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(chē)間進(jìn)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(jìn)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(guò)濾時(shí)間。過(guò)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(guò)濾設(shè)備的效率對(duì)糖化系統(tǒng)工作效率的影響較大，合理設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)濾槽，過(guò)濾槽依靠麥皮作為過(guò)濾介質(zhì)以獲得澄清的麥汁。過(guò)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(guò)濾孔，開(kāi)孔縫隙0.7mm，開(kāi)孔背面成喇叭口形狀，篩板開(kāi)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(guò)濾槽底均布麥汁收集口，每1 平方米上配有1個(gè)。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(shí)轉(zhuǎn)速0.4 轉(zhuǎn)/分鐘，耕刀與篩板的間距可通過(guò)升降機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。鍋?lái)斉溆蠧IP 清洗球和噴淋系統(tǒng)。

過(guò)濾麥汁具體流程如下，用泵將糖化鍋中的糖化醪倒入過(guò)濾槽中，開(kāi)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(guò)濾層，緩慢開(kāi)啟麥汁收集器閥門(mén)，進(jìn)行麥汁回流。開(kāi)始時(shí)麥汁較渾濁，需用泵打到過(guò)濾槽糟層之上，回流20 分鐘后即可獲得澄清的麥汁，此時(shí)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(guò)濾分頭道麥汁和洗糟兩個(gè)階段，隨著麥汁不斷過(guò)濾收集，麥糟層逐漸壓緊，過(guò)濾速率變得緩慢，過(guò)濾總時(shí)間延長(zhǎng)，這不利于麥汁質(zhì)量同時(shí)影響生產(chǎn)效率。

影響麥汁過(guò)濾槽過(guò)濾速度的主要因素有穿過(guò)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(guò)濾層的壓差主要由糟層厚度決定。麥糟層過(guò)厚，過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)，麥糟層過(guò)薄，麥汁濾出過(guò)快，麥汁澄清度降低，麥糟容易冷卻，過(guò)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(guò)濾槽法要求麥芽粉碎時(shí)麥皮破而不碎，干燥的麥皮很脆，粉碎時(shí)容易破碎，可通過(guò)飽和蒸汽或30 ～35℃的水進(jìn)行短時(shí)間的增濕處理。處理后的麥芽麥皮韌性增強(qiáng)，麥粒可以較好地被粉碎出來(lái)，麥皮體積增大，形成的過(guò)濾層更加疏松，過(guò)濾速度增加。

麥汁過(guò)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(guò)耕刀疏松糟層后獲得提高。耕糟時(shí)耕刀應(yīng)該由上向下逐步緩慢耕糟，可通過(guò)過(guò)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(guò)濾槽常采用之字型和燕尾型耕刀組合的形式，以達(dá)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(kāi)始耕糟操作，耕刀群外邊緣耕刀的線(xiàn)速度不宜超過(guò)4m/min。然后根據(jù)過(guò)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(gè)階段均重復(fù)上述操作。需要注意，從底部開(kāi)始耕糟可能會(huì)造成麥汁渾濁，渾濁麥汁含脂肪酸過(guò)高，造成泡沫和風(fēng)味的不良影響。

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

絲杠動(dòng)力型耕刀升降機(jī)構(gòu)

氣缸動(dòng)力型耕刀升降機(jī)構(gòu)

氣缸升降代替絲杠升降機(jī)構(gòu)，適合精釀啤酒工廠(chǎng)耕糟設(shè)備配置。投資小，安裝簡(jiǎn)便，檢修方便，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(huì)導(dǎo)致麥汁粘度增加，降低過(guò)濾速度。溫度對(duì)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(zhǎng)蛋白質(zhì)分解時(shí)間以平衡溶解性。其次可改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝保證過(guò)濾槽溫度。在糖化醪倒入過(guò)濾槽之前，可使用78℃熱水預(yù)熱過(guò)濾槽到70℃，過(guò)濾槽篩板與底板間通入78℃熱水。為防止溫度下降，可在過(guò)濾槽筒體及過(guò)濾槽底增加恒溫夾套，通入78℃循環(huán)水。經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)措施，β-葡聚糖可分解完全，降低麥汁粘度，提高麥汁過(guò)濾速度。

頭道麥汁收集完成后開(kāi)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(kuò)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(guò)2 次，采取邊過(guò)濾邊洗糟的工藝可以提高洗糟效果，縮短過(guò)濾總時(shí)長(zhǎng)。

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(duì)于尺寸固定的過(guò)濾槽是巨大的挑戰(zhàn)。過(guò)多的投料量導(dǎo)致糟層厚度增厚，過(guò)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(guò)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(mǎn)足精釀啤酒的多樣化生產(chǎn)工藝需求，提出增加過(guò)濾槽過(guò)濾面積的解決方案。

如新型過(guò)濾槽設(shè)計(jì)圖所示，在篩板上方的筒節(jié)上均勻的開(kāi)長(zhǎng)條孔，長(zhǎng)條孔處安裝過(guò)濾篩板，篩板開(kāi)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(dòng)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(guò)濾面積增加約20 ～30%。糖化醪倒入過(guò)濾槽前，需鋪底水。糖化醪導(dǎo)入后靜止20 分鐘，然后首先開(kāi)啟內(nèi)環(huán)麥汁收集器，開(kāi)始回流澄清，待糟層穩(wěn)定成型后，開(kāi)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(mén)，耕刀繼續(xù)向下深耕。該設(shè)計(jì)可滿(mǎn)足雙料、三料工藝的過(guò)濾需求。

新型過(guò)濾槽設(shè)計(jì)圖

為保證過(guò)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(shí)，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(guò)濾速度的因素眾多，與麥芽質(zhì)量、粉碎工藝、糖化工藝、過(guò)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(dòng)、優(yōu)化過(guò)濾槽結(jié)構(gòu)。麥汁過(guò)濾是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，綜合考慮，可借用數(shù)值模擬手段建立動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)以提高過(guò)濾槽的工作效率。