第二章麦汁制备(麦汁制备过程麦汁质量及能耗控制)

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表2-2-3 外加热煮沸锅煮沸效果
麦汁煮沸温度(℃) 煮沸时间(min) 循环次数(h-1) 蒸发量(%) 色度(EBC)
108 70 7 12 11.5
106 70 7 10 11.0
106 60 7 8.5 10.0
106 60 5.7 7.0 10.5
PH 二甲基硫(μg·L-1) 成品啤酒色度(EBC)
表2-2-5
煮沸(min)
15 30 45 60 120
100 ℃下煮沸时间与异构率的关系
异构率(%)
12 25 33 41 42
②变性絮凝蛋白质吸附:在热凝固物分离后将被除去,被吸附的减少量取决于煮 沸前麦汁含热凝固蛋白质量。高浓度麦汁、浸出法糖化等由于含热凝固蛋白 质多,吸附苦味物质也多。这部分约占酒花苦味物质的40%-60%。
15
麦汁情况
极混浊
混浊
较清絮状 清絮状块
如果每百升麦汁要降低PH0.1,可在麦汁中加37% HCl 4.5ml左右,
或用磷酸调节PH(数据仅供参考,不同的麦汁组成,其绶冲力差异较大,为 调节PH所加酸度调节剂的量亦有较大差别)。
(3)沸腾状态
变性后的不溶性线型蛋白质絮凝、结块要依赖于碰撞,煮沸中形成的气 泡迅速破碎也促进絮凝,气液界面-膜是蛋白质的浓缩物,膜的低表面张力, 促进了溶解蛋白凝聚(表2-2-3)。
我国啤酒厂目前使用的大多是苦型花,含精油仅为0.1%-0.75%,而香 型花含精油一般达到1.5%-2.5%,酒花中精油在煮沸时如果接触过多氧,很 容易氧化成脂肪臭。 (3)酒花的苦味物质
酒花的苦味物质在麦汁煮沸中变化十分复杂,随麦汁组分及煮沸条件的 不同有很大差别。
①一部分苦味物质溶解而进入麦汁,并在煮沸中不断变化。溶解进入麦汁的苦味 物质,随麦汁的PH不同,溶解度也不同(表2-2-4)。约占酒花苦味物质总 量的25%-35%溶解进入麦汁。
啤酒《酿酒师》职业资格培训教材
二级《酿酒师》
第二章《麦汁制备》 第二节《麦汁制备过程麦汁质量及能耗控制》
上接“麦汁制备过程中的计算”
一、学习目标
能调整麦汁煮沸工艺,优化麦汁质量指标;了解麦汁制备过程中各工序的 能耗状况,熟悉麦汁制备过程的节能降耗技术,并能灵活运用。
二、相差知识及生产技术管理方法
(2)PH
麦汁煮沸时间的PH取决于煮沸前混合麦汁的PH,在煮沸中由于热凝固 物蛋白质沉淀、磷酸盐形成等都会使PH上升,而由于酒花的溶解,温度升高 使氢离子解离增加,PH又会降低。综合PH变化在-0.2~0.4之间。
只有在等电点下,蛋白质表面电荷为零时絮凝效果最好。清蛋白等电点 PH为5.5 ~5.75,α-球蛋白(相对分子质量26000)PH愈接近5.2,煮 沸后变性蛋白质絮凝效果愈好(表2-2-2)。
变性的线状蛋白质,如果进一步丧失表面电荷,并受到激烈的搅拌,线
状蛋白就变成絮状(称“絮絮”),随着强烈加热和搅拌,絮状蛋白进一步 脱水,形成蛋白颗粒。
煮沸中蛋白质变性和絮絮条件为:
(1)温度和加热时间
麦汁被加热的温度愈高,变性愈充分,因此,近代较多采用高压或低压 煮沸(120 ℃ 或106-106 ℃ )。在常压下煮沸时间延长,能促进蛋白 质变性和絮凝,但如果超过2h,已经絮絮的蛋白质又会重新被打碎而分散, 使麦汁混浊,麦汁煮沸时间对煮沸效果的影响见(表2-2-1)。
量(mg/L)
冷麦汁 35 26 20 16 22
11
啤酒 29 21.5 15.5 13.2 20.5
8
啤酒保质期(周)
9 14 16 16 15
22
表2-2-2麦汁煮沸PH及效果(混合麦汁10.8°P、蒸发强度8%)
PH6.5
PH6.0
PH5.5
PH5.2
冷麦汁中热凝固氮(mg/L)
52
38
25
V1t
V1- V2 t=———×100……………………………………(2)
V1Φ
由(1)代入(2)式:
1-—B1 t=———B—2 —=100………………………………………(3)
φ 由(3)可知,当φ一定,需要煮沸的时间,仅仅决定于煮沸前后的浓度差,由此 可计算煮沸时间。 或改写(3)式
Φt B1 =(1 -—— )·B2 …………………………………(4)
表2-2-4酒花主要组分的溶解度(PH5.0)
α-酸 β-酸
25℃ 40 1.2
溶解度(mg/L)
100℃ 60 9.0
虽然麦汁PH越高,苦味物质溶解愈多,但此时以苦味酸盐形式溶解,结果 造成苦味粗糙而不愉快。
进入麦汁的苦味物质,在加热的情况下还会发生变化,如α-酸→异α-酸、 衍生-异α酸、α-软树脂,β-酸→β-软树脂。由α-酸形成的异α-酸,是 啤酒真正苦味来源的主部分。研究表明, α-酸异构化程度是温度的一次函 数(表2-2-5)。
蛇麻酮 40 20 10 5 3 / / / 3
葎草灵酮 希鲁酮
5
10
1
3
/
1
/
1
4
5
1
1
1
1
1
1
1
2
4)麦汁煮沸中的其他变化
(1)还原物质的生成
麦汁中还原物质来自于麦芽、酒花和在煮沸中生成,它主要包括如 下两类物质:还原糖及其生成物(如还原酮)、类黑精等为第一类,它 们很容易被氧化;第二类,来自于麦芽、酒花的多酚、酒花苦味物质、 少数带羰基的蛋白质等,它们的氧化作用较缓慢。
表2-2-1
麦汁煮沸时间和效果
效果项目
常压煮沸时间(h)
加压煮沸
0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 10.6℃/0.5h
蒸发水Biblioteka Baidu(%)
5.0 7.5 10.0 12.5 15
7.0
除去蛋白质(%)
5.4 6.2 7.7 8.5 8.4
9.5
热凝固蛋白质含 热麦汁 42 33 25 18
17
15
③从酒花中未萃取出来,残留在酒花糟中,此量随酒花添加的方法和时间不同而 有很大差别。采用酒花粉比用球果残留少得多,加入煮沸的时间短,残留就 多,其波动在10%-30%酒花苦味物质总量之间(表2-2-6)。
由表(2-2-6 )中可知,传统酿造法保留在最终成品啤酒的苦味物质仅 占15%-25%,现代酿造法可占40%-45%,而且主要是异-α-酸(占65%), 但啤酒的口感苦味要大得多,约占原来酒花的50%左右。
(2)酒花精油
精油是啤酒重要的香气物质,和啤酒的开瓶闻香关系极大。
酒花在麦汁煮沸时,绝大多数(85%-95%)酒花精油随水蒸气而被挥 发,煮沸时间愈长,挥发愈多,而且最易挥发的是精油中的香叶烯。香叶烯 的香气粗俗,俗称“生酒花香”,残留在麦汁中的精油主要是葎草烯、石竹 烯及香叶醇,它们将使啤酒带有典雅的香气。
通常情况下,有15%-25%的α-酸形成衍生-异α酸和α-软树脂,它们和 异α酸相比,溶解度较小,苦味值低,防腐力也较低。
β-酸在煮沸中形成无定形的β-软树脂,增加了溶解度,并且使它的苦味 变得更加细腻柔和。
若过度的煮沸和氧化将使α-软树脂、 β-软树脂转化成γ硬树脂,会给 啤酒带来不愉快的后苦味。
在麦汁煮沸中,如酒花添加量太少,采用无多酚酒花浸膏,或由于麦汁含热凝固 蛋白太多,为了促进蛋白质絮凝可以外加酿造用单宁以改善絮凝效果。
钙、镁等两价金属离子,能促进带负电荷的蛋白质颗粒形成盐桥,絮凝 r也能降低 蛋白质的表面电荷,促进沉淀。一般要求麦汁含 Ca2+浓度>35mg/L。
3)酒花主要组分的萃取和变化
麦汁煮沸PH6和色泽加深(增加EBC单位)
煮沸前麦汁PH
6.25 5.98 5.60 5.16
不加酒花
3.0 2.4 2.0 1.4
加0.15%酒花
4.8 3.9 3.0 2.4
加无多酚酒花浸膏
3.6 2.4 1.8 1.4
(3)其他物质的变化
来自麦芽和辅料中的易挥发物,由蛋白质分解形成二甲基硫等硫化 物,由糖褐变形成糠醛、甲基糠醛、丙醛、异丁醛等气味物质,在煮沸 中随二次蒸汽蒸发,改善了麦汁的气味。 2、麦汁制备过程中的节能降耗技术
(1)酒花中的多酚物质
酒花一般含多酚物质3%-5%,它们易溶于水,在热麦汁中溶解十分迅速。麦汁中 多酚物质来自于麦芽约0.3-0.5g/L,来自酒花约0.03-0.07g/L。多酚物质中的缩 合丹宁(又称鞣酐)和丹宁,很容易和煮沸麦汁中清蛋白、球蛋白及高肽结合,形成 丹宁一蛋白质复合物,而它在热或冷麦汁中均不溶解,即形成絮状热凝固物沉淀。非 丹宁化合物(包括酚酸、黄酮类化合物、儿茶酸类化合物及花色素原等)和蛋白质结 合力较弱,而且形成的复合物在热麦汁中为可溶性,只有在麦汁冷却至 35℃才被析出 (工艺中称“冷凝固物”),这些相对分子质量低的多酚类物质,将较多地残留于麦 汁中,它和冷凝固物一起是造成啤酒非生物混浊的主要物质。
表2-2-6
酒花苦味物质在酿造中的变化(传统酿造)
总苦味物质 全酒花(%) 热凝固物(%) 酒花糟(%) 冷凝固物(%) 冷麦汁中(%) 泡盖(%) 酵母泥(%) 后酵沉淀(%) 成品啤酒(%)
合计 100 34 16 13 35
7 5 4 19
葎草酮 45 5 3 5 5 2 1 1 1
异葎草酮 / 5 2 2 18 3 2 1 12
当啤酒受到氧化时,由于第一类物质易氧化,它们首先被氧化,同 时保护了第二类还原物质。第二类还原物质被氧化,将会使啤酒产生老 化味、不愉快苦味,也会引起啤冷雾浊和氧化混浊。
麦汁煮沸中生成的还原物质严黑精,由于浅色啤酒的色泽关系,其 含量不能太多。
还原酮随着煮沸时间的延长而增加,但若煮沸在有空气条件下(敞 开式),大量还原物质将受氧化而损失。 (2)麦汁色泽的增加
就目前整个啤酒行业的生产情况来看,麦汁制备工序是主要耗能工 序,尤其是热能,节能降耗主要有以下方法和措施。 1)麦汁煮沸节能工艺
麦汁煮沸是啤酒生产的关键工序之一,采用蒸汽对麦汁进行加热,
煮沸中麦汁色泽迅速增加,正常情况下色泽增加0.5-1.0倍(表22-7),原因是:
①麦汁浓缩;
②焦糖和类黑精的形成,特别在煮沸锅结构差,麦汁对流不好,在加热面 形成局部过热时产生大量焦糖;
③酒花多酚的溶解和多酚被氧化成醌和多聚酚,色泽增加和麦汁PH、酒花氧
化程度、麦汁煮沸是否有氧存在等因素有关。
表2-2-7
天然清蛋白、球蛋白等到多肽长链绕卷,外部充满了亲水性基团(-OH、 -COOH、-NH2),这些极性基团易水化,因此,清、球蛋白呈水溶性。当这 些蛋白溶液被加热至50℃以上时,首先蛋白质的空间立体结构被破坏,进一 步绕卷多肽链之间的氢键将被打开,蛋白质变成长线型,虽然此时氨基酸顺 序和相对分子质量均没有变化,但丧失了生物物质活性,由于肽链疏水-CC-暴露,蛋白质水溶性丧失。此现象称“蛋白质的变性”。
100
若工艺规定煮沸时间一定,锅蒸发强度一定,热麦汁浓度( B2)一定时,麦汁洗 糟就受麦汁浓度(B1)制约。
说明:上述各式中B为麦汁浓度,V为麦汁体积,Φ%为蒸发强度, t为煮沸时间。 2)麦汁煮沸中蛋白质的变性絮凝
过滤后混合麦汁中的含氮物质,主要是:氨基酸、低肽、多肽、高肽及少量的水 溶性清蛋白和盐溶性球蛋白、核柑酸、核苷等,其中高肽、清蛋白和球蛋白虽为水溶 性,有一定的溶解度,但由于PH降低、受热、振荡和多酚结合、氧化等原因将会从啤 酒中分离出来,影响啤酒的非生物稳定性。
1、麦汁煮沸工艺与麦汁质量的相关性
1)麦汁煮沸中水分的蒸发
(1)前后浸出物不变,可得下式:
V1·B1·d1=V2·B2·d2 由于d1和d2麦汁相对密度差较小可得到 V1·B1≈V2·B2
V1·B1 V2 ≈———…………………………………………(1)
B2 (2)由蒸发强度公式
V1- V2 Φ%=———×100
酒花中的多酚物质和麦芽中的相比有较多的丹宁和缩合丹宁,因此,和 蛋白质的结合力大。如果麦汁煮沸一开始就加入酒花会减少麦芽中多酚物质 和蛋白质的结合。
麦汁中存在过多的HCO3-,会促进多酚类物质中单酚的聚合,氧化形成红 衬褐色物质,使麦汁色泽加深(麦汁有氧煮沸时,生成色泽物质更多)。麦 汁PH值低(如5.2-5.3)可减少氧化聚合,使麦汁色泽浅而且带绿色。
5.47 117 8.3
5.49 124 7.5
5.51 138 7.0
5.48 118 7.4
煮沸麦汁的沸腾状态取决于传热量Q和锅的流型。近代外加热器的煮沸锅,循环次 数达9次,沸腾碰撞次数增加,促进了絮凝作用。
(4)Ca2+、Mg2+等的促进作用
麦汁中单宁类化合物和蛋白质大多是以氢键结合,所以是可逆的,在麦汁冷却后 形成“冷凝固物”,而麦汁中聚多酚和蛋白质是以共价键结合,在热麦汁中就能形成 不溶性沉淀。
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