瞬間殺菌機(jī)的優(yōu)化及評(píng)價(jià)

楊占福

瞬間殺菌（FP）是實(shí)現(xiàn)啤酒可靠?jī)?chǔ)藏的重要方式。如果配套使用了衛(wèi)生型灌酒機(jī)，瞬間殺菌機(jī)相對(duì)于隧道式殺菌機(jī)或室式殺菌機(jī)（chamber pasteurizer）來(lái)說(shuō)是一種更溫和的選擇，它對(duì)啤酒的濁度及風(fēng)味穩(wěn)定性影響將變得日益重要。目前的巴氏殺菌單位（PUs）要求加熱區(qū)域的持續(xù)時(shí)間為30秒，溫度為64～72℃間。問(wèn)題隨之產(chǎn)生：能否用當(dāng)前可利用的手段及技術(shù)來(lái)分析這些傳統(tǒng)的參數(shù)是不是最優(yōu)的解決方案？

瞬間殺菌的主要目的是殺死啤酒飲料中特定的微生物。在渾濁啤酒中，常借助蛋白質(zhì)變性來(lái)分析啤酒濁度的穩(wěn)定性，但在已過(guò)濾的啤酒中是禁止出現(xiàn)的。無(wú)論在何種情形下，巴氏殺菌對(duì)感官及啤酒老化穩(wěn)定性的影響作用越小越好。

本文描述了一種加熱持續(xù)方式，通過(guò)對(duì)瞬間殺菌機(jī)的優(yōu)化，在生產(chǎn)weissbier白啤酒時(shí)可滿足啤酒濁度及微生物方面的穩(wěn)定性，同時(shí)可獲得更高質(zhì)量的過(guò)濾啤酒，還可降低啤酒熱暴露。這種方式的焦點(diǎn)主要是大幅度地縮短加熱區(qū)域并相應(yīng)提高巴氏殺菌溫度，其中設(shè)定最高的殺菌溫度非常重要，尤其是對(duì)過(guò)濾的啤酒，與未過(guò)濾啤酒中想要的濁度相比，無(wú)論什么時(shí)候它均不能在清亮的已過(guò)濾啤酒中引起任何變化（見(jiàn)圖1和表1所示）。

圖1：weissbier白啤酒（左）和比爾森啤酒試驗(yàn)裝置

在對(duì)weissbier白啤酒穩(wěn)定性研究中發(fā)現(xiàn)，幾乎100%案例均過(guò)殺菌，因?yàn)闉榱吮ＷC啤酒的儲(chǔ)藏期，用于蛋白質(zhì)變性所需要的最低溫度要求處在78～80℃間，按照常規(guī)的在瞬間殺菌機(jī)內(nèi)30秒的加熱持續(xù)時(shí)間就太長(zhǎng)了。

表1：測(cè)試參數(shù)以及相關(guān)需要計(jì)算微生物殺死的動(dòng)力學(xué)參數(shù)

■模擬滯留時(shí)間

數(shù)學(xué)模擬啤酒滯留時(shí)間，其分布圖表明：通過(guò)縮短啤酒在瞬間殺菌機(jī)的加熱持續(xù)時(shí)間，每一種情形下湍流啤酒剖面圖均顯現(xiàn)出更均勻的分布。由于縮短了啤酒流動(dòng)的長(zhǎng)度，啤酒流動(dòng)方向的變化也非常小，致使流動(dòng)最快的顆粒與流動(dòng)最慢的顆粒達(dá)到加熱區(qū)域末端的時(shí)間差非常非常小。

由于縮短了啤酒流動(dòng)的路徑，相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)有更少的液體顆粒遭受太長(zhǎng)的加熱時(shí)間，這樣有利于降低啤酒總的熱應(yīng)力（見(jiàn)圖2所示）。

圖 2: 50 米 =30 秒；10 米 =6 秒，速度 30 m3/h，3秒=1.66m/s,顆粒直徑=10μm，顆粒數(shù)量65000

圖3：對(duì)比“比爾森”型啤酒在長(zhǎng)的和縮短的加熱持續(xù)時(shí)間下總的熱指數(shù)

由于啤酒流動(dòng)路徑的縮短，幾乎沒(méi)有顆粒會(huì)出現(xiàn)殺菌不足的現(xiàn)象。在6秒的加熱時(shí)間結(jié)束前，不足1%的顆粒會(huì)離開(kāi)殺菌區(qū)域管路，這6秒的加熱時(shí)間能滿足微生物殺菌要求。假若采用長(zhǎng)的加熱時(shí)間，在30秒的加熱時(shí)間結(jié)束前，大約有20%的顆粒離開(kāi)加熱區(qū)域，因此不能保證啤酒充足的熱處理。

■ 熱負(fù)荷降低

為了評(píng)價(jià)能源的輸入及對(duì)啤酒質(zhì)量影響方面所產(chǎn)生的差異，拿“比爾森”型啤酒做為案例進(jìn)行研究，在相同的PUs單位下分析研究了這些啤酒的熱指數(shù)。色度值越高（6.23±0 vs.6.32±0.02 EBC）及穿過(guò)加熱區(qū)域時(shí)間越長(zhǎng)的啤酒，熱指數(shù)值越高（見(jiàn)圖3所示）。對(duì)于已過(guò)濾的啤酒，可以清楚地看到：縮短加熱時(shí)間，熱應(yīng)力明顯降低。

對(duì)weissbier白啤酒熱指數(shù)的研究分析顯現(xiàn)出更明顯的差異，尤其在老化的啤酒中更明顯，因此縮短加熱時(shí)間具有很大的優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖4所示）。

■ 對(duì)啤酒濁度沒(méi)有任何影響

在相同的PUs單位和先期測(cè)試中設(shè)定的78.4℃下（見(jiàn)表2所示），在已過(guò)濾的“比爾森”型啤酒中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)濁度值的任何差異。

圖4：對(duì)比“weissbier”型白啤酒在長(zhǎng)的和縮短的加熱持續(xù)時(shí)間下總的熱指數(shù)

再者，在縮短的及長(zhǎng)的加熱時(shí)間（279±4 vs.281±0秒）范圍內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)泡沫指數(shù)也沒(méi)顯現(xiàn)出任何的差異。總結(jié)可得出：在加熱持續(xù)時(shí)間為6秒時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度可設(shè)定為目前用于已過(guò)濾啤酒殺菌時(shí)的最高溫度。根據(jù)貝克的研究，此溫度/時(shí)間為酒精類啤酒（40 PU）殺死啤酒有害菌時(shí)瞬間殺菌機(jī)熱殺菌時(shí)的溫度/時(shí)間。如果需對(duì)無(wú)醇已過(guò)濾啤酒進(jìn)行熱處理，貝克建議巴氏殺菌單位應(yīng)達(dá)到70 PU，加熱持續(xù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到10秒，加熱溫度應(yīng)設(shè)定為78.4℃。

表2：對(duì)比“比爾森”型啤酒的濁度值

對(duì)渾濁的weissbier白啤酒進(jìn)行了顆粒大小分布的分析及評(píng)價(jià)。

相對(duì)于瞬間殺菌前的參照樣品，熱處理的成功可以通過(guò)顆粒直徑的明顯加粗得以證實(shí)。在瞬間殺菌前，僅有29%的顆粒處在200～1000 nm范圍內(nèi)，這一范圍內(nèi)的顆粒與啤酒的濁度有關(guān)。低于200 nm的顆粒光散射太低，高于1000 nm的顆粒沉降速度太高。伴隨著瞬間殺菌的進(jìn)行，大約有55%的顆粒處在這一范圍內(nèi)，有助于啤酒濁度的穩(wěn)定，這與酵母無(wú)關(guān)。

無(wú)論在任何時(shí)候，均發(fā)現(xiàn)這兩種加熱持續(xù)方式間濁度沒(méi)有太大的區(qū)別。正如恩格爾曼研究的那樣，蛋白質(zhì)變性主要是在設(shè)定溫度超過(guò)80℃時(shí)才有重大影響，而加熱時(shí)間僅扮演著次要作用。

圖5：顆粒直徑分布圖

值得注意的是：3.2℃的溫度差異（6秒和30秒間的溫度差異）對(duì)濁度不會(huì)產(chǎn)生大的影響，因此要想滿足在殺菌單位保持常數(shù)220 PUs不變，又要縮短加熱持續(xù)時(shí)間，必須調(diào)整加熱負(fù)荷直至＞80℃才能實(shí)現(xiàn)，不過(guò)，無(wú)須擔(dān)心，這不會(huì)影響濁度（見(jiàn)圖5所示）。

在長(zhǎng)的和縮短的加熱時(shí)間（253±4 vs.255±0.5秒）兩種熱處理方式中，就泡沫指數(shù)而言沒(méi)發(fā)現(xiàn)任何差異。

■ 提高了啤酒品質(zhì)

在相同的殺菌單位PUs，對(duì)比已過(guò)濾的“比爾森”型啤酒，發(fā)現(xiàn)縮短加熱持續(xù)時(shí)間得到的啤酒品質(zhì)更好些?？?cè)苎踔导袄匣笖?shù)，諸如2/3-甲基丁醛、苯甲醛、苯基乙醇、丁酸酯、正丙醇無(wú)論是在新鮮的啤酒中還是強(qiáng)制老化的啤酒中指標(biāo)都偏低（見(jiàn)圖6所示）。

圖6：對(duì)比“比爾森”型啤酒在長(zhǎng)的和縮短的加熱持續(xù)時(shí)間下啤酒老化及溶解氧含量

圖7：對(duì)比“weissbier白啤酒”在長(zhǎng)的和縮短的加熱持續(xù)時(shí)間下啤酒老化及溶解氧含量

對(duì)比weissbier型白啤酒，縮短加熱持續(xù)時(shí)間可獲得更好的結(jié)果，總?cè)苎踔导袄匣笖?shù)無(wú)論是在新鮮的啤酒中還是強(qiáng)制老化的啤酒中指標(biāo)都偏低（見(jiàn)圖7所示）。

應(yīng)用兩種加熱方式，就微生物方面而言，過(guò)濾的啤酒與未過(guò)濾的啤酒顯現(xiàn)出同樣的穩(wěn)定性。保留的樣品也沒(méi)有顯現(xiàn)出任何微生物方面或啤酒渾濁方面的變化。

■ 結(jié)論

對(duì)于酒精類啤酒而言，依據(jù)啤酒質(zhì)量，殺菌加熱持續(xù)時(shí)間從常規(guī)的30秒縮短到6秒顯現(xiàn)出明顯的益處，這已經(jīng)在研究分析中得以證實(shí)。和未過(guò)濾的啤酒一樣，可明顯降低未過(guò)濾啤酒的熱應(yīng)力。微生物方面的安全性是相同的。

當(dāng)縮短加熱持續(xù)時(shí)間時(shí)，為了得到未過(guò)濾啤酒想要的濁度穩(wěn)定性，蛋白質(zhì)變性的臨界溫度可在加熱持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，不需要對(duì)啤酒進(jìn)行過(guò)殺菌。甚至為了得到220 PU的目標(biāo)值，可以在所有時(shí)間范圍內(nèi)在不低于80℃的臨界溫度下調(diào)整加熱負(fù)荷。在縮短加熱持續(xù)時(shí)間的情況下，所有研究的參照啤酒溶解氧、老化味這些關(guān)鍵指標(biāo)都偏低。表3列舉了啤酒瞬間殺菌溫度和時(shí)間方面的相關(guān)建議。

可以看出：瞬間殺菌比隧道式殺菌顯現(xiàn)出更重要的優(yōu)勢(shì)。正如Schwarz所發(fā)現(xiàn)的那樣，湍流更有益于蛋白質(zhì)的附聚和變性。在隧道式殺菌機(jī)中這是不可能實(shí)現(xiàn)的。研究結(jié)果清楚表明：縮短加熱持續(xù)方式比長(zhǎng)的加熱方式對(duì)產(chǎn)品更友好。在特定的溫度范圍內(nèi)需考慮進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以強(qiáng)調(diào)瞬間殺菌機(jī)中縮短加熱持續(xù)時(shí)間以及縮短加熱和冷卻階段時(shí)間同隧道式殺菌機(jī)長(zhǎng)的停留時(shí)間之間的差異。對(duì)比瞬間殺菌機(jī)與隧道式殺菌機(jī)，可以發(fā)現(xiàn)在30秒至6秒的時(shí)間范圍內(nèi)各個(gè)溫度下的產(chǎn)品質(zhì)量顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

除了技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)外，以平均40米（30 m3/h）的速度縮短加熱持續(xù)時(shí)間可降低壓力損失，這樣可降低需安裝泵的負(fù)荷及由此造成的產(chǎn)品損失。最慢顆粒和速度最快的顆粒通過(guò)縮短區(qū)域（滯留時(shí)間分布）的差異也降低，由此易造成加熱的一致性，降低局部的過(guò)熱以及微生物方面關(guān)鍵部分殺菌不足的現(xiàn)象。除了降低單個(gè)指示性物質(zhì)以及有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)外，其作用被認(rèn)為是縮短加熱持續(xù)方式比長(zhǎng)的加熱方式對(duì)產(chǎn)品影響降低的主要原因之一。