啤酒工业及啤酒生产工艺的再审视

创新

啤酒工业及啤酒生产工艺的再审视

啤酒市场竞争激烈。德国联邦统计局数据显示，仅德国就有1400多家，包括跨国集团旗下工厂及当地中小型啤酒工厂。竞争如此激烈，质量的决定作用越发凸显。消费者的期待包括光泽、泡持性、口感、香味、货架期、稳定性等。另外，啤酒爱好者还期望有越来越多的品种可供选择，包括新的类型或季节性啤酒。比如无醇或低醇啤酒销量增长，因为在运动后放松时可以替代雪碧。

如果生产成本太高，即使是最佳的啤酒质量和最大的投资也不能保证成功。虽然通过自动化技术可以减少员工，但能源和介质的消耗对所产生的运营成本有很大的影响。

因此，今后新研发的工艺必须充分考虑以下几个方面：

1、最佳的产品质量监控。

2、在生产计划和啤酒类型多样化方面的高度灵活性。

3、低运营成本及可持续性发展的生产流程。

表1：啤酒酿造的批量生产与连续生产模式的对比

与葡萄酒酿酒商相比，啤酒酿酒商不能根据“好的和不好的”啤酒来评定他们的产品，他们的工作是始终保持高的产品质量。为了实现这一目标，需通过采用适当的加工工艺对糖化醪液成分进行改进，并通过技术和工艺方面的措施对酵母的发酵特性进行有选择性地改进。

对于麦芽和啤酒花，受气候波动的影响，每年的质量都有波动，但是对于酿酒商来说有一系列的措施来应对这种质量波动，在没有相应规定的国家，他们也允许应用添加剂。

图1：原料质量和批量糖化模式之间的相互关系

图2：原料质量和连续糖化模式之间的相互关系

糖化工作被认为是确保啤酒质量始终保持高水平的最有效的起点。当进入发酵和过滤过程的麦汁显现出可比较的分析特性时，成品啤酒中的主要变化是不可预料的（见图1）。此外，酿酒商们在啤酒糖化过程中还有最有效的处理措施，如改变谷粉组成、改变醪液温度、调节PH值、调整总蒸发量等。根据每种情形下所使用的原材料的种类、批次和酿制的啤酒类型，可有选择性地精确应用这些措施，以补偿进入糖化过程的原料的任何波动。为此目的，选用批量糖化工艺是有益的，以便能有效地应用所需要的技术措施。

同样，在连续的糖化过程中也可以改变工艺参数，但所达到的程度不同。因为在啤酒酿造的所有工序中，从谷物的粉碎到麦汁的冷却，相互关联。根据时间、温度、数量多少及能源供给方面所发生的每一个变化也会对上道工序和下道工序产生影响。以连续模式运行的糖化过程针对特定的工作点一旦被调整，所出现的任何偏差都肯定会导致一定的后果。例如，糖化温度的变化在一定程度上比在批量生产模式下的糖化易改变热水的平衡，甚至完全失去平衡。这意味着酿酒师的行动范围被限制了，意味着他成就啤酒持续高质量的任务需要与能源和介质有关的参数竞争，而且由于技术原因，仅能发生在冷段（见图2）。

然而，在发酵过程中，可供选择的方案数量远小于糖化过程，持续高的啤酒质量通常通过混合各发酵罐的酒液来实现。当糖化过程中不能再应用必要的可供选择的灵活性来处理原料特性时，过滤过程同样能遇到重大问题。

传统啤酒酿酒商通过应用不同的原料成分、采用特别适宜的糖化工艺或者选用与当前正酿制的啤酒非常适宜的酒花等措施在啤酒酿造过程中生产不同类型的啤酒。另外，选用不同的酵母类型和发酵条件适用于生产香味和口感差异显著的啤酒，它们是赋予啤酒特性的重要因素。出于成本原因，大型啤酒工厂往往喜欢生产大量的原液啤酒，它们在过滤后通过混合以获得所需麦汁浓度，然后依据色泽和苦味使其多样化，以生产不同类型。同样适用于这两个过程的是，市场需求的批量在逐渐变小，这需要更快的交付速度。为了降低啤酒糖化成本，日益增长的趋势是“按需”酿造，而不是在正在进行的生产过程中，酿造计划经常被修改好几次。这意味着很难密切关注每一件事，但这正是啤酒跟踪和追溯情况下所需要的。恰是在这方面，批量模式真正显示出其传统优势：清晰界定的批次可以单独地创建、分析和记录。生产类型的转换不会产生任何问题，生产的计划性非常灵活，直至下次的糖化。如果需要一个批次被隔离并做特殊处理，原料被撤回用于下一批次糖化即可。对于“原液”啤酒的生产，连续的生产工艺是一个比较好的选择，在啤酒开始发酵时，经常被分成不同的批次生产。

图3：生产计划和啤酒类型多样化

在复杂的啤酒酿造过程中，创造一个成本效益高的生产运营，与此同时确保积极的可持续性发展是一个真正的挑战。除了需要大量的新鲜水之外，生产过程也需要大量的各种形式的能量。这种能量需求源于加热和冷却过程及真正的产品质量加工的过程。至于所消耗能量的多少，能量的转移是连续发生还是分批发生，相对来说无关紧要。因为在一天结束时，相同的啤酒数量可以用相同的温度曲线来酿造。当工厂想用一个已确定的温度曲线节约能源时，它首先需要回收更多的能量并将其返回到上道工序，其次必须降低产量。后者常发生在高浓酿造过程中。这就产生了副作用，降低了糖化容器的大小，使发酵罐更有效地应用。

用于提供热能的热流存在一定的差异性。在这方面，用于连续糖化模式的最大热流小于传统批量糖化模式下的最大热流。如果蒸汽用于加热过程，用于连续生产模式下的麦汁煮沸系统大体上来说小于传统糖化模式下的麦汁煮沸系统。但是，鉴于其有时非常高的系统损失，蒸汽不再是最先进的能源载体，相比之下基于高压或低压的热水储存系统是比较好的加热模式（见图4）。一个密闭的能量储存系统同样能够对传统蒸汽冷凝器的能量回收，也能对现代的EquiTherm系统的能量回收，它只是比敞口的能量储存系统稍微复杂一些。另外，热电联产装置或小型锅炉系统能够提供真正均匀的热能输入，而不需要精心的储存管理。再者，由于非常低的负荷峰值发生率，啤酒工厂在能源供给上能降低成本。

其它的介质，如水、冷却剂、压缩空气或者CO2，几乎都能连续供给，因此，就供给峰值而言没有太明显的差异。不过，在连续的过程中，输送管路或泵规格能力可略微降低。令人惊奇地是，连续酿造过程的耗电量明显高于传统的批量生产过程的耗电量。主要原因是沉淀离心机和分离器技术被用作麦汁过滤槽和回旋沉淀槽的替代物。在这些过程中，使用其它分离技术，所有考虑的事情都会消耗更多的电能，由于需要连续对泵驱动，这引起了热能对电能的转换比变化，能明显地影响热能联产装置的供能。根据水的消耗，连续的生产过程证明更有优势。由于在连续的糖化锅次间不需要冲洗水，可选择高浓生产。废水数量大大降低。如果废水不通过沼气系统进行能源利用，这就更加有利。

图4：有无热能储存系统的锅炉输出量对比

几个世纪以来，酿造过程不断完善。今天，又不断被新型方案所取代。对于现代啤酒工厂来说，传统的批量生产工艺仍是糖化过程中生产高质量麦汁的最佳工艺，保证了计划和生产的最大灵活性。优化能源和介质消耗是未来不变的主题。

Reexamination of Beer Industry and Beer Production Process

杨占福