小麦啤酒生产工艺的研究.docx

小麦啤酒生产工艺的研究李家飚1 , 王兰2 , 肖冬光2 , 白现红1 , 李珍1 , 朱庆计1( 11 山东华狮啤酒有限公司 , 山东 淄搏 256100 ;21 天津轻工业学院 , 天津 300222)摘 要 探讨了小麦啤酒的生产工艺 。糖化采用一次煮出糖化法 , 程序升温进行蛋白休止 。采用上面发酵酵母 , 2223 高温发酵 , 其发酵度快 , 双乙酰还原迅速 , 成品双乙酰含量低 。此 发酵工艺所生产的啤酒新颖独特 , 风味上较普通大麦啤酒有显著特点 。关键词 小麦啤酒 ;蛋白休止 ;上面酵母 ;高温发酵中图分类号 :TS26215 ; TS26114文献标识码 :A1 原料的选择为了选择出适合于小麦啤酒酿造的小麦麦芽 , 我们进行了不同品种小麦的制麦及酿造实验 , 结果表 明 :不同品种的小麦麦芽质量分析数值差别很大 。对于蛋白质含量低的小麦 , 其麦芽浸出物含量较高 ,表 1小麦麦芽质量指标一般要高出优级大麦 5 %左右 。小麦麦芽蛋白质溶解较好 , 高 分 子 氮 含 量 较 高 , 而 甲 醛 氮 含 量 偏 低 ,小麦麦芽的色度因品种不同差别较大 。由此 可看出 , 蛋白质含量较低的冬小麦所制麦芽比蛋 白质含量高的春小麦更适合于小麦啤酒酿造 。小 麦麦芽的质量指标见表 1 。2 糖化工艺的选择项目分析结果水分 , %糖化时间 , min色度 , EBC无水浸出率 , %- 氨基氮 , mg/ 100g 干基糖化酵素力 , wk819104177717191281小麦的糖化方法有浸出糖化法 、程序升温浸出法 、一次煮出糖化法和二次煮出糖化法等 , 各种糖化方法均能够强化蛋白酶和肽酶对蛋白质的分解作用 , 利于麦汁中总可溶氮含量的提高 。在糖化过程中 增加一次或几次糖化醪煮沸能够促进凝固氮的凝集和在过滤时去除 , 这对高分子凝固氮含量较高的小 麦芽汁是有利的 。浸出糖化法纯粹利用了生化作用 , 通过酶的作用使麦芽中物质得以溶解 ; 而煮出糖化法 , 既有煮沸 过程的物理作用又有酶的生化作用 , 可以补救一些麦芽溶解不良的缺点 。在糖化过程中增加了一次浓醪煮沸 , 不仅有利于增湿粉碎小麦芽糖化收得率的提高 , 同时也在糖化醪煮沸过程中凝固析出了高分子氮 ,这种现象在二次煮出糖化法中反映更明显 , 它更适合于蛋白质溶解不良的小麦芽的糖化 。而且 , 小 麦无皮壳 , 采用煮出法不太考虑皮壳中有害成分的过多溶出 , 所以 , 一次 、二次煮出糖化法更适于小麦芽为主的糖化过程 。我们根据原料的实际情况 , 拟采用一次煮出糖化法工艺 , 并对工艺参数作适当调整 。3 原料配比的选择在德国 , 酿造小麦啤酒也很少有用纯小麦芽的 , 因为单用小麦芽有很多的不足之处 , 通常添加部分 溶解良好的大麦芽来改善麦醪的过滤性能和弥补麦汁中 - 氨基氮的不足 。也有添加大米做辅料的 ,因大米含氮物低 , 含淀粉高 , 也会有较好的效果 , 还可以添加少量的焦香麦芽 , 以促进啤酒的丰满性和圆 润性 , 也有加少量黑麦芽的 。麦芽比例对麦汁成分的影响见表 2 。小麦芽具有较高的糖化力 , 由表 2 可看出 , 随着小麦芽比例的增加 , 糖化时间会缩短 ;但因小麦芽无皮壳 , 随着其比例的增加 , 粘度有所上升 , 过滤将越来越困难 ; 超过60 %, 其过滤时间会迅速上升 , 且其色度加深 。研究表明 , 可以通过增加小麦用量以使啤酒更醇厚 , 苦味 更为柔和 , 其最佳用量在 40 %60 %之间 。考虑到市场需求 , 因消费者对浅色啤酒有偏爱 , 而且根据糖 化设备的过滤能力 , 设计选用添加 50 %小麦芽的工艺 , 另外加 50 %的大麦芽以改善过滤 , 调节 - N 的收稿日期 :2000 - 06 - 302000 年第 5 期 ( 总第 140 期)No15 2000 Tol1140酿酒58 NIANGJ IU比例 , 其工艺过程可供参考 。4 麦汁制备配料为小麦芽 、大麦芽各 50 %, 糖化过程如图 1 所示 。糖化的目的是将淀粉 、蛋白质等大分子物质 分解成可溶性的小分子物质 。在糖化过程中应创造各种酶的适宜作用条件 , 使之在能量消耗尽量少的 条件下 , 获得较高浸出率和理想的麦汁组成 。表 2麦芽比例对麦汁成分的影响小麦芽/ 大麦芽20/ 8040/ 6060/ 4082/ 20糖化时间 ,2m1 in过滤速度 , min/ 2000ml色度 , EBC粘度 , CP凝固氮 , mg/ 100ml永久可溶氮 , mg/ 100ml - 氨基氮 mg/ 100ml26650818118241891191121113321815195114810525659913118971711713205114112121646118107231245101821031010511216192174319121743138113645813117331512015224122612151757178116隆丁A B C区分总还原糖 , %图 1 糖化全过程图解如图 1 所示 , 糖化料水比为 1318 , 升温至 37 投入大麦芽浸泡半小时 , 此间可浸出各种酶 , 提高酶的活力 , 同时将高分子氮转换成可溶性的低分子氮 。即将升温前加小麦芽 , 经十分钟升温至 44 , 此温 度是利于- 葡聚糖酶的作用 , 将多糖分解成易于被利用的单糖 , 同时蛋白酶的分解 , 有机磷酸的分解 ,R - 酶对支链淀粉的解支作用都开始进行 。此时加入少量焦香麦芽 , 完善啤酒的圆润性和醇厚感 , 十五 分钟后升温至 48 , 蛋白质继续分解形成多量的低分子含氮物质 , 为酵母繁殖提供营养 , R - 酶和界限 糊精酶对支链淀粉继续解支分解 , 此时加入淀粉酶更利于淀粉的分解 , 同时- 葡聚糖 、有机磷酸盐也 继续分解 。十分钟后加入甲醛( 利于形成甲醛氮 , 杀菌) , 升温至 55 , 以使内肽酶充分作用 , 形成大量 的可溶性氮 , 有利于降低啤酒的表面张力 , 有利于泡持性并增加醇厚感 。- 淀粉酶的最适作用温度是60 63 范围 , 本工艺升温至 62 使其充分作用 , 形成大量的麦芽糖 , 最终被酵母酵解利用 。升至此 温十五分钟后即分出三分之一醪液 , 升温至 72 分解淀粉 , 使 - 淀粉酶充分作用 , 形成大量短链糊精 ,利于泡持和醇厚感 , 但- 淀粉酶 、内肽酶失活 , 降低了可发酵性糖的生成 。此温下不断进行碘检 , 直至淀粉被充分分解 , 约二十分钟后升温煮沸 , 其余的三分之二醪液继续于 62 保温一小时 , 使充分形成大 量麦芽糖 。之后与煮沸的三分之一醪液合醪 , 碘检 , 淀粉分解完全后升温至 78 , 过滤 。5 麦汁煮沸及酒花添加由于小麦蛋白质含量高 , 且麦汁中含有较多的可凝固蛋白组分 。为了促进麦汁中的凝固氮的去除 , 在麦汁煮沸时常采取一些强化措施 , 方法有二 : 提高煮沸温度 , 由 100 提高到 120 煮沸 30min , 麦汁 中凝固氮含量可下降 8115 %; 延长煮沸时间 , 在 100 下煮沸时间由 90min 延长到 150min ,麦汁中残留 凝固氮可下降 4317 %, 两种方法煮沸的结果都使麦汁色度加深 , 本工艺按常法于 100 煮沸 90min 。由于小麦麦芽的苦味质含量较少 , 因此首先要把甜味蒸发掉 , 并且添加适量的酒花 , 为利于蛋白质沉淀 , 加富含鞣质的酒花较好 。一般情况下要将酒花一次或最多两次添加完毕 , 酒花煮沸的平均时间是90min110min ,但由于酒花油易挥发 , 会有损期望的酒花香味 , 所以拟在煮沸结束前 10min 加五分之一 量的酒花 , 着重增加酒花香味 。这样酒花即分三次添加 , 第一次是在初沸 10min 加 1/ 5 , 作用是压泡 ; 第 二次是初沸后 40min45min ,加 3/ 5 , 作用是浸出苦味质 ;第三次是在煮沸结束前 10min 加 1/ 5 量酒花 。 啤酒中原麦汁含量越高也就可以加更多的酒花 , 不同原麦汁浓度与苦味物质的关系见表 3 。由此糖化法制得的麦汁经煮沸 , 冷却后化验其理化指标 , 结果见表 4 。由表 4 可知所制的麦汁 p H、 总酸较适中 , 色度 、浊度比较高 , 这是因为小麦芽比大麦芽制得的麦芽汁色度高 , 其中又没有大米做辅 料 , 所以色度较高 。小麦的蛋白质含量( 12 %13 %) 比大麦高( 约 9 %) ,可使泡沫更丰富 , 但容易造成冷混浊 , 这就是麦汁浊度高的原因 。为了降低麦汁及酿出啤酒的浊度 , 增加非生物稳定性 , 可在煮沸时加2000 年第 5 期 ( 总第 140 期)No15 2000 Tol1140酿酒NIANGJ IU59 表 3 原麦汁浓度与苦味质的对应关系20mg/ kg 的澄清剂和 100mg/ kg 的 复 合 硅 胶 以 吸附沉淀部分蛋白质颗粒及多酚物质 , 降低麦汁 、啤 酒的浊度 、色度 。还可以添加部分单宁 , 以降低麦 汁中凝固性氮 , 前苏联 、捷克已将单宁作为一种啤 酒稳定剂用于酿造 , 我国部分厂家也已利用 。原麦汁浓度EBC BE1115 %12 %1210 %1215 %1215 %1310 %101412161418 1310 %1315 % 1620 表 4麦汁理化数据麦汁浓度色度浊度总酸麦芽糖- N苦味值p H 值 ( %) ( EBC) ( EBC) ( 1M NaO H/ 100 ml) % ( mg/ L) ( BU) 121519 1910 19130 5170 2101 1105 246 24 6 发酵工艺德国小麦啤酒生产有二种发酵方式 :其一是利用上面酵母进行上面发酵的方式 ;其二是利用上面酵 母进行前发酵 , 再利用下面酵母进行后发酵 , 称为“混合发酵”的方式 。由于德国啤酒酿造受酒法约束 ,严格限制小麦芽在下面发酵方式中的使用 , 其小麦啤酒大多采用上面发酵工艺 , 发酵温度较高 , 一般是16 24 。我们采用上面酵母的发酵方式 , 以“一罐法”发酵 。611 一罐法发酵工艺61111 第一锅麦汁冷却至温度 17 进增殖罐 , 每 10min 通风 2min , 待外观糖度降至 717810 BX 时 , 泵 入发酵罐 , 停止通风 。611126111361114第二 、三锅麦汁冷却至 16 , 直接泵入发酵罐 , 边进边通风 。酵母添加量按 8 添加 。满罐后温度自然升至 22 23 控温 , 满罐 13h 后测糖 , 24h 后排杂质 , 当外观糖度到 6 BX 时封罐升压到 213kg/ cm2 , 保压 3d 后测双乙酰 , 连续测三天待双乙酰降到 0108mg/ L 开始降温 , 并同时排压到 114kg/ cm2 , 在 2d 内把温度降到 01 , 保温后把压力排到 0175kg/ cm2 , 并保压 。降温时一定要注意 不要降至 - 115 以下 , 以免影响啤酒质量 , 导致结冰 , 温度降下来后 , 不要放压太快 , 以免溢出泡沫 。61115 保温 10d 后开始滤酒 , 滤酒前一天排杂质 。工艺控制曲线见图 2 , 由图 2 可以看出发酵液温度由起发温度 16 左右自然升温较快 , 到第三天即 达到 23 左右 , 此温下降双乙酰较快 , 到约第八天 , 双乙酰降到 0108mg/ L 以下 , 此时就可降温 , 前三天 迅速下降 , 接近 0 时变得缓慢 。糖度在起发前的几天迅速下降 , 约三天时间糖度即可达 6 BX, 此时即封罐升压 , 压力迅速达到 213kg/ cm2 , 此压力下约三天双乙酰即能达到所要求值 , 压力降到 114kg/ cm2 ,二天内温度降到 1 以下 , 再排压至 0185kg/ cm2 , 保压 , 糖度前三天下降快 , 第四 、五天较慢 , 第六天以后 基本不降了 , 残糖 21356 BX。此工艺方法的酵母回收量很少 , 一般 300m3 的罐每只回收 500800kg 左右 , 这是发酵中的弊端 , 造 成这种结果是由酵母因素决定的 。上面酵母凝集性差 , 多随着 CO2 和泡沫漂浮在酒液中 , 只有少部分 沉积 , 所以回收量少 , 每次发酵时须另扩培 , 添加部分酵母 , 致使酵母代数不一致 , 对发酵不利 , 同时由于 酵母悬浮于酒液中 , 造成滤酒困难 , 这也是生产中有待解决的问题 。612 双乙酰的产生与还原双乙酰( 联二酮) 是啤酒酵母代谢发酵过程附 产物之一 , 它与乙醛 、硫化氢构成啤酒中的生酒味物质 , 使啤酒产生馊饭味 , 其感观阈值很低 , 只有0115mg/ L ,所以双乙酰在啤酒中的含量通常用来 衡量啤酒的成熟度 , 是啤酒生产中被严格控制的 质量指标之一 , 双乙酰发酵曲线如图 3 所示 。双乙酰主 要 是 发 酵 前 期 产 生 的 。发 酵 开 始 后 ,双乙酰含量逐步上升 , 达到峰值开始下降 , 其 上升 、下降速度都比较快 , 维持高浓度的时间也较图 2 双乙酰发酵曲线短 , 约三天即可降到 0108mg/ L 以下 , 滤酒时双乙2000 年第 5 期 ( 总第 140 期)No15 2000 Tol1140酿酒60 NIANGJ IU酰降到 010400mg/ L 。1968 年 , Suomala inen 3 等人指出双乙酰是酵母进行氨基酸代谢的产物 , 其直接的前体物质是 - 乙 酰乳酸 。发酵温度提高 , 使得酵母对氨基酸代谢活跃 , 中间产物乙酰乳酸生成量加大 , 由乙酰乳酸形成 双乙酰的量增多 , 这就是发酵前期双乙酰含量上升快 , 峰值高的原因 。高温发酵同时还使得生成的双乙 酰还原加快 , 中后期双乙酰含量迅速下降 , 使得最终啤酒中双乙酰含量比较低 。所以有人提倡以高温发 酵作为降低双乙酰含量的措施之一 , 此法是行之有效的 。图 3一罐法发酵曲线7 过滤及灌装711 过滤因上面酵母凝集性差 , 绝大多数酵母悬浮于 酒液之中 , 且其酒液粘度较高 , 故在没有附加过滤 设备的条件下 , 对其过滤是十分困难的 。上面发酵啤酒( 小麦啤酒) 和下面发酵啤酒在 过滤之前的情况如表 6 。表 6 小麦啤酒与下面发酵啤酒特性比较式 , 具体如表 7 。表 7助滤剂使用方案粗土细土珍珠岩 纤维素操作 ( kg) ( kg) ( kg) ( kg) 第一次预涂第二次预涂第一次添加第二次添加第 n 次添加一次滤酒量20105121812181053123122511181118112112114080( T)项目小麦啤酒下面发酵啤酒说明 : 纸板过滤总面 积 为 96m2 。 在 过 滤 下 面 啤 酒时 , 一次性滤酒量在 250 T 左右 。表 8 小麦啤酒与下面发酵啤酒过滤消耗情况比较细胞数( 个/ mL) ( 711815) 107 ( 015110) 107粘度( Pa . S) ( 11651169) 10 - (311501158) 10 - 3项目小麦啤酒 下面啤酒说明吨酒耗土( kg/ L) 316吨酒耗纤维( kg/ L) 0131117无由表 6 可知 , 小麦啤酒的酒液中悬浮有大量酵母 , 且其浊度 、粘度也较高 , 故其过滤将会很困 难 。针对此问题采取了不同于下面啤酒的过滤方因一次性滤酒太少 , 导致损耗过高210 %117 %滤酒损失( %)2000 年第 5 期 ( 总第 140 期)No15 2000 Tol1140酿酒NIANGJ IU61 小麦啤酒和下面啤酒过滤消耗情况如表 8 。由表 7 和表 8 可以看出 , 发酵液中的酵母 , 在预先没有处理的情况下 , 即使在过滤质 、添加方式添加比例上采取了相当的措施 , 效果也是十分的不理想 。 如果在滤酒前 , 把发酵液通过离心机处理 , 除去大部分的酵母 , 其过滤效果可能会好得多 。712 灌装表 9小麦啤酒理化分析表清酒在罐中稳定 8h 后 , 开始灌装 , 整个过程用高纯度 CO2 进行背压和保压 , 装酒采用滴水引 沫和二次抽真空 , 使瓶颈空气小于 115mL 。所生产成品酒 , 酒体清亮透明 , 泡沫十分细腻 洁白 , 泡持性好 , 口感醇厚 , 杀口力强 , 口味纯正 , 酒体柔和 , 其理化指标如表 9 。分析结果除色度 、浊度较高外 , 其它均达到理想目标 , 投入市场后受到广大消费者的好评 , 给啤 酒市场带来了新的生机和活力 。8 总结4160泡沫持久力350 Sp H值910cm3175012145701010 EBC3140 EBC总酸 2113( 1M NaO H/ 100mL)泡沫高度真正浓度 原麦汁浓度真正发酵度色度 浊度112mL01516 %41499 %010612mg/ L瓶颈空气CO2 酒精 双乙酰811 小麦啤酒在我国属新课题 , 国内大批量酿制的厂家还不多 。在原料选用 , 酿制适合我国消费者口味的小麦啤酒的工艺等方面还在进一步探索之中 。812 糖化工艺采用一次煮出糖化法 , 程序升温进行蛋白质休止 , 在糖化前 , 蛋白质分解后增加一次分醪 煮沸对小麦啤酒酿造是有利的 。813 50 %小麦麦芽和 50 %大麦麦芽共同发酵的配料比 , 对啤酒的口感和泡沫都有好的作用 。814 采用上面酵母 , 一罐法在高温条件发酵较优 , 其发酵速度快 , 发酵度高 , 啤酒的双乙酰含量低 , 酯和 高级醇含量较适中 , 风味独特 。815 采用高温高压上面酵母发酵 , 根据啤酒中 CO2 饱和量控制图控制温度和压力 , 确保 CO2 在啤酒中 含量充足 。816 小麦啤酒的过滤尚属一道难题 , 还需进一步探讨 。817 装酒过程采用滴水引沫 , 使瓶颈空气较低 。 参考文献 1 史密特 1 格莱夫芬 1 小麦啤酒概况M 13 - 51 2 张云瑞 1 简明啤酒工艺学M 1 山东大学出版社 ,19971 3Suomala inen . NatureJ 1 ,1968 , ( 220) :92 - 931 4Presco H. Dunn . Lndustral MicrobiolkgyM11982 , ( 4) :4141 5Narziss. L . Bra uweltJ11983 , 123( 1) :198 - 1991 6 Kiencenger , H, Narziss ,L . , Miedaner , H. and Hecht , St . Monatsschrcft f iir . Bra uwissen chaff J. 1984 , 37( 1) 9 - 181 7 Prescott and Duns Industrial MicrobiologyJ 11982