2003高浓酿造技术在啤酒工业中的应用

2003年3月Mar1,　2003LIQUORMAKING

文章编号:1002-8110(2003)02-0101-04

高浓酿造技术在啤酒工业中的应用

樊　伟,余俊红

(青岛啤酒集团科研中心,山东青岛　266061)

摘　要:高浓酿造技术在啤酒工业中的应用越来越广泛,其主要特点是在不增加设备的基础上能大幅度提高产量。对高浓酿造技术在啤酒工业中的应用进行了较为详细的论述,总结了高浓酿造的特点、高浓麦汁的制备、啤酒酿造糖浆的选择等。最后,讨论了高浓酿造技术对酿造工艺过程、啤酒酵母及最终产品的影响。关键词:高浓酿造;糖浆;酵母;工艺过程;风味稳定性;泡沫稳定性中图分类号:TS26215;TS26114　　　　文献标识码:B

0　概述

设备;第六,酿造的原料、糖化及发酵工艺要做相应调整。2　高浓麦汁的制备211　制备方法啤酒高浓酿造就是在啤酒生产中采用比正常浓度更高的麦汁浓度进行发酵,并在生产过程的后期用水稀释成正常浓度啤酒的工艺。如正常发酵的麦汁浓度为10～12°P,高浓麦汁则为13～17°P;而超高浓度的麦汁为18～24°P

[1]

通常高浓麦汁的制备方法有两种:首先,加大投料量,按常规生产方法制备高浓麦汁。但也存在一些问题,如:由于投料量加大,糊化、糖化醪液粘度上升,麦汁搅拌、过滤困难,过滤时间延长,过滤残糖高;酒花利用率大幅度下降,煮沸时间延长,相应地增加了粮耗和能耗,每天生产的糖化锅次减少等等。其次,使用各种糖或糖浆制备高浓麦汁在煮沸结束前10～20min加入糖浆,用糖浆将麦汁调整到所需要的浸出物浓度,从而使糖化投料量保持在正常范围内。此方法对克服麦汁过滤困难最有效,且不影响麦汁质量。目前,此方法应用较广泛。

212　啤酒酿造糖浆21211　糖浆的种类

。在20世纪70年代,美国和加拿大率先推

出高浓酿造啤酒,采用在过滤前稀释的工艺。现在,北美和北欧的一些国家,已将高浓酿造稀释法作为通常的生产技术,该技术在美国啤酒工业的应用范围已达70%以上。目前,国外仍在进行该项技术的研究,麦汁浓度已提高至18%～24%,甚至达30%～36%,稀释率已达60%～300%

[2]

。生产中采用如此高的麦汁浓度,在糖化工艺、酵

母选育、发酵技术以及稀释水的处理等方面,均提出了更高的要求。但该工艺的优点将更为突出,一方面能显著地降低啤酒的生产成本,另一方面进一步提高了最终产品的淡爽度。

在我国,目前不少啤酒企业还采用浓度为12%～13%的麦汁,发酵后稀释为浓度8%～10%的稀释啤酒。但准确地说,这还不是严格意义上的高浓酿造。

1　高浓酿造工艺的特点

糖浆是淀粉糖品中重要的一大类,根据其主要组分,主要分为:第一,葡麦糖浆,其主要组分是葡萄糖和麦芽糖;第二,麦芽糖浆,主要组分为麦芽糖,约为40%～50%。更高麦芽糖含量的产品称为高麦芽糖浆,麦芽糖含量达90%以上的称为超高麦芽糖浆;第三,果葡糖浆,主要组分为果糖和葡萄糖[7]。啤酒酿造糖浆要求较多的麦芽糖和较少的葡萄糖,因此麦芽糖浆是首选的种类。

根据制备糖浆的原料来源,用于啤酒酿造的糖浆大致分为以下几种:第一,大麦糖浆。由于饲料大麦可以提供丰富的可发酵性氮,淀粉含量较高,且成本较酿造大麦低,是生产啤酒用酿造糖浆的理想原料。此种糖浆用饲料大麦及少部分麦芽制造,含有较高的α2氨基氮,色度深,稀释后具有普通麦芽汁相似的组分,代替部分麦芽和全部辅料,特别适合于高浓酿造和发泡酒的酿制。第二,玉米淀粉糖浆。我国的玉米产量居世界第二位。占世界总产量的20%左右,玉米淀粉来源广泛。此种糖浆全部用玉米淀粉制造,含有少量的α2氨基氮,适合于和全麦汁搭配使用,具有较高的麦芽糖。可代替辅料,特别适合于制造淡爽型啤酒。第三,复合糖浆。此糖浆由大麦、麦芽和部分玉米淀粉制造,它兼有上述两种糖浆的优点,如α2氨基氮含量中等,成本较低,使用比例可比玉米淀粉糖浆高,降低酿造成本。第四,特色啤酒的专用糖浆。根据不同啤酒品种可制造出一系列的啤酒酿造专用糖浆,如利用低聚糖浆可生产低发酵度、酒精含量低、可发酵性糖少的低醇啤酒,利用异麦芽糖糖浆可生产双歧因子啤酒等等。

21212　糖浆的制备

高浓酿造工艺采用高浓麦汁糖化、发酵,最后加水(脱氧)稀释的生产方式,可有效降低糖化车间用水量,并且不用增加糖化、发酵和储存设备即可满足产量增加的需要,几乎可以在任何阶段全部或部分添加脱氧水,包括麦汁煮沸结束、麦汁冷却、发酵期间或结束、啤酒后熟期及过滤前后等。与普通低浓酿造相比,高浓酿造有它特有的优点,也有技术本身带来的缺点。

总的来说,高浓酿造工艺有如下主要优点[3～6]:第一,提高了糖化和发酵设备的利用率,这点在生产旺季尤为重要;第二,能量消耗显著降低,劳动成本及清洗、排污成本降低;第三,可允许添加更多的辅料,更经济;第四,可以使每单位可发酵浸出物中含更多的酒精;第五,提高了啤酒的非生物稳定性;第六,啤酒的口味更加淡爽;第七,赋予啤酒生产更大的灵活性,可以通过添加不同比例的稀释水、麦芽提取物、酒花萃取物及糖浆生产多种类型产品。

高浓酿造工艺也有自身的一些缺点

[3～6]

:第一,降低了原料的利

用率,糖化过程中原料浸出率下降,酒花的利用率下降;第二,啤酒泡沫稳定性下降;第三,对啤酒酵母有不利影响,如影响酵母的发酵和絮凝性,降低了酵母对渗透压、酒精及酸洗的耐受性,减少了酵母回用代数;第四,发酵时间较长,酵母压力大;第五,需增加一套水处理

收稿日期:2002-10-16作者简介:樊　伟(1959-),男,河南人,本科,学士学位,研究员,现任青岛啤酒股份有限公司总工程师。

传统的糖浆制备为酸法,该方法由于淀粉的纤维素、蛋白质水解生成5-羟基-2-呋喃、色素及过多的葡萄糖和灰分,色泽较深,麦

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312　高浓酿造对啤酒酵母的影响

芽糖的转化率较低。随着酶制剂工业的发展,采用酶法制糖快速发展起来,该方法主要优点是转化率高。现在也有将酸法和酶法这两种方结合起来,发挥其各自的优点,进行酸液化和酶糖化,称为酸酶法。

31213　啤酒酿造糖浆的基本要求

高浓酿造过程中,渗透压的增加、酒精含量的提高以及营养平衡的改变,都对啤酒酵母的性能产生较大的影响[4,6,9]。主要表现是:细胞形态的变化、细胞活性降低,发酵性能的降低。啤酒企业最直接的感受则是酵母使用代数降低,凝聚性变差,酵母自溶等。

在高浓发酵中,酵母细胞遇到各种胁迫,包括发酵开始,高浓麦汁中高糖浓度引起的渗透压和在发酵结束后高的酒精浓度。不同浓度的麦汁所造成的渗透压见表2。由此看出,随麦汁浓度的增加,麦汁和发酵液中的渗透压成比例的增加,啤酒的酒精度也随之增加。

啤酒酿造糖浆是专门用来酿造啤酒的,其组成必须满足啤酒酿造的特殊要求。根据啤酒企业的实际经验,对啤酒酿造糖浆的要求如下:第一,酿造普通啤酒的糖浆组成中必须含有较多的可发酵性糖,主要是麦芽糖,以提高啤酒的发酵度;第二,啤酒酿造糖浆组成中葡萄糖的含量要少,过多的葡萄糖会对酵母利用麦芽糖形成阻遏作用,造成发酵迟缓;第三,替代麦芽的糖浆必须含有足够的氮源(特别是α2氨基氮),添加后不会对麦汁中的营养物质稀释太多,以保证酵母在高浓麦汁中的生长需要;第四,糖浆中各种离子含量要满足啤酒酿造要求,有损啤酒质量的离子含量要低(如铁、铜、钠等离子);第五,糖浆中脂肪和脂肪酸含量要严格控制,否则会对啤酒泡持性及稳定性产生影响;第六,糖浆应纯净无异味,使用后不会对啤酒风味产生不良影响;第七,具有一定的经济性。

3　高浓酿造对酿造过程的影响

表2　麦汁浓度对麦汁及发酵液中渗透压的影响[1]

麦汁浓度°P

8121618

酒精度

%w/w2162410051456120

麦汁中的渗透压psi

75115150170发酵液中的渗透压psi

225330450510

　　注:麦汁的外观发酵度为80%。[1]

表1　

原浓(°P)麦芽(t)增加(%)糖化用水(hl)糖化体积(hl)料水比第一麦(hl)表观浓度(%)洗糟用水(hl)满锅容量(hl)收率(%)

高浓麦汁制备一例

1115610/2102501∶31516517152954607710

1310618511142022501∶36519102954607617

Pratt-Marshall等[9](2002)利用山梨糖醇和乙醇模拟高浓麦汁中141571728151942501∶21517520152854607615

1610813151862501∶219220152684607610

的高渗透压和高酒精度,研究高浓酿造对酵母细胞形态的影响,结果见图1。可以看出,经过高渗透压和高酒精处理后的啤酒酵母细胞会出现细胞褶皱、表面细圆齿状,并出现严重的内陷现象。同时,山梨糖醇显然对酵母细胞形态的影响要不如乙醇的影响,而正常浓度麦汁发酵的酵母细胞几乎不变化。

图1-B　20%(W/V)山梨糖醇

图1-A　正常的酵母细胞

处理15min后的酵母细胞

311　对糖化过程的影响

表1是采用加大投料量,来制备高浓麦汁一个典型例子,从表1可以看出,增加投料,增加了料水比,减少了洗糟用水,第一麦汁的浓度也相应提高了,但收率下降了。这样就需要将洗糟用水转为下次糖化用水,有效回收浸出物。

在高浓麦汁中,较高浓度的糖和可溶性氮导致焦糖化的增加,这对色度与风味有潜在影响;同时,较高浓度的麦汁在煮沸锅中的煮沸过程会影响液体混合形式,此外更易起泡。这些问题,可能需要重新设计煮沸锅的顶部空间和加热元件的表面组成。不解决这些问题,热凝固物的形成就不够充分,而且会降低蒸发作用[8]。

随着麦汁浓度的增加,酒花的风味和苦味物质的利用率都很快地下降。因此,在高浓酿造中,对于酒花添加量高的啤酒类型,不论是苦型酒花还是香型酒花都必须高比例地添加,以达到最终产品稀释到销售浓度所需要的酒花香气、风味和苦味值。可是,较高水平的酒花添加还会给最终啤酒带来一些不良风味,同时也增加了酿造成本。解决这一问题较好的方法是在后发酵阶段使用酒花制品来补偿,这对啤酒的泡沫稳定性也有积极的影响。

从麦汁中除去二甲基硫(DMS)主要在煮沸阶段。高浓麦汁有较高浓度的DMS和其前体物质,煮沸阶段能被除去更多的DMS,这可能是高浓酿造稀释啤酒的DMS含量较低的原因之一

[3]

图1-C　正常的酵母细胞

图1-D　10%(V/V)乙醇处理

15min后的酵母细胞

此外,高渗透压和高酒精环境也使啤酒酵母的活性降低、刺激分泌更多的蛋白酶A,直接导致了酵母回用代数的降低[4,10]。

313　高浓酿造对发酵工艺的影响

高浓酿造最大的挑战来自高浓发酵期间。一般而言,高浓麦汁会产生更多的泡沫,使发酵罐的容积率降低。有研究者认为,发酵期采用双温度控制有利于控制这一问题,即发酵开始采用低温,直到高泡期,等高泡期过后,回到正常的发酵温度。也有些国家允许采用食品级的消泡剂来进行消泡。同样地,高浓发酵会产生更多的二氧化碳,如果二氧化碳回收系统好的话,二氧化碳的回收将好于普通啤酒[8]。

高浓发酵还会大大降低发酵速度和发酵度。同一株酵母,采用不同的原麦汁浓度进行发酵试验,结果见图2,结果表明:麦汁浓度越高,降糖速度越慢,发酵速度及发酵度越低,发酵时间也越长。但高

。

第2期　　　　　　　　　　樊　伟,等:高浓酿造技术在啤酒工业中的应用　　　　　　　　　　　　　　　・103・

浓发酵也有其优点,由于其高浓环境(高渗透压和高酒精度),减少发酵液染菌机会。

处酯类浓度是12°P的2倍。然而,20°P的高麦芽糖浆麦汁与20°P的麦芽糖浆麦汁相比,前者产生的酯大约减少了25%。同样地,接种

ale酵母,得到类似的结果。因此,增加高浓麦汁中高麦芽糖的比例,

将有利于控制酯类物质的增加。

除了酯类外,高浓发酵还容易产生的副产物是高级醇和双乙酰。表3显示高浓酿造对啤酒风味物质的影响。从表3可以看出,即使稀释到与低浓酿造相同的浓度,高浓酿造啤酒的双乙酰、戊二酮、乙偶姻、高级醇等风味物质的含量均略高于低浓酿造啤酒的含量,这也是高浓酿造工艺本身所带来的风味变化。

表3　原浓°P双乙酰(<0112×

10-6所需天数)

图2　高浓发酵对发酵速度和发酵度的影响[1]

即使高浓酿造的酵母适应了高浓环境,如高的渗透压、高的酒精含量等,低浓发酵的工艺参数如接种量,麦汁的溶氧水平,发酵温度曲线,发酵罐停留时间等,也不能直接适用于高浓发酵。一般而言,成比例地增加酵母的接种量和溶氧,略提高发酵温度直至发酵结束,这些改变是必要的。尽管麦汁组成和酵母菌株不同,但是研究者认为,每1°P的麦汁浸出物需要1×10-6溶氧及1×106活酵母/mL[8]。314　高浓酿造对稀释水的工艺要求31411　稀释脱氧水的品质高浓酿造啤酒风味物质的变化[1]

1115

1415

1615

稀释前稀释后稀释前稀释后

110105010231317221080

17///243213103

/01070104415181224121078

25///324217142

/01090106510211328111395

最终双乙酰含量

(×10-6)最终戊二酮含量(×10-6)乙偶姻(×10-6)β2苯乙醇(×10-6)乙酸酯类(×10-6)脂肪酸(×10-6)高级醇(×10-6)

稀释用水的品质是确保高浓酿造啤酒与普通啤酒品质相同的重要条件,它应具有和啤酒相同的质量特性,如生物性能稳定,无异味,具有一定量的二氧化碳,与被稀释的啤酒具有相同的温度和pH值。稀释的越早,对稀释用水的要求越低,反之,则越高。

41412　稀释工艺过程

5　高浓酿造对啤酒泡沫稳定性的影响

Russell&Stewart(1995)[12]的研究数据表明:高浓酿造啤酒显示

出比低浓酿造的啤酒物理稳定性更好。许多证据表明:高浓酿造的啤酒,其风味稳定性和非生物稳定性,较之低浓酿造的啤酒反而提高了[8]。这可能与它的大幅度稀释有关。可是,与其它风味稳定性不同,高浓酿造的啤酒泡沫稳定性却大大降低了[6,13,15,16]。Cooper等

(1998)[15]分别测定了高浓酿造和低浓酿造啤酒的泡持性。当两种啤

稀释可以是全部,也可以部分,可以在生产过程的任一阶段,包括煮沸锅打麦汁,麦汁冷却器前、麦汁冷却器后、发酵过程中,发酵过程后、啤酒后熟阶段、啤酒过滤前、啤酒过滤后等等。总之,酒花添加水平越低,辅料比越高的工艺,越适合高浓酿造法,而不产生重大的风味变化。稀释一般按照麦汁浓度来稀释,利用下式计算稀释率:

稀释率(%)=

高浓酿造原麦汁浓度-稀释后啤酒的原麦汁浓度×100

稀释后啤酒的原麦汁浓度

4　高浓酿造对啤酒风味的影响

Anderson&Kirsop(1975)[3]报道与传统的麦汁(>12°P)相比,高

酒倒入100mL的测量杯,高浓酿造啤酒的泡沫崩解很快,两分钟后,高浓酿造的啤酒只有很少的泡沫,而低浓酿造的啤酒则保持丰富的泡沫。

众所周知,蛋白质在形成和稳定啤酒泡沫中起着重要作用。近年来,许多研究者试图鉴定泡沫活性多肽的特性。Branforth(1985)[14]的研究表明:最具疏水特性的多肽产生的泡沫最稳定。他利用琼脂糖柱测定了疏水多肽的在高浓酿造与低浓酿造过程的含量变化。结果表明,在煮沸锅满锅前,20°P和10°P麦汁的疏水多肽水平相似,这表明高浓麦汁糖化时,疏水多肽的浸出实际上非常有限。而在高浓麦汁发酵过程,其疏水多肽的损失更大。因此,在高浓啤酒稀释成正常啤酒时,其疏水多肽水平比低浓酿造的啤酒低大约40%。

Cooper[16]分别对高浓和低浓酿造的疏水多肽检测也表明:高浓酿

浓麦汁(>16°P)发酵产生更多的酯类,尤其是乙酸乙酯和乙酸异戊酯,但与原麦汁浓度不成比例。而Pfisterer&Stewart(1975)

Amore等(1991)

[6]

[11]

和D’

认为高浓麦汁与低浓度麦汁相比,其增加的酯水平

[3,6,8,11,17]

是成比例的。但不管怎样,高浓发酵对风味的主要影响是酯的增加,这是个普遍的现象

。由于高浓酿造啤酒的酯类含量相对较

高,所以更容易产生异常的香气和口味,因此控制高浓酿造过程中的副产物将是保证啤酒品质重要的一环。

Stewart等(1999)

[8]

造啤酒的泡沫中疏水多肽低于总多肽的20%左右,而低浓酿造啤酒的泡沫中疏水多肽则高于总多肽的40%左右。因此,高浓酿造的啤酒,不仅总多肽下降,而且泡沫的疏水多肽含量也下降。这些均导致了高浓酿造啤酒的泡沫稳定性下降。

有两种原因解释高浓酿造过程中疏水多肽的损失,一是发酵罐大量起泡造成泡沫活性物质损失,另外更重要的是高浓酿造造成啤酵母的承受压力更大,刺激酵母分泌更多的蛋白酶A[5,10,15],众所周知,微量的蛋白酶A就能迅速地分解疏水多肽,因而造成了疏水多肽更多的损失。

认为高浓麦汁中的可发酵性糖的组成是造成

酯含量增高的主要原因。他们采用三种麦汁,一种为含30%麦芽糖浆的20°P的麦汁,一种为含30%高麦芽糖浆(麦芽糖加麦芽三糖的含量更高,而葡萄糖加果糖的含量更低)的20°P麦汁,还有一种含30%麦芽糖浆的12°P麦汁作为低浓麦汁对照。三种麦汁在115L的发酵管中用lager酵母接种,在13℃发酵,发酵过程中测定乙酸乙酯和乙酸异戊酯的含量。结果发现,这两种酯的曲线是相似的,乙酸乙酯的浓度大约是乙酸异戊酯的50倍,20°P的麦芽糖浆麦汁发酵产生的两

・104・

6　结语

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高浓酿造工艺由于其突出的优点,因而在现代啤酒企业中运用得越来越广泛。但是它所带来的原料、菌种特性、工艺过程控制和啤酒品质上的变化是显而易见的。当今国际啤酒市场,啤酒的口味趋向饮料化发展,消费者的口味将便趋向淡爽。如何利用高浓酿造技术,既增加产量、降低生产成本,又能保持产品的高品质和质量一致性,同时使产品多样化,以适应消者各种各样的消费习惯,这将是每个酿造者必须研究的新课题。

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ApplicationofHighGravityBrewingintheBrewingIndustry

FANWei,YUJun-hong

(ScientificResearchCenter,TsingtaoBreweryCo.Ltd.266061,China)

ABSTRACT:Highgravitybrewinghasbeenprogressivelyintroducedintobreweriesaroundtheworld.Itisnowanacceptedtechniqueforin2creasingbrewingcapacitywithoutsignificantcapitalexpenditure.Thepaperreviewedtheapplicationofhighgravitybrewinginbreweriesinde2tail,andthefeaturesofhighgravitybrewingprocess,thepreparationofhighgravitywortsaswellasselectionofsyrupswhichsuittohighgravitybrewitnweresummarized.Atfinal,influenceofhighgravitybrewingonrocess,brewer’syeast,andfinalbeerproductionwerediscussed.KEYWORDS:Highgravitybrewing;Syrup;Brewer’syeast;Process;Flavorstability;Foamstability

本刊尚存有1996～2001年合订本,有需要者可向本刊购买,1996～1999年每本65元;2000～2001年每本75100元。