瞬間殺菌機的優化及評價

楊占福

瞬間殺菌（FP）是實現啤酒可靠儲藏的重要方式。如果配套使用了衛生型灌酒機，瞬間殺菌機相對于隧道式殺菌機或室式殺菌機（chamber pasteurizer）來說是一種更溫和的選擇，它對啤酒的濁度及風味穩定性影響將變得日益重要。目前的巴氏殺菌單位（PUs）要求加熱區域的持續時間為30秒，溫度為64～72℃間。問題隨之產生：能否用當前可利用的手段及技術來分析這些傳統的參數是不是最優的解決方案？

瞬間殺菌的主要目的是殺死啤酒飲料中特定的微生物。在渾濁啤酒中，常借助蛋白質變性來分析啤酒濁度的穩定性，但在已過濾的啤酒中是禁止出現的。無論在何種情形下，巴氏殺菌對感官及啤酒老化穩定性的影響作用越小越好。

本文描述了一種加熱持續方式，通過對瞬間殺菌機的優化，在生產weissbier白啤酒時可滿足啤酒濁度及微生物方面的穩定性，同時可獲得更高質量的過濾啤酒，還可降低啤酒熱暴露。這種方式的焦點主要是大幅度地縮短加熱區域并相應提高巴氏殺菌溫度，其中設定最高的殺菌溫度非常重要，尤其是對過濾的啤酒，與未過濾啤酒中想要的濁度相比，無論什么時候它均不能在清亮的已過濾啤酒中引起任何變化（見圖1和表1所示）。

圖1：weissbier白啤酒（左）和比爾森啤酒試驗裝置

在對weissbier白啤酒穩定性研究中發現，幾乎100%案例均過殺菌，因為為了保證啤酒的儲藏期，用于蛋白質變性所需要的最低溫度要求處在78～80℃間，按照常規的在瞬間殺菌機內30秒的加熱持續時間就太長了。

表1：測試參數以及相關需要計算微生物殺死的動力學參數

■模擬滯留時間

數學模擬啤酒滯留時間，其分布圖表明：通過縮短啤酒在瞬間殺菌機的加熱持續時間，每一種情形下湍流啤酒剖面圖均顯現出更均勻的分布。由于縮短了啤酒流動的長度，啤酒流動方向的變化也非常小，致使流動最快的顆粒與流動最慢的顆粒達到加熱區域末端的時間差非常非常小。

由于縮短了啤酒流動的路徑，相對來說會有更少的液體顆粒遭受太長的加熱時間，這樣有利于降低啤酒總的熱應力（見圖2所示）。

圖 2: 50 米 =30 秒；10 米 =6 秒，速度 30 m3/h，3秒=1.66m/s,顆粒直徑=10μm，顆粒數量65000

圖3：對比“比爾森”型啤酒在長的和縮短的加熱持續時間下總的熱指數

由于啤酒流動路徑的縮短，幾乎沒有顆粒會出現殺菌不足的現象。在6秒的加熱時間結束前，不足1%的顆粒會離開殺菌區域管路，這6秒的加熱時間能滿足微生物殺菌要求。假若采用長的加熱時間，在30秒的加熱時間結束前，大約有20%的顆粒離開加熱區域，因此不能保證啤酒充足的熱處理。

■ 熱負荷降低

為了評價能源的輸入及對啤酒質量影響方面所產生的差異，拿“比爾森”型啤酒做為案例進行研究，在相同的PUs單位下分析研究了這些啤酒的熱指數。色度值越高（6.23±0 vs.6.32±0.02 EBC）及穿過加熱區域時間越長的啤酒，熱指數值越高（見圖3所示）。對于已過濾的啤酒，可以清楚地看到：縮短加熱時間，熱應力明顯降低。

對weissbier白啤酒熱指數的研究分析顯現出更明顯的差異，尤其在老化的啤酒中更明顯，因此縮短加熱時間具有很大的優勢（見圖4所示）。

■ 對啤酒濁度沒有任何影響

在相同的PUs單位和先期測試中設定的78.4℃下（見表2所示），在已過濾的“比爾森”型啤酒中沒有發現濁度值的任何差異。

圖4：對比“weissbier”型白啤酒在長的和縮短的加熱持續時間下總的熱指數

再者，在縮短的及長的加熱時間（279±4 vs.281±0秒）范圍內，研究發現泡沫指數也沒顯現出任何的差異。總結可得出：在加熱持續時間為6秒時對應的溫度可設定為目前用于已過濾啤酒殺菌時的最高溫度。根據貝克的研究，此溫度/時間為酒精類啤酒（40 PU）殺死啤酒有害菌時瞬間殺菌機熱殺菌時的溫度/時間。如果需對無醇已過濾啤酒進行熱處理，貝克建議巴氏殺菌單位應達到70 PU，加熱持續時間應達到10秒，加熱溫度應設定為78.4℃。

表2：對比“比爾森”型啤酒的濁度值

對渾濁的weissbier白啤酒進行了顆粒大小分布的分析及評價。

相對于瞬間殺菌前的參照樣品，熱處理的成功可以通過顆粒直徑的明顯加粗得以證實。在瞬間殺菌前，僅有29%的顆粒處在200～1000 nm范圍內，這一范圍內的顆粒與啤酒的濁度有關。低于200 nm的顆粒光散射太低，高于1000 nm的顆粒沉降速度太高。伴隨著瞬間殺菌的進行，大約有55%的顆粒處在這一范圍內，有助于啤酒濁度的穩定，這與酵母無關。

無論在任何時候，均發現這兩種加熱持續方式間濁度沒有太大的區別。正如恩格爾曼研究的那樣，蛋白質變性主要是在設定溫度超過80℃時才有重大影響，而加熱時間僅扮演著次要作用。

圖5：顆粒直徑分布圖

值得注意的是：3.2℃的溫度差異（6秒和30秒間的溫度差異）對濁度不會產生大的影響，因此要想滿足在殺菌單位保持常數220 PUs不變，又要縮短加熱持續時間，必須調整加熱負荷直至＞80℃才能實現，不過，無須擔心，這不會影響濁度（見圖5所示）。

在長的和縮短的加熱時間（253±4 vs.255±0.5秒）兩種熱處理方式中，就泡沫指數而言沒發現任何差異。

■ 提高了啤酒品質

在相同的殺菌單位PUs，對比已過濾的“比爾森”型啤酒，發現縮短加熱持續時間得到的啤酒品質更好些。總溶氧值及老化指數，諸如2/3-甲基丁醛、苯甲醛、苯基乙醇、丁酸酯、正丙醇無論是在新鮮的啤酒中還是強制老化的啤酒中指標都偏低（見圖6所示）。

圖6：對比“比爾森”型啤酒在長的和縮短的加熱持續時間下啤酒老化及溶解氧含量

圖7：對比“weissbier白啤酒”在長的和縮短的加熱持續時間下啤酒老化及溶解氧含量

對比weissbier型白啤酒，縮短加熱持續時間可獲得更好的結果，總溶氧值及老化指數無論是在新鮮的啤酒中還是強制老化的啤酒中指標都偏低（見圖7所示）。

應用兩種加熱方式，就微生物方面而言，過濾的啤酒與未過濾的啤酒顯現出同樣的穩定性。保留的樣品也沒有顯現出任何微生物方面或啤酒渾濁方面的變化。

■ 結論

對于酒精類啤酒而言，依據啤酒質量，殺菌加熱持續時間從常規的30秒縮短到6秒顯現出明顯的益處，這已經在研究分析中得以證實。和未過濾的啤酒一樣，可明顯降低未過濾啤酒的熱應力。微生物方面的安全性是相同的。

當縮短加熱持續時間時，為了得到未過濾啤酒想要的濁度穩定性，蛋白質變性的臨界溫度可在加熱持續時間范圍內實現，不需要對啤酒進行過殺菌。甚至為了得到220 PU的目標值，可以在所有時間范圍內在不低于80℃的臨界溫度下調整加熱負荷。在縮短加熱持續時間的情況下，所有研究的參照啤酒溶解氧、老化味這些關鍵指標都偏低。表3列舉了啤酒瞬間殺菌溫度和時間方面的相關建議。

可以看出：瞬間殺菌比隧道式殺菌顯現出更重要的優勢。正如Schwarz所發現的那樣，湍流更有益于蛋白質的附聚和變性。在隧道式殺菌機中這是不可能實現的。研究結果清楚表明：縮短加熱持續方式比長的加熱方式對產品更友好。在特定的溫度范圍內需考慮進行進一步的研究，以強調瞬間殺菌機中縮短加熱持續時間以及縮短加熱和冷卻階段時間同隧道式殺菌機長的停留時間之間的差異。對比瞬間殺菌機與隧道式殺菌機，可以發現在30秒至6秒的時間范圍內各個溫度下的產品質量顯現出明顯的優勢。

除了技術方面的優勢外，以平均40米（30 m3/h）的速度縮短加熱持續時間可降低壓力損失，這樣可降低需安裝泵的負荷及由此造成的產品損失。最慢顆粒和速度最快的顆粒通過縮短區域（滯留時間分布）的差異也降低，由此易造成加熱的一致性，降低局部的過熱以及微生物方面關鍵部分殺菌不足的現象。除了降低單個指示性物質以及有關物質轉換過程的動力學效應外，其作用被認為是縮短加熱持續方式比長的加熱方式對產品影響降低的主要原因之一。