动态低压煮沸-- 译文

动态低压煮沸——麦汁煮沸技术的发展现状

麦汁煮沸的目的

●对可挥发性芳香组分的汽提；

●蛋白组分的凝聚；

●酒花及酒花制品的异构化；

●煮沸过程中避免吸氧；

●加热及煮沸的最小耗能；

●沉淀槽中热凝固物的良好分离。

最佳的技术结果只能来源于对煮沸过程的整体把握。

麦汁加热到沸腾温度

过滤麦汁在大约72℃时被转移到煮沸锅中，并被加热。在加热过程中，麦汁继续以72℃的温度进入煮沸锅。这样在煮沸锅中形成不均一的麦汁混合物，不同温度的麦汁进到内加热器的底部。

“较冷的”麦汁破坏了加热管中的热平衡，从而打断了向上流。这个物理过程可以在带有内加热器的煮沸锅中观察到，这就是酿造者常说的内加热器震动。

这种物理现象可以通过改变加热方法来避免，即改善煮沸锅中温度的均一分布；

1．根据一项专利技术，使用循环泵强制麦汁在内加热器中流动，可以产生连续流；

2．麦汁通过板式热交换器进行预加热，可以是：(a)蒸汽加热（由于较高的壁温，有蛋白组分凝聚的风险）。或者(b)热水加热（避免了不必要的提前凝聚）。

在具有能量贮存系统的啤酒厂里（图1），从贮能罐中出来的97℃的水（循环水），在第二个板式热交换器（Booster HEX）中被蒸汽加热到101℃。该热循环水逐渐把麦汁加热到期望的煮沸温度。

由于是用水作为热交换介质，麦汁一面的壁温低于麦汁的沸点，有效地减少了不必要的蛋白组分提前凝聚。由于循环水最终仍然以78℃返回到贮能罐，这项工序并不影响啤酒厂的热水平衡。从煮沸过程蒸汽中回收的占全部蒸发量的5%的能量完全可以用于麦汁的预加热。

图1 配有能量贮存和“Booster HEX”的麦汁预加热

在酿造过程的开始阶段，用蒸汽加热的Booster热交换器也可以用于贮能罐的加热。而没有能量贮存系统的啤酒厂则使用来自80℃热水罐的热水，这和上面的过程类似（图2）。80℃的热水在Booster热交换器中被蒸汽加热到101℃，并在煮沸完成后于80℃左右返回到热水罐中。所以这种衍生的方法也不会对啤酒厂的热水平衡产生任何影响。

整合了这种麦汁预加热过程的啤酒厂就能避免内加热器的震动。降低麦汁热应力的同时，有助于对麦汁中的泡沫蛋白组分作温和处理。由于煮沸锅中温度的连续分布，在煮沸步骤中内加热器的突然启动以及麦汁在搅拌器周围的良好分布都可以实现。

动态低压煮沸

许多几何参数都必须和煮沸锅的设计相配套：内加热器和锥形盖，二级分配器及其在煮沸锅中的位置。对于可挥发物的汽提，霍夫曼公司在“中国帽子”麦汁分配器的基础上，开发了二级分配装置（图3），这种装置能让麦汁到达麦汁表面两个不同位置，并配有垂直部件，以提高去除麦汁中有害芳香物质的效率。

对于内加热器的锥形盖和麦汁分配器的设计来说，目标是在麦汁煮过程中，锅里形成一种循环运动。在一个小时的煮沸时间里．锅里的麦汁循环20～30次，完全避免了死角。

设备的设计与工艺的改革相结合，不仅减少了煮沸时间和蒸发率，也对啤酒质量产生了积极的影响。

动态低压煮沸的过程分成以下三个步骤：

● 常压下的预煮沸是为了除去煮沸锅、压力调节系统和蒸汽冷凝器中的空

气； ● 在煮沸锅中增压．然后再释放压力，这个过程重复6次(图4)； ● 常压下的后煮沸使麦汁达到需要的浓度。

图2 配有80℃热水罐和“Booster HEX ”的麦汁预加热

图3 二级麦汁搅拌器

图4 增压和汽提

在煮沸锅烟道阀附近安装一个旁路控制阀，结合蒸汽冷凝器流通速度的控制，使锅内的压力在规定时间内达到150mbar。能量通过内加热器将麦汁加热到103℃的沸点。

当达到设定的最高压力时，便开始减压。煮沸锅内的压力以一定速率降低到50mbar。压力降低的同时，相应的沸点也降低到101℃，并且整个锅内都产生气泡。

这种称之为“瞬间蒸发”的过程是动态低压煮沸与其他煮沸方法最主要的区别，它对可挥发物的汽提效果很好。而对于使用内加热器或外加热器的常压煮沸，包括使用双层加热锥体的煮沸方法来说，只有和加热面接触的麦汁达到或超过其沸点。

麦汁中到处都产生气泡。增大麦汁和蒸汽间的接触面积能够提高对有害风味物质的汽提，同时也有利于热凝固物的凝聚。上升的汽泡同时也产生一些泡沫。内加热器在减压步骤中仍然工作，麦汁从搅拌器上喷洒下来，可以避免溢锅现象。

供能升压和瞬间蒸发降压过程大约重复六次。最后，压力降低到常压状态。后面一步的作用，是使麦汁达到要求的浓度。采用这种煮沸方法，可以在45～50min内完成煮沸，保证蒸发率在3.5～5.0%。

对质量诸因素的高要求，使最后一次洗糟在较高的浓度下终止成为可能，其它影响该过程的参数与麦芽价格、浸出物损失以及所需的蒸发率有关。

从初始能量的实际价格考虑，降低浸出物收率及节能的综合效果是非常经济的。

除了经济上的优势，降低蒸发率也有利于环境保护。麦汁加热如果结合了能量贮存系统，和采用常压煮沸的技术相比，其CO2排放甚至可以减少50%，这和京都会议的指标相吻合。

表1 动态低压煮沸试验的分析结果

表1是在一家德国啤酒厂中进行的试验分析结果，用46min，总的蒸发率能够达到4.4～4.9%。蛋白组分达到较高的质量标准，最后麦汁中游离的DMS含量低于检测限值。最终麦汁中总的DMS含量低于75mg/L，对于欧洲啤酒来说，这是非常好的结果。

表2 动态低压煮沸对泡沫的影响

在另外两个啤酒厂，我们检测了动态低压煮沸对啤酒泡沫的影响（表2）。更新了原有的煮沸方法，蒸发率降低到4.5%。

在这两个啤酒厂中，泡沫NIBEM测定均增加了大约50sec。这样，A厂就从泡沫中级上升到泡沫高级，C厂则达到了一级泡沫值。

降低蒸发率和能量回收系统的安装对啤酒厂的能耗有显著影响。表3中可以看出两个啤酒厂的代表性数据，蒸汽消耗用kg/hl冷麦汁表示。

B厂采用浸出糖化法，从52℃开始，加热到75℃需要3.62kg蒸汽/hl冷麦汁。如果没有能量回收系统，将过滤麦汁从72℃加热到沸点还需要5.98kg蒸汽/hl冷麦汁。