再談糖化醪過濾工藝

酒花對(duì)啤酒品質(zhì)的優(yōu)劣有著非常重要的影響。酒花的次級(jí)代謝產(chǎn)物，諸如苦味物質(zhì)、酒花精油或多酚成分對(duì)啤酒品質(zhì)至關(guān)重要。酒花中的苦味物質(zhì)，尤其是異α-酸，它能賦予啤酒非常典型的苦味，持久穩(wěn)定的啤酒泡沫，還扮演著天然防腐劑的作用。而在啤酒糖化過程中，要想最佳化應(yīng)用這些苦味劑成分是不可能的。結(jié)果表明，要想獲得預(yù)期的苦味單位（煮沸過麥汁中總的苦味量）所需要添加的酒花量要比實(shí)際的異α-酸產(chǎn)量高。這種“綠色黃金”因此在啤酒生產(chǎn)成本中占據(jù)著重要的比例，這意味著提高異α-酸的產(chǎn)率非常有意義，可以此來降低啤酒生產(chǎn)成本。

在提高異α-酸產(chǎn)率上涉及幾個(gè)方面。麥汁煮沸過程中，由于受麥汁中PH值的影響，α-酸（葎草酮）及其同系化合物的溶解度受到限制。提高PH值時(shí)，溶解度也會(huì)隨之提高。熱能量促進(jìn)了α-酸光學(xué)活性六環(huán)化合物的變化，轉(zhuǎn)化成五環(huán)結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是形成了更多的有益的順式異α-酸和反式異α-酸。由于新的排列結(jié)構(gòu)引起極性的增加，這些酸更具有親水性，它們更易溶解在水中，對(duì)啤酒生產(chǎn)中的苦味具有更大的潛能。在這過程中，β-酸氧化生成葎草酮氧化物，與它們最初的構(gòu)成相比，對(duì)啤酒中的苦味僅有有限的影響。因此它們根本不重要。

苦味酸的損失一直是一個(gè)棘手問題。從酒花到冷麥汁，苦味酸降低了約50%。首先，α-酸不可能完全異構(gòu)化，在麥汁中仍有α-酸存在。其次，在熱凝固物中還會(huì)損失一部分苦味酸?？辔段镔|(zhì)在熱凝固物形成中通過離子相互作用對(duì)熱凝固物的形成起著一定作用，它們會(huì)被可凝固性氮帶走。在后續(xù)的生產(chǎn)過程中，由于PH值的降低、吸附或沉淀，從冷麥汁到成品啤酒還會(huì)損失剩余50%中的20%?？偟膩碚f，僅有不足最初α-酸量的40%保留在成品啤酒苦味物質(zhì)中。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度講，這根本不合算，但仍需繼續(xù)做下去。問題隨之提出，哪些參數(shù)能提高酒花的產(chǎn)率。以下重點(diǎn)關(guān)注酒花部分，至于啤酒的發(fā)酵等環(huán)節(jié)不再詳細(xì)論述。

圖1：新型糖化醪過濾系統(tǒng)1至4輪

假設(shè)到冷麥汁時(shí)的酒花產(chǎn)率為50%，異構(gòu)化也沒有達(dá)到所想要的程度。有多方面的原因可對(duì)此解釋。

一方面，酒花本身就存在諸多影響因素，如酒花品種、酒花產(chǎn)品、酒花的成熟度以及酒花的添加數(shù)量，它們對(duì)酒花的異構(gòu)化均有影響。另一方面，麥汁組成成分、PH值、原麥汁濃度以及煮沸參數(shù)也扮演著決定性作用。在麥汁煮沸過程中，酒花添加時(shí)間、麥汁煮沸時(shí)間及煮沸溫度很重要。一般而言，經(jīng)過長(zhǎng)的煮沸時(shí)間以及高達(dá)106℃的高溫可成就高的異構(gòu)化。不過在高的煮沸溫度下已經(jīng)異構(gòu)化了的α-酸的降解也必須考慮。

為了具有更好的溶解度，麥汁PH值在堿性環(huán)境時(shí)可以促進(jìn)α-酸的異構(gòu)化。而在堿性環(huán)境下轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)體現(xiàn)在通過異葎草酮連續(xù)進(jìn)行的異構(gòu)化，這種異構(gòu)化會(huì)產(chǎn)生啤酒中不想要的成分。另外，美拉德產(chǎn)物會(huì)提高麥汁的色度，啤酒苦味中會(huì)呈現(xiàn)令人不愉快的口味。

受溫度和PH值這兩個(gè)組合因素的影響，引發(fā)了另外一種現(xiàn)象。在麥汁PH值為5且保持不變時(shí)，降低溫度將會(huì)降低α-酸的溶解度。就原麥汁濃度而言還遵循下規(guī)律：原麥汁濃度越低，α-酸異構(gòu)化越好。

依據(jù)它們的毒理學(xué)惰性（toxicological inertness），礦物質(zhì)成分中鈣和鎂是α-酸異構(gòu)化的天然催化劑，在PH值為4～8間，它們作為一種催化劑使α-酸直接轉(zhuǎn)換為異葎草酮。根據(jù)Koller等人的研究，在PH值為7時(shí)可添加鎂來提高α-酸的異構(gòu)化率。根據(jù)德國(guó)啤酒純釀法，這種添加是不允許的。因此，在不需要任何添加劑而又包含大量鈣鎂離子成分的麥汁是啤酒生產(chǎn)過程中最理想的麥汁。

如果上述優(yōu)化應(yīng)用（溫度、時(shí)間、PH值、礦物質(zhì)成分等等）能夠?qū)崿F(xiàn)，所面臨的挑戰(zhàn)就是如何將它們整合在糖化過程中，以成就α-酸高的異構(gòu)化率。還有一問題：在標(biāo)準(zhǔn)糖化過程中，原麥汁濃度處在13°P和14°P間，PH值大約為5.4時(shí)，如何尋找到一個(gè)折中的解決方案，也就是在提高α-酸的異構(gòu)化和阻止已異構(gòu)化的α-酸的降解間尋求一個(gè)最佳化溫度。

麥汁是一分散系統(tǒng)，它由大量的單個(gè)粒子（固體顆粒）、分散物質(zhì)和分散介質(zhì)組成。新型糖化醪過濾系統(tǒng)（見圖2所示），其所生產(chǎn)的麥汁可被劃分為一個(gè)粗分散系統(tǒng)，正如以下試驗(yàn)系列所證實(shí)的那樣，直徑大于1 μm的顆粒在麥汁中占主導(dǎo)地位。

新型糖化醪過濾系統(tǒng)所進(jìn)行的初步試驗(yàn)表明：與麥汁過濾槽過濾的麥汁相比，新型糖化醪過濾系統(tǒng)所獲取的麥汁中包含大量的顆粒物質(zhì)，因此更顯混濁。這正是所想要的，因?yàn)楹写罅康V物質(zhì)成分和更多脂肪酸的麥汁對(duì)啤酒后續(xù)工序有積極的影響。麥汁中豐富的顆粒被認(rèn)為是完成試驗(yàn)很好的機(jī)會(huì)，這樣可通過系列試驗(yàn)更好地關(guān)注這些顆粒和對(duì)比酒花的產(chǎn)率。

為了評(píng)估旋轉(zhuǎn)圓盤過濾麥汁中各種顆粒直徑的大小，需應(yīng)用激光衍射儀對(duì)顆粒大小進(jìn)行分析。一種新研發(fā)的方法用于德國(guó)新帕泰克Sympatec Helos系統(tǒng)和它的Sucell分散系統(tǒng)。

圖2：新型糖化醪過濾系統(tǒng)1#輪至4#輪顆粒直徑大小分析的對(duì)數(shù)分布密度圖

顆粒直徑大小分析對(duì)數(shù)分布密度圖清晰地顯示了，從3#輪的洗滌麥汁到4#輪更大顆粒的顆粒直徑大小分布。相比之下，從1#輪到4#輪單個(gè)輪麥汁中所測(cè)定的酒花異構(gòu)化率測(cè)試也表明：異構(gòu)化率在諸輪增加。4個(gè)樣品中有2個(gè)樣品，其酒花產(chǎn)率高于同等糖化過程用麥汁過濾槽過濾麥汁中的酒花產(chǎn)率?；趯?duì)兩個(gè)試驗(yàn)的研究成果，可以推導(dǎo)出顆粒直徑范圍，它要么對(duì)酒花產(chǎn)率有更積極的影響，要么對(duì)酒花產(chǎn)率有更消極的影響。顆粒直徑處在1μm和40 μm之間的細(xì)顆粒對(duì)酒花的異構(gòu)化率有消極的影響，而顆粒直徑處在40μm和400 μm之間的粗顆粒對(duì)酒花的異構(gòu)化率沒有損壞，甚至可改進(jìn)酒花的異構(gòu)化。

進(jìn)行進(jìn)一步的分析，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定固形物的含量表明：固形物對(duì)α-酸的異構(gòu)化率沒有直接的影響。圖3表明了每升樣品容量中固形物的測(cè)定結(jié)果。按百分比算，通過麥汁過濾槽過濾的麥汁（LT）中的顆粒僅為從洗滌麥汁到4#輪麥汁中顆粒的7%，4#輪過濾麥汁中的顆粒是所有旋轉(zhuǎn)盤過濾麥汁中顆粒物負(fù)荷最低的。然而來自4#顆粒豐富的麥汁樣品，其異α-酸量卻是同等糖化過程用麥汁過濾槽過濾麥汁中異α-酸量的2倍多。

圖3：與麥汁過濾槽中的麥汁相比，單個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤過濾器過濾麥汁中的固形物含量

圖4：新系統(tǒng)中麥汁流分布圖

試驗(yàn)系列表明：除了上面提到的因素（溫度、PH值、礦物質(zhì)成分等），不包括固形物含量，特定范圍內(nèi)顆粒直徑的大小對(duì)α-酸的異構(gòu)化也起著一定的作用。

眾所周知，可以通過添加在酒花添加罐中已經(jīng)異構(gòu)化的酒花或者已經(jīng)預(yù)異構(gòu)化了的酒花產(chǎn)品來從根本上改善所添加酒花的功效。就這方面而言，這兩種酒花變體此處不再詳細(xì)論述。基于上述對(duì)新型糖化醪過濾系統(tǒng)的試驗(yàn)，獲得了最佳化應(yīng)用酒花的另一個(gè)機(jī)會(huì)：分段麥汁煮沸。根據(jù)它們的物理—化學(xué)性能和各自的任務(wù)，麥汁成分中的顆粒被分離和處理，如圖4所示。為了提高酒花的異構(gòu)化，洗滌麥汁可被用作液體。依據(jù)偏低的原麥汁濃度和PH值（由于添加了噴沖水，PH值略微處在堿性范圍內(nèi)），它們有益于異構(gòu)化。另外，提高了新型糖化醪過濾系統(tǒng)麥汁中的礦物質(zhì)含量，諸如鈣和鎂，也有助于促進(jìn)異構(gòu)化。

由于新型糖化醪過濾設(shè)備并行運(yùn)行，錐形分離罐對(duì)異構(gòu)化時(shí)間的延長(zhǎng)肯定會(huì)產(chǎn)生副作用。為了提高α-酸的異構(gòu)化，不僅要保持麥汁成分的煮沸時(shí)間，而且還要滿足在回旋沉淀槽/沉降離心機(jī)中的沉淀時(shí)間。酒花凝固物在獨(dú)立的錐形煮沸罐中沉淀后，麥汁成分混合在一起并冷卻。

酒花在啤酒中的利用率僅達(dá)到40%，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度講是不可接受的。截止目前，有關(guān)文獻(xiàn)描述了提高酒花產(chǎn)率的許多方法，不過在酒花添加過程中，尤其是酒花添加的時(shí)間參數(shù)設(shè)定上各人意見不同。

我們一直在尋求一種有針對(duì)性的測(cè)試，希望在不久的將來，它能考慮到麥汁煮沸過程中所有影響酒花的參數(shù)，諸如煮沸時(shí)間、煮沸溫度、PH值、原麥汁濃度、礦物質(zhì)成分含量，顆粒大小的分布（作為一種新的影響因素），來證實(shí)可能最大化的酒花產(chǎn)率。