酸性、中性或是碱性?

作者: Patrick giesbert 文章来源:PF《现代食品工程》 点击数:2 发布时间:2018-07-26
啤酒酿造过程中持久的和稳定的酸碱度pH值检测——在啤酒酿造过程中要使用一些天然原材料,其中一个最重要的参数就是酸碱度pH值。
酸性、中性或是碱性?

啤酒酿造过程中持久的和稳定的酸碱度pH值检测——在啤酒酿造过程中要使用一些天然原材料,其中一个最重要的参数就是酸碱度pH值。

天然原料生产啤酒的过程中,那些天然原材料的性质和质量则是随着季节的变化而有所不同的。为了保证在使用这些品种不断变化的天然原材料时保持啤酒的质量和口感不变,就必须保证啤酒酿造过程中的一个个过程参数不因天然原材料品种的变化而变化。其中的一个重要参数就是酸碱度PH值:在啤酒酿造的不同阶段对保证啤酒质量的稳定有着关键作用和影响的一个参数。

尽管有CIP原位清洁,但在线检测点仍然能够可靠地提供准确的温度、压力和流速数据。

在这些数据的检测过程中,玻璃材料制造的传感器有这样或者那样的不足,常常使用受限,例如:对CIP原位清洁非常敏感,玻璃破裂,计量鉴定周期很短或者因老化而出现检测值的飘移。

因此,在需要CIP原位清洁或者在必须周期性计量鉴定的工艺过程中最好不要使用玻璃材料的检测探头,因为使用玻璃探头就意味着要经常更换备件和很高的维护保养工作量。

图1 Pfaudler公司pH-Reiner酸碱度检测传感器在碱性清洁之后的恢复曲线

图1 Pfaudler公司pH-Reiner酸碱度检测传感器在碱性清洁之后的恢复曲线

许多因素都会影响玻璃探头的使用寿命,因此在使用玻璃探头时就必须长期监控检测点的工作情况并不断维护保养。而影响玻璃探头使用寿命的一个重要因素就是所谓的“老化”,也就是玻璃材质的传感器灵敏度和检测性能发生了变化。为了补偿这种变化就要定期对玻璃探头进行计量鉴定和更换。

Pfaudler公司研发生产的搪瓷金属壳酸碱度检测传感器就是在困难的工艺环节中保持高精度、高质量pH值检测的理想替代解决方案。通过将坚固耐用的金属壳与搪瓷涂层结合在一起,这就使传感器具有很好的耐化学性、耐高温和抗机械负载能力。由于它的这一特性,使得这种传感器可以直接插入管道或者容器中使用,且不必经常更换。

通常情况下,在流程工艺生产过程中或者在CIP原位清洁时,要注意传统的玻璃探头要长期与液体介质接触。如果玻璃探头失水就会受损,在今后的生产过程中无法正常检测了。

而Pfaudler公司的酸碱度pH值检测传感器则可以不受这一限制,也不会出现检测性能的改变。

应用领域

在啤酒酿造企业中的下列领域中要用到酸碱度检测传感器:

酿造用水处理;

制造麦芽浆;

麦芽蒸煮;

CIP原位清洁;

灌装;

清洗用水处理;

废水处理。

酿造用水处理和麦芽浆

酿造用水的处理是其他酿造过程的基础,对啤酒的储存期限和口味也有着重要的作用。而酿造用水的酸碱度对其他啤酒辅料的效用有着重要的影响。例如酿造用水酸碱度对糖化过程中酶的作用和反应就有着决定性的影响。酿造用水处理的下一个步骤就是酿造用水脱气。这里的脱气是指将溶解在水中的氧“提取”处理。酿造用水脱气后其酸碱度pH值应保持不变,从而避免出现质量波动。

图2 酸碱度PH值和温度数值:Welde酿造厂糖化和麦芽蒸煮过程中的检测数据。不同检测方法在酸碱度目标值处的数据是相同的。

图2 酸碱度PH值和温度数值:Welde酿造厂糖化和麦芽蒸煮过程中的检测数据。不同检测方法在酸碱度目标值处的数据是相同的。

在蒸煮麦芽浆时,用酿造用水把粉碎后的麦芽颗粒混合起来、逐步加热,使酶从麦芽碎粒中释放出来。麦芽中含有的酶将淀粉发酵为糖,此时酿造用水的酸碱度pH值就会低一些了。为了能够对这一反应过程进行监控和调节,就必须对酸碱度pH值进行监控。这样才能精确地完成必要的定量补充和酸碱度修正。大多数啤酒最佳的麦芽汁酸碱度在5.4~5.6之间。由于麦芽浆中含有的固体成分能够附着在ISFET离子选择性场效应晶体管的感应面上,从而会导致ISFET传感器失效。Pfaudler公司研发生产的pH-Reiner酸碱度检测传感器采用了非常光滑的搪瓷涂层,因此也避免了出现这样的问题。

麦汁煮沸

过滤、澄清后的麦芽汁即泵入到蒸煮锅中,加热、蒸煮。通过添加乳酸可以对啤酒的口感稳定性产生影响。在这一步酿造工序中,准确的酸碱度pH值检测是非常重要的,只有这样才能随时都有很好的可追溯性结果。

CIP原位清洁过程

在CIP原位清洁过程中,传统的玻璃材料酸碱度检测传感器和ISFET离子选择性场效应晶体管传感器都要从酿造设备中拆卸下来,否则很容易损伤它们而必须更换。Pfaudler公司的酸碱度检测传感器能够在这些艰难的工作场合中使用,只需很短的恢复时间就能够提供准确的酸碱度检测数据。这就省略了费时费力的拆卸、安装传感器,也可以毫无问题、不耽误时间重新开始酿造生产过程。

在下列CIP原位清洁方法中允许不拆卸Pfaudler公司研发生产的搪瓷外壳传感器:

浓度1.5%~2%的苛性碱溶液(NaOH),最高温度85 ℃,清洗时间最长1 h

浓度1.5%~2%的硝酸溶液(HNO3),最高温度60 ℃,清洗时间最长15 m

浓度1.5%~2%的吝啬溶液(H3PO4),最高温度85 ℃,清洗时间最长1 h

蒸汽,134 ℃,消毒时间最长2 h。

灌装

在啤酒灌装时,酸碱度pH值被用做啤酒质量检验控制和可重复再现的指标以保证灌装的是纯正的啤酒。这一检测点对质量保证尤为重要。

清洗用水的准备

啤酒瓶清洗设备负责清洗重复使用的啤酒瓶。为保证清洗实现无残留,水和清洗添加剂保持着严格的比例是非常重要的。为了能够对水和清洁剂之间的比例进行监控,就要检测调配后清洗液的酸碱度pH值。为了保证没有清洗液残留,啤酒瓶清洗后要用中性清水冲洗一遍,这样才能保证灌装的啤酒不会“变味”。水氯化时除了要检测酸碱度pH值之外还要辅助检测氧化还原电位,以保证始终如一的消毒质量。利用Pfaudler公司研发生产的pH-Reiner传感器可以同时检测这两个检测值。而性能可靠、少维护的检测系统也提高了经济性和设备的安全性。

废水处理

每生产1 L啤酒大约要消耗3 L~5 L的水。为了能够使啤酒酿造厂的废水排放到公共下水道中去,就必须满足废水温度和酸碱度的规定。废水酸碱度pH值应在6.5~9.5之间。为保证这一酸碱度要求,酿造厂就要在废水中添加酸或者碱来调节酿造废水的酸碱度。酿造废水的酸碱度检测必须是连续不断地检测、记录,供主管当局查阅。因此酿造废水的酸碱度检测必须是非常可靠和较少维护的。

两种检测方法的比较

酸碱度pH值既可以是绝对的酸碱度数值也可以是相对的酸碱度差值。也就是说,有绝对值检测和差分检测两种检测方法。图2表示的就是两种方法的比较。用两种缓冲溶液对绝对值检测的酸碱度检测传感器进行了计量鉴定。而差分检测传感器pH-18则是在酿造工艺过程中提取麦芽汁之前进行计量鉴定的。这就可以检查每一批次的糖化和麦芽汁是否都达到了相同的酸碱度值。

糖化过程中的酸碱度pH值明显的要低一些,这是加入了碎麦芽所带来的结果。完成这一工序后麦芽残渣将被送至熟化罐中熟化。在熟化过程中,两种酸碱度检测传感器始终都与熟化罐中的液体介质保持接触。

检测到的酸碱度pH值不断提高的原因是:熟化时大约在温度95 ℃时加入啤酒花,这就略微降低了酸碱度pH值。熟化结束时两种酸碱度传感器检测到的酸碱度pH值应是相同的。在两种传感器检测的酸碱度一致时就可以收获麦芽汁了。这一点也可以从图1中麦芽蒸煮和收获的交叉点中看出来。

图3 pH-Reiner系列的酸碱度检测传感器

图3 pH-Reiner系列的酸碱度检测传感器

小结

Pfaudler公司研发生产的酸碱度检测传感器为啤酒酿造企业提供了稳定酿造工艺过程和提供酿造生产可靠性的优点。通过其很长的使用寿命和长时间的检测稳定性能够明显的降低酸碱度检测传感器的维护保养工作量,随时都可以提供可靠的在线检测数据。

符合卫生设计的要求,坚固耐用的结构数据把玻璃碎裂的风险降低到了最低的程度,也把生产停顿的风险减小到了最低程度。由于这些传感器在CIP原位清洁之后有着很短的恢复时间、无需在拆卸、安装检测传感器了,因此也优化了酿造企业的生产设备。

尽管它们比传统的玻璃酸碱度检测传感器的采购费用要高,但从寿命周期总成本费用方面来讲则比玻璃传感器更低。 ●