啤酒的过滤性
2007-03-02 08:50:14| 分类：
技术知识
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摘 要
对啤酒进行过滤，调整了其物化和生物性质，同时也是最后一道影响啤酒质量的工序，因此不能低估这一工序的重要性。在过去的几年中，许多啤酒厂忽视了这一重要的步骤，而且也忽略了影响麦汁和啤酒有效过滤的那些因素。
对效益和质量标准的破坏使人们开始重视啤酒过滤性的研究，这些因素包括过滤的高额成本，如原料、劳动力和得率。本文概述了啤酒过滤困难时遇到的问题，找出原因并给出需要采取的措施。
生产问题
在生产高峰期人们会希望缩短生产周期，例如缩短发酵和储存的时间。因此任何过滤有关的问题都可能导致真正的瓶颈效应，这种状况还会因为低质量的酿造原料而恶化，过滤困难的啤酒会出现质量的下降，这些啤酒有以下情况：
·由于不充分的分离工艺使啤酒容易受物化反应的影响，要求更高的稳定性；
·沉淀不充分，亮度不够；
·由于发酵工艺不良，例如糖化和凝固物分离不好，导致生物稳定性差。
过滤困难的原因
引起过滤困难的原因有：
·60％以上的原因由B-葡聚糖引起；
·蛋白-单宁化合物；
·a-葡聚糖；
·微生物；
·颗粒物（由于凝固物去除不充分）。
B-葡聚糖
啤酒中高的B-葡聚糖含量主要决定于麦芽的质量和糖化工艺，尽管分析指标（如脆度、粗细粉差、粘度或哈同值）的数据可以接受，但酿造师还是会遇到过滤困难的问题。这些问题是由麦芽的不均一性造成的。
传统的麦芽参数只是提供了不同批次之间的一个平均值。例如有一批45℃哈同值为37的麦芽，或许是35－39和30－41的两批麦芽混合得到的。
B-葡聚糖是由葡萄糖通过B－1．4和B一1.3键聚合形成的一种多糖，低温下，可以通过B-葡聚糖酶的作用分解。
温度超过60℃时，更多的B-葡聚糖通过B葡聚糖酶的作用从糖化醪中释放出来，温度超过65℃，它们不能被酶分解，因为B-葡聚酶在65℃就失活了。尤其是使用不均一的麦芽或溶解差的麦芽或过高的糖化温度或过长的糖化时间，都会导致这种B-葡聚糖的增加。
在高剪切力、高过滤压力和快速冷却的情况下，B-葡聚糖容易延伸，并且在氢键的作用下形成凝胶。由于糖本身是协同反应物，因此会破坏氢键的形成。
酒精会加速聚合。迅速冷却将会使这些聚合物更加稳固。而且作为破坏因素的蔗糖，在发酵时也被利用尽了。
在过滤时、滤饼中或杀菌过滤前会发生聚合物的富集，由于这种机械负荷，硅藻土过滤机前后会形成凝胶，而且可能会出现在没有过滤的产品中。
这就解释了滤筒如何变得堵塞从而导致凝胶完全覆盖在上面，如果啤酒中B-葡聚糖的含量超过400mg／L，过滤性就会受到破坏。
a-葡聚糖
a-葡聚精是更高分子量的淀粉分解产物，麦汁中出现这种物质是因为颗粒物和谷皮的排放不好以及糖化质量较差。糖化差的麦汁不仅过滤缓慢，而且是浑浊不清的，在发酵过程中，由于 pH的降低，a一葡聚糖变得更加难以溶解，因此导致浊度进一步上升。糖化差的麦汁通常会抑制二次发酵，导致风味变坏。
而且，淀粉浑浊还损害了其它分离工艺，如在二次发酵和储存时蛋白和B-葡聚糖的分离。因此，在过滤时必须处理大量的浑浊物质以及过滤抑制因子——B-葡聚糖。这些啤酒很容易发生生物和物理化学的反应。
由于糖化不足而导致的分离不好必须通过碘反应加以控制。用碘检测时，由于a-葡聚糖的存在会出现微红到红紫的变色反应。这里所指的糖化不足主要是由麦芽质量引起的。
·酶活不足的麦芽；
·不均一的麦芽；
·在湿粉碎时的误操作；
·谷皮粉碎不好；
·不充分或者没有经过调整的糖化工艺；
·太浓的麦汁；
·麦汁煮沸过度；
·加热升温太快；
·糖化工艺操作不细心。
蛋白和蛋白-单宁化合物
通常导致高浊度值和过滤问题的蛋白组分与单宁和a,B-葡聚糖都是一些高分子量组分，这些组分中通常是B-葡聚糖出现最多，但对过滤效率影响并不大。
表1中是麦汁中含N物质的标准数值。
表1 成品麦汁中氧类物质的标准含量
总氮 mg／L 950－1150
高分子氮 ％ 22
中分子氮 ％ 18
低分子氮 ％ 60（游离氨基氮大于 22％）
陈之贵译自《The Brewer International》，2002，1月
强制方法和较短时间的情况下通常会出现问题。在正常的情况下，由于在主发酵阶段酵母的强烈发酵和pH的迅速的下降，不稳定的蛋白-单宁复合物的溶解度会迅速下降。这些物质去除得不充分主要是因为在过滤前冷却的太迟了，由于通常在过滤之前进行冷却，因此没有得到分离的不稳定蛋白才在这个阶段沉淀下来。
考虑到蛋白冷浑浊的可能性，尽管在低温下过滤的啤酒强制老化实验的结果比较好，但是“温”啤酒还是比“冷”啤酒容易过滤。
由于淀粉浑浊会损害不稳定蛋白的分离，所以会出现过多的蛋白类物质。
微生物
高浊度、没有经过过滤的含有大量酵母的啤酒需要更多的硅藻土从而避免堵塞过滤孔道。除了颗粒物的增加外，硅藻土用量的增加意味着迅速达到了最大的过滤能力，整个的效率也就降低了，低温冷藏时间不够是主要的因素，因为酵母在低温下更容易沉淀。
粉末酵母比凝聚酵母产生的问题更多。罐出口的不足，再加上对锥形罐底酵母的不规则排放，使得酵母直接漏掉或者即便增加硅藻土的用量也无法排除酵母。
大量的酵母导致过滤机中障碍层的产生，并降低了过滤的效率。而且因为生物浑浊（细菌体积太小）是很难过滤的，它们的代谢副产物还会影响啤酒的风味。
颗粒物
凝固物是啤酒中的颗粒物质，以不溶态出现，如果在早期不能及时排除，也会像微生物一样堵塞硅藻土过滤机，这一过程从过滤槽中开始，然后去除热和冷凝固物，最后排除发酵废液。
热凝固物（40－80g／L）包含 40－70％的蛋白；7－32％的酒花苦味组分；20－30％其它有机物，如多酚等。充分糖化比浸出糖化法产生的热凝固物少。必须在发酵前排除掉大部分的热凝固物，因为热凝固物会覆盖在酵母表面，在发酵时影响其自然的沉降。
在55－70℃的情况下，冷凝固物（15－30g／L）出现在清亮的麦汁中，含有约50％的蛋白，一部分与多酚集合在一起。当继续冷却，这些化合物就变得难溶从而沉淀下来，其中20－30％是高分子量的碳水化合物——B-葡聚糖。
好的麦芽指标及细心控制糖化工艺都会降低冷凝固物的出现。冷凝固物的去除会改善啤酒的过滤性，还会提高瓶装啤酒口感的稳定性。目前流行的观点认为，去除冷凝固物会造成发酵障碍，因为会破坏麦汁中脂类物质和生长物质，现在看来这一观点应该予以驳斥了。
原因的确认和补救措施
主要措施
就如以前提到的，麦芽质量对于啤酒的后续过滤性影响很大。现在问题是，分析指标的数据对于一批麦芽能够说明什么？一系列单个的指标仅仅是平均值，如果批次之间不均匀，这一数值会在很大的一个范围之内。
脆度、粘度尤其是叶芽长度分别代表了麦芽的某一特定性能，而且对于高质量的麦芽来说，以上的参数与40℃合同值之间应该有很好的相关性。见表二。
表2 不同麦芽的分析值和范围
均匀麦芽 不均匀麦芽
可溶性蛋白％ 38 36—40 32—44
45℃哈同值％ 37 35－39 30－41
色度 EBC 3.0 2.7—3.3 2.4—3.5
粗细粉差％ 1.5 1.2-1.8 1.0-2.2
B-葡聚糖组分对于过滤性有决定性的影响，不均匀的麦芽产生大量的B-葡聚糖，因此应该用65℃哈同值来评价B-葡聚糖的含量。对于不均匀的麦芽，利用协定麦汁法和65℃恒温糖化法测得的B-葡聚精含量有很大的差别。
利用不均匀的麦芽，升温糖化必然会产生过滤问题，如果不考虑放弃使用劣质麦芽的话，就必须调整糖化工艺。利用“好”麦芽通常煮出和浸出都是在60℃进行，如果是劣质麦芽就应该调整为50℃。
这些方法生产的麦汁发酵迅速，啤酒泡持力好，容易过滤，这就允许在用好麦芽时，可以有30％的校正。这样对接下来的工序例如糖化降解及凝固氮的分离都会有较大的影响。
如上所述，下面所说的措施或许是很有效的。为了避免淀粉浑浊和其负面的影响，高活力溶解好的麦芽是很有必要的，因此必须非常密切的注意碘检。
陈之贵译自《The Brewer International》，2002，1月
二级措施
不同量硅胶的使用加快了澄清过程及热。冷凝固物的去除，尤其是在不是主要由于葡聚糖引起过滤困难的情况下，这种方法可以大大地改善过滤性。
硅胶是由胶体硅酸组成的水溶物，在麦汁和啤酒中交联并聚集，这种交联物能够把颗粒物包埋起来，从而在沉淀时就可去除了。硅胶通常的添加量在40ml／hl,并且是在主发酵后啤酒转移到贮酒罐时添加。
尤其对于酒精激冷实验大于70EBC的未过滤液体，推荐采用硅胶处理。这一实验证明了不稳定蛋白-单宁复合物对啤酒的胶体稳定性和过滤性有负面的影响，可以根据实验室实验确定最佳的添加量。
形成的沉淀物必须定期充分的去除。冷藏期间利用硅胶凝聚，每天可以形成4－7m的沉淀物，而不用硅胶，则仅有0.5m。在储罐和热麦汁中添加硅胶可以提高这种效果。考虑到凝固物的组分，硅胶可以和热凝固物反应，因此50ml／hl的添加量可以很好地分离凝固物。
过滤时和过滤前的二级措施
只有澄清完全的啤酒才可以进行过滤，如果把硅胶作为过滤助剂来用，必须完全的去除掉沉淀物。离心分离由于会产生高剪切力而破坏聚合物，从而导致浊度的大幅增加，很快就会堵塞过滤机。
在不同的生产阶段评价啤酒过滤性的一种方法是“Esser”测验。
在这一实验中，样品在0.6℃下，离心或沉淀24时，0.6℃的样品，在实验室用0.45um的膜在Zbar下过滤180秒，测定滤过物的重量，产品中任何凝胶物都会堵塞膜过滤机的孔洞。
如果有必要过滤浊度很高的啤酒，由于凝胶反应，选择合适的硅藻土是很重要的，硅藻土进料的混合程度依赖于两个参数——澄清效果和压力的升高，如果澄清效果不好，可以增加细土的比例增加吸附和筛分效应。
然而如果过滤时压力增加太多，有人就采用增加粗土比例的方法，使滤饼的孔道更多一些。实际上对于含有大量酵母、凝固物尤其是凝胶物质过滤困难的啤酒不能被粗土破碎。这些物质堵塞滤饼孔道，加重滤饼负担。因此如何选择最合适的硅藻土比例就是至关重要的了。
为了进一步减少凝固物和酵母的含量，应该在到达过滤极限之前，把下一个要过滤的罐尽快与过滤机连接。目的是在开始阶段需要排除大量的浑浊物质。
提高滤饼多孔性一个更为重要的方法是添加一些纤维素、珍珠岩和硅藻土相结合的过滤助剂。与传统的助剂不同，它能长久地键合凝固物，这是通过静电反应实现的，而不是单单是筛分效应。
这种物质的添加比例：第一和第二次预涂时20－50g／m，进料时1-5g/hl。纤维素的功能是提高滤饼的体积，增加澄清效果，加固滤饼，提高滤饼的弹性。即便是难以过滤的啤酒，仍然可以在加压的情况下过滤，生产出清亮的啤酒，过滤机的清洗更加迅速。
结束前还要提出的是板式过滤机的冲洗不充分也是滤层堵塞的一个原因，尤其是在B-葡聚精引起过滤困难的情况下。反向冲洗滤饼，可以去除大量的B-葡聚糖，因为B-葡聚糖是完全溶解于热水中的。
结 论
啤酒过滤困难主要是由质量差并且不均匀的麦芽、不充分的糖化和生产方法引起的，最可能因素是B-葡聚精、蛋白-单宁复合物、淀粉混浊、酵母和凝固物。
解决不均匀麦芽最好的方案是降低糖化温度并执行严格的碘检。凝固物去除不充分、发酵后短时间低温储存都会使啤酒中这些物质含量增加，从而影响啤酒的过滤性。
在B-葡聚糖不是主要障碍的情况下，添加不同量的硅胶有助于去除麦汁中的凝固物，减少浑浊，提高过滤性。
即便是过滤困难的啤酒，合理的选择硅藻土和过滤助剂的比例有助于提高过滤能力和澄清效果。
最后，预防胜于补救，我们只能再一次建议啤酒厂重视主要原料（麦芽）的质量和均匀性。
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