啤酒发酵工艺介绍学习资料 现代啤酒发酵工艺.doc
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1、啤酒发酵工艺介绍学习资料 现代啤酒发酵工艺自60年代以来,世界各国为了扩大生产,减少投资,保证质量并满足消费者多方面的需要,在传统工艺的基础上,广泛采用室外大型发酵罐的发酵技术,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。室外大型发酵罐为锥底圆柱形,简称锥形罐,它大多安装在露天,罐体具备自身冷却装置,可很容易地控制发酵温度;罐底为锥形,回收酵母和清洗便利;大罐具有CIP清洗系统,保证了生产中的卫生安全;大罐还具有其它一些完善的控制手段,能使发酵顺利进行,可以做到产品质量均匀一致。室外大型发酵罐的结构示意见图4.1。采用这种发酵设备,节约了投资和生
2、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。1CO2出2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洗涤剂管路图4.1 锥形罐示意图第一节 现代啤酒发酵和后熟的工
3、艺方法发酵是啤酒生产中极其重要的工艺过程,它是一个有酵母参与的复杂的生化反应过程,它对成品啤酒的质量影响最大。而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。原料、卫生、设备因素在其它章节都涉及到,这里不再一一熬述。一、酵母菌种的选择 酵母菌种的选择主要考虑以下因素:增殖强度和起发速度、发酵能力、凝聚性、营养物质的利用率以及发酵副产物的组成及其对啤酒口味与香气的影响。 1繁殖强度和起发速度 酵母的繁殖强度和起发速度对于控制微生物污染具有重要
4、的意义。迅速地起发将会抑制啤酒中的有害细菌如乳酸菌和球菌的繁殖,从而保证啤酒生产的卫生状况。2发酵能力用每克酵母每小时发酵产生的CO2的 ml数来表示发酵能力。它表示酵母耗糖的能力,这也是酵母最重要的性质之一。耗糖速度可以作为发酵过程控制的重要参数。不同酵母菌种的发酵速度有很大的差别,酿酒师要根据所酿啤酒品种的不同,控制适宜的发酵速度。对于浅色的陈贮啤酒,通常使用高发酵能力的酵母。因为迅速的主发酵对啤酒的香气、口味、杀口力和泡沫性能有利,再通过后发酵过程中CO2的洗涤作用,将啤酒中对口味有害的挥发性发酵副产物排出,由此可以生产出优质的浅色啤酒。对于深色的陈贮啤酒、出口啤酒和烈性啤酒,多使用中等
5、发酵能力的酵母,以保证酒液中仍含有足够的可发酵性糖用于后发酵。3酵母的凝聚性凝聚性是酵母菌种的另一重要特性。由此而将酵母分为凝聚性酵母和粉状酵母。酵母的凝聚性影响发酵度和啤酒澄清。人们希望,发酵后酵母沉淀良好,有利于过滤。如果酵母凝聚性过强,酵母易于沉降,主发酵会过早结束,较多的浸出物进入后酵,这会导致发酵不充分,严重的还会造成啤酒的稳定性问题;相反,如果酵母的凝聚性能较差,则会有过多的酵母进入后酵,使啤酒产生酵母味。4发酵副产物微量的发酵副产物即会对啤酒的口味形成显著的影响。其组成受麦汁组成和所使用酵母菌种的影响。因此,酵母菌种的选择极其重要。研究表明,双乙酰的形成与酵母菌种密切相关,而且并
6、非所有的酵母菌种都具有良好的双乙酰分解能力。厌氧发酵的主要产物除乙醇外,还有酯类和高级醇类。当这些物质的含量超过口味域值时,便会使啤酒口味粗糙,泡持性能差。例如,在一定条件下,较高的异戊醇含量还会引起头痛;较高含量的芳香醇如酪醇、色醇和苯乙醇会严重影响啤酒的口味。通过品尝,可以发现此类缺陷,并及时采取措施。二、现代啤酒发酵与后熟的工艺方法 现代啤酒发酵工艺大大缩短了传统的主发酵和低温后贮时间。缩短生产周期的同时,又不会明显地影响啤酒的质量。发酵工艺的改进主要基于两个原因: (1)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; (2)缩短啤酒生产周期,降低了生产成本,并使大罐啤酒质
7、量均一。由此,人们将传统发酵的两个工艺环节主发酵和后发酵划分为三个工艺环节发酵、后熟和冷贮。同传统卧式贮酒罐相比,锥形发酵罐工艺发展迅速,至今,已出现了各种各样加速啤酒后熟的新工艺。1低温发酵低温后熟工艺 (见图4.2) 传统的低温发酵,麦汁的接种温度不能超过67。如果是单锅满罐的话,酵母的接种量要达到1.51.8107个ml细胞。发酵的最高温度为9。达到最终发酵度后并不冷却降温,而是始终保持在9,直到双乙酰降至0.1mg/L以下为止。达到最终发酵度后即排放酵母。若添加高泡酒,酵母细胞数为34106个/ml,然后在34天内降温至1,保持710天。在最后一星期的后熟过程中应排三次酵母;冷贮期间每
8、45天排一次。冷贮中应进行68小时的CO2洗涤,以形成对流,避免上、下层酒液温差过大。若不添加高泡酒,发酵进入入冷贮阶段后,温度要降至01。然后强烈通入CO2进行洗涤,57天结束冷贮。2. 低温发酵高温后熟工艺高温发酵总会带来许多发酵副产物。低温主酵、高温后酵的优点在于形成的发酵副产物不很多,这些发酵副产物可在高温后熟中得到很好的分解(见图4.3)。在带后熟的低温主发酵工艺中,主发酵在89下进行,发酵度到达50左右后关闭冷却装置,使温度升至1213进行双乙酰的后熟阶段,结束以后倒至另一锥形贮罐中并进行为期一周的低温贮藏;或者在同一罐内降温至1进行贮酒(一罐法工艺)。在0.01MPa的过压下,C
9、O2含量可达5.45.6gL,而无须进行“后碳酸化处理”。此工艺也适用于传统主酵工艺。此工艺总周期为20d左右。3高温发酵高温后熟(见图4.4) 图4.4 高温发酵高温后熟为了加速发酵和后熟,人们往往采用高温发酵高温后熟工艺。高温是相对接种温度而言的,此工艺的最低温度为8,最高温度14。接种温度8,然后使温度上升到1214,促使其形成多量的双乙酰。而在高温下,酵母会迅速还原双乙酰,从而缩短发酵周期。双乙酰还原达到要求后,将温度降至贮酒温度1,并在此温度下低温贮藏一周。此总工艺时间为1720天。采用这种工艺,可以获得质量较为满意的啤酒。此工艺的优点是:(1)可较快地达到最终发酵度;(2)双乙酰分
10、解快,而且可靠;(3)啤酒质量较为满意;(4)此工艺也适用于压力发酵。4带压发酵(见图4.5) 压力发酵是当今缩短生产周期最常用的方法之一。发酵温度的升高不可避免地会导致某些发酵副产物含量的上升,从而影响产品质量。但高温造成的不利影响可通过施加压力的方法加以克服。压力发酵不仅限制了高级醇含量的形成,而且也抑制了某些酯特别是乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯的合成。但其它酯的含量仍会随温度的升高而增加。基于质量的考虑,采用过高的主发酵温度也是不妥的。因为酯含量的上升必然会影响啤酒的感观质量。如果温度超过20,形成的发酵副产物就会增多,这时就必须采用较高的压力去抑制发酵副产物的形成,否则,啤酒的质量就会受到较
11、大的影响。采用此工艺的前提是,发酵罐能承受较高的压力。MPa压力发酵温度一般为1014,最高为1420。保持此温度至连二酮的前体物质全部被还原。为了限制发酵副产物的过量形成,采用的温度要与施加的压力相适应,这种压力可以分段或根据经验在某一阶段直接建立起来。实际生产中,通常是当外观发酵度达到5055时使压力上升至规定的压力。此压力一直保持至后熟阶段结束,然后冷却至1,并调整压力至工艺要求的贮酒压力。冷贮至少需要一周。此工艺的总周期大约需要1720天。采用压力发酵,CO2含量相对较高,视罐内酒液液柱高度的不同,其含量可达到0.500.55。采用压力发酵虽然可使主发酵和后发酵加快,但对啤酒的质量却具
12、有不利的影响,压力发酵对pH值具有不利的作用,啤酒的pH值明显地高于传统方法生产的啤酒。原因是,后熟和贮酒过程中,由于酵母内容物质的分泌而使pH值升高。与压力发酵相反,组合的高温发酵低温贮酒或整体后熟方法却能够实现正常的发酵和理想的后熟。低温主酵、高温后熟是缩短啤酒生产周期最有效的方法之一,且对成品啤酒的质量和感观影响不大。在啤酒生产中,所有缩短发酵和后熟的工艺方法,都应实现这样一个目的,即啤酒质量应与传统方法生产的不相上下。第二节 企业常见发酵方式及工艺为了方便操作和节省劳动力,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
13、,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。为了提高设备的利用率,在质量不变的前提下,啤酒必须在尽可能短的时间内发酵和成熟,所以高温快速发酵法在企业被普遍应用,一般来讲,此发酵工艺的发酵、后熟和后贮所需的总时间不超过1720天, 一、一罐法 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
14、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,其工艺曲线见图4.6。热麦汁经回旋沉淀槽除去热凝固物和粉碎酒花渣,并经薄板冷却器冷却至接种温度68,充无菌空气使溶解氧达到78mg/L。接种酵母(接种量0.51.0%)后泵入发酵罐进行发酵。发酵罐充填系数为0.80.9。发酵开始后保持接种温度3天,然后自然升温至10,并保持此温度进行主发酵。 当发酵液外观发酵度达到55%时,使罐压升至0.070.1MPa,以加速双乙酰的还原,减少高级醇和酯类等的生成。再经过大约34天,当双乙酰的含量降低到0.1mg/L以下时,开始以0.3/h的速度缓慢降温到5或不停留继续降温。若在5停留,则在
15、此温度下保持24h,排放或回收酵母,再以0.1/h的速度降温至01。若在5不停留,则再以0.1/h的速度继续降温至01。24h后排放第2次酵母。在此温度下后贮1015天。滤酒的前一天,先排放酵母和冷凝固物。酒液可先经离心机分离酵母再过滤,也可直接进行过滤。低温一罐发酵工艺的总时间为2328天。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(1417)发酵酿制啤酒。发酵周期长的为1821天,短的仅需1215天,设备利用率显著提高,生产成本大大降低。工艺方法如下:热麦汁经回旋沉淀槽除去热凝固物和粉碎酒花渣后,以薄板冷却器冷至9.510,再以硅藻土过滤除去冷凝固物,并充无菌空气使溶解氧达
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