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啤酒發酵過程

來源: 瀏覽次數:9460次 更新日期:2007-09-19

  當被冷卻的麥汁添加入酵母后,就是意味著發酵已經開始。在整個發酵過程中,酵母經歷有氧呼吸和無氧發酵兩個主要階段。這兩個階段相互聯系,密不可分。

  啤酒發酵過程充分地利用了酵母的特性,在發酵開始時,讓酵母在溶氧麥汁中大量繁殖,并積累能量,保證了在無氧條件下產生乙醇所需要的菌體數量和能量需要?刂汽溨苎鹾徒湍柑砑恿渴瞧【瓢l酵過程工藝控制的關鍵因素。

(1) 糖類發酵 在麥汁浸出中糖類約占90%左右。這些糖大部分是低分子糖,酵母可以利用許多單糖,雙糖和寡糖,而對聚糖,淀粉,纖維素則不能利用,酵母酵解糖類是按下列順序進行的。

  單糖,葡萄糖,果糖,
  雙糖,麥芽糖,蔗糖(不同酵母利用程度不同)
  三糖,棉籽糖,麥芽三糖(不是所有酵母都能利用)

  葡萄糖和果糖能直接滲透過酵母細胞壁并受酵母酸化酶作用而磷酸化。蔗糖則需要經由酵母細胞壁分泌出來的蔗糖轉化酶水解成葡萄糖和果糖后,才能進入酵母細胞進行發酵。麥芽糖和麥芽三糖需與細胞壁分泌出的麥芽糖滲透酶結合才能進入細胞內。

  進入到酵母細胞內的各種可發酵糖,在有氧或無氧條件下均代謝生成丙酮酸。在有氧條件下,丙酮酸有氧分解為兩個階段,首先丙酮酸經過氧化脫形成乙酰輔酶A,然后乙酰輔酶A經TCA三酸循環,獲得生物能量(38個ATP),生成CO2和H2O,在循環中形成的多種有機酸排泄于發酵液中。乙酰輔酶A也可經其他支路代謝作用,生成酶類和脂肪酸等。丙酮酸在缺氧情況下生成乙醇和二氧化碳。

 在啤酒發酵過程中,約有96%可發酵糖轉化為乙醇和二氧化碳,1.2%—1.5%合成新細胞的碳骨架,2.0%---2.5%轉化為其他發酵副產物,這些副產物主要有甘油,琥珀酸,高級醇,乙醛,雙乙酰,乙酸,乙酸乙酯等。雖然副產物的量不大,但對啤酒的風味及口味影響卻很大,這是特別需要注意的。

(2) 含氧物質的同化與轉化  酵母細胞的繁殖,必須通過吸收和同化麥汁中的含氧物質來實現,正常的酵母細胞分泌蛋白質酶的能力很弱,對蛋白質很難利用,酵母所需要的氮源,主要依靠從麥汁中吸收氨基酸和低分子肽來獲取。酵母對氨基酸吸收也同酵母吸收糖一樣,依賴于細胞壁分泌出的氨基酸輸送酶來完成,并且是按照一定的順序來進行的。
啤酒發酵技術

(1) 傳統啤酒發酵 傳統啤酒發酵,一般分為前發酵,主發酵,后發酵,儲酒兩個階段,

①   前發酵。接入酵母的麥汁(7-8℃)進入前發酵后,酵母經過數小時生長帶緩期后,才能開始進入生長繁殖,當細胞濃度達到2×107個/ML。麥汁表面開始氣泡,這個階段被稱為前發酵。
前發酵時間隨接種溫度,接種量變化而變化。低溫發酵約為16-20h,中溫發酵12—14h。前發酵階段,酵母降糖較緩慢,由于酵母代謝作用,發酵液溫度會自然升高0.6—1.0℃.前發酵結束后,將發酵液打入主發酵室。

② 主發酵。主發酵在絕熱良好,清潔衛生的發酵室內進行,室內安裝通風系統。主發酵多采用開放式方形或圓形,有木制,鋼制,鋁制和混凝土制發酵容器,主發酵階段發酵室溫度為5—6度。發酵室和儲酒室均設有良好的降溫設施,通常采用氨直接蒸發的冷排式,也有采用集中空調和吊頂式冷風機的。

   主發酵前期為酵母繁殖階段。酵母通過呼吸作用利用可發酵糖,當達到一定發酵度后,發酵速度逐漸減慢,表現在乙醇含量迅速增加。而降糖速率減慢,PH值變化減小,二氧化碳產量減小,此時酵母開始凝聚并開始沉淀,懸浮的酵母細胞密度逐漸下降。

a 主發酵工藝過程,接種,將麥汁冷卻至接種6度左右,待部分麥汁流入酵母繁殖槽,將所需的酵母按麥汁量的0.5%(體積分數)加入,也可以將酵母在冷卻麥汁管用定量泵直接加入麥汁中,加入的酵母要與麥汁混合均勻,有利于酵母起作用。

  麥汁通風,用無氧器將無菌空氣通入冷卻麥汁中,為了使溶氧達到要求,通過特殊噴嘴或用微孔鈦棒和陶瓷棒,使空氣盡可能地分散進入麥汁,并與麥汁充分混合,也可讓冷卻麥汁與空氣接觸后經過文丘里管,達到麥汁與空氣充分接觸的目的,麥汁溶氧應控制在8mg/L左右。

  麥汁加滿后,酵母經繁殖20h,發酵麥汁中釋放大量的二氧化碳,并在麥汁表面形成一層白色泡沫,這時需要換槽,將發酵麥汁泵入發酵槽,目的是將沉淀在槽底部的酵母細胞,蛋白質凝固物和酒花樹脂等雜質與發酵麥汁分離開。

  換槽后,麥汁中的溶氧基本上被酵母所消耗,酵母開始進入厭氧發酵階段,發酵進行至2—3d,發酵液的溫度升至規定的發酵最高溫度,此時啟動槽內的冷卻管,通入2度左右的冰水,使之不超過規定的最高溫度,并維持2—3d,此時為發酵的旺盛期,降糖很快,每日酒液外觀濃度下降1.5%—2.0%。

  經過降糖高峰期后,冷卻量開始逐步加大,使發酵溫度回降,降糖也逐漸減慢。按工藝要求發酵溫度下降應與降糖情況相一致,主發酵結束時,一般.12%的麥汁下酒外觀濃度控制在4.0%—4.2%,下酒溫度控制在4.0%—4.5%度,在主發酵最后一天要急劇降溫,這有利于酵母的沉降和酵母的回收。

b。主發酵過程控制,溫度和降糖速度是主發酵需要控制的技術參數,溫度的高低對發酵影響很大,而降糖速度可以反映出發酵是否正常及發酵進行的程度。

I. 溫度控制。接種溫度一般控制在5—8度,接種溫度的確定主要是根據酵母,酵母添加量以及制造啤酒的類型來確定。
 發酵溫度的高低是相對而言的,最高溫度8—9度為低溫發酵,而10—13度高溫發酵,

   采用低溫發酵所產生的啤酒質量較好,主要是在發酵過程所形成的副產物,特別是高級醇和酯較多,泡沫狀況良好,口味醇厚性比較突出。而高溫發酵,發酵周期被縮短,設備利用率高,經濟上比較合理,但發酵產生的副產物較多,口味較低溫發酵差。

   主發酵結束溫度一般控制在4—5度,從最高發酵溫度向主發酵溫度結束的降溫過程中,應采用緩慢降溫的方法,由于酵母對急劇降溫很敏感,所以每天降溫不得超過1度,而且降溫要均勻,降低溫度使酵母開始凝聚并沉淀,但酒液中還有一定量的懸浮酵母細胞,它們對雙乙酰還原及后發酵至關重要。

II.降糖速度。在酵母添加量及通風景一定的條件下,酵母降糖速度是受發酵溫度控制的,發酵工藝確定后,正常發酵降糖速度呈有規律的變化。利用糖度計測定發酵不同階段糖的變化情況,可以得到降糖曲線,了解發酵過程降糖規律,對指導生產非常重要。在工藝條件正常的情況下降糖速度出現異常,主要是酵母因使用代數過多,死酵母增加,酵母衰老,酵母變異或出現污染雜菌情況引起的。

③ 后發酵和儲酒。經主發酵后,酒液仍不夠成熟,還有一部分浸出物需要繼續發酵,尤其生產淡爽型啤酒,應盡可能減少可發酵糖的含量,在主發酵階段,二氧化碳被排掉或被收回,使酒液中二氧化碳含量不足,這需要過后發酵使啤酒中所含二氧化碳達到飽和水平,而由主發酵產生的揮發性物質如雙乙酰,硫化氫等也經過后發酵和儲酒液使其含量減少至規定的范圍內,另外懸浮在酒液中的酵母凝聚和沉降以及發酵液析出物質的沉淀,也是在后發酵和儲酒過程中完成的。

   后發酵的工藝要求:下酒應盡可能避免酒液與氧接觸,酒應從存器底部進入,防止酒液氧化,下酒時酒液中應保持一定酵母濃度,控制在1×10個ML左右,過高或過低均會對后發酵帶來不良的影響,獲得較均勻啤酒質量,可把一個主發酵池中的酒分裝于多個后發酵罐中;酒后發酵相對比較劇烈,不應立刻封罐,經過2—3d后再封罐。

   下酒后,經過2—3d敞口發酵,采用先高后低的溫控方法。后發酵開始溫度控制在3—5度,當雙乙酰減少后逐步降低溫度—1---1度,有利于二氧化碳溶解。

(2) 錐底發酵罐發酵20世界50年代,隨著啤酒工業的不斷發展,啤酒產量聚增,傳統發酵方法和設備已經很難滿足要求,目前新建和擴建啤酒廠全部采用了錐底罐發酵。

① 錐底發酵罐發酵工藝分類。錐底發酵罐工藝分為一罐法發酵和兩罐法發酵。一罐法發酵:主發酵,后發酵和儲酒成熟,整個生產過程在一個罐內完成。兩罐法發酵又可分為兩種,一種是主發酵,在發酵罐中完成,后發酵和儲酒成熟,在儲酒罐中完成;另一種是主發酵,后發酵在發酵罐中進行,儲酒成熟在儲酒罐中完成。

② 錐底罐一罐法發酵工藝。由于錐底罐所用的廠家眾多,所采用的工藝條件差異性也較大,以下僅就工藝主要參數進行討論。

a. 酵母的接種量及添加方法。為了縮短發酵周期,錐底罐發酵一般采用較高接種量,接種量為0.8%左右,酵母添加的方法有兩種,分批接種和一次性接種。

   分批接種就是在幾批次進罐的麥汁中,第一批麥汁添加少量的酵母,麥汁溶氧量為8mg/L,剩余酵母全部加入到第一批進罐麥汁,麥汁溶氧量不變,以后繼續進罐的麥汁采取少通風或不通風。
一次性接種就是將添加酵母直接加入第一批麥汁中,在進罐時采用文丘里管,使空氣酵母和麥汁充分混合。

b. 通風供氧。酵母生長繁殖需要類脂(甾醇,不飽和脂肪酸),類脂的合成需要氧的參與,麥汁正常通風量為8mg/L,過高會使酵母繁殖過多,減少乙醇的生成量,酵母繁殖減少,影響發酵速度。在幾批次滿罐的情況下,前兩批次麥汁按正常通風量通風,以后幾批可以采取少通或不通風達到控制酵母繁殖數量的目的。

c. 發酵溫度控制與雙乙酰還原。啤酒發酵溫度與雙乙酰的生成和還原是密切相關的。錐底罐發酵溫度控制工藝大體上可分為以下三種。

      1.低溫發酵,低溫后熟工藝。此工藝沿用傳統的發酵溫度控制方法,麥汁6—7度時接種,2d后溫度升至8—9度,保持2—3d,然后緩慢降至5—6度,由于主發酵溫度較低,生成的烈乙酰及其他副產物數量減少,但后發酵溫度低,使雙乙酰還原速度減慢,延長了發酵周期。目前,采用此工藝的工廠很少。

      2.低溫發酵,高溫后熟工藝。麥汁在6—7度接種,3d后升溫至9—10度,保持3—4d,然后升溫至12—13度,保溫直至雙乙酰還原降至0.mg/L,開始降溫。此方法主發酵采用低溫,酵母所生成的雙乙酰及副產物較少。當酵母停止繁殖后,提高后發酵溫度,即不會生成更多的副產物,又有利于雙乙酰還原,發酵時間可縮短2—4d,是目前較為普遍使用的發酵方法。

      3.恒溫發酵后熟工藝。主發酵和雙乙酰還愿采用了同一個溫度,實際上此工藝沒有主后發酵之分,發酵溫度控制方便,雙乙酰還原時間短,許多工廠在旺季采用此工藝。
 
    進入儲酒罐的酒液中所含酵母細胞數應控制在3×10個/mL,倒罐時應嚴格隔絕酒液與空氣的接觸,以防止雙乙酰反彈,儲酒時間8—25d。

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