E5%9C%9F%E8%BF%87%E6%BB%A4%E6%9C%BA>和精濾機(jī)過濾后的啤酒,進(jìn)入無菌過濾組合系統(tǒng)進(jìn)行無菌過濾。包括復(fù)式深層無菌過濾系統(tǒng)和膜式無菌過濾系統(tǒng)。經(jīng)過無菌過濾后,要求能基本除去酵母及其它所有微生物營養(yǎng)細(xì)胞(無菌過濾LRV≥7),才能確保純生啤酒的生物穩(wěn)定性。
2.純生啤酒生產(chǎn)基本要求:
?。?)純種釀造的關(guān)鍵-啤酒酵母 純生啤酒的生產(chǎn)是純種釀造和有效控制后期污染的有機(jī)地結(jié)合。任何雜菌的存在都會影響啤酒的質(zhì)量。
?。?)選擇良好的酒基 經(jīng)過發(fā)酵、后熟的啤酒,應(yīng)具有良好的質(zhì)量(包括風(fēng)味、泡沫、非生物穩(wěn)定性和滿足理化指標(biāo)要求)。生產(chǎn)中應(yīng)認(rèn)真做到:把好原料關(guān)、選好菌種、嚴(yán)格生產(chǎn)工藝與操作。
(3)保證有可靠的無菌生產(chǎn)條件 純生啤酒生產(chǎn)就是在生產(chǎn)過程中有效控制雜菌的結(jié)果,而不是通過各種手段處理的結(jié)果。生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制雜菌是純生啤酒生產(chǎn)的關(guān)鍵,無菌過濾和無菌灌裝則是生產(chǎn)的輔助手段。因此,啤酒整個生產(chǎn)全過程要盡量做到?jīng)]有或基本沒有雜菌污染,才能保證純生啤酒的質(zhì)量和減少后期處理的工作負(fù)荷量。
?。?)在前道工序嚴(yán)格控制微生物污染的基礎(chǔ)上,生產(chǎn)純生啤酒進(jìn)行的無菌過濾要滿足以下要求:無菌過濾的有效性,對任何微生物除去率要達(dá)到要求,并且不會影響啤酒的口味、泡沫等質(zhì)量要求;選用合理的無菌過濾組合,一般要求應(yīng)按深層過濾-表面過濾-膜過濾的順序進(jìn)行組合,其孔徑選擇為:深層過濾1~3微米、表面過濾0.8~1微米、膜過濾0.45~0.65微米。應(yīng)配置兩組過濾組合,以保證正常生產(chǎn);具有獨(dú)立的CIP和膜再生系統(tǒng) <https://baike.baidu.com/item/%E5%86%8D%E7%94%9F%E7%B3%BB%E7%BB%9F>;
(5)純生啤酒包裝時,要有以下基本要求:包裝容器清洗系統(tǒng) <https://baike.baidu.com/item/%E6%B8%85%E6%B4%97%E7%B3%BB%E7%BB%9F>(含瓶、易拉罐、生啤酒桶)應(yīng)保證清潔、無菌;對灌裝車間,灌裝機(jī)可以放在一個密閉的無菌房間內(nèi),室內(nèi)空氣要進(jìn)行有效的過濾,室內(nèi)對室外保持正壓,約0.03~0.05kPa;對輸送啤酒瓶的輸送鏈,在未灌裝啤酒、密封以前的部分應(yīng)使用帶有消毒作用的鏈潤滑劑,同時在灌裝機(jī)前的部分輸送鏈應(yīng)有不斷清洗裝置,確保整個輸送鏈的衛(wèi)生;生啤酒灌裝線的洗瓶機(jī),應(yīng)采用單端進(jìn)出,防止進(jìn)瓶端的污瓶污染出瓶端的潔凈瓶;洗凈的啤酒瓶在輸送到灌裝機(jī)的過程中,要有密閉的防護(hù)罩,避免灰塵、飛蟲等的污染。
3.純生啤酒生產(chǎn)過程中的微生物管理
?。?)釀造無菌水的制備
處理過程:
深井水→軟化處理→砂濾器→活性碳過濾器→顆粒捕集過濾器→預(yù)過濾器→除菌過濾器
對于硬度大的水應(yīng)先進(jìn)行軟化處理,并去除大顆粒雜質(zhì)后再進(jìn)行膜過濾處理。水除菌過濾器使用前要用蒸汽進(jìn)行殺菌,生產(chǎn)用水的水網(wǎng)應(yīng)定期進(jìn)行清洗和消毒。無菌水微生物控制指標(biāo):細(xì)菌總數(shù)≤10個/100ml,酵母菌0個/100ml,厭氧菌0個/100ml。
?。?)無菌空氣的制備
無菌空氣用于冷麥汁充氧和酵母擴(kuò)培,無菌空氣過濾處理不當(dāng),會對純生啤酒生產(chǎn)中的微生物控制帶來影響,必須加強(qiáng)無菌空氣過濾系統(tǒng)的管理。無菌空氣的制備流程如下:
壓縮空氣→除油、水和雜?!A(yù)過濾器→除菌過濾器→重點(diǎn)工位除菌分過濾器→無菌空氣
無菌空氣微生物控制指標(biāo):細(xì)菌總數(shù)≤3個/10分鐘,酵母菌0個/10分鐘,厭氧菌0個/10分鐘。
?。?)無菌CO2的制備
啤酒釀造過程中清酒CO2的添加、脫氧水的制備、清酒罐背壓等階段均需使用CO2。在純生啤酒生產(chǎn)中也要對CO2進(jìn)行無菌處理,CO2的回收管路也要定期進(jìn)行CIP清洗,氣體除菌過濾器每次使用前要進(jìn)行蒸汽消毒處理。無菌CO2的制備流程如下:
CO2液化貯罐→加熱氣化→預(yù)過濾器→除菌過濾器→分氣點(diǎn)除菌過濾器→無菌CO2 無菌CO2微生物控制指標(biāo):細(xì)菌總數(shù)≤3個/10分鐘,酵母菌0個/10分鐘,厭氧菌0個/10分鐘。
?。?)消毒用蒸汽的處理
處理的目的是為了除去蒸汽帶入的顆粒,防止除菌濾芯的破壞或堵塞,延長濾芯的使用壽命。蒸汽過濾一般采用不銹鋼材質(zhì)、過濾精度在1.0μm的微孔過濾芯。
(5)過濾操作中的微生物控制
?、俦苊獍l(fā)酵液污染雜菌是純生啤酒生產(chǎn)的基礎(chǔ)。
?、谶^濾前對酒輸送管路、緩沖罐、過濾機(jī)、硅藻土(或珍珠巖)添加罐、清酒罐進(jìn)行CIP清洗。
?、圻^濾系統(tǒng)及清酒罐的取樣閥要定期拆洗,每次操作前進(jìn)行嚴(yán)格清洗。
?、芑顒訌濐^、管連接、軟管、取樣閥、工具等不使用時要浸泡在消毒液中。
?、莨柙逋撂砑娱g要獨(dú)立分隔,并安裝紫外燈定期殺菌。
?、廾看尾僮骱笠?.1%的熱酸清洗,每周對過濾系統(tǒng)用2.0%的熱堿進(jìn)行清洗。
⑦清酒要求:
濁度<0.5EBC單位;β-葡聚糖<150mg/L;碘還原反應(yīng)<0.5。細(xì)菌總數(shù)≤50個/100ml,酵母菌0個/100ml,厭氧菌0個/100ml。
(6)清酒的無菌過濾
由安裝在灌裝壓蓋機(jī)前的0.45μm的膜過濾機(jī)進(jìn)行無菌過濾,膜過濾機(jī)要有高靈敏度的膜完整性檢測系統(tǒng)。膜過濾機(jī)用的冷、熱水,要經(jīng)過20μm預(yù)過濾處理大顆粒后,再供膜過濾機(jī)使用。
?。?)無菌灌裝
①灌裝間應(yīng)達(dá)到30萬級的潔凈要求,潔凈室的設(shè)計、建造以及衛(wèi)生消毒可以參考醫(yī)藥行業(yè)的GMP標(biāo)準(zhǔn)。
②潔凈室工作人員要穿潔凈服,人數(shù)在4人以內(nèi)。避免人員頻繁進(jìn)出,人員進(jìn)出時要進(jìn)行嚴(yán)格消毒。
?、奂兩【朴闷【破繎?yīng)采用衛(wèi)生條件好的新瓶(如薄膜包裝的托板瓶);采用適合純生啤酒使用的無菌瓶蓋,瓶蓋貯藏斗應(yīng)安裝紫外燈消毒。
?、芟雌繖C(jī)的末道洗水改用熱水對瓶子進(jìn)行沖洗,洗瓶機(jī)出口端至潔凈室入口的輸瓶系統(tǒng)要安裝隔離罩和紫外燈,并且要對出口端熱消毒1個小時;要使用含有抑菌成分的鏈條潤滑劑和具有抗水、耐酸堿的軟化劑,對輸送鏈板、接水板、護(hù)瓶欄、玻璃罩、鏈條底架部位等要進(jìn)行消毒。
?、莨嘌b壓蓋機(jī)使用前要對設(shè)備表面,入瓶、出瓶處進(jìn)行清潔,提前打開紫外燈進(jìn)行空氣消毒。每月定期對灌裝壓蓋機(jī)進(jìn)行酸洗,預(yù)防機(jī)內(nèi)結(jié)垢。
4.純生啤酒的生產(chǎn)過程要確??煽康臒o菌條件
嚴(yán)格來說,"純生啤酒的生產(chǎn)是在生產(chǎn)過程中有效控制雜菌污染的結(jié)果,而不是通過各種手段處理的結(jié)果",因而不能單純依靠終端的過濾和相應(yīng)的其他處理。也就是說,在純生啤酒的生產(chǎn)過程中,最為重要的是必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程的雜菌污染,最后的無菌過濾和無菌灌裝只是輔助手段,依此來保證并提高純生啤酒的質(zhì)量。為此,要求在啤酒生產(chǎn)的全過程盡量做到?jīng)]有或基本沒有雜菌污染。用四平金士百啤酒集團(tuán)的一句話說,生產(chǎn)純生啤酒,關(guān)鍵是打造一個純生環(huán)境。為了確保純生啤酒質(zhì)量和降低后期無菌過濾、無菌包裝的工作負(fù)荷,要求雜菌應(yīng)小于10個/ml。
?。?)啤酒生產(chǎn)過程中雜菌污染的類型:
①一次污染和二次污染:
一次污染是指啤酒生產(chǎn)過程中,從可以被污染的時候開始發(fā)生的微生物接觸污染,這種污染危害較大。二次污染是指啤酒經(jīng)過無菌處理后再次發(fā)生的接觸污染,主要發(fā)生在清酒和包裝過程。二次污染是生產(chǎn)純生啤酒必須嚴(yán)格控制的內(nèi)容。
②交叉污染和累積污染:
交叉污染是指由于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工具、添加酵母以及其他共用的設(shè)施被雜菌污染,消毒滅菌不夠所引發(fā)的相互污染。其中,以酵母的污染危害較大。
累積污染是指在啤酒生產(chǎn)過程中,各個工序不斷發(fā)生污染,造成污染程度的累加。這種污染的情況量為嚴(yán)重,對啤酒質(zhì)量的危害性最大。
③直接污染和間接污染:
直接污染是指與產(chǎn)品直接接觸的原輔材料、添加劑、設(shè)備、管道和氣源、水源等含有雜菌對產(chǎn)品發(fā)生的污染;間接污染是指污染了與產(chǎn)品直接接觸的物品而受到的污染,如人體、環(huán)境等。
(2)生產(chǎn)純生啤酒,還應(yīng)做好以下幾方面的工作:
①首先要做好與產(chǎn)品直接接觸的氣源、水源和其他物料的無菌過濾和消毒滅菌工作,防止產(chǎn)品的直接污染和一次污染。
?、谄浯螌溠恐苽?、啤酒發(fā)酵、無菌過濾和包裝等生產(chǎn)過程,要分別配置相應(yīng)的CIP和SIP系統(tǒng),盡量做到不共用。
?、凵a(chǎn)所使用的容器、管道、閥門等的內(nèi)壁要經(jīng)拋光處理。內(nèi)壁拋光后的Ra應(yīng)不低于0.8微米,盡可能達(dá)到0.5微米。
?、苷麄€啤酒生產(chǎn)過程要在密閉的、帶正壓的條件下進(jìn)行,并得到良好的CIP洗滌和有效的SIP消毒滅菌。
?、萜【浦破诽幱诶錉顟B(tài)下所使用的各種原料、材料、制劑,包括添加酵母,都應(yīng)嚴(yán)格控制無菌條件,確保不發(fā)生雜菌的污染。
⑥要完善微生物檢測手段,確定相應(yīng)的微生物檢測點(diǎn)和檢測制度,使用先進(jìn)的檢測方法和檢測儀器,全程進(jìn)行有效的微生物監(jiān)測,確保無菌生產(chǎn)的條件。
?。ǘ┬←溒【频纳a(chǎn)技術(shù)
小麥啤酒是以小麥芽為主要原料,使用部分麥芽、輔料(大米等),添加酒花,采用上面發(fā)酵工藝釀制成的特殊類型的啤酒,其特點(diǎn)是口味清爽、柔和,酒精含量較高,泡沫性能好,類似于國外的白啤酒或上面發(fā)酵啤酒。
1.小麥啤酒的生產(chǎn)形式
小麥啤酒生產(chǎn)形式有以下三種:
?。?)上面發(fā)酵型 屬于傳統(tǒng)的愛爾(Ale)啤酒生產(chǎn)方法,用小麥芽、麥芽為原料,按一定的糖化工藝制成麥汁,在較高的溫度下接種上面酵母進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后用撇沫法回收酵母,經(jīng)適當(dāng)時間的后熟及貯酒制成,具有愛爾啤酒典型的風(fēng)味。
(2)混合發(fā)酵型 其糖化操作與上面發(fā)酵型相同,但同時使用兩種酵母(上面酵母和下面酵母)進(jìn)行發(fā)酵,不過酵母添加的時間不同,即先使用較高的溫度和用上面酵母進(jìn)行發(fā)酵,達(dá)到一定的發(fā)酵度后,按上面發(fā)酵的方式回收酵母,然后轉(zhuǎn)入貯酒罐。在貯酒罐添加下面酵母進(jìn)行發(fā)酵,經(jīng)過適當(dāng)時間的后熟處理即可。
?。?)階段發(fā)酵型 類似于混合發(fā)酵型,即以小麥芽、麥芽制成的麥汁在較高的溫度下添加上面酵母進(jìn)行上面發(fā)酵,待發(fā)酵結(jié)束后用酵母離心分離機(jī)分離掉上面酵母,再經(jīng)瞬間殺菌除去上面酵母并迅速冷卻到下面酵母發(fā)酵溫度,同時添加上述麥汁和下面酵母進(jìn)行第二次發(fā)酵,經(jīng)后熟處理。國外白啤酒主要采用以上方法生產(chǎn)。
2.小麥芽的選擇
一般選擇蛋白質(zhì)含量低、色度和粘度較低的小麥制成小麥芽。
?。?)小麥芽的溶解度一般低于大麥芽,粗細(xì)粉浸出物差值偏高,庫爾巴哈值 <https://baike.baidu.com/item/%E5%BA%93%E5%B0%94%E5%B7%B4%E5%93%88%E5%80%BC>偏低,蛋白質(zhì)的溶解不足,糖化時應(yīng)加強(qiáng)對蛋白質(zhì)的分解。
?。?)小麥芽沒有粗糙的皮殼,其無水浸出率比大麥芽高約5%。
(3)小麥芽中花色苷的含量較低,洗糟水溫可以提高到80℃(洗糟水先進(jìn)行酸化處理)。
?。?)小麥芽糖蛋白含量較高,釀制出的啤酒泡沫性能好,泡沫豐富持久。
?。?)小麥芽由于細(xì)胞溶解不足,小麥芽中β-葡聚糖等半纖維素的含量高,制成的麥汁粘度高,易造成麥芽汁過濾困難,糖化時應(yīng)添加適量的?葡聚糖酶 <https://baike.baidu.com/item/%CE%B2-%E8%91%A1%E8%81%9A%E7%B3%96%E9%85%B6>、戊聚糖酶以降低麥汁粘度,加快過濾的進(jìn)行。
(6)小麥芽中蛋白質(zhì)含量較高,會造成麥汁過濾困難和啤酒的非生物穩(wěn)定性較差,應(yīng)盡量選用蛋白質(zhì)含量較低的小麥品種制備小麥芽。
?。?)麥芽汁過濾盡量采用麥汁壓濾機(jī)。
?。?)傳統(tǒng)的小麥啤酒具有明顯的酯香味和酸味,而采用下面酵母低溫發(fā)酵釀制出的小麥啤酒風(fēng)味變化不大。
?。?)小麥啤酒濾酒前添加硅膠可以提高啤酒的澄清度,使啤酒易于過濾。
4.工藝要求
(1)加強(qiáng)糖化階段蛋白質(zhì)的分解 小麥芽的含氮量高與大麥芽,且小麥芽的溶解度低于大麥芽,粉狀粒的比例稍低(80%多),庫爾巴哈值不到40%,必須加強(qiáng)蛋白質(zhì)的分解。
?。?)小麥啤酒的濁度較高,麥汁煮沸時可以添加麥汁澄清劑(卡拉膠),添加量為20~30mg/100L麥汁,以提高麥汁清亮度,加快麥汁過濾。
?。?)加強(qiáng)麥汁煮沸,煮沸強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到9~10%,煮沸pH為5.2~5.4。還可以添加適量的CaCl2,有利于蛋白質(zhì)的絮凝沉淀。
?。?)采用低溫發(fā)酵工藝,升壓后及時排放酵母,減少酵母自溶,進(jìn)入貯酒期每2天左右排放一次酵母。0℃以下貯酒時間適當(dāng)長些,以利于蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-多酚物質(zhì)的西出。
?。?)濾酒時添加蛋白酶如酶清或木瓜蛋白酶等進(jìn)一步分解蛋白質(zhì),添加量應(yīng)根據(jù)小試確定。添加過量會使啤酒口味淡薄,泡沫性能變差,同時也會造成啤酒混濁(因其本身也是蛋白質(zhì))。
(6)過濾前對發(fā)酵液快速降溫,使發(fā)酵液溫度達(dá)到-1℃以下,促進(jìn)蛋白質(zhì)的析出。
?。?)過濾前也可以添加適量的食用單寧 <https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%95%E5%AE%81>沉淀蛋白質(zhì),添加量一般為20mg/100L啤酒左右,有利于防止啤酒混濁,避免啤酒過濾困難。
?。ㄈ┑痛肌o醇啤酒的生產(chǎn)技術(shù)
低醇啤酒是指酒精體積分?jǐn)?shù)值低于正常啤酒的特種啤酒,如無醇啤酒、低熱量啤酒等。無醇啤酒是指經(jīng)正常啤酒生產(chǎn)過程但啤酒的酒精體積分?jǐn)?shù)低于0.5%的特種啤酒。無醇啤酒因其酒精含量很低,故非常適于社交場合飲用,也適于一些不宜飲酒的人群,如女士、司機(jī)、運(yùn)動員、少年、兒童、酒精過敏者等消費(fèi)人群。據(jù)了解,最早由瑞士 <https://baike.baidu.com/item/%E7%91%9E%E5%A3%AB>推出的無醇啤酒,在美、德、英、日等國家已經(jīng)相繼生產(chǎn),并已經(jīng)有了很大的發(fā)展。國內(nèi)燕京等啤酒生產(chǎn)企業(yè)已開始采用低溫真空蒸餾技術(shù)生產(chǎn)無醇啤酒。
低醇啤酒的生產(chǎn)關(guān)鍵在于要求酒精含量低但啤酒特有風(fēng)味不能少,其他質(zhì)量特征也要保證。
低醇啤酒的生產(chǎn)工藝大致上可以分為兩類:
一類是通過控制啤酒發(fā)酵過程中酒精產(chǎn)生量處在所要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),如路氏酵母法,巴氏專利法,高溫糖化法等。目前可以使用經(jīng)過誘導(dǎo)變異的酵母生產(chǎn)無醇啤酒,其能在發(fā)酵過程中還原酒精(轉(zhuǎn)變?yōu)轷セ蛴袡C(jī)酸等)或基本不產(chǎn)生酒精,能使麥汁正常發(fā)酵,無不良風(fēng)味及有害成分產(chǎn)生,發(fā)酵成熟的啤酒中酒精體積分?jǐn)?shù)≤0.5%。
另一類是將正常發(fā)酵的啤酒中的酒精通過各種手段去除以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求,如減壓蒸發(fā)法,反滲透法,透析法等。
酒精去除法的優(yōu)點(diǎn)是:
(1)去除的酒精量可以隨意控制,可以生產(chǎn)無醇啤酒。
(2)糖化發(fā)酵工藝無需變化,只須進(jìn)行發(fā)酵后處理。
酒精去除法的缺點(diǎn)是:
(1)需要投入大量的資金購置酒精去除設(shè)備。
(2)需要額外的處理費(fèi)用和時間。
(3)處理過程中啤酒風(fēng)味物質(zhì)會被損失。
(4)處理不當(dāng)易造成二次污染。
限制發(fā)酵法的優(yōu)點(diǎn)是:
(1)無須額外的設(shè)備投資。
(2)生產(chǎn)工藝簡單,成本低。
(3)風(fēng)味損失少。
限制發(fā)酵法的缺點(diǎn)是:
(1)糖化或發(fā)酵工藝發(fā)生變化且工藝控制要求高。
(2)控制不當(dāng)會影響啤酒口味和穩(wěn)定性。
目前,兩類生產(chǎn)工藝都有使用,采用限制發(fā)酵法生產(chǎn)低醇啤酒更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用,采用低溫真空蒸餾法生產(chǎn)成本較高,而膜技術(shù)的應(yīng)用為高效、節(jié)能、環(huán)保的無醇啤酒生產(chǎn)開辟新的途徑。
1.限制發(fā)酵法生產(chǎn)低醇啤酒的方法簡介:
(1) 稀釋法
將正常濃度的麥汁稀釋到較低的濃度進(jìn)行發(fā)酵,也可以將正常的麥汁發(fā)酵后稀釋到所要求的濃度以生產(chǎn)低醇啤酒,這種方法的缺點(diǎn)是:如果稀釋倍數(shù)過低,啤酒中的酒精含量達(dá)不到要求值。稀釋倍數(shù)過高,啤酒風(fēng)味物質(zhì)同時也被稀釋掉,造成啤酒口味淡薄。
(2)低溫浸出糖化法
麥芽粉碎后用低于60℃的熱水浸泡,由于麥芽中的淀粉在此條件下不會被糊化而分解,也就不會產(chǎn)生可發(fā)酵的糖份,浸出液中僅含有少量的麥芽中帶來的糖份。將經(jīng)過這種糖化方法處理的麥汁進(jìn)行發(fā)酵可產(chǎn)生較低含量的酒精。
(3)終止發(fā)酵法
當(dāng)啤酒發(fā)酵到所要求的酒精含量時快速降溫,同時將酵母從發(fā)酵液中分離出來,使發(fā)酵停止。這種工藝生產(chǎn)的啤酒帶有甜味,雙乙酰還原難以徹底。
(4)巴氏專利法
此工藝將高濃發(fā)酵和低濃發(fā)酵法巧妙地結(jié)合起來,既克服了低濃發(fā)酵法生產(chǎn)的低醇啤酒口味淡薄的缺點(diǎn),也克服了高濃發(fā)酵法酒精含量偏高的缺點(diǎn)。此法生產(chǎn)的低醇啤酒風(fēng)味較好,生產(chǎn)工藝簡單易控制。用此工藝可以生產(chǎn)酒精含量從0.9%~2.4%的低醇啤酒。
(5)廢麥糟法
將糖化廢麥糟再進(jìn)行浸泡,加酸分解和蒸煮等處理,生產(chǎn)較低濃度的麥汁,為保證麥汁應(yīng)有的香味,也可以添加40%~60%低溫浸出法生產(chǎn)的麥汁。這種麥汁發(fā)酵產(chǎn)生較低的酒精含量。此工藝的缺點(diǎn)是操作煩瑣。
(6)路氏酵母法
采用專門的路氏酵母對正常麥汁進(jìn)行發(fā)酵,由于這種酵母只能發(fā)酵麥汁中占總糖含量15%左右的果糖,葡萄糖和蔗糖,而不能發(fā)酵麥芽糖,因此只能產(chǎn)生少量酒精。但缺點(diǎn)是這種工藝生產(chǎn)的低醇啤酒由于含有大量的麥芽糖,啤酒帶有甜味,而且生物穩(wěn)定性較差。
(7)高溫糖化法
通過采用較高的糖化溫度,跳過β-淀粉酶分解淀粉的過程以避免產(chǎn)生大量的麥芽糖,但又使液化徹底以防過多的糊精殘留而影響啤酒穩(wěn)定性。用此工藝生產(chǎn)的麥汁在發(fā)酵過程中酵母只能發(fā)酵正常情況25%~30%的糖份,完全可以控制酒精含量在1.5%以下。此工藝的關(guān)鍵在糖化的精確控制上。確當(dāng)?shù)奶腔に嚳刂仆耆梢员WC啤酒既有合適的發(fā)酵度,又有較好的啤酒風(fēng)味和穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是糖化操作要求較高。
(8)固定化酵母發(fā)酵法
利用特定酵母固定化到一定載體上,麥汁在5~20h內(nèi)緩慢流過固定化的酵母柱,通過低溫和調(diào)節(jié)流速準(zhǔn)確監(jiān)控和調(diào)節(jié)酒精的形成以生產(chǎn)符合要求的無醇啤酒。在控制酒精形成的同時,發(fā)酵副產(chǎn)物和口味物質(zhì)仍然能產(chǎn)生,生產(chǎn)的無醇啤酒可以達(dá)到質(zhì)量要求,同時酒損低,環(huán)保,具有良好的開發(fā)潛力。
2.酒精去除法無醇啤酒方法簡介
(1)低溫真空蒸發(fā)(蒸餾)法
該方法是以減壓蒸發(fā)或蒸餾法將正常發(fā)酵好的啤酒中的乙醇蒸發(fā),補(bǔ)加適量水分達(dá)到無醇啤酒質(zhì)量要求;也可將酒精蒸發(fā)或蒸餾后,再用一定量的含有低酒精度的啤酒與其混合,使混合后的啤酒風(fēng)味接近正常啤酒。
該法要求在低壓(4~20kPa絕對壓力)、低溫(30~55℃)下進(jìn)行蒸餾,使酒精體積分?jǐn)?shù)將至0.5%以下。采用的方法有真空蒸餾法、真空蒸發(fā)法和真空離心蒸發(fā)法。其中蒸發(fā)法使用效果較好。
(2)膜分離法
膜分離法是使啤酒流過由有機(jī)或無機(jī)材料制成的膜而達(dá)到除醇的目的。常用的方法有反滲透法、滲析法。
反滲透法除醇分三個階段:濃縮、二次過濾和補(bǔ)充。濃縮階段:每百升啤酒經(jīng)過膜過濾產(chǎn)生2.2L滲出液,殘余啤酒的酒精含量和濃度升高。二次過濾階段:用完全除鹽水補(bǔ)充啤酒中焙分離的滲出液,直到濃縮液中達(dá)到要求的酒精含量為止。補(bǔ)充階段:濃縮液用水補(bǔ)充至原來的啤酒量,酒精含量也降到0.5%以下,同時還需給啤酒補(bǔ)充CO2,因?yàn)橥ㄟ^反滲透和補(bǔ)充水,啤酒中CO2含量很低。
滲析法的膜由薄壁空心纖維制成,其孔徑很小,啤酒中的酒精通過膜向膜的另一邊滲透,而啤酒中的大分子物質(zhì)被截留下來。隨著滲析過程的進(jìn)行,滲出液中酒精含量逐步增加,啤酒中的酒精含量逐步減少。當(dāng)滲出液中酒精用連續(xù)真空蒸餾法緩慢去除時,啤酒中的酒精酒能達(dá)到要求。
研發(fā)進(jìn)展
可以看到整個釀造過程的啤酒樹
英國倫敦的設(shè)計師Freddie Paul發(fā)現(xiàn)制造釀造啤酒的設(shè)備看起來不是那么容易。于是,F(xiàn)reddie Paul在倫敦南岸大學(xué)設(shè)計了一款被稱為“啤酒樹”的重力釀造設(shè)備,新的啤酒釀造設(shè)備依靠重力自動完成,它能讓愛好者流線型的釀造過程。
“啤酒樹”設(shè)備適合想要釀造屬于自己的釀造啤酒,但是又覺得整個過程過于繁雜的愛好者。但研發(fā)者目前為止還沒有計劃將這件設(shè)計投入生產(chǎn)。
“啤酒樹”設(shè)備的組成有:可以移動的容器、可拆卸式軟管、以及將啤酒引入三合板基座的不銹鋼導(dǎo)管。
“啤酒樹”的釀造過程也符合特定的風(fēng)格,從上到下的布局讓啤酒釀造從開始到結(jié)束的整個過程、在不同容器間來回穿梭的啤酒,可以讓人們欣賞啤酒釀造的進(jìn)展情況。
“啤酒樹”在釀造成果方面,在十天左右大約能釀造十公升啤酒,其中包括四小時的釀造、十天的發(fā)酵、一天的冷卻以及幾天在瓶中調(diào)節(jié)味道的時間。