1.麦芽的制备

由原料大麦制成麦芽,称为制麦。制麦过程大体可分为精选分级、浸麦、发芽、干燥、除根等过程。制麦的目的在于使大麦发芽,产生多种水解酶,以便通过后续糖化使淀粉和蛋白质得以分解;绿麦芽在烘干过程中还能产生必要的色、香和风味成分;麦芽经过除根,可使麦芽的成分稳定,便于长期贮存。

(1)工艺流程

大麦→精选→分级→浸麦→发芽→干燥→除根→冷却→贮存

(2)工艺要点

①精选。

精选的第一道工序是粗选,粗选的目的是除去糠灰、各种杂质和铁屑。大麦粗选设备包括去杂、集尘、除铁、除芒等机械。精选的第二道工序是精选,目的是除掉与麦粒腹径大小相同的杂质。可用专门的精选机将不同长度的大麦杂质除去。

②分级。

将麦粒按腹径大小的不同进行分级,可分为三个等级。分级的目的是得到颗粒整齐的麦芽,为浸渍均匀、发芽整齐以及获得粗细均匀的麦芽创造条件,并可提高麦芽的浸出率。

③浸麦。

浸麦的目的:提高大麦的含水量,使大麦吸水充足,达到发芽的要求。麦粒含水25%~35%,即可均匀发芽。但酿造用麦芽,要求胚乳充分溶解,含水必须达到43%~48%。通过洗涤,除去麦粒表面的灰尘、杂质和微生物。在浸麦水中适当添加石灰乳、Na2CO3、NaOH、KOH、甲醛中的任何一种化学药品,可以加速麦皮中有害物质(如酚类、谷皮酸等)的浸出,提高发芽速度和缩短制表周期,还可适当提高浸出物,降低麦芽的色泽。

影响浸麦的因素:温度;麦粒大小;麦粒性质;通风量。

浸麦方法及设备:浸麦方法很多,常用的方法有间歇浸麦法、喷淋浸麦法、温水浸麦法、快速浸麦法、长断水浸麦法等。常用的浸麦设备有传统的柱体锥底浸麦槽、新型平底浸麦槽等。

④发芽。

发芽的目的是使麦粒生成大量的各种酶类,并使麦粒中的一部分非活化酶得到活化增长。随着酶系统的形成,胚乳中的淀粉、蛋白质、半纤维素等高分子物质逐步分解,可溶性的低分子糖类和含氮物质不断增加,整个胚乳结构由坚韧变为疏松,使麦粒达到适当的溶解度,满足糖化的需要。

影响发芽的因素:温度:通常将浸麦和发芽温度合并称为浸麦温度。发芽温度有低温、高温、先低后高、先高后低几种,根据大麦品种和麦芽类型来确定。水分:浸麦度同样影响麦芽的质量,通常制浅色麦芽用45%~46%的浸麦度,深色麦芽的浸麦度高达48%,原因是高浸麦度能提高淀粉和蛋白质的溶解度,有利于形成色素。通风量:发芽前期及时通风供氧、排CO2,有利于酶的形成;发芽后期应适当减少通风量。发芽周期:取决于其他条件的配合,若发芽温度低,则必须适当延长发芽时间。它直接影响发芽设备和浸麦槽的周转率和设备台数。赤霉酸GA3和溴酸的应用:可缩短制麦周期。浸麦水中加碱:可溶出谷皮中部分多酚物质,还有杀菌功效。

发芽方法与设备:发芽方法主要有地板式发芽和通风式发芽两种。发芽设备有间歇式和连续式等多种不同的形式。通风式发芽是厚层发芽,以机械通风的方式强制向麦层通入调温、调湿的空气,以控制发芽的温度、湿度、氧气与二氧化碳的比例,达到发芽的目的。下面介绍几种常用的设备:

萨拉丁发芽箱:是应用最早、最广泛而且至今仍然使用的经典箱式发芽设备。

麦堆移动式发芽体系:是一种半连续式生产设备,若要求产量增加,可增加机台数。

劳斯曼转移箱式制麦体系:与麦堆移动式发芽体系实属一种类型,都是麦层移动,箱体分室。

发芽、干燥两用箱:我国起用于20世纪70年代,设置发芽和干燥两套通风装置,设于箱体两端。

⑤绿麦芽的干燥。

绿麦芽用热空气强制通风进行干燥和焙焦的过程即为干燥。目前,普遍采用的麦芽干燥设备是间接加热的单层高效干燥炉,水平式(单层、双层)干燥炉及垂直式干燥炉等。

干燥的目的:除去绿麦芽中多余的水分,使麦芽水分降低到5%以下;终止绿麦芽的生长和酶的分解作用,并最大限度地保持酶的活力;经过加热可改善啤酒的风味;除去绿麦芽的生腥味,经过焙焦使麦芽产生特有的色、香、味;干燥后易于除去麦根,麦根吸湿性强,不利于麦芽贮存,有苦涩味并且容易使啤酒浑浊,所以不能将麦根中的成分带入啤酒中。

麦芽干燥工艺控制:当麦芽水分从43%~46%降至23%的过程中,空气温度可控制在45~60℃,并增大通风量,调节空气使排放空气的相对湿度稳定在90%~95%。此阶段,翻拌不要过勤,约每4 h翻拌一次。

在麦芽水分由23%降至12%的过程中,麦粒水分排放的速度下降,此时应降低空气流量和适当提高干燥温度。

当麦芽水分降至12%以内时,要加速干燥,空气的温度要进一步提高,而空气流量应进一步降低,并可以考虑利用一部分相对湿度低的回风。此阶段每2 h翻拌一次。

当麦根能用手搓掉时(此时麦芽水分已降至5%~8%),开始升温焙焦。此时的空气温度要进一步提升;对浅色麦芽,要保持麦层品温为80~85℃;对深色麦芽,麦层品温为95~105℃。同时约有75%的排放空气可以考虑回收利用。此时的翻拌要连续进行。

⑥除根。

出炉麦芽中大多还带有3%~4%的根芽,麦根中含有43%左右的蛋白质,具有不良苦味,而且色泽很深,如带入啤酒,会影响啤酒的口味、色泽以及非生物稳定性,必须除去,此过程称为除根。

出炉麦芽的麦根吸湿性很强,应在24 h内完成除根操作,否则,麦根将很容易吸水,难以除去。除根设备常用除根机,除根机有一个缓慢转动的带筛孔的金属圆筒,内装搅刀,滚筒转速以20 r/min为宜,搅刀转速为160~240 r/min,与滚筒转动方向相同。麦根靠麦粒间的相互碰撞和麦粒与滚筒壁的撞击作用而脱落。除根后的麦芽应再经一次风选,除去灰尘及轻微杂物,并将麦芽冷却至室温(20℃左右),入库贮藏。

⑦麦芽的冷却。

干燥后的麦芽仍有80℃左右的温度,尚不能进行贮藏,因而要进行冷却。

⑧干燥麦芽的贮存。

除根后的麦芽,一般都经过6~8周(最短1个月,最长为半年)的贮存后,再投入使用。

2.麦芽汁的制备

麦芽汁制备(也叫糖化)就是将干麦芽粉碎后,依靠麦芽自身含有的各种酶类,以水为溶剂,将麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子物质分解成可溶性的小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和肽、胨、氨基酸,制成营养丰富、适合于酵母生长和发酵的麦芽汁。

(1)工艺流程

(2)工艺要点

①原料粉碎。

麦芽和辅助原料的粉碎,是制备麦芽汁的第一步,其粉碎的程度对糖化工艺操作、麦芽汁组成比例以及原料利用率的高低都有很大影响。麦芽皮壳应破而不碎,如果过碎,麦皮中含有的苦味物质、色素、单宁等会过多地进入麦芽汁中,使啤酒色泽加深,口味变差;还会造成过滤困难,影响麦芽汁的得率。胚乳粉粒则应细而均匀。辅助原料(如大米)粉碎得越细越好,以增加浸出物的收得率。

麦芽粉碎有干法粉碎、湿法粉碎和回潮粉碎三种方法。干法粉碎是传统的粉碎方法,要求麦芽水分在6%~8%,其缺点是粉尘较大、麦皮易碎。湿法粉碎是先将麦芽用50℃水浸泡15~20 min,使麦芽的含水质量分数达25%~30%之后,再用湿式粉碎机粉碎,并立即加入30~40℃水调浆,泵入糖化锅。其优点是麦皮较完整,对溶解不良的麦芽,可提高浸出率1%~2%;缺点是动力消耗大。回潮粉碎又叫增湿粉碎。可用0.05 MPa蒸汽处理30~40 s,增湿1%左右。也可用水雾在增湿装置中向麦芽喷雾90~120 s,增湿1%~2%,可达到麦皮破而不碎的目的。蒸汽增湿时,应控制麦芽品温在50℃以下,以免引起酶的失活。

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糖化。

糖化的目的就是要将原料(包括麦芽和辅助原料)中的可溶性物质尽可能多地萃取出来,并且创造有利于各种酶作用的条件,使很多不溶性物质在酶的作用下变成可溶性物质而溶解出来,制成符合要求的麦芽汁,得到较高的麦芽汁得率。

糖化方法主要有煮出糖化法和浸出糖化法两种基本方法,其他一些方法均由这两类方法演变而来。

煮出糖化法:此法是将糖化醪液的一部分分批地加热到沸点,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底物所要求的温度,最后达到糖化终了温度。煮出糖化法根据部分醪液煮沸的次数,分为一次、二次和三次煮出糖化法。

浸出糖化法:浸出糖化法的全部糖化醪液自始至终不经煮沸,它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。

浸出糖化法常采用二段式糖化。第一段在63~65℃糖化20~40 min,然后升温至76~78℃进行第二段糖化。

双醪糖化法(复式糖化法):为了节省麦芽,降低成本并改进质量,很多国家采用部分未发芽谷类原料作为麦芽的辅助原料,由此衍生出双醪糖化法,又称复式糖化法。

双醪糖化法的特点是将麦芽和谷类辅料分别在糖化锅和糊化锅中进行处理,然后并醪。并醪以后按煮出糖化法操作进行糖化的,即为双醪煮出糖化法;而按浸出糖化法进行糖化的,即为双醪浸出糖化法。

双醪煮出糖化法适合于各类原料制造浅色麦芽汁,常用于酿制比尔森型啤酒。双醪浸出糖化法常用于酿制淡爽型啤酒和干啤酒。

③麦芽汁的过滤。(www.daowen.com)

糖化工序结束后,应在最短的时间内将糖化醪中从原料溶出的物质与不溶性的麦糟分离,以得到澄清的麦芽汁,并获得良好的浸出物得率。

目前在生产上运用的麦芽汁过滤方法有过滤槽法、压滤机法和快速渗出槽法。前两种是传统的麦芽汁过滤方法。近年来在设备结构、材质和过滤机理方面已有显著的改进,大大提高了工作效率。过滤应趁热(75~78℃)进行,最早滤出的麦芽汁中含有较多的不溶性颗粒,应让其回流5~10 min,待麦芽汁清亮时再放入储存槽或流入麦芽汁煮沸锅。

④麦芽汁的煮沸。

糖化后的麦芽汁必须经过1~2 h的强烈煮沸,并加入酒花制品,成为符合啤酒质量要求的定型麦芽汁。

麦芽汁煮沸的目的:蒸发多余水分,使混合麦芽汁浓缩到规定的浓度;破坏全部酶的活性,稳定麦芽汁的组成成分;通过煮沸,消灭各种有害微生物,保证最终产品的质量;浸出酒花中的有效成分,赋予麦芽汁独特的苦味和香味,提高麦芽汁的生物和非生物稳定性;使高分子蛋白质变性并凝固析出,提高啤酒的非生物稳定性;降低麦芽汁的pH值;形成还原物质:在煮沸过程中,麦芽汁色泽逐步加深,形成了一些成分复杂的还原物质,如类黑素等,它们对啤酒的泡沫性能以及啤酒的风味稳定性和非生物稳定性的提高有利;挥发出不良气味,提高麦芽汁的质量。

添加酒花要掌握“先次后好,先陈后新,先苦后香,先少后多”的原则,目的是促进蛋白质凝固,增加苦味和酒花清香味。酒花的添加一般采用多次添加的方法。

二次添加法:初沸5~10 min后加酒花总量的60%,煮沸结束前30 min左右加酒花总量的40%。

三次添加法:第一次加酒花在初沸5~10 min后,加入总量的20%左右,压泡,使麦芽汁多酚和蛋白质充分作用,第二次加酒花在煮沸40 min左右,加总量的50%~60%,萃取α-酸,促进异构化;第三次加酒花在煮沸结束前5~10 min,加剩余量,最好是香型花,萃取酒花油。

四次添加法:一般在麦芽汁初沸5~10 min后加酒花总量的5%~10%;沸腾30~40 min后,加酒花总量的30%左右;煮沸60~70 min后,加酒花总量的30%~35%,煮沸结束前5~10 min加剩余的酒花。

⑤麦芽汁的处理。

麦芽汁煮沸定型后,在进入发酵以前还需要进行一系列处理,包括热凝固物的分离、冷凝固物的分离、麦芽汁的冷却与充氧等。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。

热凝固物的分离:热凝固物又称煮沸凝固物或粗凝固物。麦芽汁冷却开始后,在60℃以上的范围内,热凝固物仍继续析出。大量的热凝固物如带入发酵麦芽汁中,会影响酵母的正常发酵以及色泽、口味和稳定性等。麦芽汁中的热凝固物可采用回旋沉淀槽法、离心分离法或硅藻土过滤机法等方法进行分离。

冷凝固物的分离:冷凝固物又称冷浑浊物或细凝固物,是指麦芽汁在60℃以下冷却时凝固析出的浑浊物质,在25~35℃时析出最多。冷凝固物如保留在麦芽汁中,也会给啤酒发酵带来不良的影响。冷凝固物的分离方法有酵母繁殖罐(槽)法、锥形发酵罐分离法、浮选法、离心分离法和麦芽汁过滤法(可靠的凝固物分离方法)。通常采用锥形发酵罐分离法和浮选法。

麦芽汁的充氧:麦芽汁中适度的溶解氧有利于酵母的生长和繁殖。麦芽汁充氧大多选用文丘里管或气流混合器。麦芽汁流动中,一小段麦芽汁管道变窄可使麦芽汁流速提高,可将除菌过滤后的压缩空气吸入麦芽汁。一般使麦芽汁含氧达到8~12 mg/L即可。

麦芽汁的冷却:麦芽汁冷却现均采用密闭法。首先利用回旋沉淀槽分离出热凝固物,然后用薄板冷却器进行冷却。目前,我国啤酒行业多采用一段冷却法。即先将酿造水冷至1~2℃作为冷媒,与热麦芽汁在板式换热器中进行热交换,将95~98℃麦芽汁冷却至6~8℃去发酵,1~2℃酿造水升温至80~88℃,进入热水箱,作糖化用水。其优点是可节约能耗30%左右,冷却水可回收使用,节省能源。

3.啤酒的发酵

啤酒酵母是啤酒生产的核心,啤酒酵母的种类和质量将影响啤酒的发酵和成品啤酒的质量。啤酒生产中主要利用纯培养的啤酒酵母。

啤酒的发酵是在啤酒酵母体内所含的一系列酶类的作用下,以麦芽汁所含的可发酵性营养物质为底物进行的一系列生物化学反应。通过新陈代谢最终得到一定量的酵母菌体和乙醇、CO2,以及少量的代谢副产物如高级醇、酯类、连二酮类、醛类、酸类和含硫化合物等发酵产物。这些发酵产物影响到啤酒的风味、泡沫性能、色泽、非生物稳定性等理化指标,并形成了啤酒的特点。啤酒发酵分主发酵(旺盛发酵)和后发酵两个阶段。在主发酵阶段,进行酵母的适当繁殖和大部分可发酵性糖的分解,同时形成主要的代谢产物乙醇和高级醇、醛类、双乙酰等。主发酵为期5~10 d,起发温度为5~7℃,最高升至8~10℃,最终降为3.5~5℃,外观糖度从12%降到3.5%~5.5%。

后发酵阶段主要进行双乙酰的还原,使酒成熟,完成残糖的继续发酵和CO2的饱和,使啤酒口味清爽,并促进啤酒的澄清。下酒后控制初期室温为2.8~3.2℃,若是外销酒,1个月后将温度逐渐降至0~1℃。一般传统工艺12°P啤酒,外销储酒时间为60~90 d,内销为35~40 d。

采用大容量发酵罐生产啤酒是啤酒工业的发展趋势。圆柱锥底发酵罐是大型啤酒发酵罐的一种,目前国内新建的啤酒厂几乎全部采用圆柱锥底罐的发酵方法。圆柱锥底发酵罐一罐法发酵工艺,一罐法发酵是指主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程在一个罐内完成。

(1)酵母添加

锥形罐容量较大,麦芽汁一般需分几次陆续追加满罐。满罐时间一般为12~24 h,最好在20 h以内。酵母的添加可采用在前一半批次的麦芽汁中添加酵母,以后批次的麦芽汁中不再加酵母的方法,也有一次性添加酵母的。酵母接种量要比传统发酵法大些,接种温度一般控制在满罐时较拟定的主发酵温度低2~3℃。添加到发酵罐的酵母应很快与麦芽汁混合均匀,一般采用边加麦芽汁边加酵母的方法。

(2)通风供氧

冷麦芽汁溶解氧的控制可根据酵母添加量和酵母繁殖情况而定,一般要求混合冷麦芽汁的溶解氧不低于8 mg/L即可。

(3)主发酵温度

各厂采用的主发酵温度是不一样的。多数厂采用低温(6~7℃)接种,前低温(9~10℃)后升温(12~13℃)的发酵工艺,主要是为了既不形成过多的代谢产物,又有利于加速双乙酰的还原。为了加速发酵,缩短酒龄,国际上有提高发酵温度的倾向。

(4)双乙酰还原

双乙酰还原是啤酒成熟和缩短酒龄的关键。酵母在接近完成主发酵时(外观发酵度达60%~65%),其代谢过程已接近尾声,此时提高发酵温度一段时间,不会影响啤酒正常风味物质的含量,而有利于双乙酰的还原。双乙酰还原温度的确定各厂控制不一,一般控制在10~14℃,使连二酮浓度降至0.08 mg/L以下时,即开始降温。

(5)冷却降温

当双乙酰还原到要求指标时,酒液开始冷却降温。降至5~6℃时,保持24~48 h,减压回收酵母。最后再降温至0~-1℃,贮酒7~14 d。

回收的酵母如作为下一次发酵用的种子,则需进行处理。回收的酵母吸附了较多的苦味物质、单宁、色素等,回收后应通入无菌空气,以排除酵母泥中的CO2,再以无菌水洗涤数次。回收的酵母在低温无菌水中只能保存2~3 d。也可在2~4℃下低温缓慢发酵,以保存酵母。

(6)罐压控制

发酵开始,采用无压发酵;CO2回收时,采用微压(0.01~0.02 MPa)发酵;至发酵后期,外观发酵度在70%以上时,封罐,逐渐升压至0.07~0.08 MPa,避免出现由于升温所造成的代谢副产物过多的现象,有利于双乙酰的还原,并使CO2逐渐饱和。

4.啤酒的过滤、分离与灌装

(1)啤酒的过滤与分离

啤酒发酵结束,需要经过机械过滤或离心分离,以去除啤酒中的少量酵母、微小的浑浊物质粒子、蛋白质等大分子物质以及细菌等,使啤酒澄清,改善啤酒的生物和非生物稳定性。

啤酒过滤的原理是通过过滤介质的筛分作用、深层效应和吸附作用等使啤酒中的悬浮微粒等大颗粒固形物被分离出来。常用的过滤介质有硅藻土、滤纸板、微孔薄膜和陶瓷芯等。

啤酒经过滤会发生以下变化:色度降低,苦味物质减少,CO2含量下降,含氧量增加,浓度也会有些许变化,对啤酒的质量有—定影响。

(2)啤酒的灌装

啤酒灌装是啤酒生产的最后一道工序,对啤酒质量和外观有直接影响。过滤好的啤酒从清酒罐分别装入瓶、罐或桶中,经过压盖、生物稳定处理、贴标、装箱,成为成品啤酒。

啤酒灌装应符合以下要求:

①灌装过程中应尽量避免与空气接触,防止因氧化作用而影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。

②灌装中应尽量减少酒中CO2的损失,以保证啤酒的口味和泡沫性能。

③严格无菌操作,防止啤酒污染,确保啤酒符合卫生标准。

对灌装容器的要求有:

①能承受一定的压力,灌装熟啤酒的容器应能承受1.76 MPa以上的压力,灌装生啤酒的容器应能承受0.294 MPa以上的压力。

②便于密封。

③能耐一定的酸度,不能含有能与啤酒发生反应的碱性物质。

④应具有较强的遮光性,避免光对啤酒质量的影响,一般选择绿色、棕色玻璃瓶或塑料容器,或采用金属容器。

①瓶装熟啤酒包装工艺流程。

②罐装啤酒包装工艺流程。