正文 第四節 錐形發酵罐發酵工藝(2 / 3)

②激光焊的焊縫寬度很窄,熱影響區小,熱應力小,焊接變形小。因而激光焊接的蜂窩式夾套具有極高的強度與剛性,質量好。

③焊接後筒體內壁光滑,一般不需要再加工。

為防止冷量的損失,錐形罐外還需保溫,目前多采用聚胺酯泡沫噴塗,也可采用聚苯乙烯塑料或軟木;保溫層厚度根據地區氣候,一般在10~20cm;錐形罐最外麵還可用噴彩薄不鏽鋼或者合金鋼板裝飾,也可采用體外薄板冷卻器對發酵液進行降溫處理。

7.監控裝置

發酵操作人員無法與錐形罐中的物料直接接觸,因此要借助監控裝置對罐內物料進行檢查和控製。這些裝置包括:溫度計、液位顯示計、壓力顯示計、低位和高位探頭、取樣裝置。

(1)溫度計在發酵和降溫過中,需要對溫度進行精確地測量和控製。由於在發酵期間發酵液在罐內會出現強烈的對流,導致溫差的出現,因此需要在錐形罐上、中、下部各安裝有一個測量溫度的探頭,以連續輸出測量值。

(2)壓力顯示計在發酵貯酒過程中,必須監控罐內壓力變化,若預定的壓力未達到或升壓太慢,則要引起高度重視。

(3)液位顯示計現代化液位測量裝置,除顯示液位高度外,還可立即顯示出發酵液體積。

(4)低位和高位探頭錐形罐最好安裝有低位和高位探頭,以保證進料時不超過最高液位,出料時避免空罐。

(5)取樣裝置為檢查發酵液的質量,需要通過取樣裝置對發酵液進行取樣分析。取樣方法有連續自動取樣、人工多次取樣。人工取樣分為發酵罐取樣裝置集中布置和單個布置;取樣裝置的集中布置帶有清洗裝置,能集中一起取樣,但是取樣時每個發酵罐的取樣管路長度不同,取樣管路長的取樣時酒損大,有時會出現取樣代表性不足。每個發酵罐的取樣裝置單獨布置,最好也能設計清洗裝置,這樣取樣的代表性好,取樣酒損低,但不能一起取多個樣品,也不便於預排酒樣。

8.罐頂附件

錐形罐頂部稱為罐頂,罐頂可供人員通行,在中央原不鏽鋼罐板上安裝有各種附件。這些附件包括1個安全閥、1個真空閥、CIP清洗附件、1個液位傳感器(滿罐保護)、1個壓力傳感器。

(1)安全閥和保壓閥為避免錐形罐承受過高的壓力而損壞(爆炸),錐形罐罐頂必須安裝安全閥。發酵時為了滿足帶壓發酵工藝對罐壓的要求以及保持酒液中的CO2壓力,通常安裝保壓閥。安全閥和保壓閥的工作原理相同,隻是安全閥設定最高的安全壓力,保壓閥根據發酵工藝需要,可設定不同階段的多個壓力控製。一般分為彈簧式和重錘式兩種。安全閥一般調整壓力為0.085~0.125MPa。當壓力超過安全閥最高限力時,安全閥會自動開啟,以降低罐內壓力。

(2)真空閥大容量發酵罐對真空十分敏感,很小的負壓就會導致外形的改變(吸癟)。大容量發酵罐會因熱堿洗錐形罐時吸收大罐中的CO2、放料速度太快、高溫時突然密閉降溫等因素,造成負壓,形成真空。為保證錐形大罐不被真空吸癟,應安裝防止真空閥,調整真空度為133kPa。

(3)CIP清洗附件錐形罐隻能采用CIP清洗方式來加以清洗,衝洗噴頭與罐頂附件相連接。以每米錐形罐周長計,清洗時通常大約需要30hL/h清洗液。

9.錐形罐的進料和出料

錐形罐一般由底部進料,也從底部出料,這是因為操作簡單方便,麥汁吸氧少、產生泡沫少,也有利於酵母與麥汁的混合。

底部進料包括麥汁、酵母、CO2(需要時);底部出料包括啤酒、酵母(冷凝固物)、CIP液。錐形罐頂部還有一根導管,其作用是排除發酵產生的多餘CO2、對錐形罐進行CIP清洗。過去采用膠管,從微生物控製的角度來看,廣泛采用管路固定加管板。

管路設計時也應注意無死角、防泄漏、投資成本低。越來越多的啤酒廠安裝雙座雙密封防混功能的罐底閥,具有無死角、防泄漏、密封性能好,下閥板的單獨開啟便於對泄漏倉進行清洗等優點。雙座傳統罐底閥門與管板有一定距離,在麥汁進罐,排廢酵母、冷凝固物,清洗回路時,兩者之間總存在殘留物,如果保留殘留物,殘留物在常溫下會發生變化,可能影響啤酒質量,如果排除,又會增加清洗成本、酒損。帶雙座閥的ECO-MATRIX罐底管路直接固定在罐底,就能避免上述缺陷,降低酒損、清洗劑成本,也有利於生產可靠性、啤酒質量,但成本高。

10.發酵罐區的布置

目前啤酒廠新建發酵罐區大多采用硬管管道係統,罐區布置設計中應首先在廠區總平麵規劃的基礎上考慮與糖化間、酵母擴培及貯存、CIP間、濾酒間的相對位置,使其符合工藝流程並使管線最短,同時也要考慮配套管道布置的合理性。一般發酵罐區的硬管管道係統通常設置一條專門的操作通道管廊緊鄰發酵罐區,一條操作通道管廊中所對應的發酵罐一般布置四排為宜,便於操作通道管廊中閥門的布置。

發酵罐區的配套建築依據錐形大罐的放置位置一般可分為3種形式。

(1)室內布置將發酵罐整體置於帶保溫建築的室內,每個發酵罐帶冷媒夾套罐體可以不保溫,室內保持在5~10℃,建築一般采用鋼結構。具有施工周期短,保溫材質消耗少,可降低建廠成本,適合寒冷地區的特點。不足是鋼結構廠房維護和保養費用高,發酵罐容量大,建築投資大。我國應用少。

(2)半露天布置發酵罐由裙座支撐在建築屋麵承重平台上,發酵罐的錐底置於室內,發酵罐其餘部分為露天放置。建築一般多采用鋼筋混凝土結構,其平台多采用平板式結構,以減少內表麵積和死角,便於清洗,降低黴菌繁殖的可能性。發酵罐出口離地麵通常為2m左右。半露天布置優點如下:

①由於發酵罐下錐體和管道在室內,有利於麥汁、啤酒等輸送物料溫度的穩定;②管道可以不保溫,生產環境易控製,便於管理,罐區設備布置較容易,管道布置也較為靈活;③建築投資較室內布置小,對建廠地域的氣候條件要求不高,適合於各地采用。

半露天布置的缺點:①發酵罐區室內需特別加強衛生管理和排水設計,否則,地麵的積水和生活汙水會引起微生物汙染;②室內比較潮濕,牆壁、天花板需貼瓷片,需要加強通風,有必要增加冷風機來控製罐區的溫度和濕度,否則室內牆壁、天花板容易長黴,一般根據長黴的情況要定期翻新室內牆壁、天花板,施工周期長。

(3)全露天布置每個發酵罐裙座直接由落地的4~6條鋼柱支撐,發酵罐需保溫,發酵罐底出口離地麵高度通常控製在1~2m。全露天布置具有通風好、土建投資最小、施工周期短等優點。全露天布置也存在以下缺點:①由於發酵罐下錐體和管道在室外,不利於麥汁、啤酒等輸送物料溫度的穩定,管道需要保溫,生產環境易控製,但易受外界幹擾,不便於管理;②需製造檢修和采樣平台,不適合氣溫太低的地區使用。

三、錐形罐發酵工藝

(一)錐形罐發酵工藝的分類

采用何種發酵工藝,由於各廠使用酵母的特性、啤酒風格、生產季節、發酵周期的要求不同,發酵工藝差異比較大,一般可分為一罐法和兩罐法。

1.錐形罐一罐法發酵工藝

主發酵、後發酵(後熟)、低溫貯酒全部在一個錐形罐內完成,又分為以下幾種。

(1)根據主酵溫度分為低溫發酵、高溫快速發酵工藝。根據在高溫快速發酵工藝中是否采用帶壓,又分為高溫帶壓和高溫不帶壓的快速發酵工藝。

(2)根據雙乙酰還原期的溫度,可分為升溫還原雙乙酰、恒溫還原雙乙酰、降溫還原雙乙酰。

2.錐形罐兩罐法發酵工藝

整個發酵過程需要在兩個錐形罐中完成,又分為以下兩種。

(1)典型發酵的兩罐法主發酵、後熟在一個錐形罐中進行,低溫貯酒在另一個錐形罐中進行。

(2)模擬傳統發酵的兩罐法前發酵在一個錐形罐中進行,後熟、低溫貯酒在另一個錐形罐中進行。

國內大多數啤酒廠采用露天錐形發酵罐一罐法發酵,此種發酵方法的主要優點如下。

①可縮短發酵時間,其原因是麥汁和酵母對流獲得強化,可提高發酵時的降糖速度;主發酵結束後,不排放酵母,懸浮的酵母參與後熟期的雙乙酰還原,特別是凝聚性差的酵母,還原時酵母濃度更高些。發酵時溫控自由,可以靈活采用各種溫度(大多數較高溫度)下進行雙乙酰還原,大大縮短了還原時間。

②主發酵、後熟、低溫貯酒全部在一個錐形罐內完成,省去了轉罐操作,避免了雜菌汙染的機會,降低了酒損。

(二)常見的、不同的露天錐形發酵罐發酵工藝

1.一罐法發酵工藝

(1)典型的發酵操作流程發酵總時間18~20d。麥汁多次進罐,添加酵母,滿罐溫度(9±0.2)℃。自然升溫(約0.5d)控溫(10±0.2)℃發酵,當外觀發酵度>60%(約4d),或者依據麥汁最終發酵度與發酵間的發酵度的差值為15%~20%確定升溫時間,升溫、升壓(時間1d)。在12℃、0.12MPa條件下,還原雙乙酰,使雙乙酰含量小於0.08~0.1mg/L,時間為4~5d,期間可高溫回收酵母。然後以0.3℃/h的降溫速率降溫至5℃(約1d),在5℃保持12~24h後,排1~2次酵母或回收酵母。再以0.1~0.15℃/h降溫至-1~0℃(約2d)。在-1~0℃貯酒5~7d,貯酒期間多次排放酵母、冷凝固物。當理化分析合格,並確認酒液比較澄清就可開始啤酒過濾。

(2)丹麥菲法利亞公司操作記錄。

(3)高溫發酵、高溫還原的快速發酵工藝冷卻麥汁多次進罐,添加適量的酵母,滿罐溫度10.0~10.5℃,自然升溫至12℃發酵,1d後排錐底冷凝固物,使外觀發酵度大於60%(約2d);然後升溫至16℃,升壓至0.15MPa還原雙乙酰,還原至發酵液中雙乙酰含量小於0.08mg/L(4~5d);利用1.5~2d的時間直接將罐內溫度降溫至-1~0℃排放酵母(質量優良的酵母需回收,作為下次麥汁的添加酵母菌種),在-1~0℃貯酒4d。發酵總時間為13~15d。

注意:在高溫、高壓充CO2洗滌時,可利用CO2氣泡的上升懸浮酵母,以加快雙乙酰的還原,通過CO2排除,帶走酒液中的生青味物質,加快啤酒成熟,但要避免酵母沉降,影響雙乙酰的還原;在-1~0℃排放酵母後,再向罐內充CO2,讓CO2在低溫下溶解、飽和在酒液中,提高成品啤酒CO2含量。

(4)降溫還原雙乙酰工藝冷卻麥汁分4次進罐,酵母添加量為(12~14)×106個/mL,滿罐溫度10℃,1d後排放錐底冷凝固物,自然升溫至12℃發酵,使外觀發酵度大於60%(約3d);然後用2d時間緩慢降溫至9℃(緩慢降溫的原因是讓酵母有時間沉降,能多排除酵母),從罐底回收酵母(質量優良的酵母,作為下次麥汁的添加酵母菌種);維持9℃的溫度,升壓至0.1MPa還原雙乙酰,時間10~12d,使罐內發酵液中雙乙酰含量<0.05mg/L;用1d的時間直接將溫度降溫至-1~0℃,在-1~0℃貯酒5d左右。發酵總時間22~24d。

(5)添加酶製劑發酵工藝(恒溫發酵、還原)冷卻麥汁多次進罐,添加適量的酵母,滿罐溫度9℃,1d後排放錐底冷凝固物,維持9℃發酵降糖並進行雙乙酰還原,罐壓至0.1MPa,測定發酵液中雙乙酰含量小於0.08mg/L,時間5~6d,利用1.5~2d的時間直接將罐內溫度降溫至-1~0℃,排放酵母(質量優良的酵母需回收,作為下次麥汁的添加酵母菌種),在-1~0℃貯酒5~6d,啤酒過濾。發酵總時間13~15d。

一般在發酵開始時添加酶10~15mg/L(麥汁),加入發酵罐或加入冷卻的麥汁中。添加酶製劑發酵工藝優點如下:

①降低雙乙酰的峰值(0.2mg/L以下),很快被還原,縮短還原雙乙酰的時間,也就縮短了整個發酵時間。

②發酵液中雙乙酰前驅體——α-乙酰乳酸含量低,避免了過濾包裝後啤酒的雙乙酰回升。

③發酵、還原溫度低,減少酵母在高溫下代謝產生的過多副產物量,啤酒口味更純正。

④對酵母菌種在雙乙酰還原上的選擇要求不太嚴格。

⑤發酵時間的縮短,提高了設備的周轉利用率,降低了能耗。