模态中的图像。

烘焙面包、制作酸奶和酿造啤酒有一个共同点:发酵。虽然控制一个化学过程相对容易,但控制一个涉及发酵的活的生物有机体的过程可能更复杂,所以你需要所有你能得到的帮助。

如果你成功酿造了一批啤酒,你能重复酿造吗?一种提高后续成功酿造同一批次啤酒的可能性的方法是记录批次的过程变量或参数,从整个过程的开始到结束。你可以使用手动技术,但有了今天的传感器和软件,这些工具可以使监测任务自动完成——不需要忘记写下温度或压力值,无需在现场。

精密发酵(由精通啤酒酿造、细胞周期生物学和生物计算科学的人于2017年创立)提出了一种方法,可以提供关键酿造参数的连续监测和记录,如溶解氧(DO)、pH、重力、温度、压力和导电性)-这样你就可以知道是什么参数创造了成功的一批。这意味着,如果这批啤酒往错误的方向走,你可以对工艺进行改变,节省啤酒,节省一些钱,并减少环境浪费。

我与Precision Fermentation的高级产品开发专家Dave Frizzell和销售工程师Andy Morrison进行了交谈,了解如何通过可操作的数据来做出关键决定,在酿造过程中保持批次的稳定。两人都有酿造啤酒的丰富实践经验,所以创造一套工具让酿造体验更轻松对他们来说并不是一个飞跃。他们都回答了我所有的问题。

Dave Frizzell,精密发酵公司的高级产品开发专家戴夫弗里维尔领导BrewMonitor®系统的所有罐内产品测试程序。此前,他负责一系列啤酒厂的质量保证工作,首先在波士顿地区,然后在罗利-达勒姆,包括杰克的阿比工艺拉格啤酒,Trophy Brewing和Starpoint Brewing。Frizzel在复杂的发酵过程中有广泛的经验,跨越许多种类的酵母和细菌,基于多年的实践生产管理的世界级啤酒。他获得the University of Massachusetts的生物学学士学位,专注于微生物学和人类病理学。

安迪·莫里森,精密发酵公司的销售工程师安迪·莫里森帮助连接并通知所有支持BrewMonitor®系统的内部团队,并教育客户如何使用该系统和最佳做法。他曾担任哈里斯饮料公司(Harris Beverages)的工艺啤酒销售和营销总监,哈里斯饮料公司是北卡罗来纳州达拉谟市的一家家族式啤酒批发商。在协调其工艺组合在当地的工作时,他成为全球首批获得高级Cicerone®认证的75人之一。作为一名高级导游,莫里森拥有丰富的风格知识、管理啤酒服务的实际经验、对酿造工艺和配料的深刻理解,以及啤酒和食品搭配方面的专业知识。他从普吉特大学获得物理学士学位。


菲:我在你们的网站上看了一节课,题目是“酵母活力和发酵再现性”杜克大学生物医学系和精密发酵科学顾问委员会的Steven Haase博士描述了预测桌面酵母培养活力的问题(与在大型容器中酿造工业啤酒相反),他说,比较200ml烧瓶和200ml烧瓶中的酵母发酵就已经很困难了,更不用说将其转化为多加仑的工业酿造容器了。我得到的一件事是,实时数据对于保持酵母的活力和在批次后的最佳表现至关重要。那么,在酿造单批啤酒时,最好的做法是观察成功批次的参数(DO、pH、重力、压力、温度、电导率),并使用这些参数来比较连续批次相同风格的啤酒吗?多久检查一次这些参数?在行业中监控正在进行的批次的一般做法是什么?

Dave Frizzell和Andy Morrison:一般来说,酿酒师对发酵过程应该如何进行有着坚实的理解,他们每天用手采集一到两个样本,以确保啤酒的质量。这些样本将包括温度、重力和pH值。然而,在确定酵母作物的健康状况时,投放酵母后的前24小时是最有趣的。我们的目标是让酿酒商能够利用实时监控来密切跟踪发酵的早期阶段,而无需专门的人力每30分钟采集一次样本。溶解氧和pH值的变化可以作为健康酵母沥青的有用指标,这当然会影响整个批次。

一旦啤酒商使用该技术跟踪成功批次啤酒的发酵,我们鼓励他们将该批次啤酒作为后续批次啤酒的基准。这有两个优点:首先,它允许无需手动采集数据,然后手动将数据输入一个或多个数据库。其次,它提供了简单、可操作的分析。与之前的批次相比,只需查看图表曲线,就可以为酿酒商提供做出关键业务决策所需的信息。


图1:BrewMonitor系统BrewMonitor系统:BrewMonitor传感器Hub和BrewMonitor控制台web应用程序。图像由精密发酵提供(按图片放大)


FE:你们开发了一种用于发酵罐监控的硬件/软件系统。你能从硬件和软件的角度描述一下它是如何工作的吗?除了监控,它是否对酿造过程提供任何控制?如果不是现在,会吗?该系统目前是否使用任何人工智能?

弗里泽尔:我们的硬件包括BrewMonitor®Sensor Hub,它容纳了所有必要的测量设备,以及一个将Sensor Hub连接到发酵容器的罐连接器。这个传感器中心通过一系列传感器泵送液体,不管是麦芽汁、苹果酒、蜂蜜酒,甚至是康普茶,并将这些读数传送到云上。我们的web应用程序BrewMonitor Console以图形和表格的形式收集并呈现数据,以便通过任何联网设备进行进一步分析。我们发现这些图表是最有趣和有用的,因为它让酿酒师快速直观地展示了与基准发酵,甚至是与他们选择的其他两种发酵相比,发酵的进展情况。用户界面和分析能力,以及能够快速参考以前的批次,是该产品真正的亮点。

莫里森:人工智能对我们来说是一个迷人的概念。我们有一些专有代码,在收集数据时使用以前的数据来预测和帮助建模。它会考虑啤酒厂生产的其他批次的信息,但我将其称为机器学习,而不是人工智能。我们看到了未来与控制集成的巨大潜力,使每个发酵罐成为物联网的一部分。这不是我们目前的重点,但我们已经讨论过如何实现!


FE:在过程控制世界中,当然,在大约30或40年前的设备和传感器中可以监控问题1中的六个参数 - 尽管可能并非所有这些都将被监控。多年来,我们对啤酒酿造过程的理解是如何改变的,技术如何在今天更好的过程中辅助?

弗里泽尔和莫里森:这是一个有趣的问题,因为它真的达到了在行业中要做什么的核心。发酵是人类社会和行业的一个组成部分,它一直在根本上为几千年来的过程。这意味着有些过程的元素仅仅是因为他们这一切都在工作,但仍有科学的工作来充分发现原因。虽然40年前的ph米存在,但每4小时,它们大大,需要校准。现在我们有技术将六种不同的传感器放在传感器中心没有比鞋盒更大的传感器毂,他们将在没有重新校准的情况下工作。从来没有关于这种大规模规模的这种丰富信息的能力。将此与清楚地看到单个变量的变化如何在实时影响其他变化的情况下是前所未有的。所以,我们之前花了这一点,努力通过钥匙孔来试图弄清楚这些大发酵罐内发生的事情,这样的技术使我们能够拥有完整的全景。

结合史蒂芬·哈斯博士等科学家给我们的研究,我们就能更好地了解酵母在发酵环境中的行为。了解酵母的复制过程、代谢途径以及对压力的反应,让我们知道它们的极限是什么。Haase博士一直在使用先进设备的实验室环境中研究所有这些,以得出他的结论。我们将同样的基本科学过程应用于啤酒酿造者及其他领域。现在每个啤酒厂都可以跟踪、研究和更好地控制他们的高质量酵母菌株,以生产更一致的口味一代又一代。


FE:在今天的啤酒酿造中,一般来说,大型企业啤酒厂是如何保持批次一致的?他们是否在进行实时监控和/或控制?

弗里泽尔和莫里森:通常,他们在较小的度量范围内对正在发酵的过程进行读数,可视化这些读数,将它们与基准进行比较,并对差异做出反应。对他们来说,这是实时的,因为他们收集这些数据,并尽可能快地消化它们。问题在于,在两次阅读之间发生了太多事情,你并没有得到全面的了解。我们提供的是对更广泛的指标进行更高频率的监控。我们提供了将时间和劳力从死记硬背的数据收集和输入工作中重新定向的能力。现在,酿酒商和质量控制团队已经掌握了数据和分析,能够更快速、更主动地做出决策,而不用在水箱和实验室之间奔波数小时。我们采用了他们的做法,并将其扩展,以更快地包含更多数据,同时也缩减了劳动力/时间/金钱成本,使所有小型酿酒商也能使用这些数据。


图2:BrewMonitor图表BrewMonitor是第一个实时,全面的发酵监测系统,传输DO, pH值,重力,压力,温度,电导率任何网络连接设备24-7。图像由精密发酵提供(按图片放大)


FE:也许有点跑题了——例如,酿酒商如何确保输入的酵母质量稳定;测试,检验吗?如何监测这一过程来弥补活性较低或过度活跃的酵母?与供应商作出什么安排以保持酵母的质量和活力一致?酵母在使用前应如何储存?应该多快使用?

弗里泽尔和莫里森:它真的取决于酵母和制造商。活性干酵母非常稳定,只要包裹未打开,就可以储存很长时间。如果没有立即倾斜,应尽快使用液体酵母间距。酵母供应商在其测试和认证方面非常严格,因此关注其指导方针是一个很好的开始。它们在所有批次上执行细胞计数,污染测试和活力测试,并且通常包括逐日使用。

同样需要注意的是,许多酿酒商避免为每一批啤酒从供应商那里购买新的酵母。相反,他们从正在生产的一批酵母中收获酵母,用于未来的批次。酿酒师发现,用这种回收和重制的方法,酵母的健康在多次重复使用中退化。这可能发生在2-3批,或者可以延长更长,如果酵母管理好,并跟踪健康的一致性随着时间的推移。就像购买液体酵母一样,在不同批次之间储存你自己的酵母需要冷藏和很短的周转时间。为了避免储存问题,一些酿酒商会对批次进行计时,这样他们就可以简单地将酵母直接从一个罐连接到另一个罐,将酵母从成品啤酒或接近成品啤酒转移到新鲜酿造的麦芽汁中。

除此之外,由于所有变量(如罐空间、原料可用性、人力),安排酿造日对许多啤酒厂来说都是一个挑战。设定并遵守时间表将给酵母供应商或内部酵母管理能力尽可能多的前置时间,以确保酵母在需要时准备就绪。一旦发酵开始,监测可以给酿酒商一个不健康酵母作物的早期指示,并可能警告发酵缓慢。这种高级警告可以防止不健康酵母的重复出现,并让酿酒商知道是否在他们预期的时间内罐还没有准备好。所有这些因素在调度和酒窖管理中起着巨大的作用。


Fe:六个参数(DO,pH,重力,压力,温度,电导率)尚未像啤酒人那样经常检查?什么可以减少频繁的参数优惠以保持批处理目标以及为什么?

弗里泽尔和莫里森:溶解氧是成功发酵最关键的参数之一,也是最不经常监测的。许多酿酒商都有内置的DO仪表来测量进入发酵容器的氧气量,但测量罐内的总氧气量以及酵母消耗氧气的速度对酵母的健康至关重要。一个非常缓慢的吸收速度可以给啤酒商和早期预警信号,并可能在酵母沥青后不到一天的时间内节省一批!

不过,总的来说,我们正在努力将数据看作一次不止一个参数,一次不止一个数据点。历史上,酿酒师们一直使用他们收集的样品来获得他们的啤酒在某个时间点上的快照。我们要展示的东西更像电影。在你看到啤酒的那一刻,对它的位置和位置有了全面的了解,就能更好地了解它的去向。数据分辨率越高,整个过程就越清晰。

此外,这使酿酒商能够建立更强大的基准功能。例如,当您可以根据既定基准查看当前正在发酵的一批啤酒的重力时间序列时,就可以更容易地预测它下一步将走向何方以及需要多长时间才能到达。拥有一个高频时间序列使这种预测能力更加精确,而pH、DO和电导率都在其模式中与自己的高密度时间序列基准同时进行,这使得这种能力非常强大。如果在向啤酒中添加酵母后的前24小时内,啤酒的密度没有变化,但pH值和pH值确实发生了变化,并且所有这些参数都与您为它们建立的基准相匹配,那么您就知道啤酒正处于需要的位置。如果你每天只检查一次或三次你的统计数据,这是一种非常强大的能力。


“当我们第一次与啤酒花交谈时,关于我们创建的内容,可能会有困惑的是,我们不仅仅是另一种简单地读取按需读取的工具。”

-戴夫·弗里泽尔


FE:在使用发酵/批次监控系统时,是否可以根据成功批次的已知数据自动控制任何参数(如温度或压力)?是否有酿酒厂使用您系统中的数据来自动控制,因此不需要人工干预?

弗里泽尔和莫里森:这是我们很高兴看到发展的一部分!我们目前有能力为意外温度波动或压力尖峰提出警报。我们最近将集成功能放在适当位置,这将允许有兴趣从我们的系统将数据流传输到其他系统的客户。我们现在刚刚开始与啤酒花和一些服务的流程控制公司进行对话。例如,当我们的系统检测到标准化基准测试的温度变化时,我们与温度控制系统相结合似乎并不遥远。但这只是一开始。那里有这么多选择,有时会感觉更像是缩小我们的重点,而不是必须寻找下一步的事情。


FE:您提到了温度和压力的警报。可以在BrewMonitor软件中为其他指标设置警报吗?可以保存流程的典型警报是什么?

弗里泽尔和莫里森:当然,我们有两种使用软件设置警报的方法。第一个是我们所说的静态警报,您可以设置一个绝对最小和最大阈值,只有当参数偏离警报范围以上或以下时,才会发送警报。这对于压力或温度等指标很有用,因为大多数啤酒都有明确的温度和压力范围。如果触发这些警报,它们将提醒酿酒厂冷却系统存在潜在问题,或者如果排放阀一直处于关闭状态。如果酿酒商收到这些问题的早期警告,他们就可以解决这种情况,并可能节省数千加仑的产品。

第二种方法是动态警报范围,如果参数在给定的时间点超出可接受范围,则发送警报。这对于在发酵过程中改变的重力和pH值等指标很有用。我们预计重力会从高点下降到低点,所以绝对的最大值或最小值用处不大。相反,啤酒厂可以依靠之前建立的基准批次的特定品牌。警报系统将取图形的曲线,并在任意一侧设置一个标准偏差,创建一个移动警报范围。


Fe:酿酒商需要知道的任何其他关键指针或外卖器?

弗里泽尔:在某种意义上,我认为我们正在做的是一种思维模式的转变。当我们第一次和酿酒商谈论我们用这个系统创造了什么时,可能会有这样的困惑:我们不只是另一个工具,只是根据需要进行一次简单的读取。这是酿酒师的习惯,所以我想他们希望能把我们归类。他们来找我们是为了寻找一种能自动记录他们发酵过程的工具。但事实是,我们正在建立一种全新的可视化发酵的方法。这个行业习惯了看凝固在时间里的发酵图片,但我们的系统显示视频。它比单点数据更深入,它是多维的,而且随着你的观察而移动。对于这个行业来说,这是一个全新的范例,我们真的很高兴能够引领这个行业。


有关的更多信息BrewMonitor,安排演示或入门,请访问www.precisionfermentation.com或电子邮件info@precisioneration.com..


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