再談糖化醪過濾工藝

酒花對啤酒品質的優劣有著非常重要的影響。酒花的次級代謝產物，諸如苦味物質、酒花精油或多酚成分對啤酒品質至關重要。酒花中的苦味物質，尤其是異α-酸，它能賦予啤酒非常典型的苦味，持久穩定的啤酒泡沫，還扮演著天然防腐劑的作用。而在啤酒糖化過程中，要想最佳化應用這些苦味劑成分是不可能的。結果表明，要想獲得預期的苦味單位（煮沸過麥汁中總的苦味量）所需要添加的酒花量要比實際的異α-酸產量高。這種“綠色黃金”因此在啤酒生產成本中占據著重要的比例，這意味著提高異α-酸的產率非常有意義，可以此來降低啤酒生產成本。

在提高異α-酸產率上涉及幾個方面。麥汁煮沸過程中，由于受麥汁中PH值的影響，α-酸（葎草酮）及其同系化合物的溶解度受到限制。提高PH值時，溶解度也會隨之提高。熱能量促進了α-酸光學活性六環化合物的變化，轉化成五環結構，其結果是形成了更多的有益的順式異α-酸和反式異α-酸。由于新的排列結構引起極性的增加，這些酸更具有親水性，它們更易溶解在水中，對啤酒生產中的苦味具有更大的潛能。在這過程中，β-酸氧化生成葎草酮氧化物，與它們最初的構成相比，對啤酒中的苦味僅有有限的影響。因此它們根本不重要。

苦味酸的損失一直是一個棘手問題。從酒花到冷麥汁，苦味酸降低了約50%。首先，α-酸不可能完全異構化，在麥汁中仍有α-酸存在。其次，在熱凝固物中還會損失一部分苦味酸。苦味物質在熱凝固物形成中通過離子相互作用對熱凝固物的形成起著一定作用，它們會被可凝固性氮帶走。在后續的生產過程中，由于PH值的降低、吸附或沉淀，從冷麥汁到成品啤酒還會損失剩余50%中的20%。總的來說，僅有不足最初α-酸量的40%保留在成品啤酒苦味物質中。從經濟學角度講，這根本不合算，但仍需繼續做下去。問題隨之提出，哪些參數能提高酒花的產率。以下重點關注酒花部分，至于啤酒的發酵等環節不再詳細論述。

圖1：新型糖化醪過濾系統1至4輪

假設到冷麥汁時的酒花產率為50%，異構化也沒有達到所想要的程度。有多方面的原因可對此解釋。

一方面，酒花本身就存在諸多影響因素，如酒花品種、酒花產品、酒花的成熟度以及酒花的添加數量，它們對酒花的異構化均有影響。另一方面，麥汁組成成分、PH值、原麥汁濃度以及煮沸參數也扮演著決定性作用。在麥汁煮沸過程中，酒花添加時間、麥汁煮沸時間及煮沸溫度很重要。一般而言，經過長的煮沸時間以及高達106℃的高溫可成就高的異構化。不過在高的煮沸溫度下已經異構化了的α-酸的降解也必須考慮。

為了具有更好的溶解度，麥汁PH值在堿性環境時可以促進α-酸的異構化。而在堿性環境下轉換的缺點體現在通過異葎草酮連續進行的異構化，這種異構化會產生啤酒中不想要的成分。另外，美拉德產物會提高麥汁的色度，啤酒苦味中會呈現令人不愉快的口味。

受溫度和PH值這兩個組合因素的影響，引發了另外一種現象。在麥汁PH值為5且保持不變時，降低溫度將會降低α-酸的溶解度。就原麥汁濃度而言還遵循下規律：原麥汁濃度越低，α-酸異構化越好。

依據它們的毒理學惰性（toxicological inertness），礦物質成分中鈣和鎂是α-酸異構化的天然催化劑，在PH值為4～8間，它們作為一種催化劑使α-酸直接轉換為異葎草酮。根據Koller等人的研究，在PH值為7時可添加鎂來提高α-酸的異構化率。根據德國啤酒純釀法，這種添加是不允許的。因此，在不需要任何添加劑而又包含大量鈣鎂離子成分的麥汁是啤酒生產過程中最理想的麥汁。

如果上述優化應用（溫度、時間、PH值、礦物質成分等等）能夠實現，所面臨的挑戰就是如何將它們整合在糖化過程中，以成就α-酸高的異構化率。還有一問題：在標準糖化過程中，原麥汁濃度處在13°P和14°P間，PH值大約為5.4時，如何尋找到一個折中的解決方案，也就是在提高α-酸的異構化和阻止已異構化的α-酸的降解間尋求一個最佳化溫度。

麥汁是一分散系統，它由大量的單個粒子（固體顆粒）、分散物質和分散介質組成。新型糖化醪過濾系統（見圖2所示），其所生產的麥汁可被劃分為一個粗分散系統，正如以下試驗系列所證實的那樣，直徑大于1 μm的顆粒在麥汁中占主導地位。

新型糖化醪過濾系統所進行的初步試驗表明：與麥汁過濾槽過濾的麥汁相比，新型糖化醪過濾系統所獲取的麥汁中包含大量的顆粒物質，因此更顯混濁。這正是所想要的，因為含有大量礦物質成分和更多脂肪酸的麥汁對啤酒后續工序有積極的影響。麥汁中豐富的顆粒被認為是完成試驗很好的機會，這樣可通過系列試驗更好地關注這些顆粒和對比酒花的產率。

為了評估旋轉圓盤過濾麥汁中各種顆粒直徑的大小，需應用激光衍射儀對顆粒大小進行分析。一種新研發的方法用于德國新帕泰克Sympatec Helos系統和它的Sucell分散系統。

圖2：新型糖化醪過濾系統1#輪至4#輪顆粒直徑大小分析的對數分布密度圖

顆粒直徑大小分析對數分布密度圖清晰地顯示了，從3#輪的洗滌麥汁到4#輪更大顆粒的顆粒直徑大小分布。相比之下，從1#輪到4#輪單個輪麥汁中所測定的酒花異構化率測試也表明：異構化率在諸輪增加。4個樣品中有2個樣品，其酒花產率高于同等糖化過程用麥汁過濾槽過濾麥汁中的酒花產率。基于對兩個試驗的研究成果，可以推導出顆粒直徑范圍，它要么對酒花產率有更積極的影響，要么對酒花產率有更消極的影響。顆粒直徑處在1μm和40 μm之間的細顆粒對酒花的異構化率有消極的影響，而顆粒直徑處在40μm和400 μm之間的粗顆粒對酒花的異構化率沒有損壞，甚至可改進酒花的異構化。

進行進一步的分析，現場測定固形物的含量表明：固形物對α-酸的異構化率沒有直接的影響。圖3表明了每升樣品容量中固形物的測定結果。按百分比算，通過麥汁過濾槽過濾的麥汁（LT）中的顆粒僅為從洗滌麥汁到4#輪麥汁中顆粒的7%，4#輪過濾麥汁中的顆粒是所有旋轉盤過濾麥汁中顆粒物負荷最低的。然而來自4#顆粒豐富的麥汁樣品，其異α-酸量卻是同等糖化過程用麥汁過濾槽過濾麥汁中異α-酸量的2倍多。

圖3：與麥汁過濾槽中的麥汁相比，單個旋轉圓盤過濾器過濾麥汁中的固形物含量

圖4：新系統中麥汁流分布圖

試驗系列表明：除了上面提到的因素（溫度、PH值、礦物質成分等），不包括固形物含量，特定范圍內顆粒直徑的大小對α-酸的異構化也起著一定的作用。

眾所周知，可以通過添加在酒花添加罐中已經異構化的酒花或者已經預異構化了的酒花產品來從根本上改善所添加酒花的功效。就這方面而言，這兩種酒花變體此處不再詳細論述。基于上述對新型糖化醪過濾系統的試驗，獲得了最佳化應用酒花的另一個機會：分段麥汁煮沸。根據它們的物理—化學性能和各自的任務，麥汁成分中的顆粒被分離和處理，如圖4所示。為了提高酒花的異構化，洗滌麥汁可被用作液體。依據偏低的原麥汁濃度和PH值（由于添加了噴沖水，PH值略微處在堿性范圍內），它們有益于異構化。另外，提高了新型糖化醪過濾系統麥汁中的礦物質含量，諸如鈣和鎂，也有助于促進異構化。

由于新型糖化醪過濾設備并行運行，錐形分離罐對異構化時間的延長肯定會產生副作用。為了提高α-酸的異構化，不僅要保持麥汁成分的煮沸時間，而且還要滿足在回旋沉淀槽/沉降離心機中的沉淀時間。酒花凝固物在獨立的錐形煮沸罐中沉淀后，麥汁成分混合在一起并冷卻。

酒花在啤酒中的利用率僅達到40%，從經濟學角度講是不可接受的。截止目前，有關文獻描述了提高酒花產率的許多方法，不過在酒花添加過程中，尤其是酒花添加的時間參數設定上各人意見不同。

我們一直在尋求一種有針對性的測試，希望在不久的將來，它能考慮到麥汁煮沸過程中所有影響酒花的參數，諸如煮沸時間、煮沸溫度、PH值、原麥汁濃度、礦物質成分含量，顆粒大小的分布（作為一種新的影響因素），來證實可能最大化的酒花產率。