啤酒酿造工艺

主讲人：李扻平Author:Li-Zhiping燕山大学应用化学系YanshanUniversityDepartmentofAppliedChemistry啤酒酿造工艺BrewedBeerTechnology1.熟悉啤酒生产用菌种的特性、原料种类及特点2.掌握啤酒生产的工艺过程及关键工艺控制3.了解啤酒生产对工艺设备的要求主要内容1概述2原料3啤酒生产工艺流程4成品啤酒1概述1.1啤酒的定义、成分及特点：啤酒是以大麦芽和酿造水为主要原料，以大米、玉米等谷物为辅料，以极少量啤酒花为香料，经过啤酒酵母糖化发酵酿制而成的一种含有丰富的二氧化碳[0.42%（m/m）]而起泡沫的低酒精度[2.5—7.5%(V/V)]的健康饮料酒。科学研究表明，啤酒中含有人体所需的17种氨基酸，其中有8种不是人体所能合成的，人体必需氨基酸占12—22%，含有12种维生素（尤以B族维生素最突出）以及矿物质等多种营养素。啤酒具有较高的热量，1L啤酒的热量可达1779kJ。因此，早在1972年7月墨西哥召开的第9届世界营养食品会议上，啤酒就被正式推荐为营养食品。啤酒与其他酿造酒的不同点在于：使用的原料不同；使用的酿造方式和酵母菌种不同；生产周期不固定，可根据品种、工艺和设备条件而变化,短的仅14天,长的可达40天以上。啤酒的酒精含量是按质量计的，通常不超过2—5%。啤酒度不是指酒精含量，而是指酒液原汁中麦芽汁浓度的质量百分比。这种标度方法仅见于中国啤酒，在外国啤酒中还没有。1.3世界啤酒发展简史：9千年前起源于中东和古埃及19世纪前地中海和欧洲19世纪末亚洲现代遍及世界（除伊斯兰教国家）啤酒是世界产量最大的饮料酒1.4世界啤酒工业表1-1世界十大啤酒行业排行榜摘自法新社公布的世界十大啤酒企业排名次序（2006.8）中国是世界最大的啤酒消费国家，却没有一个品牌啤酒产量进入世界前十位！名次品牌产量(亿升/年）产地生产公司1百威啤酒115美国安海斯布希公司2贝克啤酒81.7比利时贝克英特布鲁时代公司3喜力啤酒72荷兰喜力公司4嘉士伯啤酒60丹麦嘉士伯公司5安贝夫啤酒55巴西安贝夫公司6南非啤酒54南非南非啤酒集团7美乐啤酒53美国美乐公司8纽卡斯尔36英国苏格兰纽卡斯尔公司9朝日啤酒35日本朝日啤酒公司10麒麟啤酒32日本麒麟啤酒世界啤酒工业百威啤酒贝克啤酒喜力啤酒嘉士伯啤酒世界啤酒工业安贝夫啤酒南非啤酒美乐啤酒世界啤酒工业朝日啤酒纽卡斯尔啤酒麒麟啤酒1.5中国啤酒工业及其发展前景(1)发展简史4000-5000年前古代啤酒近代啤酒从欧洲传入1900年哈尔滨啤酒作坊1903年青岛的英德啤酒厂（青啤前身）1915年北京双合盛啤酒厂1949年总啤酒厂数≤10现代总啤酒厂数≥30中国啤酒工业及其发展前景时期年份产量/万吨特点初创期1900-19490~1原料进口，技术西方控制恢复期1949-19571~4大麦引进部分地区种植，基本自给麦芽，技术自控初步发展期1957-19664~12酒花自给，能设计小型啤酒厂，厂数增加，培养一些专业技术人才第一次发展高潮1969-197812~41专门的生产啤酒设备，啤酒饮用普及第二次发展高潮1979-198841~680中大型啤酒厂建立，合资企业起步，全国出现啤酒热第三次发展高潮1991~19991000~2000啤酒趋向大型化、集团化、三资化生产表1-2中国啤酒发展史中国啤酒工业1青岛啤酒青岛啤酒股份有限公司2燕京啤酒北京燕京啤酒集团3雪花啤酒北京华润雪花啤酒有限公司中国啤酒工业4珠江啤酒广东珠江啤酒集团5哈尔滨啤酒哈尔滨啤酒集团重庆山城啤酒有限责任公司6山城啤酒中国啤酒工业7雪津啤酒福建雪津啤酒集团8金威啤酒深圳金威啤酒集团有限公司9中华啤酒浙江钱江集团股份有限公司10黄河啤酒兰州黄河企业股份有限公司（2）中国啤酒工业的发展前景低浓度、低醇啤酒啤酒品种的多样化低糖、低醇、保健型啤酒花色啤酒啤酒修饰技术高浓酿酒技术生啤的酿造人才的培养2原料酿造大麦啤酒花啤酒酿造用水2.1大麦大麦是酿造啤酒的主要原料，其籽粒由胚、胚乳和谷皮构成，大麦适于酿酒的主要原因为：△大麦便于发芽，可产生大量的水解酶类△大麦种植遍及全球△大麦的化学成分适合酿造啤酒△大麦是非人类食用主粮(1)大麦的化学成分◇淀粉主要存在于胚乳中，有大颗粒和小颗粒之分。直链淀粉淀粉酶麦芽糖和葡萄糖大麦淀粉支链淀粉淀粉酶麦芽糖和葡萄糖糊精和异麦芽糖◇半纤维素和麦胶物质正面影响：1）可降解，提高了麦汁的津出率2）对啤酒的泡沫和口感的丰满度有益3）提高可溶性的膳食纤维负面影响：1）增加麦汁的粘度2）降低了啤酒的过滤速度3）易造成啤酒的混浊占大麦干物质的10%，主要存在于胚乳中，构成胚乳细胞壁，也存在于麦壳中。◇蛋白质主要存在于糊粉层中，胚乳中也有存在。蛋白质含量（9.0-12%)及其类型直接影响啤酒制麦、酿造工艺及其质量。能够提供酵母营养,使啤酒口感醇厚、圆润、丰富啤酒泡沫，也使啤酒早期呈现浑浊。（2）啤酒酿造对大麦的质量要求感观有光泽，淡黄；皮薄；籽粒饱满；大小均匀；发芽力（3d）≥85%；发芽率≥96%物理检验（1）千粒重（2）麦粒均匀度（3）胚乳性质化学检验（1）水分：≤13%（2）蛋白质:9%~12%（3）浸出物：72~80%酿造大麦的质量标准符合GB2.2啤酒花酒花学名“蛇麻”,有雌花和雄花之分，啤酒酿造通用雌花。酒花的作用主要是赋予啤酒爽口的苦味和酒花香味、促进麦汁和啤酒的澄清、有利于啤酒的泡沫、作为啤酒防腐剂。酒花对啤酒酿造具有重要意义的三大成分是酒花树脂、酒花油和多酚物质。酒花树脂是苦味的主要来源；酒花油是啤酒香味的主要来源；黄烷基多酚物质(聚合花色苷)能与蛋白质共价交联作用而沉淀析出，有利于提高啤酒的稳定性，增加啤酒的色泽，低分子(500-3000)多酚(单宁)有利于大麦发芽及赋予啤酒涩味（单宁分子与唾液蛋白质发生反应）.2.3水水是啤酒酿造非常重要的原料，按用途分可将啤酒厂用水分为多种，每种水的用途不同，要求也不一样。水的硬度是指水中离子（主要是钙、镁离子）沉淀硬脂酸钠（皂化）的能力，一般来讲，生产单色啤酒适宜用中等硬度以下的水。回收的酵母要经过洗涤后再用，酵母洗涤用水需达到无菌要求，否则杂菌会进入酵母培养液中，进而污染发酵醪。稀释用水若含有杂菌，会直接进入啤酒中，因此，这两部分水必须进行除菌处理，除菌方法有：沙滤棒过滤、加氯杀菌、臭氧杀菌、紫外线杀菌。3生产工艺流程3.1麦芽制造工艺流程麦芽制造的主要目的是：使大麦生成各种酶，并使大麦胚乳中的成分在酶的作用下，达到适度的溶解；去掉绿麦芽的生腥味，产生啤酒特有的色、香和风味成分。麦芽制造主要有三大步骤：浸麦、发芽、干燥，流程如下：3.1.1浸麦使麦芽吸收发芽所需要的一定量水分的过程，称为大麦的浸渍，简称浸麦。经浸渍后的大麦称为浸渍大麦。浸麦是为了供给大麦发芽时所需的水分，给以充足的氧气，使之开始发芽。与此同时还可洗涤麦粒，除去浮麦，除去麦皮中对啤酒有害的物质。3.1.2发芽浸渍大麦在理想控制的条件下发芽，生成适合啤酒酿造所需要的新鲜麦芽的过程，称为发芽。然后送入焙燥系统制成啤酒麦芽。因此，发芽是一种生理生化过程。大麦发芽的目的：激活原有的酶；生成新的酶；物质转变。发芽工艺条件主要控制浸麦度、发芽温度、发芽时间和通风。发芽方式分地板式发芽和通风式发芽两大类，通风式发芽又有多种设备形式。如箱式发芽、圆形制麦系统等。(2)发芽过程中主要物质的变化淀粉的变化蛋白质的变化半纤维素和麦胶物质的变化酸度的变化酶的形成3.1.3干燥未干燥的麦芽称为绿麦芽，绿麦芽含水分高，不能贮存，也不能进入糖化工序，必须经过干燥。通过干燥，可以使麦芽水分下降至5%以下，利于贮藏；终止化学—生物学变化，固定物质组成；去除绿麦芽的生青味，产生麦芽特有的色、香、味；容易除去麦根。3.1.4除根根芽对啤酒酿造没有意义，并影响啤酒质量。根芽吸湿性强，能够很快吸收环境的水分，使干燥麦芽含水量重新提高；根芽含有不良的苦味，影响啤酒的口味；根芽能使啤酒的色度增加。所以麦芽干燥后应将根芽除掉。3.2啤酒酿造工艺流程用麦芽、大米、酒花和水，经过70℃的温度糖化、煮沸后添加酵母发酵、过滤酿造而成。流程具体参数描述糊化锅中加入52kg工艺水，加热至45℃；将已粉碎好的原料加入糊化锅中，在温度为70℃的条件下使α-淀粉酶充分作用，时间为20min；然后在100℃的条件下使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时提供混合糖化醪升温所需的热量，时间为40min。在糖化锅中加入96kg工艺水，加热至37℃；将已粉碎好的原料加入糖化锅中，在温度为50℃的条件下使羧肽酶充分作用，形成低分子含氮物质；然后将糊化锅醪液加入糖化锅中，并在65℃下保持30min，使β淀粉酶充分降解淀粉；然后在72℃下保持40min，让α淀粉酶充分分解淀粉，之后升温至78℃。糖化锅醪液经过滤槽去除麦糟后，倒入煮沸锅加热煮沸，醪液的沸点为105℃，通过煮沸可以适当控制麦汁浓度在0.12-0.13之间；并能破坏酶的活性，终止生物化学反应；使蛋白质变性凝固；使酒花中的有效成分充分溶出。煮沸过程中凝固的蛋白质在旋沉槽中沉淀除去；然后倒入发酵罐中进行发酵。3.2.1原料粉碎粉碎是一种纯机械加工过程，原料通过粉碎可以增大比表面积，使内含物与介质水和生物催化剂酶接触面积增大，加速物料内含物的溶解和分解。麦芽粉碎方法分为三种，即干法粉碎、增湿粉碎和湿法粉碎。干法粉碎是一种传统的并且一直延续至今的粉碎方法，而增湿粉碎和湿法粉碎被越来越多的厂家采用。粉碎设备辊式湿式粉碎设备3.2.2麦芽醪的糖化（1）概念：糖化：是指利用麦芽本身所含有的各种水解酶(或外加酶制剂)，在适宜的条件（温度、pH值、时间等）下，将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质(淀粉、蛋白质、半纤维素等)分解成用于酿造工序的可溶性的低分子物质(如糖类、糊精、氨基酸、肽类等)的过程。原料及辅料粉碎物与水混合后的混合液称为“醪”（液），糖化后的醪液称为“糖化醪”，溶解于水的各种干物质（溶质）称为“浸出物”。浸出物由可发酵性和不可发酵性物质两部分组成，糖化过程应尽可能多地将麦芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。（2）糖化时主要物质的变化淀粉的分解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。淀粉在常温下不溶于水，但当水温至53℃以上时，淀粉发生溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化（Gelatinization）。淀粉乳在酸性环境下加热，经糊化、溶解，进而葡萄糖苷链裂解，形成各种聚合度的糖类混合溶液。在稀溶液的情况下，最终将全部变成葡萄糖。在此，酸仅起催化作用。淀粉的酸水解反应可由化学式简示如下：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6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。β-葡聚糖的分解酸的形成使醪液的pH值下降。多酚类物质的变化（3）糖化方法及设备(3).1糖化方法根据是否分出部分糖化醪进行蒸煮来分，将糖化方法分为煮出糖化法和浸出糖化法；使用辅助原料时，要将辅助原料配成醪液，与麦芽醪一起糖化，称为双醪糖化法，按双醪混合后是否分出部分浓醪进行蒸煮又分为双醪煮出糖化法和双醪浸出糖化法。①各糖化阶段休止温度和时间：在某种酶的最适作用温度下维持一定的时间，使相应底物尽可能多的分解，这段时间称为休止时间，温度称为休止温度。糖化阶段的休止温度要尽量适应不同酶的最适作用温度，发挥各种酶的最大潜力。②pH值各种酶都有各自的最适作用pH值范围，α-淀粉酶、β-淀粉酶、蔗糖酶、R-酶、内肽酶、羧肽酶的最适合pH值区间为5.2~5.6。③糖化用水淡色啤酒的料液比为1：4～5（即100kg原料的用水升数，下同），浓色啤酒的料液比为1：3～4，黑啤酒的料液比为l：2～3。④洗糟用水洗糟用水温度为75～80℃，残糖质量分数控制在1.0％～