高浓啤酒稀释过程中清酒质量的控制

    摘   要：高浓酿造稀释技术即采用高浓麦汁糖化和发酵；啤酒成熟后， 在过滤时用饱和二氧化碳的无菌水酿造稀释成不同浓度的啤酒；高浓酿造后稀释技术20世纪80年代传入中国，90年代中后期后酿造稀释技术在中国的啤酒行业开始兴起，发展势头良好。高浓稀释从原料的选择、工艺的调整及控制、水的处理、各种添加剂的使用和设备状态等，都与清酒质量相关。对高浓啤酒过滤后稀释的开始、过程中及结束时清酒浓度的控制并对浓度控制出现异常时的处理提出控制途径。
    关键词：高浓稀释、麦汁、发酵、浓度控制
    啤酒高浓度酿造（High Gravity Brewing）是指在啤酒酿造过程中糖化得到较高的麦芽汁浓度（15～18°P），在糖化以后的工序中再加水稀释到正常浓度（10～12°P）。高浓酿造后稀释技术，可以在投资和运行成本降低的情况下，增加产量20%～40%，在当前我国普遍倡导节能降耗的号召下，应用高浓酿造有着显著的经济意义和社会效益。
    1、高浓酿造稀释的生产方法与技术优势
    1.1 高浓酿造稀释技术中涉及的方法主要包括：麦汁酿造稀释、前酿造稀释、后酿造稀释。麦汁酿造稀释主要针对糖化能力不足的工厂，为了提高糖化能力，一般在沉淀槽进行酿造稀释。前酿造稀释则主要针对发酵能力不足的工厂，前酵高浓，后酵酿造稀释；后酿造稀释则是典型的高浓酿造技术。在糖化加水稀释用正常的糖化水即可，而且发酵工艺无须调整，对啤酒的质量影响也小。发酵加水则是在发酵后期酿造稀释。越往后酿造稀释，技术条件要求越高。真正意义上的高浓酿造技术则是指过滤前后的加水酿造稀释。这样可以提高糖化、发酵、贮酒甚至过滤设备的利用率。采用此项技术，可以在不增加设备的条件下提高产量。
   1.2 高浓稀释的技术优势，在原有设备的基础上提高啤酒产量  特别是在旺季，后酿造稀释工艺提高了糖化、发酵、贮酒、过滤等工序的设备利用率，降低生产费用。 麦汁浓度高，含水量少，容积小，相应地加热、冷却、贮酒所消耗的能量降低15%，清洗和过滤费用以及污水处理等费用均有所降低。多添加辅料，减低生产成本。啤酒的凤味稳定性和非生物稳定性提高，口感比较柔和淡爽。
     2、麦汁制备操作技术要求
     2.1制备高浓度麦汁时，糖化时间依赖于麦芽中淀粉水解酶的含量  当料水比为1：3时，高浓度醪液中的蛋白分解酶以及β-淀粉酶可以较好地发挥作用，不会使麦汁的组成发生根本变化。可适当调整蛋白质休止温度，采用低温浸渍休止，增加蛋白的溶解，提高发酵过程中酵母必需的营养成分，采用分段式糖化， 提高麦汁中可发酵性糖的含量，以保证合格的发酵度；按常规生产方法制备高浓度麦汁，将导致麦汁过滤时间和煮沸时间延长。为了控制时间和麦汁煮沸费用， 应提高第一麦汁浓度并减少洗糟用水，这样必然出现残糖浓度过高和麦汁收得率降低的问题。制备的原麦汁浓度愈高，残糖浓度也愈高。实践证明，高浓度麦汁的残糖浓度与正常麦汁的残糖浓度之差，基本上与两者的第一麦汁浓度之差接近。为减少浸出物的损失，可回收洗糟残液，作为下次糖化用水或洗糟用水。回收利用的洗糟残液要在80℃保存，以防止杂菌污染；洗糟残液中的类脂、多酚物质和其他不良成分的含量，不至于对下批次糖化造成质量影响；洗糟残液最好经过活性炭吸附过滤后再使用。
2.2采用高浓酿造，麦汁煮沸时会导致大量苦味物质的损失  麦汁浓度愈高，酒花利用率愈低。制备高浓度麦汁时，应酌量增加单位麦汁的酒花用量，以保持啤酒所要求的苦味度，或在主发酵后添加异构化酒花浸膏；严格控制麦汁回旋及静止时间。麦汁煮沸定型后，有大量的热凝固物析出。然而，仍有一些细小的蛋白质颗粒不易沉降，麦汁回旋给细小颗粒以离心力，缩短了其沉淀时间，麦汁回旋时间一般控制在30-40分钟之间。这样，既保证了麦汁热凝固物的去除，又避免了麦汁过分与氧接触；控制好麦汁冷却，及时排除冷凝固物。麦汁回旋完毕后，进行速冷却。麦汁速冷却后，有大量冷凝固物析出。麦汁冷却温度愈低，冷凝固物愈多，一般冷却时间控制在60分钟以下。大量的冷凝固物进入发酵罐后，要及时排凝固物。否则，将引起啤酒澄清缓慢及过滤困难。
2.3 合理控制麦汁组分。啤酒风味物质的生成量随着麦汁浓度的升高而升高。麦汁中a-氨基酸的含量对发酵过程形成啤酒风味物质至关重要。一般12°p麦汁a-氨基酸含量控制在140-160mg/L时对啤酒整体风味有利，且不影响酵母的生长和繁殖；麦汁溶解氧含量要稳定。麦汁中含氧量愈高，酵母增殖愈大，发酵愈旺盛，啤酒风味物质的生成量将愈多；反之，酵母增殖量少，不利于发酵的正常进行。一般麦汁中含氧量控制在6-10mg/L为宜。使用分锅次满罐的麦汁，最后一锅麦汁可以不充氧，防止发酵罐麦汁氧含量过高，酵母增殖量过大，产生较多的影响啤酒风味的物质。如果麦汁补氧量不足（＜6ppm），会降低酵母细胞的增殖速率，延长细胞的停滞期，导致细胞过早衰老；过量的补氧（＞10ppm），也会导致细胞过度出芽和发酵，产生大量酵母，从而促使酵母退化和变异，致使代谢不正常。
    2.4 麦汁进罐温度和满罐时间的控制。锥形罐刷洗完后，空罐温度应与主发酵温度保持一致，避免罐温对酵母起发温度产生影响。麦汁起始接种温度应低于主发酵温度2-3℃，满罐温度应低于主发酵温度1℃为宜，麦汁在分锅次进罐中，让酒体随酵母繁殖代谢产生的热量，自然升温到主发酵温度。所以，麦汁的冷却温度应遵循先低后高，最后达到满罐温度的原则。以10℃主发酵、四锅次进酒满罐为例，控制麦汁冷却温度为：第一锅6.5-7.0℃；第二锅7.0-7.5℃；第三锅7.5-8.0℃；第四锅8.0-9.0℃。切记满罐温度不能过高，防止因突然降温受冷而影响酵母的繁殖，导致发酵迟缓。满罐时间不能超过18小时。
     3、发酵操作技术要求
     3.1 严格控制发酵温度和压力：一般情况下，0.1Mpa压力对酵母细胞是无影响的，但对酵母的代谢产物、繁殖和发酵速度影响较大，前酵期为不影响细胞繁殖速度，最好在糖度降到3.5°p时，开始升压。发酵温度的高低直接影响产生风味物质含量的多少，温度提高，发酵速度相应加快，风味物质生成量就多；严格控制后贮时间：后贮时间长，风味物质含量会有小幅度上升。特别是啤酒消费淡季，后酵贮酒时间应严格控制，一般为7-14天，否则，将可能引起啤酒中风味物质含量增多。
   3.2 做好酵母菌种的管理工作。啤酒酵母的特点决定了啤酒的口味，要提高啤酒的质量，必须保证酵母质量。原菌种要保持性能稳定，不能出现变异、退化等现象，否则，很难保证最终产品的口味均一。选用优良的酵母菌种：不同的酵母菌种生成的风味物质的种类和数量有很大的差别，在同等发酵条件下，有的酵母菌会产生比其它菌种高数倍的风味物质。酵母的接种量的大小对风味物质的生成量也有一定的影响，当加大酵母接种量时，酵母的繁殖量将减少，风味物质的生成量也相应减少；当接种量不足时，酵母的繁殖量将增大，产生较多的风味物质。因此，合理地选择酵母菌种是从根本上控制风味物质含量的最有效的方法。菌种是企业生产优质啤酒的前提。全面、客观、真实地分析菌种的特性，最大程度地依据菌种特点、适应酵母菌种的生理特性， 加强生产全过程酵母的使用和管理，为稳定产品质量提供可靠的保证，才能酿造出质量高的啤酒来。
    3.3 酵母的控制要求。回收使用的酵母泥，必须色泽洁白、无异味、无酸味，外观粘稠，酵母细胞形态大小均匀、饱满、液泡小，细胞壁薄，内容物不明显，无异形细胞。发酵液的杂菌和有害菌的检测结果，是评价该罐酵母受污染程度的标志，要本着“无菌使用酵母”的原则，微生物不合格的罐不能作为传代酵母使用。要坚持“先检查、后使用”的原则，回收酵母在添加使用前要进行检测，酵母的死亡率要低于5%、pH值不能高于5，pH值若高，说明酵母有自溶现象，这样的酵母泥不应再回收使用。酵母回收代数应控制在5代以内，保证酵母的强壮及良好活性，保持啤酒良好的风味，同时也降低了传代酵母被杂菌污染的机率。
3.4高浓发酵后稀释酿造啤酒时，稀释机系统可将清酒的浓度自动控制在一定范围内，但有时由于操作不合理也会引起清酒浓度的不稳定。合理的操作才能避免稀释机的系统误差，不发生清酒浓度的偏低或偏高。对将要过滤的发酵液浓度最好检测两次，一次在发酵液降温后测定，另一次在发酵液过滤时添加完硅藻土以后测定。如两次浓度误差不大，即可将发酵液过滤时测定的浓度输入稀释机系统，若浓度相关较大，发酵液不急着过滤，可以复检发酵液浓度；若发酵液急着要过滤，可以采取两次浓度的平均值作为控制标准。
3.5 注意发酵液的降温速率和过滤开始时的操作。最好降温至2-3℃时停留1天，这样可避免急速降温带来的发酵液结冰现象。发酵液结冰会使浓度出现偏差。清酒进罐前的顶水影响：为了降低清酒溶解氧，一般在过滤开始时，用稀释水排氧，必须清楚过滤机和管道容纳的稀释水数量，开始过滤的清酒将稀释水完全顶尽后才能进清酒罐，避免稀释水影响清酒浓度。发酵液在低温贮存期间，罐内要保持一定的压力，不仅有利于CO2的溶解，还可避免发酵液进稀释机时管道出现气泡的现象。若发酵液的压力较低，会出现气泡，使发酵液实际进入稀释机的量比理论的流量低，导致实际过滤出的清酒浓度偏低。同样，稀释水也要保持一定的压力，压力偏低时也会导致过滤出的清酒浓度偏高。发酵液进稀释机的管道内若是存在空气，不仅会使清酒溶解氧升高，还会发生发酵液不能满管进人稀释机，导致清酒的浓度偏低。为了避免此类情况出现，滤酒前过滤机杀菌时要将进稀释机的阀门全打开，让杀菌的热水将管道内的空气彻底顶出。
3.6 少换或者避免更换发酵罐。发酵液过滤时最好能够一次将整个发酵罐滤完，避免更换发酵罐过滤影响稀释机出现控制误差。两个发酵罐合滤时，如两个罐中的发酵液数量基本一致，最好能将两个罐的压力备至相同，使过滤流速相同。当两个罐的发酵液数量相差很大时，合滤的浓度不易掌握，最好在滤酒快要结束时，先检测清酒浓度，若是离目标浓度较远，及时调整稀释机中的浓度控制，以使满罐清酒浓度达到要求。首先就是要减少更换发酵罐的次数，可以进行合理安排如滤两罐清酒，要两个发酵罐合滤，可安排一个发酵罐滤一部分进第一个清酒罐，滤到目标数量后，换滤进第二个清酒罐，以后再滤第二罐发酵液滤进两个清酒罐至要求的量。滤酒结束时，用二氧化碳顶酒进罐对清酒浓度影响不大，但是会出现管道和过滤机内残留清酒，采用稀释水顶过滤机和管道内酒液进罐，控制不好会严重影响清酒满罐浓度。采用稀释水顶酒时，要计算好结束时发酵液和稀释水的比例，首先关闭稀释水进稀释机的阀门，滤一部分发酵液进清酒罐，然后再打开稀释水进口阀门，关闭发酵液进稀释机的阀门，用稀释水顶尽管道和过滤机内残留的酒液。只要控制好最后稀释水和发酵液的比例，清酒满罐浓度就可以很好控制，并能保证清酒不浪费。
    4、高浓稀释酒的质量控制
    4.1 稀释水的质量控制。稀释用水应具有和啤酒相同的质量特性，如生物稳定性、无异味和异臭、具有一定量的CO2、与被稀释啤酒具有相同的温度和PH值等。因此，稀释用水需要经过预处理，如沙滤、活性炭过滤、无菌处理、脱氧、冷却等。稀释用水的基本要求：符合饮用水标准，无微生物污染和化学污染；无异味和异臭，清流透明、无悬浮物；无氯气味；溶解氧含量低、CO2含量应接近或略高于啤酒的CO2含量；铁、锰含量十分低，低钠、低总盐量，控制水总硬度≤3度；总碱度低。
4.2 稀释酒的质量控制。稀释啤酒的质量与正常酿造的啤酒相比有一定的差距，但是可以控制其接近正常啤酒的质量。在某些指标上，两者互有高低，在风味上存在一定的差异。一般地讲，稀释啤酒的风味柔和一些，啤酒高浓酿造技术不能简单的理解为控制配比浓度。稀释酒的质量要求除了满足必须的理化、卫生指标外，对外观、泡沫、香气和口味及保质期必须有特殊的要求。即要求酒体外观清亮透明，无明显沉淀物和悬浮物，泡沫洁白细腻、持久挂杯，口味纯正、酒体协调、无老化味等。但稀释后的啤酒或多或少地会出现诸如泡沫粗糙、泡持力下降、酒体寡淡、水味重、非生物稳定性差等质量问题。其原因是多方面的，响稀释酒的质量，哪一方面出现问题，都将影响到产品的最终质量。
   4.3 高浓稀释过程中清酒浓度的控制对酒损及生产成本有较大的影响，例如100KL原浓为13°P啤酒稀释成浓度为7.86°P的清酒量与稀释成浓度为7.95°P的清酒量相比，产量差约为1.87KL。清酒浓度每降低0.1°P，就可能降低1%的酒损。因此，可以说清酒浓度控制得当，能大幅降低酒损及生产成本。高浓稀释方式分为过滤前稀释和过滤后稀释两种，相比之下，过滤后稀释不仅能提高设备利用率，而且灵性更大，更有利于安排生产，因此被多数工厂采用。
4.4 酒头浓度的控制 在配比开始前，需要用发酵液将过滤机内的脱氧水置换出来，此时不可避免的会产生一些浓度较低的酒水混合物，即酒头。一般情况下，这部分酒头溶解氧也比较高，需要收集到酒头酒尾罐用CO2洗涤处理后再按照一定比例流加入过滤酒液中。当在线浓度达到程序设定值后配比系统开始工作，但由于配比自动调节阀从启动至在线浓度达到设定值时调整时间较长，此时又会产生一些浓度较高的酒头（见图2），如果不及时进行处理，将会对满罐清酒浓度造成影响。针对这种情况，可以在配比开始时将稀释后浓度值适当设定低一点，以使稀释水配比调节阀缩短调整反应时间，当在线浓度达到目标值左右时，再将稀释后浓度调整到目标值开始正常配比。
   4.5 稀释过程中的浓度的控制。稀释配比时可以选择“体积配比”或“浓度配比”两种模式进行。“体积配比”是指系统通过检测到的酒液流速，根据设定好的稀释比率不断调整配比阀控制稀释水的流速，并经充分混合后完成配比。“浓度配比”则是根据在线检测的浓度与设定的浓度相比较，通过配比阀调节稀释水的流速使在线检测浓度与设定浓度保持一致，经充分混合后得到浓度相对稳定的清酒。“体积配比”操作时必须保证冷贮酒浓度准确，才能做到准确配比。但在实际生产中因为各种原因，冷贮酒从开滤到滤空浓度很难保持稳定，有时甚至会出现较大波动，从而导致配比结果出现较大偏差。因此在稀释过程中需要多次检测冷贮酒与稀释后清酒的浓度进行参数修正，才能达到理想的效果。“浓度配比”受冷贮酒浓度影响较小，配比结果相对比较精确。使用安东帕在线浓度分析仪，是利用声波在啤酒中传播速度的不同来计算清酒密度，从而换算成浓度。在线检测浓度值会受冷贮酒的配方、原料、发酵度、CO2等因素。一般地，在线检测浓度与实验室检测浓度存在一定的偏差，但只要找准这个浓度偏差，每罐酒只需检测一到两次，基本都能做到精确控制配比浓度。
    4.6 酒尾浓度的控制。配比结束时，需要用脱氧水将过滤机内的酒液置换出来，当在线浓度低于程序设定值时将这部分浓度较低的酒水混合物（酒尾）收入酒头酒尾罐，待下次生产时再流加入过滤酒液中。但有时会遇到停产时间较长或品种切换等原因，超出一定时限后为防止滋生微生物这部分酒液不得不排放掉，从而造成浪费。可将这部分酒尾收入清酒罐中，因为过滤结束前，过滤机及管路中的高浓酒液数量是可测算出来的，那么结束时可以将部分高浓酒用稀释水顶入清酒罐中，为了保证清酒罐内酒液浓度不会偏高，可再续顶入一定量的稀释水与之前的高浓酒液混合，便可以做到“无酒尾”操作，避免不必要的浪费。
啤酒企业为了提高设备利用率，降低能源消耗，应用高浓稀释啤酒设备，在不增加糖化、发酵设备的情况下，通过增加糖化投料量，提高麦汁浓度的方法，使糖化、发酵设备的总能力提高约10-30%，通过合理的操作可获得和普通发酵生产的啤酒相同质量。结果表明，HGB高浓酿造和利用廉价载体固定酿酒酵母的连续发酵系统有较好的效果。此外，与传统工艺比较，只有当发酵时间合适，麦汁降糖、啤酒风味和酵母利用率充分时，高浓酿造在生产力上和产品质量的稳定性上才有显著优势。
参考文献
（1）刘光成，啤酒过滤技术，北京，中国轻工业出版社，2012.98
（2）王念玉、张敏，回收酒头降低酒损，啤酒科技，北京，2000.3:47
（3）贺以来，降低酿造酒损的措施，啤酒科技，北京，2014.1:38

文章来源:1、陕西省酿酒专业协会 2、青岛啤酒汉斯宝鸡有限公司 作者：傅国城1 闫英2