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第五节　麦芽汁处理

一、概  述

   麦汁煮沸定型后，在进入发酵以前还需要进行一系列处理，它包括：热凝固物的分离、冷凝固物分离、麦芽汁的冷却与充氧等一系列处理。由于发酵技术不同，成品啤酒质量要求不同，处理方法也有较大差异。最主要的差别是冷凝固物是否进行分离。
　　麦芽汁处理的要求：
 (1) 对可能引起啤酒非生物混浊的冷、热疑固物要尽可能的分离出去。
 (2) 在麦汁温度较高时，要尽可能减少接触空气，防止氧化。在麦汁冷却后，在发酵之前，必须补充适量氧气，以供发酵前期酵母呼吸，增殖新的酵母细胞。
 (3) 在麦芽汁处理的各工序中，要严格杜绝有害微生物的污染。

二、热凝固物的分离技术

（一）形成热凝固物
   热凝固物又称煮沸凝固物或粗凝固物。在麦汁煮沸过程中，由于蛋白质变性和凝聚，以及与麦汁中多酚物质不断氧化和聚合而形成。同时吸附了部分酒花树脂。60℃以前，热凝固物不断析出，热凝固物由30～80µ m的颗粒组成，其析出量为麦汁量的0.3%～0.7%，每百升麦汁得绝干热凝固物约为0.05～0.1kg。
1.热凝固物对啤酒酿造没有任何价值，相反它的存在会损害啤酒质量，主要表现以下几个方面：
 （1）不利于麦汁的澄清。
 （2）没有较好分离出热凝固物的麦汁，在发酵过程中会吸附大量的酵母，不利于啤酒的发酵。
 （3）没有较好分离出热凝固物的麦汁，会影响啤酒的非生物稳定性和口味。
 （4）热凝固物的分离效果不好，会给啤酒的过滤增加困难。 2.影响热凝固物沉淀的因素
　　麦芽溶解不良，糖化不完全；麦汁煮沸强度不够，凝固物颗粒细小；麦汁粘度高或浓度过高；麦汁pH过低，达不到5.2～5.6；酒花添加量过少或质量差等。均会影响热凝固物的形成。
（二）热凝固物的分离方法 
    回旋沉淀槽法
（1）结构 
    回旋沉淀槽是园柱平底罐，如图3-5-1所示。热麦汁沿槽壁以切钱方向泵入槽内。由于麦汁是切线进入，所以，在槽内形成回旋运动产生离心力，在离心力的作用下，热凝固物迅速下沉至槽底中心，形成较密实的锥形沉淀物。分离结束后，麦汁从槽边麦汁出口排出，热凝固物则从罐底出口排除。除平底回旋槽外，还有凹形杯底和锥形底回旋沉淀槽，更有利于麦汁中沉淀物的收集和排放。

平底回旋沉淀槽的主要技术指标如下：
  ①沉淀槽的直径与麦汁液位高度之比为 (1.5～2)：1。
  ②麦汁高度不高于 3m。
  ③麦汁进槽的切线速度为 lO～20m/s。
  ④槽底部向麦汁出口处倾斜 1%～2%。
  ⑤麦汁进槽时间 20～30min。
  ⑥麦汁静置时间 25～40min。测量其浓度和容量，检查浊度。
  ⑦麦汁进口位置一个在麦汁高度的1/3处，另一个进口为避免吸氧装在槽底部。
  ⑧麦汁在回旋沉淀槽内的旋转速度为10r/min左右。
  ⑨麦汁出口位置，上部出口位置在麦汁高度的2/3处，中部出口位置在低于麦汁上部出口的20cm左右，下部出口在槽底部，要求麦汁流速要慢，避免热凝固物流出。
 （2）回旋沉淀槽的操作与维护
  ① 回旋沉淀槽的操作：
   A 煮沸结束后的麦汁以不低于10m/s的速度泵入回旋沉淀槽。
   B 为减少吸氧，可先从底部喷嘴进料，当液位至侧面喷嘴时改为侧面喷嘴进料，麦汁回转速度为l10r/min左右，麦汁深度一般<3m，进料时间20～30min。
   C 进料结束，将麦汁静止30～40min，测量麦汁浓度和容量，检视浊度。
   D 冷却开始先开上部出口阀流出麦汁，再后开下部出口阀至结束。 
   E 槽底中心热凝固物用水冲入凝固物回收罐。在过滤槽第二次洗糟时开耕刀，将回收罐中热凝固物全部送人过滤槽。
   F 用水冲洗回收罐。清洗煮沸锅，或用CIP系统进行清洗。
   G 用CIP系统清洗回旋沉淀槽。 
   有时麦汁澄清较差，其原因可能是由于槽身高度与直径的比例不合适，泵送速度不足或过高，不适宜的泵以及过多弯管，不适合的喷嘴将絮凝物打碎。也可能是由于泵送时混入空气，静止时间不足，或热麦汁粘度大，凝固物含量高，麦芽溶解差，糖化方法不妥，以及过滤槽上部虹吸头号麦汁或麦汁过滤混浊等素所致。
 ② 回旋沉淀槽的维护保养：
  A 按工艺要求对设备内壁清洗，做到光亮、无污物。
  B 定期对设备及输送管路进行清洗、除蚀。
  C 经常检查喷射器是否堵塞或结垢以及是否内径磨损太大，以免影响回旋速度和澄清程度。
（3）分离热凝固物发生的问题及原因   
 ①麦汁液面过高，直径过小  是由回旋沉淀槽自身的结构比例不合适所致。
 ②凝固物沉淀不坚实  是由泵送速度不足，达不到要求的进槽切线速度以及麦汁的旋转速度不够所致。
 ③旋转时间过长  泵送速度过高所致。
 ④热凝固物沉淀不良  泵送时混入空气，形成涡流，使已形成的热凝固物破碎；麦汁粘度过高，热凝固物沉降缓慢，受规定静止时间限制；麦汁入槽不呈切线方向，形成涡流；输送弯管过多，管路过长或管路截面的变化而导致热凝固物再度被分散，静止时间过短。这些原因均会影响沉淀效果，造成热凝固物沉淀不良。
 ⑤负荷过重  麦汁中含有较多的凝固物(由于较高的麦芽蛋白质含量和较多的麦汁过滤混浊物等)所致。
 ⑥麦汁色度加深、口感粗糙  往往是由设备不平衡，麦汁冷却速度过慢，延长了麦汁在回旋沉淀槽的滞留时间，使麦汁在回旋沉淀槽中受较高温度的作用，易形成羟甲糠醛和类黑精，导致麦汁色度加深、口感粗糙。二甲基硫的前体物质在麦汁受热阶段，也不断发生分解，形成较多的二甲基硫，由于在槽内，而不宜挥发掉。

三、冷凝固物的分离技术

（一）析出冷凝固物 
    冷凝固物又称冷混浊物或细凝固物，是指麦汁从60℃以后凝聚析出的混浊物质。随着温度的降低、pH的变化以及氧化作用，其析出量逐渐增多，25～35℃析出最多。冷混浊物主要是盐溶性β－球蛋白以及δ－醇溶蛋白、ε－醇溶蛋白的分解产物与多酚的络合物，还松散结合β－葡聚糖，被氧化后逐渐形成复合物而析出。
（二）冷凝固物的分离方法 
    冷凝固物的分离方法有酵母繁殖法、锥形发酵罐分离法、浮选法、离心分离法和麦汁过滤法（可靠的凝固物分离方法）。通常采用酵母繁殖槽法、锥形发酵罐分离法和浮选法。
1．酵母繁殖槽法  传统发酵多采用酵母繁殖槽分离冷凝固物。此法是指冷却麦汁添加酵母后，在酵母繁殖槽滞留14～20h，当麦汁表面出现白沫时，用泵将上层麦汁送入发酵池，冷凝固物和死酵母则留在槽底。此法可分离出冷凝固物近30%。
2．锥形发酵罐分离法  
   此法是将冷麦汁流加酵母进入锥形发酵罐发酵，满罐24h后，从锥底排放冷凝固物和部分酵母。之后再根据工艺要求，定时排放冷凝固物。 
3．硅藻土过滤法  
   采用烛式或水平叶片式硅藻土过滤机去除冷凝固物，可分离75%～85%的冷凝固物。硅藻土的使用量60～80s/100L，全部冷却麦汁用硅藻土过滤。此法对啤酒的口感稍有影响，过滤后的酒，一般不够醇厚，特别是泡沫较差，其原因是冷凝固物的β－球蛋白以及δ－醇溶蛋白、ε－醇溶蛋白及其分解的多肽，与麦汁中的多酚物质以氢健相连后，变成了不溶性物质。这些不溶性物质是产生泡沫的主要成分，过分除去势必影响啤酒的起泡性。
4．浮选法 
    浮选法的原理是冷混浊将聚集于超量通入的空气气泡表面，在麦汁表面形成高而结实的泡盖，几小时后变为褐色。  
    浮选罐内麦汁高度最高为4m，若用两锅麦汁浮选，麦汁高度可提高至6～7m，同时预留麦汁量至少30%的泡沫上升空间。浮选罐背压50～90kPa，通过文丘里管将无菌空气（30～70L/h1）通入冷麦汁，使麦汁呈乳浊液状，同时加入酵母(15～18)×10 6个/ml，浮选6～16h，直至泡盖将要下沉前，酵母数已增至(22～24)×106个/ml，就泵入发酵罐。  
    此法可以对不理想的麦汁过滤进行弥补。可除去冷凝固物50%～70%，造成麦汁损失率0.2%～0.4%。分离的效果与空气量、气泡的大小、浮选罐液层高度以及静止时间有关。

四、麦汁的冷却与充氧

（一）麦汁的冷却
1．冷却的目的与要求 
   煮沸定型后的麦汁，必须立即冷却，其目的是：
(1) 降低麦汁温度，使之达到适合酵母发酵的温度。
(2) 使麦汁吸收-定量的氧气，以利于酵母的生长增殖。
(3) 析出和分离麦汁中的冷、热凝固物，改善发酵条件和提高啤酒质量。 
    麦汁冷却的要求：冷却时间短，温度保持一致，避免微生物污染，防止混浊沉淀进入麦汁，保证麦汁足够的溶解氧。
2．冷却的方法 
   麦汁冷却的方法有开放式喷淋冷及密闭式薄板冷却或列管冷却。现主要采用密闭式薄板冷却器进行冷却。   
 （1）工作原理 
   薄板冷却器每两块板为一组，中间用橡胶圈密封，以防相互渗漏，麦汁和冷媒从薄板冷却器的两端进入，在同一块板的两侧逆向流动。由于薄板上的波纹使麦汁和冷媒在板上形成湍流，从而使传热效率大大提高，达到冷却的目的。
 （2）冷却方式 
    以前多数采用两段法冷却，即先用自来水(或井水)冷却，再用20%酒精水(或盐水)冷却。也可用低温生产用水在预冷区先将麦汁冷至16～18℃左右，而冷却水被加热至80～88℃在深水区麦汁又被1～2℃的冰水冷却至接种温度6～8℃。麦汁二段冷却工艺过程见图3-5-2。 
    目前我国啤酒厂家绝大多数采用一段冷却法。即先将酿造水冷至1～2℃作为冷媒，与热麦汁在板式换热器中进行热交换，结果使95～98℃麦汁冷却至6～8℃去发酵，而1～2℃酿造水升温至80℃左右，进入热水箱，作糖化用水。其优点是冷耗可节约30%左右，冷却水可回收使用，节省能源，与两段法相比稳定性更强，更易于控制，也没有中间材料消耗。
3．薄板冷却器的操作与维护
 (1) 薄板冷却器的操作
   ① 做好板片清洁工作，不得有铁屑、脏物，检查是否被腐蚀，板上橡胶垫圈是否脱胶。
   ② 薄板冷却器按流程图进行组装，不得渗漏。使用前用80～85℃热水冲洗杀菌15～20min。
   ③ 调节麦汁与冷却剂的泵送压力均为0.1～0.15MPa，尽量保持均衡，不得超过规定的压差，以免造成喷液或胶垫渗漏，使冷却剂进人麦芽汁的质量事故。
   ④ 打开旋塞放出麦芽汁，旋塞不应开得太大，以使冷却温度在±0.5℃要求内，不得忽高忽低并及时通风充氧。
   ⑤ 冷却后30 min取麦芽汁测量其巴林度，并取样检测微生物。
   ⑥ 冷却结束后，通知冷冻间关闭致冷剂，再用无菌压缩空气吹尽板式热交换器中的麦芽汁余液。
   ⑦ 通水冲洗冷却器，再用80～85℃热水循环杀菌20 min，待用。
 (2)薄板冷却器的维护保养
   ① 检查各夹紧锣栓是否松动，如有松动，按规定要求的尺寸夹紧。
   ② 设备运行前应打开所有出口阀，并关闭所有进口阀，待泵启动正常后，再慢开泵的进口阀，逐渐提高压力，以免瞬间冲击，产生高压损坏设备。 
   ③ 换热器运行时为防止一侧超压，应先加入低压侧流体，然后在加入高压侧流体。
   ④ 根据换热器的进出口温度和压力表的指示，调整冷热流体的流量，达到工艺要求。
   ⑤ 停车时按启动的逆过程。
   ⑥ 定期对换热器的内部进行清洗，水程可用酸洗，麦汁程可用碱洗，拆开清洗时除砂粒及不溶物，严禁使用钢刷。
   ⑦ 长期不用应将夹紧锣栓松开到要求夹紧尺寸的1.15倍，使用时再夹紧到规定要求的尺寸。
（二）麦汁的充氧
   麦汁中适度的溶解氧有利于酵母的生长和繁殖，根据亨利－道尔顿定律，氧在麦汁中的溶解度和麦汁中氧的分压成正比，和麦汁的温度成反比。所以麦汁冷却利于氧的溶解。
1．通风供氧的目的
 (1) 供给酵母生长繁殖所必需的含氧量(约8～10mg/L)。过高会使酵母繁殖过量，发酵副产物增加；过低酵母繁殖数量不足，会影响发酵速度。
 (2) 浮选法中强烈的通风利于冷凝固物的去除。
2．通风供氧的方法
 (1) 陶瓷烛棒或烧结金属烛棒 
     这是一种简单、有效的溶解方法。是将空气通过烛棒的细孔喷入流动的麦汁中，形成细小的气泡，实现溶氧的目的。但为防止感染，烛棒孔洞的清洗将非常耗时麻烦。
 (2) 文丘里管
     文丘里管中有一管径紧缩段，用来提高流速，空气通过喷嘴喷入，在管径增宽段形成涡流，使空气与麦汁充分混合。
 (3) 带双物喷头的通风设备 
     其结构与文丘里管类似，空气通过管壁上的细喷头喷入，形成紧密的细小气泡，实现溶氧的目的。
 (4) 带静止混合器的通风设备 
     静止混合器中有一安有弯曲混合带的反应段，使麦汁不断改变流动方向产生涡流，而使空气很好的溶解在麦汁中。 
     一般供给麦汁过量的空气（3～10L/hl麦汁），使麦汁含氧达到8～10mg/L。