一种利用结晶麦芽酿造低苦味、高麦芽香啤酒的方法与流程

本发明涉及啤酒酿造，具体为一种利用结晶麦芽酿造低苦味、高麦芽香啤酒的方法。

背景技术：

1、结晶麦芽经过特殊的焙焦工艺处理，内部富含焦糖类物质及美拉德反应产物，常被用于赋予啤酒特殊的麦芽香气和醇厚口感。在传统的啤酒酿造工艺中，通常将结晶麦芽与基础麦芽混合进行糖化，过滤后的混合麦汁直接进入煮沸釜进行高温煮沸。然而，这种常规工艺在实际生产中存在一定的局限性。

2、结晶麦芽中的呋喃类及焦糖类香气物质在持续的高温沸腾状态下容易随水蒸气挥发，导致成品啤酒的特征麦芽香气明显降低。同时，高温条件和较长的接触时间会促使麦芽皮壳中的单宁和多酚类物质溶解到麦汁中，增加了酒体的涩味。为了解决上述问题，现有技术中曾尝试采用麦汁分流处理的工艺，但常规的分流仅限于物理隔离和不同温度的简单加热，未能针对结晶麦芽的物质浸出特性构建特定的微环境，导致在较低温度下虽然减少了香气挥发，但也同样降低了美拉德反应中间产物的溶出率，且无法有效抑制皮壳多酚的浸出，依然存在要香气就带涩味的矛盾。

3、常规工艺在麦汁高温煮沸阶段添加啤酒花，此时100℃的高温环境会促使啤酒花中的α-酸快速发生开环重排反应，大量转化为异α-酸。较高浓度的异α-酸会给啤酒带来偏重的苦感，无法满足特定受众对于低苦味啤酒的饮用需求，并且高温同样会导致酒花中的芳香精油成分逸散，降低了酒花香气。

4、此外，由麦芽皮壳和啤酒花带入麦汁体系中的花色苷等多酚类化合物，如果在进入发酵工序前未能得到有效分离，会与麦汁中的大分子蛋白质结合形成悬浮的络合物。这些残留物质不仅会加重酒体的粗糙感和涩感，还容易在低温熟化和储藏过程中析出，引发冷浑浊现象，从而影响成品啤酒的清亮度。现有技术中通常采用在煮沸阶段或回旋沉淀前向煮沸釜中添加稳定剂（如非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮，pvpp）来吸附多酚。然而，将pvpp直接加入100℃的煮沸釜中，一方面剧烈的沸腾翻滚会破坏已经形成的pvpp-多酚脆弱氢键络合物，导致吸附效率下降；另一方面，提前投加无法与后续的啤酒花投加产生时空上的协同，未能解决高温导致的酒花香气逸散和苦味过度异构化的问题。

5、因此，现有的酿造工艺在香气保留、苦味控制以及清亮度提升的系统性耦合控制方面仍有待改进。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用结晶麦芽酿造低苦味、高麦芽香啤酒的方法，解决了现有利用结晶麦芽酿造啤酒的工艺中，高温煮沸会导致麦芽和酒花香气挥发流失、异α-酸过度生成加重苦涩感，同时残留的多酚物质容易引发酒体浑浊并影响清亮度的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用结晶麦芽酿造低苦味、高麦芽香啤酒的方法，包括以下步骤：

3、将基础麦芽粉碎后与酿造用水混合进行糖化；所述糖化结束后进行固液分离得到麦糟，并使用洗糟水冲洗所述麦糟，收集得到总初始麦汁；

4、将所述总初始麦汁分割为主流麦汁和辅流麦汁；

5、将所述主流麦汁加热煮沸，煮沸完成后进行降温，使所述预冷主流麦汁的温度预降至88-92℃；

6、将粉碎后的结晶麦芽投入所述辅流麦汁中形成辅流液相体系，滴加乳酸溶液下调所述辅流液相体系的ph值至4.8-5.0，将所述辅流液相体系的温度控制在75-80℃，保持恒温静置萃取10-15min；

7、萃取结束后经离心分离去除固相结晶麦芽糟，得到辅流麦芽香萃取液；

8、将所述辅流麦芽香萃取液进一步冷却至60-65℃；

9、将所述预冷主流麦汁与冷却后的所述辅流麦芽香萃取液作为两股流体同时切向泵入回旋沉淀槽，所述两股流体在所述回旋沉淀槽入口处切向汇流混合形成混合体系，利用两股流体之间的显热交换，使所述混合体系在所述回旋沉淀槽内完成第二级降温并达到80-85℃的均态温度；

10、在所述两股流体开始汇合时，通过固体加料器同步向所述回旋沉淀槽中投入香花型啤酒花颗粒和非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末；

11、维持所述混合体系在所述回旋沉淀槽内回旋后静置沉降；

12、抽取所述回旋沉淀槽内上层的澄清麦汁，将所述澄清麦汁冷却后接入酿酒酵母，泵入发酵罐中进行主发酵和低温熟化，经过滤后得到成品啤酒；

13、其中，在所述主流麦汁的第一级预冷过程中，仅将所述主流麦汁降温至所述88-92℃；

14、所述主流麦汁由88-92℃进一步降至所述80-85℃的第二级降温过程，在所述回旋沉淀槽内通过所述预冷主流麦汁与冷却后的辅流麦芽香萃取液直接混合完成。

15、通过采用上述技术方案，由于采用总初始麦汁分割处理、辅流恒温静置萃取、辅流萃取液独立冷却、主流有限预冷、回旋沉淀槽内第二级显热混合降温以及同步投入啤酒花与非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的工艺，因此，获得降低啤酒苦味、提升麦芽香气以及提高酒体清亮度的效果，同时降低高温麦汁在板式热交换器内直接跨越较大温降区间时产生沉积物附着和流通阻力升高的风险。

16、具体的机理为：

17、为使本发明的技术方案及机理更加清晰并具备可操作性，对本技术涉及的核心术语定义如下：

18、本发明所述的均态温度，是指主流麦汁与辅流麦芽香萃取液在回旋沉淀槽内混合完成并经过流体内部热传导后，整个槽体液相体系达到的热力学平衡温度。在本技术中，该温度的测量标准被定义为：以回旋沉淀槽液位高度1/2处、距槽壁半径1/2处的几何中心点安装的热电偶传感器所连续读取的稳定温度值为准。

19、本发明所述的切向汇流混合，是指两股流体在进入回旋沉淀槽时，通过共用的同轴套管或相邻的切向入口同步泵入，且入射方向与槽壁切线夹角控制在0-15°。两股流体在接触槽壁产生旋流的初始瞬间发生剪切与交汇，利用旋流产生的湍流动能瞬间完成显热交换，从而避免局部过热区域的产生。

20、首先，滴加乳酸溶液使得辅流液相体系呈微酸性环境。在本技术所采用的温度、时间及ph条件下，结晶麦芽中的焦糖类、美拉德反应相关香气组分能够进入辅流液相，同时减少多酚类物质的过量浸出。通过将结晶麦芽与主流麦汁的100℃煮沸过程相互隔离，可减少结晶麦芽特征香气组分经历高温沸腾的时间。上述机理已通过本发明后续的证实性实验得到验证：在ph4.8-5.0且75-80℃条件下萃取，相比于未调酸的常规对照组，特征麦芽香气物质（如糠醛、2-甲基丁醛）的保留溶出量明显提升，而代表涩味的麦芽多酚浸出量大幅下降。

21、其次，辅流麦芽香萃取液在完成75-80℃恒温萃取并离心去除固相后，再独立冷却至60-65℃。由于结晶麦芽糟已在冷却前被分离，所述辅流冷却过程所处理的流体体积较小，并且不承担主流高温麦汁的大流量降温任务。与此同时，煮沸后的主流麦汁仅经板式热交换器预冷至88-92℃，而不在板式热交换器内直接降至最终的回旋沉淀温度。

22、再次，将较高温度的预冷主流麦汁与较低温度的辅流麦芽香萃取液同时切向导入回旋沉淀槽，两股液态流体通过显热交换实现第二级降温。在上述参数范围内，通过选择相互匹配的主辅流比例及入槽温度，使混合体系在回旋沉淀槽内逐渐达到80-85℃的均态温度。由此，将主流麦汁进一步降温及伴随降温发生的部分固相聚集过程由板式热交换器的狭窄板片通道转移至具有较大流通截面和沉降空间的回旋沉淀槽内，减少固相在换热表面持续累积造成流通阻力升高的风险。

23、上述温度变化属于两股液态麦汁之间的显热交换，并非潜热交换；所述均态温度是两股流体持续混合后逐渐收敛形成的温度状态，而非在流体汇合的物理瞬间无时间过程地完成。

24、进一步地，在80-85℃的混合体系中投入香花型啤酒花颗粒。与100℃煮沸投花相比，该温度条件降低α-酸的异构化速率并限制异α-酸生成量，同时有利于提高部分挥发性酒花芳香组分的保留量，该效果同样得到动力学测定实验数据的佐证，80-85℃区间内α-酸的异构化速率明显受控，从而保证了成品啤酒符合特定的低苦味值（ibu）要求。

25、最后，非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮能够与麦汁中的多酚类物质发生吸附结合。在回旋沉淀过程中，多酚-pvpp结合物、热凝固固相以及酒花固形物在旋流和重力作用下集中沉降，从而降低进入后续发酵工序的多酚及胶体浑浊前体物质含量。尽管非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮分子结构中的内酰胺基团与麦汁多酚分子酚羟基之间的氢键络合机制属于业界已知的物理化学理论，但本发明通过宏观对比实验证实：在80-85℃且伴随切向流体剪切力的入口处同步投加pvpp，相比于现有的100℃煮沸锅内直接投加，能够形成更致密、粒径更大的共沉淀大分子络合物，其沉降速率大幅提升，并使得最终酿造出酒的防浊期和清亮度（ebc浊度指标）得到了预料不到的改善。

26、优选的，按照所述基础麦芽与所述结晶麦芽的总质量计，称取75%-85%的所述基础麦芽进行辊式粉碎；

27、按照1:3.0-4.0的料水比将粉碎后的所述基础麦芽与所述酿造用水投入糖化釜中混合形成糖化体系；

28、开启搅拌，将所述糖化体系的温度提升至50-52℃维持20-30min；随后采用0.5-1.5℃/min的升温速率加热至65-68℃，维持40-60min，在所述糖化过程中维持所述糖化体系的ph值为5.2-5.6；

29、通过槽式过滤系统进行固液分离，并使用75-78℃的所述洗糟水冲洗所述麦糟，收集得到所述总初始麦汁。

30、优选的，按照所述基础麦芽与所述结晶麦芽的总质量计，称取80%的所述基础麦芽进行辊式粉碎；按照1:3.5的料水比将粉碎后的所述基础麦芽与所述酿造用水投入糖化釜中混合形成糖化体系；将所述糖化体系的温度提升至51℃维持25min；随后采用1℃/min的升温速率加热至66.5℃，维持50min，在所述糖化过程中维持所述糖化体系的ph值为5.4；使用76.5℃的所述洗糟水冲洗所述麦糟，收集得到所述总初始麦汁。

31、通过采用上述技术方案，设定基础麦芽糖化的温度梯度与料水比，使蛋白质休止和糖化阶段的酶促反应相互衔接，分解淀粉与蛋白质形成可发酵性糖和游离氨基酸；控制ph环境则维持了淀粉酶的活性。

32、优选的，所述主流麦汁的体积占所述总初始麦汁体积的70v/v%-75v/v%，所述辅流麦汁的体积占所述总初始麦汁体积的25v/v%-30v/v%；

33、将所述主流麦汁泵入煮沸釜，在常压下加热至100℃，维持沸腾状态30-45min；

34、煮沸完成后，将所述主流麦汁泵出，流经板式热交换器降温，在所述主流麦汁的第一级预冷过程中，所述板式热交换器将所述主流麦汁由煮沸温度降至88-92℃，而不在该第一级预冷过程中直接将所述主流麦汁降至所述回旋沉淀槽内的均态温度。

35、优选的，所述主流麦汁的体积占所述总初始麦汁体积的72.5v/v%，所述辅流麦汁的体积占所述总初始麦汁体积的27.5v/v%；

36、将所述主流麦汁泵入煮沸釜，在常压下加热至100℃，维持沸腾状态37min；

37、使所述预冷主流麦汁的温度预降至90℃；

38、所述90℃的预冷主流麦汁不再通过板式热交换器继续直接降至回旋沉淀温度，而是通过与低温辅流麦芽香萃取液在所述回旋沉淀槽内混合完成第二级降温。

39、通过采用上述技术方案，界定主流麦汁与辅流麦汁的体积比例，通过煮沸主流麦汁促使高分子蛋白质变性凝固并挥发不良风味物质；主流麦汁仅在板式热交换器内进行第一级有限预冷，辅流麦芽香萃取液经独立冷却后作为第二级降温的低温流股，使进一步降温过程转移至回旋沉淀槽内完成。

40、优选的，按照所述基础麦芽与所述结晶麦芽的总质量计，称取15%-25%的所述结晶麦芽进行粉碎，所述结晶麦芽的色度为60-120ebc；

41、所述乳酸溶液为浓度80%-88%的食品级乳酸溶液，滴加所述乳酸溶液后将所述辅流液相体系的ph值下调至4.8-5.0；

42、将所述辅流液相体系的温度控制在75-80℃，保持恒温静置萃取10-15min；

43、萃取结束并经离心分离去除固相结晶麦芽糟后，将所得辅流麦芽香萃取液冷却至60-65℃，形成用于与所述预冷主流麦汁进行第二级混合降温的低温辅流。

44、优选的，按照所述基础麦芽与所述结晶麦芽的总质量计，称取20%的所述结晶麦芽进行粉碎，所述结晶麦芽的色度为80ebc；所述乳酸溶液为浓度84%的食品级乳酸溶液；在保持恒温静置萃取过程中，将所述辅流液相体系的温度控制在78℃，滴加所述乳酸溶液后将ph值下调至4.9，萃取时间为12.5min；萃取结束并经离心分离后，将所述辅流麦芽香萃取液由78℃冷却至62.7℃后再泵入所述回旋沉淀槽。

45、通过采用上述技术方案，促使结晶麦芽在微酸环境中溶出焦糖类及美拉德反应产物，设定的酸碱度条件利于目标香气物质浸提，而限定的温度与时间参数限制了多酚物质的过度溶解。

46、优选的，所述香花型啤酒花颗粒的添加量为100-300g/hl，所述香花型啤酒花颗粒的α-酸质量分数为4.5%-5.5%；

47、所述非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的添加量为15-30g/hl，所述非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的平均粒径为30-50μm，所述非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的总氮含量为11.9%-12.8%；

48、所述两股流体以切向方式泵入所述回旋沉淀槽，并维持所述混合体系回旋20-30min；

49、将抽取的所述澄清麦汁经板式热交换器冷却至10-12℃。

50、优选的，所述混合体系在回旋沉淀槽内达到的均态温度为约82.5℃；所述香花型啤酒花颗粒的添加量为200g/hl，所述香花型啤酒花颗粒的α-酸质量分数为5.0%；

51、所述非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的添加量为22.5g/hl，所述非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的平均粒径为37μm，所述非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末的总氮含量为11.9%；

52、维持所述混合体系在所述回旋沉淀槽内回旋25min；将抽取的所述澄清麦汁经板式热交换器冷却至11℃。

53、通过采用上述技术方案，混合体系在该温度区间达到热平衡，促使酒花树脂和精油发生转化与溶解；流体形成稳定的向心流，携带大分子络合物向槽底聚集沉降，实现麦汁与固相物的分离。

54、优选的，所述酿酒酵母为拉格酿酒酵母；所述经过滤后得到成品啤酒的过程包括：经降温排泥、离心过滤后，灌装得到成品啤酒。

55、通过采用上述技术方案，拉格酿酒酵母在低温条件下进行底面发酵代谢，产生纯净的酒体风味；结合降温排泥及离心过滤工序去除酵母细胞以及冷凝固物，保证了成品啤酒的透明度。

56、本发明提供了一种利用结晶麦芽酿造低苦味、高麦芽香啤酒的方法。具备以下有益效果：

57、1、本发明通过将麦汁进行分割处理，在辅流麦汁中滴加乳酸构建特定ph值的微酸性环境，对结晶麦芽进行恒温静置萃取，通过严密的对比验证，该特定的微酸环境与75-80℃的恒温条件产生了明显的协同萃取效应，相比于不调酸或不分流的常规高温煮沸工艺，该特定条件精准地打开了选择性浸出窗口，不仅促进了美拉德反应中间产物及呋喃类香气化合物的溶出，避免了结晶麦芽香气在常规高温煮沸过程中的挥发损失，同时，该条件在动力学上限制了麦芽皮壳中多酚物质的浸出，有效打破了增加香气必然增加涩味的工艺悖论，保留了麦芽香气并减少了前期涩味物质的引入。

58、2、本发明并非直接将全部100℃麦汁通过板式热交换器一次性降至回旋沉淀目标温度，而是将降温过程分为两个空间位置不同的阶段：主流麦汁首先仅在板式热交换器内预冷至88-92℃，随后再与经独立冷却的辅流麦芽香萃取液在回旋沉淀槽中完成第二级显热混合降温。该分级降温方式减少了高温主流麦汁在狭窄板式流道内直接跨越较大温降区间的程度，并将进一步降温过程中产生的固相聚集和沉降过程转移至流通空间更大的回旋沉淀槽内，有利于维持板式热交换器的流通稳定性。

59、3、本发明在70-75v/v%的主流麦汁、25-30v/v%的辅流麦汁、88-92℃的主流预冷温度及60-65℃的辅流入槽温度范围内，对相应参数进行相互匹配，使混合体系在回旋沉淀槽中达到80-85℃的目标均态温度。上述参数并非任意组合，而是共同构成第二级混合降温条件，使结晶麦芽香气物质避开100℃煮沸的同时，又使主流麦汁不必在板式热交换器内直接降至最终投花温度。

60、4、本发明在80-85℃的回旋沉淀阶段同步投入香花型啤酒花颗粒，利用低于100℃煮沸温度的亚沸腾环境降低α-酸的异构化速率、限制异α-酸生成量，并提高部分挥发性芳香组分的保留量，从而在受控的异构化动力学条件下兼顾较低苦味与酒花香气。

61、5、本发明在流体汇合进入回旋沉淀槽时同步添加非水溶性聚乙烯聚吡咯烷酮粉末。该同步切向投加方式克服了现有技术中在煮沸锅沸腾结束前5-10min加入pvpp的缺陷：在100℃剧烈热对流环境下，已形成的多酚-pvpp脆弱氢键极易被沸腾剪切力破坏而重新游离，本发明利用两股流体在回旋沉淀槽入口处的切向剪切力使pvpp瞬间均匀分散，并在80-85℃的温和均态温度下，稳固了pvpp内酰胺基团与麦汁多酚的氢键结合网络，该时空协同效应使多酚-pvpp结合物与降温过程中形成的热凝固物共同在旋流场中快速聚集并沉降，从而在前端热区更高效地降低进入发酵阶段的胶体浑浊前体物质含量，提高成品啤酒的胶体稳定性和清亮度。