啤酒的酒精含量一般在0.8%~5.5%(质量分数)之间。如果啤酒的酒精含量在1.5%(质量分数)以下者称为低醇啤酒;而酒精含量在0.4%(质量分数)以下者称为无醇啤酒或无酒精啤酒。无醇啤酒在欧美国家发展较为迅速。无醇啤酒与普通啤酒相比,其口味更为淡爽、苦味较轻,有的产品略呈甜味。
无醇啤酒的问世,一是为了满足不适合摄食酒精人群的需求,如少年儿童、司机、妇女、运动员等;
二是因为人们保健意识的提高,希望尽量避免酒精对人体健康的伤害,而又能享用营养丰富、美味可口的啤酒。另外还有其他的原因,如某些疾病对酒精的禁忌、担心饮酒后发胖等。故无醇啤酒非常适合于社交场合。
无醇啤酒的工艺特点介绍如下。
无醇啤酒是采用与普通啤酒相同的原料酿制的,但是无醇啤酒的原麦汁浓度一般很低,多在5~10°P之间。它是以某些特殊方法酿制而成的,基本风味接近于普通啤酒,但又具有一定特色的一种新型啤酒。无醇啤酒的生产方法很多,从生产工艺进行分类大致上可分为两类。
一类是通过控制啤酒发酵过程中酒精产生量处在所要求的标准范围内,如路氏酵母法、巴氏专利法、高温糖化法等。目前可以使用经过诱导变异的酵母生产无醇啤酒,其能在发酵过程中还原酒精(转变为酯或有机酸等)或基本不产生酒精,能使麦芽汁正常发酵,无不良风味及有害成分产生,发酵成熟的啤酒中酒精质量分数≤0.4%。
另一类是将正常发酵的啤酒中的酒精通过各种手段去除,以达到标准的要求,应用较多的有真空蒸馏法、透析法、反渗透法、低温接触法、稀释法和限制发酵法等。
(1)真空蒸馏法 这是一种对原蒸馏法改进后的方法。其原理是借助蒸馏的方法,使普通啤酒中的酒精蒸发而从酒液中分离出去,从而得到酒精含量几乎接近于零的无醇啤酒,其操作要点如下。
先将普通啤酒进行除酯蒸馏,得到CO₂和挥发性风味物质,并将它们收集起来;再用真空蒸馏法(4~20kPa绝对压力,低温30~55℃)蒸出酒精,酒精蒸气冷凝冷却后单独收集,而后将啤酒底液进行冷却;将收集的CO₂和挥发性风味物质加入冷却后的啤酒中,即成无醇啤酒。也可将蒸馏后的酒液与一定量的含有低酒精度的啤酒进行混合。
此法操作比较简单,但能耗较大,另外啤酒的风味也会受到一定的影响。
(2)透析法 透析法又称膜渗析法,这是一种利用透析膜将大分子量物质与小分子量物质加以分离的方法。采用透析法生产无醇啤酒时,是利用膜对溶质的选择性透过的性质,实现不同性质溶质的分离。即在膜的一侧均匀而连续地导入普通啤酒,在膜的另一侧均匀而连续地导入水或其他透析液,通过扩散作用,被加工啤酒中的酒精便扩散到另一侧的水或其他透析液中,并不断地将扩散过来的酒精带走,经一汽提式蒸馏装置分馏酒精,水经冷却后返回原处。经此过程普通啤酒中的酒精即被脱除,最后成为无醇啤酒。由于透析过程是在密闭而有压力的条件下进行的,所以啤酒中的CO₂不会散逸出去而仍保留在啤酒中。
透析膜用铜铵纤维素溶液加工制成,有板式、管式、中空丝状式等多种形状。它对酒精具有高度的选择分离性能,只有酒精可以透过去,其他如糖类、苦味物质、香味物质等几乎不能透过,故所得产品除脱除了酒精以外,啤酒的其他成分及风味基本保持不变。
这种透析设备可采取连续作业方式。一般每个透析器内装有5个并联的透析膜元件,每个元件的交换面积为1㎡,膜厚度为11pm,每个元件的啤酒进料量为6.3~63L/h操作时,啤酒一侧的最大压力为0.4MPa,透析液一侧的最大压力为0.395MPa,压差为0.005MPa(压差在0.01MPa以下时均处最佳工作状态);啤酒和透析液的温度均为10℃。
为了制取酒精含量更低的无醇啤酒,可将几个透析器进行串联作业。
(3)反渗透法 反渗透也是一种膜处理技术,因其与正常的渗透相反,故称反渗透或逆渗透。
反渗透法中的反渗透膜是一种半透膜,这种膜以醋酸纤维、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚苯咪唑、聚砜或芳香族聚酰胺等材料加工制成。形状有平板状、管状、中空纤维状等。
啤酒中的各种成分,如浸出物、酒精和水等对膜的渗透能力差别很大,水最易透过,酒精次之,浸出物则非常困难。因此,通过反渗透作用,酒精与水便向膜的另一侧渗透,而浸出物则被拦阻在膜的一边,这便是膜分离,可达到啤酒脱醇的目的。
反渗透作用一般是在2.94~9.8MPa的高压下进行的。用反渗透法生产无醇啤酒时,是对啤酒施以高压,使其中的酒精和水分离出去而得到啤酒浓缩液,然后用脱氧的碳酸化水将浓缩液稀释,便得到无醇或低醇啤酒。
生产无醇啤酒的反渗透法有两种,即间歇式脱醇法和半连续式脱醇法。
间歇法的主要设备有循环罐、高压泵、反渗透膜分离器(器内以膜分隔成浓缩液室和透过液室两部分)和透过液收集罐等。操作时,将欲处理啤酒一次性全部泵入循环罐中,以高压泵(工作压力1.96~2.45MPa)将其打入反渗透膜分离器,以分离出酒精和水(由过液收集器接收)被处理啤酒在高压泵的作用下,在系统内反复循环,直到其浓度和酒精含量达到规定要求为止。为防止啤酒质量发生劣化,在循环系统中设有冷却装置,啤酒处于2~3℃之低温状态。
间歇法中,随着循环操作的进行,啤酒浓缩液的黏度渐增,循环能力渐降,膜透过液的流速也随之降低。当浓缩液浓度达到一定程度时,反渗透操作被迫终止,故酒精除去率往往达不到要求。浓缩啤酒稀释后,如欲使其酒精含量达到无醇啤酒的指标要求,则其浸出物含量会低于原酒,致使风味受到影响。
半连续法是在间歇法设备的基础上,增加一个啤酒储罐(啤酒供给罐)。操作时,只将10%~30%的啤酒打入循环罐,其余大部分啤酒在储罐暂存。随着反渗透操作的进行,储罐中的啤酒逐渐向循环罐补充,每次补充的啤酒量与膜的透过液量相等。这样,循环系统中的浓缩液由于被逐次补充啤酒冲稀所以其浓度和黏度处逐次均衡上升的态势,反渗透循环操作的效能较高,效果较好,酒精除去率提高,所制得的浓度与原酒相等的无醇(低醇)啤酒的酒精含量均在1%以下,较间歇法为低,可生产出无醇啤酒。
半连续法中,当液体回收率达到85%时结束操作(需9~10h),而后将无菌脱氧碳酸化水加入循环系统中,与浓缩液一起在0.3MPa压力下循环20min,即得无醇(低醇)啤酒成品。
为防止啤酒与空气接触,整个处理系统都预先充入CO₂,以驱走设备和管道中的空气。
(4)低温接触法 在酵母不能进行发酵的低温条件下,酵母同麦汁接触,使酵母的香味扩散到麦汁中,从而制取无醇啤酒。具体方法如下所述。
将麦汁加酒花或其制品煮沸后,过滤除去酒花残渣,冷却至0℃,将麦汁浓度调至6%左右,以酸(乳酸、苹果酸、酒石酸、稀硫酸或乳酸菌发酵得到的乳酸溶液)调pH为4左右,而后将麦汁冷却至0.5~-0.4℃,通入CO₂进行饱和。注意调pH的酸不应含有氧。
从发酵罐或酵母罐培养的酵母分离出来后,以生理盐水洗脱,除去残留的酒精及其他杂质,而后将其冷却到-0.5~0.4℃,加入到上述制备好的麦汁中,添加量为每100L麦汁加酵母液0.5L。为了混合均匀,可通CO₂搅拌,或用泵进行循环。混合后,保持上述温度,经48h后,通过离心或过滤除去酵母,即得无醇啤酒。制品的实际浓度为6%,pH4.1,CO₂含量5.2g/L,酒精含量低于0.05%
将上述无醇啤酒用PVPP、硅胶、水凝胶或用过滤法进行澄清处理,也可以采用酶制剂进行处理,以除去高分子蛋白质,提高产品的稳定性。另外,酒装瓶后还应进行巴氏灭菌。经此处理,产品质量稳定,长期储存也不变质。产品的色、香、味、泡沫和澄清度均与普通啤酒相同。
本法所用酵母有上面发酵的啤酒酵母、下面发酵的卡尔斯伯酵母以及葡萄酒酵母和葡萄汁酵母等。酵母在麦汁中添加控制指标是:混合后每毫升麦汁中的酵母数为2×106~1.5×108个。所用酵母必须是新鲜酵母。
稀释麦汁用水必须采用脱氧无菌软水。
采用低温接触法制取无醇啤酒的工艺操作比较简单,尤其适用于中小型企业。
(5)稀释法 此法是在普通啤酒中直接加水、碳酸水或酒花水进行稀释,使其酒精含量降到无醇啤酒的标准。
稀释法简单易行,但由于稀释后酒中浸出物、风味成分等的含量随之降低,pH升高,使产品失去风味平衡,水味重,口感较差。为改善产品质量,又研究出一种改进的新方法,即采用高浓度(14~19°P)麦汁进行发酵,发酵达到高泡期(外观糖度降低40%~50%)后,加入酒花抽提液,调成相当于6~9°P原麦汁浓度的发酵液,继续进行发酵,酿制成无醇或低醇啤酒。这样得到的产品,可以克服直接稀释法的缺陷,比较协调,口味好。
酒花抽提液的制备和添加方法为:酒花加水后煮沸30min左右,而后慢慢降温澄清,除去酒花糟,将其冷却到与高泡发酵液相同的温度,以1:(0.9~2.2)的比例(据产品需要予以调节)添加到发酵液中,继续进行发酵,使香味达到平衡,并注意酒精含量应符合产品要求。
(6)限制发酵法 本法是采用严格控制酵母繁殖和酒精发酵的方法,将啤酒的发酵度限制在10.5%~1.9%,酒精含量在0.8%(体积分数)以下,以酿制无醇或低醇啤酒。
现将其酿制要点简述如下。
①.麦芽用量为80%,麦芽醪的pH调到5.2,在35~52℃下进行蛋白质分解后,并入糊化醪,温度由70℃升至76℃,使糖化完全,进行麦汁过滤;麦汁要加强煮沸,煮沸强度提高到10%~12%。最终麦汁浓10.7%~11.3%,苦味质25~28BU,α-氨基氮含量180mg/L,色度<7EBC单位,麦芽糖含量<6%,pH约5.2(也有pH为4.5的)。
②酵母菌最好选用罗德酵母,酵母添加量为(1.2~1.5)× 107cfu/mL。
有两种酿造工艺可供选择。
a.麦芽汁冷却至7℃,保持7.8℃发酵24h,酒精含量最高至0.8%(体积分数),快速冷却到4~5℃,分离酵母后储酒。
b.麦汁冷却至2~3℃,添加酵母进行发酵,发酵度控制在10%,分离酵母后储酒。
③储酒温度0℃,时间2~3周,每周通CO₂洗涤一次。
④滤酒应用PVPP和硅胶,用量分别为每一百升酒50g和15~30g用无菌脱氧水将酒稀释成原麦汁浓度为7.2%~7.4%。
⑤产品要严格进行巴氏灭菌。
限制发酵法的技术关键,一是采用低温发酵,二是缩短发酵时间,三是降低原麦汁浓度和麦芽糖含量,四是选用产酒精能力低的酵母菌种。在这四个条件的相互协调下,就可以酿制出质量较佳的无醇或低醇啤酒。此法投资较少,成本较低,产品质量较高,因此比较实用。