关注啤酒过滤质量 提高企业效益

编辑 大曲
发布于: 2014-06-19 00:00

琥珀色晶莹剔透和洁白细腻的泡沫是啤酒外观品质所必不可少的特性,当今啤酒市场除了极少部分以外,几乎全是采用过滤的方法确保啤酒外观和风味稳定性。近年来,随着啤酒流通范围的不断扩大,消费形态的多样化以及消费者对新鲜度等方面需求的提高,市场对啤酒的混浊稳定性和香味稳定性的要求也越来越严格。因此,啤酒过滤操作对质量保证作用的重要性就越来越大。目前啤酒过滤的主流是硅藻土过滤,随着过滤机及其辅助设备的发展和过滤理论技术的不断提高,新的啤酒过滤技术和装备已经能够达到过滤精度高、经济性优异的固液分离效果。
    过滤工序是一个纯物理过程,它是控制啤酒清亮度的关键点之一。过滤后的啤酒,不仅浊度大幅降低,而且胶体及风味稳定性都有很大提高。啤酒过滤是啤酒酿造过程中改进质量的最后工序,过滤效果的好坏,不仅影响到啤酒质量,也影响着啤酒的生产成本。因此不能低估这一工序的重要性。而有些啤酒厂却忽视了这一重要的工序,在实际啤酒过滤过程中经常出现过滤周期短、周期过滤量少、过滤成本高、清酒风味变差等现象。因此,在整个啤酒生产过程中,必须把它作为一道关键工序进行有效的控制和管理。
    那么影响啤酒过滤质量的因素及解决措施是什么?如何提高啤酒的过滤质量?
一、啤酒过滤原理及质量要求
1、啤酒过滤原理。啤酒过滤即是将成熟的啤酒通过过滤介质,去除酒液中悬浮的酵母和蛋白质等凝固物微粒,使啤酒变的清亮,富有光泽,口味纯正,保存期延长。悬浮于酒液中的酵母和微粒被过滤介质分离出来的机制,一般分为三种情况:一是筛分作用或称阻挡作用,即啤酒中比介质空隙大的微粒被截留下来;二是深度效应,长而曲折的微孔对悬浮粒子产生一种阻挡作用;三是静电吸附,一些比介质孔隙小的颗粒以及具有较高表面活性的物质,因其所带电荷与介质相反,而产生静电吸引被截留。
2、过滤的质量要求。待过滤的嫩啤酒风味质量及理化指标一般来说已经成形,过滤的目的一方面是去除酒液中的酵母及悬浮微粒,使酒液变得清亮透明,达到一定非生物稳定性,另一方面就是要最大限度地保持已经形成的酒的风味的稳定性。具体质量要求包括以下内容:清酒清亮透明,有光泽,无任何悬浮物、沉淀物,具有酒花或麦芽香气,无异杂味;理化指标(原麦汁浓度、CO2和溶解氧含量,酒精度、发酵度及双乙酰)在过滤过程中与目标值控制一致。细菌总数≤50个/ml,大肠菌群数≤3个/100ml,纯生啤酒的要求则更加严格,细菌总数、大肠菌群数每毫升均不得检出,厌氧菌、啤酒有害菌小于10个/100ml。
二、影响啤酒过滤质量的主要因素
1、发酵液粘度大,β-葡聚糖含量高,凝固物高,影响滤层的通透性
发酵液中的β-葡聚糖含量高是造成啤酒黏度高和过滤困难的主要原因。β-葡聚糖是由葡萄糖通过β-1,4和β-1,3键聚合形成的一种直链状多糖。麦芽中虽然有80%左右的β-葡聚糖已被分解,但在溶解不良的麦尖部分,仍存在相当数量未被降解的高分子β-葡聚糖。在糖化时,这部分β-葡聚糖可以通过β-葡聚糖酶的作用继续分解。当温度超过60℃时,麦芽中的β-葡聚糖酶失活,使大量的β-葡聚糖从与其相结合的蛋白质中游离出来,最终进入到啤酒中。当受到机械剪切力、过滤压力和急骤冷却的情况下,β-葡聚糖容易延伸,并在氢键的作用下,形成稳定的β-葡聚糖凝胶,使啤酒过滤发生困难。溶解不良的麦芽或过高的糖化温度都会导致β-葡聚糖的增加。另一方面因糖化、发酵等因素控制的差异,使发酵液中杂质的种类及含量差别很大,而这些杂质往往是软粘性,容易影响滤层的通透性。主要是:
1.1、麦汁煮沸强度不够,造成细小的蛋白质颗粒带入发酵液中,易堵塞过滤滤孔,造成过滤压差上升。
1.2、酵母自溶。由于贮酒温度太高,或时间长,前期发酵温度较高,酵母收集太迟,罐底部酵母排放不及时,易造成酵母自溶,产生的大量细小的蛋白质颗粒悬浮在酒液中,易堵塞过滤孔径。
1.3、发酵液杂菌污染。工艺卫生达不到要求造成发酵液染菌,由于这些细小的杂菌粒径较小,硅藻土过滤的筛分作用、截留作用对除去杂质不十分有效,因此部分细小的杂菌穿过滤层进入清酒液中,造成清酒浊度升高,缩短过滤周期。
1.4、发酵温度控制的影响。在正常情况下,由蛋白质引起的啤酒混浊比酵母菌引起的混浊更严重,所以滤除这些不可利用的蛋白质是啤酒澄清过滤的关键。最有效的方法是在低温状态下使蛋白质微粒凝聚,正常工艺发酵液进入-1℃左右冷贮五天以上,使蛋白质微粒充分凝聚。由于温度控制不当,发酵过程出现异常情况或降温时上、中、下部温差太大,罐内酒液对流强烈,酵母沉降缓慢或沉淀的酵母又重新浮起,会造成过滤困难。另外温度控制不当会使酵母不能充分沉降,细小的蛋白质颗粒不能充分凝聚,在过滤时会堵塞过滤介质孔径,又由于这些酵母和蛋白质是软粘性的,会降低过滤介质的通透性,缩短过滤周期。
1.5、酵母和杂质排放不及时或不完全,会使待滤啤酒的悬浮物杂质含量较高,在啤酒过滤时这些杂质粒子截留在硅藻土的表面或沟道中,堵塞过滤滤径,使发酵液难以澄清。
2、原料质量不均一,糖化不完全,麦汁中存在淀粉质多糖和糊精
麦芽酶活性较低、质量不均一、大米辅料比率太高和糖化操作不当容易造成糖化不完全,使淀粉及糊精等高分子物质进入到麦汁中,造成啤酒过滤困难。由于原料麦芽溶解不良,粉碎度不适宜,或麦芽中β-葡聚糖含量偏高,容易造成麦汁粘度偏高,麦汁澄清度差,过滤困难;糖化不完全,麦汁中糊精含量过高;麦汁过滤回流不清,麦汁中杂夹着细小颗粒进入煮沸锅;旋涡沉淀槽设计不合理或操作不当,有少量沉淀物进入发酵罐等;都使发酵液难以澄清,造成过滤滤径很快被堵塞,压差很快上升,过滤周期缩短。
3、发酵液酵母沉降不好,酵母细胞数偏高
过滤前酵母细胞数的多少,将直接导致过滤效率的高低。在贮酒时,如果温度和压力控制不当,引起酒液对流,产生“翻罐”现象,将会使已沉降的酵母及杂质重新由下向上流动而悬浮在酒液中,使发酵液中酵母细胞数偏高;为了保证啤酒浊度,必须增加硅藻土的添加量,否则使过滤机压差上升,使过滤液减少和过滤速度降低。但硅藻土添加过多,会使过滤周期缩短,减少过滤量。酵母自溶也会使酵母细胞壁和细胞膜中的大分子物质进入到发酵液中,造成过滤困难,同时还会影响啤酒的风味。
4、凝固物
如果在麦汁煮沸和发酵时分离热、冷凝固物不彻底或排放不及时,在过滤时也会堵塞过滤孔道,造成过滤困难;另外,酒龄不足、后储温度太高也会导致冷凝固物在啤酒过滤前分离不彻底从而导致过滤困难。凝固物是啤酒中的颗粒物质,以不溶态出现,如果在早期不能及时排除,会堵塞硅藻土过滤机,这一过程从糖化过滤槽中开始,因此必须在发酵前排除掉大部分的热凝固物,因为热凝固物会覆盖在酵母表面,在发酵时影响其自然的沉降。
5、预涂方法及辅料添加不当
过滤时,预涂层中粗土及细土、添加剂添加比例不当,均可导致发酵液过滤困难。硅藻土质量差,由于硅藻土原矿质量不好,加工工艺和设备简陋,生产的硅藻土孔隙率低,容纳杂质的空间少,所形成的滤饼的通透性差。
一些添加剂如单宁、硅胶、PVPP等吸附剂在添加时如果出现不均匀,某一阶段添加浓度大大超过工艺要求的添加量,进入滤层微孔中或附着于滤层的表面阻塞过滤通径,造成滤饼的通透性大大降低。
6、操作者的经验
操作者不能及时根据发酵液的情况来确定硅藻土添加量、粗细土比例及过滤速度;操作者操作不当,都将影响过滤质量。
三、如何提高过滤质量
发酵成熟的啤酒由于悬浮有蛋白颗粒和酵母而相对混浊,必须通过机械澄清方法进行处理使其满足质量控制要求,啤酒企业可根据自身质量控制要求和实际状况选择合适的过滤方法,提高啤酒的过滤质量。
1、降低麦汁和啤酒中β-葡聚糖的含量
可溶性β-葡聚糖在600mg/L为过滤的极限值,超过600mg/l,过滤将非常困难。未过滤啤酒中的β-葡聚糖一般为200mg/L(应用膜过滤的啤酒要求更加严格,一般应〈100mg/L或更低〉。未过滤啤酒和过滤后啤酒之间的β-葡聚糖含量差应小于5%,差别较大时,预示啤酒不稳定。对于由β-葡聚糖产生的过滤问题,在糖化也可在发酵过程中添加β-葡聚糖酶。使用发芽力高、β-葡聚糖含量低的大麦,使用溶解均匀适中的麦芽等都可降低β-葡聚糖的含量。
2、降低过滤前发酵液的酵母细胞数量及凝固物含量
控制合适的麦汁煮沸强度(8%~10%),必要时添加卡拉胶、硅藻土、酿造型单宁和硅胶促进单白质的凝聚和吸附分离,适当降低麦汁冷却温度,采用浮选工艺,分离尽可能多的冷凝固物。足够低的后储温度和后储时间,提高发酵液排渣和排除凝固物频次。
2.1、延长啤酒冷贮藏时间。即使在啤酒销量旺季,也不能随意缩短酒龄。
2.2、控制酵母增殖倍数。
2.3、加快降温速度。
2.4、加强絮凝蛋白分离和排除
3、选择质量合格的硅藻土及过滤纸板
硅藻土由第三纪中新世时期和中新世以后沉积在湖底和海底的微生物植物骨架所构成,硅藻土作为助滤剂主要因其具有结构形状不同的微粒,互相交错形成85%~95%的空间,它的密度很小(100~250kg/m3),比表面积很大(10000~20000m2/kg),颗粒大小为2~100um。天然硅藻土含有机物、砂石、粘土、可溶性碳酸盐和铁等,不同的硅藻土成品在杂质含量、铁离子含量、可溶性物质含量等方面有较大差别。因此,选择硅藻土时除了满足国家助滤剂卫生标准外,还要先选购小批量的样品试用,满足要求后再批量采购使用。
过滤纸板一般是以纤维材料作为骨架结合具有过滤活性的硅藻土和珍珠岩构成。对纸板的质量综合要求体现在必须保证足够的分离强度,同时要有尽可能大的过滤量。在过滤过程,要注意压力差和过滤流速,防止硅藻土穿透纸板,引起硅藻土混浊。
4、加强过滤操作控制
进行硅藻土过滤时硅藻土预涂是过滤过程的第一部分,也是最重要的部分,预涂工作做好了,滤酒工作就完成一半以上了,因为它决定了过滤结果和过滤的安全性。预涂一般分为第一次预涂和第二次预涂两个过程。第一次预涂必须保证抗阻力性,硅藻土颗粒和纤维必须弥补筛板的孔隙,同时要尽量不影响渗透性。第一次需用300~500g/m2中等粗的硅藻土,土的厚度在1.5mm左右。第二次预涂确定了过滤效果,它被置于第一次预涂上,所用的硅藻土同以后添加的硅藻土相同。为了使预涂达到要求,必须使硅藻土均匀地分布在过滤机的整个筛板上,第二次需用300~500g/m2中等细的硅藻土,土的厚度也在1.5mm左右。
硅藻土连续流加。过滤时硅藻土的连续添加可以保证过滤层表面的持续渗透性,过滤过程主要在表面进行,但如果不连续添加硅藻土来松动和更新过滤层,那么被阻挡住的颗粒就会在很短时间内阻塞整个表面。根据啤酒可滤性、过滤机的滤酒量、压差上升情况和过滤机系统的不同,硅藻土流加的添加量控制在在80~150g/hl之间。过滤过程要防止压力的波动,确保清酒的浊度在0.5EBC以下。
4.1清酒溶解氧控制。
    氧化作用是影响啤酒稳定性的重要因素之一。啤酒的氧化作用与自身的还原能力、溶解氧的多少有关。酒液中溶解氧的作用下,蛋白质分子发生生化反应,含巯基蛋白质被氧化聚合成大分子蛋白质。此外,如果啤酒中的溶解氧过高,在光照和温度条件下,蛋白质易与多酚发生氧化缩合反应而产生沉淀,影响产品的风味稳定性。
    各罐要用CO2备压或采用CO2隔绝保护,清酒罐备压应以高纯度(99.99%)的CO2采用气—液置换方式备压;过滤机预涂过程必须排净空气,硅藻土倒入时要缓慢,并控制搅拌速度,混合罐要充入CO2进行保护,各泵尽量使用隔膜泵,避免柱塞泵密封不严时带入空气;滤酒管路设计要合理,管径不要太细,避免流速过高形成湍流;脱氧水溶解氧应低于0.05ppm,管路引水及硅藻土和添加剂稀释用水都应使用脱氧水;过滤机酒头、酒尾及生产中收集的残酒由于溶解氧高,应单独处理。
4.2对啤酒稀释用水质量控制
    啤酒稀释用水对啤酒的非生物稳定性、生物稳定性、风味稳定性都有直接的影响,稀释用水应到如下质量标准:无菌、清亮透明、无混浊、无污染物、无异味;水温0~4°C左右,与稀释啤酒的温度接近;PH值4.0~4.4,与啤酒的PH值接近;溶解氧0.05ppm以下,CO2含量接近于所要稀释的啤酒;总硬度3.50dH以下,电导率40us/CM以下;各种离子组成及含量应满足要求。
4.3、对啤酒过滤添加剂的质量控制
    由于受麦芽的品种、产地的影响及啤酒企业生产设备能力的限制,为了提高啤酒非生物稳定性,在啤酒生产过程中,除了要加强对生产各个阶段的工艺控制外,还可以通过添加适当的稳定剂的方法来达到分解或去除蛋白质、多酚物质,来提高啤酒稳定性的目的。在过滤时要添加的物质一般为:硅胶、PVPP、单宁、四氢、泡沫稳定剂、抗氧化剂等添加剂,这些添加剂如果添加均匀,与啤酒充分混合,对啤酒质量有改善作用,但如果添加时没有控制好,可能会适得其反,导致质量问题的出现,因此要求在使用这些添加剂时,必须与啤酒的过滤同步,同时开始、同时结束,要求与95%以上的啤酒充分混合。
    PVPP(聚乙烯聚吡咯烷酮):PVPP能与多酚类物质的酚羟基之间形成极强的氧键,对造成啤酒酒体浑浊的多酚类物质有高度的选择吸附特性。PVPP的吸附能力取决于单位重量多酚物质的氢键数,用PVPP处理啤酒能显著降低啤酒中多酚聚合指数,预防冷浑浊,推迟永久浑浊的出现,延长啤酒保质期。而且具有用量少,处理时间短,可回收循环利用等特点,是一种具有较好经济效益的啤酒澄清剂。使用PVPP时,添加量应根据对啤酒的要求,经小试实验后确定。添加前必须用脱氧水或蒸馏水将PVPP稀释至10%左右溶液,啤酒与PVPP稀释液混合时间宜控制在5~10分钟,方可进行过滤。
    硅胶:硅胶主要成分是二氧化硅胶,具有多孔性,表面积极大,表面分布有硅醇基。在啤酒过滤过程中添加,对于防止啤酒冷浑浊物形成,具有良好的效果,是啤酒企业首选的蛋白质吸附剂。目前,使用的主要为水合硅胶和干硅胶。在使用时,应当根据所需去除蛋白质的性质,选择适当型号。同时,硅胶的使用量要根据啤酒的类型,悬浮物的多少及保质期的要求而确定最适添加量。
单宁:单宁的主要作用是通过对蛋白质的选择性反应,降低不稳定高分子蛋白质的含量,提高啤酒胶体稳定性。一般情况下,单宁在发酵液或清酒中添加,单宁能和啤酒中可溶性蛋白质中高分子蛋白质形成络合物沉淀,而不与影响啤酒泡沫的蛋白质反应,因此,对啤酒泡沫稳定性没有破坏作用。在使用时,只能选择食品级酿造单宁。添加量需经小试实验后确定,才能在啤酒大生产中使用。此外,稀释单宁用的水必须用脱氧水或蒸馏水,不能用啤酒直接配制。
    抗氧化剂:氧气的存在是导致啤酒非生物浑浊及风味物质老化等情况发生的重要因素之一。在啤酒过滤过程中,由于受设备及人为操作的影响,啤酒中的溶解氧不可避免的增加。为了提高啤酒的非生物稳定性,降低氧在啤酒中的含量,在啤酒过滤中一般采取往酒液中添加抗氧化剂的方法来实现这一目的。常用的抗氧化剂有:维生素C,异维生素C,二氧化硫,亚硫酸盐,偏重亚硫酸盐等。在使用抗氧化剂时,一定要在不影响啤酒口味及酒体外观的前提下,在国家《食品添加剂使用卫生标准》规定范围内,适量添加。
4.4过滤工艺卫生的控制
   过滤是在敞开的环境中进行,而接触到的材料和设备又比较多,所以,潜在的污染来源也很多,例如硅藻土、过滤纸板、添加剂、环境空气、二氧化碳、稀释用水和洗涤用水、清酒管道、清酒罐等都有可能成为污染源,针对这些潜在的污染源,要采取相应的措施加以消除。
4.5过滤时重金属离子的控制
    某些重金属离子是啤酒氧化的催化剂。因此,在啤酒过滤过程中,应尽量避免引入某些重金属离子。啤酒中若含有0.5mg/L的铁离子,在经巴氏杀菌后,Fe2+氧化Fe3+,而Fe易与啤酒中共存的蛋白质、有机酸,生成难溶性盐类,使酒体发生浑浊、沉淀现象。伴随着Fe3+加入量的增加,浑浊迅速加剧,并产生沉淀物。由此可见,过滤助剂、添加剂中重金属离子一定要尽可能的越低越好。
    总之,过滤工序影响产品质量的因素非常多,要引起啤酒企业的高度重视。提高啤酒过滤质量,重点要放在原料的选择,生产工艺的完善等方面,要充分与本企业的设备状况相结合,强化工人的质量意识,加强整个啤酒生产环节的精细化管理,才能逐步完善和提高啤酒的内在品质。

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