啤酒高浓度发酵工艺综述摘要本文较全面地论述了高浓度啤酒酿造新技术的应用及可行性和风险性,并就其中的技术难点给予剖析和提供解决办法。
关键词啤酒,发酵,麦芽汁,麦芽浆70 年代美国、加拿大等国啤酒厂推出了“高浓度发酵,后稀释工艺”,即制备高浓度麦汁进行发酵,啤酒成熟后,在过滤前用经处理的饱充CO2 的脱氧无菌水稀释成正常浓度的成品啤酒。
在随后的二十多年里,在世界范围内高浓度啤酒发酵已逐渐被引进啤酒厂。
今天,在北美,更多的啤酒厂是采用高浓度发酵方法而非传统发酵方法。
高浓酿造一般是指15°P 以上的麦汁,经发酵后再稀释成(10～12) °P 的啤酒[1 ] [3 ] 。
1 啤酒高浓度发酵的优缺点1.1 优点1.1.1 在不需要增加现有的糖化、发酵、贮存等设备条件下能够提高产量、提高设备的利用率。
1.1.2 热能、冷量显著降低、生产成本降低[1 ] 。
1.1.3可提高啤酒非生物稳定性和风味稳定性。
1.1.1 提高单位可发酵性浸出物的酒精产率,并使啤酒爽口[3 ] 。
112 缺点11211 降低了糖化室中原料的利用率和酒花添加量。
11212 降低了泡持性和风味调配性能。
11213 降低了酵母的生存性能和活力。
11214 酸洗时有难预测的畸变反应发生[4 ] 。
2 高浓度酿造的两个技术难点211 稀释水直接作为成品啤酒的一部分而加入到高浓度啤酒中,故而对水质的要求特别高。
212 稀释过程中,要严格按照啤酒的浓度变化而作相应的调节,否则产品的质量将无法保证。
第13 卷第4 期1999 年12 月山东轻工业学院学报JOURNAL OF SHANDONG INSTITUTE OF L IGHT INDUSTRYVol. 13 No. 4Dec. 1999© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3 高浓度发酵的工艺流程青岛啤酒集团公司于1995 年2 月至3 月,试制了15°P 麦汁发酵后稀释为11°P 的啤酒,其工艺流程如附图[1 ] :麦芽大米粉碎糖化150°P 麦汁冷却↑↑繁殖↓倒罐充O2 添加酵母主发酵排酵母↑↑双乙酰还原降温倒罐↓↓后贮↓过滤CO2↓降温倒罐排酵母酿造水脱O2 冷却f CO2稀释水11°P 清酒包装11°P 成品啤酒硅胶附图工艺流程图4 高浓度麦芽汁的制备411 大麦糖浆的组成浓度:70°BXDE 值:75 %极限发酵度:70 %总可溶性氮: ≥600 mg/ 100 g 浸出物α- 氨基氮≥110 mg/ 100 g 浸出物色度:释成12°BX ,8 EBC[6 ]412 生产方法41211 增加了醪液中物料的比例,进行所谓“浓醪糖化”。
41212 减少稀释麦汁进入煮沸锅的数量,维持较高浓度麦汁煮沸。
41213 添加可溶性可发酵性浸出物,如糖、糖浆等。
413 提高发酵醪浓度的最新研究41311 提高在麦汁中淀粉水解酶的活性通过加入特定的胞外酶制品,从而来增加发酵醪的糖度,工艺中常使用的酶有:a1 啤酒酿造复合酶b1 耐高温α—淀粉酶,β—淀粉酶c1 无锡酶制剂厂生产的中性蛋白酶这些酶制剂可用在发酵麦汁中,在料水比为1∶2 时,可获得较高的萃取率,但这些酶制剂的萃取率又各不相同,这可能是部分由于这些制剂中淀粉浓度各不相同,但也可能是由于它们对糖终产物的抑制作用的敏感性不同。
但只要通过仔细选取,便可制得浓度有显著提高的发酵液。
41312 高浓度麦芽汁的特殊生产第4 期杜秋峰:啤酒高浓度发酵工艺综述43© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 此法包含麦芽被粉碎成特定尺寸和从最初的发酵温度连续不断的升温方式来制得热麦浆。
作为用于啤酒生产的麦汁要依次通过谷物碾磨粉碎、麦汁过滤、添加啤酒花后再进行麦汁煮沸等工艺过程来制备。
这种制麦汁过程会大大提高速度并可得到更多的浸出物。
过程如下:在粉碎机中麦芽颗粒被粉至13～300μm 的尺寸,其碰撞速率在100～300 m/ s ;制得的麦汁从发酵温度开始要连续不断地进行加热升温直至糖化结束为止。
轻度干燥麦芽与焙焦麦芽(比率1∶1) 再被焙至40 ℃后送入粉碎机,控制麦粒碰撞速度100 m/ s ,这样其碾磨粒径均处于13. 13～13. 50μm 之间,这种混合麦芽后的制麦麦汁以1 ℃/ min 连续从47 ℃升温到72 ℃,30分钟后,其浸出物可达74. 4 % ,麦芽浓度达63. 3 % ,α- 氨基氮也将达206 mg/ 100g 麦汁。
优点:和普通流程相比,这种首创的生产过程被使用后,其浸出物将增加4 %;制浆时间缩减1. 8 倍[9 ] 。
41313 生产啤酒用浓缩麦芽糖浆的制造方法与传统啤酒工艺中的糖化相比,用该发明生产的浓缩麦芽糖浆,可大大提高设备的利用率,大量减少能耗,可以常温贮存运输,因而为饭店小量生产和家庭自制啤酒创造了条件。
5 高浓度麦汁的发酵511 关键性的几个问题51111 因麦汁浓度提高,麦汁溶氧水平降低、若通入纯氧可提高其含氧量,见表1表1 不同麦汁通入空气和纯氧后饱和含氧水平麦汁浓度(°P) 12 14 16 18 20 22 24 26通入空气9. 3 8. 6 8. 1 7. 8 7. 5 7. 1 6. 9 6. 4通入纯氧33. 2 32. 4 31. 8 30. 5 29. 3 27. 8 26. 0 24. 7故在高浓酿造中两次用纯氧通风,可提高发酵度,增加细胞密度。
在低温发酵时同样如此[5 ] 。
51112 酵母接种量和α—氨基氮含量一般控制接种浓度为1. 5 ×107～3. 0 ×107 个/ ml 。
在正常麦汁中每克浸出物有α—氨基氮1. 5～2. 0mg ,它的减少会使有害副产物增加,便啤酒质量下降。
51113 稀释度的控制a1 稀释度= 高浓酿造原浓—成品啤酒原浓成品啤酒原浓×100 %b1 稀释的最佳阶段:在主发酵阶段为宜c1 最佳稀释度:以不超过20 %～25 %为最好512 高浓发酵新技术51211 利用新万能固定化生物反应器系统在啤酒连续发酵主酵阶段利用此技术是十分可行而有利的,这也是固定化酵母的一个具体应用[9 ] 。
51212 利用Ale 和Lager 酵母菌株进行发酵44 山东轻工业学院学报第13 卷© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 该项研究做了Ale 和Lager 酵母菌株在15°P 和20°P 浓度下的发酵表现,在EBC 高位罐中进行四次连续发酵,于每两次发酵中间回收酵母和酸洗。
Lager 菌株可忍受非常浓的发酵醪液的压迫;在未考虑发酵醪类型的情况下试验了Ale 菌株在20°P 浓度的发酵醪中的表现:活力有所提高,胞内海藻糖和啤酒风味域值也大为改善。
这为众多啤酒厂努力追求更浓的发酵液的成功发酵奠定了坚实的基础[8 ] 。
6 稀释用水及定比混合611 稀释用水的处理要求61111 应用软水,水质清亮透明,无杂气味。
61112 要求无菌61113 溶氧含量低,国际上要求小于0. 05 ppm 或更低,但至少应小于0. 1 ppm。
61114 较低的残余碱度,否则在稀释时会发生pH 变化的问题。
61115 应有与被稀释酒一致或十分接近的温度。
61116 应有与被稀释酒一致或十分接近的CO2 含量。
61117 不应该有游离氯或氯酚。
612 高浓度稀释问题高浓度稀释的关键是水质处理,要先脱氧并确定水中的含氧量,蒸去轻馏分中的Aldox 气体,然后将水用巴氏消毒灭菌。
为保证成品啤酒的质量,稀释后必须有一定的恢复平衡时间,以免出现勾兑不均的现象[8 ] 。
613 定比混合啤酒与水的计算以确定的比例混合,其瞬间流量与累计总量是固定不变的。
现在较先进的啤酒厂采用由两台高精度流量计,过程控制微机和自控阀组成的系统自动操作。
7 对成品啤酒的评价高浓度发酵酿制的啤酒在品质上不亚于传统啤酒,在色泽、浊度及双乙酰含量方面甚至优于传统发酵啤酒,但一般讲其风味不如传统啤酒醇厚[2 ] 。
8 高浓啤酒发酵的前景及新进展近年来,高浓度发酵已成为啤酒酿造的一个发展趋势,因为高浓发酵能在利用原有设备的基础之上,无须增加太大的投资即可增加可观的产量,且质量也能更好地控制一致,生产也能向大型化或小型化两极发展。
酿造师还从饮料中得到启示,即同一种酒基可生产出一系列浓度各异。
风味不同的产品,国外已有各种修饰剂商品,而我国目前尚处在研究开发阶段。
第4 期杜秋峰:啤酒高浓度发酵工艺综述45© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 参考文献1 张云瑞. 简明啤酒工艺学. 济南:山东大学出版社,1997. 8 (291 - 301)2 Wackerbauer , K. High gravity brewing - possibities ,limits and risks.Brawelt ,1996 ,136 (49/ 50) :2374 - 23793 Stewart C G,Bothwick R ,Bryce J etcal. Recent developments in high gravity brewing. Technical Quarterly ,Master Brewers , Association of the Americas ,1997 ,34 (1) :264 - 2704 Mnller Robert ,Canterranne. Activity of amylo - lytic enzymes in the thick mashes. J Am Soc Brew chem. ( Eng. ) ,1994 ,52 (2) : 56 - 615 顾国贤. 酿造酒工艺学. 北京:中国轻工业出版社,1996. 126 张志强. 啤酒酿造技术概要. 北京:中国轻工业出版社,1995. 57 王凤琴. 高浓稀释啤酒生产工艺实践. 酿酒科技,1997 , (3)8 Bothwich A ,Stewart G G,Jones H L. Very High Gavity Fermentations with Ale and Lager yeast Strains. Jowral of The Institute of Brewings ,1998 ,104[ 4 ] :2399 KIFO3High gravity wort production.3Su ,World Patents Index Gazetle ,1331 - 885 - A. 1987. 08. 2310 王涌铠生产啤酒用浓缩麦芽糖浆的制造方法. 中国,中国专利文摘,CN1173539A. 1998. 02. 18。