麦芽汁制备工艺作业.doc

麦芽汁制备工艺

专业：生物工程
班级：生工091
姓名：张佳丽
学号：2009053050

麦芽汁制备工艺
摘要：麦芽汁的制备俗称糖化，麦汁的制备的工艺要求，麦芽与谷物辅料的粉碎，麦芽的粉碎，糖化原理，糖化方法，糖化方法选择的依据，糖化工艺技术条件，糖化设备，麦芽醪的过滤，麦汁的煮沸和酒花的添加，麦汁的煮沸和酒花的添加 麦汁质量。
关键词：麦芽汁 粉碎 工艺 方法 糖化 煮沸 酒花 凝固物

麦芽汁的制备俗称糖化。即糖化是指将麦芽和辅料中高分子储藏物质（如蛋白质、淀粉、半纤维素等极其分解中间产物）经麦芽中各种水解酶类（或外加酶制剂作用）降解为低分子物质并溶于水的过程。溶于水的各种物质称为浸出物，糖化后未经过滤的料液称为糖化醪，过滤后的清液称为麦芽汁，麦芽汁中的浸出物含量和原料干物质之比（质量分数）称为无水浸出率。麦芽汁的制备需要原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程才能完成。麦汁制造是将固态麦芽、非发芽谷物、酒花用水调制加工成澄清透明的麦芽汁的过程。
一 麦汁的制备的工艺要求
(一) 原料中有用成分得到最大的限度的萃取，这主要指原料麦芽和辅料中的淀粉转变成可溶性无色糊精和可发酵性糖类的转化程度，它关系到麦汁的得收率或原料利用率。
(二) 原料中无用的或有害的成分溶解最少，主要指麦芽的皮壳物质、原料的脂肪、高分子蛋白质等。这些物质会影响啤酒的风味和稳定性，在麦汁制造中减少溶解或通过麦汁处理使这些物质减少是提高啤酒的质量的关键之一。
(三) 制成麦汁的有机或无机组分的数量和配比应符合啤酒品种、类型的要求。在原料的质量不稳定的情况下，麦汁制造中依据生物化学变化原理进行工艺调节，得到均一的麦汁组成，在相似原料的情况下，采用不同的工艺控制，制成不同组分的麦汁，酿制不同风格、类型的啤酒。
(四) 保证以上原则的前提下，缩短生产时间，节省工时，麦汁制造是加热和冷却过程，所需热能占啤酒生产热能消耗的55%以上，近代麦汁制造工艺和设备注意了热能的利用。
二 麦芽与谷物辅料的粉碎
原料粉碎的目的：使整粒谷物经粉碎后有较大的比表面积，使物料中贮藏物质增加和水、酶的接触面积，加速酶促反应及物料的溶解。
(一) 麦芽的粉碎
麦芽的粉碎方法：干法粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎和连续调湿粉碎。以干法粉碎为主。
1.粉碎设备
麦芽粉碎常用辊式及湿式粉碎设备。辊式设备根据辊的数量又可分为对辊式、四辊式、五辊式、六辊式等。锤式粉碎机极少使用。
2. 干法粉碎
1) 干法粉碎的调节原理，麦芽粉碎后，按物料的颗粒大小，一般可分成：皮壳、粗粒、细粒、粉及微粉，其各部分的质量分数，谓“粉碎度”。麦芽粉碎度之调节，主要依据麦芽的溶解度、糖化方法、过滤设备等灵活控制。麦芽粉碎各部分对浸出率的影响：麦芽皮壳部分，主要由纤维素，半纤维素、木质素、无机盐、色素物质等组成，在糖化时很少溶解，占浸出物的比例低。
2) 麦芽回潮粉碎：麦芽在很短时间内，通入蒸气或热水，使麦壳增湿，胚乳水分保持不变，这样使麦壳有一定柔性，在干法粉碎时容易保持完整，有利于过滤
3) 麦芽湿法粉碎：由于麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不容易磨碎，胚乳带水碾磨，较均匀，糖化速度快。连续浸渍湿法粉碎：改进了原来湿法粉碎的两个缺点。
3.粉碎度的调节
粉碎度是指麦芽或辅助原料的粉碎程度。通常是以谷皮、粗粒、细粒及细粉的各部分所占料粉质量的质量分数表示。一般要求粗粒与细粒(包括细粉)的比例为1：2.5～3.0为宜。麦芽的粉碎度应视投产麦芽的性质、糖化方法、麦汁过滤设备的具体情况来调节。
(1)麦芽性质对于溶解良好的麦芽，粉碎后细粉和粉末较多，易于糖化，因此可以粉碎得粗一些。而对溶解不良的麦芽，玻璃质粒多，胚乳坚硬，糖化困难，因此应粉碎得细一些。
(2)糖化方法不同的糖化方法对粉碎度的要求也不同。采用浸出糖化法或快速糖化法时，粉碎应细一些；采用长时间糖化法或煮出糖化法，以及采用外加酶糖化法时，粉碎可略粗些。
(3)过滤设备采用过滤槽法，是以麦皮作为过滤介质，要求麦皮尽可能完整，因此麦芽应粗粉碎。采用麦汁压滤机，是以涤纶滤布和皮壳作过滤介质，粉碎应细一些。
三 糖化原理
糖化的目的：
(一) 将原料和辅助原料中的可溶性物质萃取出来，并且创造有利于各种酶作用的条件，使高分子的不溶性物质在酶的作用下尽可能多地分解为低分子的可溶性物质，制成符合生产要求的麦汁。
糖化时酶的作用、主要物质的变化及影响糖化的因素
1.糖化时主要酶的作用
糖化过程中的酶主要来自麦芽本身，有时也用外加酶制剂。这些酶以水解酶为主，包括
（1）淀粉分解酶(α-淀粉酶、β-淀粉酶、界限糊精酶、R-酶、α-葡萄糖苷酶、麦芽糖酶和蔗糖酶等)；
（2）蛋白分解酶(内肽酶、羧肽酶、氨肽酶、二肽酶等)；
（3）β-葡聚糖分解酶(内-β-1，4葡聚糖酶、内-β-1，3葡聚糖酶、β-葡聚糖溶解酶等)
（4）磷酸酶等。
2.糖化时主要物质的变化
麦芽中可溶性物质很少，占麦芽干物质的18％～19％，为少量的蔗糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖等糖类和蛋白胨、氨基酸以及果胶质和各种无机盐等。麦芽中不溶性和难溶性物质占绝大多数，如淀粉、蛋白质、β-葡聚糖等。辅助原料中的可溶性物质更少。麦芽和辅料在糖化过程中的主要物质变化有：
(1)淀粉的分解：分为三个彼此连续进行的过程，即糊化、液化和糖化。
(2)蛋白质的水解糖化时，蛋白质的水解主要是指麦芽中蛋白质的水解。蛋白质水解很重要，其分解产物影响着啤酒的泡沫、风味和非生物稳定性等。糖化时蛋白质的水解也称蛋白质休止。
(3)β-葡聚糖的分解
(4)酸的形成使醪液的pH值下降。
(5)多酚类物质的变化
3.影响糖化的因素
(1)麦芽的质量及粉碎度
(2)温度的影响
(3)pH的影响实际生产中，多采用加酸调节糖化的pH值，以增加各种酶的活性。通常选用磷酸或乳酸调节pH值。
(4)糖化醪浓度的影响：糖化料水比为1：3～4，糊化料水比为1：5～6。
四 糖化方法
煮出糖化法是兼用生化作用和物理作用进行糖化的方法。其特点是将糖化醪液的一部分，分批加热煮沸，然后与其余未煮沸的醪液混合，使全部醪液温度分阶段地升高到不同酶分解所需要的温度，最后达到糖化终了温度。煮出糖化法可以弥补一些麦芽溶解不良的缺点。根据醪液的煮沸次数，煮出糖化法可分为一次、二次和三次煮出糖化法，以及快速煮出法等。
浸出糖化法是纯粹利用酶的作用进行糖化的方法，其特点是将全部醪液从一定的温度开始，缓慢分阶段升温到糖化终了温度。浸出糖化法需要使用溶解良好的麦芽。应用此法，醪液没有煮沸阶段。
1.全麦芽煮出糖化法
（1）二次煮出糖化法
特点有：
①二次煮出糖化法适宜处理各种性质的麦芽和制造各种类型的啤酒；
②以淡色麦芽用此法制造淡色啤酒比较普遍。根据麦芽的质量，下料温度可低（35～37℃）可高(50～52℃)；
③整个糖化过程可在3～4h内完成。
二次煮出糖化法过程

温度变化曲线

（2）一次煮出糖化法
特点有：
①起始温度为30～35℃，然后加热至50～55℃，进行蛋白质休止。也可以开始即进行50～55℃的蛋白质休止；
②50～55℃直接升温至65～68℃，进行糖化；
③前两次升温（35→50℃，50→65℃）均在糖化锅内进行，糖化终了，麦糟下沉，将1/3～1/2容量的上清液加入糊化锅，加热煮沸，然后混合，使混合后的醪温达76～78℃。
一次煮出糖化法过程

2.全麦芽浸出糖化法
（1）恒温浸出糖化法粉碎后的麦芽，投入水中搅匀，65℃保温1.5～2.0h，然后把糖化完全的醪液加热到75～78℃，或添加95℃左右的热水，使醪液温度升到75～78℃，终止糖化，送入过滤槽过滤。
（2）升温浸出糖化法先利用低温水浸渍麦芽，时间为0.5～1.0h，促进麦芽软化和酶的活化；然后升温到50℃左右进行蛋白质分解，保持30 min；再缓慢升温到62～63℃，糖化30 min左右；然后再升温至68～70℃，使α-淀粉酶发挥作用，直到糖化完全(遇碘液不呈蓝色反应)；再升温至76～78℃，终止糖化。
3.双醪糖化法（复式糖化法）
（1）双醪煮出糖化法
双醪煮出糖化法的特点有：
A、辅料添加量为20％～30％，最高可达50％。对麦芽的酶活性要求较高。
B、第一次兑醪后的糖化操作与全麦芽煮出糖化法相同。
C、辅助原料在进行糊化时，一般要添加适量的α-淀粉酶。
D、麦芽的蛋白分解时间应较全麦芽煮出糖化法长一些，以避免低分子含氮物质含量不足。
E、因辅助原料粉碎得较细，麦芽粉碎应适当粗一些，尽量保持麦皮完整，防止麦芽汁过滤困难。
F、本法制备的麦芽汁色泽浅，发酵度高，更适合于制造淡色啤酒。
①双醪一次煮出糖化法

②双醪二次煮出糖化法

（2）双醪浸出糖化法
特点有：①由于没有兑醪后的煮沸，麦芽中多酚物质、麦胶物质等溶出相对较少，所制麦汁色泽较浅、粘度低、口味柔和、发酵度高，更适合于制造浅色淡爽型啤酒和干啤酒。
②糊化料水比大(1：5以上)，辅料比例大(占30％～40％)，均采用耐高温α-淀粉酶协助糊化、液化。
③操作简单，糖化周期短，3h内即可完成。
4.外加酶制剂糖化法

5.糖化方法选择的依据
(1)原料①使用溶解良好的麦芽，可采用双醪一次或二次糖化法，蛋白分解温度适当高一些，时间可适当控制短一些；②使用溶解一般的麦芽，可采用双醪二次糖化法，蛋白分解温度可稍低，延长蛋白分解和糖化时间；③使用溶解较差、酶活力低的麦芽，采用双醪三次糖化法，控制谷物辅料用量或外加酶，以弥补麦芽酶活力的不足。
(2)产品类型①上面发酵啤酒多用浸出法，下面发酵啤酒多用煮出法；②酿造浓色啤酒，选用部分深色麦芽、焦香麦芽，采用三次糖化法；酿造淡色啤酒采用双醪浸出糖化法或双醪一次煮出糖化法；③制造高发酵度的啤酒，糖化温度要控制低一些(62～64℃)，或采用两段糖化法（62～63℃，67～68℃），并适当延长蛋白分解时间；若添加辅料，麦芽的糖化力应要求高一些。
(3)生产设备①浸出法只需有加热装置的糖化锅，双醪糖化法或煮出法，应有糊化锅和糖化锅；②复式糖化设备可穿插投料，合理调节糖化方法，具有较大的灵活性，以达到最高的设备利用率。
五 糖化工艺技术条件
糖化要控制的工艺技术条件有以下几个方面。
1.糖化温度：糖化时温度的变化通常是由低温逐步升至高温，以防止麦芽中各种酶因高温而被破坏。
糖化温度的阶段控制
浸渍阶段：此阶段温度通常控制在35～40℃。在此温度下有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于β-葡聚糖的分解。
蛋白分解阶段：此阶段温度通常控制在45～55℃。温度偏向下限，低分子氮含量较高，反之，则高分子氮含量较高。溶解良好的麦芽，可采用高温短时间蛋白质分解；溶解不良的麦芽，可采用低温长时间蛋白质分解；麦芽溶解特好，可省略蛋白分解阶段。在45～55℃温度范围内，β-葡聚糖继续分解。
糖化阶段：此阶段温度通常控制在62～70℃之间。温度偏高，有利于α-淀粉酶的作用，可发酵性糖减少。温度偏低，有利于β-淀粉酶的作用，可发酵性糖增多。
糊精化阶段：此阶段温度为75～78℃。在此温度下，α-淀粉酶仍起作用，残留的淀粉可进一步分解，而其他酶则受到抑制或失活。
2.糖化时间（麦芽的质量、辅料加量、工艺如两段糖化、煮出次数等有关）
3.pH 值
4.糖化用水淡色啤酒的料水比为1：4～5，浓色啤酒的料水比为1：3～4，黑啤酒的料水比为l：2～3。
5.洗糟用水洗糟用水温度为75～80℃，（二道麦汁）残糖质量分数控制在1.0％～1.5％。酿造高档啤酒，应适当提高残糖质量分数在1.5％以上，以保证啤酒的高质量。混合麦汁浓度，应低于最终麦汁质量分数1.5％～2.5％。
六 糖化设备
糖化锅、糊化锅、煮沸锅、过滤槽、回旋沉淀槽
七 麦芽醪的过滤
（一）概述
定义：糖化过程结束时，已经基本完成了麦芽和辅料中高分子物质的分解，萃取。必须在最短时间内把麦汁和麦糟分离的过程。
麦芽醪的过程包括如下过程：
1.残留在糖化醪仅剩的耐热性的α-淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转化成无色糊精和糖类，提高原料浸出物收得率。
2.从麦芽醪中分离出“头号麦芽”。
3.用热水洗涤麦糟，洗出吸附于麦糟的可溶性浸出物，得到“二虑、三虑麦汁”。麦芽醪的过滤，基本上属物理分离，工艺基本要求是：迅速和较彻底的分离可溶性浸出物，尽可能减少有害怕于啤酒风味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、β—葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清的麦汁。
（二）过滤糟法
是最古老的方法，也是至今采用最普遍的方法
1．过滤槽的主要结构：过滤槽是由不锈钢制成的圆桶形体，配有弧球形或锥形顶盖，槽底大多是平底。
2．过滤槽过滤程序
3．过滤槽过滤的工艺控制
（三）压滤机法：
板框式压滤机是由容钠糖化醪的框和分离麦汁的滤布及收集麦汁的滤板各若干组组成过滤元件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。
麦糟的输送：
从过滤槽或压滤机排出的麦糟为干式，进入过滤设备附近中间贮槽，再通过输送，至厂区边的麦糟出售罐。
八 麦汁的煮沸和酒花的添加
(一)目的
（1）蒸发水分，浓缩麦汁，达到规定浓度
（2）钝化酶及杀菌，保证在以后酿造过程中麦汁组分的一致性
（3）蛋白质变性和絮凝，避免由蛋白质造成的啤酒浑浊
（4）酒花有效成分的浸出
排除麦汁中特异的臭味
（二）麦汁煮沸的设备
煮沸锅是糖化设备中发展变化最多的设备
1．外形：较普遍的是圆筒球底，球形或锥形盖
2．材料：近代普遍采用不锈钢板
3．加热方式：近代绝大多数采用间接加热
4．蒸发方式：普遍欢迎低压煮沸
5．煮沸锅技术特性
（三）麦汁煮沸中水分的蒸发：
若工艺规定煮沸时间一定，锅蒸发强度一定，热麦汁浓度一定时，麦汁洗糟就受麦汁浓度制约。
（四）酒花的添加
传统啤酒酿造中多采用分次添加酒花在煮沸麦汁中，目的是为了萃取不同量的酒花组分。
1．酒花主要组分的萃取和变化（1）多酚物质：易溶于水，在热麦汁中溶解十分迅速。（2）酒花精油：是啤酒重要的香气物质。（3）苦味物质：在麦汁煮沸中变化十分复杂。
2．花的添加量和添加方法
添加量因酒花质量，消费者嗜好习惯，啤酒的品种浓度等的不同而不同。
（五）麦汁煮沸中蛋白质的变性絮凝
煮沸中蛋白质的变性和絮凝条件：
1．麦汁温度和加热时间：加热温度越高，变性越充分
2．麦汁煮沸PH：取决于煮沸前混合麦汁的PH
3．沸腾状态：取决于传热量Q和锅的流型
4．单宁和Ca2+、Mg2+的促进作用
（六）麦汁煮沸中的其他变化
1.还原物质的生成：
主要包括两大类：还原糖及其生成物、类黑精等为第一类；来自于麦芽，酒花的多酚、酒花苦味物质等为第二类。
2.麦汁色泽的增加：煮沸中麦汁色泽迅速增加
3.其他物质的变化：来自麦芽和辅料中的易挥发物，由蛋白质分解形成二甲硫等硫化物，由糖褐变形成的丙醛等气味物质，在煮沸中随二次蒸汽蒸发，改善了麦汁的气味。
九 麦汁的处理
（一）概述
由煮沸锅放出的定型热麦汁，在进入发酵前还需要进行一系列处理，包括：酒花糟分离，热凝固物分离，冷凝固物分离、冷却、充氧等一系列处理，才能制成发酵麦汁。
(二)酒花的分离：
我国广泛采用罐底带篦子的酒花分离器
（三）热凝固物的分离：
1．热凝固物：一般采用回旋沉淀糟法
2．回旋沉淀糟分离热凝固物：回旋沉淀糟可以装置在糖化室的煮沸锅旁，尽可能缩短输送管长度，输送泵也应采用低速涡轮泵。
（四）冷凝固物分离
1．冷凝固物：是分离热凝固物后澄清的麦汁。
2．冷凝固物分离方法
（1）酵母繁殖槽法：由浮球出液法泵出上层澄清麦汁，或用位差法，在底部小心排出澄清麦汁。
（2）冷静置沉降法：和繁殖槽法一样也是利用冷凝固物颗粒自然沉降。
（3）硅藻土过滤法：麦汁过滤常采用硅藻土过滤机。
（4）麦汁离心分离法：啤酒厂广泛采用盘式离心分离机。
（5）浮选法：关键在于混合的空气形成泡沫的细密度。
3.冷凝固法分离的评价
当大麦有较高的β—球蛋白，麦芽溶解不足，又需创造高非生物稳定性的啤酒时，此法的采用是有意义的。
（五）麦汁的充氧
1．热麦汁的氧化：麦汁在高温下接触氧，此时氧很少以溶解形式存在，而是和麦汁中糖类、蛋白质、酒花树脂、多酚等发生氧化反应。
2．冷却麦汁的充氧：麦汁冷却至发酵接种温度后，接触氧，此时氧反应微弱，氧在麦汁中呈溶解态，它是酵母前期发酵繁殖必需的。
冷麦汁通风方法：一般采用无油、无菌的压缩空气通。
九 麦汁收率和麦汁质量
（一）浸出物收得率和原料利用率
为了比较麦芽和其他原料的糖化完全程度和过滤时浸出物的回收情况，常采用浸出物收得率和原料利用率考察糖化车间量的关系。
（二）最终麦汁质量
最终麦汁：指加酒花煮沸，麦汁定型并分离凝固物后的麦汁。
参考文献：1.酿造酒工艺学(第二版)顾国贤 主编 中国轻工业出版社 2006年
2.酿造酒工艺学 大连轻工业学院编 轻工业出版社 1982年
3.现代啤酒工艺技术 周广田主编 化学工程出版社 2007年
4.啤酒酿造 康明官，唐是雯编著 轻工业出版社 1995年
5.啤酒厂麦芽汁制备工艺技术（第六版） 纳尔蔡斯著 轻工业出版社 1991年
6.啤酒酿造技术概要 张志强编著 中国轻工业出版社 1995年