啤酒釀造用水的原則與生物酸化技術(shù)

第一單元糖化工段

第一部分啤酒釀造原輔料

第三節(jié)釀造用水質(zhì)量指標(biāo)要求江南大學(xué)生物工程學(xué)院孫軍勇TELMAIL：jysun2008@青島啤酒股份有限公司技能培訓(xùn)啤酒釀造用水的原則離子對(duì)啤酒釀造過程和啤酒產(chǎn)品質(zhì)量的影響生物酸化技術(shù)123本節(jié)的主要內(nèi)容啤酒釀造用水原則釀造用水在啤酒產(chǎn)品中所占的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算可以達(dá)到90%左右或以上，改變水的組成就有可能引起啤酒口味的變化；所以，控制均勻的水質(zhì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的均一程度具有重要的意義，對(duì)不符合釀造用水要求的水一定要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，合理的水處理?yīng)該是按啤酒工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要逆行“調(diào)制水質(zhì)”和“均衡水質(zhì)”的過程，也包括為不同品種需要進(jìn)行的試驗(yàn)水質(zhì)的改良過程。因此，要進(jìn)行水處理控制水質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意以下三個(gè)重要的原則：(1)必須按照不同工藝生產(chǎn)過程對(duì)離子的需要程度，提供合適的總離子數(shù)量和控制離子比例的平衡；(2)必須按照生產(chǎn)不同啤酒類型的需要，提供相應(yīng)的滿足風(fēng)味需要的水質(zhì)類型。(3)必須始終按照各種需要保持這種水質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定，也就是保持水質(zhì)的均一程度。鈣離子（Ca2+）是釀造用水最基本、最重要的離子。具有保護(hù)酶、調(diào)節(jié)PH、促進(jìn)蛋白凝聚和酵母的沉降，在發(fā)酵過程形成草酸鈣結(jié)晶去除草酸和獲得較厚實(shí)的啤酒口味等許多方面對(duì)釀造有利的作用。大約有超過1/2以上的鈣離子(原料帶人的和在糖化過程添加的部分)會(huì)在糖化、糊化過程和煮沸過程中損失掉;由于這個(gè)損失，有可能造成釀造過程后期的鈣離子不足而導(dǎo)致一系列影響。所以，應(yīng)該在麥汁煮沸過程中考慮合理的補(bǔ)充，可以按照離子平衡要求使用硫酸鈣或者氯化鈣。鈣離子在釀造過程中需求的參考標(biāo)準(zhǔn)是：糖化與糊化過程應(yīng)達(dá)到60~80mg/L，有利于保護(hù)酶和提高浸出率，適量凝固蛋白質(zhì)；麥汁煮沸過程達(dá)到80~100mg/L，可以幫助控制麥汁的pH，有利于蛋白質(zhì)的凝聚，可以促進(jìn)酵母的凝聚沉降，可以結(jié)合去除發(fā)酵過程中的草酸，在啤酒中應(yīng)保持在30~60mg/L。有利于啤酒口味的醇厚。2）鎂離子（Mg2+）釀造過程對(duì)鎂離子的需求量只有鈣離子的1/2左右，鎂離子大部分來自于原料。麥芽含有足夠數(shù)量的鎂離子，除非使用高輔料比例生產(chǎn)麥汁或存在鎂離子數(shù)量不足的情況才考慮適當(dāng)補(bǔ)充鎂離子。鎂離子調(diào)節(jié)麥汁pH的作用不如鈣離子，但鎂離子對(duì)酵母承受外界壓力的影響和對(duì)酵母的輔酶具有重要的作用。因此，對(duì)酵母來說，鎂比鈣更重要一些。但過多的鎂離子形成的硫酸鹽、鹽酸鹽具有不良的苦澀味，氧化鎂會(huì)使酒花形成的異構(gòu)化產(chǎn)物苦味度提高；所以，鎂離子的數(shù)量需要控制，通常要求鎂離子含量不超過30mg/L。（6）鋅離子（Zn2+）對(duì)酵母的活性和胞內(nèi)酶體系的激活很重要，特別是對(duì)將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醛繼而生成乙醇的輔酶的影響。添加量控制在0.2~0.4mg/L。國內(nèi)啤酒離子分析結(jié)果（mg/L）編號(hào)CaNaMgKFeMnZnClPO43-S040.109234023423632723250.040.09011540017033527703200.030.0609431817944028663310.020.0909837818553625773340.030.080.0410841718862612653200.040.070.031043978374330723250.030.13012643016284224743350.030.0909541216693927872990.020.1082401251105433833220.040.12096392271113612622980.030.07077376158123311672970.010.09070392160133686331300.070803801411437206229400.040863891451536297030800.06090377195國內(nèi)啤酒離子的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果CaNaMgKFeMnZnClPO43-SO42-平均值37.823.971.2317.30.0240.0840.004794.2386.6179.2最小值26862.0029400.0407031883最大值544187.003390.040.130.04126430271國外啤酒離子分析結(jié)果（mg/L）國外啤酒離子分析結(jié)果（mg/L）ZnPMnFeMgCaNaK10.013213.500.0580.07966.8186.7131.68555.120.117117.640.1170.15662.6642.2920.97283.730.166224.640.1130.24096.6745.8682.06476.440.133108.940.0370.29948.0771.4513.18365.150.040171.670.0640.11655.4642.2310.43277.460.049123.990.0330.16544.8947.7338.25425.370.081126.420.0730.08160.1835.8619.45315.780.102176.630.0470.12170.0493.3027.42367.190.120183.330.0390.11454.1038.9126.36251.0100.975239.520.1170.24563.1149.3431.93340.8110.234114.050.0560.17744.1142.2336.68275.7120.062108.610.0310.15743.1071.708.36336.3130.021201.560.0950.20490.1140.5370.29360.8140.055297.270.1280.37871.1354.9766.41333.1150.012116.860.0770.11049.9829.0722.53200.2160.022222.900.0630.12958.2730.5146.28255.2170.018167.050.1050.08377.7742.5924.14357.2180.023199.740.0600.06083.29107.8922.85389.2190.008228.450.1630.20083.4129.03103.03457.6200.041379.360.2480.20294.3860.0397.72475.3210.020210.810.1140.08694.0275.7615.39491.4220.001251.430.1360.05793.2295.7022.05495.7230.063263.970.1051.06586.7333.5649.83432.9240.030242.430.1520.21389.1937.9348.19304.9250.061276.660.1980.09790.3576.7688.36355.4260.009282.620.1740.162109.7390.3812.41494.3270.064279.290.1590.258109.6752.6232.68445.2280.006232.680.1990.916105.8174.2051.96421.3290.281216.900.1000.33174.4919.8558.71442.8300.022278.150.1750.09693.7386.7821.89517.6310.017381.030.1540.140266.5975.8524.73832.9320.013268.310.3040.432265.4846.2322.21648.4國外啤酒金屬離子的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果

ZnPMnFeMgCaNaK平均值0.09215.820.1150.22487.3957.1239.01405.66最小值0.001108.610.0310.05743.1019.858.36200.20最大值0.975381.030.3041.065266.59107.89103.03832.90國內(nèi)外外啤酒酒中的的鈣離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)外外啤酒酒中的的鈉離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)外外啤酒酒中的的鎂離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)外外啤酒酒中的的鉀離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)外外啤酒酒中的的鐵離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)外外啤酒酒中的的錳離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)外外啤酒酒中的的鋅離離子含含量頻頻率分分布圖圖的比比較國內(nèi)啤啤酒中中的氯氯離子子含量量頻率率分布布圖國內(nèi)外外啤酒酒中的的磷酸酸根離離子含含量頻頻率分分布圖圖國內(nèi)啤啤酒中中的硫硫酸根根離子子含量量頻率率分布布圖生物酸酸化技技術(shù)醪液和和麥汁汁生物物酸化化為何何在啤啤酒廠廠興起起？醪液和和麥汁汁PH值下降降會(huì)給給現(xiàn)代代糖化化工藝藝帶來來哪些些優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)？生物酸酸化及及由此此出現(xiàn)現(xiàn)的低低PH值會(huì)改改善成成品啤啤酒口口味及及感官官嗎？？麥汁酸酸化還還會(huì)有有哪些些優(yōu)缺缺點(diǎn)？？生物乳乳酸酸酸化對(duì)對(duì)于生生產(chǎn)一一種特特種啤啤酒絕絕對(duì)必必要嗎嗎？以上是是采用用生物物酸化化先進(jìn)進(jìn)發(fā)酵酵工藝藝時(shí)應(yīng)應(yīng)特別別考慮慮的原原則問問題。。生物酸酸化的的起源源生物酸酸化技技術(shù)是指以以乳酸酸發(fā)酵酵法的的方式式添加加足夠夠的生生物酸酸以達(dá)達(dá)到糖糖化過過程pH的最佳佳值，，滿足足啤酒酒釀造造的需需要，，而無無須再再添加加額外外酸。1906年，德德國人人OttoFrancke生產(chǎn)啤啤酒1909年，提提出生生物酸酸化的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方案案1911年10月的VLB會(huì)議，，WilhelmWindish教授做做了關(guān)關(guān)于““利用用德氏氏乳桿桿菌人人工酸酸化麥麥芽漿漿”的的報(bào)告告1961年Richardvaitl在釀造造世界界上發(fā)發(fā)表了了一篇篇關(guān)于于生物物酸化化研究究的文文章。。他使使用酸酸化容容器中中制備備的酸酸化麥麥汁對(duì)對(duì)醪液液和麥麥汁進(jìn)進(jìn)行酸酸化。。生物酸酸化在在德國國1932年便已已獲得得稅務(wù)務(wù)部門門許可可。他認(rèn)為為乳酸酸菌的的培養(yǎng)養(yǎng)應(yīng)在在47℃℃的無酒酒花麥麥汁中中進(jìn)行行，實(shí)實(shí)際的的理想想溫度度比這這略低低些，，人們們選擇擇較高高培養(yǎng)養(yǎng)溫度度是為為阻止止其它它微生生物。。分為醪醪液酸酸化和和麥汁汁酸化化兩部部分降低糖糖化醪醪pH值的方方法①添加加無機(jī)機(jī)酸或或有機(jī)機(jī)酸；；②添加加酸麥麥芽；；酸麥麥芽的的添加加量為為原料料的3～5%，最大大可達(dá)達(dá)10%；③添加加生物物酸化化麥汁汁。乳酸濃濃度測測量方方法取25ml乳酸菌菌液添添加溴溴百里里酚藍(lán)藍(lán)指示示劑用用NaOH滴定至至PH值為7，根據(jù)據(jù)消耗耗的氫氫氧化化鈉的的體積積來確確定生生物酸酸化乳乳酸麥麥汁的的乳酸酸濃度度。生物酸酸化的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)生物酸酸化比比化學(xué)學(xué)酸化化所能能達(dá)到到的提提高酶酶活作作用更更有效效，特特別是是在降降低-葡聚糖糖含量量，提提高糖糖化醪醪過濾濾性能能方面面。從生物物酸化化的實(shí)實(shí)驗(yàn)和和應(yīng)用用上來來看，，其優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是是明顯顯的。。生物酸酸化技技術(shù)可可以增增強(qiáng)原原料中中各種種酶的的活性性，使使所有有的分分解過過程進(jìn)進(jìn)行的的更快快更徹徹底，，減少少雜菌菌污染染的可可能性性，從從而提提高啤啤酒的的生物物穩(wěn)定定性和和原料料的利利用率率，改改善麥麥汁的的組成成成分分和麥麥汁與與啤酒酒的過過濾性性能，，提高高產(chǎn)品品的最最終發(fā)發(fā)酵度度。麥芽醪醪pH值的降降低，，減少少了金金屬螯螯合鍵鍵的連連結(jié)，，增強(qiáng)強(qiáng)了酵酵母對(duì)對(duì)鋅的的吸收收，從從而抑抑制了了副產(chǎn)產(chǎn)物的的生成成。而麥汁汁pH值的降降低，，不僅僅有利利于活活性單單寧等等物質(zhì)質(zhì)的浸浸出，，在煮煮沸時(shí)時(shí)有利利于大大分子子蛋白白質(zhì)的的凝聚聚沉淀淀，而而且更更加接接近啤啤酒混混濁物物的主主要成成分-球蛋白白的等等電點(diǎn)點(diǎn)，從從而使使得啤啤酒具具有較較好的的蛋白白質(zhì)組組成，，因此此，發(fā)發(fā)酵液液中，，蛋白白質(zhì)、、多酚酚組成成的冷冷凝固固物對(duì)對(duì)酵母母的影影響較較少，，酵母母的降降糖速速度加加快，，縮短短了啤啤酒的的生產(chǎn)產(chǎn)周期期，有有效地地提高高設(shè)備備的利利用率率。生物酸酸化麥麥汁相相對(duì)于于化學(xué)學(xué)酸化化麥汁汁含有有更多多的還還原物物質(zhì)，，可以以防止止多酚酚氧化化，從從而賦賦予啤啤酒更更加良良好的的色澤澤。此外，，乳酸酸菌能能分泌泌一些些抗菌菌物質(zhì)質(zhì)，可可抑制制多種種啤酒酒污染染菌的的生長長和繁繁殖。?？偟牡膩碚f說，生生物酸酸化技技術(shù)不不單單單起到到了降降酸作作用，，而且且能增增加糖糖化過過程中中起主主要作作用的的酶（（蛋白白酶、、淀粉粉酶、、葡聚聚糖酶酶），，提供供天然然抗菌菌物質(zhì)質(zhì)。生物酸酸化的的缺點(diǎn)點(diǎn)需要增增加乳乳酸菌菌培養(yǎng)養(yǎng)設(shè)備備的投投資增加了了染菌菌的危危險(xiǎn)對(duì)生物物酸化化乳酸酸菌的的要求求乳酸菌菌為革革蘭氏氏陽性性菌，，過氧氧化氫氫酶試試驗(yàn)呈呈陰性性，微微需氧氧氣，，不產(chǎn)產(chǎn)生孢孢子，，不運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，在顯顯微鏡鏡的暗暗視場場中能能夠強(qiáng)強(qiáng)烈折折光。。在所所有的的乳酸酸菌中中，包包括許許多種種乳酸酸菌菌菌種，，在這這些菌菌種中中，針針對(duì)麥麥汁、、發(fā)酵酵液與與啤酒酒而言言，很很多乳乳酸菌菌菌種種是有有害的的(如L.lindner、L.brevis、L.casei等)，但也也有些些乳酸酸菌是是無害害的(如L.amylovorus與L.amylolyticus等)．正是是有了了這些些無害害的乳乳酸菌菌菌種種，使使得生生物酸酸化技技術(shù)能能在實(shí)實(shí)際生生產(chǎn)中中得以以應(yīng)用用。被選用用的用用于麥麥汁酸酸化技技術(shù)的的乳酸酸菌菌菌種要要滿足足以下下各項(xiàng)項(xiàng)工藝藝與質(zhì)質(zhì)量方方面的的要求求：能夠很很好地地適應(yīng)應(yīng)未加加酒花花的麥麥汁的的生長長環(huán)境境，生生長速速度快快，盡盡量高高產(chǎn)L-乳酸。。乳酸酸的構(gòu)構(gòu)型分分為3種：D-型、L-型、DL-型。人人體只只能吸吸收其其中的的L-型部分分，過過多的的食用用D-型或DL-型乳酸酸可導(dǎo)導(dǎo)致人人體代代謝功功能的的紊亂亂，而而目前前作為為食品品添加加劑的的乳酸酸絕大大多數(shù)數(shù)是DL-型。產(chǎn)產(chǎn)酸量量大，，最終終酸含含量應(yīng)應(yīng)能達(dá)達(dá)到1.0％～1.5％，利利于有有效地地添加加與調(diào)調(diào)整，，而且且能夠夠很好好地防防止與與抑制制其它它雜菌菌的生生長。。能夠適適應(yīng)較較高溫溫度的的生長長環(huán)境境，利利于乳乳酸菌菌更旺旺盛地地生長長繁殖殖，從從而達(dá)達(dá)到產(chǎn)產(chǎn)酸快快、多多產(chǎn)酸酸的生生產(chǎn)工工藝目目的。。乳酸酸菌較較適合合生長長繁殖殖的溫溫度范范圍一一般在在45℃℃～52℃℃，最適適生長長繁殖殖溫度度為47℃℃～49℃℃，低于于30℃℃時(shí)乳酸酸菌的的生長長與繁繁殖會(huì)會(huì)受到到較大大抑制制。不生成成雙乙乙酰、、胺類類物質(zhì)質(zhì)與其其它影影響啤啤酒風(fēng)風(fēng)味與與口味味的不不利成成份。。菌體本本身最最好含含有可可分解解淀粉粉、蛋蛋白質(zhì)質(zhì)、β-葡聚糖糖等的的酶系系，能能夠最最大限限度地地利用用麥汁汁中可可利用用的一一切物物質(zhì)，，以達(dá)達(dá)到生生產(chǎn)目目的。。菌株應(yīng)應(yīng)易于于分離離、純純化和和培養(yǎng)養(yǎng)。對(duì)工藝藝流程程的要要求用于麥麥汁生生物酸酸化的的設(shè)備備比較較簡單單，一一般由由繁殖殖罐與與混合合添加加罐兩兩大部部分組組成，，繁殖殖罐最最好安安裝于于單獨(dú)獨(dú)的房房間內(nèi)內(nèi)隔離離，以以防感感染生生產(chǎn)過過程。。因乳酸酸菌在在生長長、繁繁殖中中有一一定的的溫度度要求求，所所以這這些繁繁殖罐罐與混混合添添加罐罐還要要配有有加熱熱裝置置、溫溫度控控制裝裝置和和保溫溫層。。各容器器應(yīng)具具有液液位顯顯示裝裝置，，以便便于準(zhǔn)準(zhǔn)確添添加新新鮮麥麥汁與與酸化化處理理后麥麥汁的的準(zhǔn)確確應(yīng)用用。此外，，生長長罐的的個(gè)數(shù)數(shù)應(yīng)與與糖化化生產(chǎn)產(chǎn)中日日糖化化鍋次次相適適應(yīng)，，可以以多設(shè)設(shè)置幾幾個(gè)生生長罐罐．也也可以以采用用容積積大一一些的的生長長罐，，但這這時(shí)需需要一一個(gè)能能容納納相適適應(yīng)于于日糖糖化生生產(chǎn)批批次的的乳酸酸麥汁汁暫存存罐，，以便便于糖糖化生生產(chǎn)的的及時(shí)時(shí)取用用。此暫存存罐也也應(yīng)具具有加加熱裝裝置，，可以以將罐罐中暫暫存的的酸化化麥汁汁加熱熱煮沸沸，終終止其其酸化化過程程，便便于乳乳酸添添加量量的準(zhǔn)準(zhǔn)確計(jì)計(jì)算。。生物酸酸化生生產(chǎn)工工藝的的要求求：培養(yǎng)過過程中中應(yīng)在在二氧氧化碳碳的環(huán)環(huán)境下下進(jìn)行行，因因?yàn)槿槿樗峋m適合在在厭氧氧環(huán)境境中生生長