啤酒釀造工藝學(xué)麥汁制備

啤酒釀造工藝學(xué)

何國(guó)慶主講

2013年夏第四章麥汁制備（糖化）

啤酒生產(chǎn)的主要工序是發(fā)酵，即將麥汁中所含的糖分轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳。為達(dá)到發(fā)酵的前提條件，首先必須將麥芽中的非水溶性組分轉(zhuǎn)化成水溶性組分，特別是可發(fā)酵性糖，這些非水溶性組分的轉(zhuǎn)化和溶解就是麥汁制備的目的，也是麥汁在主酵間和后酵間進(jìn)行發(fā)酵的基礎(chǔ)。第一節(jié)糖化工藝基本過(guò)程粉碎階段糖化階段分離階段麥汁煮沸麥汁冷卻第二節(jié)原料粉碎目的：酶溶出、增加酶與底物接觸要求：麥芽：皮殼完整、胚乳細(xì)碎大米：以細(xì)為好粉碎方式：干法粉碎濕法粉碎增濕粉碎影響因素：麥芽質(zhì)量（溶解度）（一）干法粉碎干粉碎設(shè)備及工作原理二輥粉碎機(jī)四輥粉碎機(jī)五輥粉碎機(jī)六輥粉碎機(jī)（二）濕法粉碎

麥芽進(jìn)行干法粉碎(這種方式在大多數(shù)啤酒廠很常見)時(shí)，即使采取了保護(hù)性措施，麥皮也會(huì)多多少少受到破壞，使麥皮只能有限度地起到過(guò)濾介質(zhì)的作用。若在麥芽粉碎前，對(duì)麥芽進(jìn)行浸泡處理，那么麥皮以及麥芽?jī)?nèi)容物就會(huì)吸收水分，變得有彈性，麥芽?jī)?nèi)容物也能從麥皮中被分離出來(lái)并被粉碎，而麥皮幾乎沒有損傷，使過(guò)濾能力得以改善。粉碎得很細(xì)的麥芽?jī)?nèi)容物能更好地被分解。

濕法粉碎機(jī)的最重要部件是輥間距只有0.45mm的粉碎輥(3)，分配輥(2)安裝在粉碎輥(3)之前，已粉碎的醪漿用絞龍收集，并用醪液泵(6)泵出。噴淋和沖洗系統(tǒng)可用來(lái)浸泡麥芽或清洗整個(gè)設(shè)備。濕法粉碎機(jī)的工作步驟1、浸泡：麥芽輸送至粉碎機(jī)上面的麥芽暫存?zhèn)}(1)，用30～50oC的水浸泡。溫水從下面循環(huán)泵入麥芽暫存?zhèn)}中，使麥芽浸泡均勻。此過(guò)程大約15～30min。麥芽的水分增加30％左右，麥芽體積增加35％一40％。麥芽中的酶也慢慢活化。2、糖化用水：浸泡過(guò)程完畢，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換至糖化用水。3、糖化下料：浸泡結(jié)束后的麥芽通過(guò)進(jìn)料輥(2)進(jìn)入輥間距只有0.45mm的粉碎輥(3)。在此，麥皮幾乎無(wú)損傷，而麥粒內(nèi)容物則從麥皮中平滑、無(wú)阻力地被擠壓分離出來(lái)。因此，濕粉碎的麥糟看起來(lái)就像麥粒堆在一起樣。唯一的問(wèn)題是，未被粉碎的麥粒不能被分解，幾乎毫無(wú)變化地進(jìn)入了醪液混合箱中。4、沖洗：通過(guò)噴嘴強(qiáng)烈沖洗粉碎機(jī)中與麥芽接觸的所有地方。（三）增濕粉碎針對(duì)干法粉碎：麥皮易過(guò)度破碎濕法粉碎：溶解不良麥芽難粉碎提出增濕粉碎技術(shù)麥芽增濕

用冷水、熱水或蒸汽對(duì)麥芽進(jìn)行增濕，使麥皮更富有彈性，更不易破碎。在增濕期間，麥芽的溫度不得高于30oC，否則會(huì)損傷麥芽中的酶。麥粒中的水分上升并不均勻：若麥?？偹稚仙?.7％左右，則相應(yīng)麥皮的水分上升1.5％～1.7％左右，而胚乳水分上刊·僅為0.3％～0.5％左右。效果：●麥皮體積凈增10％～20％左右；●粗粒和麥皮組分的分離性能改善了；●過(guò)濾速度提高；●糖化收得率和最終發(fā)酵度提高；●碘檢迅速。粉碎評(píng)價(jià)粉碎評(píng)價(jià)篩號(hào)組分篩孔mm過(guò)濾槽壓濾機(jī)2001型1皮殼1.2718%11%1%2粗塊1.018%，5%4%2%3細(xì)塊0.54735%16%15%4細(xì)粒0.25321%43%29%5細(xì)粉0.1527%10%24%篩底塵粉11%16%29%第三節(jié)糖化過(guò)程中的物質(zhì)變化目的獲得盡可能多的浸出物糖化過(guò)程中的物質(zhì)變化酶的作用條件淀粉的分解糖化條件對(duì)淀粉分解的影響蛋白質(zhì)的分解-葡聚糖的分解戊聚糖的分解其他物質(zhì)的溶解一、酶的作用條件溫度：酶的活力取決于溫度?；盍﹄S溫度的升高而增強(qiáng)，最終達(dá)到每種酶特定的最適作用溫度下的最高活力。在更高溫度下．由于酶的卷曲空間結(jié)構(gòu)的展開(變性)，活性迅速下降。最適溫度越高，酶失活和死亡就越多。在一定溫度下，酶活性是可以改變的。在低溫下，酶活力幾乎可以無(wú)限度地保持，但隨著溫度的上升，酶的活力迅速下降。pH值：因?yàn)殡SpH值的變化，酶的卷曲結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，所以酶的活力也取決于pH值。每種酶均會(huì)在某一pH值下達(dá)到其最佳活力值，此pH值對(duì)每種酶都是特定的，高pH值或低pH值都會(huì)使其活力下降。酶的作用條件二、淀粉的分解Starchgranulesanditsdegradation(1)糊精：不可發(fā)酵；(2)麥芽三糖：能被所有高發(fā)酵度酵母發(fā)酵。只有當(dāng)麥芽糖發(fā)酵完后，酵母才能分解它，即只有在后酵貯存時(shí)分解(后發(fā)酵性糖)；(3)麥芽糖及其它雙糖：能被酵母又好又快地發(fā)酵(主發(fā)酵性糖)；(4)葡萄糖：最先被酵母分解(初發(fā)酵性糖)。酵母發(fā)酵的淀粉分解產(chǎn)物

釀造外觀發(fā)酵度為80％的淺色啤酒，其麥汁中可發(fā)酵性浸出物的—般組成如下：

三、蛋白質(zhì)的分解蛋白質(zhì)分解物的作用PositivNegativ高分子N泡沫渾濁主要為鹽溶性球蛋白（、、組分），組分與單寧結(jié)合生成絡(luò)合物，一旦被氧化，啤酒渾濁?？诟酗枬M低分子N酵母營(yíng)養(yǎng)ProteindegradationExopeptidaseReleaseoneaminoacidatatimeTwomainexopeptidasesCarboxypeptidasesAminopeptidaseEndopeptidaseBreakinteriorbondsofproteinManyspecieswithdifferentspecificationResponsibleforsolubleprotein

蛋白酶及其分解作用蛋白酶：一部分分解細(xì)胞，一部分與細(xì)胞壁內(nèi)在物質(zhì)結(jié)合，發(fā)芽中活化，糖化時(shí)釋放出蛋白酶（內(nèi)肽酶、可溶性蛋白）、肽酶（外肽酶，羧肽酶、氨基肽酶）、酰胺酶作用條件：45-55C，PR高分子N低分子AA，45C低分子N多，55C高分子N多。-氨基氮要求：200mg/L,酵母消耗100-140mg/L.Pro不能被利用。四、-葡聚糖的分解-葡聚糖的分解-葡聚糖+戊聚糖半纖維素200-300mg/L直鏈，3/4為-1，4鍵；1/4為-1，3鍵。溶膠凝膠轉(zhuǎn)變，80C。15mg/L凝膠影響過(guò)濾分解：育種制麥糖化控制加酶基因工程菌EnzymaticDegradationofBeta-glucan控制-葡聚糖的新技術(shù)

育種制麥糖化控制加酶基因工程菌五、戊聚糖分解“Theeffectofpentosansontheproductionandqualityofbeerisunimportantandinnowaycomparabletothatofthebeta-glucans”.

WolfgangKunze,1996IntroductionAcarefulreviewoftheolderliterature,aswellastheresultsofseveralrecentstudiessuggeststhisviewisincorrect.

Manyoftheproblemspreviouslyattributedsolelytobeta-glucans,mayinpartbecausedbyarabinoxylansIntroductionBackboneofbeta-(1-4)linkedxylose,wherexyloseissubstitutedwithalpha-arabinofuranosylresidueslinked(1-2)or(1-3).

Polymerofpentosesugars-“Pentosan”

Intheolderliterature,acomponentof“barleygum”,or“barleyhemicellulose”.Arabinoxylans:StructureandPropertiesBackbone:beta-1,4linkedD-xylose.Backbonemaybebranched?Substitution:L-arabinoselinkedalpha-1,2or1,3.Arabinoxylans:StructureandPropertiesXyloseresidueswithSingle03or02substitutedarabinoseXyloseresidueswithdouble(03and02)substitutedarabinoseNon-substitutedregionsArabinoxylans:StructureandPropertiesOxidativegelationofarabinoxylans.

Diferuliccross-linksofarabinoxylanmolecules.

Requiresperoxidase/H2O2

Reducessolubility.

Importantinbread-baking.Malting??(MarkwalderandNeukom1976)Arabinoxylans:StructureandPropertiesPhysicalpropertiesofarabinoxylans:PartiallywatersolubleHighintrinsicviscosityHighwaterbindingcapacityFormationofintermolecularaggregatesOxidativegelationFoamformationReference:CerealArabinoxylans:AdvancesinstructureandphysiochemicalProperties.IzydorczykandBilliaderis.1995.CarbohydratePolymers28:33-48Arabinoxylans:DistributioninGrainsEndospermCW20%AXAra/xyl:0.8-1.070%BGAleuroneCW67%AXAra/xyl:0.4-0.726%BGHuskandPericarp(>50%AX)HuskAleuroneEndospermEndospermcellwalls.Microfibrillarphaseembeddedinamorphousmatrix（基質(zhì)，介質(zhì)）MicrofibrillarphaseiscelluloseandtightlyboundarabinoxylanMatrixisbeta-glucan(75%)andarabinoxylan(25%)

(Fincher1975)Arabinoxylans:DistributioninCereals3.908.96Rye黑麥2.306.59Wheat1.416.60BarleyEndospermArabinoxylan%TotalArabinoxylan%GrainDucrooandFrelon1989Endoxylanase:

Hydrolysisofbeta-(1,4)xylosidiclinkagesinthexylanbackbone.

RelativerapidreductioninMWandviscosityArasubstituentsmaystericlyhindertheenzymeEndo-xylanaseArabinofurnaosidaseHydrolysisofalpha-(1,2)or(1,3)glycosidiclinkagesbetweenAraandXyl

RemovalofArasubstituentsmayincreasesusceptibilitytodegradationbyendo-xylanaseasArasubstituentsstericlyhindertheenzymeArabinofuranosidaseEnzymesAssociatedwithArabinoxylanBreakdownExo-xylanase(s):hydrolysisofbeta-(1,4)xylosidiclinkagesinthexylanbackbone.Exo-hydrolysispattern.

Xylobiase(beta-xylopyranosidase):hydrolysisofbeta-(1,4)xylosidiclinkagesinthexylo-oligosaccahrides.Feruloylesterase(s)阿魏酸酯酶Hydrolysisofesterifiedferulicacid.Ferulicacidcanbedecarboxylatedbysomeyeastsandbeer

spoilageorganismstoyield4-vinylguaiacol（4－乙烯愈創(chuàng)木酚）.4-vinylguaiacolisacomponentofthe“phenolic”flavorfoundin

someGermanwheatbeers.六、其它物質(zhì)溶解有機(jī)磷酸鹽無(wú)機(jī)磷酸鹽（緩沖作用）麥膠物質(zhì)溶出：花色苷啤酒渾濁低分子還原性Zn的溶解：20%溶出，延長(zhǎng)：鋅含量下降，低于0.15-0.18mg/L,發(fā)酵困難，低pH、低溫有利鋅溶出。第四節(jié)影響糖化的主要因素一、溫度投料溫度：35-37C、50C、63C。蛋白休止：45-55C糖化溫度：62-65C，麥芽糖形成

70-72C，淀粉降解糖化終了：76-78C

在62～65℃長(zhǎng)時(shí)間的糖化，可以得到最終發(fā)酵度較高的啤酒；若超過(guò)此溫度，在72～75℃長(zhǎng)時(shí)間糖化，則得到最終發(fā)酵度低、含糊精豐富的啤酒。

1．隨著糖化時(shí)間的延長(zhǎng)，浸出物溶液的濃度也在不斷提高。但提高過(guò)程也將越來(lái)越慢。

2．隨著糖化時(shí)間的延長(zhǎng)(特別在62～63℃的糖化)，麥芽糖含量也在不斷提高，即最終發(fā)酵度也在不斷提高。糖化溫度與時(shí)間的關(guān)系二、麥芽質(zhì)量新大麥品種：溶解好，蛋白休止溫度要高，50C長(zhǎng)時(shí)間休止，泡沫差，沒特色。溶解差的麥芽：低溫投料，甚至35C，酸休止、beta-葡聚糖分解。三、升溫速度慢速：各種酶作用，發(fā)酵度高快速：限制糖化酶作用，低發(fā)酵度酒，無(wú)醇啤酒（跳躍式升溫、高溫糖化）四、酶與底物接觸攪拌（無(wú)級(jí)調(diào)速）攪拌強(qiáng)度：控制剪切力，圓周速<3M/S.

泵送離心機(jī)管道急彎五、氧化害處：色度、口味、口味穩(wěn)定性氧氣來(lái)源：上面投料、高速攪拌、底部取醪過(guò)速形成渦流措施：底部進(jìn)料、限制攪拌速度、泵料時(shí)防止渦流形成避免或減少吸氧操作的優(yōu)點(diǎn)改善β－葡聚糖的分解，由此也改善了淀粉的分解提高最終發(fā)酵度加快麥汁過(guò)濾降低麥汁和啤灑色澤啤酒的口味更純正提高風(fēng)味穩(wěn)定性六、料水混合料水比：大米：1：4.5-5.5.麥芽：1：3，20%第一麥汁；

1：4-5，淡色啤酒；

1：3-3.5，深色啤酒；混合方式：混合器，防止結(jié)塊。第五節(jié)糖化方法一、浸出糖化節(jié)能酶損失少對(duì)麥芽質(zhì)量要求高糊化不完全蛋白凝固不完全苦味質(zhì)損失35℃下料的浸出法工藝58℃下料的浸出法工藝二、煮出糖化法三次煮出二次煮出一次煮出使用輔料的糖化方法

在煮出法工藝中，要取出部分醪液煮沸。然后重新泵回糖化鍋，使整個(gè)醪液的溫度升高。

二次煮出法工藝一次煮出法工藝添加輔料的糖化工藝（1）加輔料的煮出法糖化工藝（2）煮出糖化法優(yōu)缺點(diǎn)由于升溫迅速，因此醪液中蛋白質(zhì)分解較少；加強(qiáng)淀粉的糊化和液化；糖化收得率提高。麥皮內(nèi)容物的浸出增加；類黑素形成較多；二甲基硫DMS排出較多；總醪液中的酶量減少；在煮出法工藝使能量消耗較大，三、特殊糖化方法低發(fā)酵度酒糖化方法Kubessa糖化法高得率糖化法：加壓糖化法高濃度糖化高發(fā)酵度酒糖化方法高溫短時(shí)糖化法工藝圖示跳躍式糖化法工藝第六節(jié)麥汁過(guò)濾（分離）

糖化過(guò)程結(jié)束后的醪液中含有水溶性和非水溶性物質(zhì)。浸出物的水溶液叫“麥汁”。非水溶性物質(zhì)核稱為“麥糟”。麥糟中主要含有麥皮、葉芽和其它物質(zhì)，這些物質(zhì)不溶于溶液中。啤酒生產(chǎn)僅利用麥汁。為達(dá)到此目的，就必須盡最大可能使麥汁完全與麥糟分離。此分離過(guò)程叫做“麥汁過(guò)濾”。麥汁過(guò)濾時(shí)，應(yīng)盡最大可能獲取浸出物。麥汁分離是一個(gè)過(guò)濾過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，麥糟起著過(guò)濾介質(zhì)的作用。(1)排氣筒(2)槽蓋(3)槽底板(4)篩板(5)保溫層(6)進(jìn)醪管(7)帶耕刀的耕糟機(jī)(8)耕糟機(jī)驅(qū)動(dòng)元件(9)耕糟機(jī)的升降裝置(10)壓力水進(jìn)入管(11)洗糟水進(jìn)管(12)洗糟水噴水管(13)過(guò)濾篩底(14)麥汁收集槽(15)鵝頸閥(16)麥糟排出麥汁過(guò)濾槽的結(jié)構(gòu)(1)醪液進(jìn)口(2)醪液進(jìn)閥(3)耕糟機(jī)(4)耕刀(5)向下傾翻的排糟板(6)耕糟機(jī)升降驅(qū)動(dòng)裝置(7)過(guò)濾管(8)環(huán)形麥汁收集器(9)麥汁排出管(10)洗糟水(11)CIP噴頭(12)排糟閥(13)麥糟暫存箱(14)保溫層(15)視口(16)照明Huppmann過(guò)濾槽頭道麥汁與洗糟麥汁

從麥糟中流出的麥汁叫“頭道麥汁”。頭道麥汁過(guò)濾后，在麥糟中仍滯留有浸出物，必須提取這些浸出物。也就是說(shuō)，頭道麥汁過(guò)濾完后必須洗糟。洗糟時(shí)麥汁的濃度越來(lái)越稀。為了保證過(guò)濾終了的麥汁濃度，頭道麥汁濃度必須高于將要發(fā)酵的麥汁濃度，大約高出4％～8％。即生產(chǎn)濃度為12％的啤酒時(shí)，頭遭麥汁濃度必須為16％～20％。用熱水溶出滯留在麥糟中的浸出物的過(guò)程稱為洗糟。洗糟過(guò)程中所濾出的低度麥汁叫“洗糟麥汁”。洗糟麥汁濃度剛開始時(shí)迅速下降，后來(lái)則緩慢下降，因?yàn)閺柠溤阒性絹?lái)越難洗出浸出物。洗糟水量取決于頭道麥汁的數(shù)量和濃度，以及煮沸鍋中的滿鍋麥汁濃度。麥汁過(guò)濾工藝打底水進(jìn)醪凈置回流過(guò)濾耕糟洗糟出糟麥汁過(guò)濾過(guò)濾與洗糟溫度注意尾麥汁質(zhì)量對(duì)啤酒質(zhì)量的影響，淡色酒洗糟尾麥汁濃度0.5-0.6%.尾麥汁可用于下一批投料水。頭道麥汁與洗糟用水量支撐架(2)支持桿(3)固定頂板(4)活動(dòng)頂板(5)濾框和濾板(6)壓緊裝置(7)手動(dòng)泵(8)進(jìn)醪管口(9)調(diào)節(jié)閥(10)進(jìn)醪于固定頂板(11)進(jìn)醪于活動(dòng)頂板(12)截止閥(13)視鏡(14)壓力表(15)安全閥(16)熱水進(jìn)口(17)冷水進(jìn)口(18)混合器(20)溫度計(jì)(20)洗槽水進(jìn)口(21)洗槽水水壓表(22)底部洗槽閥(23)上部洗槽閥(24)過(guò)濾閥(25)萬(wàn)向聯(lián)軸閥(26)麥汁受皿器(27)麥汁排出管(28)污水排出管(29)麥糟槽(30)篩條壓濾機(jī)2001(Meura，Tournai／B公司)

過(guò)濾機(jī)工作原理（頭道麥汁過(guò)濾）過(guò)濾機(jī)工作原理（壓縮）過(guò)濾機(jī)工作原理（洗糟）第七節(jié)麥汁煮沸糖化過(guò)程得到的麥汁須煮沸1～2h，在煮沸期間必須添加酒花。酒花中苦味物質(zhì)和香味物質(zhì)在麥汁煮沸時(shí)溶解到麥汁中，同時(shí)，麥汁中的蛋白質(zhì)被分離。麥汁煮沸在煮沸鍋中進(jìn)行，煮沸鍋的裝置必須滿足劇烈煮沸的要求。煮沸結(jié)束時(shí)的麥汁稱為打出麥汁。麥汁煮沸的目的酒花組分的溶解和轉(zhuǎn)變；蛋白質(zhì)-多酚復(fù)合物的形成和分離；水分蒸發(fā)；麥汁滅菌；酶的徹底破壞；麥汁色度的上升；麥汁酸度的增加；形成還原性物質(zhì)；酒花的添加

酒花的添加量依據(jù)酒花的質(zhì)量(α-酸含量)，消費(fèi)者的嗜好、啤酒的品種、濃度等不同而異。目前我國(guó)的添加量為0.8~1.3kg/m3麥汁，在南方地區(qū)的酒花用量較低，在0.5~1.0kg/m3