關(guān)于精釀啤酒 麥汁過濾速度的討論

傅靜宇 馬文燕 葉京生

麥汁制備是啤酒釀造中的重要環(huán)節(jié)。發(fā)酵的前提條件是將麥芽中的非水溶性組分轉(zhuǎn)化成水溶性組分，獲得可發(fā)酵性糖，最終獲得發(fā)酵所需的麥汁。麥汁制備在糖化車間進行，首先在粉碎系統(tǒng)中將麥芽粉碎，要求在麥皮破而不碎的情況下盡可能磨細(xì)。而后麥芽粉碎物與投料水混合投料，在糖化鍋中進行糖化并盡可能分解麥芽中的內(nèi)容物質(zhì)。糖化結(jié)束后醪液中含有水溶性物質(zhì)麥汁和非水溶性物質(zhì)麥糟，為獲得優(yōu)質(zhì)麥汁，需盡快分離。為防止麥皮中多酚物質(zhì)氧化而導(dǎo)致麥汁色澤加深，應(yīng)盡可能縮短過濾時間。過濾后獲得的麥汁與酒花在煮沸鍋中煮沸，賦予啤酒苦味。然后倒入回旋沉淀槽分離熱麥汁中的熱凝固物。最后麥汁經(jīng)薄板換熱器冷卻到發(fā)酵接種溫度后，倒入發(fā)酵罐中。過濾設(shè)備的效率對糖化系統(tǒng)工作效率的影響較大，合理設(shè)計過濾設(shè)備是非常重要的。

目前應(yīng)用最廣泛的麥汁分離設(shè)備是過濾槽，過濾槽依靠麥皮作為過濾介質(zhì)以獲得澄清的麥汁。過濾槽鍋身為圓柱形筒節(jié)，底部平面鍋底，鍋底上方20mm 處配有平面篩板，篩板上銑制有過濾孔，開孔縫隙0.7mm，開孔背面成喇叭口形狀，篩板開孔率10-12%左右，為方便制作安裝，篩板分為多塊組裝，每塊篩板下方焊接支撐以防變形。過濾槽底均布麥汁收集口，每1 平方米上配有1個。篩板與鍋底間均勻配有CIP 清洗頭，用于清洗鍋底，平底配有出糟口。鍋體配有耕排糟裝置，用于疏松糟層和排出麥糟，耕臂上垂直排列著耕刀，耕刀間距200mm左右，耕糟時轉(zhuǎn)速0.4 轉(zhuǎn)/分鐘，耕刀與篩板的間距可通過升降機構(gòu)調(diào)節(jié)。鍋頂配有CIP 清洗球和噴淋系統(tǒng)。

過濾麥汁具體流程如下，用泵將糖化鍋中的糖化醪倒入過濾槽中，開啟耕刀攪拌，耕勻醪液，然后靜止20 ～30 分鐘，使麥皮下沉，形成過濾層，緩慢開啟麥汁收集器閥門，進行麥汁回流。開始時麥汁較渾濁，需用泵打到過濾槽糟層之上，回流20 分鐘后即可獲得澄清的麥汁，此時糟層趨于穩(wěn)定，結(jié)束麥汁回流并將麥汁收集到煮沸鍋中暫存。麥汁過濾分頭道麥汁和洗糟兩個階段，隨著麥汁不斷過濾收集，麥糟層逐漸壓緊，過濾速率變得緩慢，過濾總時間延長，這不利于麥汁質(zhì)量同時影響生產(chǎn)效率。

影響麥汁過濾槽過濾速度的主要因素有穿過濾層的壓差、濾層的滲透性、濾層厚度、濾層面積、麥汁粘度等5 方面。

特定濾層面積的麥汁流速為（K 為常數(shù)）：

穿過濾層的壓差主要由糟層厚度決定。麥糟層過厚，過濾時間延長，麥糟層過薄，麥汁濾出過快，麥汁澄清度降低，麥糟容易冷卻，過濾性變差。一般選取300-400mm 較為合適。

濾層滲透性決定于麥芽粉碎物組分組成情況、粗細(xì)顆粒占比比例和糖化方法等。選取高糖化力，溶解性好的麥芽是比較好的方法。過濾槽法要求麥芽粉碎時麥皮破而不碎，干燥的麥皮很脆，粉碎時容易破碎，可通過飽和蒸汽或30 ～35℃的水進行短時間的增濕處理。處理后的麥芽麥皮韌性增強，麥?？梢暂^好地被粉碎出來，麥皮體積增大，形成的過濾層更加疏松，過濾速度增加。

麥汁過濾壓差示意圖

成熟產(chǎn)品的常數(shù)K、濾層厚度、麥汁粘度均為固定值，濾層滲透性可通過耕刀疏松糟層后獲得提高。耕糟時耕刀應(yīng)該由上向下逐步緩慢耕糟，可通過過濾速度及麥汁濁度調(diào)節(jié)耕糟深度，耕刀轉(zhuǎn)速以2 ～3 轉(zhuǎn)/分鐘為宜；精釀啤酒過濾槽常采用之字型和燕尾型耕刀組合的形式，以達到軸向及徑向的雙向糟層疏松效果，提高濾層滲透性。

之字型和燕尾型耕刀組合

最好從上部開始耕糟操作，耕刀群外邊緣耕刀的線速度不宜超過4m/min。然后根據(jù)過濾麥汁流速反饋，調(diào)整耕糟深度，逐步向下深耕。頭道麥汁和洗糟兩個階段均重復(fù)上述操作。需要注意，從底部開始耕糟可能會造成麥汁渾濁，渾濁麥汁含脂肪酸過高，造成泡沫和風(fēng)味的不良影響。

傳統(tǒng)耕糟機構(gòu)采用絲杠升降，可線性調(diào)整耕糟深度，較好保持麥汁過濾速度，適合大型啤酒廠設(shè)備。但該系統(tǒng)需要配備伺服電機，設(shè)備投資占比較高，且安裝工作復(fù)雜，對裝配工藝、控制編程要求較高。

絲杠動力型耕刀升降機構(gòu)

氣缸動力型耕刀升降機構(gòu)

氣缸升降代替絲杠升降機構(gòu)，適合精釀啤酒工廠耕糟設(shè)備配置。投資小，安裝簡便，檢修方便，控制系統(tǒng)簡潔。

篩板構(gòu)想圖

麥汁粘度與麥芽質(zhì)量關(guān)系很大，麥芽溶解性差，β-葡聚糖分解不完全，會導(dǎo)致麥汁粘度增加，降低過濾速度。溫度對麥汁的粘度影響較大。首先選擇溶解性好的麥芽，若原料溶解性差可添加β-葡聚糖酶，并降低蛋白質(zhì)分解溫度延長蛋白質(zhì)分解時間以平衡溶解性。其次可改進設(shè)計、優(yōu)化工藝保證過濾槽溫度。在糖化醪倒入過濾槽之前，可使用78℃熱水預(yù)熱過濾槽到70℃，過濾槽篩板與底板間通入78℃熱水。為防止溫度下降，可在過濾槽筒體及過濾槽底增加恒溫夾套，通入78℃循環(huán)水。經(jīng)過以上改進措施，β-葡聚糖可分解完全，降低麥汁粘度，提高麥汁過濾速度。

頭道麥汁收集完成后開始洗糟，麥糟洗糟效果與糟層顆粒大小成反比，與麥汁在固體顆粒的擴散系數(shù)和糟層厚度成正比，并與洗糟次數(shù)有關(guān)。精釀啤酒洗糟一般不超過2 次，采取邊過濾邊洗糟的工藝可以提高洗糟效果，縮短過濾總時長。

精釀啤酒品種豐富，部分產(chǎn)品為追求高酒精度或增加酒體，常有雙料、三料、四料等生產(chǎn)工藝。增大原料投量，對于尺寸固定的過濾槽是巨大的挑戰(zhàn)。過多的投料量導(dǎo)致糟層厚度增厚，過濾速度非常緩慢，極大地影響了產(chǎn)品質(zhì)量。目前行業(yè)通常分兩次投料以適應(yīng)過濾槽的生產(chǎn)能力，但此方式同樣影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。鑒于以上情況，為滿足精釀啤酒的多樣化生產(chǎn)工藝需求，提出增加過濾槽過濾面積的解決方案。

如新型過濾槽設(shè)計圖所示，在篩板上方的筒節(jié)上均勻的開長條孔，長條孔處安裝過濾篩板，篩板開孔縫隙0.7mm。增加篩板位置外側(cè)包裹麥汁收集腔，各收集腔內(nèi)安裝CIP 清洗球，麥汁收集腔下方設(shè)置麥汁收集口，后端焊接收集管，各收集管上安裝氣動蝶閥，與內(nèi)環(huán)麥汁收集器并聯(lián)。增加筒節(jié)側(cè)壁篩板后，總過濾面積增加約20 ～30%。糖化醪倒入過濾槽前，需鋪底水。糖化醪導(dǎo)入后靜止20 分鐘，然后首先開啟內(nèi)環(huán)麥汁收集器，開始回流澄清，待糟層穩(wěn)定成型后，開啟外環(huán)收集器，繼續(xù)回流澄清，麥汁澄清后倒入煮沸鍋。麥汁收集前期、中期，耕刀耕糟深度不得低于側(cè)壁篩板上邊緣。末期，提前關(guān)閉外環(huán)收集器閥門，耕刀繼續(xù)向下深耕。該設(shè)計可滿足雙料、三料工藝的過濾需求。

新型過濾槽設(shè)計圖

為保證過濾槽的多元化需求，側(cè)壁篩板均為可拆卸結(jié)構(gòu)，正常生產(chǎn)時，可使用平板替換側(cè)壁篩板，保證正常的糟層厚度。

影響麥汁過濾速度的因素眾多，與麥芽質(zhì)量、粉碎工藝、糖化工藝、過濾槽能力、溫度、耕糟結(jié)構(gòu)等息息相關(guān)。釀酒師需多方考慮，保證釀造效率。除去以上因素外，還需保證篩板水平度、預(yù)防設(shè)備震動、優(yōu)化過濾槽結(jié)構(gòu)。麥汁過濾是一個復(fù)雜的過程，綜合考慮，可借用數(shù)值模擬手段建立動態(tài)控制系統(tǒng)以提高過濾槽的工作效率。