正文 第六節 麥汁處理(2 / 3)

③其他影響回旋沉澱槽除去熱凝固物效果的因素

a.麥汁流入速度過高、流入方向不正確,導致強烈、持續的旋渦。

b.麥汁泵送結束時用熱水頂麥汁操作中,幹擾已形成的旋轉運動。

c.由於不適宜的泵、過多的彎管、較長的管路和不適宜的噴嘴結構,導致已凝聚的渾濁物被打碎,不利於熱凝固物的分離。

d.在泵送麥汁過程中由於煮沸鍋或泵的密封性能差,吸入空氣,空氣泡以細密的形式分布於麥汁中,使回旋沉澱槽中的麥汁持續向上運動,從而影響渾濁物分離。

e.使用發芽不均勻和黏度高的麥芽,不合適的糖化方法,渾濁、固形物多的麥汁過濾,不理想的麥汁煮沸,均會造成麥汁不澄清或渾濁物的凝聚效果差。

f.因90型顆粒酒花添加過多,導致酒花糟多,靜置時間短,不利於排除熱凝固物。

四、麥汁處理過程中形成的不良氣味物質及DMS的去除

煮沸結束後打出麥汁中還含有DMSP,在麥汁處理的高溫階段DMSP會繼續轉化為DMS。而傳統的麥汁處理過程中並沒有安裝專門裝置除去又形成的DMS,使冷麥汁中DMS含量上升,滿足不了人們對啤酒口味純正、幹淨程度的高要求。其次煮沸時蒸發率低,雖然可減少能源消耗,但不利於煮沸時DMS排除,也會導致冷麥汁中DMS含量高。所以有必要在麥汁處理過程中采用以下措施,確保冷麥汁中的DMS含量低。

(1)減少麥汁處理過程中DMSP轉化為DMS的數量在回旋沉澱槽中安裝夾套冷卻,或在麥汁進入回旋沉澱槽之前安裝麥汁預冷卻器,使麥汁冷卻至88℃,降低麥汁靜置時的溫度,減少DMSP轉化為DMS的數量,也降低冷麥汁中遊離DMS的含量。

(2)將靜置後的麥汁泵出時,進行冷卻之前,采取以下措施除去部分DMS。

①Merlin薄層蒸發係統:靜置後的麥汁泵入Merlin薄層蒸發器時,采用0.085~0.15MPa壓力,使用一個加熱區間進行薄層加熱,產生的水蒸氣將形成的DMS帶走,隨後麥汁開始冷卻。

②垂直列管式薄層蒸發器:垂直列管式薄層蒸發器安裝在回旋沉澱槽和麥汁冷卻器之間,屬於用蒸汽加熱的列管式換熱器。麥汁以溢流形式從上部進入錐形進口,在加熱管內形成薄薄的液膜,通過加熱產生蒸汽將遊離的DMS排除。

③莫拉麥汁汽提器:麥汁通過安裝在莫拉麥汁汽提器中的環形不鏽鋼絲填料,從上而下流過,蒸汽則從下而上對落下的麥汁加熱。由於加熱麵積大,有利於DMS的排除。

④噴淋法排除麥汁中的DMS:借助打出麥汁泵,使麥汁通過特殊的噴嘴噴出,形成4~5mm厚的錐狀液膜,有利於水分的蒸發,也能帶走部分DMS。德國Steinecker公司借助噴淋除去DMS的原理,設計開發出新型回旋沉澱槽Calypso係統,在回旋沉澱槽的外壁,設計一個形成麥汁噴淋蒸發的環形空間,靜置結束的麥汁通過泵進入用於麥汁噴淋的環形空間,有利於排除DMS,隨後進行麥汁冷卻。冷卻後麥汁中遊離DMS含量小於100μg/L。

⑤使用減壓真空蒸發罐排除DMS:麥汁煮沸40min,蒸發率為4%,在回旋沉澱槽除去熱凝固物後,麥汁冷卻之前安裝真空蒸發罐壓力為60000Pa,會產生大約2%的蒸發率,有利於去除DMS。

在麥汁冷卻之前去除DMS時,可能帶來的負麵影響:①②③三種方式通過加熱,借助水分蒸發排除DMS,高溫負荷上升;方式④是通過噴淋產生水蒸氣,帶著DMS,會導致高溫麥汁氧化,但有利於麥汁澄清;方式⑤真空降壓降溫,有利於水分蒸發、DMS的排除,既沒有帶來高溫負荷上升,也沒有高溫麥汁氧化。

基於上述除去DMS的原理,也可通入一定溫度的氣體,采用氣體洗滌方式除去DMS,設備結構比較簡單,除去DMS效果好,例如空氣、N2、CO2氣體洗滌。其中通入一定溫度的空氣,也因空氣與麥汁接觸的時間短,麥汁溫度高,這樣溶於麥汁中的氧少,發生高溫麥汁氧化的程度低,對麥汁質量的負麵影響小。無論采用上述的哪種方法去除DMS,或多或少會導致酒花香味的損失。

五、麥汁冷卻

在分離熱凝固物之後,要盡快將麥汁冷卻至接種溫度,便於通風和添加啤酒酵母。對於上麵發酵來說要將麥汁冷卻到12~18℃;對於下麵發酵來說,在傳統低溫發酵工藝中接種溫度一般為4~7℃,快速發酵工藝的接種溫度為7~12℃。

從傳統觀點來看,麥汁冷卻純粹是簡單的物理過程。但由於麥汁冷卻是麥汁處理過程中高溫和低溫階段的分界線,有必要盡量減少高溫對麥汁質量的負麵影響,要求麥汁冷卻時間短;避免低溫導致已煮沸的麥汁染菌,對啤酒發酵、啤酒質量構成直接的威脅,所以從回旋沉澱池出來的麥汁進行冷卻,到啤酒灌裝的各個步驟,都需要盡可能高的無菌環境。麥汁冷卻需要冷媒,這就需要製冷並消耗電能,在麥汁冷卻的同時還可以回收廢熱,產生的熱水應能滿足糖化和洗糟用水的需求,麥汁冷卻後溫度下降,為冷麥汁充氧創造了條件,冷凝固物也開始析出了。

1.麥汁冷卻的要求

(1)確保冷卻後的麥汁無菌程度高,麥汁損失小、水耗低。

(2)冷卻後麥汁濃度的波動盡可能小,不允許冷媒混進冷卻的麥汁中。

(3)確保冷卻後的麥汁溫度達到工藝要求,麥汁溫度波動小。對於分批進罐、在酵母添加後,冷卻麥汁的溫度需要適當提高,以便與起發了的麥汁溫度相協調,避免產生對啤酒酵母的不良刺激。

(4)在保證冷卻麥汁溫度的前提下,冷卻時間應小於60min或更低,可降低麥汁處理時的高溫負荷,有利於啤酒質量。

(5)麥汁冷卻時產生的熱水溫度為80~85℃,且熱水數量能滿足糖化投料、洗糟需要,並盡可能降低麥汁生產時的能源消耗,降低麥汁冷卻係統中用於冷媒的電耗或成本。

(6)能自動控製麥汁冷卻過程,在線測冷麥汁數量、pH、自動無菌取樣。

2.麥汁冷卻器及其要求

在選擇麥汁冷卻器時除了要求設計合理、性能好、操作容易之外,還必須滿足上述麥汁冷卻的要求,並且還應達到:麥汁和冷卻介質通道易於清洗,不易堵塞,無死角,衛生設計;密封性能好,避免冷卻介質(冷媒)、麥汁的滲漏;冷卻器的冷卻麵積足夠,冷卻效率高,冷卻時間短,能滿足冷卻後麥汁溫度的要求,產生80~85℃的熱水且數量多,確保麥汁冷卻時間短。

過去人們使用開放式的冷卻盤,其優點是在除去熱凝固物的同時就開始麥汁冷卻,但由於冷卻所需時間長,染菌的概率大,現在幾乎沒有啤酒廠使用。噴淋式冷卻器由於占地麵積大、冷卻麵積小、不便於回收熱水,也很少應用。

薄板冷卻器由於具有壓力損失小,冷卻效率高,熱交換麵積大,冷卻時間短,占地麵積小,不易堵塞,清洗、滅菌比較簡單,易與CIP係統連接,能保證麥汁不易受汙染等優點而廣泛應用。

薄板冷卻器由很多安裝在一起的薄板加上密封圈組成,麥汁和冷卻介質交替流過這些薄板,兩塊板構成一個基本單元。板與板之間用密封圈形成麥汁、冷卻介質的通道,並將麥汁與冷卻介質絕對分開。

不鏽鋼的薄板上有紋路不同的凹槽,可在低流速條件下保證流體產生湍流,從而改善熱傳遞;其次紋路可提高薄板的機械強度,使薄板冷卻器能在不同壓力下進行冷卻(最高可達到2~2.5MPa),啤酒廠使用低壓的薄板冷卻器。薄板的邊緣環繞著密封圈,保證壓緊後薄板之間相互密封。過去采用粘接式密封圈,需要粘膠,粘接過程嚴格、費時,成本高,新型Clip密封圈采用凹槽式結構,更換簡單、密封效果好。

薄板可按並聯和串聯形式安裝。並聯式安裝時進口和出口都在支撐板上,這樣打開設備時無需拆卸管道。考慮到冷卻時間、冷卻量、溫度差等因素,啤酒廠一般采用並聯和串聯的混合式。

薄板冷卻器是目前廣泛應用的高效率冷卻器,其原因是:使用很薄的金屬板,板與板之間的間距較小,相當於薄層換熱,換熱麵積大,逆流換熱;金屬板上波紋不僅有利於金屬板的堅固性、高的耐壓程度,而且能確保介質在流動時不斷改變方向,保證流體在較低的流速下形成湍流,提高熱交換效率。

薄板冷卻器可應用在麥汁預熱、麥汁冷卻、加熱法製備脫氧水及脫氧水的冷卻、發酵液體外冷卻及啤酒過濾前的激冷、啤酒高溫短時的瞬間殺菌、殘酒的殺菌、堿性清洗劑的加熱,以及從二次蒸汽、廢水中回收廢熱、釀造用水的冷卻等方麵。

在麥汁處理的過程中安裝真空蒸發器,既能降低麥汁溫度,回收二次蒸汽,又有利於排除麥汁處理時形成的DMS,並降低麥汁煮沸時的總蒸發量,降低能耗。

3.麥汁冷卻的時刻及冷卻的方式

(1)麥汁冷卻的時刻大多數情況下,在除去熱凝固物後開始麥汁冷卻,一般采用一段冷卻或二段冷卻。人們逐漸開始采用對煮沸後麥汁進行預冷卻,既能回收熱能,又能降低麥汁在回旋沉澱槽中的溫度,對啤酒質量有利。在回旋沉澱槽除去熱凝固物後,再次將麥汁冷卻到接種溫度。

(2)二段式麥汁冷卻

①二段式麥汁冷卻工藝:在分離完熱凝固物後,熱麥汁被泵送至事先已經清洗殺菌好的薄板冷卻器。二段式冷卻通常是指在一個換熱器中由一個較大麵積的預冷卻區和較小麵積的後冷卻區構成,熱麥汁進入預冷卻區,被12~15℃軟化的釀造用水冷卻至16~18℃(具體溫度取決於低溫水的溫度),而釀造用水則被加熱至80~85℃,泵入釀造用水罐。要求用於冷卻的釀造用水量與麥汁量之比為(1.05~1.1)∶1,才能滿足糖化用水、洗糟用水、清洗篩板、預熱過濾槽及排空對熱水的要求,從而降低麥汁生產的能耗。預冷卻後的16~18℃麥汁進入後冷卻區被2~4℃的冰水、乙二醇溶液、酒精溶液冷卻至所要求的接種溫度。

②二段式麥汁冷卻工藝應用的前提、途徑:二段冷卻適合日糖化鍋次小於8鍋次的小型啤酒廠。要確保二段冷卻能有效運行,必須具備以下條件。

a.在預冷卻區熱麥汁必須冷卻至僅比冷釀造用水高3℃,也就是預冷卻區麥汁出口與冷釀造用水進口的溫差小於3℃,這意味著進入後冷卻區的麥汁溫度較低,在麥汁繼續被冷卻的過程中所消耗的冷媒少,降低了冷媒生產時的能耗。

b.在預冷卻區熱麥汁進口溫度與冷釀造用水加熱後出口的溫差不應超過10℃,這樣使熱麥汁的大部分熱量在預冷卻區傳給冷的釀造用水,產生的熱水溫度、數量能夠滿足麥汁生產需求。

c.為了在麥汁冷卻的同時,能生產80~85℃熱水,應盡可能徹底回收熱麥汁中的廢熱,必須按照上述溫差,設計必要的換熱麵積,考慮到渾濁物會堵塞流體通道,導致熱交換效率下降,需增加20%~30%換熱麵積。

d.考慮到實際生產情況,麥汁與冷釀造用水的比例為1∶1.1;麥汁冷卻時間少於60min。

e.在旺季夏天生產時應具備15℃左右軟化的釀造用水。最好能使用分時電價的電能,可在夜間電價便宜時將冷媒準備好,以降低生產冷媒的成本。

反之,采用二段冷卻可能會出現能耗高、產生熱水的溫度低、不能滿足麥汁生產需求,而且水耗大、冷媒乙醇有損耗等缺點,目前國內已經很少使用二段冷卻。

(3)一段式麥汁冷卻

①一段式麥汁冷卻工藝:熱麥汁在分離完熱凝固物後,被泵送至事先已經清洗殺菌好的薄板冷卻器中。在一段式麥汁冷卻中,1~2℃的冰水被加熱至80~85℃,而95~98℃的熱麥汁則被冷卻至所希望的接種溫度。

一段式麥汁冷卻全部使用由處理後的釀造用水製成的冰水,先將處理後的釀造用水在蒸發罐中冷卻至1~2℃,放入冰水罐中備用。然後用1~2℃冰水將麥汁冷卻至接種溫度,冰水本身升溫到80~85℃,作為糖化用水和洗糟用水。由於熱麥汁僅用一種冷媒(處理後的釀造用水製成的冰水)直接冷卻至7~8℃,故稱為一段冷卻,目前廣泛應用這項技術。

②一段式麥汁冷卻的優點:降低用於製冷的電耗,降低水耗,省去冷卻介質(如20%的酒精);因冷卻而產生的熱水溫度、數量能滿足麥汁生產的需要,不需用蒸汽加熱產生熱水,降低煤耗;操作穩定,冷耗負荷均勻;適合於日糖化鍋次高的麥汁生產。

同時也要注意熱麥汁進口與熱水出口的溫度差小於10℃,才能保證冷卻效率高,板片和密封圈能滿足麥汁與原位清洗的要求;也應注意熱麥汁溫度不能過低,否則會影響熱水溫度。

(4)三段式麥汁冷卻三段式麥汁冷卻中的第一段是指在打麥汁過程中將麥汁冷卻到88℃左右,使81~82℃水被加熱到94℃,94℃的熱水用於溴化鋰吸收法製冷;第二段是麥汁從88℃冷卻至8~34℃,而釀造用水從4~30℃加熱到80℃。第三段是麥汁從8~34℃冷卻至8℃,循環水從4~5℃升到23℃,循環水在溴化鋰吸收法製冷中冷卻到工藝要求的溫度。

4.熱麥汁冷卻的注意事項

(1)麥汁冷卻之前接好管路,無菌空氣過濾器係統已滅菌備用,薄板冷卻器及管路必須采用85℃熱水殺菌15~20min以上,檢查冷媒或冰水的溫度和數量,確保能在60min內完成麥汁冷卻。

(2)在麥汁冷卻過程中,首先按工藝要求控製好麥汁溫度,波動不要太大,冷卻完畢後用水頂走麥汁,並及時轉換,保證麥汁濃度等指標不受影響,麥汁損失少,汙水負荷低,並注意冷麥汁的數量。

(3)首先確保滿罐溫度達到工藝要求,一般來說各批次的冷麥汁溫度不完全一致,大多數情況下每批次的麥汁溫度會依次略有上升,應及時取樣並檢查溶解氧的情況,其次應控製熱水的溫度與數量。

六、冷麥汁的通風供氧

現代麥汁生產工藝要求麥汁生產的高溫階段盡可能避免不可控製的吸氧。高溫醪液、高溫麥汁吸氧嚴重,會導致麥汁還原能力下降,脂肪酸氧化,導致啤酒老化的前驅物質多,不利於啤酒口味穩定性;多酚物質氧化可導致啤酒色度上升、口味粗糙;酒花樹脂的氧化會影響啤酒苦味質量;醪液嚴重吸氧會因二硫鍵的形成導致蛋白質分子變大,形成蛋白質凝膠,降低麥汁、啤酒可濾性,從而影響麥汁、啤酒過濾。所以從投料到麥汁冷卻之前應嚴格限製高溫醪液、麥汁不可控製的吸氧。