【文章內(nèi)容簡介】 年世界主要啤酒生產(chǎn)國的啤酒總產(chǎn)量約 1635億公升。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的改善，我國啤酒工業(yè)得到了空前發(fā)展，啤酒產(chǎn)量在 1993年達(dá)到 1190萬噸，列美國之后成為世界第二， 2020年達(dá)到 2386萬噸， 2020年達(dá) 3500萬噸。截至2020年我國啤酒產(chǎn)量及消費(fèi)量已連續(xù) 4年保持世界 第一。目前我國仍是世界上啤酒市 9 場增長最快的地區(qū)之一，預(yù)計(jì)今后兩年還將保持 10％左右的增速。啤酒工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了非常重要的作用。 啤酒 是以優(yōu)質(zhì)麥芽和水為主要原料，酒花為香料和苦料，經(jīng)糖化與酵母發(fā)酵釀制而成的含有 CO2氣體和低度酒精的飲料酒。由于大麥麥芽具有優(yōu)良的釀造特性，所以逐漸取代了小麥、蕎麥等其他谷物而成為啤酒釀造的主要原料，其他谷物只是作為輔料使用。在我國為降低麥汁制備的成本心，還常常采用大米、玉米、糖等輔料。一個(gè)完整的啤酒生產(chǎn)過程可劃分為麥汁制備、發(fā)酵、啤酒處理、清酒、灌裝等工序，如圖 21所示。其他輔助工序還有麥芽的烘干、 CO2的回收、脫氧水制備、熱水制備、CIP、冷凍、空氣壓縮等等。 圖 21 啤酒工藝 各工序的主要功能如下： (1)麥汁制備：采用大麥、酒花、水及輔料進(jìn)行麥汁制備； (2)發(fā)酵過程：將制備好的麥汁進(jìn)行發(fā)酵，得到啤酒； (3)啤酒處理：對(duì)發(fā)酵成熟的啤酒進(jìn)行過濾、修飾、高濃度稀釋等處 理； (4)清酒：將過濾好的啤酒泵入清酒罐進(jìn)行低溫儲(chǔ)存，等待灌裝； (5)灌裝：將成品啤酒裝瓶 (罐 )，這是啤酒生產(chǎn)的最后一道工序； (6)C02回收：將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的 C02進(jìn)行回收，以備需要時(shí)進(jìn)行添加 和綜合利用； (7)CIP： CIP意為原位清洗 (Cleaning In Place)，又稱為現(xiàn)場清洗系統(tǒng)，用來對(duì)整個(gè)糖化、發(fā)酵過程的所有設(shè)備和管道進(jìn)行清洗，以保證整個(gè)啤酒生產(chǎn)過程的清潔無菌； (8)脫氧水制備：除去生產(chǎn)用水中的溶解氧，得到無氧 (或溶解氧很低 )、無菌的 生產(chǎn)用水； (9)冷凍：為整個(gè)啤酒廠提供物 料、中間產(chǎn)品、環(huán)境、設(shè)備冷卻、降溫及輔料 10 儲(chǔ)存所需的冷媒； (10)空氣壓縮：為整個(gè)啤酒廠提供物料輸送、設(shè)備驅(qū)動(dòng)所需的氣源。 其生產(chǎn)主流程為：在糖化車間制備好的麥汁經(jīng)冷卻、添加酵母后進(jìn)入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵成熟的啤酒經(jīng)過濾、修飾液添加、高濃度稀釋等處理環(huán)節(jié)后，去掉酒頭酒尾，進(jìn)入清酒罐，等待灌裝。 大麥?zhǔn)侵圃炱【频闹饕希谶M(jìn)入釀造過程之前，首先要將大麥在 5176。 C～ 6176。 C水中浸泡數(shù)日，后烘晾 5～ 10天，促其發(fā)芽。 糖化過程是麥汁制備和處理的過程，其主要目的是將原料中的非 水溶性物 質(zhì)轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)，特別是可發(fā)酵性糖，此為麥汁發(fā)酵生成啤酒的前提條件。啤酒糖化生產(chǎn)過程是啤酒生產(chǎn)的第一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)啤酒生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗等影響很大。糖化過程工藝指標(biāo)控制的好壞，對(duì)啤酒的穩(wěn)定性、 E1感、外觀會(huì)起到?jīng)Q定性的影響，整個(gè)糖化過程主要包括原料粉碎、糊化、糖化、過濾、煮沸、沉淀、冷卻等生產(chǎn)工序。 (1)原料粉碎 粉碎是對(duì)麥芽和大米進(jìn)行機(jī)械破碎的過程，粉碎設(shè)備主要由料倉、提升機(jī)、粉碎機(jī)等單元設(shè)備組成。粉碎方式主要有干法粉碎、濕法粉碎、回潮粉碎和錘式粉碎四種。干法粉碎是將儲(chǔ)存的麥芽、大米 等干粉碎物直接進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎；濕法粉碎是將麥芽、大米等浸泡 15～ 20分鐘后再進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎；回潮粉碎是介于干法粉碎與濕法粉碎之間的一種改良粉碎法。麥芽等粉碎物在進(jìn)入粉碎機(jī)之前，用50176。 C的蒸氣或水霧噴濕，使皮殼吸水后立即進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。不同的粉碎方式、不同的啤酒廠，其粉碎工藝各有不同。以典型的浸濕回潮粉碎過程為例，其操作流程可以簡單歸納為：由儲(chǔ)倉運(yùn)來的麥芽、大米等物料首先進(jìn)入分離篩，除去大塊的臟物，對(duì)干粉碎物進(jìn)行噴淋浸濕 (噴淋水稱為浸漬水 )，將麥芽、大米分別進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，同時(shí)用調(diào)釀造水 (調(diào) 漿水 )再度淋濕，形成麥芽漿、大米漿，用泵自鍋底將麥芽漿 、大米漿分別送入糖化鍋及糊化鍋。在粉碎系統(tǒng)中，除了實(shí)現(xiàn)料倉控制粉碎機(jī)控制、原料計(jì)量等一般測控要求以外，主要還包括浸漬水和調(diào)漿水的流量、溫度以及 PH值控制。 (2)糊化和糖化 酒精是啤酒的重要組成部分，它是由糖發(fā)酵而來。糊化和糖化可以簡單地理解為淀粉分解轉(zhuǎn)化為糖的過程。糊化：在熱水溶液中，水分子大量進(jìn)入淀粉分子中，淀粉顆粒膨脹、破裂，形成乳性的溶液，在這一膨脹過程中沒有發(fā)生物質(zhì)的分解。糖化：通過淀粉酶的作用，把已經(jīng)液化的淀粉分解成麥芽糖和糊精。糖化過程如圖22所示。在糖化過程中主要產(chǎn)生下列可被啤酒酵母發(fā)酵和不可發(fā)酵的淀粉分解產(chǎn) 11 物。 圖 22糖化過程 ①糊精：不可發(fā)酵； ②麥芽三糖：能被所有高發(fā)酵度酵母發(fā)酵。只有當(dāng)麥芽糖發(fā)酵完后，酵母才能分解它 (在后酵儲(chǔ)存時(shí)分解，所以稱為后發(fā)酵性糖 )； ③麥芽糖及其他雙糖：能被酵母又快又好的發(fā)酵，稱為主發(fā)酵性糖； ④葡萄糖：最先被酵母發(fā)酵，稱為起發(fā)酵性糖。為保證啤酒質(zhì)量，淀粉必須徹底分解成糖及糊精。這個(gè)過程也是麥汁制備中最重要的過程。由于浸出物主要是在糖化中通過酶的作用產(chǎn)生，為了使該過程能夠盡最大可能形成更多、更好的浸出物，酶必須工作在最佳溫度及 PH值范圍內(nèi)，使其充分發(fā)揮作用。麥汁中的各種糖分和糊精共同影響著啤酒的質(zhì)量，因此在糖化時(shí)必須注意影響淀粉分解的各種因素，這些因素主要有： ①糖化過程中的溫度： 62176。 C～ 63176。 C的糖化溫度，可以得到最大量的麥芽糖和最高的最終發(fā)酵度，不同的時(shí)間段糖化溫度各有不同，各階段的休止溫度是： 48176。 C50176。C蛋白質(zhì)休止、 62176。 C65176。 C麥芽糖形成休止、 70176。 C75176。 C糖化休止、 78176。 C并醪 (將原料不同或溫度不同的醪液混合 )糖化休止； ②糖化時(shí)間：隨著時(shí)間的延長，浸出物溶液的濃度、麥芽糖的含量、最終發(fā)酵度也在不斷的提高，但提高過程也將越來越慢； ③醪液的 PH值：醪液的 PH值在 5． 5～ 5． 6時(shí)，可提高浸出物的濃度，形成較多的可發(fā)酵性糖； ④醪液濃度：在稀醪中，更多的浸出物可以溶出，但 濃醪可以更好的保護(hù) 酶。 糖化 12 方法有兩大類：煮出糖化法和浸出糖化法。前者首先在糊化鍋中把大米漿按溫度曲線進(jìn)行糊化，再通過醪泵和糖化鍋中的麥芽漿混合，并且開始升溫糖化，然后將混合醪液的一部分分到糊化鍋加熱到沸點(diǎn)再與其余醪液混合，最后達(dá)到糖化終了溫度；后者是純粹利用酶的分解作用進(jìn)行糖化的方法，和煮 出法比較沒有分醪煮沸的步驟。 為使生產(chǎn)出的啤酒達(dá)到期望值，在糖化中需要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)： ①溫度控制 (滯后時(shí)間約為 lmin)； ②合理攪拌：進(jìn)行攪拌可以使麥芽和水充分混合，促進(jìn)酶反應(yīng)完全，但攪拌應(yīng)分階段進(jìn)行，并避免高速攪拌 ； ③醪液的 PH值； ④避免醪液吸氧； ⑤糊化鍋防溢控制等等。 其中，糊化與糖化的溫度控制是關(guān)鍵。一方面，這是一個(gè)生化反應(yīng)過程，溫度對(duì)麥汁產(chǎn)量和質(zhì)量的影響都非常大，各種分解酶都需要在各自特定的溫度下才能發(fā)揮其最佳作用；另一方面，這也是一個(gè)能耗很大的過程，如何在自動(dòng)運(yùn)行過程中盡可能降低能耗，也是衡量整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵。 (3)過濾 糖化過程結(jié)束后的醪液中含有水溶性物質(zhì)和非水溶性物質(zhì)。浸出物的水溶液叫“麥汁 ，非水溶性物質(zhì)叫“麥糟”，麥糟中主要含有麥皮、葉芽和其他物質(zhì)，這些物質(zhì)不溶子水。啤酒生產(chǎn)僅把麥汁作為 原料送到發(fā)酵環(huán)節(jié)進(jìn)行發(fā)酵，為達(dá)到目的，就必須盡最大可能使麥汁與麥糟分離，該分離過程叫做“過濾”。麥汁過濾有過濾槽過濾及過濾機(jī)過濾兩種方式，采用過濾槽方式過濾時(shí)，麥糟起著過濾介質(zhì)的作用；采用過濾機(jī)過濾時(shí)，麥糟則不作為過濾介質(zhì)。目前，我國的大多數(shù)廠家采用過濾槽方式過濾，整個(gè)過濾過程分為以下幾個(gè)步驟：預(yù)熱水、泵入醪液、靜置、混濁麥汁回流、頭道麥汁過濾、洗糟和洗糟麥汁過濾、排糟等等。 (4)煮沸 麥汁煮沸是一項(xiàng)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其主要目的是穩(wěn)定麥汁成分。麥汁煮沸主要作用有： ①酶的鈍化：破壞麥芽酶的活力，使其失去作用，主要是停止淀粉酶的作用，穩(wěn)定麥汁中可發(fā)酵性糖和糊精的比例，以保持麥汁組分和發(fā)酵的一致性。 ②麥汁滅菌：通過煮沸，消滅麥汁中存在的各種菌類，避免發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生麥汁敗壞，以保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。 ③蛋白質(zhì)變性與絮凝沉淀：煮沸過程中析出某些受熱變性及絮凝沉淀的蛋白質(zhì)，提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。 ④蒸發(fā)水分：蒸發(fā)麥汁中多余的水分，使麥汁濃縮到要求的濃度。 ⑤酒花成分的浸出：在煮沸過程中添加酒花，將其所含的成分浸出，賦予 啤酒獨(dú)特 13 的苦味和香味。 ⑥其他：包括降低麥汁的 PH值、提高麥汁 的色度及麥汁的抗氧化能力、蒸發(fā)出不良的揮發(fā)性成分等等。煮沸過程的控制主要包括： (a)蒸發(fā)強(qiáng)度的 (煮沸強(qiáng)度 )控制：也就是溫度的控制 (滯后時(shí)間約為 lmin)。煮沸的蒸發(fā)過程可以分為兩個(gè)階段：小蒸發(fā)階段和大蒸發(fā) 階段。小蒸發(fā)階段是指開蒸汽升溫到鍋內(nèi)溫度達(dá)到沸騰溫度為止的過程 大蒸發(fā)階段即從沸騰開始到煮沸結(jié)束關(guān)蒸汽的過程。在大蒸發(fā)階段中，需要根 據(jù)麥汁濃度控制蒸發(fā)強(qiáng)度以達(dá)到控制麥汁濃度的目的。 (b)補(bǔ)水溫度以及補(bǔ)水量的定量控制。 (c)煮沸鍋防溢控制。 (d)酒花及其它輔料添加控制等等。 (5)澄清、冷卻 煮沸結(jié)束時(shí)的麥汁 總是含有冷、熱凝固物，冷、熱凝固物對(duì)以后的啤酒釀造有不利的影響，會(huì)損壞啤酒質(zhì)量，所以必須將其除去。麥汁冷卻與凝固物的分離一般分兩步進(jìn)行： (a)麥汁預(yù)冷卻與熱凝固物的分離：降低麥汁溫度，促進(jìn)熱凝固物的沉淀并將其除去。 (b)麥汁冷卻和冷凝固物的析出和分離：預(yù)冷卻的麥汁通過激冷，最后達(dá)到發(fā)酵要求的溫度，同時(shí)析出凝固物，并將其排除。麥汁的冷卻在薄板冷卻器中進(jìn)行，通常用冰水作冷媒將熱麥汁從 95℃～ 98℃冷卻至 6176。 C～ 8176。 C的接種溫度。至此，整個(gè)糖化環(huán)節(jié)基本結(jié)束，生產(chǎn)出的麥汁泵入發(fā)酵罐轉(zhuǎn)入發(fā)酵環(huán)節(jié)。 發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中另一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，這個(gè)過程可以理解為把麥汁轉(zhuǎn)化為啤酒的過程，整個(gè)發(fā)酵過程同樣也包含若干道生產(chǎn)工序。例如：麥汁充氧、酵母添加、發(fā)酵、過濾、修飾以及酵母培養(yǎng)等等。 (1)麥汁充氧和酵母添加麥汁在泵入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵之前，麥汁中需要加入適量的酵母，整個(gè)發(fā)酵過程可以簡單的理解為酵母把麥汁中的糖類分解成 C2H50H、 H20及其它產(chǎn)物 的過程 酵母進(jìn)入麥汁以后，首先需要進(jìn)行繁殖。而酵母繁殖需要氧氣，為了酵母的繁殖，必須使酵母活化并進(jìn)入發(fā)酵階段，因此必須給酵母提供足夠的氧氣。在啤酒釀造過程中，麥汁充氧 是唯一的一次給酵母提供氧氣的機(jī)會(huì)。酵母會(huì)在幾小時(shí)內(nèi)消耗掉提供的氧氣，對(duì)麥汁質(zhì)量無損害。麥汁充氧和酵母添加可在同一設(shè)備中進(jìn)行，使酵母和氧氣均勻地加入和溶入麥汁之中。因此，這個(gè)過程我們需要在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)二者進(jìn)行量的控制。 (2)發(fā)酵 啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的微生物代謝過程，這是啤酒生產(chǎn)過程中耗時(shí)最長的一個(gè)環(huán)節(jié)。簡單的說啤酒發(fā)酵就是把糖化麥汁中的糖類分解成為 C2H5OH、 C02和 H20的過程，并釋放出大量的熱量。同時(shí)在發(fā)酵過程中還會(huì)產(chǎn)生種類繁多的中間代謝產(chǎn)物 (發(fā)酵副產(chǎn)物 )，雖然這些代謝產(chǎn)物的含量極少，但它們同酒花成份 一起對(duì)啤酒的質(zhì)量和口味起著決定性的影響。發(fā)酵副產(chǎn)物既可以使啤酒口味豐滿，也能對(duì)啤酒口味、發(fā)泡持性等產(chǎn)生不利的影響。通常發(fā)酵副產(chǎn)物可以分為兩類： (a)生青昧物質(zhì)。例如雙乙酰 (聯(lián) 14 二酮 )、醛、硫化物等，這些物質(zhì)賦予啤酒不純正、不成熟、不協(xié)調(diào)的口味和氣味。它們可以在發(fā)酵過程中通過生化途徑從啤酒中分離出去，這是啤酒后酵的目的。 (b)芳香物質(zhì)。例如高級(jí)醇、酯等，這些物質(zhì)主要決定啤酒的香味，在一定的濃度范圍內(nèi)，它們的存在是優(yōu)質(zhì)啤酒的前提條件。整個(gè)發(fā)酵過程可以分為主酵和后酵兩個(gè)階段： (a)主酵。這個(gè)階段又稱為前酵。麥汁接 種酵母進(jìn)入發(fā)酵罐幾小時(shí)以后逐漸開始主發(fā)酵，麥汁糖度下降，產(chǎn)生 C02，反應(yīng)熱的釋放使整個(gè)罐內(nèi)的溫度逐漸上升。經(jīng)過 2～ 3天后進(jìn)入發(fā)酵最為旺盛的高泡期，再過 23天，降糖速度變慢，糖度很低，酵母開始沉淀，進(jìn)行封罐發(fā)酵。此時(shí)，前酵基本結(jié)束，進(jìn)行降溫轉(zhuǎn)入后酵階段。普通啤酒在前酵時(shí)的溫度要求控制在 12176。 C左右，從前酵進(jìn)入后酵的降溫過程，其降溫速度一般控制在 176。 C／ h.(b)后酵。當(dāng)罐內(nèi)溫度從前酵的 12176。 C降到 817