關于精釀啤酒 麥汁過濾速度的討論

傅靜宇 馬文燕 葉京生

麥汁制備是啤酒釀造中的重要環節。發酵的前提條件是將麥芽中的非水溶性組分轉化成水溶性組分，獲得可發酵性糖，最終獲得發酵所需的麥汁。麥汁制備在糖化車間進行，首先在粉碎系統中將麥芽粉碎，要求在麥皮破而不碎的情況下盡可能磨細。而后麥芽粉碎物與投料水混合投料，在糖化鍋中進行糖化并盡可能分解麥芽中的內容物質。糖化結束后醪液中含有水溶性物質麥汁和非水溶性物質麥糟，為獲得優質麥汁，需盡快分離。為防止麥皮中多酚物質氧化而導致麥汁色澤加深，應盡可能縮短過濾時間。過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。最后麥汁經薄板換熱器冷卻到發酵接種溫度后，倒入發酵罐中。過濾設備的效率對糖化系統工作效率的影響較大，合理設計過濾設備是非常重要的。

目前應用最廣泛的麥汁分離設備是過濾槽，過濾槽依靠麥皮作為過濾介質以獲得澄清的麥汁。過濾槽鍋身為圓柱形筒節，底部平面鍋底，鍋底上方20mm 處配有平面篩板，篩板上銑制有過濾孔，開孔縫隙0.7mm，開孔背面成喇叭口形狀，篩板開孔率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。過濾槽底均布麥汁收集口，每1 平方米上配有1個。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，耕糟時轉速0.4 轉/分鐘，耕刀與篩板的間距可通過升降機構調節。鍋頂配有CIP 清洗球和噴淋系統。

過濾麥汁具體流程如下，用泵將糖化鍋中的糖化醪倒入過濾槽中，開啟耕刀攪拌，耕勻醪液，然后靜止20 ～30 分鐘，使麥皮下沉，形成過濾層，緩慢開啟麥汁收集器閥門，進行麥汁回流。開始時麥汁較渾濁，需用泵打到過濾槽糟層之上，回流20 分鐘后即可獲得澄清的麥汁，此時糟層趨于穩定，結束麥汁回流并將麥汁收集到煮沸鍋中暫存。麥汁過濾分頭道麥汁和洗糟兩個階段，隨著麥汁不斷過濾收集，麥糟層逐漸壓緊，過濾速率變得緩慢，過濾總時間延長，這不利于麥汁質量同時影響生產效率。

影響麥汁過濾槽過濾速度的主要因素有穿過濾層的壓差、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）：

穿過濾層的壓差主要由糟層厚度決定。麥糟層過厚，過濾時間延長，麥糟層過薄，麥汁濾出過快，麥汁澄清度降低，麥糟容易冷卻，過濾性變差。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。過濾槽法要求麥芽粉碎時麥皮破而不碎，干燥的麥皮很脆，粉碎時容易破碎，可通過飽和蒸汽或30 ～35℃的水進行短時間的增濕處理。處理后的麥芽麥皮韌性增強，麥粒可以較好地被粉碎出來，麥皮體積增大，形成的過濾層更加疏松，過濾速度增加。

麥汁過濾壓差示意圖

成熟產品的常數K、濾層厚度、麥汁粘度均為固定值，濾層滲透性可通過耕刀疏松糟層后獲得提高。耕糟時耕刀應該由上向下逐步緩慢耕糟，可通過過濾速度及麥汁濁度調節耕糟深度，耕刀轉速以2 ～3 轉/分鐘為宜；精釀啤酒過濾槽常采用之字型和燕尾型耕刀組合的形式，以達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

最好從上部開始耕糟操作，耕刀群外邊緣耕刀的線速度不宜超過4m/min。然后根據過濾麥汁流速反饋，調整耕糟深度，逐步向下深耕。頭道麥汁和洗糟兩個階段均重復上述操作。需要注意，從底部開始耕糟可能會造成麥汁渾濁，渾濁麥汁含脂肪酸過高，造成泡沫和風味的不良影響。

傳統耕糟機構采用絲杠升降，可線性調整耕糟深度，較好保持麥汁過濾速度，適合大型啤酒廠設備。但該系統需要配備伺服電機，設備投資占比較高，且安裝工作復雜，對裝配工藝、控制編程要求較高。

絲杠動力型耕刀升降機構

氣缸動力型耕刀升降機構

氣缸升降代替絲杠升降機構，適合精釀啤酒工廠耕糟設備配置。投資小，安裝簡便，檢修方便，控制系統簡潔。

篩板構想圖

麥汁粘度與麥芽質量關系很大，麥芽溶解性差，β-葡聚糖分解不完全，會導致麥汁粘度增加，降低過濾速度。溫度對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，并降低蛋白質分解溫度延長蛋白質分解時間以平衡溶解性。其次可改進設計、優化工藝保證過濾槽溫度。在糖化醪倒入過濾槽之前，可使用78℃熱水預熱過濾槽到70℃，過濾槽篩板與底板間通入78℃熱水。為防止溫度下降，可在過濾槽筒體及過濾槽底增加恒溫夾套，通入78℃循環水。經過以上改進措施，β-葡聚糖可分解完全，降低麥汁粘度，提高麥汁過濾速度。

頭道麥汁收集完成后開始洗糟，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散系數和糟層厚度成正比，并與洗糟次數有關。精釀啤酒洗糟一般不超過2 次，采取邊過濾邊洗糟的工藝可以提高洗糟效果，縮短過濾總時長。

精釀啤酒品種豐富，部分產品為追求高酒精度或增加酒體，常有雙料、三料、四料等生產工藝。增大原料投量，對于尺寸固定的過濾槽是巨大的挑戰。過多的投料量導致糟層厚度增厚，過濾速度非常緩慢，極大地影響了產品質量。目前行業通常分兩次投料以適應過濾槽的生產能力，但此方式同樣影響生產效率和產品質量。鑒于以上情況，為滿足精釀啤酒的多樣化生產工藝需求，提出增加過濾槽過濾面積的解決方案。

如新型過濾槽設計圖所示，在篩板上方的筒節上均勻的開長條孔，長條孔處安裝過濾篩板，篩板開孔縫隙0.7mm。增加篩板位置外側包裹麥汁收集腔，各收集腔內安裝CIP 清洗球，麥汁收集腔下方設置麥汁收集口，后端焊接收集管，各收集管上安裝氣動蝶閥，與內環麥汁收集器并聯。增加筒節側壁篩板后，總過濾面積增加約20 ～30%。糖化醪倒入過濾槽前，需鋪底水。糖化醪導入后靜止20 分鐘，然后首先開啟內環麥汁收集器，開始回流澄清，待糟層穩定成型后，開啟外環收集器，繼續回流澄清，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壁篩板上邊緣。末期，提前關閉外環收集器閥門，耕刀繼續向下深耕。該設計可滿足雙料、三料工藝的過濾需求。

新型過濾槽設計圖

為保證過濾槽的多元化需求，側壁篩板均為可拆卸結構，正常生產時，可使用平板替換側壁篩板，保證正常的糟層厚度。

影響麥汁過濾速度的因素眾多，與麥芽質量、粉碎工藝、糖化工藝、過濾槽能力、溫度、耕糟結構等息息相關。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、預防設備震動、優化過濾槽結構。麥汁過濾是一個復雜的過程，綜合考慮，可借用數值模擬手段建立動態控制系統以提高過濾槽的工作效率。