关于精酿啤酒 麦汁过滤速度的讨论

傅静宇 马文燕 叶京生

麦汁制备是啤酒酿造中的重要环节。发酵的前提条件是将麦芽中的非水溶性组分转化成水溶性组分，获得可发酵性糖，最终获得发酵所需的麦汁。麦汁制备在糖化车间进行，首先在粉碎系统中将麦芽粉碎，要求在麦皮破而不碎的情况下尽可能磨细。而后麦芽粉碎物与投料水混合投料，在糖化锅中进行糖化并尽可能分解麦芽中的内容物质。糖化结束后醪液中含有水溶性物质麦汁和非水溶性物质麦糟，为获得优质麦汁，需尽快分离。为防止麦皮中多酚物质氧化而导致麦汁色泽加深，应尽可能缩短过滤时间。过滤后获得的麦汁与酒花在煮沸锅中煮沸，赋予啤酒苦味。然后倒入回旋沉淀槽分离热麦汁中的热凝固物。最后麦汁经薄板换热器冷却到发酵接种温度后，倒入发酵罐中。过滤设备的效率对糖化系统工作效率的影响较大，合理设计过滤设备是非常重要的。

目前应用最广泛的麦汁分离设备是过滤槽，过滤槽依靠麦皮作为过滤介质以获得澄清的麦汁。过滤槽锅身为圆柱形筒节，底部平面锅底，锅底上方20mm 处配有平面筛板，筛板上铣制有过滤孔，开孔缝隙0.7mm，开孔背面成喇叭口形状，筛板开孔率10-12%左右，为方便制作安装，筛板分为多块组装，每块筛板下方焊接支撑以防变形。过滤槽底均布麦汁收集口，每1 平方米上配有1个。筛板与锅底间均匀配有CIP 清洗头，用于清洗锅底，平底配有出糟口。锅体配有耕排糟装置，用于疏松糟层和排出麦糟，耕臂上垂直排列着耕刀，耕刀间距200mm左右，耕糟时转速0.4 转/分钟，耕刀与筛板的间距可通过升降机构调节。锅顶配有CIP 清洗球和喷淋系统。

过滤麦汁具体流程如下，用泵将糖化锅中的糖化醪倒入过滤槽中，开启耕刀搅拌，耕匀醪液，然后静止20 ～30 分钟，使麦皮下沉，形成过滤层，缓慢开启麦汁收集器阀门，进行麦汁回流。开始时麦汁较浑浊，需用泵打到过滤槽糟层之上，回流20 分钟后即可获得澄清的麦汁，此时糟层趋于稳定，结束麦汁回流并将麦汁收集到煮沸锅中暂存。麦汁过滤分头道麦汁和洗糟两个阶段，随着麦汁不断过滤收集，麦糟层逐渐压紧，过滤速率变得缓慢，过滤总时间延长，这不利于麦汁质量同时影响生产效率。

影响麦汁过滤槽过滤速度的主要因素有穿过滤层的压差、滤层的渗透性、滤层厚度、滤层面积、麦汁粘度等5 方面。

特定滤层面积的麦汁流速为（K 为常数）：

穿过滤层的压差主要由糟层厚度决定。麦糟层过厚，过滤时间延长，麦糟层过薄，麦汁滤出过快，麦汁澄清度降低，麦糟容易冷却，过滤性变差。一般选取300-400mm 较为合适。

滤层渗透性决定于麦芽粉碎物组分组成情况、粗细颗粒占比比例和糖化方法等。选取高糖化力，溶解性好的麦芽是比较好的方法。过滤槽法要求麦芽粉碎时麦皮破而不碎，干燥的麦皮很脆，粉碎时容易破碎，可通过饱和蒸汽或30 ～35℃的水进行短时间的增湿处理。处理后的麦芽麦皮韧性增强，麦粒可以较好地被粉碎出来，麦皮体积增大，形成的过滤层更加疏松，过滤速度增加。

麦汁过滤压差示意图

成熟产品的常数K、滤层厚度、麦汁粘度均为固定值，滤层渗透性可通过耕刀疏松糟层后获得提高。耕糟时耕刀应该由上向下逐步缓慢耕糟，可通过过滤速度及麦汁浊度调节耕糟深度，耕刀转速以2 ～3 转/分钟为宜；精酿啤酒过滤槽常采用之字型和燕尾型耕刀组合的形式，以达到轴向及径向的双向糟层疏松效果，提高滤层渗透性。

之字型和燕尾型耕刀组合

最好从上部开始耕糟操作，耕刀群外边缘耕刀的线速度不宜超过4m/min。然后根据过滤麦汁流速反馈，调整耕糟深度，逐步向下深耕。头道麦汁和洗糟两个阶段均重复上述操作。需要注意，从底部开始耕糟可能会造成麦汁浑浊，浑浊麦汁含脂肪酸过高，造成泡沫和风味的不良影响。

传统耕糟机构采用丝杠升降，可线性调整耕糟深度，较好保持麦汁过滤速度，适合大型啤酒厂设备。但该系统需要配备伺服电机，设备投资占比较高，且安装工作复杂，对装配工艺、控制编程要求较高。

丝杠动力型耕刀升降机构

气缸动力型耕刀升降机构

气缸升降代替丝杠升降机构，适合精酿啤酒工厂耕糟设备配置。投资小，安装简便，检修方便，控制系统简洁。

筛板构想图

麦汁粘度与麦芽质量关系很大，麦芽溶解性差，β-葡聚糖分解不完全，会导致麦汁粘度增加，降低过滤速度。温度对麦汁的粘度影响较大。首先选择溶解性好的麦芽，若原料溶解性差可添加β-葡聚糖酶，并降低蛋白质分解温度延长蛋白质分解时间以平衡溶解性。其次可改进设计、优化工艺保证过滤槽温度。在糖化醪倒入过滤槽之前，可使用78℃热水预热过滤槽到70℃，过滤槽筛板与底板间通入78℃热水。为防止温度下降，可在过滤槽筒体及过滤槽底增加恒温夹套，通入78℃循环水。经过以上改进措施，β-葡聚糖可分解完全，降低麦汁粘度，提高麦汁过滤速度。

头道麦汁收集完成后开始洗糟，麦糟洗糟效果与糟层颗粒大小成反比，与麦汁在固体颗粒的扩散系数和糟层厚度成正比，并与洗糟次数有关。精酿啤酒洗糟一般不超过2 次，采取边过滤边洗糟的工艺可以提高洗糟效果，缩短过滤总时长。

精酿啤酒品种丰富，部分产品为追求高酒精度或增加酒体，常有双料、三料、四料等生产工艺。增大原料投量，对于尺寸固定的过滤槽是巨大的挑战。过多的投料量导致糟层厚度增厚，过滤速度非常缓慢，极大地影响了产品质量。目前行业通常分两次投料以适应过滤槽的生产能力，但此方式同样影响生产效率和产品质量。鉴于以上情况，为满足精酿啤酒的多样化生产工艺需求，提出增加过滤槽过滤面积的解决方案。

如新型过滤槽设计图所示，在筛板上方的筒节上均匀的开长条孔，长条孔处安装过滤筛板，筛板开孔缝隙0.7mm。增加筛板位置外侧包裹麦汁收集腔，各收集腔内安装CIP 清洗球，麦汁收集腔下方设置麦汁收集口，后端焊接收集管，各收集管上安装气动蝶阀，与内环麦汁收集器并联。增加筒节侧壁筛板后，总过滤面积增加约20 ～30%。糖化醪倒入过滤槽前，需铺底水。糖化醪导入后静止20 分钟，然后首先开启内环麦汁收集器，开始回流澄清，待糟层稳定成型后，开启外环收集器，继续回流澄清，麦汁澄清后倒入煮沸锅。麦汁收集前期、中期，耕刀耕糟深度不得低于侧壁筛板上边缘。末期，提前关闭外环收集器阀门，耕刀继续向下深耕。该设计可满足双料、三料工艺的过滤需求。

新型过滤槽设计图

为保证过滤槽的多元化需求，侧壁筛板均为可拆卸结构，正常生产时，可使用平板替换侧壁筛板，保证正常的糟层厚度。

影响麦汁过滤速度的因素众多，与麦芽质量、粉碎工艺、糖化工艺、过滤槽能力、温度、耕糟结构等息息相关。酿酒师需多方考虑，保证酿造效率。除去以上因素外，还需保证筛板水平度、预防设备震动、优化过滤槽结构。麦汁过滤是一个复杂的过程，综合考虑，可借用数值模拟手段建立动态控制系统以提高过滤槽的工作效率。