啤酒工艺学课件new.ppt
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1、啤酒工艺学,主讲 代春华,本课程要讲解的主要内容有:第一章 绪论第二章 原料第三章 麦芽制备第四章 麦芽汁制备第五章 啤酒发酵第六章 啤酒工厂三废治理和副产物利用,第一章 绪 论第一节 酒和酒度,凡含有酒精(乙醇)的饮料和饮品,均称为“酒”。酒饮料中酒精的百分含量称做“酒度”。酒度有三种表示方法:(1)以体积分数表示酒度:即每100mL酒中含有纯酒精的毫升数。(白酒、黄酒、葡萄酒)(2)以质量分数表示酒度:即每100g酒中含有纯酒精的克数。(啤酒),(3)标准酒度:欧美各国常用标准酒精度表示蒸馏酒的酒度。古代把蒸馏酒泼在火药上,能点燃火药的最低酒精度为100度。现代的标准酒度,大多数西方国家采
2、用体积分数50%为标准酒度100度。即体积分数乘2即是标准酒度的度数。,第二节 世界啤酒工业一、啤酒的定义 啤酒是采用麦芽和水为主要原料,加酒花,经酵母发酵酿制成的一种含有C02,起泡的,低酒精度的饮料。德国巴州将啤酒称为“液体面包”,表明其营养价值非常高。1972年,第九届国际食品营养会议上,推荐啤酒为营养食品之一。,二、原料 啤酒的原料是大麦。是世界上种植最早的谷物之一,几乎世界上所有地区都可种植,其产量在谷物排名上,在小麦、玉米、稻谷之下,居第四位,而且大麦不是人类主要的粮食,酿酒后的麦糟中蛋白质含量得到相对丰富,更适宜于做饲料,所以用大麦制啤酒得到发展。啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒
3、,而且营养丰富,人们适量饮用时,酒精对人体的毒害相对较小。,中国大麦种植区 大麦生育期短,具有独特的早熟性,在轮作复种中占有重要的地位,在多熟制地区,它是个早熟茬口,在高寒地区,它是个早熟保收的作物。根据大麦种植地区的生态条件、种植制度和品种类型,将中国大麦产区分成5个区域。1长江中下游冬大麦区。为中国最大的产区,包括江苏、浙江、湖北、安徽、上海等省、市。本地区自然条件较好,栽培水平较高。播种面积约为全国的1/2,产量占2/3。其中又以江苏省的面积最大。类型以春性二棱大麦为主。2黄河中下游春、冬大麦混种区。包括河南、山东以及河北、山西、陕西各省的南部。本区冬季气温偏低,以越冬性较好的多棱皮大麦
4、为多,面积约为全国的1/5。,3青藏高原裸麦区。包括西藏自治区与青海省全部,以及四川、云南、甘肃等省的藏族居住区。该地区因食用习惯,以种植多棱裸大麦(通称青稞)为主。4北方春大麦区。包括内蒙古、吉林、黑龙江等省。由于啤酒工业和词料的需要,大麦面积扩大较快。5华南冬大麦区。包括福建、广东、广西和台湾省,种植面积很小。,三、啤酒的分类1、据工艺分类 可分两大类:以德国(慕尼黑)、捷克(比尔森)、丹麦、荷兰为典型的下面发酵法啤酒;以及以澳大利亚、新西兰、加拿大等为典型的上面发酵法啤酒。2、根据是否巴氏灭菌 分为:生啤酒/熟啤酒。,3、根据麦芽度(麦芽汁浓度)可分为:8o啤酒/10o啤酒/12o啤酒/
5、14o啤酒/18o啤酒。4、根据色泽 可分为:黑啤酒/黄啤酒/淡色啤酒。啤酒色泽主要取决于麦芽和酿造工艺。,5.根据包装容器 可分为桶装/罐装/瓶装6.销售方向不同 可分为内销/外销,第三节 中国啤酒工业发展简史 中国在四五千年前,就有古代啤酒。中国近代啤酒是从欧洲传入的。1.1900年,俄罗斯技师在哈尔滨建立了一家啤酒作坊(乌卢布列夫基啤酒厂)2.1903年,德国啤酒酿造师在青岛建立了第一家现代化的啤酒厂,英德啤酒厂。,3.1915年,中国人出资在北京建立了双合盛啤酒厂。到1949年,中国只建立了不到10个工厂,年产啤酒近1万t,从1949年到1993年,我们用43年的时间,发展成为世界啤酒
6、第二生产大国,这样的发展速度举世瞩目。,世界十大啤酒公司1.美国百威啤酒,年产量115亿升2.比利时时代啤酒,年产量81.7亿升(含德国贝克的5.7亿升)3.荷兰喜力啤酒,年产量72亿升,4.丹麦嘉士伯啤酒,年产量60亿升5.巴西安贝夫,年产量55亿升6.南非啤酒集团,年产量54亿升7.美国米勒啤酒,年产量53亿升,8.英国纽卡索啤酒,年产量36亿升9.日本朝日啤酒,年产量35亿升10.日本麒麟啤酒,年产量32亿升,2003年国内十大啤酒生产商名次 公司名称 产量(万千升)市场份额(%)1 青岛啤酒集团 326 12.8 2 华润啤酒集团 254 10.0 3 北京燕京啤酒集团 223 8.8
7、 4 哈尔滨啤酒有限公司 117 4.6 5 河南金星啤酒集团 94 3.7 6 重庆啤酒集团 91 3.6 7 珠江啤酒集团公司 88 3.5 8 福建雪津啤酒集团公司 58 2.3 9 金狮啤酒集团公司 41 1.610 福建惠泉啤酒集团公司 41 1.6,第四节 中国啤酒工业的未来1产量的发展:啤酒成为人民大众最喜爱的饮料之一。其生产将有较大的发展,我国的发展规划是到2010年达到3000-3500万t,人均年占有量达到世界平均水平。2规模的扩大:将有几个啤酒集团年产量超过80万t,中小型啤酒厂面临巨大的危机,是发展还是淘汰,要看啤酒市场的具体情况。3技术经济指标还有差距:原料装备等可比
8、技术经济指标还很落后。,4原料的发展:中国已经独立种植啤酒大麦和生产酒花。5啤酒品种向多样化发展:低浓度、低醇、低糖、保健、小麦啤酒、白啤酒、全麦芽啤酒、配合啤酒等。,6啤酒修饰技术:从麦芽、酵母中提取风味物。7高浓酿造技术:8非热消毒的纯生啤酒的酿造:9人才培养:,第二章 啤酒酿造原料,第一节 大麦 第二节 辅助原料 第三节 啤酒花 第四节 水,第一节 大 麦,大麦用于酿造啤酒的原因:大麦便于发芽,并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。,一、大麦的品种(一)根据用途分类 饲料大麦 颗粒不均匀,谷皮较厚,蛋白质含量较高,产量高,成熟早。食用大
9、麦 胶质物多,颗粒较小,蛋白质含量较高,产量高,成熟早。啤酒专用大麦 粒大饱满,谷皮薄,淀粉含量高,蛋白质含量低。,(二)根据种植时间分类 春大麦 清明节前种植,成熟度不够整齐,休眠期较长。冬大麦 在秋后种植,成熟度整齐,休眠期较短。(三)根据外观色泽分类 白皮大麦 成熟后谷皮呈淡黄色,有光泽,籽粒肥大 饱满,淀粉含量高,发芽整齐。黄皮大麦 成熟后谷皮呈黄色,颗粒小,淀粉含量少。紫皮大麦 成熟后谷皮呈淡紫色,颗粒小,淀粉含量 少,谷皮较厚。,(四)根据麦穗形态分类 直穗大麦 成熟时麦穗直立,有二、四、六棱大麦之分。曲穗大麦 成熟时麦穗下垂,穗长而细,均为二棱大麦。,(五)根据生长形态分类 六棱
10、大麦 是大麦的原始形态。麦穗断面呈六角形,有六 行麦粒围绕一根穗轴而生,籽粒不够整齐,相对蛋白质含量较高,淀粉含量较低。四棱大麦 是六棱大麦的变种,它的籽粒不像六棱大麦那样对称,有二对籽粒互为交错,此大麦粒小且不整齐,谷皮较厚,蛋白质含量较高。二棱大麦 也是六棱大麦的变种,沿穗轴只有对称的二行籽粒,因此籽粒饱满、整齐、颗粒大,相对淀粉含量高,蛋白质含量低。,图1-1 不同品种大麦的横断面,二、大麦的结构(一)胚 由胚芽、胚根、盾状体和上皮层组成,约占麦粒质量的2%-5%。盾状体与胚乳衔接,功能是将胚乳内的养料供给生长的胚芽、胚根。(二)胚乳 是胚的营养仓库,约占麦粒质量的80%-85%。由淀粉
11、细胞层和脂肪细胞层组成。淀粉细胞层是胚乳的核心。细胞之间的空间处由蛋白质组成的骨架支撑,外部被糊粉层包围。糊粉层是产生各种水解酶的场所,也是有生命的组织,也进行呼吸作用。,(三)皮层 谷皮 在麦汁制备时可作为过滤介质而被利用。果皮 刚收获的大麦,果皮的外表面有一蜡质层,对赤霉酸和氧是不透性的。种皮 是一种半渗透性薄膜,可渗透水及某些离子,却不能渗透高分子物质。,图1-2 大麦粒的构造 1-麦芒 2-谷皮 3-果皮和种皮4-腹沟 5-糊粉层 6-胚乳7-细胞层 8-胚根 9-胚芽10-盾状体 11-上皮层 A-腹部 B-背部,三、大麦的化学组成 大麦的化学组成随品种以及自然条件等不同在一定范围内
12、波动,主要成分是淀粉,其次是纤维素以及蛋白质、脂肪等。大麦中一般含干物质80-88%,水分12-20%。(一)水分 一般水分应在12%13%内。大麦含水分高者易霉烂,过低不利于大麦的生理性能。新收获的大麦含水常高达20%,必须经过暴晒或人工干燥,使水分含量降至12%左右,方能进仓贮藏。,(二)碳水化合物 1、淀粉 是最重要的碳水化合物,占总干物质重量的58%-65%。是大麦的主要贮藏物,存于胚乳细胞内。大麦淀粉含量愈多,大麦的可浸出物也愈多,制备麦汁时收得率也愈高。其中,大麦淀粉在化学结构上分为直链淀粉和支链淀粉。直淀粉占17%24%,支链淀粉占76%83%。,大麦淀粉颗粒分为大颗粒淀粉(直径
13、2040m)和小颗粒淀粉(直径210m)两种。二棱大麦的小颗粒淀粉数量约占全部淀粉颗粒的90%。其质量却只占淀粉的10%左右。小颗粒淀粉的含量与大麦的蛋白质含量成正比。其外部被很密的蛋白质所包围,不易受酶的作用,如果在制麦时分解不完全,糖化时更难以分解。这种未分解的小颗粒淀粉与蛋白质、半纤维素和麦胶物质聚合在一起,使麦汁粘度增大,是造成麦汁过滤困难的一项重要因素。小颗粒淀粉含有较多的支链淀粉,因此产生较多的非发酵性糊精。,直链淀粉在淀粉酶的作用下,几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖。淀粉酶作用于支链淀粉时,除生成麦芽糖和葡萄糖外,尚生成大量糊精及异麦芽糖。直链淀粉分子结构较松,支链淀粉则较紧,故前者
14、易溶解。,麦芽糖结构,异麦芽糖结构,直链淀粉结构,支链淀粉结构,2、纤维素 纤维素主要存在于大麦的皮壳中,是构成谷皮细胞壁的主要物质,占大麦干重的3.5-7.0%。,3、半纤维素和麦胶物质 占总干物质重量的3.5%-7.0%。是胚乳细胞壁的组成部分。胚乳细胞内主要含淀粉,发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后,其他水解酶方能进入细胞内分解淀粉等大分子物质。-葡聚糖是半纤维素的重要组成部分。胚乳半纤维素主要含-葡聚糖及少量的戊聚糖,不含糖醛酸;谷皮半纤维素主要含戊聚糖及少量的-葡聚糖和糖醛酸。麦胶物质在组成上与胚乳半纤维素无差别,只是分子量比半纤维素低。,4、低糖 大麦中含有2%左右的低分子
15、糖类,包括蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、葡果二糖以及少量的棉子糖。这些糖类可以作为胚芽、胚根萌发时的营养以及呼吸消耗。,(三)蛋白质 含量高低及其类型直接影响大麦的发芽力、酵母营养、啤酒风味、啤酒的泡持性、非生物稳定性及适口性等。因此,选择含蛋白质适中的大麦品种对啤酒酿造具有十分重要的意义。蛋白质含量太高时相应淀粉含量会降低,最后影响到原料的收得率,更重要的是会形成玻璃质的硬麦;发芽过于迅速,温度不易控制,制成的麦芽会因溶解不足而使浸出物收得率降低,在酿造中容易引起混浊,降低了啤酒的非生物稳定性;另外易导致啤酒中杂醇油含量高。蛋白质过少,会使制成的麦汁对酵母营养缺乏,引起发酵缓慢,造成啤酒泡持性
16、差,口味淡薄等。,啤酒酿造用大麦要求蛋白质含量适中,以9%-12%为宜。大麦蛋白质和一般植物蛋白质类似,大麦中的蛋白质主要是简单蛋白质,按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀分为四类:1、清蛋白(麦白蛋白)占蛋白质总量的4%。分为B1和B2两组,B1组在煮沸时被除去,B2组可能与多糖结合,对啤酒泡持性起重要作用。,2、球蛋白(麻仁球蛋白)占蛋白质总量的31%。分为四个组分(、),-球蛋白含活性-SH基,具有氧化趋势,在空气存在下,-SH基氧化生成-S-S-键,形成更难溶解的氧化物,是引起啤酒混浊的重要物质。因此,-球蛋白是对啤酒稳定性有害的主要成分之一。,3、醇溶蛋白(胶蛋白)占蛋白质总量的36%。有
17、五个组分(、),其中和组分是造成啤酒冷混浊和氧化混浊的重要成分。是麦糟蛋白的主要组成分。4、谷蛋白 占蛋白质总量的29%,和醇溶蛋白一样,是构成麦糟蛋白质的主要成分,也是由多种组分构成。,(四)多酚物质 大麦含多酚物质约0.1%-0.3%,主要存在于糊粉层和种皮中,对发芽有一定的抑制作用。麦汁煮沸时,多酚物质和蛋白质结合,生成不溶性沉淀物。酚类物质使啤酒具有涩味。大麦中酚类物质含量虽少,却对啤酒的色泽、泡沫、风味和非生物稳定性等影响很大。(五)脂肪 大麦中含有2%-3%的脂肪。发芽时,部分脂肪被消耗,部分经酶促反应转化为甘油和脂肪酸。麦芽脂肪大部分留在麦糟中,有很少部分进入麦汁。,(六)无机盐
18、 占干物质重量的2.5%-3.5%,大部分存在于谷皮、胚和糊粉层中,主要成分有钾、磷、硅、钠、钙、镁、铁、硫、氯等。无机盐是胚芽和酵母不可缺少的营养物质,其中最重要的无机盐是磷酸盐(钾、钙、镁)。磷酸盐不仅是酵母的营养成分,而且也是一种化学缓冲剂,在发芽、糖化、发酵和成品酒中,对正常酸度均有调节和稳定作用。,(七)维生素 大麦富含维生素,集中分布在胚和糊粉层等活性组织中,有VB1、VB2、VB6、VC、VH、泛酸、叶酸等多种维生素。VB复合体是酵母极为重要的生长素。,四、啤酒酿造对大麦质量的要求(一)感官检验 1、外观和色泽 新鲜、干燥、皮壳薄、色泽淡黄而有光泽,籽粒饱满是成熟大麦的标志。2、
19、气味 有麦秆香味,咀嚼有淀粉味,并略带甜味。3、夹杂物 不超过2%为宜。,4、麦粒整齐度 要求大麦颗粒大小均匀整齐,品种单一,不夹杂其它品种。不同产地,不同年份的大麦应分别存放。5、麦粒形态 粒型肥短的麦粒一般谷皮含量低,瘦长的麦粒谷皮含量高。粒型肥短的麦粒浸出物高,蛋白质含量低,发芽较快,易溶解。因此,粒型肥短的麦粒较适合制做麦芽。(二)物理检验1、百升质量 100L麦粒的重量,约68-72kg。可根据百升质量确定大麦贮藏时仓库容积。2、千粒重 1000粒大麦的重量,35-45g。千粒质量高,则浸出物高。,3、均匀度 是指不同腹径大麦颗粒的比例。腹径在2.5-2.8mm之间的大麦为一级大麦;
20、2.2-2.5mm之间为二级大麦。2.2mm以下的大麦,蛋白质含量高,浸出物含量低,适于用作饲料。4、胚乳状态(切断试验)把大麦粒从纵面或横面切开,可以看到三种状态:粉质粒、玻璃质粒、半玻璃质粒。粉质粒麦粒的胚乳状态(断面)呈软质白色;玻璃质粒断面呈透明有光泽;部分透明、部分白色粉质的称半玻璃质粒。,玻璃粒又分成暂时和永久两种:暂时玻璃粒,在大麦浸渍24h后缓慢干燥,玻璃粒就消失,变成粉质粒,并不影响大麦品质。永久性玻璃粒在发芽时难于溶解,麦汁滤清困难;糖化时收得率低,而且一般永久性玻璃粒蛋白质含量也高于粉质粒,溶解困难,只能制成一种坚硬的浸出率低麦芽,导致麦汁过滤困难,故不适合制作麦芽。粉状
21、粒在80%以上的大麦是优良大麦。啤酒酿造要求大麦粉状粒应在80%以上,且越多越好。,5、发芽力和发芽率 大麦在发芽时,其中原有的酶才能活化和生成各种酶,才能使大麦中大分子物质适度溶解,转变成麦芽。发芽力是大麦最重要的特性之一。发芽力是指大麦在适宜的条件下发芽三天,发芽麦粒占总麦粒的百分数。发芽率则是发芽五天,发芽麦粒占总麦粒的百分数。发芽力表示大麦发芽的均匀性,发芽率表示大麦发芽的能力。,6、水敏性试验 水敏性是指大麦吸收较多水分后,抑制大麦发芽的现象。7、吸水能力 水温为14,浸渍3天,大麦含水量为45%以上为满意。五、大麦的贮藏 一般认为新收获大麦的种皮的透水性和透气性差,经过后熟(6-8
22、周),受到外界温度、水分和氧气的影响,改变种皮性能,提高大麦的发芽率。,第二节 辅助原料一、使用辅助原料的目的(1)采用价廉而富含淀粉质的谷类作为麦芽的辅助原料,以提高麦汁收得率,制取廉价麦汁,降低成本并节约粮食。麦芽的价格远高于未发芽的大麦、小麦、玉米、大米等谷物的价格。(2)使用糖类或糖浆为辅助原料,可以节省糖化设备容量,调节麦汁中糖与非糖的比例,以提高啤酒发酵度。,(3)使用辅助原料,可以降低麦汁中蛋白质和易氧化的多酚物质的含量,从而降低啤酒色度,改善啤酒风味和啤酒的非生物稳定性。大多数辅料(小麦、大米、玉米、糖、糖制品)含可溶性氮和多酚类化合物很少。(4)使用部分谷类原料,可以增加啤酒
23、中糖蛋白的含量,从而改进啤酒的泡沫性能。谷类辅助原料的使用量在10%50%之间,常用的比例为20%30%,糖类辅助原料一般为10%20%。,二、辅助原料的种类 1、大米 大米是最常用的一种麦芽辅助原料,其特点是价格较低廉,而淀粉含量高于麦芽,多酚物质和蛋白质含量低于麦芽,糖化麦汁收得率提高,成本降低,又可改善啤酒的风味和色泽,啤酒泡沫细腻,酒花香气突出,非生物稳定性较好,特别适宜制造下面发酵的淡色啤酒。国内啤酒厂辅助原料大米用量自25-50%不等,一般是25-35%。须经过精碾,除去大米表皮的蛋白质细胞层,降低蛋白质含量,减少脂肪含量。一般采用碎粒的籼米比较经济。,2、玉米 必须脱胚(脂肪主要
24、集中在胚层);应用新玉米。3、小麦 糖蛋白含量高,泡沫好;花色苷含量低,有利于啤酒非生物稳定性,风味也很好;麦汁中含较多的可溶性氮,发酵较快,啤酒的最终pH值较低;小麦和大米、玉米不同,富含和淀粉酶,有利于采用快速糖化法。德国的白啤酒是以小麦芽为原料,比利时的蓝比克啤酒是以小麦为辅料,一般使用比例为15-20%。,4、淀粉 用玉米、高粱、小麦等谷物和马铃薯、甘薯、木薯等薯类为原料生产的淀粉。由于淀粉是原粮加工产品,一般价格均高于原料,因此淀粉作为辅料使用不如原粮经济。5、糖类和糖浆 麦汁中添加糖类,可提高啤酒的发酵度,但含氮物质的浓度稀释,生产出的啤酒具有非常浅的色泽和较高的发酵度,稳定性好,
25、口味较淡爽,符合生产浅色干啤酒的要求。为了保证酵母营养,一般用量为原料的10%20%。6、酶制剂,三、使用辅料应注意的问题 1、辅料使用量应考虑麦芽的糖化能力。2、辅料的使用不造成过滤困难。3、有利于降低啤酒生产成本。4、有利于提高啤酒的质量,风味人们能接受。,第三节 酒花,酒花盛产于德国,又称忽布(hop),本草纲目上称为蛇麻花,是一种多年生草本蔓性植物,古人取为药材。1079年,德国人首先在酿制啤酒时添加了酒花,从而使啤酒具有了清爽的苦味和芬芳的香味。此后,酒花被誉为“啤酒的灵魂”,成为啤酒酿造不可缺少的原料之一。,酒花能赋予啤酒柔和的微苦味,能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝,能提高啤酒泡沫
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