在酿造时间表、停机时间和延迟不断变化的生产环境中，酵母的持续扩增是一项挑战。 基于定时器的扩展协议不灵活。 它需要额外的外部实验室样品和劳动力来纠正或调整扩增方案。 一种解决方案是使用一种传感器，该传感器可根据规格控制和操作提供准确可靠的数据进行传播。
波士顿啤酒公司（BBC）使用“倾斜和拉动”策略来繁殖各种酵母菌株，即在多次交付后繁殖不会进行CIP，直到它切换到另一种菌株。 在这种情况下，在尝试了多个传感器后，波士顿啤酒厂成功测试了安东帕的传感器，这些传感器满足了所有期望，并决定在波士顿啤酒厂的所有地点安装它们。
1 引言。 波士顿啤酒公司 （BBC） 在 2013 年至 2016 年间安装的所有啤酒厂都运行着最先进的扩展系统。 扩增系统由 Esau&Hueber（德国施罗本豪森）提供，旨在解决波士顿啤酒厂酵母管理的复杂性，使用 6 种以上的标准和特殊酵母菌株。 膨胀空间占发酵罐总体积的 10-15%，这意味着一个膨胀器提供足够的空间来为每个发酵罐提供 2-3 批麦芽汁。 无需延迟 drauflassen 程序，麦芽汁可以连续添加，没有延迟。
2.“俯仰和拉动”方法。
波士顿啤酒公司使用一种独特的扩张方法，即所谓的“pitch&pull”方法。 进入发酵罐的第一麦芽汁以相应的体积（发酵罐全体积的 10-15%）输送，酵母膨胀体积的 10% 也留在膨胀器中。 在第二次酿造中，发酵罐被填充，新鲜麦芽汁再次补充以继续膨胀。 根据酵母菌株和酿造节奏的需要，这种“pitch&pull”方案可以重复 14-16 次。 由于系统的卫生设计和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“倾斜和拉动”方法有几个优点： - 每个膨胀机每周最多 6 次完整的发酵罐交付（总共 4 个膨胀机 = 每周最多 24 次完整的膨胀机投放）。
酵母永久处于生长期（无滞后），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者 - 更少的劳动力（从实验室到小规模的自动化和酵母培养） - 由于没有CIPS的连续扩增，碱液、酸和消毒剂的使用显着减少 该系统根据菌株保存的方案和所需的扩增持续时间运行。 如图 1 所示，三阶段方案包含多种参数，如温度、时间、泵速和其他参数，并使酿酒师能够灵活地根据细胞计数和提取物调整参数。 还有其他参数保持不变，例如空气流速和背压。
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使用**的输入和多种谱（包括提取物、细胞计数、活力、pH 值和其他因素）开发了各种酵母菌株的繁殖方案。 这些协议为在受控环境中持续放大提供了坚实的基础。 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、啤酒厂麦芽汁延迟、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、假期等。 为了适应这些动态条件，酿酒商经常发现自己增加了实验室样品或检查的数量。 这使酿酒商能够调整协议并解决遇到的特定变化。 然而，这种方法将扩张控制转变为涉及酿酒师和实验室人员的劳动密集型过程。
3 将静态协议转换为动态协议。
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方案。 人们一致认为，储罐或传感器的实施可以提供一种潜在的手段来实现能够有效响应不断变化的条件的动态协议。
在波士顿啤酒厂考虑的各种方法中，最有希望的是使用**提取物测量。 这种方法比通过浊度测定的细胞计数更可取，浊度测定可能表现出麦芽汁质量的显着变化（例如冷松露保留）和由于漂浮而在罐中缺乏完全均匀性。
此外，“pitch&pull”方法的起始单元计数可能不同，这进一步增加了可变性。 另一方面，提取物测量显示出与细胞计数的强相关性，如图2所示。 当考虑到一定的生物质量而需要最低限度地使用提取物时，这种相关性尤其重要。 因此，利用提取物测量似乎是获得准确和一致结果的最有效方法。
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膨胀系统配有再循环系统，每个膨胀器中都安装了三个卫生传感器外壳。 接下来，在单个膨胀机中测试多个提取物传感器，以评估其准确性、稳健性、处理性、校准性、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，奥地利安东帕的第五台也是最后一台提取物传感器成功满足了我们的所有标准。 安东帕的 L-RIX 5100（图 3）是一款可直接浸入生产溶液中的折光仪。
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材料、中间体和最终液体，以及高固体颗粒工艺。 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，是控制酵母菌繁殖的理想设备。
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图 4 显示了 ** 提取物测量值与在实验室中获得的表观提取物之间的比较。 初始测量已经显示出良好的相关性（由蓝点表示），但在校准后，相关性进一步提高（由橙色点表示）。
考虑到数据来自不同的扩展范围（5 种不同的酵母菌株，具有自己的多个方案）。 此外，我们观察到与真实提取物的相关性更高，如图 5 所示。 尽管在没有 CIP 工艺的情况下，麦芽汁质量存在各种各样的“俯仰和拉力”变化（包括从低到高的比重、不同的松露负荷以及不同的细胞密度和温度），但传感器始终如一地提供可靠的结果。 然而，需要注意的是，从提取物传感器获得的值不能直接与实验室测量值进行一对一的比较。 测得的表观提取物浓度的差异可归因于传感器（在我们的案例中为折射率和无过滤）和实验室设备（在我们的案例中为样品过滤的密度）采用的基本测量原理和样品处理。
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4 如何将提取值合并到传播协议中。
对提取物数据的依赖提供了膨胀机当前状态的可靠指示，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°P 和 15°P 的麦芽汁，100%提取值不同。 15°P 下的麦芽汁具有显着更高的细胞计数，这是由于原始比重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发酵 （RDF），使用用以下简单公式表示的真实提取物 （RE）：
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需要注意的是，使用的是膨胀机全时的提取物值，而不是引入麦芽汁的原始比重。 之所以使用此方法，是因为重新填充膨胀器会导致膨胀器提取值发生变化。 当进入的麦芽汁在初次输送后被膨胀机中剩余的 10-15% 体积稀释时，就会发生这种差异。 这种稀释度可能会有很大差异，具体取决于先前扩增的长度和稀释度（例如，10% 对 15%）。 图 6 显示了从提取值计算出的 RDF 如何与实验室样品的 RDF 匹配。
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如图 6 所示，RDF 的实施显著提高了与实验室测量的相关性。 因此，为了增强传播协议的动态特性，“小时”参数已被替换为基于提取传感器实时数据的RDF参数。 这种调整可以更精确、更适应地控制膨胀过程。 在使用的 12 个月中，只有一个提取物读数偏离了预期结果。 经过 6 周的“俯仰和拉动”方案后，折光仪棱镜被残留物覆盖，从而产生稳定的假超重提取物读数。
安东帕建议在传感器的另一侧使用导流板。 通过这种方式，液体被引导到传感器，确保棱镜的连续机械“清洁”并防止任何涂层的堆积。 从那时起，没有观察到任何偏差，波士顿啤酒厂决定为剩余的膨胀机配备安东帕的**提取物监测器。
目前，波士顿啤酒公司正在对不同菌株的各种方案进行微调，以便在所有膨胀机都配备提取监测器后将方案落实到位。 5 酵母需要有氧监测以增强繁殖 微调繁殖方案的下一步是具有以下目标的曝气制度：
确保每个阶段都有足够的氧气**来支持酵母生物质和麦角甾醇的形成，麦角甾醇对细胞壁发育至关重要。 - 通过消除膨胀机中的二氧化碳来创造好氧环境，以减少酵母的毒性应激 波士顿啤酒公司提出了两个问题： - 我们能否通过测量氧气含量来控制曝气，并且需要达到一定的氧气水平才能实现有效膨胀？ 或者，通过尝试实现尽可能低的 CO2 含量，CO2 含量是否更可靠？
为此，安东帕的光学溶解 CO2 传感器和光学溶解氧传感器已添加到已安装的萃取传感器旁边的再循环管路中。 Carbo 6300（图 7）是一款基于衰减全反射 （ATR） 原理的免维护且经过 EHEDG 认证的溶解 CO2 传感器，而 Oxy 5100（图 8）是基于荧光相移原理的经 EHEDG 验证的氧传感器。 如前所述，为了防止残留层，在 Carbo 6300 和 Oxy 5100 传感器的对面安装了一个导流板。 图 9 显示了 10 天扩展时间范围内的 CO2 水平，其中有 3 次“俯仰和拉动”活动，而氧含量的结果仍无定论。 波士顿啤酒厂和安东帕都在积极探索将氧含量测量纳入其放大方案的方法。
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CO2 值一致表明存在三种不同的"pitch & pull"周期，初始扩增发生在潜伏期之后。 在每次膨胀期间，由于麦芽汁的填充，CO2 水平最初较低。 然后增加浓度，直到达到最大值。 达到最大值后，由于第 3 阶段酵母活性降低、曝气性更强和温度降低，CO2 水平降低。 从这些配置文件中获得的见解有助于最大限度地减少膨胀机中的 CO2 浓度，并有助于优化曝气方案。
6 结论
安东帕的 L-RIX 5100 浸出物监测仪在波士顿啤酒厂的膨胀系统中成功进行了测试，表明实验室测量的浸出物与外部测量的浸出物之间存在很强的相关性。 它具有久经考验的可靠性和坚固性，能够在不清洁储罐的情况下长时间使用，并且可以适应各种扩展。 Boston Brewery 正在使用根据监视器提供的提取值计算的 RDF 从静态协议过渡到动态协议。 RDF在“pitch&pull”机制中特别有价值，该机制可最大限度地减少细胞计数并自适应控制传播以始终如一地实现目标细胞计数。 使用安东帕的溶解氧和溶解 CO2 传感器进行测试。
虽然溶解氧的结果目前尚无定论，但监测 CO2 显示出不同的模式，使其适用于优化曝气方案。 接下来，波士顿啤酒厂将使用来自提取物和 CO2 传感器的数据来微调酵母方案。 通过实施更一致和高效的扩张，包括增加每周的交付量，波士顿啤酒厂的目标是在交付和发酵时间方面实现更高的一致性。