在釀造時間表、停機時間和延遲不斷變化的生產環境中，酵母的持續擴增是一項挑戰。 基於定時器的擴充套件協議不靈活。 它需要額外的外部實驗室樣品和勞動力來糾正或調整擴增方案。 一種解決方案是使用一種感測器，該感測器可根據規格控制和操作提供準確可靠的資料進行傳播。
波士頓啤酒公司（BBC）使用“傾斜和拉動”策略來繁殖各種酵母菌株，即在多次交付後繁殖不會進行CIP，直到它切換到另一種菌株。 在這種情況下，在嘗試了多個感測器後，波士頓啤酒廠成功測試了安東帕的感測器，這些感測器滿足了所有期望，並決定在波士頓啤酒廠的所有地點安裝它們。
1 引言。 波士頓啤酒公司 （BBC） 在 2013 年至 2016 年間安裝的所有啤酒廠都執行著最先進的擴充套件系統。 擴增系統由 Esau&Hueber（德國施羅本豪森）提供，旨在解決波士頓啤酒廠酵母管理的複雜性，使用 6 種以上的標準和特殊酵母菌株。 膨脹空間佔發酵罐總體積的 10-15%，這意味著乙個膨脹器提供足夠的空間來為每個發酵罐提供 2-3 批麥芽汁。 無需延遲 drauflassen 程式，麥芽汁可以連續新增，沒有延遲。
2.“俯仰和拉動”方法。
波士頓啤酒公司使用一種獨特的擴張方法，即所謂的“pitch&pull”方法。 進入發酵罐的第一麥芽汁以相應的體積（發酵罐全體積的 10-15%）輸送，酵母膨脹體積的 10% 也留在膨脹器中。 在第二次釀造中，發酵罐被填充，新鮮麥芽汁再次補充以繼續膨脹。 根據酵母菌株和釀造節奏的需要，這種“pitch&pull”方案可以重複 14-16 次。 由於系統的衛生設計和重新灌裝後的高活性酵母，到目前為止還沒有觀察到啤酒生物變質的汙染。 這種“傾斜和拉動”方法有幾個優點： - 每個膨脹機每週最多 6 次完整的發酵罐交付（總共 4 個膨脹機 = 每週最多 24 次完整的膨脹機投放）。
酵母永久處於生長期（無滯後），類似於“drauflassen” - 高活性酵母在初始階段抑制任何潛在的啤酒破壞者 - 更少的勞動力（從實驗室到小規模的自動化和酵母培養） - 由於沒有CIPS的連續擴增，鹼液、酸和消毒劑的使用顯著減少 該系統根據菌株儲存的方案和所需的擴增持續時間執行。 如圖 1 所示，三階段方案包含多種引數，如溫度、時間、幫浦速和其他引數，並使釀酒師能夠靈活地根據細胞計數和提取物調整引數。 還有其他引數保持不變，例如空氣流速和背壓。
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使用**的輸入和多種譜（包括提取物、細胞計數、活力、pH 值和其他因素）開發了各種酵母菌株的繁殖方案。 這些協議為在受控環境中持續放大提供了堅實的基礎。 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、啤酒廠麥芽汁延遲、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、假期等。 為了適應這些動態條件，釀酒商經常發現自己增加了實驗室樣品或檢查的數量。 這使釀酒商能夠調整協議並解決遇到的特定變化。 然而，這種方法將擴張控制轉變為涉及釀酒師和實驗室人員的勞動密集型過程。
3 將靜態協議轉換為動態協議。
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方案。 人們一致認為，儲罐或感測器的實施可以提供一種潛在的手段來實現能夠有效響應不斷變化的條件的動態協議。
在波士頓啤酒廠考慮的各種方法中，最有希望的是使用**提取物測量。 這種方法比通過濁度測定的細胞計數更可取，濁度測定可能表現出麥芽汁質量的顯著變化（例如冷松露保留）和由於漂浮而在罐中缺乏完全均勻性。
此外，“pitch&pull”方法的起始單元計數可能不同，這進一步增加了可變性。 另一方面，提取物測量顯示出與細胞計數的強相關性，如圖2所示。 當考慮到一定的生物質量而需要最低限度地使用提取物時，這種相關性尤其重要。 因此，利用提取物測量似乎是獲得準確和一致結果的最有效方法。
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膨脹系統配有再迴圈系統，每個膨脹器中都安裝了三個衛生感測器外殼。 接下來，在單個膨脹機中測試多個提取物感測器，以評估其準確性、穩健性、處理性、校準性、成本以及與現有平台的整合。 總共測試了五種不同的感測器。
研究發現，其中兩個需要更頻繁的CIPS來保持準確性，乙個需要多次校準，另乙個由於雲資料管理的限制而無法整合到平台中。 最終，奧地利安東帕的第五臺也是最後一台提取物感測器成功滿足了我們的所有標準。 安東帕的 L-RIX 5100（圖 3）是一款可直接浸入生產溶液中的折光儀。
它提供提取物濃度和溫度的連續測量，能夠全天候監測和控制原材料、中間體和最終液體，以及高固體顆粒工藝。 該裝置具有EHEDG認證，能夠在高達145°C的溫度下進行清潔和滅菌，是控制酵母菌繁殖的理想裝置。
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圖 4 顯示了 ** 提取物測量值與在實驗室中獲得的表觀提取物之間的比較。 初始測量已經顯示出良好的相關性（由藍點表示），但在校準後，相關性進一步提高（由橙色點表示）。
考慮到資料來自不同的擴充套件範圍（5 種不同的酵母菌株，具有自己的多個方案）。 此外，我們觀察到與真實提取物的相關性更高，如圖 5 所示。 儘管在沒有 CIP 工藝的情況下，麥芽汁質量存在各種各樣的“俯仰和拉力”變化（包括從低到高的比重、不同的松露負荷以及不同的細胞密度和溫度），但感測器始終如一地提供可靠的結果。 然而，需要注意的是，從提取物感測器獲得的值不能直接與實驗室測量值進行一對一的比較。 測得的表觀提取物濃度的差異可歸因於感測器（在我們的案例中為折射率和無過濾）和實驗室裝置（在我們的案例中為樣品過濾的密度）採用的基本測量原理和樣品處理。
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4 如何將提取值合併到傳播協議中。
對提取物資料的依賴提供了膨脹機當前狀態的可靠指示，特別是在使用一致的麥芽汁質量時，特別是相對於原始重力，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，對於 12°P 和 15°P 的麥芽汁，100%提取值不同。 15°P 下的麥芽汁具有顯著更高的細胞計數，這是由於原始比重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發酵 （RDF），使用用以下簡單公式表示的真實提取物 （RE）：
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需要注意的是，使用的是膨脹機全時的提取物值，而不是引入麥芽汁的原始比重。 之所以使用此方法，是因為重新填充膨脹器會導致膨脹器提取值發生變化。 當進入的麥芽汁在初次輸送後被膨脹機中剩餘的 10-15% 體積稀釋時，就會發生這種差異。 這種稀釋度可能會有很大差異，具體取決於先前擴增的長度和稀釋度（例如，10% 對 15%）。 圖 6 顯示了從提取值計算出的 RDF 如何與實驗室樣品的 RDF 匹配。
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如圖 6 所示，RDF 的實施顯著提高了與實驗室測量的相關性。 因此，為了增強傳播協議的動態特性，“小時”引數已被替換為基於提取感測器實時資料的RDF引數。 這種調整可以更精確、更適應地控制膨脹過程。 在使用的 12 個月中，只有乙個提取物讀數偏離了預期結果。 經過 6 周的“俯仰和拉動”方案後，折光儀稜鏡被殘留物覆蓋，從而產生穩定的假超重提取物讀數。
安東帕建議在感測器的另一側使用導流板。 通過這種方式，液體被引導到感測器，確保稜鏡的連續機械“清潔”並防止任何塗層的堆積。 從那時起，沒有觀察到任何偏差，波士頓啤酒廠決定為剩餘的膨脹機配備安東帕的**提取物監測器。
目前，波士頓啤酒公司正在對不同菌株的各種方案進行微調，以便在所有膨脹機都配備提取監測器後將方案落實到位。 5 酵母需要有氧監測以增強繁殖 微調繁殖方案的下一步是具有以下目標的曝氣制度：
確保每個階段都有足夠的氧氣**來支援酵母生物質和麥角甾醇的形成，麥角甾醇對細胞壁發育至關重要。 - 通過消除膨脹機中的二氧化碳來創造好氧環境，以減少酵母的毒性應激 波士頓啤酒公司提出了兩個問題： - 我們能否通過測量氧氣含量來控制曝氣，並且需要達到一定的氧氣水平才能實現有效膨脹？ 或者，通過嘗試實現盡可能低的 CO2 含量，CO2 含量是否更可靠？
為此，安東帕的光學溶解 CO2 感測器和光學溶解氧感測器已新增到已安裝的萃取感測器旁邊的再迴圈管路中。 Carbo 6300（圖 7）是一款基於衰減全反射 （ATR） 原理的免維護且經過 EHEDG 認證的溶解 CO2 感測器，而 Oxy 5100（圖 8）是基於螢光相移原理的經 EHEDG 驗證的氧感測器。 如前所述，為了防止殘留層，在 Carbo 6300 和 Oxy 5100 感測器的對面安裝了乙個導流板。 圖 9 顯示了 10 天擴充套件時間範圍內的 CO2 水平，其中有 3 次“俯仰和拉動”活動，而氧含量的結果仍無定論。 波士頓啤酒廠和安東帕都在積極探索將氧含量測量納入其放大方案的方法。
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CO2 值一致表明存在三種不同的"pitch & pull"週期，初始擴增發生在潛伏期之後。 在每次膨脹期間，由於麥芽汁的填充，CO2 水平最初較低。 然後增加濃度，直到達到最大值。 達到最大值後，由於第 3 階段酵母活性降低、曝氣性更強和溫度降低，CO2 水平降低。 從這些配置檔案中獲得的見解有助於最大限度地減少膨脹機中的 CO2 濃度，並有助於優化曝氣方案。
6 結論
安東帕的 L-RIX 5100 浸出物監測儀在波士頓啤酒廠的膨脹系統中成功進行了測試，表明實驗室測量的浸出物與外部測量的浸出物之間存在很強的相關性。 它具有久經考驗的可靠性和堅固性，能夠在不清潔儲罐的情況下長時間使用，並且可以適應各種擴充套件。 Boston Brewery 正在使用根據監視器提供的提取值計算的 RDF 從靜態協議過渡到動態協議。 RDF在“pitch&pull”機制中特別有價值，該機制可最大限度地減少細胞計數並自適應控制傳播以始終如一地實現目標細胞計數。 使用安東帕的溶解氧和溶解 CO2 感測器進行測試。
雖然溶解氧的結果目前尚無定論，但監測 CO2 顯示出不同的模式，使其適用於優化曝氣方案。 接下來，波士頓啤酒廠將使用來自提取物和 CO2 感測器的資料來微調酵母方案。 通過實施更一致和高效的擴張，包括增加每週的交付量，波士頓啤酒廠的目標是在交付和發酵時間方面實現更高的一致性。