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在酿造计划不断变化、停工和延迟的生产环境中，酵母的持续扩培是一项挑战。基于计时器运行的扩培协议不灵活。它需要额外的外部实验室样本和劳动力来纠正或调整扩培协议。一种解决方案是使用在线传感器，该传感器提供准确可靠的数据，以根据规范控制和运行进行扩培。波士顿啤酒公司（BBC）采用“Pitch&Pull” 方法扩培各种酵母菌株，即扩培物在多次投递后不会进行CIP，直到切换到另一种菌株。在这种情况下，在试用了多个传感器后，波士顿啤酒公司成功测试了安东帕的传感器，该传感器符合所有预期，并决定在波士顿啤酒公司的所有地点安装这些传感器。 

背景简介 

波士顿啤酒公司（BBC）在所有啤酒厂运营着一个最先进的扩培系统，该系统于2013年至2016年间安装。扩培系统由Esau&Hueber（Schrobenhausen，GER）提供，以解决波士顿啤酒公司酵母管理的复杂性，它使用6种以上的标准和特殊酵母菌株。

扩培空间占发酵罐全体积的10-15%，这意味着一个扩培器提供了足够的空间，可以为每个发酵罐投2-3批麦汁。无需延迟Drauflassen程序，可以连续添加麦汁，不会延迟。 

“Pitch&Pull”方法

波士顿啤酒公司采用了一种独特的扩培方式，即所谓的“Pitch&Pull”方法。进入发酵罐的第一批麦汁以相应的体积（发酵罐满体积的10-15%）投递，而且还在扩培器中留下10%的酵母扩培体积。在第二次酿造，填充发酵罐的过程中，再次用新鲜的麦芽汁补充以继续扩培。根据酵母菌株和酿造节奏/需求，这种 “Pitch&Pull” 方法可以重复14-16次。由于系统的卫生设计以及重新灌装后的高活性酵母，到目前为止还没有观察到啤酒生物变质的污染。 

这种 “Pitch&Pull” 方法具有多种优点：

每个扩培器每周可能多达6个完整的发酵器投递（总共4个扩培器=每周多达24个完整的扩培器投递）

酵母永久处于生长期（无滞后期），类似于“Drauflassen”

高活性酵母在初始阶段抑制任何潜在的啤酒破坏物

更少的劳动力（自动化和从实验室到小型的酵母培养）

由于在没有CIPs的情况下持续扩培，大幅减少了碱液、酸液和消毒剂的使用

该系统根据保存的协议按菌株和所需的扩培持续时间运行。如上图所示，具有三个阶段的协议包含各种参数，如温度、时间、泵速和其他参数，并赋予酿酒师能够灵活地根据细胞计数和提取物来调整参数。还有其他参数保持不变，如空气流速和背压。 

各种酵母菌株的扩培方案是利用供应物的输入以及包括提取物、细胞计数/活力、pH和其他因素在内的多个概况制定的。这些协议为受控环境中的一致扩培奠定了可靠的基础。然而，重要的是要认识到，生产环境差异很大，其特点是频繁的时间表变化、酿造厂/麦芽汁延迟、不可预见的停机时间、麦芽汁成分和温度的变化、不同的灌装量、节假日等。

为了适应这些动态条件，酿造人员经常发现自己增加了实验室样本或检查的数量。这允许酿造人员调整协议并解决遇到的特定变化。然而，这种方法将扩培控制转变为一个劳动密集型的过程，涉及酿酒人员和实验室人员。 

动态协议转换

为了寻找一种能够使静态协议适应各种外部因素的解决方案，波士顿啤酒公司探索了不需要额外劳动力的选择。达成的共识是，储罐或在线传感器的实施可以为实现能够有效应对不断变化的条件的动态协议提供潜在手段。 

在波士顿啤酒公司考虑的各种方法中，最有前途的是利用在线提取物测量。这种方法比通过浊度测定的细胞计数更可取，因为后者可能会表现出受麦芽汁质量（如冷松露遗留）和由于漂浮作用而导致槽中缺乏完全均匀性等因素影响的显著变化。

此外，“Pitch&Pull”方法的起始细胞计数可能不同，这进一步增加了可变性。 

另一方面，在线提取物测量表明与细胞计数有很强的相关性，如上图所示。当考虑到一定的生物质量需要最低限度的提取物利用率时，这种相关性尤其相关。 

因此，利用提取物测量似乎是实现准确和一致结果的最有效方法。

扩培系统配备了一个再循环系统，每个扩培器已经安装了三个卫生级传感器外壳。 

接下来，在单个扩培器中对多个提取物传感器进行测试，以评估其准确性、稳健性、处理、校准、成本以及与现有平台的集成。总共测试了五种不同的传感器。

研究发现，其中两个需要更频繁的CIPs来保持准确性，一个需要多次校准，另一个由于云数据管理的限制而无法集成到平台中。最终，来自奥地利安东帕的第五个也是最后一个提取物传感器成功满足了我们的所有标准。  

下图显示了在线提取物测量结果与实验室获得的表观提取物结果之间的比较。最初的测量结果已经显示出良好的相关性（用蓝色圆点表示），但在一次校准后，相关性进一步改善（用橙色圆点表示）。考虑到这些数据来自不同的扩培范围（5种不同的酵母菌株，具有各自的多种协议）。 

此外，我们观察到与真实提取物的相关性更高，如下图所示。尽管在没有CIP工艺的情况下出现了各种各样的“Pitch&Pull” 以及麦芽汁质量的变化（包括低至高重力、不同的块菌负荷以及不同的细胞密度和温度），但传感器始终提供了可靠的结果。然而，重要的是要注意，从在线提取物传感器获得的值不能在一对一的基础上直接与实验室测量值进行比较。

测量的表观提取物浓度的差异可归因于在线传感器（在我们的情况下为折射率和无过滤）和实验室设备（在我们情况下为具有样品过滤的密度）所采用的基本测量原理和样品处理。

合并提取物值 

对提取物数据的依赖提供了扩培器当前状态的可靠说明，特别是在使用一致的麦芽汁质量时，特别是相对于原始重力，但需要额外考虑，以确定将这些提取值纳入方案的最佳方法。 

例如，对于12°P15°P的麦芽汁，10.0%的提取物值是不同的。15°P的麦芽汁具有显著更高的细胞计数，这是由于原始重力和当前提取物之间的提取物差异更大。捕捉这种差异的最佳方法是使用真实发酵度（RDF），使用真实提取物（RE）用这个简单的公式表示： 

DF(%)=(在扩培器满时RE−当前RE)÷在扩培器满时RE 

如上图所示，实现RDF显著提高了与实验室测量的相关性。因此，为了增强扩培协议的动态特性，“Hours”参数已被基于在线提取物传感器实时数据的RDF参数所取代。这种调整使得能够对扩培过程进行更精确和适应性更强的控制。

在使用的12个月里，只有一次提取物读数偏离了预期结果。在6周的“Pitch&Pull”方法后，折射仪棱镜上覆盖着残留物，导致稳定的假的偏高提取物读数。安东帕建议在传感器的另一侧使用导流板。通过这种方式，液体被导向传感器，确保棱镜的连续机械“清洁”，并防止任何涂层的积聚。从那时起，没有观察到任何偏差，波士顿啤酒公司决定为剩余的扩培器配备安东帕的在线提取物监控器。目前，波士顿啤酒公司正在对不同菌株的各种协议进行微调，以便在所有扩培器都配备了提取监测器后，将协议落实到位。  

酵母的有氧监测

下一步微调扩培协议是充气制度，目标如下： 

确保每个阶段都有足够的氧气供应，以支持酵母增加生物量和麦角甾醇的形成，麦角甾醇对细胞壁的发育至关重要

通过消除扩培器中的二氧化碳来创造一个有氧环境，以减少酵母的毒性应激

波士顿啤酒公司提出了两个问题： 

我们是否可以通过在线氧含量测量来控制充气，并且需要达到一定的氧含量才能高效扩培？

还是通过尝试实现尽可能低的CO2含量，CO2含量是一个更可靠的值？

为此，安东帕的光学溶解CO2传感器和光学溶氧传感器已添加到已安装的提取物传感器旁边的再循环管线中。

Carbo6300是一款基于衰减全反射（ATR）原理的免维护和EHEDG认证的溶解CO2传感器，而Oxy5100是一种基于荧光相移原理的在线EHEDG验证的氧传感器。为了防止残留层，如前所述，在Carbo6300和Oxy5100传感器的对面安装了导流板。

上图显示了在10天的扩培时间框架内，通过3次“Pitch&Pull”活动，各自的二氧化碳水平，而目前关于氧含量结果的发现仍然没有结论。波士顿啤酒公司和安东帕都在积极探索将氧含量测量纳入扩培协议的方法中。

CO2值一致地表明存在三个不同的 "Pitch&Pull"循环，初始扩培发生在潜伏期之后。在每次扩培过程中，由于充满了麦芽汁，CO2水平最初很低。然后浓度增加，直到达到最大值。在达到最大值后，由于阶段3中较低的酵母活性、较强的充气和较低的温度，CO2水平降低。

从这些剖面中获得的见解有助于将扩培器中的CO2浓度降至最低，并有助于优化充气协议。

结论

安东帕的L-Rix5100提取物监测仪在波士顿啤酒公司的扩培系统中进行了成功的测试，显示了实验室中在线提取物测量和外部测量提取物之间的强相关性。它证明了可靠性和稳健性，能够在不清洗储罐的情况下长时间使用，并能适应多种扩培。

波士顿啤酒公司正在使用基于监测仪提供的提取物值计算的RDF从静态扩培协议过渡到动态协议。RDF在“Pitch&Pull”机制中特别有价值，可以预测最小细胞计数并自适应地控制扩培，以一致地实现目标细胞计数。

使用来自安东帕的溶解氧和溶解CO2传感器进行测试。虽然目前溶解氧的结果仍不确定，但监测CO2显示出不同的模式，使其适合于优化充气协议。 

接下来，波士顿啤酒公司将利用提取物和二氧化碳传感器的数据来微调酵母协议。通过实施更一致、更有效的扩培，包括每周增加投递次数，波士顿啤酒公司的目标是在投递次数和发酵时间上实现更大的一致性。 

产品简介

安东帕的L-Rix5100是一种可直接浸入生产液中的在线折光仪。它提供提取物浓度和温度的连续测量，能够全天候监测和控制原料、中间体和最终液体以及高固体颗粒工艺流程。该装置具有EHEDG认证，能够在高达145°C的温度下进行清洁和灭菌，是控制酵母扩培的理想装置。 

全量程型号的精度为±0.1°Brix

免维护，EHEDG认证

标准和客户特定的浓度公式

可选HMI、各种模拟/数字和现场总线接口

USB 通过免费Pico3000 软件配置