啤酒工艺学[1]

啤酒工艺学

第一章 绪论

第一节 酒和酒度

凡含有酒精（乙醇）的饮料和饮品，均称为“酒”。

酒饮料中酒精的百分含量称做“酒度”。酒度有三种表示方法。

（1） 以体积分数表示酒度：即每100ml酒中含有纯酒精的毫升数

（2） 以质量分数表示酒度：即每100g酒中含有纯酒精的克数

（3） 标准酒度：欧美各国常用标准酒精度表示蒸馏酒的酒度

第二节 世界啤酒工业

啤酒的原料是大麦。其产量在谷物排名第四，而且大麦不是人类主要的粮食，酿酒后的麦糟中蛋白质含量得到相对丰富，更适宜于做饲料，所以用大麦制啤酒得到发展。

啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒，而且营养丰富，人们适量饮用时，酒精对人体的毒害相对较小。

啤酒的分类

1、据工艺分类

可分两大类：以德国、捷克、丹麦、荷兰为典型的下面发酵法啤酒；以及以澳大利亚、新西兰、加拿大等的上面发酵法啤酒。

2、根据是否巴氏灭菌

分为：生啤酒/熟啤酒

3、根据麦芽度

ooooo可分为：8啤酒/10啤酒/12啤酒/14啤酒/18啤酒

4、根据色泽

可分为：黑啤酒/黄啤酒/淡色啤酒

第三节 中国啤酒工业发展简史

中国在四五千年前，就有古代啤酒。中国近代啤酒是从欧洲传入的，第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德啤酒厂，从1902年到1949年的40多年中，中国只建立了不到10个工厂，年产啤酒近1万t，从1949年到1993年，我们用43年的时间，发展成为世界啤酒第二生产大国，这样的发展速度举世瞩目。

第四节 中国啤酒工业的未来

1． 产量的发展：啤酒成为人民大众最喜爱的饮料之一。其生产将有较大的发展，我国的发展规划是到2010年达到3000——3500万t，人均年占有量达到世界平均水平。

2． 规模的扩大：将有几个啤酒集团年产量超过80万t，中小型啤酒厂面临巨大的危机，是发展还是淘汰，要看啤酒市场的具体情况。

3． 技术经济指标还有差距：原料装备等可比技术经济指标还很落后。

4． 原料的发展：中国啤酒已经独立种植啤酒大麦和生产酒花。。

5． 啤酒品种向多样化发展：

6． 啤酒修饰技术：

7． 高浓酿造技术：

8． 非热消毒的纯生啤酒的酿造：

9． 人才培养：

第一章原料

第一节 大麦

自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵。 大麦适于酿造啤酒的原因：

1. 大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类

2. 大麦种植遍及全球

3. 大麦的化学成分适合酿造啤酒

4. 大麦是非人类食用主粮

 大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式，可分为六棱、二棱、四棱大麦

一． 大麦的形态

了解大麦粒形态，目的在于了解和研究大麦发芽过程的生理及其控制途径。

大麦粒可粗略分为：胚， 胚乳及谷皮三大类。

1． 胚 ：由原始胚芽、根胚、盾状体和上皮层组成，约占麦粒质量的2~5%。胚部含有相当多量的蔗糖、棉子糖和脂肪。

2． 胚乳：是胚的营养库，约占麦粒质量的80~85%，胚乳的绝大部分只是适当分解存于大麦粒内成为酿造啤酒最主要的成分。

3． 谷皮：约占谷粒总质量的7~13%，其绝大部分为非水溶性物质，制麦过程基本无变化，其主要作用是保护胚。但其中的硅化物、单宁等苦味物质对啤酒有莫些不利影响。

大麦的化学成分

1． 1¡¢ 淀粉：是大麦的主要贮藏物，存与胚乳细胞内。其中，直链淀粉一般为17%——24%，麦芽淀粉酶作用于直链淀粉，几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖，但作用于支链淀粉时，还生成相当数量的糊精和异麦芽糖。

2． 半纤维素和麦胶物质：是胚乳细胞壁的组成部分。胚乳细胞内主要含淀粉，发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后，其他水解酶方能进入细胞内分解淀粉等大分子物质。

3． 蛋白质：含量高低及其类型直接影响啤酒质量。大麦蛋白质和一般植物蛋白质类似，按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀性可区分为下列四组，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。

4． 多酚类物质：约占大麦干重的0.1~0.3%，它们多存在于谷皮中，对发芽有一定抑制作用，使啤酒具有涩味。

三、 啤酒酿造对大麦质量的要求

1． 感官

（1） 色泽 ：良好大麦有光泽，淡黄；受潮大麦发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦则呈灰色或微兰色

（2） 气味：良好大麦具有新鲜稻草香味

（3） 谷皮：优良大麦皮薄，有细密纹道

（4） 麦粒形态：以短胖者为佳

（5） 夹杂物：杂谷粒和沙土等应在2%以下

三、 啤酒酿造对大麦质量的要求

2． 物理检验

（1） 千粒重：以无水物计千粒重应为30~40g

（2） 麦粒均匀度：按国际通用标准，麦粒腹径可分为2.8、2.5、2.2mm三级

（3） 胚乳性质：胚乳断面可分为粉状、玻璃质和半玻璃质三种状态

3． 化学检验

（1） 水分：原料大麦水分不能高于13%，否则不能贮存，易发生霉变，呼吸损失大

（2） 蛋白质：蛋白质含量一般要求为9~12%，蛋白质含量高，制麦不易管理，易生成玻璃质，溶解差，浸出物相应的低，成品啤酒易浑浊

（3） 浸出物：间接衡量淀粉含量的方法，一般为72~80%

4． 酿造大麦的质量标准：1986年正式制定和通过了啤酒大麦国家标准，编号为QB—1416—87

ËÄ¡¢ 大麦的贮藏

1． 大麦的贮藏及后熟：一般认为新收大麦的种皮的透水性和透气性差，经过后熟，由于受外界温度、水分、氧气的影响，改变了种皮性能，因而提高了大麦的发芽率

2． 大麦贮藏方式：袋装堆藏，散装堆藏和立仓贮藏。

第一节 啤酒糖化的其他原料

 在啤酒麦汁中制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料

一、 啤酒生产中使用辅助原料的意义

1． 降低啤酒生产成本，具有经济性

2． 降低麦汁总氮，提高啤酒稳定性

调整麦汁组分，提高啤酒某些特性

二、啤酒辅料的特性

1．大米：原则上凡大米不论品种均可用于酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也越好

2．玉米：是世界栽培最广的品种，也是酿造啤酒的主要品种

3．小麦：我国是世界小麦主要生产国。小麦发芽后制成的小麦芽也是酿造啤酒的主要原料。

4．淀粉：由于淀粉工业的发展，用淀粉作啤酒辅料是有前途的

5．蔗糖和淀粉糖浆：在麦汁制造中，用糖补充浸出物，可直接加入麦汁煮沸锅中，工艺简单，使用方便

第一节 啤酒花和酒花制品

啤酒起源于公元前3—5千年，9世纪开始添加酒花为香料，15世纪后才确定为啤酒的通用香料。

酒花能赋予啤酒柔和的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。

一． 酒花栽培条件

酒花栽培适宜在近寒带的温带地区，我过酒花主要产地有新疆、内蒙、甘肃等地区。 一般的说，酒花适宜在中性土壤、低地下水位、雨水少、长日照的地区栽培，虽然其他地区也能栽培酒花，但因不符合上述条件，产量低，无法获得优质、高产的酒花。

二、酒花的主要化学成分

酒花的化学组成中对啤酒酿造有特殊意义的三大成分为，酒花精油，苦味物质和多酚。

1． 酒花的苦味物质

2． 苦味物质：是提供啤酒愉快苦味的物质，在酒花中主要指α—酸，β—酸及其一系列氧化、聚合产物，过去把它们统称为“软树脂”

3． 酒花精油：是酒花腺体另一重要成分，经蒸馏后成黄绿色油状物，是啤酒重要的香气来源，特别是它容易挥发，是啤酒开瓶闻香的主要成分。

4． 多酚物质：约占酒花总量的4—8%。它们在啤酒酿造中的作用为⑴在麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物，⑵在麦汁冷却时形成冷凝固物，⑶在后酵和贮酒直至灌瓶以后，缓慢和蛋白质结合，形成气雾浊及永久浑浊物，⑷在麦汁和啤酒中形成色泽物质和涩味。

5． 酒花的一般化学成分：包括有水分、总树脂、挥发油、多酚物质、糖类、果胶、氨基酸等。

三、酒花的品种

酒花按世界市场上供应的可以分为四类：

A类：优质香型酒花，有捷克Saaz，德国的Tettnanger，Spalter等

B类：香型酒花，有德国的Hallertauer、Hersbrucker等

C类：没有明显特征的酒花

D类：苦型酒花，Northern Brewer等

一、酒花的贮藏

压榨酒花，应在低温，隔绝空气，避光及有防潮措施的条件下贮藏，长期保藏应在干燥的条件下，并保证温度低于—8℃。周转保藏也应在0℃以下。

贮藏温度高会引起酒花油的挥发、氧化，使酒花香气变差，黄绿色的酒花变成红褐色，这种酒花就已经丧失酿造价值了。

酒花制品

酒花球果的压榨品存在运输、贮藏和使用的不方便，在麦汁煮沸时酒花树脂的利用率低，在麦汁冷却和发酵、贮酒中还将进一步损失，因此，酒花粉、酒花颗粒、各种酒花浸膏等酒花制品越来越受到酿造师的欢迎。

1. 酒花粉：我国啤酒厂目前均把商品压榨酒花，在使用前用锤式粉碎机成颗粒1mm以下的酒花粉。

2. 颗粒酒花：颗粒酒花是把酒花粉压制成直径为2~8mm，长约15mm的短棒状，增加其密度，减少其体积，同时也降低了它的比表面积，在充惰性气体下保藏，酒花更不易氧化。颗粒酒花是世界上使用最广泛的酒花形式。

3.酒花浸膏：应用有机溶剂或CO2萃取酒花的有效物质，制成浓缩2~10倍有效物质的浸膏，在煮沸或发酵贮酒中使用。世界酒花产量的25%——30%加工成浸膏。

4.另外，国外尚有各种类型酒花油、酒花精油等，用于调整啤酒的香味。

第四节 啤酒酿造用水

啤酒主要生产用水包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。加工用水中投料水、洗槽水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称酿造水。洗酵母水、啤酒过滤水等也或多或少的进入啤酒。

啤酒酿造水的性质，主要取决于水中溶解盐类的种类和含量，水的生物学纯净度及气味，它们将对啤酒酿造全过程产生很大的影响。 一.水源

无论哪一种水源，得到的是含有各种杂质的天然水。我国工业界目前主要采用地表水及地下水为生产水源。

1. 地表水的特性：直接来自雨、雪的汇合，需进行复杂的水处理后才能成为优良的酿造水

2. 地下水：分为潜水、承压水和泉水，具有清洁、水温稳定、生物少、溶解无机物的水质特点。

一． 水中无机离子对啤酒酿造的影响

1. 水中碳酸盐和重碳酸盐的降酸作用

2. 水中钙、镁离子的增酸作用

++3. Na、K的影响：啤酒中的钾、钠主要来自于原料，其次才是酿造水

2+2+4. Fe 、Mn 的影响：主要来自于含铁土壤和岩石的溶解，也可能来自于输水系统

2+2+6+2+5. Pb 、Sn、Cr、Zn 等的影响：重金属离子是酵母的毒物，会使酶失活，并使啤酒浑浊

++6. NH4的影响：水中NH4>0.5mg/L，认为是污染水

2-7. SO4的影响：过多会引起啤酒的干苦和不愉快味道，使啤酒的挥发性硫化物的含量增加 -8.Cl的影响：对啤酒的澄清和胶体稳定性有重要作用，能赋予啤酒丰满的酒体，爽口、柔和的风味

---9.NO2 NO3的影响：NO2是公认的强烈致癌物质，也是酵母的强烈毒素，会改变酵母的遗传和发酵性状，甚至抑制发酵

-10. F的影响：含量太高会引起牙色斑病和不愉快的气味

2-11. SiO3 SiO2的影响：高含量的硅酸是酿造水的有害物质

12.余氯的影响：是强烈氧化剂，会破坏酶的活性，抑制酵母，并和麦芽中酚类结合，形成强烈的氯酚臭。啤酒酿造水中应绝对避免有余氯的存在。

第一章麦芽制备

全制麦过程大体可分为原料清选分级、浸麦、发芽、干燥、除根等过程。

第一节 大麦的清选和分级

 由原料大麦制成麦芽习惯称为制麦，是啤酒生产的开始，麦芽制备工艺决定了啤酒的类型。麦芽质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。

制麦的目的在于使大麦发芽，产生多种水解酶类，以便通过后续糖化，使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。而绿麦芽经过烘干将产生必要的色、香和风味成分。

一、大麦的清选

进厂大麦含有各种有害杂质，必须预先清选，方能投料，不然会有害于制麦工艺，直接影响麦芽的质量和啤酒的风味。因此，必须设有庞大的筛选机械和专用厂房，并尽量做到防尘，减少噪音。

清选的第一道工序的粗选，精选是第二道工序

二、大麦的分级

分级是将麦粒按腹径大小的不同分为三个等级。因为麦粒大小之分实质上反应了麦粒的成熟度之差异，其化学组成、蛋白质含量都有一定差异，从而影响到麦芽质量。

分级筛常和精选机结合在一起。一般有两种设备：①圆筒分级筛②平板分级筛

精选分级大麦应分级存放，以便浸渍投料。

大麦的精选率：指从原大麦中选出可用于制麦的精选大麦的质量分数。

第二节 大麦的浸渍

一．浸麦的目的

使大麦吸收充足的水分，达到发芽的要求

在水浸的同时，可充分洗涤除菌

适当添加化学药物，可加速有害物质的浸出

二、浸麦理论及影响因素

大麦的休眠和水敏感性：

随着贮藏时间的延长，发芽率逐渐上升，低温贮藏对消除休眠比高温有利。

水敏感性：大麦吸收水分至某一程度发芽受到抑制的现象。是发芽技术性阻碍。

大麦的吸水速度：与麦粒大小直接相关，麦粒越小，吸水越快

通风与吸氧：可促进大麦的发芽，使大麦溶解良好，缩短发芽时间，提高成品率

浸麦用水及添加剂：浸麦水必须符合饮用水标准

浸麦度：浸渍后的大麦含水率，一般为43%——48%

三、浸麦的主要设备——浸麦槽

设备齐全的浸麦槽应配备温度调节设施。为适应近代大型化制麦生产，大型浸麦槽容量达100——400t。设置CO2抽吸装置也是目前浸麦槽的发展趋势之一。由于大型麦芽厂的出现，浸麦槽容量日益扩大，但过大的容量将造成操作和厂房结构设计的困难。

浸麦方法

湿浸法：只是将大麦单纯的用水浸泡，不通风供氧，只是定时换水。此法吸水慢，发芽率不高

间歇浸麦法：用浸水断水交替法，进行空气休止，通风排CO2，能促进水敏感性大麦的发芽速度，缩短发芽时间一天以上，发芽率提高。

喷雾浸麦法：此法比间歇浸麦法更有效，其特点是耗水量少，供氧充分，发芽速度快

第三节 大麦的发芽

浸渍后的大麦达到适当的浸麦度，工艺上进入发芽阶段，实际上从生理现象来说，发芽过程是从浸麦开始的。此阶段各种水解酶量达到高峰，淀粉，蛋白质，半纤维素等达到适当的分解。发芽过程必须准确控制水分和温度，适当通风供氧。

一、大麦和麦芽中的酶类

现已发现大麦中的酶类达数百种，而且每年都有新酶种发现，经过发芽的大麦所含酶量和种类大量增加。

水解酶的形成是大麦转变成麦芽的关键所在，现简介几种酿造啤酒过程中最重要的几种水解酶：

α—淀粉酶：经发芽后，在糊粉层内形成大量的α—淀粉酶。

β—淀粉酶：原大麦中存在相当数量的β—淀粉酶，有游离态和结合态两种，大部分存在

胚中。

支链淀粉酶：是降低麦汁中支链糊精中的酶，也是淀粉酶中不可却好的组成部分。 蛋白分解酶：是分解蛋白质肽键一类酶的总称，可分为内肽酶和端肽酶两类。通常说的蛋白酶都是指内肽酶，蛋白酶是关系到麦芽溶解和啤酒质量的重要酶类。

半纤维素酶类：是胚乳细胞壁的主要组成部分，而细胞壁在制麦过程的分解是大麦胚乳分解的主要内容，所以它是麦芽溶解的先驱者 。

一、大麦发芽过程中物质的变化

物理及表观变化：浸麦后麦粒吸水膨胀，体积约增加1/4，胚乳溶解各部分是不对称的，主要是由于酶的形成系从糊粉层逐渐向外扩展。

糖类的变化：最主要的变化是淀粉的相对分子质量有所下降，经过制麦过程可溶性糖大部分有积累，这是由于淀粉、半纤维素、及其他多糖被酶水解的综合结果。

蛋白质的变化：蛋白质分解是制麦过程的重要内容，部分蛋白质分解为肽和氨基酸，分解产物分泌至胚，用于合成新的根芽和叶茎，因此，蛋白质有分解也有合成。

半纤维素和麦胶物质的变化：实质是细胞壁的分解

胚乳的溶解：麦芽的溶解是从胚乳附近开始的，沿上皮层逐渐向麦粒尖端发展，靠基部一端比麦粒尖端溶解较早，较完全，酶活性相对较高。

酸度的变化：发芽过程中酸度的变化主要表现在酸度提高，虽然酸度明显增长，但麦汁溶液的PH值变化不大，这主要是由于磷酸盐的缓冲作用。

其他变化：无机盐类稍有下降；多酚物质实质上没有增减等

发芽方法与设备

浸渍后大麦进入正式发芽期，发芽是在专用的发芽设备中进行的。下面介绍几种流行的设备：

1． 萨拉丁发芽箱：是应用最早，最广泛而且至今仍然使用的经典式箱式发芽设备

2． 麦堆移动式发芽体系：是一种半连续式生产设备，若要求产量增加，可增加机台数。

3． 劳斯曼转移箱式制麦体系：与麦堆移动式实属一种类型，都是麦层移动，箱体分室

4． 发芽—干燥两用箱：我国起用于70年代，设置发芽和干燥两套通风装置，设于箱体两端。 目前，我国仍以萨拉丁发芽箱最普遍，因为它易于土建施工、操作和维修方便。

三、影响发芽的因素及其改进

这里所述的因素仅仅是指影响发芽的工业条件，包括温度，水分，时间，通风等，确定工艺条件的标准是必须保证麦芽质量、制麦损失小，浸出物高，能源消耗低，排污少，生产周期短等。

温度：通常将浸麦和发芽温度合并称为浸麦温度。发芽温度有低温、高温、先低后高、先高后低几种方法。根据大麦品种和麦芽类型来确定。

水分：浸渍度同样影响麦芽的质量，通常制浅色麦芽用45%——46%的浸麦度，深色麦芽高达48%，原因是高浸麦度能提高淀粉和蛋白质的溶解度，有利于形成色素。

通风量：发芽前期及时通风供氧、排CO2，有利于酶的形成；发芽后期应适当减少通风量 发芽周期：取决于其他条件的配合，若发芽温度低，则必须适当延长发芽时间。它直接影响发芽设备和浸麦槽的周转率和设备台数。

赤霉酸GA3和溴酸的应用：可缩短制麦周期

浸麦水中加碱：可溶出谷皮中部分多酚物质还有杀菌功效。

第四节 绿麦芽的干燥

发芽完毕的绿麦芽不能贮藏也不能糖化，必须经过干燥终止酶作用，除去生青味，产生特定的麦芽色香味，最后除根入仓存放数周，方能进入糖化。

一、干燥过程物质的变化

1． 水分下降：前期排潮主要排除游离水分，速度较快，当水分降至10%以下，必须注意，排潮阶段不能升温过急，否则易产生玻璃质粒。

2． 酶的变化：酶对温度的抵抗力，与麦芽含水量直接相关，故干燥前期必须用低温，尽快排潮，后期逐渐升温。

3．糖类的变化：干燥前期，各种淀粉水解酶继续催化淀粉水解，糊精和低分子糖有所增加。

4．蛋白质的变化：干燥初期蛋白质继续分解；

5．类黑素的形成：是还原糖与氨基酸或简单含氮物在较高温下互相作用形成的氨基糖，是

麦芽的重要风味物质，对麦芽的色香味起决定作用

6．二甲基硫的形成：二甲基硫是70年代以来引起重视的啤酒风味物质，它是影响啤酒风味的不良成分，在发芽时产生。

7． N—亚硝化二甲胺的形成：N—亚硝化二甲胺是公认的致癌物质，在麦芽制备过程有微量形成，因为它很稳定，以至残留于啤酒中

8．浸出物的变化：麦芽经过干燥，浸出物稍有损失，干燥温度越高，浸出物越低

一 干燥设备及工艺

麦芽干燥多用间接式加热，但也有用直火加热的。

双层水平式干燥炉：国内较普遍

双（三）层干燥炉工艺条件

单层高效干燥炉：结构简单，操作方便，生产规模可大可小，现已在全国推广 发芽—干燥两用箱工艺：两用箱的操作温度与其他干燥炉类似，但时间却延长了10h以上 各种干燥炉的耗能和生产能力的比较：按热能消耗和生产能力比较，以单层高效炉最优越 干燥炉节能问题：在节能措施中，以排出热风的热能回收最受重视，并且在新建麦芽厂时得到应用

干燥麦芽除根：因为麦根带有不良苦味，而且吸湿性强，所以，麦芽必须及时除根，然后入库贮藏

第五节 麦芽质量的评定

人们通过测定麦芽某些性能，预示或指导后续工艺及控制啤酒质量，从而对麦芽质量作出正确评定

一． 感官特征

优质浅色麦芽具淡黄色而具有光泽感，劣质麦芽外观发暗，有霉味及酸味

二． 物理检验

1． 切断实验：取麦芽样品200粒，检验胚乳状况，玻璃质粒越少越好

2． 叶芽长度：越均匀越好

三、 化学检验

水分：我国浅色麦芽出炉水分小于5%

无水浸出物：因品质而异，一般为72~80%

糖化时间：代表麦芽水解酶活力的强弱

麦汁滤速和透明度：溶解良好的麦芽其协定法麦汁速度快，麦汁清

色度：正常浅色麦芽色度为2.5~4.5EBC单位

细胞溶解度：目前国际上较通用的方法是测定麦芽粗细粉浸出物差值。

蛋白溶解度：库尔巴哈提出的测定协定法麦汁的可溶性氮和总氮之百分比可以表示出蛋白质溶解度。

α—淀粉酶和糖化力：采用美国ASBC方法测定

第六节 特种麦芽

供特种啤酒用的麦芽称为特种麦芽

一． 焦糖麦芽

其制备原则是将成品浅色干麦芽或半成品绿麦芽在高水分下，经过60℃-75℃的糖化处理，最后以110℃-150℃高温焙焦，使糖类焦化

二． 黑麦芽：常用于生产浓色和黑色啤酒，以增加啤酒色度和焦香味

三． 类黑素麦芽：有较强的缓冲能力

四． 乳酸麦芽：用于改进偏碱性的糖化用水

五． 其他麦芽

1． 小麦麦芽：含有较高的β—淀粉酶，制成麦芽后起糖化力可达到300—400WK单位

2． 小米芽：缺大麦的地区会用小米发芽制造一种不透明的啤酒

高粱芽：具有小米同样的缺点，但是高粱粒稍大，制麦操作较方便