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啤酒发酵过程

来源: 浏览次数:10147次 更新日期:2007-09-19

  当被冷却的麦汁添加入酵母后,就是意味着发酵已经开始。在整个发酵过程中,酵母经历有氧呼吸和无氧发酵两个主要阶段。这两个阶段相互联系,密不可分。

  啤酒发酵过程充分地利用了酵母的特性,在发酵开始时,让酵母在溶氧麦汁中大量繁殖,并积累能量,保证了在无氧条件下产生乙醇所需要的菌体数量和能量需要。控制麦汁溶氧和酵母添加量是啤酒发酵过程工艺控制的关键因素。

(1) 糖类发酵 在麦汁浸出中糖类约占90%左右。这些糖大部分是低分子糖,酵母可以利用许多单糖,双糖和寡糖,而对聚糖,淀粉,纤维素则不能利用,酵母酵解糖类是按下列顺序进行的。

  单糖,葡萄糖,果糖,
  双糖,麦芽糖,蔗糖(不同酵母利用程度不同)
  三糖,棉籽糖,麦芽三糖(不是所有酵母都能利用)

  葡萄糖和果糖能直接渗透过酵母细胞壁并受酵母酸化酶作用而磷酸化。蔗糖则需要经由酵母细胞壁分泌出来的蔗糖转化酶水解成葡萄糖和果糖后,才能进入酵母细胞进行发酵。麦芽糖和麦芽三糖需与细胞壁分泌出的麦芽糖渗透酶结合才能进入细胞内。

  进入到酵母细胞内的各种可发酵糖,在有氧或无氧条件下均代谢生成丙酮酸。在有氧条件下,丙酮酸有氧分解为两个阶段,首先丙酮酸经过氧化脱形成乙酰辅酶A,然后乙酰辅酶A经TCA三酸循环,获得生物能量(38个ATP),生成CO2和H2O,在循环中形成的多种有机酸排泄于发酵液中。乙酰辅酶A也可经其他支路代谢作用,生成酶类和脂肪酸等。丙酮酸在缺氧情况下生成乙醇和二氧化碳。

 在啤酒发酵过程中,约有96%可发酵糖转化为乙醇和二氧化碳,1.2%—1.5%合成新细胞的碳骨架,2.0%---2.5%转化为其他发酵副产物,这些副产物主要有甘油,琥珀酸,高级醇,乙醛,双乙酰,乙酸,乙酸乙酯等。虽然副产物的量不大,但对啤酒的风味及口味影响却很大,这是特别需要注意的。

(2) 含氧物质的同化与转化  酵母细胞的繁殖,必须通过吸收和同化麦汁中的含氧物质来实现,正常的酵母细胞分泌蛋白质酶的能力很弱,对蛋白质很难利用,酵母所需要的氮源,主要依靠从麦汁中吸收氨基酸和低分子肽来获取。酵母对氨基酸吸收也同酵母吸收糖一样,依赖于细胞壁分泌出的氨基酸输送酶来完成,并且是按照一定的顺序来进行的。
啤酒发酵技术

(1) 传统啤酒发酵 传统啤酒发酵,一般分为前发酵,主发酵,后发酵,储酒两个阶段,

①   前发酵。接入酵母的麦汁(7-8℃)进入前发酵后,酵母经过数小时生长带缓期后,才能开始进入生长繁殖,当细胞浓度达到2×107个/ML。麦汁表面开始气泡,这个阶段被称为前发酵。
前发酵时间随接种温度,接种量变化而变化。低温发酵约为16-20h,中温发酵12—14h。前发酵阶段,酵母降糖较缓慢,由于酵母代谢作用,发酵液温度会自然升高0.6—1.0℃.前发酵结束后,将发酵液打入主发酵室。

② 主发酵。主发酵在绝热良好,清洁卫生的发酵室内进行,室内安装通风系统。主发酵多采用开放式方形或圆形,有木制,钢制,铝制和混凝土制发酵容器,主发酵阶段发酵室温度为5—6度。发酵室和储酒室均设有良好的降温设施,通常采用氨直接蒸发的冷排式,也有采用集中空调和吊顶式冷风机的。

   主发酵前期为酵母繁殖阶段。酵母通过呼吸作用利用可发酵糖,当达到一定发酵度后,发酵速度逐渐减慢,表现在乙醇含量迅速增加。而降糖速率减慢,PH值变化减小,二氧化碳产量减小,此时酵母开始凝聚并开始沉淀,悬浮的酵母细胞密度逐渐下降。

a 主发酵工艺过程,接种,将麦汁冷却至接种6度左右,待部分麦汁流入酵母繁殖槽,将所需的酵母按麦汁量的0.5%(体积分数)加入,也可以将酵母在冷却麦汁管用定量泵直接加入麦汁中,加入的酵母要与麦汁混合均匀,有利于酵母起作用。

  麦汁通风,用无氧器将无菌空气通入冷却麦汁中,为了使溶氧达到要求,通过特殊喷嘴或用微孔钛棒和陶瓷棒,使空气尽可能地分散进入麦汁,并与麦汁充分混合,也可让冷却麦汁与空气接触后经过文丘里管,达到麦汁与空气充分接触的目的,麦汁溶氧应控制在8mg/L左右。

  麦汁加满后,酵母经繁殖20h,发酵麦汁中释放大量的二氧化碳,并在麦汁表面形成一层白色泡沫,这时需要换槽,将发酵麦汁泵入发酵槽,目的是将沉淀在槽底部的酵母细胞,蛋白质凝固物和酒花树脂等杂质与发酵麦汁分离开。

  换槽后,麦汁中的溶氧基本上被酵母所消耗,酵母开始进入厌氧发酵阶段,发酵进行至2—3d,发酵液的温度升至规定的发酵最高温度,此时启动槽内的冷却管,通入2度左右的冰水,使之不超过规定的最高温度,并维持2—3d,此时为发酵的旺盛期,降糖很快,每日酒液外观浓度下降1.5%—2.0%。

  经过降糖高峰期后,冷却量开始逐步加大,使发酵温度回降,降糖也逐渐减慢。按工艺要求发酵温度下降应与降糖情况相一致,主发酵结束时,一般。12%的麦汁下酒外观浓度控制在4。0%—4。2%,下酒温度控制在4。0%—4。5%度,在主发酵最后一天要急剧降温,这有利于酵母的沉降和酵母的回收。

b。主发酵过程控制,温度和降糖速度是主发酵需要控制的技术参数,温度的高低对发酵影响很大,而降糖速度可以反映出发酵是否正常及发酵进行的程度。

I. 温度控制。接种温度一般控制在5—8度,接种温度的确定主要是根据酵母,酵母添加量以及制造啤酒的类型来确定。
 发酵温度的高低是相对而言的,最高温度8—9度为低温发酵,而10—13度高温发酵,

   采用低温发酵所产生的啤酒质量较好,主要是在发酵过程所形成的副产物,特别是高级醇和酯较多,泡沫状况良好,口味醇厚性比较突出。而高温发酵,发酵周期被缩短,设备利用率高,经济上比较合理,但发酵产生的副产物较多,口味较低温发酵差。

   主发酵结束温度一般控制在4—5度,从最高发酵温度向主发酵温度结束的降温过程中,应采用缓慢降温的方法,由于酵母对急剧降温很敏感,所以每天降温不得超过1度,而且降温要均匀,降低温度使酵母开始凝聚并沉淀,但酒液中还有一定量的悬浮酵母细胞,它们对双乙酰还原及后发酵至关重要。

II.降糖速度。在酵母添加量及通风景一定的条件下,酵母降糖速度是受发酵温度控制的,发酵工艺确定后,正常发酵降糖速度呈有规律的变化。利用糖度计测定发酵不同阶段糖的变化情况,可以得到降糖曲线,了解发酵过程降糖规律,对指导生产非常重要。在工艺条件正常的情况下降糖速度出现异常,主要是酵母因使用代数过多,死酵母增加,酵母衰老,酵母变异或出现污染杂菌情况引起的。

③ 后发酵和储酒。经主发酵后,酒液仍不够成熟,还有一部分浸出物需要继续发酵,尤其生产淡爽型啤酒,应尽可能减少可发酵糖的含量,在主发酵阶段,二氧化碳被排掉或被收回,使酒液中二氧化碳含量不足,这需要过后发酵使啤酒中所含二氧化碳达到饱和水平,而由主发酵产生的挥发性物质如双乙酰,硫化氢等也经过后发酵和储酒液使其含量减少至规定的范围内,另外悬浮在酒液中的酵母凝聚和沉降以及发酵液析出物质的沉淀,也是在后发酵和储酒过程中完成的。

   后发酵的工艺要求:下酒应尽可能避免酒液与氧接触,酒应从存器底部进入,防止酒液氧化,下酒时酒液中应保持一定酵母浓度,控制在1×10个ML左右,过高或过低均会对后发酵带来不良的影响,获得较均匀啤酒质量,可把一个主发酵池中的酒分装于多个后发酵罐中;酒后发酵相对比较剧烈,不应立刻封罐,经过2—3d后再封罐。

   下酒后,经过2—3d敞口发酵,采用先高后低的温控方法。后发酵开始温度控制在3—5度,当双乙酰减少后逐步降低温度—1---1度,有利于二氧化碳溶解。

(2) 锥底发酵罐发酵20世界50年代,随着啤酒工业的不断发展,啤酒产量聚增,传统发酵方法和设备已经很难满足要求,目前新建和扩建啤酒厂全部采用了锥底罐发酵。

① 锥底发酵罐发酵工艺分类。锥底发酵罐工艺分为一罐法发酵和两罐法发酵。一罐法发酵:主发酵,后发酵和储酒成熟,整个生产过程在一个罐内完成。两罐法发酵又可分为两种,一种是主发酵,在发酵罐中完成,后发酵和储酒成熟,在储酒罐中完成;另一种是主发酵,后发酵在发酵罐中进行,储酒成熟在储酒罐中完成。

② 锥底罐一罐法发酵工艺。由于锥底罐所用的厂家众多,所采用的工艺条件差异性也较大,以下仅就工艺主要参数进行讨论。

a. 酵母的接种量及添加方法。为了缩短发酵周期,锥底罐发酵一般采用较高接种量,接种量为0.8%左右,酵母添加的方法有两种,分批接种和一次性接种。

   分批接种就是在几批次进罐的麦汁中,第一批麦汁添加少量的酵母,麦汁溶氧量为8mg/L,剩余酵母全部加入到第一批进罐麦汁,麦汁溶氧量不变,以后继续进罐的麦汁采取少通风或不通风。
一次性接种就是将添加酵母直接加入第一批麦汁中,在进罐时采用文丘里管,使空气酵母和麦汁充分混合。

b. 通风供氧。酵母生长繁殖需要类脂(甾醇,不饱和脂肪酸),类脂的合成需要氧的参与,麦汁正常通风量为8mg/L,过高会使酵母繁殖过多,减少乙醇的生成量,酵母繁殖减少,影响发酵速度。在几批次满罐的情况下,前两批次麦汁按正常通风量通风,以后几批可以采取少通或不通风达到控制酵母繁殖数量的目的。

c. 发酵温度控制与双乙酰还原。啤酒发酵温度与双乙酰的生成和还原是密切相关的。锥底罐发酵温度控制工艺大体上可分为以下三种。

      1.低温发酵,低温后熟工艺。此工艺沿用传统的发酵温度控制方法,麦汁6—7度时接种,2d后温度升至8—9度,保持2—3d,然后缓慢降至5—6度,由于主发酵温度较低,生成的烈乙酰及其他副产物数量减少,但后发酵温度低,使双乙酰还原速度减慢,延长了发酵周期。目前,采用此工艺的工厂很少。

      2。低温发酵,高温后熟工艺。麦汁在6—7度接种,3d后升温至9—10度,保持3—4d,然后升温至12—13度,保温直至双乙酰还原降至0。mg/L,开始降温。此方法主发酵采用低温,酵母所生成的双乙酰及副产物较少。当酵母停止繁殖后,提高后发酵温度,即不会生成更多的副产物,又有利于双乙酰还原,发酵时间可缩短2—4d,是目前较为普遍使用的发酵方法。

      3.恒温发酵后熟工艺。主发酵和双乙酰还愿采用了同一个温度,实际上此工艺没有主后发酵之分,发酵温度控制方便,双乙酰还原时间短,许多工厂在旺季采用此工艺。
 
    进入储酒罐的酒液中所含酵母细胞数应控制在3×10个/mL,倒罐时应严格隔绝酒液与空气的接触,以防止双乙酰反弹,储酒时间8—25d。

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