一、原料粉碎的目的、意義和要求
麥汁生產過程是從原料預處理、粉碎開始。原料粉碎是糖化時原料內容物質溶出、分解過程的前提,並影響麥汁過濾過程以及麥汁質量。由於原料粉碎必須依據生產方式(過濾槽還是壓濾機)相應的工藝要求進行,所以純物理過程的原料粉碎又是一個複雜的機械物理過程。
1.麥芽或輔料粉碎的目的
麥芽或輔料的胚乳是麥汁浸出物的主要來源,糖化的目標就是使胚乳中有利於啤酒質量的內容物質盡可能徹底溶出、分解。通過對麥芽或輔料的胚乳進行粉碎,可以達到以下目的:
大大增加原料與水、酶的接觸麵積;有利於麥芽中所含酶的溶出、活化;糖化時能迅速、徹底地促進酶分解過程,特別是促進難溶物質的溶出、分解。
從有利於糖化的角度來說,胚乳應盡可能細地粉碎,這是保證糖化收得率高的前提。
對於采用過濾槽的麥汁生產而言,過細的胚乳粉碎是指過多的細粉、過少的粗粒,在投料時很容易產生結塊,也會影響麥糟層的滲透性,所以要求胚乳盡可能適當細地粉碎。
另一方麵,麥皮中還含有某些易浸出的色素物質、酚類物質、苦味物質等。如果麥皮粉碎得過細,與水的接觸麵積也大,糖化和麥汁過濾時從麥皮中浸出的色素物質、酚類物質、苦味物質多,直接影響啤酒口味、色度、苦味質量、非生物穩定性、風味穩定性等。
對於采用過濾槽的麥汁過濾來說,麥皮是真正的過濾介質。麥皮的完整程度直接影響到濾層的厚度、滲透性能,所以粉碎時要求麥皮盡可能保持完整,破而不碎。保持完整的麥皮是獲得清亮、高質量的麥汁,快速、順利過濾,洗糟徹底的前提。
2.在實際生產中麥芽和輔料的粉碎應達到的要求
(1)高的糖化收得率。
(2)糖化時原料內容物質迅速、徹底地溶出、分解。
(3)高的麥汁過濾速度。
(4)麥汁組成合理。
(5)麥汁、啤酒的可濾性好。
(6)有利於啤酒質量、口味、色度。
3.原料粉碎的總原則
既有利於糖化過程,又有利於麥汁過濾過程。隻有這樣才能保證糖化收得率高,設備利用率高,減少氧化並有利於成品啤酒質量、口味。
二、麥芽粉碎物組成的特點以及粉碎物的評價
1.麥芽粉碎物組成的特點
麥芽粉碎物組成必須依據所采用的麥汁過濾方式來要求,即滿足壓濾機的粉碎物或過濾槽的粉碎物的要求,首先討論采用麥汁過濾槽的麥芽粉碎物組成特點。
一般情況下,未粉碎麥芽的純麥皮所占比例為7%~12%。粉碎後的麥皮上往往粘附著少量胚乳,屬於麥芽粉碎物組成中顆粒最大、溶解差、酶活力低的胚乳組分。就整個麥芽胚乳來說,發芽時胚乳溶解一般尚未到達麥粒頂端,頂端的胚乳通常很硬,粉碎難度大,很容易粉碎成顆粒大的粗粒,或者成為粘附在麥皮上的胚乳。
粗粒、麥皮上附著的胚乳與水的接觸麵積小,含酶量少,胚乳溶解差,會影響糖化時的蛋白質、半纖維素、澱粉分解。首先導致澱粉顆粒在糖化時糊化不徹底,澱粉水解所需時間長,水解不徹底,提供的浸出物少,形成的可發酵性糖少,在麥糟中殘留的可分解浸出物多,糖化收得率低,在麥汁過濾時發生後糊化程度大,導致麥汁碘值高,影響麥汁組成、麥汁或啤酒的可濾性、啤酒質量。
通過對粗的、堅硬的和溶解差的胚乳再次進行細粉碎,可提高1.5%~2.4%的糖化收得率。對溶解差的麥芽加強粉碎,是保證糖化收得率高的重要手段。同樣降低麥皮上的胚乳,也能明顯降低麥糟中可分解浸出物、麥汁碘值,並提高糖化收得率。
從糖化目標來說,盡可能使胚乳和麥皮徹底分開並加強胚乳粉碎,所以現代化的粉碎機既能保證麥皮完整,又能確保麥皮上附著的胚乳盡可能少,粗粒所占的比例較低。
麥粒的下部在發芽時很容易通過酶的作用而充分溶解,胚乳呈疏鬆狀,這部分胚乳在粉碎時一般不需要很大的力,粉碎後很容易形成細粒、粗粉、細粉。它們與水的接觸麵積大,屬於胚乳溶解好的顆粒,含酶量也豐富些,在糖化時很容易溶出,水解所需時間短,水解也徹底些,提供的浸出物多,形成的可發酵性糖多,麥汁最終發酵度高;麥糟中可分解浸出物少,有利於糖化收得率高;麥汁在過濾時發生後糊化程度小、碘值低。
麥皮作為過濾槽中的天然過濾層,要求破而不碎,盡可能保持完整。由於麥芽的粉碎度會直接影響麥芽粉碎物體積、麥皮體積和麥糟層體積,所以隨著麥芽粉碎度的不斷提高,麥皮破碎的程度就越大,麥芽粉碎物體積、麥糟層的體積就越小,在過濾槽中形成的麥糟層的厚度也越低,濾層的滲透性差、麥糟阻力大,麥汁流出慢,過濾時間就越長,影響糖化設備的利用率、日糖化鍋次、麥汁產量;同時麥汁與麥皮的接觸時間長,從麥皮中浸出的有害物質(鞣質物質、單寧物質、多酚物質)就越多,麥汁顏色變深、苦味粗糙刺激,而且從麥糟中洗出浸出物也越困難,殘留在麥糟中的可洗出浸出物多,導致糖化收得率下降。即使現代化的耕糟、洗糟技術和操作,通常也難以消除麥皮破碎帶來的負麵影響,過濾麥汁的清亮度差、固形物多。所以采用溶解好、均勻的麥芽,在保證胚乳粉碎較好的前提下麥皮保持完整,是順利麥汁過濾的前提。
2.麥芽粉碎物的評價
對麥芽粉碎進行正確的評價是保證粉碎達標的前提之一。評價粉碎物的方法包括感官檢查、篩選法、麥皮體積、粉碎物體積。應注意任何粉碎物的評價必須以麥汁過濾係統的要求為依據進行。首先對采用過濾槽的粉碎物進行評價。
(1)對采用過濾槽的麥芽粉碎物的要求
①從有利於糖化過程來看,胚乳應粉碎得適當地細,不應有整粒,麥皮上胚乳少、粗粒少,細粒、粗粉多。
②從有利於麥汁過濾來看,麥皮應保持完整,麥皮屑少,細粉不能過多,粗粒不能過少。
(2)取樣正確的粉碎物評價的前提是取樣均勻、有代表性。樣品必須在粉碎過程中借助取樣器從粉碎機下進行取樣,而不能在粉碎結束後從粉料箱中直接取出,這是因為料箱中的麥芽粉碎物已經發生了組分分離。為了達到準確的結果,可以多次進行平行取樣。但每次取樣的數量不應超過150~200g。不僅要對總麥芽粉碎物進行取樣檢查,而且有必要對粉碎的各個階段進行取樣檢查。隻有通過這樣的粉碎物評價,才能分析出粉碎效果差的原因,並作為調整粉碎機的重要依據。在大多數粉碎機出口有一個可取150~200g最終粉碎物的特殊取樣裝置,粉碎機的每一對輥筒下麵都安裝有一個取樣器,取樣時不應使取樣器外溢,否則可造成粉碎物評價的結果不準確。對粉碎物進行取樣檢查應作為每天的常規檢查。
(3)感官檢查對於老式幹法、增濕型幹法粉碎的麥芽粉碎物,在進行感官檢查時,一般要用肉眼、手對取樣的整個粉碎物進行外觀判斷。首先檢查粉碎物中是否有整粒;其次觀察麥皮是否保持完整,是否有麥皮屑以及麥皮屑的多少;再看一看麥皮上粘附胚乳的多少,粗粒比例、細粉比例是否適當。隻有這樣才能對粉碎物進行比較全麵的感官檢查。但經驗的感官檢查僅能得出粉碎的粗略情況。
對於麥芽的濕法粉碎來說,感官檢查通常是唯一可行的粉碎物評價方法,主要應注意其中是否有整粒、胚乳的粗細粉碎度、麥皮上胚乳的多少、麥皮的完整程度等。
(4)粉碎物的體積100g未粉碎的麥芽體積約180mL。將100g麥芽進行不同程度的粉碎,分別得到粗粉碎物的體積約為280mL、細粉碎物的體積約為210mL、粉末粉碎物的體積約為200mL。這說明麥芽粉碎物的體積大小能反映麥芽粉碎度。麥芽粉碎得越細,則麥芽粉碎物體積就越小,麥汁在過濾時形成的麥糟體積小,麥糟層的厚度也低,麥汁過濾時麥糟阻力會越大,過濾時間長。但依據粉碎物體積的大小,很難正確評價粉碎後麥皮、胚乳的粉碎程度。
(5)篩選法篩選法是較準確、可靠地評價原料粉碎度的方法。依據所使用篩的標準不同,所要求的指標也有區別。
普氏篩是一組平板篩,共有五層篩子,一般稱取100g~200g的粉碎樣品,通過普氏篩可篩分為6種組分。
①篩Ⅰ上所占比例的多少,首先反映麥皮上可能粘附的胚乳數量。由於純麥皮所占比例為7%~12%,所以當篩Ⅰ上所占比例遠遠超過7%~12%,就意味著麥皮上粘附的胚乳數量就越多,不利於糖化時澱粉徹底水解,有必要觀察篩Ⅰ上是否有整粒。反之,篩Ⅰ上所占比例較少,一定能說明麥皮上粘附的胚乳數量少,但麥皮不一定保持不完整。所以在這種情況下可通過感官觀察篩Ⅰ上麥皮的狀態,篩Ⅱ、篩Ⅲ中麥皮屑的多少,反映麥皮是否保持完整。最好測麥皮體積,才能正確反映麥皮的狀態。如果篩Ⅰ上所占有的比例太低,小於7%~12%,通常也能說明麥皮保持不完整,胚乳也可能粉碎得較細。
②粗粒比例一定要小於10%,否則不利於糖化時澱粉徹底水解。
③對於采用過濾槽的麥汁過濾來說,不僅細粉比例不要高於12%~15%,而且粗粒比例也不能過低,否則會導致麥糟層上的粗、細糊粉狀物比例發生變化,導致黏稠的細糊粉狀物過早地進入到糟層中,堵塞麥糟層,引起麥汁過濾困難。
(6)麥皮體積是指100g麥皮的體積,能較好地反映麥皮完整程度。麥皮體積越大,說明麥皮保持越完整,反之麥皮破碎程度越大。
要求:麥皮體積至少大於650mL/100g麥皮(過濾槽);老式幹法六輥粉碎麥芽的麥皮體積:450~550mL/100g麥皮;增濕型幹法粉碎的麥皮體積:800~1000mL/100g麥皮。
(7)麥汁過濾槽、老式壓濾機以及新型壓濾機的最佳麥芽粉碎物的組成對於老式壓濾機的麥汁過濾來說,過濾介質是由聚丙烯製成的濾布,不需要麥皮保持完整,麥皮可以粉碎得比較細,但必須保證容納麥皮的濾框被充滿,以確保洗糟效果好。新型壓濾機采用特殊的濾布,要求麥芽粉碎得非常細,以便在濾布上形成能起過濾作用的有效濾層。
3.輔料粉碎物組成
輔助原料有大米、玉米等。由於沒有麥皮,粉碎就比較簡單,主要是加強胚乳粉碎,一般隻需要一個粉碎過程,對輥粉碎機就能滿足要求。多采用對輥、四輥粉碎機,大麥、燕麥也可作為穀物輔助原料,最好采用增濕型幹法粉碎機。采用玉米澱粉則省出粉碎過程。從有利於糖化的角度來說,輔料應粉碎適當得細,是以細粒、粗粉為主的粉碎物,從感官上看,既不允許有整粒和半粒、過多的粗粒,又要保證總粉碎物中粗粒的比例小於10%,否則會導致糖化時澱粉水解不徹底;從有利於過濾槽的麥汁過濾的角度來說,粉碎後的輔料中也不能含有過多的細粉,應保證總粉碎物中的細粉比例小於12%~15%,否則會導致總粉碎物中的細粉過多,影響麥汁過濾。
對於新型壓濾機的麥汁生產來說,輔料的粉碎與麥芽粉碎的要求一樣,應粉碎的相對細,應滿足相應的最佳粉碎物的要求。
三、原料的粉碎方法及粉碎設備
按照原料粉碎時是幹的或濕的狀態,可分為幹法粉碎和濕法粉碎。
1.傳統的幹法粉碎
傳統的幹法粉碎方法具有設備性能穩定、控製簡易、易維修、價格低、粉碎效果較穩定、能耗低、輥筒壽命長等特點。剛幹燥完的麥芽需要貯存一段時間,然後才能用於麥汁生產,其中目的之一是在貯存時讓麥芽適當吸水。最理想是麥皮適當吸水並恢複彈性,使其在粉碎時能減少麥皮的破碎程度。由於這是一個不可控製的吸水過程,不僅麥皮吸水,而且水分也會慢慢滲透到胚乳中,胚乳吸水後也和麥皮吸水一樣,都恢複一定彈性,顯然麥芽在貯存時吸水過多對胚乳粉碎不利。所以傳統的幹法粉碎對麥芽水含量要求就比較高,一般要求麥芽水分保持在5%~7%。當麥芽水分超過8%時,易壓成薄片;當水分低於5%時,極易將麥皮破碎。隻有一次粉碎過程的幹法對輥粉碎機,在粉碎時很難滿足麥芽粉碎的要求,所以應用較多的是三次粉碎過程的五輥、六輥的幹法粉碎機。麥芽畢竟經過多次粉碎,或多或少會導致麥皮破碎,對於帶輔料的麥汁生產來說,不利於形成良好的過濾層,麥汁過濾比較緩慢,麥汁過濾時間比較長。所以傳統的幹法粉碎具有麥皮保持不夠完整;粉碎效果受麥芽水分、麥芽溶解度、顆粒大小的影響程度大;粉塵大;不適合高比例輔料麥汁生產。