正文 第四節 錐形發酵罐發酵工藝(3 / 3)

一般認為添加酶製劑生產的啤酒中,酶的殘留量(活力)沒有檢出;也不會對啤酒風味、穩定性、泡持性產生不利影響。也有人認為,添加酶製劑發酵會改變酵母的代謝性能。

2.兩罐法發酵工藝

兩罐法發酵工藝的特點是啤酒在低溫下貯酒時間較長,在貯酒期中,酒的化學和生物化學變化並不大,而物理化學變化很大,促使酒體更成熟、完美,穩定性更好,生產出的啤酒具有陳釀香味,口味柔和、醇厚,泡沫細膩和穩定。

(1)典型的兩罐法發酵工藝主酵、後熟一個罐,貯酒另一個罐。當成品啤酒發酵度接近麥汁極限發酵度,發酵液中雙乙酰降至0.1mg/L以下時,意味著發酵基本完成,可高溫回收酵母,或降溫至4~6℃,維持一定時間後排放酵母,降至(2~3)×106個/mL,最好在高溫回收酵母、雙乙酰還原,達到成品發酵度的要求後,將啤酒經薄板冷卻器冷卻至-1~0℃,倒入另一個錐形罐(一般稱貯酒罐)。另一個錐形罐進酒前,應用CO2背壓。然後在罐中維持-1~0℃貯酒。

啤酒在低溫下-1~0℃的貯酒期,一般可分為三類:

7~8d普通型啤酒。

8~20d國內銷售高級啤酒。

18~30d外銷高級啤酒。

低溫貯酒期間,可加澄清劑,充CO2飽和,提高啤酒的CO2含量。在倒罐前必須采用CO2背壓,其目的是避免啤酒接觸O2,並防止雙乙酰回升(關鍵),啤酒氧化;防止倒酒時產生大量泡沫;防止CO2的溢出損失。

背壓壓力的確定:

貯酒罐背壓壓力=發酵罐頂空壓力+發酵罐酒液高度/100×1/2+0.01

【例】200m3大罐,發酵罐倒酒前壓力0.06MPa,罐高16m。

背壓壓力=0.06+16/100×1/2+0.01=0.15MPa

(2)模擬傳統的兩罐法發酵工藝主酵一個罐,後熟、貯酒另一個罐。在錐形罐中發酵至主發酵基本結束,真正發酵度50%~55%時,降溫至5~7℃,從錐底排放酵母,使發酵液中酵母數為(10~12)×106個/mL,然後將嫩啤酒倒入另一個大罐(進酒前也需背壓,可用無菌壓縮空氣)。維持在5~7℃溫度下,進行雙乙酰還原,使發酵液中雙乙酰降至0.1mg/L以下,一般需7~8d。當雙乙酰還原合格後,使發酵液降溫至-1~0℃,罐壓控製在0.08MPa,貯酒8~15d,開始幾天小心排放罐底的酵母和冷凝固物。

此法特點:如傳統發酵方法,倒酒時,不必嚴格控製啤酒接觸氧,但後發酵、貯酒時間較長。模擬傳統法兩罐法發酵工藝,應該使用凝聚性較強的酵母菌種。

四、錐形罐發酵的操作和控製

國內大多數啤酒廠采用露天錐形發酵罐一罐法發酵,下麵僅介紹露天錐型發酵罐一罐法發酵的操作與控製。發酵操作的要點為:冷卻麥汁分批進罐,滿罐溫度9~10℃,自然升溫至10~12℃發酵,主發酵基本結束時,升溫至12~16℃進行還原雙乙酰,期間可高溫回收酵母,還原結束後降溫至0~5℃,排放回收酵母,再降溫至-1~0℃低溫貯酒。發酵總時間一般為15~20d。

1.麥汁進罐

由於露天錐形發酵罐容量較大,冷卻麥汁都是分次進罐。進罐麥汁的熱凝固物必須很好地分離、充分適當供氧。一般前幾次麥汁完全通氧,最後一次不通氧,以免泡沫溢出。露天錐形發酵罐滿罐時間最好在12h以內,最長也應限製在16~20h以內。如滿罐時間過長,發酵液中雙乙酰峰值顯著增加、高級醇含量上升。還要注意進罐麥汁的溫度,後一次進罐麥汁溫度比前一次麥汁溫度高0.2~0.5℃。

2.添加酵母

酵母添加量一般為0.8%~1.2%(酵母泥對冷卻麥汁),滿罐麥汁中懸浮的酵母細胞數在(15~20)×106個/mL。添加方法一般有以下兩種。

(1)根據每鍋進罐麥汁的量,按比例分次分量添加。分次添加酵母往往導致發酵中的酵母狀態、質量不同,所以應用分次分量添加酵母的方式越來越少。

例如,麥汁分四鍋進罐,每鍋添加酵母量占總量的百分率:第一鍋15%,第二鍋50%,第三鍋35%,第四鍋0;或第一鍋50%,第二鍋0,第三鍋50%,第四鍋0。

(2)一次性添加酵母:一般情況下第一鍋麥汁進罐時,將所需酵母一次全量添加。此種方式操作簡單方便,酵母濃度高,發酵起發快,汙染機會少,酵母添加量誤差也少些。但是發酵副產物略多。在接種酵母活力高、無菌條件好的前提條件下,人們也開始嚐試在第二鍋或第三鍋麥汁進罐時一次性添加酵母,就是將酵母添加時刻適當推後,通過減少啤酒酵母的有氧代謝時間,以達到減少不良代謝產物的形成,又能促進酯形成的目的。

3.冷凝固物的分離

麥汁滿罐12~24h後,打開錐底閥門,排放沉澱在錐底部的冷凝固物,必要時再經過12~24h排放冷凝固物。在排放冷凝固物時,應緩慢進行,以免麥汁過多流出,加大發酵損失。

4.發酵控製

嚴格按照發酵溫度、降糖速度、各階段發酵時間進行控製,最重要的是發酵溫度的控製。由於露天發酵罐高度較高,發酵液在罐內會形成上下不一樣的微小差別(一般高度大於7m,就可發生分層現象),表現在以下幾點。

(1)形成濃度差根據下麵發酵酵母的性質(下麵發酵酵母應用最普遍),酵母具有凝聚沉澱作用,因而在發酵罐底部的酵母濃度高、密度大,發酵速度相對較快,糖度下降也快,所以發酵罐底部濃度比發酵罐上部低,形成濃度梯度。

(2)形成CO2分壓差根據濃度梯度的道理,發酵罐底部降糖快,CO2必然產生得多。加上流體力學的特性,發酵液液柱高度引起的靜壓力作用,又使得發酵罐底部壓力增加,CO2溶解度增大(當溫度一定時,壓力大,CO2溶解度大),所以形成發酵罐上、下部CO2分壓差。

(3)形成溫度差露天錐形發酵罐外部都有分段(上、中、下)冷卻夾套,可以通過控製各段冷卻介質的流量大小,達到罐內發酵液上、下層溫度的不同。

由於上述三個差別而形成的對流動力,使得發酵液在罐內形成更加強烈的對流循環,加強了酵母與麥汁(發酵液)的接觸,發酵速度加快,發酵均勻。在這三個差別中,溫度的控製好壞更起到重要的作用。應根據整個發酵過程,分四個階段進行溫度控製。

(1)主發酵降糖階段由於發酵液中可發酵性糖量多,發酵較旺盛,產生的熱量也較多,為維持發酵溫度的恒定,需用冰水降溫。此階段以上部降溫為主,中部適當降溫,下部不降溫。這樣一來就造成了發酵罐中發酵液下熱上冷(熱氣上升,冷氣下降),發酵液在罐內強烈對流循環,使得發酵迅速均勻。

(2)雙乙酰還原階段這時可發酵性糖數量已大大減少,先停止降溫,使溫度升至雙乙酰還原溫度,當溫度達到雙乙酰還原溫度時,溫度控製如同主發酵降糖階段一樣(上部為主),維持雙乙酰還原溫度,加快還原,必要時也可考慮高溫回收已沉降的酵母。

(3)降溫或降溫排放酵母階段通過化驗室檢驗,當發酵液中雙乙酰含量達到工藝要求(0.05~0.08mg/L)、殘糖徹底發酵或成品啤酒發酵度達到工藝要求時,既可高溫回收酵母,也可開始降溫。這時上部降溫關閉,開大中、下部降溫冰水流量,使酵母遇冷刺激而積聚下沉到罐底,能夠多排放回收酵母。

(4)低溫貯酒階段此階段溫度最低,一般控製在-1~0℃。這時應適當打開上、中、下部夾套,保持三段平衡進行降溫,低溫貯酒階段至少貯酒5~7d,確保整個發酵液的溫度低(-1~0℃)、溫度均勻,使酒中的懸浮物(酵母、蛋白質、多酚物質等)在低溫下盡量析出沉澱,加快發酵液的澄清,以利啤酒過濾、啤酒非生物穩定性。

在低溫貯酒時,應注意發酵液溫度不能低於啤酒的冰點以下,否則,罐內發酵液會發生結冰現象,特別是靠近罐壁冷卻夾套處。

啤酒冰點的近似計算公式為:啤酒冰點(℃)=-(0.42A+0.04n+0.2)

式中A——啤酒中酒精含量/%(質量分數)

n——啤酒的真正濃度/%(質量分數)

0.2——修正係數

5.壓力控製

(1)一般滿罐24h後,罐頂、管道中的空氣已經基本排除,應關閉排氣閥進行限壓,保持很低的罐壓(0.01~0.02MPa)壓力,便於回收發酵時產生的CO2。也有啤酒廠采用不帶壓,形成的CO2被吸走用於CO2回收。

(2)如果采用低溫主酵、高溫還原的工藝,在主發酵結束,發酵液糖度在3.5%~4%,即外觀發酵度至少大於60%或麥汁最終(極限)發酵度與發酵液發酵度的差值大約在10%時,封罐升壓,在高壓下可加快雙乙酰的還原,有利於CO2的飽和,抑製其他代謝產物形成。但是過早地封罐升壓,可導致酵母沉降,不利於雙乙酰的還原,並影響成品發酵度。

(3)如果采用高溫帶壓主酵、高溫還原的工藝時,應在高溫主酵期酵母數達到最高時,封罐升壓,抑製高溫主酵時過多代謝產物的形成,但必須使用能適應高溫帶壓條件下的酵母菌種,也應避免過早地封罐升壓;否則,不利於酵母的繁殖,影響主酵降糖和後期雙乙酰的還原。

根據露天發酵罐罐頂的安全閥限壓,在發酵過程中,發酵罐最高壓力一般控製在0.085~0.15MPa。

6.酵母的回收、廢酵母和冷凝固物的排放

從理論上說,隻要當殘糖基本發酵完、雙乙酰還原後,都可以從發酵罐錐底部排放酵母。應采取多次排放法進行酵母的排放。

(1)第一次在主酵結束或殘糖基本發酵完,雙乙酰還原還未結束時,就已經有大量的酵母沉降,可高溫回收酵母;也可在雙乙酰還原完成後,降溫前(此時還是在還原溫度)排放。此時雖然溫度較高,但由於糖度低、凝聚性的酵母已經沉降下來,如果在正常代數之內、酵母質量好,可進行回收、馬上降溫、低溫貯存或馬上接種。越來越多的啤酒廠采用高溫回收酵母。

(2)第二次在雙乙酰還原完成後,降溫至酵母排放溫度(5~7℃),停留12~24h後回收酵母。由於降溫到5~7℃需要一定時間,那麼,在還原雙乙酰期間已沉降到罐底的酵母,在壓力高、CO2含量高、溫度高下貯存一段時間,不利於酵母活力,越來越多的啤酒廠不采用低溫回收酵母。

(3)第三次在降溫至-1~0℃時或停留2~3d後排放,這次排放出的酵母可視情況考慮回收不回收,因為有較多的冷凝固物,其次酵母活力低。

(4)第四次在低溫貯酒期間、啤酒過濾前,應分次排出錐底部的酵母和冷凝固物,以免酵母自溶產生酵母味,更有利於啤酒的過濾。

在排放酵母操作時,應緩慢進行,排放速度不能太快,使錐底沉降的酵母慢慢下滑的速度和排出酵母的速度相同,避免罐中酵母還沒有排完,發酵液隨著酵母過多流出,增加酒損。

7.CO2的洗滌與CO2飽和

在保持罐內壓力的前提下,一邊從罐底部充CO2,一邊從罐頂部排放CO2,稱為CO2的洗滌。通過CO2的洗滌,可將發酵液中可揮發的不良代謝產物排出,縮短雙乙酰還原的時間,提高啤酒口味的質量。CO2洗滌可在雙乙酰還原階段和低溫貯酒階段進行,每次CO2洗滌的時間1~2h,洗滌排出的CO2還可以進行回收處理。

CO2飽和常用於發酵罐罐壓太低,發酵液中CO2含量達不到標準的情況。CO2最好在低溫貯酒階段排放酵母後進行,CO2飽和後,還應停留幾天時間,讓CO2充分溶解均勻後,再進行過濾。

8.發酵罐的清洗和殺菌

發酵車間的清洗和滅菌包括發酵罐和管路的清洗和滅菌。通常發酵罐以采用冷清洗為主,管路的清洗以熱清洗為主。發酵罐依賴CIP自動清洗和殺菌,工藝衛生更易得到保證。一般清洗殺菌程序為:在確保CO2徹底排除後,先用水衝洗10~15min,用2%~3%、50℃左右熱堿液衝洗10~15min(回收循環),用中間水衝洗10min,用0.5%的硝酸溶液衝洗10~15min(回收循環),用中間水衝洗10min,用殺菌劑衝洗殺菌15~20min(回收循環),最後用無菌水衝洗10~15min備用。