酒混濁和過濾的研究
偶然地,釀造師在工藝中碰到第一個(gè)問題是當(dāng)在準(zhǔn)備過濾后進(jìn)行成品包裝時(shí)。這些問題主要表現(xiàn)為延長(zhǎng)過濾時(shí)間、增加硅藻土和過濾輔助材料的用量,以及在連續(xù)的過濾過程中壓力發(fā)生極大的波動(dòng)。造成這些問題的物質(zhì)主要是大分子糊精、非淀粉質(zhì)多糖和蛋白質(zhì)或這些物質(zhì)的組合。說到糖化過濾槽的過濾,在實(shí)驗(yàn)室中可以采取許多方法,測(cè)定造成問題的原因,以及所需的處理方法。在預(yù)過濾時(shí)有問題的“嫩啤酒”樣品可以用上面描述過的MCCLEARY的方法分析β-葡聚糖和糊精(α-葡聚糖)的含量。在α-葡聚糖產(chǎn)生的問題中,我們使用純化的α-淀粉酶和葡萄糖苷酶,把糊精降解成單獨(dú)的葡萄糖分子。蛋白質(zhì)可以通過Biuret的方法進(jìn)行測(cè)定,使用一種適當(dāng)?shù)膮⒖紭?biāo)準(zhǔn)。為了建立啤酒或混濁物質(zhì)中存在的非淀粉質(zhì)多糖和蛋白質(zhì)含量的方法,可以按如圖III.6所示的裝置中用酶對(duì)樣品進(jìn)行處理。這個(gè)試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中,在-1到4℃的溫度下進(jìn)行。酶的培養(yǎng)也在這些溫度下進(jìn)行,連續(xù)地添加到發(fā)酵罐和后酵罐中。在開始過濾前的幾小時(shí)或幾天前把酶添加到啤酒中。改變酶制劑的添加量和時(shí)間,允許這些處理有彈性和最優(yōu)化。如是過濾問題是由于蛋白質(zhì)、淀粉、非淀粉質(zhì)多糖或這些物質(zhì)的混合物質(zhì)形成的。那么隨著這些個(gè)別的酶制劑添加量的改變,有可能會(huì)檢測(cè)到流速有所變化。這些效果的視覺描述如圖III.7。圖7a說明在0℃過濾時(shí),大麥β-葡聚糖在嫩啤酒中的含量增加。在圖7b中我們可以看見在低溫時(shí),β-葡聚糖酶能非常有效地使過濾恢復(fù)到正常的速度。對(duì)照啤酒中含水量有30mg/l的β-葡聚糖,可以看出β-葡聚糖酶的添加量為0.025%時(shí),可以使過濾性能恢復(fù)到忽略β-葡聚糖的水平(“無β-葡聚糖的啤酒”,見圖III.7b),酶的添加量增加到0.05%時(shí),可以進(jìn)一步提高過濾性能。同樣地,我們也可以利用這套裝置研究蛋白酶、半纖維素酶和淀粉酶的作用效果。近來比較明顯的問題是關(guān)于糖化車間的過濾的啤酒的過濾問題,過濾速度的限制性因素是”質(zhì)”而不是”量”。在大麥、麥芽以及由這些谷物生產(chǎn)的麥汁中,許多情況下, β-葡聚糖的分子量是影響過濾槽過濾和成品啤酒過濾的重要因素。下面的柱狀圖,是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中的糖化試驗(yàn)數(shù)據(jù)而作的,說明:我們可以清楚地發(fā)現(xiàn)即使是Bioglicamase3對(duì)麥汁中的β-葡聚糖含量沒有影響(1.314mg/l,而對(duì)照是1.324mg/l),但是它對(duì)殘余的/可溶性β-葡聚糖的分子量有非常明顯的作用(29kd,而對(duì)照是110kd)。正如我們?cè)谏厦嬉呀?jīng)看到的,這也反映在麥汗的粘度上(2.62對(duì)334cps)。這些實(shí)驗(yàn)室的糖化,對(duì)照的糖化過濾/過濾槽過濾明顯低于酶處理過的糖化情況。這些較差的過濾槽和壓濾機(jī)產(chǎn)量的觀察結(jié)果,也同樣可以在中試和生產(chǎn)規(guī)模的糖化和過濾試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。改進(jìn)的過濾槽過濾和隨后的啤酒過濾不僅影響工藝效率,而且會(huì)導(dǎo)致可測(cè)定的質(zhì)量因素。表III.3參數(shù) 30%大麥釀造 不加酶制劑 30%大麥釀造0.05%BiocellulaseME250 100%麥芽釀造麥汁β-葡聚糖 407mg/l 480mg/l 檢測(cè)不到過濾機(jī)壓力 >4bar 啤酒體積/過濾周期 3hl 10hl 10hl使用硅藻土總量 6kg 1.5kg 1.5kg濁度 0.4EBC 0.23EBC 0.16EBC泡沫(30mm) 308sec 319sec 314sec 表III.3強(qiáng)調(diào)了這些觀察結(jié)果,進(jìn)行10hl浸出糖化法,以30%的大麥作為輔料。把100%的麥芽釀造作為對(duì)照進(jìn)行比較。
一般而言,我們發(fā)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到中試到大生產(chǎn)規(guī)模,這些觀察結(jié)果都維持了產(chǎn)量。明顯的是,在全面生產(chǎn)的工廠中,添加劑的優(yōu)化可能是必需的。下列的一系列圖表是使用BioglicamaseME2X進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化的工藝。在這個(gè)情況中,糖化車間和啤酒過濾車間中使用Bioglicamase的優(yōu)點(diǎn)是不證自明的。還值得注意的是麥芽中β-葡聚糖含量的不同,足以提醒我們釀造原料本身所具有的可變性。這些添加Bioglicamase的例子有助地釀造師克服這種不均勻性以及隨之造成的后果。BioglicamaseME2X試驗(yàn)1糖化 麥芽量(T) β-葡聚糖(%,干重) 過濾的麥汁(hl) 增加的體積(hl) % 過濾時(shí)間(hrs) 濃度(oP) Bioglicamase g/T對(duì)照 10.0 0.65 750 - - 2.45 15 0試驗(yàn) 10.0 0.65 764 14 1.8 2.15 15 300過濾車間 過濾機(jī)類型 一次預(yù)涂過濾啤酒(hl) 過濾機(jī)時(shí)間(hrs) 硅藻土消耗(g/hl)對(duì)照 燭式 5080 10 165試驗(yàn) 燭式 11400 19 79BioglicamaseME2X試驗(yàn)2糖化 麥芽量(T) β-葡聚糖(%,干重) 過濾的麥汁(hl) 增加的體積(hl) % 過濾時(shí)間(hrs) 濃度(oP) Bioglicamase g/T對(duì)照 19.0 0.55 1380 - - 3.0 15.6 0試驗(yàn) 19.0 0.55 1396 13.9 1.2 2.35 15.6 250過濾車間 過濾機(jī)類型 一次預(yù)涂過濾啤酒(hl) 過濾機(jī)時(shí)間(hrs) 硅藻土消耗(g/hl)對(duì)照 燭式 10800 13 176試驗(yàn) 燭式 24600 27 76 添加酶可以改善啤酒的濾過速率,同時(shí)還可以幫助我們解決成品酒的渾濁和過濾時(shí)出現(xiàn)問題。圖III.8中的顯微圖譜中給出了由于β-葡聚糖而引起的啤酒渾濁的鑒定研究的例子。 這種渾濁通過對(duì)發(fā)酵/后熟罐中啤酒進(jìn)行處理而被去除掉,同時(shí)經(jīng)處理后改善了啤酒濾過速率及降低了硅藻土的用量。在糖化時(shí)采用β-葡聚糖酶處理可以消除后繼發(fā)生的這種渾濁及相關(guān)的過濾問題。圖III.8a表明剛果紅染色可以用來鑒定大麥或麥芽細(xì)胞壁中所含的β-葡聚糖。啤酒渾濁可通過高速離心分離出來,在染色前用去離子水洗滌數(shù)次。染色的渾濁物示于8b。圖8c和d表示在發(fā)酵罐(9℃)或后酵罐(0℃)中添加β-葡聚糖酶后, β-葡聚糖與時(shí)間的關(guān)系,試圖把β-葡聚糖含水量量降低到可接受的水平,這樣能減少過濾機(jī)的停工時(shí)間,并消除啤酒混濁。
我們進(jìn)行的全部研究和試驗(yàn),是為了強(qiáng)調(diào)與過濾槽過濾和啤酒過濾問題相關(guān)的β-葡聚糖分子大小的重要性。在較低的溫度下,相連的β-葡聚糖聚合物會(huì)形成膠體,這是與啤酒過濾周期和混濁形成的重要因素。
這些研究可用下面圖形總結(jié):β-葡聚糖分子量高時(shí),在低濃度時(shí)就會(huì)形成膠體(造成啤灑過濾和混濁問題)。由于β-葡聚糖酶的作用而降低了β-葡聚糖的分子量時(shí),只有在高濃度時(shí)才會(huì)逐步發(fā)生分子間的相互作用并形成膠體。