05麦汁煮沸

麦汁煮沸技术TheTechnologyofWortBoiling麦汁煮沸过程中的物质转化满锅85℃冷却前麦汁量·浓度·灭菌·灭酶·蛋白质絮凝-可凝固性氮-MgSO4-N·酒花异构化·酒花香味溶解·DMS-P的分解·DMS的驱除·氧化·热负荷-硫代巴比妥酸值（TBA）-含N-杂环化合物·脂肪酸的转化·单宁的反应-pH值的下降-色度的增加-香味物质的形成和不良气味的驱除能源消耗啤酒石脉冲对流死区剪切力蒸发速度·类黑精·含N-杂环化合物·羰基化合物蒸汽回收无冷凝水回锅无空气带入冷凝水环保负荷?-水分蒸发-DMS-酒花油-其它不良香味物质麦汁煮沸过程中的变化•1．酒花苦味物质的溶解和转化；•2．可凝固性蛋白质—多酚复合物的形成和分离；•3．蒸发多余水分，使麦汁达到规定的浓度；•4．对麦汁进行灭菌；•5．彻底破坏酶活性，固定麦汁成分；•6．麦汁色度上升；•7．麦汁酸度增加；•8．还原性物质的形成；•9．麦汁中二甲基硫（DMS）含量的变化。酒花有用组分的溶解和转化•由于α—酸不溶于冷麦汁中，因此，必须在麦汁煮沸时添加酒花，使α—酸发生异构化后转化为异α—酸。异α—酸易溶解于麦汁中，从而提高酒花的利用率。•麦汁煮沸中，只有1/3的α—酸转化为异α—酸。麦汁煮沸结束后，还有部分苦味物质被析出。所以，添加酒花时应考虑这部分损失。酒花苦味物质在啤酒生产过程中的变化苦味物质数量相对苦味值酒花糟207凝固物5018酒液泡盖和酵母1025成品啤酒中剩余2050麦汁的pH值对酒花异构的影响•α—酸溶解度主要取决于麦汁的pH值，并且只有溶解的α—酸才可能发生异构反应，所以麦汁中异α—酸的含量受pH值的制约见下表。•麦汁pH降低，α—酸溶解度下降，苦味物质异构率降低。生产优质特种啤酒时，一般不强调苦味物质的利用率。麦汁的pH值对酒花异构的影响麦汁pH4.755.035.285.525.85α－酸（mg/L）3.44.04.34.66.7异α－酸（mg/L）28.933.134.036.539.5酒花多酚的作用•多酚物质中的缩合单宁与煮沸麦汁中的蛋白质结合形成絮状热凝固物沉淀；非单宁化合物则较多地残留于麦汁中，与冷凝固物一起是造成啤酒非生物浑浊的主要物质；而多酚类物质中的单酚在麦汁中HC03—的作用下聚合，氧化成红褐色物质，使麦汁色泽加深。酒花油•酒花中含有0.5-2.0%的酒花油。其中75%为萜烯碳氢化合物，25%为含氧化合物。•萜烯碳氢化合物占含油量的50-80%，主要成分有单体萜烯（如香叶烯、α-和β-蒎烯）和倍半萜烯（如律草烯、β-石竹烯、β-法尼烯）。•在麦汁煮沸时，绝大多数酒花精油随水蒸汽蒸发而被挥发掉，煮沸时间愈长、挥发愈多，所以香型酒花不要太早加入；残留在麦汁中的酒花油主要是律草烯、石竹烯和香叶醇，它们将使啤酒带有典雅的香气。酒花添加与多酚复合物•酒花和麦芽中的多酚物质在麦汁中完全溶解，并与麦汁中的蛋白质结合。在此聚合反应中，相对于酒花中的多酚物质而言，麦芽中的多酚物质在反应中的作用要大一些。•因此，第一次酒花应在初沸后10分钟加入，以使麦芽中的多酚与麦汁中的蛋白质完全反应。这样可提高酒花的利用率。热凝固复合物•由蛋白质和多酚物质形成的复合物以及由蛋白质和多酚氧化物组成的复合物，在加热时不溶解，并且在麦汁煮沸时以凝固物的形式析出。应尽大可能的分离这些由凝固物形成的絮状物。下列因素可促进凝固物的形成•1长时间煮沸：煮沸2小时能形成大量凝固物。煮沸压力越高，则煮沸温度越高，蛋白质析出所需的时间出就越短。•2麦汁煮沸的强烈运动：剧烈煮沸可以加剧蛋白质和多酚之间的反应。•3降低pH值：凝固物形成的最佳pH值为5.2。因此应尽可能降低满锅麦汁的pH值。冷凝固复合物•麦汁中的蛋白分解物与多酚物质形成的复合物，在麦汁煮沸时以溶解形式存在；在麦汁冷却时以冷凝固物的形式析出分离。•注意：尽管经过长时间煮沸，但在麦汁中仍然含有少量的高分子可凝固性氮（20mg/L麦汁）。它可在啤酒中析出并导致啤酒的冷混浊。蒸发多余水分，使麦汁达到规定的浓度•麦汁煮沸时，水分蒸发，麦汁的浓度随之提高。•传统的麦汁煮沸是在常压100℃条件下进行的。麦汁煮沸质量是以麦汁在煮沸锅中的翻腾程度以及蒸发强度作为评价标准的。•如果每小时的蒸发量达到热麦汁量的8～10%，则可促进蛋白质变性和凝聚。因此，凝固物的形成程度取决于煮沸强度。•通过水分的蒸发可减少麦芽、麦汁及酒花中不良呈味物质的含量。•对麦汁进行灭菌处理：由于麦汁中含有各种有害菌，如果不对麦汁进行灭菌，将会导致麦汁酸败。因此通过麦汁煮沸，可以杀灭其中的各种微生物。•酶的彻底破坏：通过麦汁煮沸可将麦汁中仍然有活性的酶系彻底破坏，从而固定麦汁的成分。麦汁色度的上升•煮沸过程中形成的类黑精、多酚物质因其氧化作用，可导致麦汁色度升高。定型麦汁的色度高于成品啤酒的色度。因为发酵时酵母会吸附大量的色素，使啤酒的色泽重又变浅。EBC单位(近似值)满锅麦汁8.8定型麦汁15.0比尔森型麦汁12.3麦汁酸度的增加•煮沸过程麦汁pH值约下降0.2～0.4，pH值的降低有利于球蛋白的析出和沉淀，并可减少酒花色素的溶解。•煮沸时形成的酸性类黑精和酒花带入的酸性物质会使麦汁酸度上升。满锅麦汁的pH值为5.8～5.9；而定型麦汁的pH值为5.5～5.6。•当麦汁pH值较低时，酒花苦味更细腻、更纯正；而且可以提高啤酒卫生的安全性。pH值为5.2时，对蛋白质－多酚复合物的析出有利。•但较低的pH值会导致酒花利用率的下降，煮沸时酒花的添加量就要加大。美拉德产物的形成•麦汁中的大量呈香物质是由麦芽带入的，这些香味物质决定了麦汁的气味和口味。它们（特别是深色麦芽）主要包括麦芽凋萎和高温焙焦过程中，由糖和氨基酸反应所生成的美拉德产物及其中间产物，麦汁煮沸时这些中间产物使麦汁色度和香味物质成分发生变化。•美拉德产物是糖（已糖和戊糖）与氨基酸、二肽或三肽反应生成的呈色物质。这一反应最早是由美拉德氏确认的。除了这些高分子物质外，伴随美拉德反应还会产生一系列挥发性物质，它们主要是杂环化合物，对啤酒的香味有重要的影响。还原物质的形成•通过美拉德反应，麦汁中还原物质如类黑素物质、稀醇和二稀醇等物质的量增加。•麦汁中的还原物质一般可分两大类，一类为还原性多酚，这类化合物属于慢速作用还原物；另一类为美拉德反应产物，属于快速作用还原物。•这些还原性化合物对氧有强烈的抵消作用，提高了麦汁的抗氧化能力。麦汁煮沸期间硫化物的变化•硫化物的变化：含硫氨基酸可进行降解反应，如由蛋氨酸可生成二硫醛，后者不稳定，进一步分解形成丙稀醛、二甲基硫、二乙基硫和甲基硫醇，这些化合物的气味和口味阈值相当低。•美拉德反应：含硫氨基酸，如胱氨酸或半胱氨酸与葡萄糖反应生成大量的硫化氢，而蛋氨酸和甲基胱氨酸主要分解成甲基硫醇，后者又与美拉德反应的中间产物相互转化而成为很难挥发的巯基化合物。二甲基硫（DMS）含量的变化和影响•麦汁和啤酒都不同程度地含有二甲基硫。二甲基硫（DMS）是一种易挥发的含硫化合物，它可给啤酒带来不愉快的口味和气味。•要尽可能去除啤酒中的二甲基硫。DMS的口味阈值大约为50～60μg／L。二甲基硫是通过麦芽中非活性二甲基硫前体物S—甲基蛋氨酸产生的，其量与大麦品种、制麦方法及焙焦温度有关。麦汁煮沸设备•直火加热式煮沸锅；•内加热式煮沸锅；•外加热式的煮沸锅；•低压煮沸锅；•微波加热式煮沸锅；•连续或流动式麦汁煮沸器。蒸汽加热煮沸锅蒸汽侧与麦汁侧的温度变化麦汁蒸汽不锈钢0.8MPa饱和蒸汽不锈钢蒸汽麦汁0.3MPa饱和蒸汽有/无焦糊物质的加热界表面温度对比158℃126℃142℃140℃100℃过热麦汁，形成含N杂环化合物蒸汽麦汁焦糊物质带内加热器的麦汁煮沸锅1－照明2－人孔3－CIP进口4－视镜5－清洗球6－伞形罩7－内加热器8－麦汁入口9－蒸汽进口10－冷凝水出口11－麦汁出口8342110911765内煮沸器1－伞形罩2－CIP清洗球3－蒸汽进口4－冷凝水出口5－CIP出口6－麦汁出口456312内加热式煮沸锅的技术优点•设备投资少，无需维护，没有磨损；•耗电量低；•热辐射损失小；•煮沸温度和蒸发速率可以调整；•可以使用低压饱和蒸汽（100kPa）加热；•麦汁在内加热器管束中的流速较低；•设备简单，不需要外加热器和搅拌器。常压煮沸过程的温度变化曲线7075808590951001050102030405060708090100110120130时间[min]温度[℃]传统常压煮沸低压煮沸过程的温度变化曲线90929496981001021040102030405060708090100时间[min]温度[℃]传统低压煮沸外加热式煮沸锅麦汁外加热器1－蒸汽入口2－冷凝水出口3－麦汁入口外加热式煮沸锅的优点•因为麦汁在外加热器内过压煮沸，煮沸温度较高，所以煮沸时间可缩短20～30％，因此而节约能源；同时可以提高苦味物质的利用率，可凝固性氮析出更彻底。•麦汁循环次数可以根据工艺要求自行、方便地调节。•所需饱和蒸汽压力较低，仅为30kPa。•煮沸强度和煮沸温度可以方便地进行调节。•借助卸压效应，可使更多的对口味不利的挥发性物质（如某些酒花油成分、挥发性硫化物和二甲基硫等）被蒸发除掉。•良好的煮沸效果可使麦汁pH值降低，因此色度也较浅。5674321煮沸锅二次蒸汽冷凝器6432151－二次蒸汽进口2－排气筒3－高温水出口4－热水进口5－热交换器6－冷凝水带乏汽压缩机的外煮沸系统1－麦汁煮沸锅2－水喷射器3－乏汽压缩机4－饱和蒸汽入口5－外煮沸器234511.35bar1bar带能源储存的低压煮沸系统121711891083421－麦芽2－暂存罐3－内加热煮沸锅4－回旋沉淀槽5－热水罐6－能源储存罐7－冷却器8－板式热交换器9－蒸汽进口10－冷凝水出口11－冷水补集罐12－乏汽冷凝器80℃98℃78℃~102℃72℃97℃56麦汁加热管中的流动层流区的热交换受冷凝水膜厚度的影响，随着湍流的增加，热交换的效果得到改善加热管蒸汽侧分3个区加热管麦汁侧分4个区平滑层流区气泡完全沸腾区气泡初沸区气泡薄层区加热区波形层流区湍流区过热蒸汽麦汁进口麦汁煮沸过程中往往会出现以下问题•煮沸开始由于局部过热而出现脉震现象；•对流不良，造成锅内麦汁温度不均匀，最大温度差可达25℃；•啤酒石形成较快－加热管区域，造成清洗周期较短，影响产量。理想的麦汁流动理想的混合活塞效应麦汁流动形式混合区混合区问题区活塞式流动剖面图自由射流剖面活塞式流动区煮沸锅中的温度检测位置98°C76℃°C1235789无强制对流的煮沸温度变化曲线70809010002579121416192123262831333538404245474952545659时间[分钟]温度°CTemp1Temp2Temp3Temp5Temp7Temp8Temp9麦汁强制循环过滤槽/暂存罐回旋沉淀槽带强制对流的麦汁煮沸锅中的温度变化70809010003710131620232630333640434649535659时间[分钟]温度癈Temp5Temp6Temp7Temp8Temp9强制对流技术的特点•（1）脉震现象全部消失；而热交换管道中的麦汁流动速度可保持不变；•（2）几乎消除了煮沸锅中的温度层差现象，与图4.34相比，麦汁温度直线上升(图4.36)；•（3）热传导效率可提高15%，可节省10分钟的加热时间。•（4）最大程度地降低了加热管内部的“淤塞”现象，啤酒石形成较少，延长了内加热器的清洗周期，麦汁连续生产锅次由8锅增至16锅。有效地提高了设备的利用率，降低了消耗。•（5）可以提高麦汁的加热温度，而不会造成局部过热，影响产品质量。•（6）对驱出不利的风味物质有利，从而改善啤酒的风味。•（7）电力消耗要高于传统内煮沸，但低于外煮沸。麦汁煮沸过程•1．预热：是在过滤麦汁没过加热器表面后进行，这个时候的蒸汽量开得较小，或用热水通过薄板换热预热。•2．初沸：即麦汁开始沸腾，初沸的时间不应超过30分钟，此阶段的蒸汽量还没开足，蒸汽量不是很大，洗糟过程仍在进行，此阶