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二氧化碳对啤酒质量的影响及控制措施

来源: 2012-12-21 00:00:00
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[导读] 二氧化碳是啤酒的重要成分之一,它能有效提高啤酒呈味物质的效果,延长啤酒的保存期,饮用时给人以清爽、刺激的杀口感。啤酒中的二氧化碳...

    二氧化碳是啤酒的重要成分之一,它能有效提高啤酒呈味物质的效果,延长啤酒的保存期,饮用时给人以清爽、刺激的杀口感。啤酒中的二氧化碳是发酵过程中产生的或部分人工补充的,啤酒中二氧化碳含量在0.45%~0.60%之间,二氧化碳含量大小直接影响着啤酒的口感、风味及保质期。当二氧化碳含量不足时,啤酒中的发泡性就会降低,碳酸气给人的刺激太轻微,口感平淡无味,啤酒就会失去应有的特色;当二氧化碳含量过高时,杀口力太强也会冲淡啤酒应有的独特风味如香味、苦味等,同时还会造成啤酒泡沫多、易爆瓶等现象。因此,作为酿造工作者要想生产出高质量的啤酒,就必须充分掌握CO2的有关性质、质量要求及控制措施。

1. CO2的基本性质

 1.1 CO2在水中的溶解性

CO2无色、无味、无臭能大量的溶解于水中,且易液化,这是CO2十分重要的特性。CO2溶解于水时,其溶解量与压力、水温、气液两相的接触表面积等有关,啤酒中CO2的含量,通常以溶解的体积倍数衡量。在1个物理大气压下,温度在15.5℃时,1体积的水可溶解1体积的CO2

1.2 水温与CO2溶解度的关系

在压力不变的情况下,CO2的溶解度随着水温的下降而增加。反之,则溶解度减少。在1个大气压下CO2的溶解度与水温的关系见表1:

表1    在1个大气压下CO2的溶解度(1升水中)

温度

(℃)

体积

(L)

质量(g)

温度

(℃)

体积

(L)

质量(g)

0

1.714

3.347

11

1.154

2.240

1

1.646

3.214

12

1.117

2.166

2

1.584

3.091

13

1.083

2.099

3

1.527

2.979

14

1.050

2.033

4

1.473

2.872

15

1.019

1.971

5

1.424

2.774

16

0.985

1.904

6

1.277

2.681

17

0.956

1.845

7

1.331

2.590

18

0.928

1.789

8

1.282

2.494

19

0.902

1.736

9

1.237

2.404

20

0.787

1.689

10

1.194

2.319

21

0.854

1.641

 

1.3 压力与CO2溶解度的关系。

    在水温不变的情况下,CO2的溶解度随着压力的增加而增加,在490kPa以下的压力时,溶解度压力曲线近似一条直线,也就是服从亨利定律。例如,在15.56℃时,测得啤酒的压力为98kPa,按亨利定律S=HPi,从上表中可查出在标准大气压和15.56℃的温度下,亨利常数H=1。

∴S=Pi=(P+1)=(1+1)=2(倍体积)

式中:S—溶解量,Pi—绝对压力,P—表压力,该啤酒所含游离CO2为2倍体积。

1.4气液接触面积和时间与CO2溶解度的关系

在一定压力和温度下,CO2在水中的溶解度,随着接触表面积的增大和接触时间的延长而增大。

1.5 水和CO2中空气的含量与CO2溶解度的关系

CO2在水中的溶解度与水和CO2中存在的空气有关。在同一压力和温度下,水和CO2中所含的空气越少,水中溶解的CO2就越多。在一个大气压下,温度20℃时二氧化碳、氧、氮的溶解度如下:

1.5.1 容积水溶解二氧化碳0.88容积;

1.5.2 容积水溶解氧0.028容积;

1.5.3 容积水溶解氮0.015容积;

1.5.4 容积水溶解空气(20%氧和80%氮组成)0.0176容积;

1.5.5 在1容积水中溶解二氧化碳与溶解空气的容积为:0.88:0.0176=50:1,即如要水中溶解1容积的空气将要挤出50倍于空气容积的二氧化碳。因此,溶解二氧化碳的水中的空气尽量要少,二氧化碳的纯度尽量要高。对于采用啤酒高浓稀释工艺的厂家一定要注意上述两个因素的重要影响,应采取措施对氧含量加以控制。

2. 啤酒中CO2的主要作用

2.1 调节风味,在啤酒中碳酸起到缓和溶液pH值的作用,使啤酒中各种风味更协调,并赋予啤酒较强的杀口性,具有开胃、通气、清凉、消暑的作用;

2.2 有利于促进啤酒泡沫的形成,并有利于泡沫的均匀性、稳定性和持久性;

2.3 能有效隔阻氧气的溶入,提高啤酒的抗氧化能力,延长啤酒的保鲜时间;

2.4 啤酒中溢出的CO2有利于啤酒芳香气味的散发;

2.5 溶解在啤酒内的CO2能抑制杂菌生长,增强啤酒的防腐能力,延长啤酒的保存期;

2.6 能降低啤酒的pH值,促进酒花树脂析出,使啤酒苦味更加柔和;

3.二氧化碳的质量要求

3.1外购二氧化碳的质量要求

    目前,国内啤酒行业使用的二氧化碳主要有天然二氧化碳、发酵碳酸气和化工厂废气碳酸气等。一般的二氧化碳气中都含有少量的杂质和异臭,必须经过净化(氧化、碱洗、水洗、脱臭和吸湿等)精制后,才能用于生产。由于二氧化碳是啤酒的主要呈味物质,它的质量优劣会直接影响成品酒的风味和口感,因此,啤酒厂对外购二氧化碳的质量必须进行严格控制和验收:

3.1.1 二氧化碳的纯度容积比99.9%以上,无色、无味、含水量不大于0.1%,其水溶液呈微酸性;

3.1.2 二氧化碳的成分中,氢氧化钾不吸收物不大于1%,不得含有其它气体如CO、SO2、SO3、NH3和矿物油等杂质;

3.1.3 在贮存及输运过程中必须保证CO2的质量不会改变,为此笔者建议,在制造贮存和运输食品级液体CO2的贮罐及槽车内筒时(采用双层真空粉末绝热技术工艺),最好使用不锈钢材料,对贮存和运输纯度在99.9%(V/V)的食品级液体CO2,用碳钢材料来制造内筒是不合适的,为了保证99.9%(V/V)以上纯度的食品级液体质量,应该采用不锈钢材料制造内筒的贮罐和槽车,这是不能忽视的问题。CO2在啤酒的生产工艺中及提高其产品质量能起到举足轻重的作用,在这方面,啤酒企业一定要引起足够的重视;

3.2 回收二氧化碳的质量要求

    由于二氧化碳也是啤酒发酵过程的副产物之一,经过回收、净化和提纯处理后既得到综合利用,减少了温室气体的排放,保护了环境,提升了啤酒的新鲜度,又可以降低成本,可谓益处多多。但啤酒发酵过程产生的大量二氧化碳气体中夹带高级醇、酒精、DMS及二氧化硫等有异杂味的物质,需要经过物理处理后,除去异杂味物质而得到口味纯净、纯度达到标准要求的二氧化碳。再经提纯后的二氧化碳气体就可用于啤酒过滤填充和制备脱氧水填充,亦可用作排氧与背压。经回收、纯化后的CO2纯度要求达到99.99%(V/V)以上,否则将影响使用效果。有了纯度高、质量好的CO2,则可生产高质量、高品位的啤酒,且在色、香、味、口感上会有极大的改观,易于被市场接受。

4. 二氧化碳的主要用途

    在啤酒生产中除麦汁冷却过程需要充氧外,其他生产过程(包括酿造、包装过程)均需要隔绝氧气,尽量减少氧的摄取。所以,就需要在酿造容器、灌装机充有隔绝氧气的惰性气体。二氧化碳则是构成啤酒泡沫和杀口的骨架成分,也是最好隔氧的惰性气体。啤酒生产中CO2的用途主要有两点:一是直接添加至酒体中;二是用于啤酒的气封隔氧。具体应用如下:

4.1对糊化锅、糖化锅、煮沸锅及沉淀槽等糖化系统进行醪液的隔氧保护处理,减少氧的摄入、提高麦汁的新鲜度;

4.2用于制备低溶解氧含量的碳酸水,在啤酒高浓稀释工艺中使用;

4.3清酒过滤过程中对发酵罐、清酒罐、脱氧水罐和补土缸等容器进行CO2背压,防止氧的溶入;

4.4为保证成品酒质量依据高浓发酵液、稀释比例、发酵液CO2含量等技术参数对清酒进行CO2在线补充;

4.5对发酵液进行洗涤,除去双乙酰、硫化物、醛等挥发性生青味物质,加快啤酒成熟;

4.6灌装过程中,采用 CO2引酒、顶水、二次抽真空和酒缸、容器等背压,目的是气封隔氧;

5.啤酒生产过程中CO2的控制措施

5.1 啤酒发酵过程中的控制措施

    在啤酒发酵过程中,酒液中二氧化碳的含量取决于所采取的工艺措施,特别是发酵温度和封罐压力的选择尤为重要。根据亨利定律,发酵液CO2含量随着贮酒压力的升高而升高,随着贮酒温度的降低而升高。贮酒压力一般控制在0.05~0.07MPa,温度一般控制在0~-1.5℃之间。若发酵液CO2含量高,可适当降低贮酒压力,但不得低于0.04MPa。若发现发酵液CO2含量偏低,则可通过外加方式,以弥补CO2的不足。具体控制措施:当发酵液满罐7—8天时在化验双乙酰含量的同时检测CO2含量,根据发酵液CO2含量调整发酵罐压力:

5.1.1发酵液CO2含量小于0.45%,说明酒液发酵异常,应采取必要的工艺措施调升罐压;

5.1.2发酵液CO2含量0.45%~0.50%时,罐压继续升高;

5.1.3发酵液CO2含量0.55%~0.60%时,罐压不变;

5.1.4发酵液CO2含量大于0.60%时,罐压降至0.07MPa以下;

5.1.发酵液内CO2达到饱和,此时CO2含量可以通过以下公式计算:C02(%)=0.298+4p-0.008t(P为罐压MPa;t为贮酒温度℃);

5.2清酒过滤过程中的控制措施

    贮酒期C02含量相对稳定,在正常滤酒过程中发酵液C02损失在0.0l% ~0.02%之间。因此,在滤酒前,先检测发酵液CO2含量再决定滤酒工艺。

5.2.1滤酒过程中会损失CO2,因此,发酵液CO2含量在0.55% ~0.60%之间,可以正常过滤。首先将清酒罐用CO2背压至0.10MPa,酒液开始进入清酒罐时C02损失很大,但随着酒液液位的不断提高CO2损失会越来越少,到滤酒结束时要保持清酒罐压力不低于0.08MPa;

5.2.2对于CO2含量偏低的发酵液,可以采取与CO2含量较高的发酵液勾兑混合,以使混合后的清酒CO2含量达标;

5.2.3对于采取高浓稀释工艺的厂家,所制备的碳酸水二氧化碳含量应接近或略高于发酵液的二氧化碳含量,促使稀释后的清酒CO2处于平衡状态;

5.2.4合理安排生产时间,过滤后的清酒应在24小时内灌装结束,以避免啤酒在清酒罐内贮存时间过长,因温度变化而影响CO2含量;

5.3成品酒的控制措施

5.3.1 CO2是保证啤酒独特口味和泡沫性能的关键,而温度和压力则是影响啤酒中CO2溶解量的主要因素。实践表明,啤酒温度越低,灌装背压越高,CO2越不容易溢出。因此,为尽量减少啤酒中CO2的损失,灌装时应严格控制啤酒温度和背压气体的压力

5.3.2灌装速度对酒体CO2的损失也产生一定的影响。正常灌装时,酒体中的CO2损失较少,但当设备出现故障时,灌装速度放慢, 造成CO2损失较大,因此,为了确保成品酒C02含量,必须保证设备的运转效率;

5.3.3提高包装瓶子的刷洗质量,防止因瓶子刷洗不净而造成成品酒CO2的损失;

5.3.4合理控制啤酒杀菌的PU值,既要保证啤酒的杀菌质量,又要保证酒体中的CO2不得过多逸失。

5.4各工艺阶段CO2用量的控制

5.4.1贮酒结束时,酒液中含CO2量在0.55-0.60%之间,依据国标规定的成品啤酒CO2含量,在发酵液CO2含量很低及稀释比例超过40%时,清酒中CO2添加量约为4.5kg/KL;

5.4.2清酒罐、脱氧水罐、缓冲罐背压耗CO2量约为5.0 kg/ KL;

5.4.3 灌装(含二次抽真空)时背压耗CO2量约为7kg/ KL;

5.4.4 硅藻土溶解和添加时需置换其中氧气,需用CO2量为0.8 kg/ KL;

5.4.5其它送酒管道、过滤设备耗CO2量为0.3kg/ KL;

5.4.6从啤酒过滤至包装压盖约消耗CO2总量为18kg/KL;

结束语

    近年来,随着啤酒淡爽化趋势的发展以及高浓稀释工艺的推广和啤酒保鲜技术的应用,二氧化碳在啤酒工业的作用愈来愈倍受重视,它不仅是啤酒的呈味物质,决定着啤酒口味的优劣,而且是啤酒的护卫者,对啤酒的新鲜度和保质期起到至关重要的保护作用。毋容置疑,二氧化碳质量的好坏、含量的高低和生产过程控制措施是否得当都将直接影响着啤酒的内在质量。因此,作为啤酒酿造工作者对于二氧化碳的工艺控制应当引起我们的足够重视。

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