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浅谈啤酒锥形罐发酵法

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-02-17
    目前,圆柱锥形发酵罐是通用的发酵罐,该罐主体呈圆柱形,罐顶为圆弧状,底部为圆锥形,罐体设有冷却和保温装置,为全封闭发酵罐。
    1 锥形罐发酵法的特点
    1.1 底部为锥形,便于生产过程中随时排放酵母,要求采用凝聚性酵母。
    1.2 罐本身具有冷却装置,便于发酵温度的控制,发酵周期缩短,染菌机会少,
啤酒质量稳定。
    1.3 罐体外设有保温装置,可将罐体置于室外,减少建筑投资,节省占地面积,便于扩建。
    1.4 采用密闭罐,便于CO2洗涤和CO2回收,发酵也可在一定压力下进行。
    1.5 罐内发酵液由于液体高度而产生CO2梯度(即形成密度梯度)。通过冷却控制,可使发酵液进行自然对流,罐体越高,对流越强。由于强烈对流的存在,酵母发酵能力提高,发酵周期缩短。
    1.6 发酵罐可采用仪表或电脑控制,操作简捷、管理方便。
    1.7 可采用CIP自动清洗装置,清洗方便。
    1.8 锥形罐加工方便(可在现场就地加工),实用性强。
    1.9 设备容量可根据生产需要灵活调整,容量可为20m3—600m3,最高可达1500m3。
    2 锥形罐工作原理与结构
    2.1 锥形发酵罐工作原理
    锥形罐发酵法发酵周期短、发酵速度快的原因,是由于锥形罐内发酵液的流体力学特性和采用现代
啤酒发酵技术的结果。在静压差、发酵液密度差、二氧化碳的释放作用以及罐上部降温产生的温差等推动力的作用下,罐内发酵液产生了强烈的自然对流,增强了酵母与发酵液的接触,促进了酵母的代谢,使啤酒发酵速度大大加快,啤酒发酵周期显著缩短。
    2.2 锥形发酵罐基本结构
    2.2.1 罐顶部分
    罐顶为一圆拱形结构,中央开孔用于放置可拆卸的大直径法兰,以安装CO2和CIP管道及其连接件,罐顶还安装防真空阀、过压阀和压力传感器等,罐内侧装有洗涤装置,也安装有供罐顶操作的平台和通道。
    2.2.2 罐体部分
    罐体为圆柱体,是罐的主体部分。发酵罐的高度取决于圆柱体的直径与高度。由于罐直径大耐压低,一般锥形罐的直径不超过6m。罐体的加工比罐顶要容易,罐体外部用于安装冷却装置和保温层,并留一定的位置安装测温、测压元件。
    2.2.3 圆锥底部分
    圆锥底的夹角一般为60°—80°,也有90°—110°,但这多用于大容量的发酵罐。发酵罐的圆锥底高度与夹角有关,夹角越小、锥底部分越高。一般罐的锥底高度占总高度的1/4左右,不要超过1/3。圆锥底的外壁应设冷却层,以冷却锥底沉淀的酵母。锥底还应安装进出管道、阀门、视镜、测压传感元件等。
    此外,罐的直径与高度比通常为1:2—1:4,总高度最好不要超过6m,以免引起强烈对流,影响酵母和凝固物的沉降。一般发酵罐的工作压力控制在0.2MPa—0.3MPa。罐内壁必须光滑平整,不锈钢罐内壁要进行抛光处理,碳钢罐内壁涂料要均匀,无凹凸面、无颗粒状凸起。
    2.3 锥形发酵罐主要尺寸确定
    2.3.1 径高比 
    锥形罐呈圆柱锥底形,圆筒体的直径与高度之比为1:2—1:4。一般径高比越大,发酵时自然对流越强烈,酵母发酵速度快,但酵母不容易沉降,啤酒澄清困难。
    2.3.2 罐容量
    罐容量越大,麦汁满罐时间越长,发酵增殖次数多、时间长,会造成双乙酰前驱物质形成量增大,双乙酰产生量大、还原时间长。此外,还会造成出酒、清洗、重新进麦汁等时间延长,且用冷高峰期峰值高,造成供冷紧张。由于二氧化碳的释放和泡沫的产生,罐有效容积一般为罐总量的80%左右。
    2.3.3 锥角
    一般在60°—90°之间,常用60°—75°,以利于酵母的沉降与分离。
    2.3.4 冷却夹套和冷却面积
    锥形发酵罐冷却常采用间接冷却。国内一般采用半圆管、槽钢、弧形管夹套,或米勒板氏夹套在低温低压(-3℃、0.03MPa)下用液态二次冷媒冷却,国外多采用换热片式(爆炸成型)一次性冷媒直接蒸发式冷却。一次性冷媒(如液氨蒸发温度为-3℃—-4℃)蒸发后的压力为1.0MPa—1.2MPa,对夹套耐压性要求较高。
    由于啤酒冰点温度一般为-2.0℃—-2.7℃,为防止啤酒在罐内局部结冰,冷媒温度应在-3℃左右。国内常采用20%—30%的酒精水溶液或20%丙二醇水溶液,作为冷媒。
    根据罐的容量不同,冷却可采用二段式或三段式。冷却面积根据罐体的材料而定,锥底冷却面积不宜过大,防止贮酒期啤酒结冰。
    2.3.5 隔热层和防护层
    绝热层材料要求导热系数小、体积质量低、吸水少、不易燃等特性。常用绝热材料有聚酰胺树脂、自熄式聚苯乙烯塑料、聚氨基甲酸乙酯、膨胀珍珠岩粉和矿渣棉等。绝热层厚度一般为150mm—200mm。外保护层一般采用0.7mm—1.5mm厚的铝合金板、马口铁板或0.5mm—0.7mm的不锈钢板,近来瓦楞型板比较受欢迎。
    2.3.6 罐体的耐压
    发酵产生一定的二氧化碳形成罐顶压力(罐压),应设有二氧化碳调节阀,罐顶设有安全阀。当二氧化碳排出、下酒速度过快、发酵罐洗涤时,二氧化碳溶解等会造成罐内出现负压。因此,必须安装真空阀。
    3 锥形罐发酵工艺
    锥形罐发酵生产工艺组合形式有以下几种:
    3.1 贮酒式
    此种方式,两个罐要求不一样,耐压也不同,对于现代酿造来说,此方式意义不大。
    3.2 后处理式
    即一个罐进行发酵,另一个罐为后熟处理。对发酵罐而言,将可发酵性成分一次完成,基本不保留可发酵性成分,发酵产生的CO2全部回收并贮存备用,然后转入后处理罐进行后熟处理。其过程为将发酵结束的发酵液经离心分离,去除酵母和冷凝固物,再经薄板换热器冷却到贮酒温度,进行1天—2天的低温贮存后开始过滤。
    3.3后调整式
    即前一个发酵罐类似一罐法进行发酵、贮酒,完成可发酵性成分的发酵,回收酵母,进行CO2洗涤,经适当的低温贮存后,在后调整罐内对色泽、稳定性、CO2含量等指标进行调整,再经适当稳定后即可开始过滤操作。
    4 确定主要工艺参数
    4.1 发酵周期
    由产品类型、质量要求、酵母性能、接种量、发酵温度、季节等确定,一般12天—24天。
    4.2 酵母接种量
    一般根据酵母性能、代数、衰老情况、产品类型等决定。接种量大小由添加酵母后的酵母数确定。发酵开始时:10×106个/ml—20×106个/ml;发酵旺盛时:6×106个/ml—7×107个/ml;排酵母后:6×106个/ml—8×106个/ml;0℃左右贮酒时:1.5×106个/m—3.5×106个/ml。
    4.3 发酵最高温度和双乙酰还原温度
    低温发酵,旺盛发酵温度8℃左右;中温发酵,旺盛发酵温度10℃—12℃;高温发酵,旺盛发酵温度15℃—18℃。
    一般发酵温度为9℃—12℃。双乙酰还原温度是指旺盛发酵结束后啤酒后熟阶段(主要是消除双乙酰)时的温度,一般双乙酰还原温度等于或高于发酵温度,这样既能保证啤酒质量又利于缩短发酵周期。发酵温度提高,发酵周期缩短,但代谢副产物量增加将影响啤酒风味且容易染菌;双乙酰还原温度增加,啤酒后熟时间缩短,但易染菌不利于酵母沉淀和啤酒澄清。
    4.4 罐压
    一般发酵时最高罐压控制在0.07MPa—0.08MPa。一般最高罐压为发酵最高温度值除以100(单位MPa)。采用带压发酵,可以抑制酵母的增殖,减少由于升温所造成的代谢副产物过多的现象,防止产生过量的高级醇、酯类,同时有利于双乙酰的还原,并可以保证酒中二氧化碳的含量。
    4.5 满罐时间
    从第一批麦汁进罐到最后一批麦汁进罐所需时间称为满罐时间。满罐时间长,酵母增殖量大,产生代谢副产物α—乙酰乳酸多,双乙酰峰值高,一般为12h—24h,最好在20h以内。
    4.6 发酵度
    可分为低发酵度、中发酵度、高发酵度和超高发酵度。对于淡色啤酒发酵度的划分为:低发酵度啤酒,其真正发酵度48%—56%;中发酵度啤酒,其真正发酵度59%—63%;高发酵度啤酒,其真正发酵度65% 以上,超高发酵度啤酒(干啤酒)其真正发酵度在75%以上。
    5 锥形发酵罐工艺要求
    5.1 应有效地控制原料质量和糖化效果,每批次麦汁组成应均匀,如果各批麦汁组成相差太大,将会影响到酵母的繁殖与发酵。
    5.2 大罐的容量应与每次糖化的冷麦汁量以及每天的糖化次数相适应,要求在16h内装满一罐,最多不能超过24h,进罐冷麦汁对热凝固物要尽量去除。
    5.3 冷麦汁的温度控制要考虑每次麦汁进罐的时间间隔和满罐的次数,如果间隔时间长、次数多,可以考虑逐批提高麦汁的温度,也可以考虑前一、二批不加酵母,之后的几批将全量酵母按一定比例加入,添加比例由小到大。
    5.4 冷麦汁溶解氧的控制可以根据酵母添加量和酵母繁殖情况而定,一般要求每批冷麦汁应按要求充氧,混合冷麦汁溶解氧不低于8mg/L。
    5.5 控制发酵温度应保持相对稳定,温度控制以采用自动控制。
    5.6 发酵罐最好采用不锈钢材料制作,以便于清洗和杀菌,当使用碳钢制作发酵罐时,应保持涂料层的均匀与牢固。发酵罐要装有高压喷洗装置,喷洗压力应控制为0.39MPa—0.49MPa。

特别提示:本信息由相关企业自行提供,真实性未证实,仅供参考。请谨慎采用,风险自负。


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