APPLICATION REPORT | Fermentation & Maturation

在釀造計劃不斷變化、停工和延遲的生產環境中，酵母的持續擴培是一項挑戰。基于計時器運行的擴培協議不靈活。它需要額外的外部實驗室樣本和勞動力來糾正或調整擴培協議。一種解決方案是使用在線傳感器，該傳感器提供準確可靠的數據，以根據規范控制和運行進行擴培。波士頓啤酒公司（BBC）采用 “Pitch & Pull” 方法擴培各種酵母菌株，即擴培物在多次投遞后不會進行 CIP，直到切換到另一種菌株。在這種情況下，在試用了多個傳感器后，波士頓啤酒公司成功測試了安東帕的傳感器，該傳感器符合所有預期，并決定在波士頓啤酒公司的所有地點安裝這些傳感器。

波士頓啤酒公司（BBC）在所有啤酒廠運營著一個先進的擴培系統，該系統于2013年至2016年間安裝。擴培系統由Esau&Hueber（Schrobenhausen，GER）提供，以解決波士頓啤酒公司酵母管理的復雜性，它使用6種以上的標準和特殊酵母菌株。

擴培空間占發酵罐全體積的10-15%，這意味著一個擴培器提供了足夠的空間，可以為每個發酵罐投2-3批麥汁。無需延遲 Drauflassen 程序，可以連續添加麥汁，不會延遲。

波士頓啤酒公司采用了所謂的 “Pitch & Pull” 擴培方法。進入發酵罐的第一批麥汁以相應的體積（發酵罐滿體積的 10-15%）投遞，而且還在擴培器中留下10%的酵母擴培體積。在第二次釀造，填充發酵罐的過程中，再次用新鮮的麥芽汁補充以繼續擴培。根據酵母菌株和釀造節奏/需求，這種 “Pitch & Pull” 方法可以重復14-16次。由于系統的衛生設計以及重新灌裝后的高活性酵母，到目前為止還沒有觀察到啤酒生物變質的污染。

這種 “Pitch & Pull” 方法具有多種優點：

• 每個擴培器每周可能多達6個完整的發酵器投遞（總共4個擴培器=每周多達24個完整的擴培器投遞）

• 酵母處于生長期（無滯后期），類似于 “Drauflassen”

• 高活性酵母在初始階段抑制任何潛在的啤酒破壞物

• 更少的勞動力（自動化和從實驗室到小型的酵母培養）

• 由于在沒有CIPs 的情況下持續擴培，大幅減少了堿液、酸液和消毒劑的使用

該系統根據保存的協議按菌株和所需的擴培持續時間運行。如上圖所示，具有三個階段的協議包含各種參數，如溫度、時間、泵速和其他參數，并賦予釀酒師能夠靈活地根據細胞計數和提取物來調整參數。還有其他參數保持不變，如空氣流速和背壓。

各種酵母菌株的擴培方案是利用供應物的輸入以及包括提取物、細胞計數/活力、pH 和其他因素在內的多個概況制定的。這些協議為受控環境中的一致擴培奠定了可靠的基礎。然而，重要的是要認識到，生產環境差異很大，其特點是頻繁的時間表變化、釀造廠/麥芽汁延遲、不可預見的停機時間、麥芽汁成分和溫度的變化、不同的灌裝量、節假日等。

為了適應這些動態條件，釀造人員經常發現自己增加了實驗室樣本或檢查的數量。這允許釀造人員調整協議并解決遇到的特定變化。然而，這種方法將擴培控制轉變為一個勞動密集型的過程，涉及釀酒人員和實驗室人員。

為了尋找一種能夠使靜態協議適應各種外部因素的解決方案，波士頓啤酒公司探索了不需要額外勞動力的選擇。達成的共識是，儲罐或在線傳感器的實施可以為實現能夠有效應對不斷變化的條件的動態協議提供潛在手段。

在波士頓啤酒公司考慮的各種方法中，最有前途的是利用在線提取物測量。這種方法比通過濁度測定的細胞計數更可取，因為后者可能會表現出受麥芽汁質量（如冷松露遺留）和由于漂浮作用而導致槽中缺乏均勻性等因素影響的顯著變化。

此外，“Pitch & Pull” 方法的起始細胞計數可能不同，這進一步增加了可變性。

對提取物數據的依賴提供了擴培器當前狀態的可靠說明，特別是在使用一致的麥芽汁質量時，特別是相對于原始重力，但需要額外考慮，以確定將這些提取值納入方案的最佳方法。

例如，對于 12°P 和15°P 的麥芽汁，10.0%的提取物值是不同的。15°P 的麥芽汁具有顯著更高的細胞計數，這是由于原始重力和當前提取物之間的提取物差異更大。捕捉這種差異的最佳方法是使用真實發酵度（RDF），使用真實提取物（RE）用這個簡單的公式表示：

DF (%) = ( 在擴培器滿時 RE ? 當前 RE ) ÷ 在擴培器滿時 RE

如上圖所示，實現 RDF 顯著提高了與實驗室測量的相關性。因此，為了增強擴培協議的動態特性，“Hours” 參數已被基于在線提取物傳感器實時數據的 RDF 參數所取代。這種調整使得能夠對擴培過程進行更精確和適應性更強的控制。

在使用的12個月里，只有一次提取物讀數偏離了預期結果。在6周的 “Pitch & Pull” 方法后，折射儀棱鏡上覆蓋著殘留物，導致穩定的假的偏高提取物讀數。安東帕建議在傳感器的另一側使用導流板。通過這種方式，液體被導向傳感器，確保棱鏡的連續機械“清潔”，并防止任何涂層的積聚。從那時起，沒有觀察到任何偏差，波士頓啤酒公司決定為剩余的擴培器配備安東帕的在線提取物監控器。目前，波士頓啤酒公司正在對不同菌株的各種協議進行微調，以便在所有擴培器都配備了提取監測器后，將協議落實到位。

下一步微調擴培協議是充氣制度，目標如下：

• 確保每個階段都有足夠的氧氣供應，以支持酵母增加生物量和麥角甾醇的形成，麥角甾醇對細胞壁的發育至關重要

• 通過消除擴培器中的二氧化碳來創造一個有氧環境，以減少酵母的毒性應激

波士頓啤酒公司提出了兩個問題：

• 我們是否可以通過在線氧含量測量來控制充氣，并且需要達到一定的氧含量才能高效擴培？

• 還是通過嘗試實現盡可能低的 CO₂ 含量，CO₂ 含量是一個更可靠的值？

為此，安東帕的光學溶解 CO₂ 傳感器和光學溶氧傳感器已添加到已安裝的提取物傳感器旁邊的再循環管線中。

Carbo 6300 是一款基于衰減全反射（ATR）原理的免維護和EHEDG 認證的溶解 CO₂ 傳感器，而 Oxy 5100 是一種基于熒光相移原理的在線 EHEDG 驗證的氧傳感器。為了防止殘留層，如前所述，在 Carbo 6300 和 Oxy 5100 傳感器的對面安裝了導流板。

上圖顯示了在10天的擴培時間框架內，通過3次 “Pitch & Pull”活動，各自的二氧化碳水平，而目前關于氧含量結果的發現仍然沒有結論。波士頓啤酒公司和安東帕都在積極探索將氧含量測量納入擴培協議的方法中。

CO₂ 值一致地表明存在三個不同的 "Pitch & Pull" 循環，初始擴培發生在潛伏期之后。在每次擴培過程中，由于充滿了麥芽汁，CO₂ 水平最初很低。然后濃度增加，直到達到最大值。在達到最大值后，由于階段3中較低的酵母活性、較強的充氣和較低的溫度，CO₂ 水平降低。

從這些剖面中獲得的見解有助于將擴培器中的 CO₂ 濃度降至更低，并有助于優化充氣協議。

安東帕的 L-Rix 5100 提取物監測儀在波士頓啤酒公司的擴培系統中進行了成功的測試，顯示了實驗室中在線提取物測量和外部測量提取物之間的強相關性。它證明了可靠性和穩健性，能夠在不清洗儲罐的情況下長時間使用，并能適應多種擴培。

波士頓啤酒公司正在使用基于監測儀提供的提取物值計算的 RDF 從靜態擴培協議過渡到動態協議。RDF 在 “Pitch & Pull”機制中特別有價值，可以預測最小細胞計數并自適應地控制擴培，以一致地實現目標細胞計數。

使用來自安東帕的溶解氧和溶解 CO₂ 傳感器進行測試。雖然目前溶解氧的結果仍不確定，但監測 CO₂ 顯示出不同的模式，使其適合于優化充氣協議。

接下來，波士頓啤酒公司將利用提取物和二氧化碳傳感器的數據來微調酵母協議。通過實施更一致、更有效的擴培，包括每周增加投遞次數，波士頓啤酒公司的目標是在投遞次數和發酵時間上實現更大的一致性。

產品簡介

• 全量程型號的精度為 ±0.1°Brix

• 免維護，EHEDG 認證

• 標準和客戶特定的濃度公式

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