CN1205031A

CN1205031A - 麦芽汁煮沸方法及实现该方法的麦芽汁煮沸装置

Info

Publication number: CN1205031A
Application number: CN 97191385
Authority: CN
Inventors: 三谷优; 铃木英和; 大利幸; 小林实; 栗原利夫; 秋山普史; 石田文人
Original assignee: Sapporo Breweries Ltd
Current assignee: Sapporo Breweries Ltd
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-01-13

Abstract

本发明目的在于提供能够改善用于生产啤酒或麦芽酒的麦芽汁煮沸装置的分离及发散效率的麦芽汁煮沸方法。本发明提供在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中进行的麦芽汁煮沸方法,其特征在于麦芽汁煮沸装置内的麦芽汁与气相之间的气－液接触程度得以改善而提高了麦芽汁煮沸时待挥发和发散的物质从麦芽汁中的挥发和发散效率并降低了麦芽汁煮沸时所需的热能。

Description

麦芽汁煮沸方法及实现该方法的麦芽汁煮沸装置

本发明涉及能够改善用于啤酒或麦芽酒生产的麦芽汁煮沸装置的分离和发散效率的麦芽汁煮沸方法及实现该方法的麦芽汁煮沸装置。

在啤酒、麦芽酒及类似产品生产的麦芽汁制造步骤，由糖化醪经过滤得到的麦芽汁在麦芽汁煮沸锅中与啤酒花一起煮沸，将废啤酒花或类似物除去并将所得的液体冷却，之后冷麦芽汁进入下一发酵步骤。

麦芽汁煮沸步骤具有如下功能：(1)啤酒花的活性成分(苦味物质和风味成分)渗滤进入麦芽汁；(2)麦芽汁中的可凝固蛋白质凝固；(3)使麦芽汁中的残余酶失活并对麦芽汁进行灭菌及(4)挥发除去过量的水并由挥发和发散除去对啤酒的风味和口感不利的挥发物。

但由于从麦芽汁中挥发和分离挥发物是根据沸腾时从麦芽汁中挥发出的水分数量进行操作的，因而麦芽汁煮沸步骤需要很大能量。然而，几乎没有办法降低所需能量。

本发明人着眼于上述麦芽汁煮沸步骤的第(4)个功能。本发明人预想不仅由于单纯水分挥发所致的浓缩作用而且还有麦芽汁中的多种挥发物及不挥发物的挥发、发散及分离与水分的挥发一起影响着产品的风味与口感。即从麦芽汁和啤酒花中得到的与风味和口感有关的挥发物随水分的挥发或基于高温下的气-液平衡原理转移到气相(即这些物质被从麦芽汁中挥发和分离)。预期这些挥发出的挥发物的数量与水分挥发率有关，这对产品啤酒、麦芽酒及类似产品的风味和口感影响极大。

这些事实与经验规则相符，以下现象如由于从未密封部位或类似部位吸入空气导致冷凝液回流的煮沸锅液上气体的温度降低和麦芽汁中温度的分布、如煮沸锅内温度低于沸点的区域的存在都使作为目标的气-液平衡状态不能达到而造成啤酒、麦芽酒及类似产品的风味和口感不理想。

进一步，根据本发明人的研究结果已发现，不仅麦芽汁中的挥发物而且沸点高于水沸点的物质如不挥发物在麦芽汁煮沸时在相当短时间内减少。这可能是由于溶解的配料的发散机制而不是挥发在煮沸麦芽汁时起作用。在这一点上，根据本发明人的分析，在煮沸的麦芽汁中形成的气泡与气相接触破碎时，在气相中形成细小液滴。细小液滴的形成与肥皂泡破裂时周围出现的喷射状水雾相似。这些细小液滴与上升气相一起排出煮沸装置。细小液滴含有溶解在麦芽汁中的物质，尤其是趋向于在气相和液相之间的边界上聚集的挥发物及不挥发物。由此，麦芽汁配料的结构状态根据煮沸麦芽汁时的状态差异而改变，预计这对作为最终产品的啤酒的风味和口感有影响。

因此，本发明人研究开发了在煮沸麦芽汁时有助于从麦芽汁中挥发和发散其中的待挥发、发散及分离的物质的方法。从而他们发现，增大气-液平衡关系的推动力促进气-液交换能力使得能够快速分离和除去挥发物，并且在煮沸麦芽汁过程中产生气泡将挥发物及不挥发物挥发并发散到气相，这使得降低该步骤所需要的能量成为可能。这些发现导致本发明的实现。

首先，权利要求1所述的本发明提供在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中进行的煮沸麦芽汁的方法，其特征在于：改善麦芽汁煮沸装置中的麦芽汁与气相之间的接触程度而提高煮沸麦芽汁时麦芽汁中的待挥发和发散的物质的挥发和发散效率并降低煮沸麦芽汁时的热能需要。

本发明人针对如下事实，即，在麦芽汁煮沸过程中二甲硫(下文缩写为“DMS”)的挥发和发散是通过S-甲基蛋氨酸(下文缩写为“SMM”)即DMS的前体经热反应生成DMS以及DMS向气相中挥发的连续过程进行的。本发明人已建立了该连续过程的反应速率方程并将麦芽汁煮沸过程中生成的SMM和DMS量的测量值代入计算了各连续过程的“反应速率系数”和“挥发速率系数”。此后，本发明人发现其中的挥发速率系数依赖于煮沸时的供热速率而增加并随煮沸装置的形状而改变。

即当供热速率增加时，麦芽汁在煮沸装置中流动剧烈，麦芽汁与气相间的接触程度增加，更易于从麦芽汁中挥发并发散出挥发物，由此使挥发速率系数增加。进一步，即使供热速率相同，当采用麦芽汁在装置内能有效流动混合且气-液进行剧烈接触的煮沸装置时更易于挥发、发散出挥发物而使挥发速率系数增加。

由以上事实，通过比较挥发物的挥发速率系数能够评估麦芽汁煮沸过程中的挥发物挥发发散效率或麦芽汁煮沸装置的挥发物挥发发散效率。然而就严格意义上的反应速率而言，在评估DMS的挥发和发散效率时不仅需要比较DMS挥发和发散过程的发散系数，而且也需要考虑在先的过程即由SMM生成DMS的转化。但DMS的生成趋向于主要随温度而增加。因此，对于麦芽汁维持在沸点温度几乎不变的麦芽汁煮沸过程，几乎观察不到变化。因而，挥发速率系数是确定发散效率的第一个因素。权利要求1所述的上述发明是基于这一评估方法而提出的。

其次，权利要求2所述的本发明提供权利要求1所述的方法，其中将流经设在麦芽汁煮沸装置的麦芽汁煮沸锅内、将煮沸锅中的麦芽汁加热煮沸的换热器的麦芽汁数量增加而改善装置内麦芽汁与气相之间的气-液接触程度。

麦芽汁煮沸装置的结构通常如图1所示。设在煮沸装置内加热麦芽汁的换热器示于图2，换热器设有多个加热管3。

采用热水、高温蒸汽或高温加热介质绕加热管3流动，由此将装在麦芽汁煮沸装置内的麦芽汁加热到沸点。达到沸点的麦芽汁由加热管3暴沸并在煮沸装置中以如下顺序循环：煮沸锅内部→换热器(加热管)→分布器4→麦芽汁液面→煮沸锅底部。分布器4用于使煮沸的麦芽汁返回到麦芽汁液面。

由本发明人的研究结果发现，增加加热管3的数目并缩短加热管长度(即上述的麦芽汁循环速率加快且流过换热器的麦芽汁数量增加而基本上不改变加热面积)使得增加煮沸过程中的气-液接触程度成为可能。这些发现导致权利要求2所述的本发明的实现。

进一步，权利要求3所述的本发明提供权利要求1所述的方法，其中在麦芽汁煮沸的同时进行惰性气体鼓泡以改善麦芽汁煮沸装置中麦芽汁与气相之间的气-液接触程度。

权利要求2和权利要求3所述的本发明提供改善权利要求1所述的麦芽汁煮沸装置内的麦芽汁与气相之间的气-液接触程度的具体措施。

更进一步，权利要求4所述的本发明提供评估煮沸麦芽汁过程中待挥发发散的物质的挥发效果的方法，其中在对啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中通过煮沸麦芽汁有待从麦芽汁中挥发发散物质的挥发发散效果的评估中，将麦芽汁在惰性气体鼓泡的同时煮沸预定时间，将麦芽汁中的残余待挥发发散物质的组成作为气相色谱图输入神经网络，将该气相色谱图与事先输入的、无惰性气体鼓泡下煮沸过的麦芽汁中的残余挥发物组成的气相色谱图进行比较并换算成无惰性气体鼓泡下进行的煮沸时间输出，这一煮沸时间相应于上述的煮沸时间，通过惰性气体鼓泡提供的挥发物挥发效果由所得的煮沸时间长度来评估。

附带说明，作为评估有惰性气体鼓泡下的煮沸效果的方法，可采用上述权利要求1所述的对DMS挥发速率系数的比较评估方法。

进一步，与之相反，上述权利要求4中所述的采用神经网络的比较评估方法亦可用于评估权利要求1所述的本发明。

最后，权利要求5所述的本发明是要提供在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程所用的麦芽汁煮沸装置，其特征在于它设有惰性气体鼓泡装置。

图1示意表示权利要求1所述的本发明方法所采用的煮沸装置的结构的实例。图2示意表示图1所示的煮沸装置的柱体部分的结构。图3所示为I型煮沸装置中在初始煮沸时间为0小时时的SMM浓度和DMS浓度变化图。图3(a)、3(b)、3(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时及120兆卡／小时下的结果。图4表示I型煮沸装置中DMS实测值与计算值。图4(a)、4(b)、4(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时及120兆卡／小时下的结果。图5表示II型煮沸装置中在初始煮沸时间为0小时时的SMM浓度和DMS浓度变化图。图5(a)、5(b)、5(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时及120兆卡／小时下的结果。图6表示II型煮沸装置中的DMS实测值与计算值。图6(a)、6(b)、6(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时及120兆卡／小时下的结果。图7为SMM生成DMS的反应速率系数(k₁)和DMS发散速率系数(k₂)与麦芽汁煮沸锅形状及供热速率的关系对比图。

图1到图7中，标号1为麦芽汁煮沸锅，标号2为换热器，标号2A为换热器一端，标号2B为换热器的柱体部分，标号3为加热管，标号4为分布器。

图8为可用于实现权利要求3所述的本发明方法的麦芽汁煮沸锅示意图。图9为可用于实现权利要求3所述的本发明方法的另一类型麦芽汁煮沸锅的示意图。

图8和图9中，标号11为麦芽汁煮沸锅，标号12为麦芽汁，标号13为液面，标号14为加热器，标号15为惰性气体喷射部，标号16为人孔。

本发明如下所述。

如上所述，权利要求1所述的本发明是要提供在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中进行的煮沸麦芽汁的方法，其特征在于：改善麦芽汁煮沸装置中的麦芽汁与气相间的气-液接触程度而提高煮沸麦芽汁时麦芽汁中的待挥发和发散的物质的挥发和发散效率并降低煮沸麦芽汁时的热能需要。权利要求2所述的本发明是要提供权利要求1所述的方法，其中将流经设在麦芽汁煮沸装置的麦芽汁煮沸锅内、将煮沸锅中的麦芽汁加热煮沸的换热器的麦芽汁数量增加以改善装置内的麦芽汁与气相之间的气-液接触程度。

权利要求1和权利要求2所述的本发明的特征如下所述：对DMS连续发散过程的反应速率进行分析并获得以挥发速率系数表示的煮沸步骤的DMS发散效率，由此可对煮沸装置中的挥发物的分离和发散性能进行评估。

由以前的报道可知DMS在麦芽汁煮沸过程中的反应行为主要表现为由DMS的前体SMM生成DMS以及DMS向气相中的发散〔例如J．Inst．Brew 88，P．244(1982)，Anness，B．J．and Bamforth，C．W．(1982)〕。

即在煮沸麦芽汁过程中不生成SMM且由DMS转化得到的二甲基亚砜(DMSO)或类似产物数量很少。由此可得到以下连续步骤：

SMM→DMS→(发散进入气相)(在气相中的生成反应)。

连续步骤的反应速率与发散速率假定分别由以下方程来描述：

r₁=k₁[S]

r₂=k₂([D]_L-[D]_G)

其中r₁为由SMM生成DMS的转化速率(μmol／L·min)，r₂为DMS的发散速率(μmol／L·min)，k₁为反应速率系数(1／min)，k₂为挥发速率系数(1／min)，[S]为液相中的SMM浓度(μmol／L)，[D]_L为液相中的DMS浓度(μmol／L)，[D]_G为气相中的DMS浓度(μmol／L)。

气相中的DMS浓度由计算气相中的DMS分压得到，表示为与DMS气相分压相应的液相DMS浓度。

在此假定下，SMM生成DMS的转化反应仅依赖于液相的SMM浓度，反应速率方程可表示为一级反应。气相与液相中的DMS浓度差是DMS发散速率的驱动力。由此可将SMM和DMS的减少速率重写如下：

d[S]／dt=-k₁[S] (1)

d[D]_L／dt=k₁[S]-k₂([D]_L-[D]_G) (2)

方程(1)的解为：

[S]／[S]₀=exp(-k₁t) (3)

其中[S]₀为反应开始时液相中的SMM浓度(μmol／L)。

因此方程(2)变为：

d[D]_L／dt=k₁[S]₀ exp(-k₁t)-k₂[D]_L+k₂[D]_G (4)

由于气相中的DMS通常总是被排出系统，DMS浓度极低、近似为系数；由此方程(4)可视为一阶线性微分方程处理。其解为：

[D]_L= exp(-∫k₂dt)[∫{k₁[s]_cexp(-k₁t)+

k₂[D]_G}·exp(∫k₂dt)dt+C](5)

其中C为积分系数。

方程(5)的解为：

[D]_L= {k₁／(k₂-k₁)}[S]₀exp(-k₁t)+[D]_G+

Cexp(-k₂t) (5)＇

不言而喻，由于麦芽汁浓度或气-液接触效率在煮沸前后发生改变，因而挥发物的发散速率随之改变。本发明关注的是煮沸过程中的麦芽汁。因此当麦芽汁达到沸点时的时刻被作为“0”时刻(t=0)。由此麦芽汁达到沸点时的SMM和DMS浓度分别表示如下：

[S]=[S]。

[D]_L=[D]_L。

将上述式子代入方程(5)＇计算出C值：

C=[D]_L0-[{k₁／(k₂-k₁)}[S]₀+[D]_G] (6)

将方程(6)代入方程(5)得到：

[D]_L={k₁／(k₂-k₁)}[S]₀ exp(-k₁t)+[D]_G+

[[D]_L0-(k₁／(k₂-k_X)}[S]₀-[D]_G]exp(-k₂t) (7)

实际上，液相中的DMS浓度极低，在μmol／L量级。此外，如前所述由于气相总是被排放掉，认为气相中的DMS含量极低而不能成为气-液传递阻力。

即方程(7)中：

[D]_G_0．

由此液相中的DMS浓度可由下述方程描述：

[D]_L={k₁／(k₂-k₁)}[S]₀{exp(-k₁t)-exp(-k₂t)}+

[D]_L0exp(-k₂t) (8)

如上所述，由液相中的SMM和DMS浓度分别得到方程(3)和

(8)。

由此，SMM浓度下降速率即由SMM转化为DMS的生成速率可由方程(3)表示。由此将([S]／[S]₀)的对数值对煮沸时间作图，反应速率系数k₁由计算通过该点的直线斜率的近似值得到。

进一步，DMS浓度的改变即由于自SMM生成以及挥发和吸入作用引起的DMS数量的减少可由方程(8)表示。式(8)中的[D]_L、[D]_L0和[S]₀通过测量麦芽中的DMS和SMM含量得到，反应速率系数k₁由实验结果经上述方程(3)计算得到。但方程(8)是非线性的，因而挥发速率系数k₁不能通过简单代入方程(8)计算得到。但可通过采用数值解法如Runge-kutta方法得到近似解。

进一步，如上所述，权利要求3所述的本发明提供权利要求1所述的方法，其中在煮沸麦芽汁的同时进行惰性气体鼓泡以改善麦芽汁煮沸装置内的麦芽汁与气相之间的气-液接触程度。权利要求4所述的本发明提供评估煮沸麦芽汁过程中待挥发发散物质的挥发效果的方法，其中在对啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中通过煮沸麦芽汁有待从麦芽汁中挥发发散物质的挥发发散效果的评估中，麦芽汁在惰性气体鼓泡的同时煮沸预定时间，将麦芽汁中的残余待挥发发散物质的组成作为气相色谱图输入神经网络，该气相色谱图与事先输入的、无惰性气体鼓泡下煮沸过的麦芽汁中的残余挥发物组成的气相色谱图进行比较并换算成无惰性气体鼓泡下进行的煮沸时间输出，这一煮沸时间相应于上述的煮沸时间，通过惰性气体鼓泡提供的挥发物挥发效果由所得的煮沸时间长度来评估。

更进一步，权利要求5所述的本发明提供在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中所用的麦芽汁煮沸装置，其特征在于它设有惰性气体鼓泡装置。

在权利要求3所述的本发明中，在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中在煮沸麦芽汁的同时进行惰性气体鼓泡，由此加速麦芽汁的气-液接触并促进麦芽汁中的挥发物的挥发和分离。

在此所用的惰性气体可以是氮气、二氧化碳气、氩气、氦气、氖气及类似气体。从这些气体中选用合适的气体。

在权利要求3所述的本发明中，由糖化醪经过滤得到的麦芽糖在有惰性气体鼓泡下在麦芽汁煮沸锅中与啤酒花一起煮沸。麦芽汁煮沸装置形状如下。

如图8所示，用于麦芽汁12加热和煮沸的换热器14通常设在麦芽汁煮沸锅11内或设在麦芽汁煮沸锅11外(未示出)。麦芽汁在换热器14的作用下以固定速率煮沸，由此通过挥发和发散除去对啤酒或类似产品的风味和口感不利的挥发物。对于换热器14的型式，已知可采用内热式或外热式换热器。

在权利要求3所述的本发明中，除换热器14之外，在麦芽汁煮沸锅11的任何位置安设惰性气体注射部15(图中安装在麦芽汁煮沸锅底部)。惰性气体经注射部分散进入麦芽汁12以增加气-液接触面积并通过更有效的挥发和发散来促进对啤酒或类似产品的风味和口感不利的挥发物的脱除。

可在麦芽汁开始沸腾时或经一段预定时间后开始进行惰性气体鼓泡，如在麦芽汁沸腾后30分钟时进行惰性气体鼓泡。

当对惰性气体鼓泡下的麦芽汁煮沸过程中的挥发物挥发效果进行评估时，权利要求4所述的神经网络方法用于权利要求3所述的本发明。

该评估方法如下所述。首先，采用气相色谱方法测得按普通方式即无惰性气体鼓泡下煮沸的麦芽汁中的残余挥发物组成并表示为随时间的变化图。将此图输入神经网络。

与此同时，采用上述气相色谱测出根据权利要求3所述的本发明的在惰性气体鼓泡下煮沸预定时间后的麦芽汁中的残余挥发物组成。将所得色谱图输入神经网络并采用神经网络方法估计上述色谱图与通过普通方式煮沸所得的色谱图何时、何处最为相似。

将这样计算出的相应于普通方法煮沸时间的时间输出，并将这一时间与惰性气体鼓泡下的实际煮沸时间相比较以对在惰性气体鼓泡下挥发物的挥发效果进行评估。

麦芽汁中的残余挥发物可由已知方法测量。在本发明中，最优选的方法为TCT-FID(热脱附冷阱注射器-氢火焰电离检测器)方法或EP-FID〔溶剂(乙醚-戊烷(2∶1))〕萃取-氢火焰离子化检测器)方法。

下面来描述煮沸后的麦芽汁中的残余挥发物组成的分析方法。分析样品取自麦芽汁煮沸锅的采样口，立即由冰冷却并在低温(5℃)下密封保存。若采用TCT-FID方法进行分析，将7克氯化钠和10μl内标溶液(2-庚酮30毫克／100毫升)加入25毫升麦芽汁样品中。系统在40℃的恒温水浴中采用氦在100毫升／分的流量下通气15分钟，挥发物吸附到TENAX冷阱管中。

其后将冷阱管安放在气相色谱仪的样品进料口处并升高温度，由此使吸附的挥发物得以脱附并由样品进料口进入色谱仪内。采用微极性的DB-5(由J&W提供)或类似物作为色谱柱。挥发物的吸附和脱附条件如下：冷却温度100℃、初步冷却时间3分钟、脱附温度250℃、脱附时间5分钟、注射温度200℃、注射时间3分钟。

另一方面，在采用EP-FID方法进行分析时，将0．5毫升内标溶液(苯甲醇，100毫克／100毫升)，60克氯化钠和150毫升萃取溶剂〔乙醚∶戊烷(2∶1)〕加入200毫升麦芽汁样品中，振荡下萃取30分钟。之后在3，000rpm下离心分离10分钟，在45℃的温水浴中将作为溶剂的乙醚∶戊烷溶液加热，浓缩该溶液将体积调节为200微升。取其中1微升作为样品，经样品注射口加入气相色谱仪。采用极性DB-WAX(由J&W制造)作为色谱柱。挥发物的吸附和脱附条件同上所述。

在以上的任一分析方法中均采用氢火焰离子化检测器(FID)检测挥发物。

权利要求4所述的本发明中所采用的神经网络为一种在计算机上模拟人类神经网络的系统。经常采用的一种模型是将神经网络的构成单元-神经元固定在多个层次上，在信息传递过程中输出固定的推断。

为获得作为神经网络的输出的固定的推断结果(在权利要求4所述的本发明中即推断惰性气体鼓泡下麦芽汁煮沸的预定时间是否相应于无惰性气体鼓泡下的煮沸时间)，即使在与人类的研究相象的模型中也需要一个研究过程(在权利要求4所述的本发明中，研究过程通过将普通方法无惰性气体鼓泡下的煮沸步骤以气相色谱图形式输入计算机来进行)。

研究过程如下：将采用普通方法煮沸过程中选定的所经历的煮沸时间上的麦芽汁中的残余挥发物组成以气相色谱图形式作为输入值输入神经网络。“选定的所经历的煮沸时间”由输出层以输出值形式得到。在充分进行研究过程后，将神经网络能够随输入数据得到输出值的时间定义为模型收敛。本发明在惰性气体鼓泡下的煮沸数据作为输入值提供给该收敛模型并由计算得到相应于普通方法煮沸的输出值。

有时将气相色谱图中除无重复性的峰或面积极小的峰外的峰作为神经网络的输入信号。

在权利要求4所述的本发明的神经网络中采用BrainMaker v3．1(California SCientific Software)作程序，所用的计算机为IBM PC 750。

权利要求5所述的本发明的麦芽汁煮沸装置的特征在于设有一惰性气体鼓泡装置。本煮沸装置除设有惰性气体鼓泡装置外，其它与啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中所用的常规麦芽汁煮沸装置相同。可采用例如玻璃珠型鼓泡器作为惰性气体鼓泡装置。

参考以下实施例可更确切地描述本发明。但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

在权利要求1所述的本发明方法中所用的煮沸装置的一个结构实施例示于图1。该煮沸装置包括收集待煮沸麦芽汁的麦芽汁煮沸锅1、设在煮沸锅内将麦芽汁煮沸的加热器(下文称之为“换热器2”)及将从换热器2顶部暴沸的麦芽汁返回收集在麦芽汁煮沸锅1中的麦芽汁的分布器4。换热器2包括一锥顶2A和一柱体部分2B。如图2所示，柱体部分2B在结构上设有多个加热管3。热水、高温蒸汽或高温加热介质绕加热管3流动将装在煮沸装置内的麦芽汁加热到沸点。达到沸点的麦芽汁由加热管3暴沸并在煮沸装置内顺序流经煮沸锅内部→换热器(加热管)→分布器→麦芽汁液面→煮沸锅底部循环。换热器2的柱体部分外径为430毫米、加热管长1，280毫米，加热管内径为34．5毫米，加热管数为20，加热管的总加热面积为2．77平方毫米。

在麦芽汁装入煮沸装置的麦芽汁煮沸锅后开始加热，供热速率维持在210兆卡／小时直至开始沸腾。麦芽汁开始沸腾后，在三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时及120兆卡／小时进行煮沸。

收集麦芽汁温度升高前、达到沸点前10分钟、达到沸点时、达到沸点后5分钟和达到沸点后15分钟的样品并测定SMM和DMS浓度。

初始煮沸时刻为0小时时的SMM浓度变化及DMS浓度变化示于图3(a)、3(b)和3(c)。图3(a)、3(b)、3(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时和120兆卡／小时下的结果。

SMM生成DMS的转化反应速率系数k₁由麦芽汁达到沸点前10分钟开始的4个时刻基于采用方程(3)所得的SMM浓度获得。即用(〔S〕／〔S₀〕)的对数值作图，通过采用最小二乘法线性近似计算经过该点的直线斜率。

由此得到的转化反应速率系数k₁示于表1(I型装置)。

此后由所得的转化反应速率系数k₁和测得的麦芽汁的DMS浓度采用一种数值解法即Runge-kutta法得到挥发速率系数k₂。

由此得到的挥发速率系数k₂的近似解示于图2(I型装置)。将近似解代入方程(8)算出的DMS值与煮沸后麦芽汁中的DMS测量值所做的比较如图4所示。图4(a)、4(b)、4(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时和120兆卡／小时下的结果。两种结果彼此符合得很好，表明采用方程(8)的数值解法所得的近似解是合理的。

实施例2

重复实施例1，但采用下述的II型煮沸装置代替I型煮沸装置。

本实施例的II型煮沸装置与实施例1的I型煮沸装置之间的差别在于换热器2的类型不同。换热器2的不同之处如下：加热管长为804毫米，加热管内径为44．8毫米，加热管数为24，加热管的总加热面积为2．72平方毫米。相较于实施例1，实施例2采用粗而短的加热段。

II型煮沸装置中SMM浓度变化与DMS浓度变化的测量值示于图5(a)、5(b)和5(c)。由此得到的转化反应速率系数k₁示于表1(II型装置)。此外，如实施例1所述得到挥发速率系数k₂，结果示于表2(II型装置)。DMS浓度的计算值与测量值之间的比较示于图6。图6(a)、6(b)、6(c)分别表示三级供热速率条件即280兆卡／小时、210兆卡／小时和120兆卡／小时下的结果。与实施例1相同，两种结果非常接近。表1

麦芽汁煮沸锅形式	供热速率(Mcal／H)	K₁(／分)
III	280210120	0.03210.03470.0259
IIIIII	230210120	0.04130.03900.0344

表2

麦芽汁煮沸锅形式	供热速率(Mcal／H)	K₂(分)
III	280210120	0.1210.1250.087
IIIIII	280210120	0.2380.1680.162

将表1和表2的结果以图形表示并比较由SMM生成DMS的反应速率系数(k₁)和DMS的挥发速率系数(k₂)与麦芽汁煮沸锅型式和供热速率之间的关系，比较结果示于图7。

如上所述，在麦芽汁煮沸过程中DMS的反应行为主要表现为由SMM生成DMS及DMS向气相中的发散。将反应速率方程由SMM生成DMS的反应速率系数(k₁)和DMS发散的挥发速率系数(k₂)来表示。将所测得的麦芽汁中的残余DMS浓度代入反应速率方程获得各个系数值。测量时将速率系数与煮沸装置供热速率〔(麦芽汁达到沸点时的)初始沸腾后的供热速率〕的变化(三级)及煮沸装置型式的差异进行对比。

SMM生成DMS的反应速率系数(k₁)几乎不受麦芽汁煮沸锅的型式及供热速率变化的影响。这估计可能是由于转化反应速率仅依赖于温度(由于当供热速率大于预定供热速率时麦芽汁的温度维持在沸点)，表明反应速率系数(k₁)不随供热速率和煮沸装置型式而改变。

另一方面，II型煮沸装置中的DMS挥发速率系数(k₂)高于I型煮沸装置中的DMS挥发速率系数(k₂)且随供热速率的增加而增加。因此，该系数显然依赖于麦芽汁煮沸锅的型式和供热速率。这支持上述的预想即(k₂)值上升的越高，煮沸装置中的挥发物发散速率越大。

即使在相同的供热速率条件下，II型煮沸装置中的挥发速率系数k₂也高于I型煮沸装置的挥发速率系数。即II型煮沸装置中的挥发物发散系数较高，这可能是由于加热管数较多而管长较短使得单位时间内由换热器2注入的麦芽汁量增加并使麦芽汁煮沸锅1内的气相更频繁地与麦芽汁接触。

麦芽汁中的水分在加热管供热下挥发为蒸汽使体积增大，由此将麦芽汁喷射送出加热器。这种喷射物流对促进麦芽汁的流动混合很重要。由此，简单缩短加热管的长度并不是必需的，而是要求加热管具有一定程度的热交换性能以使麦芽汁喷射物流保持在固定水平。

II型煮沸装置具有良好的DMS发散效率，这可能是由于即使在相同的供热速率下它也比I型煮沸装置达到更大程度的气-液接触。

由以上分析结果得到煮沸装置中的挥发速率系数并通过与能够评估煮沸装置中的分离和发散性能的结果比较研究得到其绝对值。

因此，根据权利要求1和权利要求2所述的本发明有可能采用“挥发速率系数”相对评估(通过比较评估优越性或不足)煮沸装置本身是否适于涉及煮沸装置的煮沸控制方法、煮沸装置结构等的挥发物的分离和发散。

实施例3

在中试规模采用普通啤酒酿造方法生产啤酒。在其中的麦芽汁制造步骤，采用图9所示的中试麦芽汁煮沸锅11将过滤得到的麦芽汁与啤酒花一起煮沸。

麦芽汁煮沸锅11底部中心处设有用于煮沸麦芽汁12的内加热器14，加热器14与麦芽汁12接触的表面形如钟形。向装置中引入蒸汽加热麦芽汁12随后使麦芽汁沸腾。在本实施例的麦芽汁煮沸锅11中，在钟形加热器14的顶部设置了对煮沸锅中的麦芽汁进行搅拌的搅拌桨。搅拌桨持续搅动直至过滤得到的麦芽汁12被加热并达到沸点，搅拌桨在煮沸开始时停止。

采用玻璃球型喷射器(kinoshita型玻璃球506G、直径40毫米，玻璃珠粒径为40-50微米)将惰性气体鼓泡通过麦芽汁。惰性气体(氮气)经喷射管自煮沸锅外部加入煮沸锅内的麦芽汁中。这有助于氮气在煮沸锅中的有效分散。

在麦芽汁开始沸腾后立即进行氮气鼓泡并持续鼓泡90分钟。氮气鼓泡条件为：在0．20kg／cm²G、15升／分下鼓泡30分钟；在0．15kg／cm²G、10升／分下鼓泡60分钟。

分析用麦芽汁样品是在麦芽汁沸腾后立即通入气体鼓泡不久从取样口得到，此外每30分钟取一次样。样品取出后立即冷却，之后密封并在5℃下保存。

采用TCT-FID及EP-FID方法对取得的样品进行分析。

在TCT-FID方法中，将7克氯化钠和10μl内标溶液(2-庚酮，30毫克／100毫升)加入25毫升麦芽汁样品中，将其在40℃的恒温水浴中放置15分钟。挥发物吸附到采用氦作流动相(氦流量100毫升／分)的TENAX冷阱管中。之后将冷阱管安放在气相色谱仪的样品进料口并升高温度，由此使吸附在冷阱管中的挥发物得以脱附并由样品进料口进入色谱仪内。收集和脱附条件如下：冷却温度-100℃、初步冷却时间3分钟、脱附温度250℃、脱附时间5分钟、注射温度200℃、注射时间3分钟。此外，采用DB-5(由J&W制造，0．53mm×30m，膜厚5mm)作色谱柱在50℃下加热1分钟。之后采用5℃／分的升温速率加热到250℃，反应产物在此温度下保持5分钟。检测器的温度为270℃。

与此同时，在EP-FID方法中，将0．5毫升内标溶液(苯甲醇，100毫克／100毫升)、60克氯化钠和150毫升萃取溶剂(乙醚∶戊烷(2∶1))加入200毫升样品中，混合物振荡下萃取30分钟。之后，经离心分离(3，000rpm，10分钟)得到的溶剂相在45℃的温水浴中加热浓缩，将溶液调节到200微升。取其中1微升作为样品加入气相色谱仪。

采用DB-WAX(由J&W制造，0．53mm×30m，膜厚0．25μm)作色谱柱在50℃下加热1分钟。之后采用5℃／分的升温速率将温度提高到250℃，反应产物在此温度下保持10分钟。进一步采用10℃／分的升温速率升温到260℃并将反应产物在此温度下保持10分钟。注射口温度为220℃，检测器温度为270℃。

将以上分析方法得到的气相色谱图分别输入神经网络并与事先输入供操作的采用普通方法即不采用氮气鼓泡下煮沸的麦芽汁中残余挥发物的组成的气相色谱图进行比较并操作。结果以相应于氮气鼓泡下的煮沸时间的普通方法煮沸时间来表示。氮气鼓泡下挥发物的挥发效果由所得煮沸时间长短来评估。

结果发现，对于TCT-FID方法所检测到的挥发物而言，氮气鼓泡下开始沸腾后30分钟相当于普通方法煮沸近60分钟，而氮气鼓泡下煮沸60分钟相当于普通方法煮沸近90分钟。另外，对于EP-FID方法所检测到的挥发物而言，氮气鼓泡下煮沸30分钟相当于普通方法煮沸近40分钟。

实施例4

通过改变实施例3所述的麦芽汁制造步骤的麦芽汁煮沸条件，在麦芽汁开始沸腾后30分钟开始进行氮气鼓泡，鼓泡60分钟。气体鼓泡条件为：0．12kg／cm²G，6升／分，鼓泡60分钟。收集麦芽汁开始沸腾后30分钟开始进行气体鼓泡后的样品。其它条件与实施例3相同。

结果发现，对于TCT-FID方法所检测到的挥发物而言，在麦芽汁开始沸腾后30分钟开始进行氮气鼓泡后立即取出的样品表明煮沸量高于普通方法煮沸30分钟的煮沸量，而在氮气开始鼓泡后30分钟取出的样品表明其煮沸量相当于普通方法煮沸近60分钟的煮沸量。此外，对于EP-FID方法检测到的挥发物而言，发现氮气鼓泡下煮沸30分钟相当于普通方法煮沸近40分钟。

由上述结果发现，在煮沸麦芽汁的过程中采用惰性气体如氮气鼓泡可期望由此促进液相与气相之间的接触并加快挥发物自麦芽汁中的挥发和分离。

因此，根据权利要求3和权利要求4所述的本发明，通过采用惰性气体鼓泡下的煮沸过程能够使能耗降低到维持麦芽汁热反应要求的沸点温度所需的供热量。

权利要求1所述的本发明能够提高用于啤酒或麦芽酒生产的麦芽汁煮沸装置中的分离和发散效率。

特别是如权利要求2所述，使鼓泡通过设在麦芽汁煮沸装置的麦芽汁煮沸锅内、用于将麦芽汁煮沸锅内的麦芽汁加热煮沸的换热器的麦芽汁量增加而使麦芽汁的气-液接触程度提高并增加煮沸过程中的麦芽汁中待挥发的挥发物的挥发发散效率。

根据权利要求1和权利要求2所述的本发明的麦芽汁煮沸方法，能够更有效地将不利于产品风味和口感的挥发物挥发掉。

进一步，根据权利要求3和权利要求4的本发明，在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中在惰性气体鼓泡下进行麦芽汁煮沸，这使得缩短麦芽汁煮沸时间及随后的在不改变麦芽汁煮沸温度下降低供热量成为可能。

如上所述，由于通过采用本发明的麦芽汁煮沸方法能够提高不利于风味和口感的挥发物的发散能力，这使得降低麦芽汁煮沸过程所需的热能并制得口感更好的啤酒或麦芽酒成为可能。

Claims

1．啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中进行的煮沸麦芽汁的方法，其特征在于：改善麦芽汁煮沸装置中的麦芽汁与气相之间的接触程度以提高煮沸麦芽汁时麦芽汁中的待挥发和发散物质的挥发和发散效率并降低煮沸麦芽汁时的热能需要。

2．权利要求1所述的麦芽汁煮沸方法，其中将流经设在麦芽汁煮沸装置的麦芽汁煮沸锅内、将煮沸锅中的麦芽汁加热煮沸的换热器的麦芽汁数量增加而改善装置内的麦芽汁与气相之间的气-液接触程度。

3．权利要求1所述的麦芽汁煮沸方法，其中在麦芽汁煮沸的同时进行惰性气体鼓泡以改善麦芽汁煮沸装置内的麦芽汁与气相之间的气-液接触程度。

4．评估煮沸麦芽汁过程中待挥发和发散物质的挥发效果的方法，其中对啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中通过煮沸麦芽汁有待从麦芽汁中挥发发散物质的挥发发散效果的评估中，将麦芽汁在惰性气体鼓泡的同时煮沸预定时间，将麦芽汁中的残余待挥发发散物质的组成作为气相色谱图输入神经网络，将该气相色谱图与事先输入的、无惰性气体鼓泡下煮沸过的麦芽汁中的残余挥发物组成的气相色谱图进行比较并换算成无惰性气体鼓泡下进行的煮沸时间输出，这一煮沸时间相应于上述的煮沸时间，通过惰性气体鼓泡提供的挥发物挥发效果由所得的煮沸时间长度来评估。

5．在啤酒或麦芽酒生产中麦芽汁制造步骤过程中使用的麦芽汁煮沸装置，其特征在于它设有惰性气体鼓泡装置。