一种气助水力空化酒花处理方法及装置、啤酒酿造系统与流程

本发明涉及啤酒酿造工艺与液相化学转化，尤其涉及一种气助水力空化酒花处理方法及装置、啤酒酿造系统。

背景技术：

1、传统啤酒酿造需在约100°c下煮沸60-90分钟以实现酒花中α-酸的异构化，存在以下突出问题：

2、（1）能耗高：长时间沸腾消耗大量蒸汽，α-酸利用率仅约30-35%；

3、（2）香气损失严重：开放沸腾过程中，水汽夹带导致里那醇（(r)-linalool，感官阈值低至约2.2 μg/l）等热敏香气组分损失高达80–90%，啤酒花香显著流失。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种气助水力空化酒花处理方法及装置、啤酒酿造系统。

2、第一方面，本发明提供了一种气助水力空化酒花处理方法，如图1所示，包括以下步骤：

3、将酒花加入水中后注入惰性气体进行水力空化萃取和固液分离，得到萃取液；

4、将所述萃取液与从处于煮沸阶段取出的部分热麦汁混合形成载流体系，并于二价金属离子催化剂和二氧化碳作用下进行空化异构化处理，得到异构化液；

5、将所述异构化液回加至处于煮沸阶段的热麦汁中，完成稀释、ph自然中和与残余异构化。

6、进一步地，所述水力空化萃取的工作条件参数包括：ph为7.6-8.0，温度为80-95℃，时间为5-25min；

7、所述空化异构化处理的工作条件参数包括：ph为6.5-7.5，温度为95-100℃，时间为20-40min。

8、进一步地，所述水力空化萃取时，

9、所述酒花和所述水的重量比为（1~2）:（10~20），注入所述惰性气体后体系的气液比为2-5%。

10、进一步地，所述空化异构化处理时，

11、注入所述二氧化碳后体系的气液比为1-3%，所述萃取液和所述热麦汁的重量比为（1~2）:（2~10），所述二价金属离子催化剂于体系中浓度为100-300 ppm。

12、进一步地，所述惰性气体包括氮气和氩气中的至少一种，所述酒花包括t90颗粒、t45颗粒和co2酒花提取物中的至少一种；

13、所述二价金属离子催化剂中金属离子包括镁离子、钙离子和锌离子中的至少一种。

14、进一步地，于30分钟以内同时实现α-酸异构化率≥70%与里那醇系统利用率≥45%。

15、第二方面，基于同一个发明构思，本发明提供了一种气助水力空化酒花处理装置，用以实现第一方面任一项所述的气助水力空化酒花处理方法，包括：

16、母液罐，用于配制并容纳碱化萃取母液；

17、第一循环回路，含第一循环泵与第一水力空化器，所述第一水力空化器设惰性气体注入口，回路回流至母液罐；

18、固液分离器，与所述第一循环回路连通，输出无固形物萃取液；

19、异构化反应罐，密闭且带背压排气，经保温管路与主煮沸锅连接；

20、第二循环回路，含第二循环泵、换热器与第二水力空化器，所述第二水力空化器设co2气体注入口，回路回流至异构化反应罐；

21、加料系统，分别向母液罐与异构化反应罐加注ph调节剂与二价金属离子催化剂；

22、控制系统，与温度、ph、流量及气体注入量的传感与执行单元连接。

23、进一步地，所述侧流模块为主煮沸锅容量的0.3%-1.5%；

24、所述第一水力空化器和所述第二水力空化器各自独立地包括文丘里型水力空化器，所述文丘里型水力空化器喉部面积比9%-12%；气体利用喉部负压自吸引入，无额外增压设备。

25、进一步地，还包括将异构化反应罐排气回收并送回第二空化器注入口的气体内循环系统。

26、第三方面，基于同一个发明构思，本发明提供了一种啤酒酿造系统，包括糖化锅、煮沸锅以及第二方面任一项所述的气助水力空化酒花处理装置，所述气助水力空化酒花处理装置作为侧流模块安装于啤酒酿造工艺的糖化锅与煮沸锅之间。

27、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

28、本发明实施例提供了一种气助水力空化酒花处理方法及装置、啤酒酿造系统，相较于现有技术，本发明可实现在30分钟内同时实现α-酸异构化率≥70%与里那醇系统利用率≥45%，大幅缩短工艺时间并节省能源，解决了α-酸异构化与里那醇保留工艺条件相反的根本矛盾。具体来说：

29、工艺方法的有益效果包括：

30、（1）定量指标：在30分钟内同时达成α-酸异构化率≥70%与里那醇系统利用率≥45%，为现有技术所无法达成；

31、（2）工艺时间大幅缩短：相比传统煮沸60–90分钟与cavibeer的90–140分钟，本工艺仅约30分钟，且与主煮沸锅并行运行，不增加总酿造时间；

32、（3）能源大幅节省：以年产20万吨啤酒厂为例，年节约工业蒸汽约9,000吨、天然气约68万m³、标准煤约827吨，煮沸能耗节约约29%；

33、（4）里那醇保留率显著提升：借助密闭循环的henry平衡，98°c/30分钟里那醇蒸发损失仅约1.8%，远低于传统开放煮沸80–90%的损失；

34、（5）酒花用量节省35–50%：α-酸利用率由传统约30%提升至55–65%，相同ibu目标下酒花用量显著减少。

35、装置的有益效果包括：

36、（1）侧流模块架构：仅处理占主煮沸锅冷麦汁总体积0.3%–1.5%（优选0.7%±0.1%）的浓缩母液，使母液系统的ph、催化剂、气体环境可独立优化而不影响主煮沸锅麦汁成分；

37、（2）ph工程化：将载流体系ph调至7.0–7.5，利用henderson-hasselbalch方程的ph依赖性，使α-酸异构化速率k1较麦汁自然ph提升约6.25倍；

38、（3）二价金属离子催化：加入mg2+100–300 ppm，通过lewis酸机制与α-酸烯醇盐配位形成五元螯合环，进一步将k1提升1.5–2.0倍；

39、（4）分步选气气助：萃取步骤注入n2（绝热指数γ=1.40，强机械效应促萃取），异构化步骤注入co2（γ=1.30，温和塌缩保护iso-α-酸产物）——同一装置在不同步骤选用不同气体；

40、（5）密闭循环架构：异构化步骤采用带0.2–0.5 bar背压的密闭循环，利用里那醇的henry平衡将其30分钟累积蒸发损失严格限制在约1.8%。

41、（6）装置层面配套的包括：气助水力空化；文丘里空化器面积比9–12%；气体经文丘里喉部负压自吸引入（无需增压设备）；以及plc双指标达成自检功能。

1.一种气助水力空化酒花处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的气助水力空化酒花处理方法，其特征在于，所述水力空化萃取的工作条件参数包括：ph为7.6-8.0，温度为80-95℃，时间为5-25min；

3.根据权利要求1所述的气助水力空化酒花处理方法，其特征在于，所述水力空化萃取时，

4.根据权利要求1所述的气助水力空化酒花处理方法，其特征在于，所述空化异构化处理时，

5.根据权利要求1所述的气助水力空化酒花处理方法，其特征在于，所述惰性气体包括氮气和氩气中的至少一种，所述酒花包括t90颗粒、t45颗粒和co2酒花提取物中的至少一种；

6.根据权利要求1-5任一项所述的气助水力空化酒花处理方法，其特征在于，于30分钟以内同时实现α-酸异构化率≥70%与里那醇系统利用率≥45%。

7.一种气助水力空化酒花处理装置，其特征在于，用以实现权利要求1~6任一项所述的气助水力空化酒花处理方法，包括：

8.根据权利要求7所述的气助水力空化酒花处理装置，其特征在于，所述第一水力空化器和所述第二水力空化器各自独立地包括文丘里型水力空化器，所述文丘里型水力空化器喉部面积比9%-12%；气体利用喉部负压自吸引入，无额外增压设备。

9.根据权利要求7所述的气助水力空化酒花处理装置，其特征在于，还包括将异构化反应罐排气回收并送回第二空化器注入口的气体内循环系统。

10.一种啤酒酿造系统，其特征在于，包括糖化锅、煮沸锅以及权利要求7-9任一项所述的气助水力空化酒花处理装置，所述气助水力空化酒花处理装置作为侧流模块安装于啤酒酿造工艺的糖化锅与煮沸锅之间。