再谈糖化醪过滤工艺

酒花对啤酒品质的优劣有着非常重要的影响。酒花的次级代谢产物，诸如苦味物质、酒花精油或多酚成分对啤酒品质至关重要。酒花中的苦味物质，尤其是异α-酸，它能赋予啤酒非常典型的苦味，持久稳定的啤酒泡沫，还扮演着天然防腐剂的作用。而在啤酒糖化过程中，要想最佳化应用这些苦味剂成分是不可能的。结果表明，要想获得预期的苦味单位（煮沸过麦汁中总的苦味量）所需要添加的酒花量要比实际的异α-酸产量高。这种“绿色黄金”因此在啤酒生产成本中占据着重要的比例，这意味着提高异α-酸的产率非常有意义，可以此来降低啤酒生产成本。

在提高异α-酸产率上涉及几个方面。麦汁煮沸过程中，由于受麦汁中PH值的影响，α-酸（葎草酮）及其同系化合物的溶解度受到限制。提高PH值时，溶解度也会随之提高。热能量促进了α-酸光学活性六环化合物的变化，转化成五环结构，其结果是形成了更多的有益的顺式异α-酸和反式异α-酸。由于新的排列结构引起极性的增加，这些酸更具有亲水性，它们更易溶解在水中，对啤酒生产中的苦味具有更大的潜能。在这过程中，β-酸氧化生成葎草酮氧化物，与它们最初的构成相比，对啤酒中的苦味仅有有限的影响。因此它们根本不重要。

苦味酸的损失一直是一个棘手问题。从酒花到冷麦汁，苦味酸降低了约50%。首先，α-酸不可能完全异构化，在麦汁中仍有α-酸存在。其次，在热凝固物中还会损失一部分苦味酸。苦味物质在热凝固物形成中通过离子相互作用对热凝固物的形成起着一定作用，它们会被可凝固性氮带走。在后续的生产过程中，由于PH值的降低、吸附或沉淀，从冷麦汁到成品啤酒还会损失剩余50%中的20%。总的来说，仅有不足最初α-酸量的40%保留在成品啤酒苦味物质中。从经济学角度讲，这根本不合算，但仍需继续做下去。问题随之提出，哪些参数能提高酒花的产率。以下重点关注酒花部分，至于啤酒的发酵等环节不再详细论述。

图1：新型糖化醪过滤系统1至4轮

假设到冷麦汁时的酒花产率为50%，异构化也没有达到所想要的程度。有多方面的原因可对此解释。

一方面，酒花本身就存在诸多影响因素，如酒花品种、酒花产品、酒花的成熟度以及酒花的添加数量，它们对酒花的异构化均有影响。另一方面，麦汁组成成分、PH值、原麦汁浓度以及煮沸参数也扮演着决定性作用。在麦汁煮沸过程中，酒花添加时间、麦汁煮沸时间及煮沸温度很重要。一般而言，经过长的煮沸时间以及高达106℃的高温可成就高的异构化。不过在高的煮沸温度下已经异构化了的α-酸的降解也必须考虑。

为了具有更好的溶解度，麦汁PH值在碱性环境时可以促进α-酸的异构化。而在碱性环境下转换的缺点体现在通过异葎草酮连续进行的异构化，这种异构化会产生啤酒中不想要的成分。另外，美拉德产物会提高麦汁的色度，啤酒苦味中会呈现令人不愉快的口味。

受温度和PH值这两个组合因素的影响，引发了另外一种现象。在麦汁PH值为5且保持不变时，降低温度将会降低α-酸的溶解度。就原麦汁浓度而言还遵循下规律：原麦汁浓度越低，α-酸异构化越好。

依据它们的毒理学惰性（toxicological inertness），矿物质成分中钙和镁是α-酸异构化的天然催化剂，在PH值为4～8间，它们作为一种催化剂使α-酸直接转换为异葎草酮。根据Koller等人的研究，在PH值为7时可添加镁来提高α-酸的异构化率。根据德国啤酒纯酿法，这种添加是不允许的。因此，在不需要任何添加剂而又包含大量钙镁离子成分的麦汁是啤酒生产过程中最理想的麦汁。

如果上述优化应用（温度、时间、PH值、矿物质成分等等）能够实现，所面临的挑战就是如何将它们整合在糖化过程中，以成就α-酸高的异构化率。还有一问题：在标准糖化过程中，原麦汁浓度处在13°P和14°P间，PH值大约为5.4时，如何寻找到一个折中的解决方案，也就是在提高α-酸的异构化和阻止已异构化的α-酸的降解间寻求一个最佳化温度。

麦汁是一分散系统，它由大量的单个粒子（固体颗粒）、分散物质和分散介质组成。新型糖化醪过滤系统（见图2所示），其所生产的麦汁可被划分为一个粗分散系统，正如以下试验系列所证实的那样，直径大于1 μm的颗粒在麦汁中占主导地位。

新型糖化醪过滤系统所进行的初步试验表明：与麦汁过滤槽过滤的麦汁相比，新型糖化醪过滤系统所获取的麦汁中包含大量的颗粒物质，因此更显混浊。这正是所想要的，因为含有大量矿物质成分和更多脂肪酸的麦汁对啤酒后续工序有积极的影响。麦汁中丰富的颗粒被认为是完成试验很好的机会，这样可通过系列试验更好地关注这些颗粒和对比酒花的产率。

为了评估旋转圆盘过滤麦汁中各种颗粒直径的大小，需应用激光衍射仪对颗粒大小进行分析。一种新研发的方法用于德国新帕泰克Sympatec Helos系统和它的Sucell分散系统。

图2：新型糖化醪过滤系统1#轮至4#轮颗粒直径大小分析的对数分布密度图

颗粒直径大小分析对数分布密度图清晰地显示了，从3#轮的洗涤麦汁到4#轮更大颗粒的颗粒直径大小分布。相比之下，从1#轮到4#轮单个轮麦汁中所测定的酒花异构化率测试也表明：异构化率在诸轮增加。4个样品中有2个样品，其酒花产率高于同等糖化过程用麦汁过滤槽过滤麦汁中的酒花产率。基于对两个试验的研究成果，可以推导出颗粒直径范围，它要么对酒花产率有更积极的影响，要么对酒花产率有更消极的影响。颗粒直径处在1μm和40 μm之间的细颗粒对酒花的异构化率有消极的影响，而颗粒直径处在40μm和400 μm之间的粗颗粒对酒花的异构化率没有损坏，甚至可改进酒花的异构化。

进行进一步的分析，现场测定固形物的含量表明：固形物对α-酸的异构化率没有直接的影响。图3表明了每升样品容量中固形物的测定结果。按百分比算，通过麦汁过滤槽过滤的麦汁（LT）中的颗粒仅为从洗涤麦汁到4#轮麦汁中颗粒的7%，4#轮过滤麦汁中的颗粒是所有旋转盘过滤麦汁中颗粒物负荷最低的。然而来自4#颗粒丰富的麦汁样品，其异α-酸量却是同等糖化过程用麦汁过滤槽过滤麦汁中异α-酸量的2倍多。

图3：与麦汁过滤槽中的麦汁相比，单个旋转圆盘过滤器过滤麦汁中的固形物含量

图4：新系统中麦汁流分布图

试验系列表明：除了上面提到的因素（温度、PH值、矿物质成分等），不包括固形物含量，特定范围内颗粒直径的大小对α-酸的异构化也起着一定的作用。

众所周知，可以通过添加在酒花添加罐中已经异构化的酒花或者已经预异构化了的酒花产品来从根本上改善所添加酒花的功效。就这方面而言，这两种酒花变体此处不再详细论述。基于上述对新型糖化醪过滤系统的试验，获得了最佳化应用酒花的另一个机会：分段麦汁煮沸。根据它们的物理—化学性能和各自的任务，麦汁成分中的颗粒被分离和处理，如图4所示。为了提高酒花的异构化，洗涤麦汁可被用作液体。依据偏低的原麦汁浓度和PH值（由于添加了喷冲水，PH值略微处在碱性范围内），它们有益于异构化。另外，提高了新型糖化醪过滤系统麦汁中的矿物质含量，诸如钙和镁，也有助于促进异构化。

由于新型糖化醪过滤设备并行运行，锥形分离罐对异构化时间的延长肯定会产生副作用。为了提高α-酸的异构化，不仅要保持麦汁成分的煮沸时间，而且还要满足在回旋沉淀槽/沉降离心机中的沉淀时间。酒花凝固物在独立的锥形煮沸罐中沉淀后，麦汁成分混合在一起并冷却。

酒花在啤酒中的利用率仅达到40%，从经济学角度讲是不可接受的。截止目前，有关文献描述了提高酒花产率的许多方法，不过在酒花添加过程中，尤其是酒花添加的时间参数设定上各人意见不同。

我们一直在寻求一种有针对性的测试，希望在不久的将来，它能考虑到麦汁煮沸过程中所有影响酒花的参数，诸如煮沸时间、煮沸温度、PH值、原麦汁浓度、矿物质成分含量，颗粒大小的分布（作为一种新的影响因素），来证实可能最大化的酒花产率。