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第20卷 第4期 2004年7月 农 业 工 程 学 报 T ransactions of the CSA E Vol . 20 No. 4 July 2004 膨化大米辅料酿造啤酒的中试生产研究 申德超,侯旭杰,李宏军,徐 颖 (东北农业大学工程学院,哈尔滨150030) 摘 要:该文在国内外学者研究的基础上,进行了用挤压膨化大米啤酒辅料生产100 t啤酒的中试生产研究。对照不膨化 传统蒸煮糊化大米啤酒辅料对应的麦汁、 成品啤酒,研究结果表明:膨化与不膨化大米啤酒辅料制备的麦汁的主要糖化指 标及其过滤速率基本相同,麦汁收得率,前者比后者多3% ,发酵时间前者比后者减少,成品啤酒均达到国家规定的质量标 准。 关键词:啤酒辅料;挤压;发酵;糖化 中图分类号: S377; TS261. 4+3; TS262. 5 文献标识码: A 文章编号: 100226819(2004)0420212204 收稿日期: 2003210222 修订日期: 2004205202 基金项目:黑龙江省科委基金项目(B00- 04);黑龙江省教委项目 (9541003) 作者简介:申德超,教授,主要从事农产品(食品)加工教学、 科研。哈 尔滨香坊区 东北农业大学工程学院, 150030 0 引 言 国内外学者的研究结果1- 6表明,用挤压膨化啤酒 辅料制备的麦汁,浸出物含量增加,啤酒发酵周期缩短, 节省大麦芽用量,但其麦汁糖化和过滤困难。我们在实 验室和国产微型啤酒生产设备的试验研究的基础 上5- 9, 2002年9月22日至10月18日在黑龙江省五 常啤酒厂进行生产100 t啤酒的中试生产试验。同时研 究了上述国内外学者普遍关注的用挤压膨化啤酒辅料 制备的醪液,其糖化和过滤困难的难题。 1 材料与方法 1. 1 设备与材料 啤酒辅料挤压膨化设备为自制的单螺杆挤压机8, 螺杆直径95 mm ,长径比6. 3,生产率50 kg?h。啤酒中 试生产设备为五常啤酒厂的啤酒酿造设备。每锅酒33 t, 三锅酒存入一罐 (100 t )发酵。 膨化大米啤酒辅料与传 统的不膨化大米啤酒辅料(对照)各生产100 t啤酒。 供试材料为大米(品种:松938,产地:五常 ), 含水 率为13. 10%。大米膨化后粉碎,平均粒径为0. 93mm , 含水率为13. 00%。每锅啤酒的麦芽用量为3. 15 t,其 中:甘肃麦芽1. 89 t、 澳麦1. 0 t、 小麦麦芽0. 26 t。麦芽 粉碎后平均粒径为0. 90 mm ,含水率为9%。 添加剂为:耐高温 2淀粉酶和复合酶(诺维信(中 国)生物技术有限公司生产,活力4000 u?g)、 中温 2淀 粉酶(北京奥博星生物技术责任有限公司生产,活力 4000 u?g)、 甲醛、 石膏、 卡拉胶。 1. 2 分析方法 麦汁醪液的过滤速率,按参考文献8的有关测试 方法进行测量。麦汁的色度、 总酸、pH值、 2氨基氮、 总 还原糖、 糖:非糖、 苦味质、 原麦汁浓度、 定型麦汁浓度、 麦汁蛋白质区分等指标的测定均按参考文献10;麦汁 浸出物收得率,按参考文献11;酶的活性测定按参考 文献12中有关规定进行测量计算。 本试验单螺杆挤压膨化机生产膨化大米啤酒辅料 所消耗的功率,采用 “秒表法” 测量13,生产实测表明: 挤压膨化大米辅料的单位功耗为633. 6 kJ?kg(0. 176 (kWh)?kg)。 1. 3 糖化工艺 本试验的膨化和不膨化大米辅料的糖化工艺分别 为单醪法和传统双醪法。 挤压膨化啤酒辅料的糖化工艺(简称单醪法)为: 麦芽与大米质量比为6535。麦芽粉碎物(每锅 3150 kg)、 挤压膨化大米啤酒辅料粉碎物(每锅1700 kg)、 耐高温 2淀粉酶 (10 u ?g)和水(每锅16850 kg ), 料 水比13. 474。37投料,在37保温并搅拌60 m in。 再升温至50,保温并搅拌20 m in。再升温至68,保 温并搅拌20 m in。再升温至72,保温并搅拌150 m in 左右,然后作碘检。再升温至78,将醪液过滤。 传统不膨化啤酒辅料的糖化工艺11(简称传统双 醪法)为: 麦芽与大米质量比为6535。大米粉碎物(每锅 1700 kg)、 耐高温 淀粉酶 (10 u ?g)和水(每锅6500 kg ), 料水比为13. 8。50投料,保温并搅拌10 m in。 再升温至90,保温并搅拌30m in。 再升温至100,保 温并搅拌20 m in。与此同时,麦芽粉碎物(每锅3150 kg)、 复合酶 (10 u ?g)和水(每锅10360 kg ), 料水比为 13. 29。37投料,保温并搅拌60 m in。再升温至 50,保温并搅拌20 m in。将上述两种混合液混合,即 合醪。使合醪后的醪液温度为68,保温并搅拌20 m in。再升温至72,保温并搅拌150m in左右,然后作 碘检。再升温至78,将醪液过滤。 2 结果与分析 使用前述大米粉,在适宜的啤酒辅料挤压膨化参 数7, 8下,经前述的单螺杆挤压膨化加工,生产膨化大米 啤酒辅料。 然后,将上述膨化的啤酒辅料粉碎,在五常啤 酒厂的啤酒生产设备上,按前述的糖化方法,分别制得 膨化大米和传统不膨化大米对应的糖化醪液。 并对其糖 212 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 化、 过滤、 发酵过程有关指标进行了检测。结果详见表1 至表8。 2. 1 糖化、 过滤时间 本试验的膨化大米啤酒辅料对应醪液的糖化和过 滤过程进行得很顺利。由表1可见,膨化与不膨化大米 啤酒辅料对应醪液糖化和过滤时间基本相同,前者略好 于后者。 2. 2 麦汁的糖化 表2表明膨化与不膨化大米啤酒辅料对应麦汁的 糖化指标基本相同,均达到国家规定标准10。前者比后 者的 2氨基氮含量略高。 表3为膨化与不膨化大米啤酒 辅料对应醪液的蛋白质区分检测结果,可见前者比后者 的高、 中分子含氮物质少,低分子含氮物质多。这与表2 的检测结果是一致的。表明挤压膨化大米啤酒辅料,使 底物状态利于蛋白酶降解。 表1 膨化与不膨化大米啤酒辅料对应醪液糖化过滤时间对比 Table 1 Contrast of filtration ti me of wort by using extruded rice adjunct w ith that by using non2extruded rice adjunctm in 膨化大米啤酒辅料醪液 糖化时间过滤时间 传统不膨化大米啤酒辅料醪液 糖化时间过滤时间 第1锅143107153100 第2锅136100122110 第3锅1608817093 平 表2 麦汁检测结果 Table 2 M easurement results of worts 麦汁种类 酒精度 ?% 浸出物 ?% 密度 ?kgL- 1 总还原糖 ?gL- 1 糖非糖 酸度 ?mLL- 1 色度 ?EBC 2氨基氮 ?mgL- 1 膨化大米辅料的醪液010. 691. 042984. 810. 3212. 59. 5188 不膨化大米辅料的醪液010. 501. 042284. 810. 2915. 99. 5179 注:表中数据由黑龙江省食品质量监督检验一站测得;酒精度为质量之比。 表3 麦汁蛋白质区分检测结果 Table 3 M easurement results of the protein contents of worts by using extruded and non2extruded beer adjuncts% 麦汁种类 高分子 含氮物质 中分子 含氮物质 低分子 含氮物质 膨化啤酒辅料的醪液20. 0014. 2465. 76 传统不膨化啤酒辅料的醪液23. 7115. 8160. 48 注: 1.表中高、 中、 低分子含氮物质的测定均按文献10的隆丁区分法 进行。 2.表中膨化与不膨化啤酒辅料对应醪液的制备均按前述的单醪法 和双醪法工艺进行,然后将其煮沸,即得到麦汁。 2. 3 麦汁浸出物收得率 由于本次生产试验时,传统不膨化啤酒辅料对应的 三锅啤酒,糖化及过滤进行得顺利。膨化大米啤酒辅料 对应的三锅啤酒,第一锅啤酒糖化及过滤进行得顺利, 另两锅由于操作不慎,进行得不顺利,其中一锅投料时, 约60 kg膨化大米辅料粘在锅底,没参加糖化过程。另 一锅过滤前,滤层铺得不均匀,过滤时出现短路,使浸出 物收得率低。表4表明,膨化啤酒辅料对应的醪液的浸 出物平均收得率(70% ),比传统不膨化啤酒辅料对应的 醪液的浸出物平均收得率(68. 7% )多1. 3%。这主要是 由于啤酒辅料经挤压膨化后,利于酶解,使可溶性物质 增多所致。 表4 麦汁浸出物收得率试验结果 Table 4 Received ratios of extracts of worts 麦汁种类 定型麦汁 体积?L 浓度 ?% 密度 ?kgL- 1 浸出物收 得率?% 挤压膨化大米辅料的醪液3210. 6001. 042570. 0 不膨化大米辅料的醪液31. 510. 5371. 042368. 7 为了便于对比,本次中试均使用耐高温 2淀粉酶, 这对膨化啤酒辅料是不科学的。 我们的实验室试验表明 (见表5):膨化啤酒辅料使用中温 2淀粉酶,比使用耐 高温 2淀粉酶时,醪液的浸出物收得率还可能多 1. 74%。 可见膨化啤酒辅料比传统不膨化啤酒辅料对应的 醪液的浸出物收得率应该多3. 04%。 即多出啤酒3%左 右。 本次生产试验的糖化过程,膨化啤酒辅料与传统不 膨化啤酒辅料相比,前者省去了煮沸过程,减少了水分 汽化量约5% 10和一些可发酵物质损失。 表5 高温 2淀粉酶和中温 2淀粉酶对麦汁浸出物收得率的影响 Table 5 Influences of 2 amylase of high temperature and m iddle temperature on the received ratios of extracts of worts 麦 汁 种 类 体积 ?mL 密度 ?kgL- 1 糖度 ?B0x 浸出物得率 ?% 过滤速度 ?mLm in- 1 加酶量 ?mgg- 1 高温 2淀粉酶对应的醪液3281. 042210. 52369. 074. 170. 186 中温 2淀粉酶对应的醪液3301. 043010. 71670. 817. 140. 186 注:表中两种醪液的制备均按前述的单醪法糖化工艺进行,总投料量50 g,其中麦芽32. 5 g、 膨化或大米辅料17. 5 g。料水比及有关酶制剂等添加种 类、 比率等均不变,其中一种醪液添加高温 2淀粉酶,另一醪液添加中温 2淀粉酶。 312 第4期申德超等:膨化大米辅料酿造啤酒的中试生产研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2. 4 啤酒质量 由表6可以看出,膨化啤酒辅料与不膨化啤酒辅料 对应的成品啤酒的主要指标基本相同,它们对应醪液和 成品啤酒的检测结果表明:两者均达到国家规定的标准 (GB4927- 2001)。且前者的泡持性 (280 s )优于后者 (240 s )。这可能是由于膨化啤酒辅料比不膨化啤酒辅 料的脂肪含量低所致。表7的品评结果表明,膨化啤酒 辅料与不膨化啤酒辅料对应的成品啤酒的风味相同,两 者均无异味。 2. 5 发酵 由表8可以看出,膨化啤酒辅料与不膨化啤酒辅料 对应麦汁发酵时的双乙酰含量、 糖度、 酵母数的变化规 律。可见,前者比后者的酵母数高峰早约3 d。前者比后 者的双乙酰含量约早1. 5 d降至0. 1 mg?L。这些均表 明,膨化啤酒辅料的底物状态与传统不膨化啤酒辅料相 比,更有利酵母的生长、 繁殖。 这与100L啤酒生产小试 的试验结果是一致的9,表明膨化啤酒辅料可以使传统 啤酒的发酵周期缩短。这既提高了生产率,又减少发酵 系统的制冷能耗。 表6 膨化与不膨化啤酒辅料对应的成品啤酒检测结果 Table 6 M easurement results of bottle beers by using extruded and non2extruded beer adjuncts 浊度(保质 期内)?EBC 泡持性 ?s 色度 ?EBC 酒精度 ?% 原麦汁 浓度?% 总酸 ?mLL- 1 二氧化碳 含量 双乙酰含量 ?mgL- 1 菌落总数 ? 个mL- 1 大肠菌群 ? 个 (100 mL )- 1 铅含量 ?mgL- 1 膨化大米 辅料啤酒 0. 72808. 03. 710. 812. 00. 510. 060 3 0. 25 传统不膨化 大米辅料啤酒 0. 42408. 03. 710. 812. 00. 570. 050 3 0. 25 注:表中数据由黑龙江省食品质量监督检验一站测得;酒精度为酒精的质量百分比;二氧化碳含量为质量比;铅以Pb计。 表7 成品啤酒品评记录 Table 7 Degustation record of bottle beer 项 目品种酒龄?d品 评 结 果 膨化啤酒辅料啤酒1125 淡黄色,清澈透明。泡沫洁白持久、 挂杯,有酒花香气,口味纯正,爽口。酒体较协调,无 异味、 微苦。 不膨化啤酒辅料啤酒1124 淡黄色,清澈透明。泡沫洁白持久、 挂杯,有酒花香气,口味纯正,爽口。酒体较协调,稍 淡、 无异味。 注:上表是品酒师-齐志远(五常啤酒厂技术厂长)、 品酒师-杜长春(五常啤酒厂技术科长)、 品酒师-苏嗪、 王春华等人对成品啤酒的品评结果。 表8 膨化与不膨化啤酒辅料对应的麦汁发酵时双乙酰、 糖度、 酵母数的变化 Table 8 Changes of double acetyl, saccharification degree and yeast number of fermentative worts 日期 (月2日) 膨 化 啤 酒 辅 料 对 应 的 发 酵 醪 液 双乙酰含量?mgL- 1糖度?Bx酵母数? 107mL- 1 不 膨 化 啤 酒 辅 料 对 应 的 发 酵 醪 液 双乙酰含量?mgL- 1糖度?Bx酵母数? 107mL- 1 09225上午0. 255. 54. 400. 1110. 02. 00 09225下午0. 273. 85. 100. 129. 42. 45 09226上午0. 302. 66. 600. 148. 72. 50 09226下午0. 162. 53. 500. 158. 02. 65 09227上午0. 142. 61. 800. 207. 43. 05 09227下午0. 172. 41. 500. 176. 35. 25 09228上午0. 122. 40. 800. 155. 63. 88 09228下午0. 102. 40. 570. 214. 22. 90 09229上午0. 082. 60. 510. 16. 52. 78 09229下午0. 082. 50. 500. 213. 02. 75 09230上午0. 102. 50. 430. 112. 82. 15 09230下午0. 082. 50. 230. 112. 72. 00 10201上午0. 062. 20. 200. 082. 31. 30 10201下午0. 190. 102. 50. 87 10202上午0. 180. 072. 50. 27 10202下午0. 180. 062. 20. 25 注:表中数据为2002年9月25日至10月2日测得值,每天上、 下午各测一次值;膨化料的醪液9月23日满罐,糖度 (B x) 9. 4, 9月26日16: 10封罐, 糖度 (B x)2. 5;不膨化料的醪液9月24日满罐,糖度 (B x)9. 2, 9月29日18: 35封罐,糖度 (B x)3. 0。 3 结 论 1) 挤压膨化大米啤酒辅料生产100 t啤酒的中试 生产研究结果表明,只要啤酒辅料挤压膨化系统参数选 择合适,其麦汁醪液的糖化、 过滤可以顺利进行。 2) 膨化与不膨化啤酒辅料,对应醪液的糖化指标 基本相同。 前者麦汁比后者的高、 中分子含氮物质少,低 分子含氮物质多。 3) 膨化比不膨化啤酒辅料对应醪液的浸出物收得 率可多1. 3% ,即多出酒1. 3%左右;实验室试验表明, 412农业工程学报2004年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 使用中温 2淀粉酶,可使浸出物收得率再多1. 74%。即 可能多出酒3%左右。 4) 发酵试验表明,膨化与不膨化啤酒辅料相比,糖 化醪液的发酵时间缩短,酵母数高峰期提前,双乙酰含 量提前降至0. 1 mg?L以下,节省发酵制冷系统的能 耗。 5) 膨化与不膨化啤酒辅料对应的成品啤酒的主要 性能指标基本相同,均达到国家规定的标准,其风味相 同,均无异味。 上述结论,尚需进一步通过实验室试验和生产实践 验证、 完善之。 参 考 文 献 1 Dale C J.Extruded sorghum as a brew ing raw material J . Journal of the Institute of Brew ing, 1989, 95: 157- 167. 2 Delcour J A. U nmalted cereal products for beer brew ing, part I the use of high percentages of regular corn starch and sorghum J .Journal of the Institute of Brew ing, 1989, 95: 271- 276. 3 Frame N D.The Technology of Extrusion CookingM . GreateBritain: St. Edi mundsbury Press, 1994, 237- 250. 4 秦日山.啤酒膨化原料在糖化中应用试验J .酿酒科技, 1990, (2): 19- 20. 5 申德超.膨化玉米作啤酒辅料的可行性试验研究J .农业 工程学报, 1996, 12(3): 196- 198. 6 申德超.膨化带胚玉米作啤酒辅料的试验研究J .农业工 程学报, 1999, 15(2): 202- 207. 7 申德超.挤压膨化啤酒辅料的加工方法、 加工装置和糖化 方法P .中国专利: ZL 00122033. 0 8 申德超.挤压膨化大米作啤酒辅料的试验研究J .农业工 程学报, 2002, 18(1): 132- 134. 9 申德超.膨化啤酒辅料酿造啤酒的试验研究J .农业工程 学报, 2002, 18(2): 123- 126. 10 管敦仪.啤酒工业手册(中、 下册) M .北京:轻工业出版 社, 1986. 11 顾国贤.酿造酒工艺学(第2版) M .北京:中国轻工业 出版社, 1999, 167- 180. 12 宁正祥.食品成分分析手册M .北京:中国轻工业出版 社, 1998, 680- 687. 13 吕如良,沈汉昌,陆慧君,等.电工手册M .上海:上海科 技出版社, 2000, 12. 34- 12. 36. Intermediate productive test study on extruded rice adjunct for brewing beer Shen Dechao,Hou Xujie,Li Hongjun,Xu Ying (

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