一種利用粒度分析評(píng)價(jià)麥汁過濾性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用粒度分析評(píng)價(jià)麥汁過濾性能的方法，主要包括采用自助研發(fā)的小型過濾設(shè)備進(jìn)行麥汁過濾，麥汁過濾量進(jìn)行定時(shí)記錄，1min記錄一次過濾量（g），過濾時(shí)間為15min，運(yùn)用EXCEL計(jì)算出啤酒的總過濾性能。并采用庫爾特計(jì)數(shù)及顆粒分析儀進(jìn)行顆粒粒度分析，對(duì)過濾前麥汁進(jìn)行粒度分析，經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用MATLAB7.0對(duì)顆粒數(shù)百分比、體積百分比、啤酒總過濾性能進(jìn)行二維曲線的擬合，得到了麥汁過濾性能與麥汁粒度分析的相關(guān)模型。為評(píng)價(jià)麥汁過濾性能提供了一種快捷有效的新方法。
【專利說明】一種利用粒度分析評(píng)價(jià)麥汁過濾性能的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及啤酒過濾與麥汁粒度分析兩大板塊，屬于啤酒釀造領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]啤酒過濾包括麥汁過濾和啤酒澄清兩個(gè)工序,麥汁過濾性能(wort filtrat1nperformance)是評(píng)價(jià)啤酒過濾速度快慢的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),既在單位時(shí)間內(nèi)過濾體積越大，壓差越小，啤酒的過濾性能越好。麥汁過濾是糖化生產(chǎn)的重要步驟，它關(guān)系著啤酒的外觀和口感以及生物穩(wěn)定性、非生物穩(wěn)定性等，這一工序的順利與否會(huì)影響后續(xù)生產(chǎn)的進(jìn)行，決定著設(shè)備的生產(chǎn)能力，以及生產(chǎn)成本的支出。影響麥汁過濾性能的因素有操作(電腦操作等)、硅藻土等過濾器、麥芽質(zhì)量(β_葡聚糖等)、硅藻土配方等四個(gè)因素，其中麥芽質(zhì)量是影響其過濾性能的重要因素。
[0003]麥芽質(zhì)量包括庫值、粘度、糖化力、麥芽溶解度、葡聚糖、脆度、蛋白質(zhì)等主要質(zhì)量指標(biāo)。研究表明麥芽脆度高則過濾速度快，而β -葡聚糖含量高導(dǎo)致過濾速度慢；有關(guān)資料顯示麥汁粘度和麥汁過濾速度成反比，且粘度和β-葡聚糖與麥汁過濾性能顯著相關(guān)。以上并未涉及麥汁的粒度分析。
[0004]粒度分析顧名思義是指對(duì)介質(zhì)中存在的顆粒大小、分布情況的分析。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，粒度分析已經(jīng)應(yīng)用到諸如材料、能源、醫(yī)藥、冶金、化工、電子、機(jī)械、建筑及環(huán)保等很多領(lǐng)域，但在啤酒發(fā)酵領(lǐng)域，僅見2007年德國Weihenstephan大學(xué)的文章指出顆粒大小與麥汁過濾技術(shù)有關(guān)，其他未有相關(guān)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明采用自助研發(fā)的小型過濾設(shè)備進(jìn)行麥汁過濾，麥汁過濾量進(jìn)行定時(shí)記錄,Imin記錄一次過濾量,過濾時(shí)間為15min,運(yùn)用Excel計(jì)算出啤酒的總過濾性能(g°_8/min°_2)。并采用貝克曼Multisizer3庫爾特計(jì)數(shù)及顆粒分析儀進(jìn)行顆粒粒度分析,對(duì)過濾前麥汁進(jìn)行粒度分析，采用50 μ m小孔管進(jìn)行測定，測定范圍為(1.370?30.000 μ m)，由于顆粒數(shù)大部分集中在1.370?3.000 μ m之間，且顆粒百分比> 80%，所以選取1.370?3.000 μ m之間的顆粒數(shù)百分比、體積百分比分別作為此數(shù)學(xué)模型的自變量因素，啤酒的總過濾性能作為因變量，經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用MATLAB 7.0進(jìn)行二維曲線的擬合，得出擬合曲線方程，為評(píng)價(jià)麥汁過濾性能提供了一種快捷有效的新方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1所示為顆粒數(shù)百分比與啤酒過濾性能擬合曲線。
圖2所示為體積百分比與啤酒過濾性能擬合曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0007]麥汁過濾試驗(yàn)采用30種經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)制麥的麥芽，并采用EBC協(xié)定糖化法進(jìn)行麥汁的制備。并采用小型模擬過濾設(shè)備，在溫度80°C、0.1MPa下進(jìn)行過濾，，在前20s內(nèi)每間隔Is記錄一次過濾量，之后每間隔Imin記錄一次過濾量，15min記錄總過濾量、濾餅質(zhì)量。根據(jù)上述記錄繪制20s內(nèi)的過濾曲線，并計(jì)算200mL過濾時(shí)間、20s過濾性能Fk2tls (g°_8/s°_2)和總過濾性能Fkl5niin(g0.Vmin0.2)。
[0008]分析方法
粒度分析對(duì)d1(l、d5(l、d9(l進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，d1(l表示粒徑分布中占10%所對(duì)應(yīng)的粒徑，
表示粒徑分布中占50%所對(duì)應(yīng)的粒徑，d9(l就是粒徑分布中占90%所對(duì)應(yīng)的粒徑。d5(l又稱“中位粒徑”，或者“中心粒徑”，通常用它來表示該顆粒群的顆粒大小，是描述顆粒分布特征的重要參數(shù)。采用(d9C1- d10)/ d5(l，來表征粒度分布的寬窄，數(shù)值大的分布寬、小的分布窄。采用貝克曼Multisizerf庫爾特計(jì)數(shù)及顆粒分析儀測定了過濾前后麥汁的粒度分布，得到了麥汁的粒徑、顆粒數(shù)及所占的百分比、體積及百分比。對(duì)于麥汁過濾前(Q)采用50μπι(1.370?30.000 μ m)小孔管，測定個(gè)數(shù)200000個(gè)；麥汁過濾后(M)采用20 μ m (0.692?12.000 μ m)小孔管，測定個(gè)數(shù)60000個(gè)。測試時(shí)，將試樣均勻分散在電導(dǎo)液中，借助真空作用，使其通過微孔管管壁上特有的一個(gè)微孔。在微孔管內(nèi)外的電導(dǎo)液中浸放一對(duì)電極，接通電路，使微孔周圍形成一個(gè)電感應(yīng)區(qū)域。當(dāng)每個(gè)粒子通過微孔時(shí)，電路便產(chǎn)生與之相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。該信號(hào)的大小取決于通過粒子體積的大小，而與其它因素?zé)o關(guān)。將不規(guī)則形狀的試樣粒子理想化為相同體積的球狀粒子，由此近似地計(jì)算出試樣粒子的粒徑。對(duì)通過微孔的試樣粒子逐個(gè)計(jì)數(shù)，同時(shí)根據(jù)體積信號(hào)的大小，區(qū)分出試樣粒子在各級(jí)中的分布，顯示和計(jì)算出試樣的個(gè)數(shù)、個(gè)數(shù)粒度分布、體積粒度分布及其他參數(shù)。
[0009]數(shù)據(jù)處理
通過以上得到的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用MATLAB 7.0對(duì)顆粒數(shù)百分比、體積百分比、啤酒總過濾性能進(jìn)行二維曲線的擬合，得出評(píng)價(jià)麥汁過濾性能的模型。
[0010]3.1啤酒總過濾性能與顆粒數(shù)百分比的數(shù)學(xué)模型 3.1.1擬合公式
f(x)=a1Xexp(-((x-b1)/c1)2)+a2Xexp(-((x-b2)/c2)2)+a3Xexp(-((x-b3)/c3) 2) +a4X exp (- ( (x-b4) / c4) 2) +a5X exp (- ( (x-b5) / c5)2) +a6 X exp (- ( (x~b6) /c6)2) +a7 X exp (- ((x_b7) /c7)2) +a8 X exp (- ((x_b8) /c8)2),系數(shù)(95% 的置信區(qū)間)。
[0011]式中:
&1=271.1(-8.421e+007, 8.421e+007) #=97.36 (-1.099e+005, 1.101e+005)；
Cl=3.921 (-1.179e+005, 1.179e+005) ；a2=159.3 (-1.419e+010, 1.419e+010)；
b2=76.26 (-1.132e+008, 1.132e+008) ；c2=l.681 (-7.844e+007, 7.844e+007)；
a3 =427.4(-3.093e+008, 3.093e+008) ；b3=85.74(-2.248e+006, 2.248e+006)；
C3 =6.477(-5.349e+005, 5.349e+005) ；a4 =141.8 (-2.767e+018, 2.767e+018)；
b4 =62.36(-2.692e+017, 2.692e+017) ；c4 =3.07 (-6.899e+016, 6.899e+016)；
a5 =432.1 (-2.669e+008, 2.669e+008) ；b5 =91.68(-2.376e+005, 2.377e+005)；
c5 =4.451 (-3.195e+005, 3.195e+005) ；a6 =-38.62(-2.788e+009, 2.788e+009)；
b6 =78.02(-6.265e+007, 6.265e+007) ；c6 =1.924(-1.533e+007, 1.533e+007)；
a7 =119.3(-2.35e+017, 2.35e+017) ； b7 =69.05 (-4.973e+016, 4.973e+016)；
c7 =1.236(-5.285e+016, 5.285e+016) ；a8 =-542.7 (-4.251e+008, 4.251e+008)；
b8 =89.88 (-3.457e+006, 3.457e+006) ；c8 =7.985 (-2.225e+006, 2.225e+006)。
3.1.2擬合參數(shù)及擬合曲線的檢驗(yàn) R2:0.9344，平均相對(duì)誤差:2.54%。
[0012]3.L 3擬合曲線見附圖1
3.2啤酒總過濾性能與顆粒體積百分比的數(shù)學(xué)模型 3.2.1擬合公式
f(x)=a1Xexp(-((x-b1)/c1)2)+a2Xexp(-((x-b2)/c2)2)+a3Xexp(-((x-b3)/c3) 2) +a4X exp (- ( (x-b4) / c4) 2) +a5X exp (- ( (x-b5) / c5)2) +a6 X exp (- ( (x~b6) /c6)2) +a7 X exp (- ((x_b7) /c7)2) +a8 X exp (- ((x_b8) /c8)2)，系數(shù)(95% 置信區(qū)間)。
[0013]B1 =173.7 (-7.652e+004, 7.686e+004) =35.61 (-587.1，658.3);
C1 =2.001 (-516.7，520.7) ；a2 =149.6 (-436.4，735.6)；
b2 =43.79 (-29.98，117.5) ；c2 =8.483 (-290.4，307.3)；
a3 =106.5 (43.16，169.9) ；b3 =15.43 (9.846，21)；
C3 =7.995 (-9.477，25.47) ；a4 =141.9 (-665.8，949.6)；
b4 =24.1 (17.24，30.96) ；c4 =1.44 (-3.723，6.603)；
a5 =-244.2 (-2.397e+004, 2.348e+004) ；b5 = 28.59 (14.72，42.46)；
c5 = 1.315 (-27.09，29.72) ；a6 =61.7 (-3.914e+004, 3.926e+004)；
b6 =32.96 (-1712，1778) ；c6 =0.5453 (-6626，6627)；
a7 =309.7 (-2.422e+004, 2.484e+004) ；b7 =29.01 (-3.704，61.72)；
c7 =2.275 (-62.75，67.3) ；a8 =949.2 (-1.135e+004, 1.325e+004)；
b8 =8.42 (8.348，8.493) ；c8 =0.2576(-0.4944, 1.01)。
3.2.2擬合參數(shù)及擬合曲線的檢驗(yàn) R2:0.8958，平均相對(duì)誤差:3.27%。
[0014]3.2.3擬合曲線見附圖2。
【權(quán)利要求】
1.一種利用粒度分析評(píng)價(jià)麥汁過濾性能的方法，其特征在于: (1)麥汁總過濾性能與顆粒數(shù)百分比的數(shù)學(xué)模型為:f(x)=a1Xexp(-((x-b1)/c1)2)+a2Xexp(-((x-b2)/c2)2)+a3Xexp(-((x-b3)/c3) 2) +a4X exp (- ( (x-b4) / c4) 2) +a5X exp (- ( (x-b5) / c5)2) +a6 X exp (- ( (x~b6) /c6)2)+a7Xexp(-((x-b7)/c7)2)+a8Xexp(-((x_b8)/c8)2)，系數(shù)(95% 的置信區(qū)間)，式中:&1=271.1(-8.421e+007, 8.421e+007) ^^97.36(-1.099e+005, 1.101e+005)；
Cl=3.921 (-1.179e+005, 1.179e+005) ；a2=159.3 (-1.419e+010, 1.419e+010)；
b2=76.26 (-1.132e+008, 1.132e+008) ；c2=l.681 (-7.844e+007, 7.844e+007)；
a3 =427.4(-3.093e+008, 3.093e+008) ；b3=85.74(-2.248e+006, 2.248e+006)；
c3 =6.477(-5.349e+005, 5.349e+005) ；a4 =141.8 (-2.767e+018, 2.767e+018)；
b4 =62.36(-2.692e+017, 2.692e+017) ；c4 =3.07 (-6.899e+016, 6.899e+016)；
a5 =432.1 (-2.669e+008, 2.669e+008) ；b5 =91.68(-2.376e+005, 2.377e+005)；
c5 =4.451 (-3.195e+005, 3.195e+005) ；a6 =-38.62(-2.788e+009, 2.788e+009)；
b6 =78.02(-6.265e+007, 6.265e+007) ；c6 =1.924(-1.533e+007, 1.533e+007)；
a7 =119.3(-2.35e+017, 2.35e+017) ； b7 =69.05 (-4.973e+016, 4.973e+016)；
c7 =1.236(-5.285e+016, 5.285e+016) ；a8 =-542.7 (-4.251e+008, 4.251e+008)；
b8 =89.88 (-3.457e+006, 3.457e+006) ；c8 =7.985 (-2.225e+006, 2.225e+006)； (2)麥汁總過濾性能與顆粒體積百分比的數(shù)學(xué)模型為: f(x)=a1Xexp(-((x-b1)/c1)2)+a2Xexp(-((x-b2)/c2)2)+a3Xexp(-((x-b3)/c3) 2) +a4X exp ( - ( (x-b4) / c4) 2) +a5X exp (- ( (x-b5) / c5)2) +a6 X exp (- ( (x~b6) /c6)2)+a7Xexp(-((x-b7)/c7)2)+a8Xexp(-((x_b8)/c8)2)，系數(shù)(95% 置信區(qū)間)，式中:
&1 =173.7 (-7.652e+004, 7.686e+004)九=35.61 (-587.1，658.3)；
Cl =2.001 (-516.7，520.7) ；a2 =149.6 (-436.4，735.6)；
b2 =43.79 (-29.98，117.5) ；c2 =8.483 (-290.4，307.3)；
a3 =106.5 (43.16，169.9) ；b3 =15.43 (9.846，21)；
c3 =7.995 (-9.477，25.47) ；a4 =141.9 (-665.8，949.6)；
b4 =24.1 (17.24，30.96) ；c4 =1.44 (-3.723，6.603)；
a5 =-244.2 (-2.397e+004, 2.348e+004) ；b5 = 28.59 (14.72，42.46)；
c5 = 1.315 (-27.09，29.72) ；a6 =61.7 (-3.914e+004, 3.926e+004)；
b6 =32.96 (-1712，1778) ；c6 =0.5453 (-6626，6627)；
a7 =309.7 (-2.422e+004, 2.484e+004) ；b7 =29.01 (-3.704，61.72)；
c7 =2.275 (-62.75，67.3) ；a8 =949.2 (-1.135e+004, 1.325e+004)；
b8 =8.42 (8.348，8.493) ；c8 =0.2576(-0.4944, 1.01)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用粒度分析評(píng)價(jià)麥汁過濾性能的方法在啤酒釀造領(lǐng)域的應(yīng)用。
3.如權(quán)利要求1所述的方法包括采用貝克曼MultiSizer?3庫爾特計(jì)數(shù)及顆粒分析儀進(jìn)行顆粒粒度分析，得到的麥汁的顆粒數(shù)百分比及顆粒體積百分比的參數(shù)，在評(píng)價(jià)啤酒釀造過程中麥汁過濾性能中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】G01N15/02GK104360032SQ201410467500
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】谷方紅, 許舉飛, 楊海存, 胡京奕, 王德良 申請(qǐng)人:中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院