再论啤酒沉淀物的分析

1利用事故树分析法再论啤酒沉淀物的研究郑翔鹏[摘要]通过导入事故树分析程序分析啤酒沉淀物产生的原因，利用红外光谱、立体镜检、波长扫描分析以及原子发射光谱分析，表明了沉淀物的主要成分和实际中的解决措施，同时表明事故树分析程序应用于实际生产中的意义。[关键词]事故树；沉淀物；红外光谱；硅藻土；结构度前言啤酒中出现沉淀物如何解决这个问题啤酒厂家已经研究了很多，在很多文献上都可以查到相应的解决的办法，但是，即使在一些大的啤酒厂家，啤酒混浊问题仍存在，其中有很多机理性的研究工作还在继续。啤酒中的沉淀物主要为蛋白质—多酚复合和多聚体为辅的一种复合物，主要的形成机理现还不完全清楚，但有一点可以明白，巴氏杀菌后的沉淀物是冷混浊与氧化混浊共同作用的结果，其是一些分子结构复杂的蛋白质多酚、糖类、重金属、矿物质的聚合体。因此，在对啤酒的沉淀物的分析中应用相应的现代化分析仪器是相当必要和重要的，再者，应用相应的程序事故树分析法，找到问题发生的根源也是我们工作中的必不可缺少的手段。本文通过相应的仪器研究分析沉淀物的成分和原因，并且在应用中导入事故树程序分析法。事故树程序分析法（FTA）是一种描述事故因果关系的分析方法，其不仅可以分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潜在原因，因此广泛应用在多领域的分析中。事故树分析对既定的生产系统或对出现的事故按工艺流程、导致事故发生可能的因素的先后顺序绘制程序方框图，并最终找到解决的方法以及预防该事故的再次发生。事故树分析的基本程序如下：（1）熟悉系统。详细了解系统的各种参数和生产流程，绘制工艺流程图。（2）调查事故。根据生产工艺对事故进行调查。（3）确定顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，找出与实际情况相符后果较严重且易发生的事故为顶上事件。（4）确定目标值。根据实际经验和以前事故分析，经统计后，求解事故发生的概率，作为要控制的事故目标值。（5）调查原因事件。调查与事故有关的原因事件和各种因素。（6）画出事故树。根据要求画出事故树。（7）定性分析。按事故树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。（8）求出事故发生的概率。（9）进行比较。（10）定量分析。原则上是上述的10个步骤，在实际分析时可视具体问题灵活运用。在FTA中使用布尔逻辑门产生系统的故障逻辑模型来描述故障的产生是如何组合导致顶上事件。其中有关具体详细的阐述这里不加以说明，我们将在下的给予具体的体现。实例分析一、分析总则程序根据FTA程序的要求，我们把啤酒中出现沉淀物作为事故发生的顶上事件，在熟悉啤酒生产工艺的整个过程中确定发生顶上事件的各因素，明确各因素重次之分，从中认定啤酒中出现沉淀的主要因素，在确定主要因素的同时，从顶上事件即啤酒出现沉淀物起，一级一级分析到所要的深度，按逻辑关系画出事故树，从中进行定性分析，即利用相应的现代仪器分析表明了沉淀物的主要成分，根据其的主要成分反过来确定在生产过程中引起该沉淀的主要因素，根据分析导入相应的数学分析方法定量的比较分2析，同时找到解决方法应用于实际生产中，跟踪分析以确定该解决方法的可行性，最终形成新的工艺要求以指导生产。二、画事故树明确了啤酒出现沉淀的各因素，我们进行事故树的描绘，具体如下说明。A1A2图一啤酒沉淀物事故树分析说明：由于事故树中存在着与门和或门的关系，在上述的各因素中用数学表达式表示为T=A1+A2，其他各子因素为各自存在，偶有混合存在。三、定性定量分析根据上事故树分析的各因素，我们导入相应的仪器分析，确定具体沉淀物啤酒中出现沉淀物的类型，定量分析以确定解决的工艺措施。现有一批次啤酒出现沉淀，判断为非生物沉淀，我们拟下仪器分析方法进行分析。1、沉淀物收集仪器：沙多利斯膜抽滤系统、烘箱、干燥器通过沙多利斯膜抽滤系统收集沉淀物一定量（约20瓶），沉淀物于60℃烘干2小时，冷却后于干燥器中待分析。其中，原沉淀物粘于啤酒瓶底部，数量较多，经收集烘干颜色呈灰黄色。2、立体镜检啤酒出现沉淀物T非生物沉淀生物浑浊沉淀酵母引起X1染菌引起X2发酵过程控制不当B1包装过程缺陷C1压盖漏汽引起瓶子破裂引起、、、、X5草酸钙、酒石酸钙D2其他金属物质E2蛋白、多酚组合沉淀C2钙离子产生的X6残余淀粉X6辅料中的戊聚糖麦芽中溶解不良的葡聚糖X8衰老酵母分解产生的蛋白质蛋白多酚物质X10、、X11、3仪器：显微镜挑取少量沉淀物经预处理后，于显微镜下观察，沉淀物中有明显的呈游离状的小圆形颗粒，还有少量经溶解后的片状小蛋白，少许有明显空间点阵式晶体，晶体呈四角锥形，边角光亮，这为典型的弱酸盐晶体结构。其中，硅藻土的水溶液在显微镜下观察也发现大量呈游离状的小圆形颗粒。3、波长扫描仪器：分光光度计取少量的沉淀物经酸溶解后，对该溶液进行波长扫描，波长选择在250~500nm之间，通过扫描谱图可知，波长在300~310nm之间有最强吸收，这与硅藻土溶液的谱图相似（305nm有最强吸收）。4、红外光谱分析仪器：傅立叶红外光谱仪沉淀物处理：样品通过压片制备，2mg的样品和300mg溴化钾共同研磨，制备为薄膜状膜片，于光路中进行分析。谱图分析：从谱图二中可见，在3320~3140cm-1有吸收，表明了NH基团存在，在1800~1600cm-1的吸收表明了C=O基团存在，纵观酰胺类物质的标准谱图，该谱图与其基本相似，说明了该沉淀物基本为酰胺类物质，即蛋白质。其中在1020~1110cm-1间的吸收表明了一些金属氧键的存在，主要是Si-O键。其中，我们还对硅藻土进行红外光谱扫描，通过谱图三分析可知，在1090-1110cm-1间有强吸收（Si-O键特征峰），从中进一步说明了沉淀物中有硅藻土颗粒的存在。图二沉淀物红外光谱图4图三硅藻土红外光谱图5、原子发射光谱分析为了进一步说明沉淀物中所含的元素，我们对沉淀物、硅藻土进行各元素的分析。仪器：GP-D1型高频发生器，WPG-100型平面光栅摄谱仪，8W型光谱投影仪，9W型测微光度计。结果见表一。表一沉淀物、硅藻土、啤酒主要元素分析NO样品描绘分析结果（无机元素）1啤酒沉淀物Si（23.06%）、B、Fe、Al、Mg、Mn、Ca、Cu、Na、Ti及Pb2硅藻土Si、Fe、Al、Mg、Mn3啤酒Si、B、Fe、Al、Mg、Mn、Ca、Cu、Na、Ti、Pb、P、Zn、K、Sr等从上分析可见，啤酒沉淀物中所含的金属元素在啤酒中均可以找到，同时在啤酒沉淀物中Si占主要含量23.06%，相当于游历二氧化硅46.7%。6、结论分析从以上分析的结果，我们认为沉淀物是：以酰胺类蛋白物质为主，包含着硅藻土颗粒和少量的晶状物质，结构土的表示为：1：外层——蛋白多酚2：核心部分——硅藻土细粉3：核心——少量的晶状物质通过上沉淀物的结构和状态，我们认为其产生的原因认为：由于在啤酒中的蛋白多酚含量较多，加上生产过程中硅藻土细粉的渗透，在整个啤酒体系中，经过一段时间后，Si-O键与在啤酒中金属离子（主要为亚铁离子）的催化作用下，与蛋白多酚共价键之间的吸附作用下，逐步使蛋白多酚絮凝，慢慢从量变到质变的积累，这样达到一定程度即产生沉淀。12357、解决措施上述的沉淀物是一个复合类型的沉淀物，主要解决的是硅藻土的渗透问题以及蛋白多酚的沉淀。对于硅藻土的渗透方面，首先对所用的硅藻土进行分析，分析的项目有渗透率、水溶物、PH、酸溶物、松散堆密度、铁含量等其他项目，并且小试助滤性能以判断其的可用性（具体分析数据这里略），根据分析的结果以优化，同时结合过滤装置的参数以最小限度的减少硅藻土的渗透率；在蛋白多酚方面，主要是在糖化过程中的控制，在适当的煮沸强度范围内，延长煮沸时间，有利于蛋白多酚复合物的凝聚及草酸根沉淀的去除，选择最佳的泵循环百分比，强化麦汁回旋力度，最大的限度的排放麦汁热凝固物，以减少最终啤酒蛋白多酚沉淀的可能性；同时在发酵过程中对冷凝固物的排放要及时，优化各发酵参数。当然了，蛋白多酚的沉淀是还涉及到很多的因素，这就不加以具体说明了。通过上阐述以及一些工艺技术等的实施，在一定程度上可抑制该沉淀物的产生。三、结构重要度分析根据图一啤酒沉淀物事故树分析结构，在不考虑基本事件发生的概率是多少，从事故数的结构上分析各基本事件的发生对顶上事件即啤酒发生沉淀的影响程度。其中，其事故树的数学表达式为：T=A1+A2=（B1+C1）+（C2+D2+E2）=（X1+X2+X3+X4+X5）+（X6+X7+X8+X9+X10+X11）由于各因素之间都是或门之间的关系，故表达式如上所示。结构重要度分析主要是计算出各基本事件的结构重要系数，由系数的大小排列出各基本事件的重要顺序，其主要的求解方法是在基于基本事件发生与不发生两种状态，利用二进制方法，即事件发生从0到1的变化，其中主要的还是说明基本事件对事故发生起影响作用的状态，状态越多，该基本事件重要性就越大。就上图一从引起啤酒非生物与生物沉淀（B1+C1）+（C2+D2+E2）来分析，主要的阐述如下：此事故树有5个基本事件，按照二进制列出所有事件两种状态组合，共有25=32个，这些组合具体为（表二）：表二事件状态值与顶上事件状态值B1C1C2D2E2￠（0i，x）B1C1C2D2E2￠（1i，x）000000100001000011100011000101100101000111100111001001101001001011101011001101101101001111101111010001110001010011110011010101110101010111110111011001111001011011111011011101111101011111111111备注：上的B1、C1、C2、D2、E2相当于Xi。由表可见，就B1事件为例，B1在左半部状态值为0，右半部状态值为1，相应找出￠（1i，x）—￠（0i，x）=1的组合，只有一个，故I￠（B1）=1/16，即为其的结构系数。其他的事件因素的I￠（X）经计算同样结果为1/16，由此可见各因素均于同样的几率引起啤酒的沉淀。6在对于下一级事件中，即图一事故树中的X1、X2、、、、、X11，经如上的事件状态值与顶上事件状态值的分析（具体分析数据略），在对引起啤酒生物沉淀的各因素分析中，其结构系数I￠（X）=1/16，在对引起啤酒非生物沉淀的各因素分析中，其结构系数I￠（X）=1/32。可见，其各因素引起啤酒沉淀的几率在因素引起的差异性中不同。从上分析可见，在啤酒出现沉淀物这个顶上事件中，各基本事件或是中间事件之间都是或的关系，即哪个因素发生都会导致事件的发生，只是发生的程度不一样而已。因此，在实际的生产控制中都要严格的控制。四、其他说明在整个事故树的分析中还涉及到很多其他的分析，如简化事故树、割集和径集求解、概率分析等等，在这里就不加以说明了。结束语啤酒中出现沉淀有很多种因素引起的，如草酸钙沉淀（这我们在其他的论文中已阐述过）、金属离子的氧化而诱导的沉淀等，很多厂家也对这方面有些深入或简单的研究。我们通过该文的阐述与说明主要是在研究啤酒沉淀的基础上导入事故树分析法，更全面更具体更详细的阐述这个问题，同时要说明一个方法在我们研究中的重要性以及其相关能提供的内容。作者认为，分析方法是建立在相应的理论和相关的仪器分析的基础上，在通过生产实践给予证明和论证的。备注：有关事故树分析法可查阅质量评审、安全评审书籍。参考文献：1、事故树分析法材料2、啤酒沉淀物报告3、仪器分析，高等教育出版社出版，19984、R.letter，wortboilingandwortclarification，1998备注：该论文发表于《啤酒科技》。