複式糖化設備:過去采用2個糖化糊化鍋、2個過濾糟、2個煮沸鍋,日糖化鍋次10~12次。目前由於采用煮沸時間短的動態低壓煮沸工藝,所以複式糖化設備組合可選擇1個糊化鍋、1個糖化鍋、2個麥汁過濾槽、2個麥汁暫存槽、1或2個煮沸鍋、1個回旋沉澱槽。
隨著質量好的麥芽、酶製劑、限定增濕型濕法粉碎機、新型過濾槽、新型壓濾機、動態低壓煮沸工藝的應用,使麥汁過濾的周期縮短,日糖化鍋次大大提高、設備利用率提高,並節約設備投資費用,同時又要求糖化鍋結構有利於糖化時間的縮短、適合高濃糖化的需要。
設備布置可分為立式平麵布置,采用低樓層糖化樓,具有投資少、易安裝的優點,使用廣泛。
2.糖化鍋、糊化鍋
(1)結構要求滿足醪液在一定溫度下休止、升溫,要求糖化鍋能顯示溫度、時間,具有保溫層、加熱裝置、足夠容量;能保證糖化投料、終止糖化、出醪、合醪操作,要求糖化鍋具有攪拌裝置、容量顯示、醪液進出口、冷熱水混合及計量裝置,適合各種糖化工藝的應用。
現代化糖化鍋、糊化鍋應具有容量大、自動化程度高、配有專用添加劑的管道、密封式人孔、醪液底部出底部進、泵密封性能好(且調頻泵)、CO2保護(可減少醪液在整個糖化過程中吸氧)、攪拌器適合高濃糖化且產生剪切力小,且日糖化鍋次高等優點。糖化鍋、糊化鍋的基本結構相同,隻是糊化鍋的容量為糖化鍋的2/3,通常隻對部分醪液煮沸。
(2)材質由於醪液呈酸性,考慮到清洗等因素,應避免對材質的腐蝕,一般選擇Cu和不鏽鋼。Cu的傳熱係數高,但Cu會大大加快醪液氧化,所以廣泛使用不鏽鋼。複合鋼板具有傳熱效果好,耐腐蝕,對啤酒質量不影響等優點,漸漸被人們認識。
(3)形狀圓形、矩形,廣泛采用圓形,底部為淺錐形和淺圓形,既有利於攪拌醪液形成對流,又能保證徹底排料。
(4)保溫層為了減少熱損失,避免醪液在休止時溫度下降,避免操作時出現燙傷,有利於夏天的操作環境,因此鍋壁麵、底部都需要安裝保溫層。材質有玻璃棉、石棉、有機人造泡沫。通常安裝外部保護層,以密封、保護保溫層,避免清洗水滲入,同時外部保護層具有裝飾作用,使糖化容器外觀獨特。
(5)容量糖化鍋容量一般可按6~8hL/100kg投料量計算。糊化鍋的容量為糖化鍋的2/3。
(6)加熱裝置糖化鍋的加熱裝置能保證總醪液在加熱時上升1.5~2℃/min,並且加熱效率高、均勻,能避免出現粘鍋現象、出現焦糊味,能根據工藝要求自動加熱。糊化鍋的加熱麵積能保證1/3的總醪液上升至少2℃/min,加熱形式分一般加熱夾套和半圓管加熱夾套,半圓管加熱可分為兩個加熱區間,加熱效果好,靈活、穩定。加熱麵積不足時可內部安裝加熱套管(糊化鍋)。
最新型的加熱裝置全部采用不鏽鋼,采用激光焊接製造的蜂窩狀加熱夾套,形成微循環的加熱麵,以有利於在加熱麵上形成湍流,傳熱效果好圖。
(7)攪拌裝置攪拌裝置是糖化鍋中最重要的裝置。對攪拌裝置的要求是:保證投料時料水混合均勻、不結塊;保證酶與底物之間接觸充分;使醪液能迅速從加熱麵上離開,能均勻加熱,避免粘鍋;能保證醪液溫度一致,溫差小於0.2℃;能保證高濃糖化時的攪拌效果;無剪切力的產生,盡可能少吸氧;按液位高度進行控製,變頻、無級調速攪拌。
攪拌器可分為平槳、螺旋槳。攪拌器形式、尺寸、功率、安裝高度會影響攪拌效果。攪拌速度至少兩種或無級調速。糖化鍋的快攪速度35~40r/min,慢攪速度10~12r/min,糊化鍋的速度一般為20~25r/min。攪拌速度因液麵高度、工藝要求、不同階段能自動、無級變頻控製。如果糖化時攪拌過於強烈,特別是高溫下攪拌強烈,其後果是:產生過強的剪切力,產生β-葡聚糖凝膠,非水溶性細小固形物數量增加,不利於麥汁、啤酒過濾;導致醪液嚴重吸氧。
新型攪拌器的特點是帶一定孔的攪拌葉、大直徑、可調的攪拌速度(圓周速率從3m/s降到1m/s)、能通過非水溶性細小固形物數量來控製剪切力。在加熱時能適當降低攪拌速度、休止時可間歇攪拌等。通過斜形底部和特殊的攪拌器,可阻止醪液的水平移動,加熱效率高,使鍋內溫差較低,非水溶的細小顆粒形成較少等。
(8)溫度、容量 能準確測定貯存溫度、容量。鍋內醪液溫度探頭必須定期校正。二次蒸汽冷凝水收集槽,應避免冷凝水進入醪液,否則影響啤酒質量。蒸汽調節閥、醪液控製閥能關死,自動控製。應配有自動控製的冷熱水混合器、水的計量裝置、料水混合器。
四、投料及料水混合
1.投料要求
在投料時應避免粉塵產生,避免結塊,確保混合均勻、吸氧少,確保當投料完畢時醪液溫度、醪液濃度達到工藝要求。
2.糖化用水的數量、投料用水及料水比
釀造用水主要用於麥汁生產,非高濃糖化時糖化一鍋麥汁所需的釀造用水分為糖化用水、洗糟用水,在采用高濃釀酒工藝時,必須使用稀釋用水,使產品達到要求的原麥汁濃度。
糖化用水是指糊化鍋和糖化鍋的用水,在投料時加入,是糖化時原料內容物得以溶出、水解時所需的用水量。
按傳統觀點,生產不同類型的啤酒時糖化用水的數量,即料水比是不同的。
(1)糖化用水的數量對麥汁生產、啤酒質量的影響
①對酶活力和麥汁組成的影響:較少的糖化用水,較高的醪液濃度,較低的醪液pH,接近蛋白質分解酶、磷酸鹽酶、半纖維素酶的最適pH,通過膠體保護作用又使低溫酶(如蛋白質分解酶、磷酸鹽酶、半纖維素酶、β-澱粉酶)的耐溫性提高,如果延長休止時間,可提高麥汁最終發酵度、FAN、麥汁緩衝能力並降低麥汁黏度。所以糖化用水數量會影響酶的活力,影響糖化時澱粉、蛋白質、半纖維素、磷酸鹽分解,從而影響麥汁組成、質量。
②對糊化過程的影響:對使用輔料的高濃麥汁生產來說,過少的糖化用水,過高的醪液濃度,不利於麥芽、輔料中澱粉的糊化,也不便於合醪溫度的控製。
③對糖化速度和麥汁質量的影響:較多的糖化用水,較低的醪液濃度,酶分解速度加快,特別是使α-澱粉酶水解速度加快,糖化時間縮短,減少糖化鍋占用時間,在糖化時從麥皮中浸析的不良物質少,有利於啤酒口味、苦味質量、色度。糖化用水的數量會影響麥汁質量、糖化時間。
④對頭道麥汁濃度和洗糟用水的影響:較多的糖化用水,較低的醪液濃度,較低的頭道麥汁濃度,較少的洗糟用水,在麥汁過濾時從麥皮中浸析的不良口味物質少,但也會導致洗糟麥汁收得率下降。糖化用水的數量會影響糖化收得率、麥汁色度、苦味質量。
在實際的糖化生產中,醪液濃度可以始終一致。當醪液濃度作為控製糖化過程的手段時,也可分段控製。輔料糖化時輔料醪一般采用相對稀的醪液,投料後的麥芽醪通常是濃醪。
浸出糖化法:在全麥芽的糖化過程中,糖化用水可分次添加,在37℃投料時采用濃醪,料水比1∶2.5;50℃蛋白質休止時兌入熱水,使料水比1∶(3.5~4)。
煮出糖化法:分出濃醪(料水比1∶2.5),有利於溶解差的組分徹底糊化;殘留在糖化鍋中醪液的料水比1∶(4~6),為稀醪。
(2)糖化用水的估算
在實際生產中要求頭道麥汁濃度盡可能保持一致,避免因頭道麥汁濃度的波動,導致洗糟用水數量的變化,從而對啤酒質量、糖化收得率不利。 采用輔料(玉米、大米)糖化時通過上述公式計算總的用水量,然後確定糖化鍋、糊化鍋用水的分配。糊化鍋的料水比應盡可能大,有利於徹底糊化、液化,最好1∶(5~6.5),不能低於1∶3;糖化鍋的料水比可適當小,一般為1∶(3~4)。
3.投料溫度、投料水溫及料水混合裝置
(1)投料溫度糖化過程中投料溫度主要依據麥芽質量、合醪溫度的要求來確定。
①麥芽質量:麥芽細胞溶解較差、麥芽蛋白質溶解一般或較差、麥芽α-氨基氮含量低、輔料比例較高時,投料溫度一般為37~40℃;麥芽溶解好、均勻,蛋白質溶解較好,一般放棄37℃休止,投料溫度在45~50℃;保持適當的蛋白質休止;麥芽蛋白質溶解過度,放棄蛋白質休止,投料溫度高於55℃,或與較差的麥芽混合使用。
②合醪溫度和輔料煮醪溫度:一般在輔料糖化中合醪溫度為63~68℃,當輔料比例高時,輔料醪的體積大,必須合理調整輔料煮醪溫度和投料溫度,滿足合醪溫度要求。也可采用分次合醪的方法,滿足糖化休止溫度的要求。
③投料水的溫度:由於原料的溫度低,在投料時原料會吸熱,使投料溫度下降,為了使投料後的醪液溫度達到工藝要求,一般投料水溫高於投料溫度。采用老式幹法、增濕型幹法粉碎時,投料水的溫度依據生產季節不同,投料水溫高於投料溫度1~3℃,采用濕法粉碎,投料用水分為增濕用水、粉碎時添加用水、粉碎後衝洗用水,增濕用水的溫度一般為55~70℃,所以粉碎時添加用水,粉碎後衝洗用水的溫度要適當調整,以確保投料溫度達到工藝的要求。
(2)投料及料水混合原料的粉碎方式不同,投料及料水混合也有區別。
①麥芽的限定增濕型濕法粉碎:采用了邊增濕,邊濕法粉碎,邊投料,邊糖化,不僅縮短了糖化時間,而且投料簡單,投料時無粉塵產生,醪液從底部進入糖化鍋。
②老式幹法、增濕型幹法粉碎、輔料投料:為了減少粉塵產生,避免結塊,混合均勻,一般采用料水混合器。越來越多的啤酒廠采用料水混合器、調漿罐,可大大降低糖化間的粉塵,投料混合均勻,醪液吸氧少,糖化鍋的設計簡單。目前輔料大米在幹法粉碎後,直接調漿以濕的狀態,從底部進入糊化鍋;玉米澱粉采用料水混合器或調漿罐,也從底部進入糊化鍋。
對於使用玉米澱粉來說,由於玉米澱粉細、袋裝,所以應考慮玉米存放和輸送,避免投料時結塊、過多產生粉塵,可采用大容量包裝、料水混合器、低溫投料混合等措施。
五、糖化工藝
1.糖化工藝的分類
糖化過程是從投料開始的,逐步升溫或者分醪煮沸後合醪,使醪液在37℃、45~55℃、62~65~68℃、70~72℃等溫度下進行休止,最終醪液必須達到碘檢合格,碘檢合格後升溫到酶終止溫度76~78℃,意味糖化過程結束。在糖化過程中通常采用以下手段,促進原料內容物質的分解,並達到麥汁質量、糖化收得率高的要求。
(1)酶分解作用通過選擇適合於酶作用的最適溫度、pH的條件進行休止或者休止時間長,使酶水解作用完全。反之,可限製原料內容物質的分解。
(2)物理溶解通過加強原料粉碎以及部分醪液進行煮沸,促進原料內容物質的分解。
糖化工藝依據是否采用輔料、分醪煮沸可分為:①全麥芽糖化法。煮出糖化法,可分為三次煮出糖化法、二次煮出糖化法、一次煮出糖化法;浸出糖化法。②帶輔料雙醪糖化法。雙醪煮出糖化法和雙醪煮浸糖化法。③外加酶糖化法、高濃糖化法、麥皮分離糖化法等。
2.煮出糖化法
糖化過程中采用分醪煮沸,意味著加強了物理手段促進分解,屬於煮出糖化法。依據分醪煮沸的次數可分為一次煮出糖化法、二次煮出糖化法、三次煮出糖化法。分醪煮沸能滿足某些啤酒質量的要求,有利於澱粉顆粒的糊化、液化;有利於DMSP轉化為DMS;提高糖化收得率;通過蛋白質預析出,有利於啤酒非生物穩定性;由於麥皮內容物浸析多,類黑素的形成,麥汁色度上升;總糖化時間延長;能源消耗上升。分醪煮沸的次數越多,則各類物質水解的效果越好,糖化收得率越高。醪液的升溫依賴於合醪後溫度上升,最終達到76~78℃。
(1)三次煮出糖化法三次煮出糖化法中包括各種促進澱粉、蛋白質、半纖維素分解的措施。主要應用在全麥黑啤酒生產中。由於麥芽質量改善,淺色啤酒流行,這種工藝應用少。
三次煮出糖化法的過程如下。
①投料溫度35℃,具備低溫投料所帶來的優點,分醪時刻分別為35℃、50℃、65℃,有利於半纖維素、蛋白質、澱粉的分解。
②第一次、第二次分出濃醪,濃醪含有較多麥皮、溶解差的顆粒、大的顆粒,而酶含量低,通過長時間的煮醪有利於澱粉顆粒的糊化,而糖化鍋中殘留的醪液在35℃、50℃長時間的休止,則有利於半纖維素分解、可控製的蛋白質分解並能達到工藝要求。
③為了避免各類物質分解過度,保證深色啤酒口味的醇厚、協調,麥汁最終發酵度低,所以第三次分出清醪。清醪所含的酶和可溶性物質多,所以升溫速度快,煮醪時間短。
④實際生產中分出濃醪的難度大,一不小心很容易出現堵塞泵的現象,合醪前糖化鍋應打開快速攪拌,便於合醪後醪液溫度快速一致,避免局部高溫帶來的不足。由於分到糊化鍋的醪液必須在70℃休止,並達到碘檢合格,所以第三次合醪溫度為76℃,基本能保證後糊化和後糖化的平衡。
生產傳統的深色啤酒時,為了保證啤酒色度(40~60EBC)、麥芽焦香味、醇厚性,要求啤酒原麥汁濃度高(13%~14%),采用深色麥芽、焦香麥芽、著色麥芽,並采用濃醪糖化,料水比為1∶(3~4),釀造用水的殘餘堿度可以高一些(5~10°d),采用三次煮出糖化法,麥汁最終發酵度為75%~78%,酒花添加量也應低些。
三次煮出糖化法的特點是糖化時間長(如深色啤酒為5~5.5h)、能耗高,適合於深色啤酒生產,適合於酶含量低的麥芽處理,操作繁瑣。
(2)二次煮出糖化法如果將三次煮出糖化法中分醪煮沸次數減去一次,即二次煮出糖化法。因分醪時刻不同可分為三種形式,第一種是常見的50℃和64℃分醪,可分出濃醪,分出的醪液在加熱過程中必須在70℃休止並碘檢合格,煮醪時間為10~25min,且煮醪時間越來越少,由於分醪煮沸次數減少,煮醪的數量、時間下降,縮短了總糖化時間,可用於生產色度較高、麥芽香味突出的淺色啤酒。
分醪時刻為37℃、50℃以及37℃、65℃的二次煮出糖化法屬於很強烈的糖化方法,因投料溫度低、煮醪數量多、糖化時間長,可用於生產深色啤酒,適當調整這種二次煮出糖化法也能用於生產淺色啤酒,如將分醪時刻調整為37℃、70℃,可限製蛋白質分解,適合於處理細胞溶解不足,蛋白質指標合格的麥芽,即適合發酵度低、口味醇厚、泡沫性能要求高的啤酒生產。
如果將分醪時刻調整為60℃、70℃,就變為高溫短時的二次煮出糖化工藝,由於投料溫度為58~60℃,意味著糖化時放棄半纖維素、蛋白質、磷酸鹽的分解,所以必須使用細胞溶解好、均勻,蛋白質溶解甚至過度,酶活力高的麥芽,要求麥芽粉碎效果好。其特點包括糖化時間短,適合色度非常淺的啤酒生產;由於投料溫度高,適合細胞好、蛋白質溶解過度的麥芽,並能抑製脂肪酸氧化酶活力,有利於啤酒口味穩定性;但麥汁緩衝能力會下降。與浸出法相比,降低麥汁過濾時可能殘存的酶活力,有利於啤酒醇厚性和口味;對於帶輔料的糖化來說,由於投料溫度高,一般很難使用這種工藝。
(3)一次煮出糖化法一次煮沸糖化法通常認為是煮出糖化法與浸出法相結合,可分為分醪時刻為37℃、50℃、65℃三種形式。因合醪時刻不同、投料溫度不同,又出現多種變形式。由於隻有一次分醪煮沸,煮醪時間、糖化時間相對短,所以適合生產色度較低的淺色啤酒。常見的分醪時刻為50℃、65℃兩種的一次煮出糖化法是,根據麥芽質量不同,可選擇在50℃投料,或可在37℃投料,45~50℃進行蛋白質休止,然後升溫到63~65℃分醪,並在70℃休止30min,煮醪15~20min,合醪後達到終止糖化溫度。
另外在37℃分醪、合醪溫度在50℃左右的一次煮出糖化法,適合細胞溶解差、蛋白質溶解差的麥芽;37℃分醪、合醪溫度在65℃左右的一次煮出糖化法,適合細胞溶解差、蛋白質溶解好的麥芽,由於分醪量大,有利於啤酒的醇厚性、泡持性。
3.浸出糖化法
糖化中完全依賴酶的生物化學作用,醪液直接升溫、休止,最終達到76~78℃。其特點如下。
(1)要求麥芽溶解好,酶活力高,粉碎效果好。否則糖化收得率低。
(2)在製定糖化工藝時,可靈活選擇糖化溫度、休止時間、醪液濃度、pH。
(3)無醪液煮沸,能耗低,在全麥芽糖化時醪液升溫可通過兌入熱水,減少新鮮蒸汽消耗。
(4)糖化時間短,糖化時僅需一個糖化容器。
(5)無醪液煮沸,沒有蛋白質預析出,啤酒非生物穩定性差,煮沸之前滿鍋麥汁中DMSP負荷高。過濾時麥汁中多酚氧化酶活力高。
(6)糖化過程控製自動控製簡單。
浸出糖化過程中,可根據麥芽質量選擇投料溫度、蛋白質休止溫度和時間、糖化休止溫度和時間。為了避免啤酒口味太淡以及出現的生料味,必須在70℃進行15~20min醇厚性休止。由於麥芽醪沒有進行分醪煮沸,過濾時殘留的酶活力較高,多酚氧化酶的活力也比較高,應盡量減少醪液吸氧。
4.麥皮分離糖化法
在麥汁生產中麥皮僅起過濾介質作用。由於麥皮含有大量纖維素,在糖化過程中難以分解,隻會浸出大量的多酚等物質,影響啤酒口味、色度、苦味質量、非生物穩定性。如果在糖化結束後、麥汁過濾之前將麥皮加入到醪液中,生產出的啤酒具有色度淺、口味更純正、苦味質量好、啤酒非生物穩定性高等優點。
采用麥皮分離糖化工藝的前提是胚乳與麥皮分離徹底,麥皮上應不含胚乳或附著胚乳非常少,否則,會導致糖化收得率下降、麥汁碘值上升、發酵度下降、啤酒可濾性差。
5.酶法糖化及帶輔料的糖化工藝
(1)酶法糖化由於麥芽價格高、麥芽質量的波動,以及輔料糊化處理的需要,目前啤酒廠廣泛應用酶製劑。在糖化時使用酶製劑可達到以下目標。
①因麥芽質量的問題,使用澱粉、蛋白質的酶製劑,使糖化速度快,可改善麥汁組成,如提高麥汁最終發酵度、麥汁中的α-氨基氮等,降低色度,提高糖化收得率。
②使用β-葡聚糖、木聚糖的酶製劑後,改善β-葡聚糖、戊聚糖分解,有利於澱粉的糊化,降低麥汁的黏度,提高麥汁和啤酒的可濾性、糖化收得率,並有利於啤酒的非生物穩定性。
③使用耐高溫α-澱粉酶後,有利於輔料糊化。
④為了控製生產成本、降低能耗、提高產品質量、增加啤酒品種,人們甚至開始考慮使用酶製劑,采用大麥替代麥芽釀酒等方法。
(2)帶輔料的糖化工藝的優點和注意事項輔料(大米、玉米)與麥芽相比,由於沒有經過製麥過程,基本不含有各種酶、胚乳硬、價格低、浸出率高,基本不含有類黑素、多酚物質、β-葡聚糖、麥芽香味物質、無機磷酸鹽和鋅離子等,所含有的蛋白質在糖化時很少轉化為可溶性蛋白質,也沒有皮殼。所以在糖化時使用部分輔料具有降低麥汁生產成本,提高糖化收得率,降低噸酒糧耗,麥汁色度淺,啤酒口味更淡爽、純正,有利於啤酒非生物穩定性等優點。如果采用各種糖漿,可調整麥汁最終發酵度,縮短糖化、麥汁過濾時間,提高洗糟麥汁收得率,容易調整煮沸終了麥汁濃度,適合生產高濃麥汁等優點。
在采用輔料糖化時應注意首先不應影響啤酒質量、口味;不應使糖化、麥汁過濾過程困難;不應使麥汁中酵母營養不足,否則影響啤酒酵母繁殖、發酵;能保證啤酒泡持性能;不應使啤酒色度太低、口味太淡、太缺乏麥芽香味;不應使啤酒的緩衝物質少,導致啤酒pH過低;不應使啤酒中的多酚物質太少,影響啤酒口味、口味穩定性。
所以對輔料的要求應包括價格低,化學組成比較合理,浸出率高,脂肪、脂肪酸含量低,不影響啤酒口味、泡沫、口味穩定性,便於糊化處理,糊化處理成本低等。如使用玉米澱粉可免去粉碎,糖漿省去粉碎、糖化、過濾、煮沸等過程,不僅降低了生產成本,而且使粉碎、糖化、過濾、煮沸過程容易進行,適合高比例的高濃麥汁生產。
(3)輔料糊化處理依據以及工藝要求
①處理依據:輔料種類、輔料本身的性質和所添加酶製劑的性質。
②工藝要求
a.稀醪:有利於澱粉糊化,料水比不能低於1∶3,否則糊化不徹底,影響澱粉水解效果。
b.添加α-澱粉酶及輔料種類:添加α-澱粉酶有利於對已糊化澱粉的液化,降低醪液黏度,有利於澱粉顆粒進一步吸水、徹底糊化,又避免煮醪時出現粘鍋現象。麥芽添加量一般為輔料的15%~25%,且添加活力高的麥芽;添加耐高溫α-澱粉酶時,一般按每克原料6~7u添加。
常見輔料的糊化溫度分別是:粳大米65.8℃、秈大米79℃、玉米65~75℃。糊化溫度低的輔料可采用中溫澱粉酶,煮醪溫度可低些。
c.醪液pH:考慮到添加液化型α-澱粉酶,所以醪液pH為5.8~6。
d.應保證糊化鍋中Ca2+為50~60mg/kg,提高α-澱粉酶的耐溫性和酶的作用效果,新型耐高溫α-澱粉酶對Ca2+濃度要求低些。
(4)輔料的糊化處理工藝在輔料糊化處理時可添加部分麥芽。由於麥芽中α-澱粉酶的最適溫度在72℃左右,需要在70~72℃休止,這種情況適合糊化溫度低的輔料如玉米、粳大米,在70~72℃時能邊糊化、邊液化,降低醪液黏度,有利於糊化。對於處理糊化溫度高的秈大米來說,在70~72℃休止時,盡管適合α-澱粉酶作用,但此時澱粉並沒有很好糊化,α-澱粉酶也無法起到液化作用。液化因糊化程度不好而效果差,輔料醪的黏度高,不利於大米澱粉顆粒進一步吸水,從而導致輔料的糊化效果差。
對於糊化溫度高的輔料來說,最好采用耐高溫α-澱粉酶,輔料醪可選擇在88~92℃休止。高於輔料的糊化溫度,不僅有利於輔料的糊化,而且在耐高溫α-澱粉酶的最適溫度範圍內,又有利於液化作用,可降低醪液黏度,也能邊糊化邊液化,有利於澱粉進一步吸水膨脹、糊化,即使縮短輔料煮醪時間,也能保證輔料糊化效果好。對於糊化溫度低的輔料,還可降低煮醪溫度(98℃左右),輔料的糊化效果好,並降低糖化時的能耗。
目前廣泛使用耐高溫α-澱粉酶用於輔料的糊化處理,並具有提高糖化收得率,改善麥汁組成(提高麥汁最終發酵度,降低麥汁碘值),糖化速度加快,煮醪時間短,能源消耗下降等優點。與使用麥芽用於大米的糊化處理相比,從麥皮中浸出的多酚少,色度淺,苦味質量好些,而且可避免麥芽中的蛋白質分解酶、β-澱粉酶、β-葡聚糖酶在糊化處理過程中的損失,提高了麥芽中酶的利用率。由於酶製劑所占體積可以忽略不計,所以更適合高比例輔料的麥汁生產,可降低生產成本,並使輔料液化過程簡化。
目前不少啤酒廠使用玉米澱粉作為輔料。玉米澱粉細,在投料時應采用低溫投料、料水混合器,以避免投料結塊;其次玉米澱粉的浸出率高,有利於提高糖化收得率,並降低單位浸出率的成本。由於玉米澱粉的糊化溫度低,可使用中溫澱粉酶,在使用耐高溫α-澱粉酶時,應注意醪液在70~75℃休止,既有利於澱粉糊化,又通過耐高溫α-澱粉酶的液化作用(盡管不是耐高溫α-澱粉酶的最適溫度)降低黏度,在高濃糖化時還有利於醪液升溫過程,有利於澱粉進一步吸水膨脹、徹底糊化,並可降低煮醪溫度,從而降低能耗,非常有利於高比例輔料的高濃糖化。隨著煮醪溫度的降低,往往會使合醪後醪液中還殘留一定的耐高溫α-澱粉酶的活力,這對於糖化、過濾時的澱粉水解有一定意義。
(5)采用輔料的糖化工藝如果麥芽質量溶解好,酶活力高,啤酒口味趨向淡爽,輔料比較低時,可采用雙醪煮浸糖化法;麥芽溶解一般,輔料比例高,原料利用率要求高時,可采用雙醪煮出糖化法。目前,由於麥芽質量不斷改善,即使某些品種的麥芽質量不夠理想,也可不同麥芽適當配比,使混合後的麥芽基本滿足工藝要求,如果還存在某些缺陷,可適當使用耐溫的β-葡聚糖酶、中性蛋白酶、木聚糖、糖化酶等酶製劑,改善β-葡聚糖、蛋白質分解,促進澱粉徹底水解,滿足麥汁質量、糖化收得率以及順利麥汁生產的需要,所以雙醪煮出糖化法應用比較少。
在采用雙醪煮浸糖化法時,糖化溫度的選擇要考慮麥汁最終發酵度的要求。對於低度淡爽型啤酒來說,麥汁最終發酵度不需要太高,否則啤酒口味太淡,可選擇合醪溫度在68~72℃長時間休止,或者在63~65℃的休止時間短。由於麥芽質量好、酶活力高、輔料糊化效果好,再加上高濃糖化,往往麥汁最終發酵度會偏高,所以合醪溫度盡可能選擇高些(如72℃),放棄使用糖化酶。生產最終發酵度高的麥汁,應選擇在63~65℃的休止且休止時間長,或者采用兩段式的雙醪煮浸糖化工藝,且必須在68℃休止時能確保醪液碘檢合格,在糖化休止時要求醪液的pH在5.5左右。
麥汁生產時,如果出現糖漿、蔗糖價格低,或因工藝原因需要使用糖漿時,也應選擇合適的糖漿,由於糖漿或蔗糖本身是水解後產物,一般不需要經過粉碎、糖化、麥汁過濾,通常在煮沸結束前10min添加,以確保添加後的糖漿達到無菌狀態。無論添加何種糖漿,糖漿必須達到碘檢合格,不能影響啤酒泡沫、色度、非生物穩定性以及口味穩定性。生產低醇啤酒時可使用發酵度低的低聚麥芽糖漿,如果輔料比例高,可使用營養型麥芽糖漿,營養型麥芽糖漿含有適當的α-氨基氮、可溶性氮,滿足酵母營養、啤酒口味和泡沫的需要。現在不少啤酒廠采用新型壓濾機,可適當使用小麥麥芽,既不影響麥汁過濾,又適合高比例輔料的麥汁生產,滿足酵母營養、啤酒口味和泡沫的要求。
6.糖化工藝的製定及糖化過程的控製
(1)糖化工藝製定的依據製定糖化工藝應考慮啤酒種類、啤酒質量、麥汁質量指標等要求,依據麥芽質量、輔料比例、添加酶製劑、高濃糖化、生產成本等因素確定。由於麥芽質量經常會發生波動,所以在製定糖化工藝時必須依據投料前實際的麥芽質量情況,確定合適的糖化工藝。
(2)糖化工藝製定的程序
①根據生產計劃確定生產麥汁的定型濃度和產量。
②對現有麥芽進行分析。
③依據麥芽的分析報告,進行不同麥芽的配比,使混合後的麥芽質量滿足工藝和輔料比例估算的要求。
④依據混合後的麥芽質量指標和定型麥汁質量的要求,初步估算輔料的比例。
⑤依據輔料的比例和水含量,計算出混合原料的實驗室收得率。
⑥根據啤酒廠實際上核算出的原料利用率和計算出混合原料的實驗室收得率,選出原料利用率。
⑦計算出混合原料量。
⑧然後依據糖化鍋、糊化鍋的料水比,蛋白質休止溫度,糊化醪合醪溫度及糖化休止溫度調整輔料的比例。
⑨根據麥芽、水的質量,確定選擇酶製劑的類型、數量,酸、氯化鈣的添加量。
(3)原料配比啤酒廠應根據生產的啤酒類型、品種、消費者喜歡的啤酒風味、特征,麥芽價格及生產成本確定原料配比。原料配比一般可分為麥芽與輔料配比,以及不同麥芽質量的配比,首先依據啤酒口味、泡沫確定生產啤酒時對總氮的要求,並以此作為確定不同質量麥芽的配比、麥芽輔料比例的前提條件。
①不同質量麥芽的配比:首先依據不同啤酒品種的質量要求和一般啤酒的生產要求,對麥芽質量提出要求,從而對麥芽選購或麥芽生產過程進行控製;其次對購回的不同質量的麥芽進行分析,采取不同麥芽的品質互補,避免在單獨使用某種麥芽時對麥汁生產過程、麥汁質量產生不利影響,通過相對合理的配比,使混合後的麥芽質量穩定,在用於麥汁生產時不僅使啤酒生產過程比較順利,而且有利於麥汁質量穩定,還可彌補啤酒在色度、泡持性、醇厚性、非生物穩定性等方麵的某些質量缺陷,使啤酒質量、口味穩定。
不同質量麥芽的配比原則是溶解好的麥芽與溶解差的麥芽混合、蛋白質含量高的麥芽與蛋白質含量低的麥芽混合、蛋白質溶解度高的麥芽與蛋白質溶解度低的麥芽混合、α-氨基氮高的麥芽與α-氨基氮低的麥芽混合、煮沸色度高的麥芽與煮沸色度低的麥芽混合。
②麥芽與輔料配比:麥芽與輔料配比往往取決於啤酒質量、口味要求、麥芽質量、生產成本、生產方式等因素。一般輔料的比例在30%~35%,高比例輔料麥汁生產時輔料比例在45%~50%。麥芽與輔料配比不應導致麥汁過濾困難、糖化過程不順利、麥汁質量下降,不應影響啤酒的質量。隨著輔料比例的增加,對麥芽質量的要求也提高。
(4)糖化過程中重要的控製點
①醪液溫度、休止時間、升溫速度:糖化時溫度是工藝製定和過程控製的最重要因素之一,通常在37~40℃、45~50℃、52~55℃、63℃、65℃~68℃、70~72℃等溫度休止,影響糖化時各類物質的分解和變化,影響糖化過程及麥汁組成、麥汁質量。包括酶的溶出、活化及耐溫性,酶的活力及分解速度,酶的失活,不溶性β-葡聚糖的溶解,澱粉顆粒的糊化,多酚物質的浸出、氧化,類黑素的形成,蛋白質凝聚。
②醪液pH:一般有必要測輔料醪、麥芽醪的pH。輔料醪的pH一般在5.8~6,有利於蛋白質分解的pH為5.2,有利於總醪液澱粉水解的pH最好為5.4~5.5。
③其次還包括投料水的數量,包括糖化鍋用水、糊化鍋用水;投料水的溫度;麥芽醪體積,輔料醪體積,總糖化醪體積;攪拌、風門狀態;蒸汽的壓力及閥門的開度;投料時各種添加劑的添加量、添加的時刻及順序。
④在糖化過程中的檢查一般為醪液外觀、碘檢、碘檢合格的時間、醪液的pH、糊化醪的液化效果、濕法粉碎的效果。
a.醪液的外觀:醪液顏色從投料開始一般為白色,略帶黃色,隨著糖化過程的進行,糖化醪的顏色逐漸轉化變深。如果此顏色變化緩慢,說明糖化過程不順利。糖化完的醪液打到過濾槽後澄清快,過濾麥汁澄清,說明糖化效果好。
b.糊化醪的液化效果:在糊化醪經過邊糊化邊液化的休止後(通常88~90℃耐高溫澱粉酶作用後),取樣糊化醪澄清快,有明顯的上清液,碘檢呈紅色,糊化醪泵醪快,說明糊化醪的液化效果好。
c.碘檢及碘檢合格的時間:碘檢反映醪液中、麥汁中是否還含有能與碘反應的糊化澱粉、糊精。糖化時一般在以下環節做碘檢。全麥糖化:分醪煮沸的醪液,總醪液在68~72℃做碘檢;帶輔料的糖化:輔料醪在88~90℃,總醪液一般在68~72℃取樣做碘檢;糖化終了的醪液、頭道麥汁、洗糟麥汁或滿鍋麥汁、煮沸終了麥汁也根據需要做碘檢,一般情況下必須對煮沸終了麥汁做碘檢。