05麦汁煮沸技术

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
0.8MPa 饱和蒸汽
0.3MPa 饱和蒸汽
蒸汽
麦汁
蒸汽
麦汁
不锈钢
不锈钢
有/无焦糊物质的加热界表面温度对比
• 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。
• 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Βιβλιοθήκη Baidu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。
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。
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。
酒花苦味物质在啤酒生产过程中的变化
苦味物质数量
酒花糟 凝固物 酒液泡盖和酵母 成品啤酒中剩余 20 50 10 20
相对苦味值
7 18 25 50
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。
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
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Â È æ Î ¶ [¡ ]
« ³ Í ¹ ó Ð ´ Í µ Ñ Ö ²
±ä Ê ¼ [min]
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。
麦汁的pH值对酒花异构的影响
麦汁pH
4.75
5.03 4.0 33.1
5.28 4.3 34.0
5.52 4.6 36.5
5.85 6.7 39.5
α － 酸 （ mg/L ） 3.4 异 α － 酸 （mg/L） 28.9
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。
4
1
5 6
3 2
7
煮沸锅二次蒸汽冷凝器
2 1 5 3 4 6 1－二次蒸汽进口 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
2
1bar
3 1.35bar 1 4 5
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
带能源储存的低压煮沸系统
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 问题区
混合区 活塞式 流动区
活塞式流动剖面图 自由射流剖面
煮沸锅中的温度检测位置
1
2 98 °C
76 ℃°C
3 7
8 9
5
无强制对流的煮沸温度变化曲线
加热管蒸汽侧分3个区
平滑层流区 波形层流区 湍流区
加热管麦汁侧分4个区
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 气泡完全沸腾区 气泡初沸区
过热蒸汽
气泡薄层区 加热区 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。
EBC单位(近似值) 满锅麦汁 定型麦汁 8.8 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。
常压煮沸过程的温度变化曲线
105 100 95
Â È æ Î ¶ [¡ ]
90 85 80 75 70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
« ³ £ ¹ ó Ð ´ Í ³ Ñ Ö ²
±ä Ê ¼ [min]
低压煮沸过程的温度变化曲线
104 102 100 98 96 94 92 90
麦汁煮沸技术 The Technology of Wort Boiling
Shandong Institute of Light Industry SBG
麦 汁 煮 沸 过 程 中 的 物 质 转 化
环保负荷? 蒸汽回收 冷凝水 满锅85℃
-水分蒸发 -DMS -酒花油 -其它不良香味物质 无冷凝水回锅 无空气带入
内煮沸器
2
1
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
3 5
4
6
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。
焦糊物质 142℃ 140℃ 过热麦汁， 形成含N杂环 化合物
158℃
126℃
蒸汽 100℃
麦汁
带 内 加 热 器 的 麦 汁 煮 沸 锅
1
2
5 4
6
3
7
8
9
11
10
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
• 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。
12 1 2 72 ℃ 8 9 10 ~102 3℃ 7 4 97 ℃ 11 98 ℃ 6 78 ℃ 8
80 ℃ 5
1－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
麦汁加热管中的流动
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
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
· 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
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。
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。
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。
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。