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淺談啤酒錐形罐發(fā)酵法
來源:  2015-12-21 10:53 作者:

     目前,圓柱錐形發(fā)酵罐是通用的發(fā)酵罐,該罐主體呈圓柱形,罐頂為圓弧狀,底部為圓錐形,罐體設(shè)有冷卻和保溫裝置,為全封閉發(fā)酵罐。


     1 錐形罐發(fā)酵法的特點(diǎn)
     1.1 底部為錐形,便于生產(chǎn)過程中隨時(shí)排放酵母,要求采用凝聚性酵母。
     1.2 罐本身具有冷卻裝置,便于發(fā)酵溫度的控制,發(fā)酵周期縮短,染菌機(jī)會(huì)少,啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。
     1.3 罐體外設(shè)有保溫裝置,可將罐體置于室外,減少建筑投資,節(jié)省占地面積,便于擴(kuò)建。
     1.4 采用密閉罐,便于CO2洗滌和CO2回收,發(fā)酵也可在一定壓力下進(jìn)行。
     1.5 罐內(nèi)發(fā)酵液由于液體高度而產(chǎn)生CO2梯度(即形成密度梯度)。通過冷卻控制,可使發(fā)酵液進(jìn)行自然對(duì)流,罐體越高,對(duì)流越強(qiáng)。由于強(qiáng)烈對(duì)流的存在,酵母發(fā)酵能力提高,發(fā)酵周期縮短。
     1.6 發(fā)酵罐可采用儀表或電腦控制,操作簡捷、管理方便。
     1.7 可采用CIP自動(dòng)清洗裝置,清洗方便。
     1.8 錐形罐加工方便(可在現(xiàn)場就地加工),實(shí)用性強(qiáng)。
     1.9 設(shè)備容量可根據(jù)生產(chǎn)需要靈活調(diào)整,容量可為20m3—600m3,最高可達(dá)1500m3。


     2 錐形罐工作原理與結(jié)構(gòu)
     2.1 錐形發(fā)酵罐工作原理
     錐形罐發(fā)酵法發(fā)酵周期短、發(fā)酵速度快的原因,是由于錐形罐內(nèi)發(fā)酵液的流體力學(xué)特性和采用現(xiàn)代啤酒發(fā)酵技術(shù)的結(jié)果。在靜壓差、發(fā)酵液密度差、二氧化碳的釋放作用以及罐上部降溫產(chǎn)生的溫差等推動(dòng)力的作用下,罐內(nèi)發(fā)酵液產(chǎn)生了強(qiáng)烈的自然對(duì)流,增強(qiáng)了酵母與發(fā)酵液的接觸,促進(jìn)了酵母的代謝,使啤酒發(fā)酵速度大大加快,啤酒發(fā)酵周期顯著縮短。


     2.2 錐形發(fā)酵罐基本結(jié)構(gòu)
     2.2.1 罐頂部分
     罐頂為一圓拱形結(jié)構(gòu),中央開孔用于放置可拆卸的大直徑法蘭,以安裝CO2和CIP管道及其連接件,罐頂還安裝防真空閥、過壓閥和壓力傳感器等,罐內(nèi)側(cè)裝有洗滌裝置,也安裝有供罐頂操作的平臺(tái)和通道。


     2.2.2 罐體部分
     罐體為圓柱體,是罐的主體部分。發(fā)酵罐的高度取決于圓柱體的直徑與高度。由于罐直徑大耐壓低,一般錐形罐的直徑不超過6m。罐體的加工比罐頂要容易,罐體外部用于安裝冷卻裝置和保溫層,并留一定的位置安裝測溫、測壓元件。


     2.2.3 圓錐底部分
     圓錐底的夾角一般為60°—80°,也有90°—110°,但這多用于大容量的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐的圓錐底高度與夾角有關(guān),夾角越小、錐底部分越高。一般罐的錐底高度占總高度的1/4左右,不要超過1/3。圓錐底的外壁應(yīng)設(shè)冷卻層,以冷卻錐底沉淀的酵母。錐底還應(yīng)安裝進(jìn)出管道、閥門、視鏡、測壓傳感元件等。
     此外,罐的直徑與高度比通常為1:2—1:4,總高度最好不要超過6m,以免引起強(qiáng)烈對(duì)流,影響酵母和凝固物的沉降。一般發(fā)酵罐的工作壓力控制在0.2MPa—0.3MPa。罐內(nèi)壁必須光滑平整,不銹鋼罐內(nèi)壁要進(jìn)行拋光處理,碳鋼罐內(nèi)壁涂料要均勻,無凹凸面、無顆粒狀凸起。


     2.3 錐形發(fā)酵罐主要尺寸確定
     2.3.1 徑高比 
     錐形罐呈圓柱錐底形,圓筒體的直徑與高度之比為1:2—1:4。一般徑高比越大,發(fā)酵時(shí)自然對(duì)流越強(qiáng)烈,酵母發(fā)酵速度快,但酵母不容易沉降,啤酒澄清困難。
     2.3.2 罐容量
     罐容量越大,麥汁滿罐時(shí)間越長,發(fā)酵增殖次數(shù)多、時(shí)間長,會(huì)造成雙乙酰前驅(qū)物質(zhì)形成量增大,雙乙酰產(chǎn)生量大、還原時(shí)間長。此外,還會(huì)造成出酒、清洗、重新進(jìn)麥汁等時(shí)間延長,且用冷高峰期峰值高,造成供冷緊張。由于二氧化碳的釋放和泡沫的產(chǎn)生,罐有效容積一般為罐總量的80%左右。
     2.3.3 錐角
     一般在60°—90°之間,常用60°—75°,以利于酵母的沉降與分離。


     2.3.4 冷卻夾套和冷卻面積
     錐形發(fā)酵罐冷卻常采用間接冷卻。國內(nèi)一般采用半圓管、槽鋼、弧形管夾套,或米勒板氏夾套在低溫低壓(-3℃、0.03MPa)下用液態(tài)二次冷媒冷卻,國外多采用換熱片式(爆炸成型)一次性冷媒直接蒸發(fā)式冷卻。一次性冷媒(如液氨蒸發(fā)溫度為-3℃—-4℃)蒸發(fā)后的壓力為1.0MPa—1.2MPa,對(duì)夾套耐壓性要求較高。
  由于啤酒冰點(diǎn)溫度一般為-2.0℃—-2.7℃,為防止啤酒在罐內(nèi)局部結(jié)冰,冷媒溫度應(yīng)在-3℃左右。國內(nèi)常采用20%—30%的酒精水溶液或20%丙二醇水溶液,作為冷媒。
     根據(jù)罐的容量不同,冷卻可采用二段式或三段式。冷卻面積根據(jù)罐體的材料而定,錐底冷卻面積不宜過大,防止貯酒期啤酒結(jié)冰。


     2.3.5 隔熱層和防護(hù)層
     絕熱層材料要求導(dǎo)熱系數(shù)小、體積質(zhì)量低、吸水少、不易燃等特性。常用絕熱材料有聚酰胺樹脂、自熄式聚苯乙烯塑料、聚氨基甲酸乙酯、膨脹珍珠巖粉和礦渣棉等。絕熱層厚度一般為150mm—200mm。外保護(hù)層一般采用0.7mm—1.5mm厚的鋁合金板、馬口鐵板或0.5mm—0.7mm的不銹鋼板,近來瓦楞型板比較受歡迎。


     2.3.6 罐體的耐壓
     發(fā)酵產(chǎn)生一定的二氧化碳形成罐頂壓力(罐壓),應(yīng)設(shè)有二氧化碳調(diào)節(jié)閥,罐頂設(shè)有安全閥。當(dāng)二氧化碳排出、下酒速度過快、發(fā)酵罐洗滌時(shí),二氧化碳溶解等會(huì)造成罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓。因此,必須安裝真空閥。


     3 錐形罐發(fā)酵工藝
     錐形罐發(fā)酵生產(chǎn)工藝組合形式有以下幾種:


     3.1 貯酒式
     此種方式,兩個(gè)罐要求不一樣,耐壓也不同,對(duì)于現(xiàn)代釀造來說,此方式意義不大。


     3.2 后處理式
     即一個(gè)罐進(jìn)行發(fā)酵,另一個(gè)罐為后熟處理。對(duì)發(fā)酵罐而言,將可發(fā)酵性成分一次完成,基本不保留可發(fā)酵性成分,發(fā)酵產(chǎn)生的CO2全部回收并貯存?zhèn)溆?,然后轉(zhuǎn)入后處理罐進(jìn)行后熟處理。其過程為將發(fā)酵結(jié)束的發(fā)酵液經(jīng)離心分離,去除酵母和冷凝固物,再經(jīng)薄板換熱器冷卻到貯酒溫度,進(jìn)行1天—2天的低溫貯存后開始過濾。


     3.3后調(diào)整式
     即前一個(gè)發(fā)酵罐類似一罐法進(jìn)行發(fā)酵、貯酒,完成可發(fā)酵性成分的發(fā)酵,回收酵母,進(jìn)行CO2洗滌,經(jīng)適當(dāng)?shù)牡蜏刭A存后,在后調(diào)整罐內(nèi)對(duì)色澤、穩(wěn)定性、CO2含量等指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整,再經(jīng)適當(dāng)穩(wěn)定后即可開始過濾操作。


     4 確定主要工藝參數(shù)
     4.1 發(fā)酵周期
     由產(chǎn)品類型、質(zhì)量要求、酵母性能、接種量、發(fā)酵溫度、季節(jié)等確定,一般12天—24天。


     4.2 酵母接種量
     一般根據(jù)酵母性能、代數(shù)、衰老情況、產(chǎn)品類型等決定。接種量大小由添加酵母后的酵母數(shù)確定。發(fā)酵開始時(shí):10×106個(gè)/ml—20×106個(gè)/ml;發(fā)酵旺盛時(shí):6×106個(gè)/ml—7×107個(gè)/文章來源華夏酒報(bào)ml;排酵母后:6×106個(gè)/ml—8×106個(gè)/ml;0℃左右貯酒時(shí):1.5×106個(gè)/m—3.5×106個(gè)/ml。


     4.3 發(fā)酵最高溫度和雙乙酰還原溫度
     低溫發(fā)酵,旺盛發(fā)酵溫度8℃左右;中溫發(fā)酵,旺盛發(fā)酵溫度10℃—12℃;高溫發(fā)酵,旺盛發(fā)酵溫度15℃—18℃。


  一般發(fā)酵溫度為9℃—12℃。雙乙酰還原溫度是指旺盛發(fā)酵結(jié)束后啤酒后熟階段(主要是消除雙乙酰)時(shí)的溫度,一般雙乙酰還原溫度等于或高于發(fā)酵溫度,這樣既能保證啤酒質(zhì)量又利于縮短發(fā)酵周期。發(fā)酵溫度提高,發(fā)酵周期縮短,但代謝副產(chǎn)物量增加將影響啤酒風(fēng)味且容易染菌;雙乙酰還原溫度增加,啤酒后熟時(shí)間縮短,但易染菌不利于酵母沉淀和啤酒澄清。


     4.4 罐壓
     一般發(fā)酵時(shí)最高罐壓控制在0.07MPa—0.08MPa。一般最高罐壓為發(fā)酵最高溫度值除以100(單位MPa)。采用帶壓發(fā)酵,可以抑制酵母的增殖,減少由于升溫所造成的代謝副產(chǎn)物過多的現(xiàn)象,防止產(chǎn)生過量的高級(jí)醇、酯類,同時(shí)有利于雙乙酰的還原,并可以保證酒中二氧化碳的含量。


  4.5 滿罐時(shí)間
     從第一批麥汁進(jìn)罐到最后一批麥汁進(jìn)罐所需時(shí)間稱為滿罐時(shí)間。滿罐時(shí)間長,酵母增殖量大,產(chǎn)生代謝副產(chǎn)物α—乙酰乳酸多,雙乙酰峰值高,一般為12h—24h,最好在20h以內(nèi)。


     4.6 發(fā)酵度
     可分為低發(fā)酵度、中發(fā)酵度、高發(fā)酵度和超高發(fā)酵度。對(duì)于淡色啤酒發(fā)酵度的劃分為:低發(fā)酵度啤酒,其真正發(fā)酵度48%—56%;中發(fā)酵度啤酒,其真正發(fā)酵度59%—63%;高發(fā)酵度啤酒,其真正發(fā)酵度65% 以上,超高發(fā)酵度啤酒(干啤酒)其真正發(fā)酵度在75%以上。


     5 錐形發(fā)酵罐工藝要求
     5.1 應(yīng)有效地控制原料質(zhì)量和糖化效果,每批次麥汁組成應(yīng)均勻,如果各批麥汁組成相差太大,將會(huì)影響到酵母的繁殖與發(fā)酵。
     5.2 大罐的容量應(yīng)與每次糖化的冷麥汁量以及每天的糖化次數(shù)相適應(yīng),要求在16h內(nèi)裝滿一罐,最多不能超過24h,進(jìn)罐冷麥汁對(duì)熱凝固物要盡量去除。
     5.3 冷麥汁的溫度控制要考慮每次麥汁進(jìn)罐的時(shí)間間隔和滿罐的次數(shù),如果間隔時(shí)間長、次數(shù)多,可以考慮逐批提高麥汁的溫度,也可以考慮前一、二批不加酵母,之后的幾批將全量酵母按一定比例加入,添加比例由小到大。


     5.4 冷麥汁溶解氧的控制可以根據(jù)酵母添加量和酵母繁殖情況而定,一般要求每批冷麥汁應(yīng)按要求充氧,混合冷麥汁溶解氧不低于8mg/L。
     5.5 控制發(fā)酵溫度應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定,溫度控制以采用自動(dòng)控制。
     5.6 發(fā)酵罐最好采用不銹鋼材料制作,以便于清洗和殺菌,當(dāng)使用碳鋼制作發(fā)酵罐時(shí),應(yīng)保持涂料層的均勻與牢固。發(fā)酵罐要裝有高壓噴洗裝置,噴洗壓力應(yīng)控制為0.39MPa—0.49MPa。


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編輯:苗倩
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