啤酒发酵工艺

啤酒发酵工艺•一、发酵方法及工艺控制•啤酒现代发酵工艺是指在最大限度地保证啤酒质量的前提下，利用现代化手段从原料质量、酵母菌种选择、卫生条件、采用工艺和设备水平方面入手，所采取的缩短发酵时间、降低劳动力、提高劳动效率、节能降耗等的各种措施。•现代啤酒发酵工艺的改进主要基于两个原因：•其一，对啤酒发酵和后熟的新的认识，双乙酰生成量较低，并能快速还原；•其二，缩短啤酒生产周期，降低了生产成本，并使大罐啤酒质量均一。•为了方便操作和节省劳动力，大多数啤酒厂都已采用锥形发酵罐进行主酵和后熟。在西欧部分国家，许多现代化的大型啤酒厂仍使用传统工艺生产啤酒。但在中国，绝大多数啤酒厂已采用锥形罐生产啤酒。•由于受企业自身条件因素或生产供给对象的影响，生产企业所采用的工艺不尽相同，但归纳起来大致可分两方面：•一从设备方面分，可分一罐发酵法、两罐发酵法和现代与传统发酵结合法；•二从温度方面分，可分为低温发酵和高温发酵。•（一）一罐法（普遍采用）•整个发酵过程在一个锥形罐中进行，即称为“一罐法”。•企业因为季节或产品质量的因素，在一罐的基础上又采用了两种工艺——低温发酵和高温发酵。•1．低温发酵工艺•低温发酵工艺在我国使用较为普遍，它比较适宜于使用传统工艺的酵母进行锥形罐发酵。•发酵工艺参数•1）发酵周期：根据产品质量、类型等定，一般为32d左右。通常夏季较短，冬季较长。优质啤酒发酵周期长。•2）酵母接种量：发酵开始时为（10~20）×10个／ml。6•3）发酵温度：啤酒发酵采用变温发酵，发酵温度指主发酵阶段的最高温度。•发酵温度变化可分四个阶段：即起始温度、主发酵温度、双乙酰还原温度、贮酒温度。•起始发酵温度：一般6~10℃•啤酒主发酵可分为三种类型：低温发酵：主酵温度8℃左右；中温发酵：主酵温度10~12℃；高温发酵：主酵温度15~18℃.国内一般采用9~12℃.•双乙酰还原温度：一般等于或高于主发酵温度。•贮酒温度：一般为-1.5~-1℃。•4）罐压•采用带压发酵可抑制酵母繁殖，减少由于升温所造成的代谢副产物过多的现象，防止产生过量的高级醇、酯类，同时有利于双乙酰的还原，并可保证酒中二氧化碳含量。•5）满罐时间•24h内，防止时间过长，酵母增值量大，产生代谢副产物a-乙酰乳酸多，双乙酰峰值高。•6）发酵度•根据所生产的啤酒类型而定，有高发酵度、中发酵度、低发酵度之分。-2-101234567891011121302468101214161820222426283032天℃°P温度一罐法发酵工艺（掌握）接种1d1d主发酵3d封罐升压升温，双乙酰还原2d1d回收酵母1d1d开始后酵操作步骤及管理（一罐式）：•①麦汁进罐：因锥形发酵罐较大，麦汁分次进罐，满罐时间最好在20h以内，最长不应超过24h。麦汁进罐温度应逐步提高，在麦汁进罐过程中，应在管道上充氧，也有最后一次不充氧，以免泡沫溢出。•②添加酵母：酵母泥可在第二次麦汁进入后一次压入。加酵母后使麦汁中的悬浮酵母数大约在12～15×106个／ml。•③分离冷凝固物：麦汁满罐24h后，从锥底排放出冷凝固物，也可过12~24h后再排出一次。排放冷凝固物应缓慢进行，以免麦汁过多排出，加大损失。•④发酵期间的管理：•主要是发酵温度、降糖速度、发酵时间、压力的管理和控制。•原则上按照发酵温度曲线控制发酵液温度和压力。一般满罐一天后，即升至最高发酵温度，常压发酵3～4天。主酵基本结束后，封罐升压升温(0.1-0.12Mpa)进行双乙酰还原，约2～4天，待双乙酰降低至一定要求(一般为0.7-0.8mg／L)，降低发酵液温度至5~7‘C。一般保持一天，也可直接降温至贮酒温度(—1～—1.5℃)，直至发酵结束。•⑤回收酵母：一般当双乙酰还原结束降温至5~7℃，保持一天后回收酵母，从锥底排放。杂质较多、死亡率较高的酵母泥应弃去，只回收死亡率在5％以下的酵母泥入酵母罐。目前有的啤酒厂在主酵结束、双乙酰还原开始时回收酵母，这要视酵母的凝聚沉淀情况而定。•⑥CO2回收和饱和：发酵24h，检查排出CO2纯度达到一定要求后，CO2气体进入回收系统。升压进行双乙酰还原时，CO2溶解在酒液中，随着温度降低，CO2溶解逐步饱和，一般在－1℃、0.06-0.07Mpa时CO2含量可达要求。•⑦发酵罐的清洗和杀菌：发酵液过滤完毕后，必须马上清洗，一般锥形发酵罐都有CIP自动清洗装置，按清洗要求，先用清水冲洗、碱性(酸性)洗涤液循环清洗，再用清水冲洗，最后用杀菌剂清洗或无菌水冲洗后，背压备用。•2.高温发酵工艺•国内已有一批啤酒厂利用引进啤酒酵母实施高温（14～17℃）发酵酿制啤酒。•发酵周期长的为18～21天，短的仅需12～15天，设备利用率显著提高，生产成本大大降低。工艺方法如下：•热麦汁经薄板冷却器冷至9.5～10℃后，经过的发酵温度为：麦汁在发酵罐内10～11℃保持36h：进行酵母增殖。•温度升至12℃：进入主发酵。经过大约2天的发酵后，外观浓度降至6°P时，使罐压升至0.08～0.1MPa。•逐步自然升温至16℃：•继续发酵并还原双乙酰。约在满罐后的第5天，外观糖度降至最低点（2.2～2.5°P）；满罐后大约第7～9天，双乙酰的含量可降至0.1mg/L以下。•缓慢降温，直至0℃：•进行后熟及饱和CO2，时间为4～5天。在降温至0℃的第2天，排放酵母并进行回收。滤酒前一天再排一次酵母和冷凝固物。•一罐法工艺的优点：•操作简单；温度、压力和液位可以很方便地进行自动控制；回收酵母也比较方便；而且一罐法生产啤酒可以省去两罐法的倒罐操作，减少了接触空气的机会；清洗消耗少；酒损低。•缺点：•由于酒液对流较强烈，许多本应分离的杂质不能排出而溶于酒中。所以，一罐法酿制的啤酒口味较两罐法的粗糙，酒花苦味稍显生硬，后苦味也更明显。因为要预留发酵空间，所以发酵罐的利用率不高。•（二）两罐法•主发酵和后发酵分别在主酵罐和后贮罐中进行，因此称之为“两罐法”。•麦汁冷却至5～8℃进入锥形发酵罐，充氧并加入酵母，酵母的添加量为0.6～0.8%。外观发酵度达到50～55%时进行封罐，压力控制在0.07～0.1MPa。当外观发酵度达到60%（糖度3.8～4.0°P）时，关闭冷却，使酒温自然升至12℃，进行双乙酰还原。3～4天后，发酵度达到大约65%时，双乙酰含量可降至0.1mg/L以下。这时开启冰水进行冷却，以0.3℃/h的速度降温至5℃，在此温度下保持12～24h，排放酵母。然后进行倒罐操作。•倒灌即将主发酵液倒入已背压0.06～0.08MPa的锥形贮酒罐中。倒罐结束后，啤酒在后贮罐中以0.1℃/h的速度降温至0～1℃。在此温度下后贮7～10天，使酒完全成熟。•滤酒前一天，调整压力为0.05～0.06MPa。过滤前先排除罐内酵母及沉淀物。•两罐法的优点：•后发酵罐内酵母数已不多，经后贮后，酵母沉淀较完全，酒液较澄清，过滤性能良好，即使没有离心机也能顺利过滤；•缺点：•操作复杂，倒罐时易摄入氧气，操作时要十分精心。否则，会影响啤酒质量。•二、发酵设备•目前广泛采用室外大型锥底发酵罐的发酵技术，我国于1978年开始采用这一新技术，现如今全国各地啤酒企业基本上已淘汰了传统的发酵池发酵法。1－CO2出2－CIP洗涤器3－冷却夹套4－真空装置5－人孔6－发酵液面7－冷却剂进口8－冷却剂出口9－温控器10－温度计11－取样管12－麦汁管路13－嫩啤酒管路14－酵母排出管路15－洗涤剂管路锥形罐示意图•采用这种发酵设备，节约了投资和生产费用；尤其是大罐一般采用微机控制后，降低了劳动强度，显著地提高了劳动生产率。且采用一罐发酵工艺，简化了生产工序，前、后酵不再严格划分，缩短了生产时间；降低了生产成本和啤酒损失；节约了劳动力和清洗费用。•目前，国际啤酒工业总的发展趋向是大规模生产，其中心点是在保证啤酒质量的前提下，改进生产工艺，缩短生产周期，尽可能的少投资，较高的可持续性和自动化程度，较好的检查和控制性，增加啤酒产量。(一)锥形发酵罐的特点•1.具有锥底，角度在60°～90°之间，主发酵后回收酵母方便。为保证啤酒良好的过滤性，酵母多采用凝聚性能良好的菌株。•2.罐体设有冷却夹套，冷却能力能满足工艺降温要求。罐的柱体部分设2～3段冷却夹套，锥体部分设一段冷却夹套，这种结构有利于酵母沉降和保存。•3.锥形罐是密闭罐，罐利用率一般为80%，可以回收CO2，也可进行CO2洗涤；既可作发酵罐用，又可作贮酒罐用。•4.发酵罐中酒液的自然对流比较强烈。罐体愈高，对流作用愈强。对流强度与罐体形状、容量大小和冷却系统的控制有关。•5.锥形罐具有相当的高度，凝聚力较强的酵母较易沉淀，而凝聚性差的酵母就需要借助其它手段进行酵母分离。•6.锥底罐不仅适用于下面发酵，同样也适用于上面发酵，在山东很多啤酒厂已经使用锥形发酵罐生产上面发酵的小麦啤酒。•（二）锥形发酵罐的结构与尺寸•锥形罐的尺寸过去并没有严格的规定，高度可达40m，直径可超过10m。对于锥形罐的径高比一般为1:3～1:5为宜。•（三）锥形罐的制作材料•现在的发酵罐多用不锈钢制作。•（四）锥形罐相关附件•1．温度计•在主酵过程中，需要进行准确的温度控制和精确的温度测量。由于在这期间罐内会出现强烈的对流，形成温差，因此需要在罐的上部1/3处和罐的下部1/3处分别安装温度计。现在啤酒厂的温度控制多采用计算机。•2．液位高度显示器•罐内液位的检查很重要。通过压差变送器，可以将压力信号转换为液位高度。•通过计算机，可以很方便地换算出罐内酒液的体积。•3．压力表或压力传感器•在发酵和贮酒过程中，必须监控锥形罐的压力。压力显示使用传统的压力表，或使用压力传感器与计算机连接，采集数据，随时检查正、负压保护阀是否正常。•4．最低液位探头和最高液位探头•每个锥形罐都安装有最低液位和最高液位探头，以保证在进液时不超过最高液位，在出罐时能终止液体的流出。探头的作用十分重要。•在此要特别阐明：若达到最高允许液位时，进液仍未停止，则在发酵时，泡沫上升的自由空间就会不够。泡沫会通过罐顶阀门并从上升管中流出，由此使整个设备都被泡沫“污染”，造成很大的危害。此外，锥形罐的酒液全部排空会使罐中吸入大量空气，损失同样不小（进液时，还得备压）。•5．取样装置•锥形罐上设有取样口，从管道中取样的可行办法有：•①随机取样•可在任意时刻取样，多次样品混合，通过分析得出产品质量的平均结果。•②多次取样•在给定的时间内取样，可反映一定时间内样品的情况。•③有代表性的平均取样•6．检查孔•有时必须检查锥形罐是否有下列情况发生：•①出现裂缝或腐蚀；•②罐上或管道中的死角。•因此，发酵罐一般上下各开一个可关闭的人孔，其直径至少为50cm。下部人孔在锥体最下端出口处，旋松螺母即可卸下。•除此之外，锥形罐最顶部还有CIP清洗装置、正压保护阀、真空阀或负压保护阀等附件。•7.管道连接与阀门•大多数的啤酒厂使用多路管道连接板（见图）。在多路管道连接板上，由于采用活动的拱形连接管，故仅用很少的手柄就可以连通所期望的管道。通过手动碟阀或远控碟阀就可以打开或关闭连接系统。•8.锥形罐的降温控制•酵母在发酵过程中会产生热量，为使发酵和后熟在设定的工艺温度下进行，则必须进行冷却。•一般采用间接冷却方式，冷媒是乙醇或乙二醇与水的混合液，它在氨制冷机的蒸发器箱中进行冷却，温度一般控制在－5℃左右，它主要用于麦汁冷却和发酵罐的降温。•三、影响发酵的因素•影响发酵和啤酒质量的因素主要有以下几方面：•（一）酵母菌种的选择•要根据需求正确地选择酵母，理想的菌株至少应具备以下特点：•1.满意的收获量，可供继续接种使用；•2.正常的发酵速度和极限发酵度，在一定的发酵时间内，可以达到一定的发酵度；•3.代谢副产物合理，具有理想的啤酒风味和泡沫性能；•4.适宜的凝集性能，酒液澄清良好；•5.啤酒的损失率低；•6.较高的抗变异稳定性；•7.产生α-乙酰乳酸的峰值低，双乙酰还原快。•（二）接种酵母的状态•酵母接种时的状态与前期使用情况有关。酵母使用连续几代后，因缺乏与氧的接触而产生不良的累积效应，使发酵度逐步下降。而且连