（轻工技术与工程专业论文）纯生啤酒关键技术的研究.pdf

摘要 摘要 纯生啤酒酿造不仅是1 个产品的生产，更重要的是生产理念的更新。作者从 生产实际出发，对纯生啤酒酿造及其相关技术进行了归纳和总结，得到以下结论： 1 把反映不同微生物状况的取样点分别定义为一级和二级微生物取样位点；一 级取样位点的检测频次高于二级取样位点，后者期取样检测。 2 用无菌压缩空气管道配置液体清洗接口，并在空气管道上串连逆止阀，防止 麦汁窜入无菌压缩空气管道，防止麦汁冷却用薄板换热器及其清洗设备的泄 漏及清洗、杀菌不彻底；根据污染菌特性及淡旺季生产频率建立不同的管道 清洗杀菌制度。 3 所有2 次发酵酒生产的酵母不再作为种酵母，减少酵母污染可能性；无菌水 制备时避免二次污染，过滤机前后设计缓冲罐及独立c p 设备，实现同时清 洗、杀菌：啤酒过滤及清酒贮存系统采用定期清洗、杀菌工艺。添加罐使用 c 0 2 或n 2 备压，减少细菌污染机会。 4 建立各种卫生制度。啤酒发酵以实现纯种酿造为中心；啤酒过滤以预防微生 物二次污染为中心；c i p 以预防颗粒物对被清洗设备的污染为中心。根据对 c 口液温度、浓度、洁净度的不同要求，将c 罐分为公用罐和专用罐两类。 由1 2 个c 口罐组成一体化c 口站，将c 口工艺操作过程分为几个独立单元， 每个操作单元独立编程，明显提高系统的灵活性及c 口工艺的可改造性。 5 尽可能早回收种酵母，提高酵母活力，发酵液过滤前采用瞬间深度冷却工艺 处理，能有效提高纯生啤酒泡沫稳定性。降温速度过快、离心泵及薄板换热 器的机械剪切力会破坏酵母细胞，降低纯生啤酒泡沫稳定性。使用四氢异构 化o l 酸，优泡剂、海藻酸丙二醇酯可以提高纯生啤酒初始泡持性，但不能抑 制泡持衰减。 关键词：纯生啤酒；关键技术；微生物污染；原位清洗系统：回收酵母 江南大学工程硕士学位论文纯生啤酒关键技术的研究 a b s t r a c t i tw a sn o to i l l yo n el ( i n do fp r o d u c tf o rt 1 1 e 出蚯b e e rb f e w i n g ，b u tm o r e i m p o r t a i l t 血i n gw a st h er e n e w i n go f t l l ep r o d u c t i o nm i n d t h ed m nb e e rb r e w i i l g 锄d i 乜r e l a t e dt e c l l l l o l o g yw e r e 乳i m m a r i z e db yt h ea c t u a lp r o d u c t i o n t h ec o n c l u s i o n w e r ea sf o l l o w s ： 1 n e 丘r s t 锄ds e c o n ds 锄p l i n gp o i n to fm i c r o o r g a n i s n lw 船d 面n e d b yd i 恐r e n t m i c r o o r g a n i s ms i t i l a d o n t h ed e 惦c 廿o n 缸_ e q u e n c yo ft h e 丘1 _ s ts a m p l i l 唱p o i n tw 鹬 m o r e 山a n 也es e c o n dp o i m ，w h i c h 、v a ss a m p l e da n dd e t e c t e di nr e g i l l a r 2 t h e 、v o r tw a sp r e v e n t e di n t o 也es 蜘1 e p i p eo fp r e s s e da i rb yt h es t 商l ep r e s s e d a i rc o 彻e c t e dw i t hl i q l l i dc l 锄i n gp o i n ta n d0 n e w a y 谢v e t h eh e a te x c h a n g 盯 f b rw o r tc 0 0 1 i n ga n di t sc l 嘲i n ge q 伍p m e n tw e r cp m h i b i t e dt ob el e a k e d 舡l d w r o n gc l e 趾i n g 皿ed i 如蚴tc l e a n i n ga n ds t e d l i 冽o ns y 咖w c r ee s t a b l i s h e d a c c o i m n gt o 也ec h 黜t c r i s d co f c o l m m l i l l a d o na n dp f o d u c 垃o n 丘e q u e n c y 3 a ut h ey e a s ta f i c ：f 抑i c ef e r m 印t a 廿o nw 蹈n o tt a ：k 匝鹪也ep i t c h i n gy e a s t t h e p o s s i b i l i 哆o fy e a s tc o n 乜l n a _ i n 撕o nw a sr e d u c e d t h e 铆i c ec o n 舡妞j 1 1 8 t i o nw a s a v o i d e di ns e r i l e w a _ t e rp r o d u c t i o n t h ec l c a n i n ga ds t e r i l 删o np r o c e s s i n gc o l l l d b ed o n ea tt h es 锄et i m e 谢血t h ef o r m c ra n dp o s tb l l 行酿t a | 1 ko f 丘l t e ra n d s e p a m t e dc 口e q u i p 】m m t h eb c e r 丘l t e r 柚db r i g h tb e e rs t o r a g et a 】出w a sc l e a n c d 翘ds t e r i l i z a _ d o ni nr e g i l l a r 1 h ec o 删n a d o no p p 删t yc o m db cr e d u c e db y p 咒s s 啦c 0 2o r n 2i n t ob u 妇陆t a n k 4 m a n yk i 且d so fs a n i 伽o ns y s t e m 、c r ee 蛐i 出e d 王u r ey e a s tb r e w i n 岛t w i c e c o t a m i n a i i o no fm i c r o o r g a n i 锄p r e v 础o na n dp r e v e m i n gt h ek e m e lc o m p o l | n d f o r 也ec l e 趾c de 删p m e n t w e r e 血ec e n t e r o f b e c r 蜘蚴1 t a t i o n ，b e e r f i l t e r a n d c 口 s y s t 锄，r e s p e 枷v e l y t h ec 坤t a 】出w 觞d i v i d e di m op o p l l l a r 锄ds p e c i a lt a | 1 l 【b y 也ed i 虢r e ：n tr e q i 】c s to fc t c m p e r a n l r e ，c o n c e n 眦i o n 趾dc l e a n j n gd e g r e e t h e c 口p r o c e s s i n gw h i c hw 弱c o m p o s e db y1 2c 口伽1 】( sw a sd i 访d e di n t os e v e r a l s 印蝴t e dl l n i t s ，w 场c hw a ss e q u e n c e ds 印a r a t e l y n en e x i b i l 卸o fc i ps y s t e m 、a si m p r o v e d 乎e a t l y 5 t h ep i t c l l i n gy e a s tw 船c o l l e c t e da se a d i e ra sp o s s i b l e t h ef - o 锄s t 曲i l i t ) ，o fd r a n b e e rc o l l l db ei i 丑p r o v e ds i g n i 丘c a n 廿yb yi i n p r o v i l l gy e a s tv i a b i l i 哆a 1 1 ds u d d e n d e e pc o o l i n gp r o c e s s i i l gb e f o r eb c c rf i l t e 血唱t h ef o 锄曲出i l i 够o fd r a nb e e rw a s d e c r e a s e db yl o 、v e 血gt e m p e r a t i l r eq l l i c 心ya 1 1 dt l l em e c h a i l i c a ls h e a rp o w e rw l l i c h y e a s tc e l lc o u l db ed 缸堕g e d n ；o 啦血a lf b a i i l i l l g 曲i l 时c o l l l db es 仃e n g t l l c n e d b yt e 劬- i s o - 0 【一a c i da n dp g a ，b m 也ef b 锄i n gd e c l 血c o l l l dn o tb ei n h i b i t 甜 k e yw o r d s ：d r a f tb e e r ；k e yt e c h n o l o g y ；i n i c m o r g a i l i s mc o 他| m i n a t i o n ；r e c y c l e dy e 鲢t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 关于论文使用授权的说明 年月日 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：l 荀璁导师签名： 日期：口1 f 年形月哆日 1 绪论 l 绪论 1 1 中国啤酒工业发展概况 我国是世界啤酒生产和消费大国。自改革开放以来我国啤酒产量发展迅猛， 1 9 5 3 年全国啤总产量为2 7 4 万千升，1 9 7 9 年全国啤酒总产量为3 7 3 万千升，1 9 8 8 年全国啤酒总产量为6 5 6 4 万千升，成为仅次于美国、德国名列第三的啤酒大国， 1 9 9 3 年全国啤酒总产量为1 1 9 0 万千升，仅次于美国而居世界第二，2 0 0 2 年中国 啤酒产量在持续九年居世界第二后以2 3 8 6 万千升的产量超过美国居世界第一。 2 0 0 5 年啤酒产量突破3 0 0 0 万千升。从1 9 7 9 1 9 9 4 年国内啤酒年均增长幅度在2 0 以上，年产量增幅最高时达到3 0 以上，1 9 9 5 年以来我国啤酒产量增长速度放 慢，但年均增幅仍达到7 以上。目前世界啤酒产量年增长2 5 0 万千升左右，我 国啤酒产量年增长1 0 0 万千升左右，可以看出世界啤酒产量的增长4 0 在我国。 目前，我国的啤酒工业正朝着大型化、集团化的方向发展。我国的啤酒生产 企业数量经历的是一个从少到多而后又减少的轨迹。1 9 7 9 年全国啤酒企业的总 数为9 0 多家，到1 9 8 8 年达到高峰数8 1 3 家，2 0 0 2 年全国啤酒企业数量为3 5 6 家。自1 9 8 8 年以来啤酒企业数量减少的主要原因是我国啤酒企业的兼并重组， 啤酒企业向着大型化、集团化的方向发展。2 0 0 2 年全国啤酒企业总数3 5 6 家， 较上年减少2 7 家。5 万千升以上的啤酒企业8 4 家，比上年减少1 8 家，但产量 规模更为集中，其产量占全国总产量的8 2 8 。目前全国有3 0 个规模大小不等 的啤酒集团，集团和企业形成了不同规模的四个集团军。第一集团军是产量2 0 0 万千升以上的青啤、燕京和华润三大巨头。2 0 0 2 年青啤集团的啤酒产量为2 9 8 7 2 万千升，若以万吨为单位则突破3 0 0 万吨；华润啤酒集团2 3 7 4 0 万千升；燕京 啤酒集团2 0 8 5 5 万千升，三大集团合计啤酒产量7 4 4 7 0 万千升，占全国总产量 的3 1 6 。第二集团军产量在2 0 万千升以上，包括哈啤、珠啤、金星和重啤等 1 5 家企业，合计啤酒产量6 4 3 9 万千升，占全国总量的2 7 3 。第一、第二集团 军产量占全国总量的5 9 。第三集团军为5 万千升到2 0 万千升的啤酒厂。第四 集团军是5 万千升以下的企业，数量较多，但产量比例很小。与此同时，外资在 我国出现了二次高潮，投资重点发生变化。 回顾2 0 0 5 年，对我国啤酒工业的评价是：啤酒产量快速增长，创近年来 的高水平；啤酒价格继续攀升，销售收入增加；原料价格波动，对啤酒生产成本 产生影响；利税总额明显增长，单位产品利税变化不大；啤酒进口关税降为零， 进出口出现负增长；外资并购持续高涨，内资强强联合成效显著；装备国产化有 进展，企业管理模式逐步与国际接轨。 1 2 纯生啤酒开发的意义 不断开发新产品，调整产品结构是企业获得持久利润、实现持续发展的有效 措施之一。以技术创新为主的新产品开发促进了产品内在质量的改进，具有更高 江南大学工程硕士学位论文纯生啤酒关键技术的研究 的推广价值。在科学技术高度发达的今天，基本技术原理方面取得新的发现已越 来越难，绝大部分技术创新是现有技术在不同领域和不同产业之间的移植、综合， 即“综合就是创新”。自上个世纪8 0 年代以来，啤酒行业的新产品开发思路也体 现了这一观点。如酶制剂的应用，产生了干啤酒；冰晶化技术的应用，产生了冰 啤酒；冷过滤除菌技术的应用，产生了纯生啤酒。这些新技术的应用，促进了啤 酒在口感、风味等质量特性方面的改进，并引导啤酒质量向更新鲜、更干净、更 淡爽的方向发展。 不经巴氏灭菌或瞬时高温灭菌，而采用物理过滤方法除菌，达到一定生物稳 定性的啤酒为纯生啤酒1 2 j 。纯生啤酒的灌装过程取消了巴氏热法杀菌工艺，使啤 酒中的营养组分得到了更多的保留，抗氧化能力得到了大幅度提高，因此，纯生 啤酒的口感比热法杀菌啤酒更干净、更新鲜。 理论上讲，采用物理过滤方法去除啤酒中的酵母菌、细菌，并配合无菌灌装 技术是可以生产出符合国标的纯生啤酒的。然而，在啤酒市场竞争愈来愈激烈的 今天，低档普通啤酒的利润越来越低，啤酒生产企业提高利润空间的有效手段之 一便是上调产品结构，加大中高档啤酒的生产及销售。纯生啤酒的生产过程，至 少应用了冷过滤除菌和无菌灌装两项新技术【2 】，而这两项新技术的应用，使啤酒 的生产成本明显上升，销售价格明显高于普通啤酒。因此，将纯生啤酒定位在中 高档啤酒是必然结果。 然而，作为终端消费的顾客，是通过评价产品价格是否与产品的质量相符作 为消费标准的。因此，纯生啤酒生产成本的增加，并不能成为促进消费的理由。 要想使纯生啤酒能够成为一个能够给企业带来明显经济效益的新产品，必须在提 高产品的内在质量方面下功夫，使其质量明显优于普通啤酒，这样才能实现刺激 消费的目的。 可以看出，纯生啤酒的生产技术开发实际上是一个以实现啤酒口味更新鲜、 更干净为中心的系统工程，具有现实意义。 1 3 纯生啤酒生产技术综述 啤酒的整体风味特征由原辅材料的质量及配比、酵母菌种、酿造用水等因素 所决定，这些因素对啤酒的风味的新鲜度、口味的干净度有很大影响，但并不等 同于稳定这些要素就能获得优质、稳定的产品。 近年，国内外对啤酒风味稳定性的研究比较多，以提高啤酒在货架期保持风 味不变的能力，可能的措旌包括以下三个层次的内容p ，4 】： 降低前体物质，如避免不饱和脂肪酸进入接种麦汁； 抑制氧化反应； 掩蔽生成的老化风味物质。 针对第二项措施，k m a c d a 【4 】对实际酿造糖化设备进行了改造，并获得了良 好的效果。其改造内容如下： 2 用底部进醪； 调整搅拌转速； 延内壁温和进料； 开始进醪或麦汁时，物料的喷射强度通过泵及逆向器降低，以减少氧的 涉入。 纯生啤酒取消了热法杀菌工艺，使啤酒的还原力得到了最大程度的保持，因 此，冷过滤除菌技术的应用，实际上已经使纯生啤酒的风味稳定性得到了较大提 高。此外，提高啤酒还原力的措施还包括： 提高原料的新鲜度，直接提高麦汁还原力； 实现隔氧糖化，保护还原物质： 尽量缩短麦汁制备时间，减少麦汁热负荷，保护麦汁还原物质； 麦汁适当充氧，减少麦汁氧化； 采用无甲醛酿造工艺，提高还原多酚含量等。 减少啤酒过滤、灌装过程溶解氧涉入，严格控制成品酒总溶解氧含量，是提 高啤酒风味稳定性最有效的措施，主要包括： 采用高浓稀释技术，利用低氧稀释水稀释清酒溶解氧； 啤酒过滤时采用脱氧水引酒，排除管道、过滤系统中残存的空气； 清酒罐采用c 0 2 或n 2 背压； 啤酒灌装采用二次或三次抽真空、c 0 2 背压，排除啤酒瓶中的空气； 啤酒灌装采用引沫除氧技术，排除瓶颈中的氧气等。 影响啤酒口味干净度的因素也比较多，如原辅材料质量、工艺路线及工艺参 数的确定等。对于纯生啤酒生产，应重点考虑非酿造微生物污染对啤酒风味的影 响。啤酒发酵过程受到微生物污染，除影响啤酒无菌过滤的有效性，导致无菌过 滤失败之外，污染微生物的代谢产物会造成啤酒出现口感不协调，乙醛、高级醇、 酯类、硫化物等风味组分不合理，严重降低啤酒口味干净度，并使啤酒风味一致 性变差，造成成品酒质量波动。 以实现无菌酿造为目标的技术开发，是提高纯生啤酒质量的重要任务之一。 国内配置的啤酒无菌过滤系统一般使用o 4 5 衄l 绝对孔径的有机膜滤芯，保 证进入灌酒机的清酒卫生指标。美国颇尔公司和德国沙多利斯公司是能够提供成 套过滤装备的两个主要供应商。其中，美国颇尔公司采用尼龙6 6 作为膜材质， 每7 根滤芯组成一个集束，集束的多少决定了最终过滤能力。每个集束可以单独 进行滤芯完整性测试，发现不合格集束后，可以在生产前将该集束关闭，而不影 响正常生产。该系统实际上只配置了一套滤芯来满足生产需求，具有占地面积小、 自动化程度高的特点。但是，由于膜在达到寿命重点时，堵塞现象经常是毫无征 兆地瞬间发生，因其没有备用过滤系统，所以存在被迫停产的可能。德国沙多利 斯采用改造聚砜为膜材质，与尼龙6 6 相比，对蛋白质有更小的吸附力。此外， 江南大学工程硕士学位论文 纯生啤酒关键技术的研究 该公司的产品常配置双套过滤没，生产时一开一备，一组发生堵塞后，可以开启 另一组继续生产。但其系统存在占地面积及一次性投资较大的问题。 如何保证无菌的清酒在灌装过程中免受微生物的二次污染，是啤酒灌装设备 及系统配置所考虑的重点。可以造成清酒二次污染的主要位点及微生物保障措旌 如下所述： 啤酒瓶：采用双端洗瓶机防止脏瓶对洗净瓶的二次污染；洗瓶机最后冲洗 水采用化学消毒法保证无菌；使用冲瓶机将洗净瓶中可能残留的化学消毒 剂冲洗干净，冲瓶机使的无菌水采用膜过滤法获得；输瓶链道使用具备抑 菌功能的润滑剂防止微生物滋生。 皇冠盖：采用无菌包装保证进入车间的瓶盖无菌；瓶盖进入压盖机前采用 紫外线消毒。 c 0 2 ：采用膜过滤法保证无菌。 灌酒机：制定严格的卫生制度，防止啤酒灌装过程二次污染。 灌酒区环境：配置无菌间，保证灌酒区空气卫生质量。 随着基础研究及生产时间经验的不断丰富，纯生啤酒灌装线的系统配置也在 发生观念性的转变。如无菌问的设置问题，以前认为是必不可少的，现在的系统 已经简化为隔离间，甚至有些地区的啤酒厂连隔离间都取消了。如冲瓶机的设置 问题，若不考虑洗净瓶残留消毒剂问题，其存在的必要性就值得研究。如啤酒瓶 的蒸汽瞬间杀菌，增加了啤酒灌装过程的爆瓶率，增加了酒机周围环境治理的难 度，其存在的必要性同样值得研究。 实践证明，严格的环境及装备卫生管理制度的实旌及灌装系统整体运行连续 性的保障是避免啤酒灌装过程收到二次污染的关键。严格卫生制度的实施，可以 避免装备表面及环境空间啤酒有害菌的滋生：啤酒灌装的连续性，可以大幅度降 低洗净瓶、瓶盖受环境微生物的污染概率。 1 4 立题背景 纯生啤酒的酿造过程应始终贯彻无菌酿造”的理念。除了整个酿造系统的流 程设计及加工质量要符合无卫生死角、易于清洗的要求外，还应该做好以下工作： 首先，应掌握啤酒非酿造微生物污染的特点，确定微生物关键控制点，并制 定合理的取样制度，对各个控制点实旌及时、有效的监控，防止发生严重微生物 污染事件。 其次，为了尽量避免微生物污染酿造系统的现象，应开发高效、节能的清洗、 杀菌工艺及卫生制度，保证设备洁净、无菌； 第三，清洗工艺及卫生制度的实施，依赖于c i p 系统的配置水平，因此有必 要开发高效的c 口系统。 此外，纯生啤酒的泡沫质量一直是纯生啤酒酿造技术开发的焦点。由酵母代 谢及酵母自溶排放出来的蛋白酶a 1 5 一，可以分解啤酒中的泡沫蛋白组分，使成 4 绪论 品酒的泡持性在货架期间呈显著衰减趋势。目前，国内部分科研单位已经在蛋白 酶a 的检测技术、蛋白酶a 的抑制技术、酵母优化技术等方面开展工作，有些 项目已取得突破性进展。基于这些研究成果的应用技术开发，是啤酒行业应该重 点研究的内容。 1 5 主要研究内容 基于以上原因，从本公司的实际情况出发，论文的研究内容主要包括以下几 个方面： 纯生啤酒酿造过程的污染微生物及关键控制点； 纯生啤酒无菌酿造技术； 提高纯生啤酒泡沫稳定性的相关技术。 江南大学工程硕士学位论文纯生啤酒关键技术的研究 2 纯生啤酒酿造过程的污染微生物及关键控制点 2 1 概述 纯生啤酒的口感要求“新鲜、干净”。新鲜度的保证主要通过无氧酿造、灌 装技术及非热除菌技术实现。而口感干净度的保证，除与原辅材料的质量、酿造 技术相关以外，与是否实现纯种酿造直接相关。由野生酵母及其它非酿造微生物 参与的发酵过程，均有可能导致发酵异常，使发酵液、成品酒出现风味病害，严 重的会导致无菌过滤失败。因此，纯生啤酒酿造系统的开发，应始终贯彻“无菌 酿造”的理念。 首先，工艺流程的设计及工艺管线的布局需做到无卫生死角和易于清洗。跨 接管与双座阀是实现管道之间无死角连接的主要方法。跨接管连接具有投资少、 劳动强度大的特点；采用双座阀连接则可以实现全自动控制，极大地提高系统的 安全性与可靠性、降低工人的劳动强度，但是一次性投资及将来的设备维护费用 都非常高。因此，采取何种方式实现工艺流程的无卫生死角设计理念，完全依赖 于需方的投资预算。但是，从投资、回报率的角度考虑，应首选跨接管连接方式。 其次，应系统设计微生物取样位点及取样制度，以确保及时发现微生物污染 现象，并方便排查污染源。本章将重点讨论该部分内容。 第三，应开发高效、节能清洗、杀菌工艺及卫生制度，保证设备洁净、无菌； 第四，应配置高效的c p 系统，保证清洗、杀菌工艺及卫生制度的顺利实施。 由于实际生产中有许多偶然因素，造成公司与公司之间、批次之间的差别较 大，因本章节的内容主要针对北京燕京啤酒集团公司，研究和讨论在生产的各个 环节中，污染的微生物情况以及关键的控制点。 2 2 材料与方法 2 2 1 实验材料 啤酒酵母：北京燕京啤酒股份有限公司生产菌种 2 2 2 实验仪器 生化培养箱：s h p 一2 5 0 b ，天津市天宇实验仪器有限公司 超净化空气工作台：s p l a ，上海气电厂 2 2 3 培养基 营养琼脂培养基： 按g b 4 7 8 9 2 8 【7 】中4 7 规定配置，用于好氧菌检测。 n b b a 培养基：n b b a 为德国德乐公司产品，用于啤酒厌氧菌检测。 2 2 4 实验方法 2 2 4 1 气体取样及检测 打开取样阀，排气1 - 2m i i l 后关闭阀门，用7 5 的酒精冲洗后，再用火焰对 阀门进行灭菌，开启阀门，放气1 2m i l l 后关闭阀门，在无菌条件下将空气膜过 6 2 纯生啤酒酿造过程的污染微生物及关键控制点 滤取样器与阀门相接，开启阀门使气体保持在一定的流速，取样l 嘶i 1 1 后，取下 空气膜过滤取样器，在超净工作台上取出膜片，将膜片剪成两半，平放在营养琼 脂和n b b - a 培养基上，分别置3 7 0 5 和2 6 0 5 的培养箱中有氧培养2 d 、 厌氧培养5 d 。 2 2 4 2 麦汁、发酵液、残酒的取样及检测 先放掉存留在取样口至罐体或主管道中的水，用酒精冲洗取样阀口的内部和 外部，火焰灭菌，再放掉一部分样品直至样品冷却完全，再打开取样瓶迅速在火 焰下取足够量的样品，取样完毕立即将取样瓶的瓶口和瓶盖经火焰灭菌后上盖封 紧，关闭取样阀。按照g b ，r 4 7 8 9 2 2 0 0 3 l s j 中7 1 5 规定浇注于营养琼脂培养皿 和n b b - a 培养皿，将检测好氧菌的培养基放置于3 7 0 5 的恒温箱中培养2 d ， 检测厌氧菌的培养皿经厌氧处理后置2 6 o 5 的生化培养箱中培养5 d 。 2 2 4 3 清酒、无菌水取样及检测 按发酵液取样方法取得足量样品，在无菌操作台上采用0 2 岫的膜过滤方法 对样品进行处理，每个样品分别过滤1 0 0 n 1 l 、5 0 m l ，滤后膜片分别平放在营养 琼脂、和n b b - a 培养基上，将检测好氧菌的培养基放置于3 7 o 5 的恒温箱中 培养2 d ，检测厌氧菌的培养皿经厌氧处理后置2 6 o 5 的生化培养箱中培养5 d 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 微生物检澳l 计划及判定标准 微生物检测的目的在于能够及时掌握微生物控制的效果，并能够及时发现导 致微生物的原因，以便及时采取纠正及预防措施，使每个酿造环节的微生物状况 始终处于手控状态，从而保证啤酒生产过程的顺利进行。由于对啤酒每个生产环 节进行连续微生物检测是有困难的，所以有必要对这些位点进行类别划分，尽可 能减少取样位点的数量及检测频次，实现微生物的经济管理。 可以将那些能够反映多个生产环节微生物控制状况的取样点，可定义为一级 微生物取样位点，只反映单一生产环节微生物控制状况的取样点，可以定义为二 级微生物取样位点。为了能够及时发现问题，应加大一级取样位点的检测频次。 由于各生产企业自身的过程控制水平存在差异，实际的取样频次要求也是不一样 的。但整体上讲，一级取样位点的取样频次应高于二级取样位点的检测频次，且 二级取样位点应采取定期取样检测的方法给予关注。表2 1 给出一个范例。 2 3 2 麦汁冷却及充氧 充氧冷却麦汁的微生物含量反映了冷麦汁、充氧空气、薄板换热器、麦汁输 送管道的综合卫生状况【9 】，反映了酿造酵母受到微生物污染的潜在可能性。2 0 0 3 年度充氧冷却麦汁的微生物检测结果如表2 2 所示。 7 江南大学工程硕士学位论文纯生啤酒关键技术的研究 充氧麦汁 1 2 次，周 1 个，m lo 个，m l 4 i l 充氧无菌空气 21 冽周 1 个，l o n 血0 个，1 0 m i n 进罐 杀菌后残酒 2 1 次2 周1 个a 1 1 lo 个，m l 无菌n 2 或c 0 2 2 1 次，周1 个，1 0 m i no 个，1 0 m i n一 充氧冷麦汁( 个m l ) 1 0 无菌空气( 个l o m 蛐 2 o o 1 o 3 0 o o 0 0 由表2 1 可知，采用o 0 2 u m 绝对孔径的无菌膜过滤器处理充氧空气是安全 的，能够满足生产要求。这使得冷麦汁的微生物污染源集中体现在薄板换热器及 麦汁管道的清洗、杀菌效果上。因薄板换热器每冷却一批麦汁进行一次热水杀菌， 每冷却三批麦汁进行一次碱性清洗、杀菌，有效保障了设备的卫生状况，使得冷 麦汁的微生物在一般情况下都可达标。但是，在这种高强度的杀菌工艺下，仍发 现两种特殊情况会导致麦汁污染微生物： ( 1 ) 薄板换热器的密封垫圈受损或密封不严； ( 2 ) c i p 泵磨损，使碱液、热水流量供应不足，造成薄板换热器内部出现卫生死角。 麦汁充氧装置一般采用文丘里管，该装置利用麦汁流动过程产生的负压将无 菌压缩空气吸入麦汁并进行强烈混合。在麦汁流速低或非正常生产状态下，容易 出现麦汁倒流入无菌压缩空气管道的现象，并使该段管道成为微生物生长的温 床。为了预防该现象发生，应该在无菌压缩空气管道的紧邻文丘里管处串连两个 逆止阀。此外，还应该为无菌压缩空气管道设计液体清洗功能，确保即使发生了 麦汁倒流现象，也能够及时清洗、杀菌。 通常采用玻璃转子流量计控制麦汁充氧量，当玻璃转子流量计受到麦汁污染 后，出于安全方面的考虑，需人工卸下清洗，而不能采用蒸汽灭菌的方法，使微 生物控制出现隐患。因此，建议采用带有4 - 2 0 i n a 输出功能的金属管转子流量计 2 纯生啤酒酿造过程的污染微生物及关键控制点 或气体质量流量计采集气体流量，并结合麦汁流量信号，实现自动充氧。因无菌 压缩空气中含有7 8 的难溶于麦汁的n 2 ，使充氧后麦汁含大量气泡，并呈现乳 白色，因此不宜使用溶解氧在线测定仪检测、控制麦汁充氧量。 2 3 3 残酒灭菌 包装车间一次灌装不合格的残酒经常被收集，进行灭菌处理后与麦汁混合进 入发酵罐，通过二次发酵的方法回收利用。残酒的灭菌可以采用与热麦汁定量混 合的方法实现，也可以采用瞬间高温灭菌的方法实现。实践证明，第二种处理方 法需要更高的系统设计水平及更仔细的维护，否则容易导致微生物污染。 残酒瞬间灭菌系统的主体设备也是薄板换热器。残酒经9 0 高温灭菌后， 采用底进上出的方式流经一个温度维持罐，9 0 的残酒在维持罐中停留9 0 s 后冷 却到6 。处理残酒之前，使用热水对系统进行杀菌，处理完残酒后，采用热碱 对系统进行清洗、杀菌。 该残酒处理系统的设计漏洞在于温度维持罐。考虑到高温残酒本身具有灭菌 功能，因此没有为维持罐设计专用的c 回路，只是让清洗薄板换热器的c 口 液流经该罐，起到一定的清洗、杀菌作用。系统运行第一年效果理想，但是后来 却发现处理后的残酒及添加残酒的发酵液微生物出现超标现象，如表2 3 所示。 表2 3 残酒微生物含量与发酵液微生物含量间的关系 由表2 3 可知，残酒灭菌不彻底是导致发酵液微生物污染的主要原因。将残 酒处理系统拆解后发现如下问题并予解决： ( 1 ) 因加热蒸气与残酒的温差较大以及c 口供液机械清洗力不足，导致薄板 换热器加热段的残酒侧严重结垢，使微生物大量滋生。可以采取的处理 方法是利用人工将污垢清理干净，并增大c 口泵的流量。 ( 2 ) 维持罐的机械清洗力度更小，更容易发生结垢。处理方法是改用温度维 持管保证残酒灭菌时间。 残酒处理后的微生物检测效果如表2 4 所示。 表2 4 残酒瞬间杀菌系统改进后的微生物检测结果 由表2 4 可知，残酒灭菌不彻底必然导致发酵液微生物不合格，并导致接种 9 江南大学工程硕士学位论文纯生啤酒关键技术的研究 酵母受到污染。出于安全性的考虑，有必要规定所有二次发酵酒生产的酵母均不 再用于接种。 2 3 4 麦汁输送及啤酒发酵 在实际生产中，酵母的微生物检测结果总是滞后的，因此不能根据微生物的 检测结果确定酵母是否应该使用。众所周知，随着酵母使用代数的增加，酵母泥 中的杂菌数量也越高。因此，酿造纯生啤酒时，通常使用代数较低的2 、3 代酵 母泥，以减少微生物污染的风险。普通啤酒的酵母使用代数控制在4 代以内，纯 生啤酒的酵母使用代数控制在2 、3 代，通过一年检测得到的微生物检测结果如 表2 5 所示。 表2 5 酵母代数对发酵液微生物含量的影响 由表2 5 可以看出，在不具备及时检测酵母泥微生物含量的条件下，选用代 数较低的酵母生产纯生啤酒，是控制啤酒发酵过程微生物含量的有效手段之一。 降糖结束之后，啤酒发酵进入升压及双乙酰还原阶段，此时酵母会大量凝聚 沉降。沉降的酵母因处于营养匮乏的环境中，开始发生死亡、自溶现象，这会导 致厌氧菌的大量繁殖，使接种酵母的微生物状况急剧恶化。为此，及时回收沉降 的种酵母并尽快用于再生产也是非常重要的。 充氧麦汁的微生物取样位点紧邻文丘里管，并不能反映进罐前麦汁的微生物 情况。表2 4 表示的是啤酒发酵2 3 d 后的微生物检测结果，普通酒和纯生酒都 存在好氧菌及厌氧菌超标的现象。在排除冷麦汁、充氧空气、残酒受到污染可能 性的前提下，麦汁输送管道及发酵罐的卫生状况成为重点怀疑对象。 麦汁中富含蛋白质、多酚、酒花树脂、8 一葡聚糖等成分，这些成分聚结所形 成的污垢会附着于设备内表面，成为微生物的栖息之所，逐渐形成菌膜、菌核， 增加清洗、杀菌的难度，使啤酒酵母逐渐受到污染，严重时会通过酵母传代污染 整个发酵罐区。 对于麦汁输送管道，应该在麦汁进入发酵罐之前取样进行微生物检测。然而， 由于投资的关系，很少有啤酒厂能够做到这点。那么完善麦汁管道清洗、杀菌制 度就成为重要的环节。根据好氧菌世代时间的不同及淡旺季生产频次的不同应建 立不同的清洗、杀菌制度。在生产旺季，各批次麦汁之间的时间间隔较短，糖化 车间需做到计划投料，保证麦汁进入新的发酵罐之前能够进行一次彻底的热水杀 菌，整条麦汁管道能够保证每星期进行一次碱性清洗、杀菌，这可以保证麦汁管 道的整体卫生状况不会恶化。麦汁的污染菌以好氧菌、尤其以肠道菌为主，肠道 菌的世代时间较短，为了防止好氧茵在麦汁满罐过程肆意繁殖，应该在麦汁冷却 1 0 2 纯生啤酒酿造过程的污染微生物及关键控制点 结束之后，及时将麦汁管道中的残留麦汁用热水顶净，并且做短暂的清洗( 如 5 m 岫，以此切断细菌繁殖的营养源。在生产淡季，麦汁各批次之间的间隔长达 4 h ，则要求每批麦汁冷却结束之后对麦汁管道进行热水短时间冲洗，在下批麦汁 冷却之前进行热水杀菌。 发酵罐的污垢组成比麦汁管道更为复杂，因此需要建立更为严格的清洗、杀 菌制度，开发更为灵活的工艺。该部分内容将在下一章节中讨论。 整改之后，2 0 0 4 年发酵液微生物检测结果如表2 6 所示。 表2 62 0 0 4 年发酵液微生物检测统计情况 根据表2 6 所示结果，纯生啤酒仍然使用2 、3 代酵母，普通啤酒则使用到4 代，由于麦汁管道卫生制度的改进，使传代酵母的质量也得到了提高，普通啤酒 尽管使用了较多的4 代酵母，但微生物状况却优于2 0 0 3 年度、接近2 0 0 4 年度纯 生啤酒发酵液。 2 3 5 无菌水制备 无菌水在啤酒厂微生物管理中占有很重要的位置，根据用途的不同，制备方 法也不同。啤酒厂无菌水的主要用途及制备方法如表2 7 所示。 表2 7 无菌水的主要用途及制备方法 c 口最终冲洗水会残留在被清洗设备的内表面，并且与物料混合。当无菌水 的微生物出现问题时，会直接导致物料遭受污染。 采用消毒剂法制备无菌水时，消毒剂的添加一般采用管道在线添加的方式， 无菌水则进入贮罐备用。因此需要定期对添加消毒剂之后及贮罐内的无菌水进行 微生物检测，以确认消毒剂的消毒效果及贮罐的卫生状况。无菌水罐内部液位的 变化会引起罐体内外的空气交流，并会导致无菌水的二次污染。虽然制备好的无 菌水中会有部分残留消毒剂的浓度，短时间内会抑制二次污染菌的繁殖，但是， 仍然需要对此引起高度重视。通常会给无菌水罐配置恒压阀、呼吸阀，并且使用 无菌空气保持罐内正压，杜绝环境空气进入无菌水罐。尽管如此，还是有必要定 期对无菌水输送管路及无菌水贮存罐进行清洗、杀菌。 经紫外线或无菌膜过滤除菌后的无菌水对外来的二次污染没有任何抵抗能 力，因此，紫外线杀菌装置及无菌膜过滤器一般安装于用水点之前，以便制备好 垩堕奎兰三堡堡主兰堡堡奎丝竺! 塑茎垦堡查箜旦圣i 的无菌水能够被及时使用、避免二次污染。反渗透处理后的软化水具有理想的洁 净度，可以用作紫外线灭菌、膜过滤除菌的源水，这可以保证紫外线灭菌的效果、 提高无菌膜过滤器的使用寿命。 2 0 0 3 年度无菌水微生物检测结果如表2 8 所示。 表2 82 0 0 3 年度无菌水微生物检测统计报表 2 3 6 无菌空气、c 0 2 、n 2 过滤 无菌空气、c 0 2 、n 2 的制备方法同麦汁充氧用的无菌压缩空气，均采用o 0 2 岬 的绝对精度的无菌膜过滤方法获得，整体的效果满足工艺要求。2 0 0 3 年无菌气 体中微生物的检测检测情况见表2 9 所示。 表2 92 0 0 3 年度无菌气体微生物检测统计报表 2 3 7 啤酒过滤及清酒输送 啤酒过滤系统主要由硅藻土过滤机、p p 过滤机、精过滤机等组成。 烛式硅藻土过滤机可以进行密闭式清洗、杀菌，有利于微生物控制，多为纯 生啤酒过滤系统所选用。p v p p 过滤机有水平圆盘式和烛式两种主要形式。烛式 p 甲过滤机不但能够实现与硅藻土过滤机同步清洗、灭菌，保证整个过滤系统 的卫生状况处于同步状态，而且还具备密封件少、维护费用低的特点，所以是配 置纯生啤酒过滤系统的首选。水平圆盘式p v p p 过滤机具有p v p p 装载量大的优 势，可以减少p v p p 再生频次，提高啤酒过滤系统的运转效率，但是在生产纯生 啤酒时，需考虑如何给已经存在于圆盘过滤网上的p v p p 灭菌的问题。为了防止 硅藻土泄漏到下游污染p v p p 以及防止p v p p 泄漏污染下游的精过滤机，在p v p p 过滤机的前后还需配置袋式捕集器。啤酒精过滤机有纸板过滤和膜过滤两种过滤 形式，膜式精过滤机采用深层有机膜作为过滤介质，膜组件安装于密闭的不锈钢 外壳内，能够实现自动的正向、反向清洗、杀菌，且避免了纸板精滤机常见的渗 酒现象，所以使用的厂家越来越多。如上所述，比较好的纯生啤酒过滤系统应该 2 纯生啤酒酿造过程的污染微生物及关键控制点 由烛式硅藻土过滤机、烛式p v p p 过滤机、膜式精过滤机组成。 啤酒过滤系统的设备往往由多家供应商提供，并配置有相互独立的c i p 程 序，因此接口问题显得尤为重要。全自动过滤系统常采用双座阀连接各设备，并 且为每个过滤单元配置独立的c 口进出口。整个啤酒过滤系统，除了模式精过滤 机的清洗、杀菌温度不能过高外，硅藻土过滤机及p v p p 过滤机的清洗、杀菌条 件是一样的，因此，更进一步的做法是由硅藻土过滤机厂家提供两机台串连杀菌 的程序，以减少c 口站的负荷、缩短c 口时间、提高过滤系统的运转效率。啤酒 膜式精过滤机的灭菌温度较低( 5 0 6 0 ) ，且所需c 口液的量较少，可单独为其配 置一个小容量碱罐，热水则采用8 0 热水在线调配冷水的方法提供。 实现烛式硅藻土及p 甲过滤机的稳定过滤，需在过滤主机的前后配置缓冲 罐，以维持过滤机输入、输出端的恒定压力，减少滤烛上硅藻土及p 、，p p 涂层的 压力波动，提高涂层质量。硅藻土过滤机与p v 】p p 过滤机可以合用一套缓冲罐。 因缓冲罐内存在c 0 2 气体，因此在执行碱性清洗、杀菌工艺时，需要预先使用 压缩空气对其进行置换，再次投入使用之前，还需要使用无菌c 0 2 将空气置换 出来，这些额外的工作延长了过滤系统清洗、杀菌的时间，降低了过滤系统的运 转效率。因此，缓冲罐清洗、杀菌应独立进行，并且不能于过滤主机共用一套 c 口罐。 综上所述，从清洗参数、系统效率的角度考虑，整个啤酒过滤系统应该配置 三套能够独立运行的c 口系统，。一套用于缓冲罐、一套用于硅藻土及p v p p 过滤 机、一套用于膜式精过滤机。 啤酒过滤系统是啤酒厂核心设备之一，卫生工作应以日常维护为主，保障每 星期进行一次彻底的碱性清洗、杀菌，每天进行一次热水杀菌。额外的要求生产 纯生啤酒前进行碱性清洗会增加生产成本，降低设备的运转率。 p v p p 需定期采用热碱再生，且始终保存于8 0 以上的热水之中，可以排除 污染微生物的可能性。硅藻土、硅胶、单宁酸、四氢等助滤剂、稳定剂应保持包 装的完整性，并贮存于干燥通风的环境中，减少污染微生物的几率。此外过滤助 剂、啤酒稳定剂的配制过程应在无菌c 0 2 或n 2 的保护下进行，减少溶解氧及微 生物的侵入。由于这种污染在操作过程中是不能完全杜绝的，因此这些物料应该 在过滤系统的前缓冲罐之前的管道上添加，以保证过滤系统能够将微量的污染微 生物去除掉。 为了减少c 0 2 损耗，清酒罐通常采用酸洗剂及消毒剂联合清洗、杀菌工艺， 定期采用碱性清洗、杀菌工艺。 2 0 0 3 年度啤酒过滤系统微生物检测结果如表2 1 0 所示。 由表2 1 0 可以看出，啤酒过滤各阶段清酒的微生物含量整体上是比较好的， 虽然硅藻土过滤后、p v p p 过滤后、满罐清酒的微生物含量出现过个别批次不合 格，但膜精滤后及无菌膜过滤后的清酒合格率均为1 0 0 。 江南大学工程硕士学位论文 纯生啤酒关键技术的研究 表2 1 02 0 0 3 年度啤酒过滤系统微生物检测统计报表 2 4 小结 1 ) 能够反映多个生产环节微生物控制状况的取样点，可定义为一级微生物取样 位点，只反映单一生产环节微生物控制状况的取样点，可以定义为二级微生 物取样位点。一级取样位点的检测频次应高于二级取样位点的检测频次，且 二级取样位点适合采取定期取样检测的方法给予关注。 2 ) 麦汁冷却的薄板换热器及其清洗设备，应防止泄漏及清洗、杀菌不彻底现象； 推荐用无菌压缩空气管道配置液体清洗接口，并在空气管道上紧邻麦汁管道 充氧点位置串连两个逆止阀，防止麦汁窜入无菌压缩空气管道。根据污染菌 的特性及淡旺季生产的频次建立不同的管道清洗杀菌制度。 3 ) 有必要规定所有二次发酵酒生产的酵母不再用于麦汁接种；应使用尽可能早