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啤酒锥形发酵罐温度控制中的问题解析(中)

三, 在啤酒发酵工艺流程中，温度的作用和控制温度的实质

在啤酒厂的发酵车间，无论是酿造师或是操作工，对发酵罐内发酵液的温度最为关注。尤其对操作工而言，工艺单上写的基本上就是温度和时间，这样很容易产生一种错觉：似乎啤酒发酵工艺流程就是英制螺丝根据温度和时间来完成的。而实际上在整个工艺流程中，还要定期从取样口取出发酵液送到实验室去化验，根据化验的结果，温度和时间可能会有所改变。因此，从整个工艺流程中的操作可看出：温度在啤酒发酵工艺流程中，是完成工艺流程的工艺参数，而不是表征发膜片酵状态的特征参数；是完成啤酒发酵流程的生化反应环境，而不是标识。在实验室化验和检测的发酵液的糖度、乙醇含量、活酵母数和双乙酰含量等理化指标才是表征发酵状态的特征参数，是发酵工艺流程的标识。

啤酒发酵过程属于生物化学反应过程简称生化反应，不是化学反应过程。化学反应中有反应温度，不到反应温度化学反应不可能进行；生化反应中无反应温度—说，它的反应主体是微生物而不是元素，只要微生物具有生物活性就能起反应，温度的高低影响的主要是反应速度和反应中产生的代谢物稍有差异。当然，决定生化反应速度不仅仅是温度，还有参加反应的物质的种类和品质。因此在生化反应中往往是限定最高温度，如现有的两种发酵工艺即高温发酵和低温发酵，规定的都是最高温度。限止最高温度的目的是为了防止产生不需要的代谢物。可见，只要温度低于最高限温，生化反应都可以正常进行。但是，温度过低将影响生产效率，温度波动过大将影响代谢物的品质。因此，根据麦汁的质量和充氧情况、酵母种类和活酵母数、啤酒品种等，以及生产效率，选择合适的温度并控制在一定范围内，然后再根据在发酵进程中测得的糖度、乙醇含量、活酵母数和双乙酰含量等理化指标，来确定温度应升高或降低或保持不变，并与时间一起来控制整个发可最大程度避免热桥作用酵进程。总之，温度提供的是生化反应环境，是工艺参数；调节的是反应速度。这就是温度在啤酒发酵工艺流程中的作用。

可见，在啤酒发酵工艺流程中的温度测量，并不需要高准确度，而是满足一定准确度下的较高精确度测量，这也是在化学工业部门—般采用A级鉑电阻温度计，而在啤酒酿造中只须用B级的原因所在。

在前面温度与热量一段中，己经指出温度控制的实质就是控制通过可控传热渠道的热交换量。在啤酒发酵工艺流程中，对发酵液而言，热量主要不是由外界传入的，而是内部产生的生化反应热。这些热是发酵液中的糖在酵母作用下，转化为乙醇、二氧化碳和其他代谢物时伴随而产生的。这些热量我们必须适时的通过可控传热渠道冷却夹套即冷带传出去，使得发酵液的温度维持在低于最高限温的某一数值，为生化反应提供较稳定的反应环境。若想升温就减小传出量；想降温就增大传出量。因此，在啤酒发酵工艺流程中，将产生的生化热适时的通过冷却夹套传出去，就是啤酒发酵工艺流程中温度控制的实质。

到此，人们也许要问，既然发酵罐外壁上安装的温度计测的是该点附近的温度，且是用来控制通过冷带传出的热流，那么发酵罐内其他部分的温度是怎样分布的呢？由于温度在啤酒发酵中的作用很大，又不知道罐内的温度分布，于是就产生许多误解。如从取样口放出发酵液测量温度；将温度计插入深度加长，长到一米甚至一米五，恨不得能插到罐中心等应大力发展绿色包装。这些都是由于对前面所述的基本概念不十分清楚而产生的，这样强迫企业投入资金控制产品质量做不仅完全没有必要，反而有害。这是因为从取样口放出发酵液过程中，通过与周边环境的热交换温度己变化，还有测量用的温度计并非是同一枝，将会给人们传递错误的信息。而温度计过长则刚性降低，在发酵液流动较激烈时易产生振动，且不易清洗灭菌。

四，在啤酒发酵工艺流程中的温度控制

目前，我国绝大部分啤酒厂均采用园柱锥底式发酵罐简称锥形罐，—般在圆柱部分焊有两到三段冷却夹套，锥底还有一冷却夹套。整个罐体除罐顶装置和罐底的進出口以外，全部用绝热材料包裹起来，用其来阻隔与外界的热交换。这样使得罐内发酵液与外界的热交换量和发酵液产生的生化热相比较可忽略不计，控温中通过冷却夹套由冷却介质带走的热量主要是生化热。

在整个啤酒发酵工艺流程中，只要酵母还有生物活性，就会有生化反应，也就有生化热和代谢物产生，这是区别于其他无自热反应的液体很重要的特点。另一特点是啤酒中的主要成份是水，而水的密度随温度的变化在高于凝固点温度附近有一最大值，纯水为4℃、啤酒为3℃左右。换句话说当啤酒温度在高于3℃以上降温时，啤酒密度增大；在低于3℃时降温，啤酒密度减小。

上面所述的特点以及前面部分所讲的一些基本概念，再加上流体运动的基本规律和传热学的基本常识，是我们科学分析问题的基础。

首先，我们来看—下最简单的控制流体温度的方法。在啤酒厂中几乎都使用板式换热器使流体升温或降温，如在灌装机前降低灌装温度。为了控制啤酒温首先中国化工企业在决定是不是进行并购时度必须用一支温度计来进行检测，然后由调节器来控制通过换热器的致冷介质教材流量以控制温度。显然，我们不可能将温度计装在换热器的进口，而是装在出口处，而且从出口至灌装机之间的管道还需要保温。这是一种典型的流体换热控制方式，杀菌机喷淋水的温配件度控制也是这种方式。在啤酒发酵罐内也类似如此，但是还是有一点区别：在板式换热器中啤酒是在压力作用下在管内流动，而在发酵罐内发酵液的流动是在重力或浮力以及二氧化碳气泡上升力的作用下流动。前者称为强迫对流，而后者称为自然对流。(待续)