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02 啤酒工艺学.doc

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本课件以啤酒工艺学为主线,先讲酒与酒度的定义及啤酒工业发展,再进入原料章节,说明大麦的形态构造、化学成分与感官、物理、化学三类质量要求,最后完整呈现制麦的清选分级、浸麦、发芽、干燥与质量评定。

啤酒工艺学绪论页,列出酒度三种表示方法、大麦作为原料的优势与啤酒四种分类口径
大麦原料讲解页,说明胚、胚乳、谷皮三部分占比及感官、物理、化学三类质量检验指标
啤酒辅料与酒花成分讲解页,比较大米、玉米、小麦等辅料特性并列出酒花三大有效成分
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第1页:酒和酒度与世界啤酒工业

酒
凡含有酒精(乙醇)的饮料和饮品,均称为“酒”。
酒度
酒饮料中酒精的百分含量称做“酒度”。
酒度的三种表示方法
表示方法含义
体积分数每100 ml酒中含有纯酒精的毫升数
质量分数每100 g酒中含有纯酒精的克数
标准酒度欧美各国常用标准酒精度表示蒸馏酒的酒度

啤酒的原料是大麦。大麦产量在谷物中排名第四,不是人类主要的粮食,酿酒后的麦糟中蛋白质含量相对丰富,更适宜做饲料,所以用大麦制啤酒得到发展。啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒,营养丰富,适量饮用时酒精对人体的毒害相对较小。

啤酒的分类
分类依据类别
工艺下面发酵法(德国、捷克、丹麦、荷兰为典型)、上面发酵法(澳大利亚、新西兰、加拿大等)
是否巴氏灭菌生啤酒、熟啤酒
麦芽度8°、10°、12°、14°、18°啤酒
色泽黑啤酒、黄啤酒、淡色啤酒

中国在四五千年前就有古代啤酒;中国近代啤酒从欧洲传入,第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德啤酒厂。从1902年到1949年的40多年中,中国只建立了不到10个工厂,年产啤酒近1万 t;从1949年到1993年,中国发展成为世界啤酒第二生产大国。

第四节 中国啤酒工业的未来:

  • 产量的发展:我国发展规划是到2010年达到3000—3500万 t,人均年占有量达到世界平均水平
  • 规模的扩大:将有几个啤酒集团年产量超过80万 t,中小型啤酒厂面临发展还是淘汰的抉择
  • 技术经济指标还有差距:原料装备等可比技术经济指标还很落后
  • 原料的发展:中国啤酒已经独立种植啤酒大麦和生产酒花
  • 品种多样化、啤酒修饰技术、高浓酿造技术、非热消毒的纯生啤酒酿造、人才培养

第2页:酿造原料大麦的形态与质量要求

自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料,酿造时先将大麦制成麦芽,再进行糖化和发酵。

大麦适于酿造啤酒的原因:

  • 大麦便于发芽,并产生大量的水解酶类
  • 大麦种植遍及全球
  • 大麦的化学成分适合酿造啤酒
  • 大麦是非人类食用主粮

大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式,可分为六棱、二棱、四棱大麦。了解大麦粒形态,目的在于研究大麦发芽过程的生理及其控制途径。

胚
由原始胚芽、根胚、盾状体和上皮层组成,约占麦粒质量的2%~5%,含有相当多量的蔗糖、棉子糖和脂肪。
胚乳
是胚的营养库,约占麦粒质量的80%~85%,是酿造啤酒最主要的成分。
谷皮
约占谷粒总质量的7%~13%,绝大部分为非水溶性物质,制麦过程基本无变化,主要作用是保护胚;其中硅化物、单宁等苦味物质对啤酒有某些不利影响。

大麦的化学成分:

  • 淀粉:主要贮藏物,直链淀粉一般为17%—24%;麦芽淀粉酶作用于直链淀粉几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖,作用于支链淀粉还生成相当数量的糊精和异麦芽糖
  • 半纤维素和麦胶物质:胚乳细胞壁的组成部分,只有半纤维素酶将细胞壁分解后,其他水解酶方能进入细胞内分解淀粉等大分子物质
  • 蛋白质:含量高低及类型直接影响啤酒质量,按溶解度和沉淀性分清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白四组
  • 多酚类物质:约占大麦干重的0.1%~0.3%,多存在于谷皮中,对发芽有一定抑制作用,并使啤酒具有涩味
啤酒酿造对大麦质量的要求
检验类别项目要求
感官色泽良好大麦有光泽、淡黄;受潮大麦发暗,胚部呈深褐色;受霉菌侵蚀呈灰色或微蓝色
感官气味、谷皮与形态具新鲜稻草香味;皮薄有细密纹道,麦粒以短胖者为佳;杂谷粒和沙土等夹杂物应在2%以下
物理检验千粒重、均匀度以无水物计千粒重应为30~40 g;麦粒腹径分2.8、2.5、2.2 mm三级
物理检验胚乳性质胚乳断面分粉状、玻璃质和半玻璃质三种状态
化学检验水分原料大麦水分不能高于13%,否则不能贮存,易霉变、呼吸损失大
化学检验蛋白质一般要求9%~12%;含量高则制麦不易管理,易生成玻璃质,浸出物相应降低,成品啤酒易浑浊
化学检验浸出物间接衡量淀粉含量的方法,一般为72%~80%

1986年正式制定和通过了啤酒大麦国家标准,编号为 QB—1416—87。

第3页:大麦贮藏、糖化辅料与酒花成分

四、大麦的贮藏

  • 大麦的贮藏及后熟:新收大麦种皮的透水性和透气性差,经过后熟提高了发芽率
  • 大麦贮藏方式:袋装堆藏、散装堆藏和立仓贮藏

在啤酒麦汁制造的原料中,除了主要原料大麦麦芽以外,还包括特种麦芽、小麦麦芽及辅助原料。

使用辅助原料的意义
降低啤酒生产成本,具有经济性;降低麦汁总氮,提高啤酒稳定性;调整麦汁组分,提高啤酒某些特性。
啤酒辅料的特性
辅料特性与用途
大米原则上凡大米不论品种均可用于酿造;从啤酒风味而言,米的食感越好,酿造的啤酒风味也越好
玉米世界栽培最广的品种,也是酿造啤酒的主要品种
小麦我国是世界小麦主要生产国,小麦芽也是酿造啤酒的主要原料
淀粉随着淀粉工业的发展,用淀粉作啤酒辅料是有前途的
蔗糖和淀粉糖浆用糖补充浸出物,可直接加入麦汁煮沸锅中,工艺简单、使用方便

啤酒花:啤酒起源于公元前3—5千年,9世纪开始添加酒花为香料,15世纪后才确定为啤酒的通用香料。酒花能赋予啤酒柔和的微苦味,加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝,提高啤酒泡沫起泡性和泡持性,也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。我国酒花主要产地有新疆、内蒙、甘肃等地,适宜在中性土壤、低地下水位、雨水少、长日照的地区栽培。

酒花的主要化学成分:

  • 苦味物质:提供啤酒愉快苦味,主要指α—酸、β—酸及其一系列氧化、聚合产物,过去统称为“软树脂”
  • 酒花精油:酒花腺体另一重要成分,蒸馏后呈黄绿色油状物,是啤酒开瓶闻香的主要成分
  • 多酚物质:约占酒花总量的4%—8%,参与形成热凝固物、冷凝固物以及色泽物质和涩味
  • 一般化学成分:水分、总树脂、挥发油、多酚物质、糖类、果胶、氨基酸等
酒花的品种分类
类别代表品种
A类 优质香型捷克 Saaz,德国 Tettnanger、Spalter 等
B类 香型德国 Hallertauer、Hersbrucker 等
C类 无明显特征特征不突出的酒花
D类 苦型Northern Brewer 等

第4页:酒花贮藏、酒花制品与酿造用水

酒花的贮藏:压榨酒花应在低温、隔绝空气、避光及有防潮措施的条件下贮藏,长期保藏应保证温度低于—8℃,周转保藏也应在0℃以下。贮藏温度高会引起酒花油挥发、氧化,使香气变差,黄绿色酒花变成红褐色即丧失酿造价值。

酒花制品:酒花球果的压榨品存在运输、贮藏和使用的不方便,在麦汁煮沸时酒花树脂利用率低,因此酒花制品越来越受酿造师欢迎。

主要酒花制品及其特点
制品特点
酒花粉我国啤酒厂目前在使用前用锤式粉碎机粉碎成1 mm以下的颗粒
颗粒酒花把酒花粉压制成直径2~8 mm、长约15 mm的短棒状,充惰性气体保藏不易氧化,是世界上使用最广泛的酒花形式
酒花浸膏应用有机溶剂或CO₂萃取有效物质,浓缩2~10倍,世界酒花产量的25%—30%加工成浸膏
酒花油、酒花精油用于调整啤酒的香味

第四节 啤酒酿造用水:啤酒主要生产用水包括加工水及洗涤、冷却水。投料水、洗槽水、啤酒稀释用水直接参与酿造,习惯上称酿造水。酿造水的性质主要取决于水中溶解盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味。

地表水
直接来自雨、雪的汇合,需进行复杂的水处理后才能成为优良的酿造水。
地下水
分为潜水、承压水和泉水,具有清洁、水温稳定、生物少、溶解无机物较多的特点。
水中无机离子对啤酒酿造的影响
离子影响
碳酸盐、重碳酸盐降酸作用
Ca²⁺、Mg²⁺增酸作用
Na⁺、K⁺啤酒中的钾、钠主要来自原料,其次才是酿造水
Fe²⁺、Mn²⁺主要来自含铁土壤和岩石的溶解,也可能来自输水系统
Pb²⁺、Sn²⁺、Cr⁶⁺、Zn²⁺重金属离子是酵母的毒物,会使酶失活并使啤酒浑浊
NH₄⁺含量>0.5 mg/L 认为是污染水
SO₄²⁻过多会引起啤酒的干苦和不愉快味道,使挥发性硫化物含量增加
Cl⁻对啤酒的澄清和胶体稳定性有重要作用,能赋予丰满酒体、爽口柔和的风味
NO₂⁻、NO₃⁻NO₂⁻是公认的强烈致癌物质,也是酵母的强烈毒素,会改变酵母遗传和发酵性状甚至抑制发酵
F⁻含量太高会引起牙色斑病和不愉快的气味
硅酸、SiO₂高含量的硅酸是酿造水的有害物质
余氯强烈氧化剂,会破坏酶活性、抑制酵母,并与麦芽中酚类结合形成氯酚臭,酿造水中应绝对避免

第5页:大麦清选分级与浸麦工艺

全制麦过程大体可分为原料清选分级、浸麦、发芽、干燥、除根等过程。由原料大麦制成麦芽习惯称为制麦,是啤酒生产的开始,麦芽制备工艺决定了啤酒的类型,麦芽质量直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。

制麦的目的
使大麦发芽产生多种水解酶类,以便通过后续糖化使大分子淀粉和蛋白质分解溶出;绿麦芽经过烘干将产生必要的色、香和风味成分。

大麦的清选:进厂大麦含有各种有害杂质,必须预先清选方能投料。清选的第一道工序是粗选,精选是第二道工序。

大麦的分级:将麦粒按腹径大小分为三个等级,因为麦粒大小实质上反映了麦粒成熟度之差异,其化学组成、蛋白质含量都有一定差异。分级筛常和精选机结合在一起,一般有圆筒分级筛和平板分级筛两种设备;精选分级大麦应分级存放,以便浸渍投料。大麦的精选率指从原大麦中选出可用于制麦的精选大麦的质量分数。

浸麦的目的:使大麦吸收充足的水分达到发芽要求;水浸的同时可充分洗涤除菌;适当添加化学药物可加速有害物质的浸出。

浸麦方法与特点
方法特点
湿浸法只是将大麦单纯用水浸泡,不通风供氧,只是定时换水,吸水慢、发芽率不高
间歇浸麦法用浸水断水交替法进行空气休止、通风排CO₂,能促进水敏感性大麦发芽,缩短发芽时间一天以上
喷雾浸麦法比间歇浸麦法更有效,耗水量少、供氧充分、发芽速度快

浸麦理论及影响因素:大麦的休眠和水敏感性(吸水至某一程度发芽受抑制);吸水速度与麦粒大小直接相关,麦粒越小吸水越快;通风与吸氧可促进发芽、缩短发芽时间、提高成品率;浸麦水必须符合饮用水标准;浸麦度一般为43%—48%。设备齐全的浸麦槽应配备温度调节设施,大型浸麦槽容量达100—400 t,设置CO₂抽吸装置是发展趋势之一。

第6页:大麦发芽的酶类与发芽设备

大麦和麦芽中的主要酶类
酶类作用与特点
α—淀粉酶经发芽后在糊粉层内大量形成
β—淀粉酶原大麦中存在相当数量,有游离态和结合态两种,大部分存在于胚中
支链淀粉酶降低麦汁中支链糊精,是淀粉酶不可缺少的组成部分
蛋白分解酶分解蛋白质肽键的一类酶的总称,分内肽酶和端肽酶,是关系麦芽溶解和啤酒质量的重要酶类
半纤维素酶类胚乳细胞壁的主要组成部分,细胞壁的分解是胚乳分解的主要内容,是麦芽溶解的先驱者

大麦发芽过程中物质的变化:

  • 物理及表观变化:浸麦后麦粒吸水膨胀,体积约增加1/4,胚乳溶解各部分不对称
  • 糖类的变化:淀粉相对分子质量有所下降,可溶性糖大部分积累
  • 蛋白质的变化:部分蛋白质分解为肽和氨基酸,既有分解也有合成
  • 半纤维素和麦胶物质的变化:实质是细胞壁的分解
  • 胚乳的溶解:从胚乳附近开始,沿上皮层逐渐向麦粒尖端发展
  • 酸度的变化:酸度明显增长,但因磷酸盐缓冲作用,麦汁溶液pH变化不大
常见发芽方法与设备
设备特点
萨拉丁发芽箱应用最早、最广泛且至今仍使用的经典式箱式发芽设备
麦堆移动式发芽体系半连续式生产设备,产量增加时可增加机台数
劳斯曼转移箱式制麦体系与麦堆移动式同属麦层移动、箱体分室类型
发芽—干燥两用箱我国起用于70年代,设置发芽和干燥两套通风装置,目前仍以萨拉丁发芽箱最普遍

影响发芽的因素及其改进:温度、水分、时间、通风等工业条件。制浅色麦芽用45%—46%的浸麦度,深色麦芽高达48%;发芽前期及时通风供氧、排CO₂有利于酶的形成,后期应适当减少通风量;发芽周期取决于其他条件的配合,温度低则必须延长发芽时间;赤霉酸GA₃和溴酸的应用可缩短制麦周期;浸麦水中加碱可溶出谷皮中部分多酚物质并有杀菌功效。

第7页:绿麦芽干燥与麦芽质量评定

发芽完毕的绿麦芽不能贮藏也不能糖化,必须经过干燥终止酶作用、除去生青味、产生特定的麦芽色香味,最后除根入仓存放数周,方能进入糖化。

干燥过程物质的变化:

  • 水分下降:前期排潮主要排除游离水分,降至10%以下时排潮不能升温过急,否则易产生玻璃质粒
  • 酶的变化:酶对温度的抵抗力与麦芽含水量直接相关,故干燥前期必须低温尽快排潮,后期逐渐升温
  • 糖类的变化:干燥前期淀粉水解酶继续催化淀粉水解,糊精和低分子糖有所增加
  • 蛋白质的变化:干燥初期蛋白质继续分解
  • 类黑素的形成:还原糖与氨基酸或简单含氮物在较高温下形成的氨基糖,对麦芽色香味起决定作用
  • 二甲基硫的形成:70年代以来引起重视的啤酒风味物质,属于影响风味的不良成分
  • N—亚硝化二甲胺的形成:公认的致癌物质,麦芽制备过程中有微量形成并残留于啤酒中
  • 浸出物的变化:干燥温度越高,浸出物损失越大
干燥设备及工艺比较
设备特点
双层水平式干燥炉国内较普遍
单层高效干燥炉结构简单、操作方便,生产规模可大可小,现已在全国推广;按热能消耗和生产能力比较最为优越
发芽—干燥两用箱操作温度与其他干燥炉类似,但时间延长10 h以上

干燥炉节能以排出热风的热能回收最受重视。麦根带有不良苦味且吸湿性强,麦芽必须及时除根后入库贮藏。

第五节 麦芽质量的评定:

  • 感官特征:优质浅色麦芽淡黄而具光泽感,劣质麦芽外观发暗、有霉味及酸味
  • 物理检验:切断实验取麦芽样品200粒检验胚乳状况,玻璃质粒越少越好;叶芽长度越均匀越好
  • 化学检验:浅色麦芽出炉水分小于5%;无水浸出物一般为72%~80%;糖化时间代表麦芽水解酶活力强弱;色度正常浅色麦芽为2.5~4.5 EBC单位;细胞溶解度测粗细粉浸出物差值;蛋白溶解度用库尔巴哈法测定可溶性氮与总氮百分比;α—淀粉酶和糖化力采用美国ASBC方法测定
特种麦芽
供特种啤酒用的麦芽称为特种麦芽。焦糖麦芽的制备原则是将成品浅色干麦芽或半成品绿麦芽在高水分下经过60℃—75℃的糖化处理。
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