年產(chǎn)7萬噸10度P啤酒發(fā)酵車間的工藝設(shè)計(jì)

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中國啤酒消費(fèi)仍有很大的提升空間。從世界范圍看，發(fā)達(dá)國家啤酒的人均消費(fèi)量增長緩慢，而在經(jīng)濟(jì)增長較快地區(qū)，如東歐和中國的啤酒需求量和產(chǎn)量增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均增長速度，增速比發(fā)達(dá)國家高3%。中國啤酒消費(fèi)存在著地域分布的不均衡性。中國啤酒行業(yè)的發(fā)展路徑與世界啤酒的發(fā)展路徑基本一致，也就是從發(fā)達(dá)地區(qū)向不發(fā)達(dá)地區(qū)過渡。 隨著社會(huì)的發(fā)展，啤酒市場(chǎng)的競(jìng)爭越來越激烈了，并且廣大消費(fèi)者對(duì)啤酒種類風(fēng)味和質(zhì)量的要求也越來越高，相應(yīng)的新產(chǎn)品也層出不窮。因而，我個(gè)人認(rèn)為很有必要將啤酒生產(chǎn)方面的技術(shù)科學(xué)地總結(jié)和分析，以推動(dòng)啤酒產(chǎn)品多樣化發(fā)展。隨著人們，飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，生活水平的不斷提高，啤酒已進(jìn)入了萬戶千家。然而調(diào)查顯示我國人均的啤酒消費(fèi)卻還沒有達(dá)到世界平均水平。所以只有建設(shè)新的、大型的啤酒廠，增加產(chǎn)量，才能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)生活需求。因此，對(duì)于啤酒廠的設(shè)計(jì)是有意義的，是很有必要的。 2009年至2012年，啤酒行業(yè)面臨著較好的發(fā)展際遇：國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和城市化水平的提高，給行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了巨大的需求空間；西部大開發(fā)、振興東北地區(qū)等老工業(yè)基地、促進(jìn)中部崛起和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村等重大發(fā)展戰(zhàn)略，為啤酒行業(yè)創(chuàng)造了新的發(fā)展機(jī)遇；全球經(jīng)濟(jì)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，為中國啤酒行業(yè)在更大范圍內(nèi)配置資源、開拓市場(chǎng)創(chuàng)造了條件。 第一章 啤酒工藝選擇與論證 全廠工藝流程圖 麥槽 酒花 ↑ ↑ 麥芽→粉碎→糖化→過濾→混合麥汁→煮沸→沉淀→冷 卻→充氧→ ↑ ↓ ↓ ↓ 大米、麥芽→粉碎→糊化 酒花糟 熱凝固 冷凝固物 擴(kuò)培酵母 ↓ →麥芽汁→發(fā)酵→貯酒→粗濾→精濾→清酒→裝瓶→卸箱→驗(yàn)瓶→ ↓ 酵母泥 ↓ 剩余酵母 →洗瓶→檢驗(yàn)→罐酒→壓蓋→檢驗(yàn)→殺菌→貼標(biāo)→噴碼→檢驗(yàn)→裝箱 圖2-1 全廠工藝流程圖 1.1啤酒原料 1.1.1 大麥 自古以來大麥?zhǔn)轻勗炱【频闹饕希卺勗鞎r(shí)先將大麥制成麥芽，再進(jìn)行糖化和發(fā)酵。 大麥按籽粒在麥穗上斷面分配形式，可分為六棱、二棱、四棱大麥 我國華北地區(qū)都種植六棱大麥，南方都種植二棱大麥。 因此，在本設(shè)計(jì)中選用二棱大麥。 1.1.1.1大麥的化學(xué)成分 1.淀粉 淀粉是大麥的主要貯藏物，存于胚乳細(xì)胞壁內(nèi)。大麥淀粉有大顆粒（20-40微米）和小顆粒（2-10微米）之分。二棱大麥的小顆粒淀粉數(shù)占90%，但其質(zhì)量只占10%左右。淀粉粒中大約有97%的化學(xué)純淀粉，0.5%-1.5%的含氮化合物，0.2-0.7%的無機(jī)鹽，0.6%的高級(jí)脂肪酸。其密度大于水，故在水中下沉。 2.半纖維素和麥膠物質(zhì) 半纖維素和麥膠物質(zhì)是胚乳細(xì)胞壁的組成部分。胚乳細(xì)胞內(nèi)主要含淀粉，發(fā)芽過程中只有當(dāng)半纖維素酶將細(xì)胞壁分解之后，其他水解酶才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)分解淀粉等大分子物質(zhì)。 3.蛋白質(zhì) 大麥中蛋白質(zhì)含量的高低及其類型，直接影響制麥和釀造工藝以及成品啤酒的質(zhì)量。按其在不同溶劑中的溶解度和沉淀形狀分為下列四組。 （1）清蛋白：清蛋白溶于水和稀的中性鹽溶液及堿溶液中，因此麥汁中含有清蛋白。加熱時(shí)從52℃開始，清蛋白從這些溶液中凝固析出，即隨著煮沸的進(jìn)行而加速凝固。 （2）球蛋白：球蛋白是種子的儲(chǔ)藏蛋白，占大麥總質(zhì)量的31%，不溶于純水，溶于稀酸和稀堿。溶解的清蛋白和球蛋白一樣，在90℃以上全部凝固，但是凝固并不完全。 （3）醇溶蛋白：醇溶蛋白不溶于純水及鹽溶液，也不溶于無水乙醇，而溶于體積百分?jǐn)?shù)為50%—90%的無水乙醇溶液或酸堿溶液，經(jīng)加熱不凝固。某些醇溶蛋白是造成啤酒渾濁和氧化渾濁主要成分。 （4）谷蛋白：谷蛋白不溶于中性鹽溶液和純水，溶于稀堿。谷蛋白和醇溶蛋白使構(gòu)成麥糟蛋白質(zhì)的主要成分。 1.1.1.2啤酒釀造對(duì)大麥的質(zhì)量要求 1. 感官 （1）色澤：良好的大麥有光澤，淡黃，不成熟大麥呈微綠色；受潮大麥發(fā)暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蝕的大麥呈灰色或微藍(lán)色。 （2）氣味：良好的大麥具新鮮稻草香味，受潮發(fā)霉則有霉臭味。 （3）麥粒形態(tài)：麥粒以短胖者比瘦長者為佳，前者浸出物高，蛋白質(zhì)低，發(fā)芽快。 2. 物理檢驗(yàn) （1）干粒重：以無水物記干粒重應(yīng)為30-40g。 （2）麥粒均勻度：按國際通用標(biāo)準(zhǔn)，麥粒腹徑可分為2.8，2.5，2.2mm三級(jí)。2.5mm以上麥粒占85%者屬于一級(jí)大麥。 3.化學(xué)檢驗(yàn) （1）水分：測(cè)定水分是計(jì)算干物質(zhì)的基礎(chǔ)。原料大麥水分不高于13%否則不能貯藏，易發(fā)生霉變，呼吸損失大。 （2）蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)含量一般要求為9%-12%。 1.1.2 啤酒糖化的其他原料 在啤酒麥汁中制造的原料中，除了主要原料大麥麥芽以外，還包括特種麥芽，小麥麥芽及輔助原料。 1.大米：原則上凡大米不論品種均可用于釀造，但從啤酒風(fēng)味而言，米的食感越好，釀造的啤酒風(fēng)味也越好。由于大米淀粉含量高（75%-82%），無水浸出率高達(dá)90%-93%，無花色苷，含脂肪低（0.2%-1.0%），并含有較多泡持蛋白，用它做輔料釀造啤酒，啤酒 的色澤淺、口味純凈，泡沫潔白細(xì)膩，泡持性好，它是優(yōu)良的啤酒輔料。 2.小麥：我國是世界小麥主要生產(chǎn)國。小麥發(fā)芽后制成的小麥芽也是釀造啤酒的主要原料。利用小麥做輔料，麥汁總氮和α-氨基氮均比大米高，發(fā)酵快，但過濾和煮沸麥汁略渾濁，需進(jìn)行處理為好，釀成的啤酒泡沫細(xì)膩、持久。 3.淀粉：淀粉純度高、雜質(zhì)少、粘度低、無殘?jiān)?、可生產(chǎn)高濃度啤酒。但是由于淀粉是原糧加工產(chǎn)品，一般價(jià)格均高于原料，在啤酒中作為輔料使用和原料相似，因此，淀粉作為輔料使用不如原料經(jīng)濟(jì)。 1.1.3 啤酒花和酒花制品 酒花賦予啤酒柔和優(yōu)美的芳香和淡爽的微苦味，能加速麥汁中高分子蛋白的絮凝，提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性。 1.1.3.1 酒花的主要化學(xué)成分 酒花的化學(xué)組分中，對(duì)啤酒釀造有特殊意義的三大成分為酒花精油，苦味物質(zhì)和多酚。 1.苦味物質(zhì):苦味物質(zhì)是提供啤酒愉快苦味的因素，在酒花中主要指α-酸，β-酸及一系列氧化，聚合產(chǎn)物。 2.酒花精油:酒花精油是酒花腺體另一種重要成分，經(jīng)蒸餾后成黃綠色油狀物，是啤酒香氣的重要來源，是啤酒開瓶聞香的主要成分。 3.多酚物質(zhì):酒花中物質(zhì)約占總質(zhì)量的4%-8%，他們?cè)谄【漆勗熘械淖饔脼椋篴.在麥汁煮沸時(shí)和蛋白質(zhì)形成熱凝固物。b.在麥汁冷卻時(shí)形成冷凝固物。c.在后酵和儲(chǔ)酒直至罐瓶以后，緩慢和蛋白質(zhì)結(jié)合，形成氣霧濁及永久混濁物。d.在麥汁和啤酒中形成色澤物質(zhì)和澀味。 1.1.3.2 酒花的品種 酒花按世界市場(chǎng)上供應(yīng)的可分為四類： A類：優(yōu)質(zhì)香型酒花:優(yōu)質(zhì)香型酒花的α-酸含量為4.5%-5.5%，α-酸、β酸的比值為1：1，酒花精油含量為2.0%-2.5%。 B類：香型酒花（兼型）: 普通香型酒花的α-酸含量為5.0%-7.0%，α-酸、β酸的比值為1.2—2.3酒花精油含量為0.85%-1.6%。 C類：沒有明顯特征的酒花 D類：苦型酒花:優(yōu)質(zhì)苦型酒花的α-酸含量為6.5%-10.0%，α-酸、β酸的比值為2.2-2.6。 1.1.3.3 酒花制品 1.酒花粉 我國啤酒廠目前均把商品壓榨酒花，在使用前用錘式粉碎機(jī)粉碎成顆粒1mm以下的酒花粉。這種粗加工方法也存在缺點(diǎn)，因此使用酒花粉，應(yīng)在酒花廠，酒花溫度在55℃以下，干燥至水分為5%-6%然后進(jìn)行粉碎，粉碎后立即包裝于密閉容器中，并沖入惰性氣體。 2. 酒花顆粒 酒花顆粒是把酒花壓榨成直徑2-8mm，長約15mm的短棒狀，增加其密度，減少其體積，同時(shí)也降低了它們的表面積，在惰性氣體中保存，酒花不易氧化變質(zhì)，顆粒酒花是世界上使用最為廣泛的酒花制品。 1.1.4 啤酒釀造用水 啤酒生產(chǎn)用水主要包括加工水及洗滌，冷卻水兩大部分。加工用水中投料水，洗糟水，啤酒稀釋用水直接參與啤酒釀造，是啤酒重要原料之一，在習(xí)慣上稱作釀造水。啤酒釀造水的性質(zhì)，重要取決于水中溶解鹽類的種類和含量，水的生物學(xué)純凈度及氣味，釀造水對(duì)啤酒生產(chǎn)全過程將產(chǎn)生很大的影響，如糖化時(shí)水解酶是活性和穩(wěn)定性，酶促反應(yīng)的速度，麥芽的酒花在不同含鹽水中溶解度的差別，鹽和蛋白質(zhì)及酚類物質(zhì)的絮凝成點(diǎn)，酵母生長，發(fā)酵風(fēng)味物質(zhì)的形成等，最終還將影響到啤酒的風(fēng)味物質(zhì)和穩(wěn)定性。 大自然的天然水源分為如下幾種：雨水，雪水，地表水，地下水，冰水，海水。 1.1.4.1 水中無機(jī)離子對(duì)啤酒釀造的影響 1.水中的碳酸鹽和重碳酸鹽有降酸作用：HCO3-+H+→H2O+CO2,大麥籽粒中存在復(fù)合磷酸鹽，發(fā)芽中受到磷酸酯酶的降解，形成游離的H2PO4_,由于H2PO4在K2的作用下分解為H+，它使麥芽醪呈偏酸性，水中重碳酸鹽的降酸作用，使麥芽醪PH升高，引起一系列的工藝缺點(diǎn)：①造成過濾減慢，收得率下降。②啤酒色澤和澀味增加。③啤酒的穩(wěn)定性降低。④改變酒花的苦味，使啤酒苦味粗糙。 2.水中鈣，鎂離子的增酸作用：3Ca+2HPO4-→Ca(PO4)2+2H+。在啤酒糖化時(shí)，Ca2+含量在每升40到70毫克，能保持淀粉液化酶的耐熱性。麥汁含Ca2+在每升80到100毫克時(shí)，可促進(jìn)麥汁煮沸時(shí)形成單寧—蛋白質(zhì)—鈣的復(fù)合物，促進(jìn)熱凝固物蛋白質(zhì)的絮凝。Mg2+在麥芽中含量約為130mg/L.啤酒釀造用水中含有10—15mg/L的Mg2+已經(jīng)足夠，不宜超過80mg/L。 3.優(yōu)質(zhì)啤酒含F(xiàn)e2+應(yīng)少于0.1mg/L,若含量大于0.5mg/L，會(huì)對(duì)啤酒質(zhì)量造成損害，使啤酒泡沫不潔白，加速啤酒的氧化渾濁。Mn2+對(duì)啤酒的影響與二價(jià)鐵離子相似。 4.Na+ ,K+常常在50—100:300—400.過高常常使淺色啤酒變得粗糙，不柔和。 5.Cl-對(duì)啤酒的澄清和膠體穩(wěn)定性有重要作用，它能賦予啤酒豐滿的 酒體，爽口，柔和的風(fēng)味。釀造水中含有20—60mg/L的Cl-是必須的。 1.2 麥芽制備 麥芽制備工藝決定了麥芽品種和質(zhì)量，從而決定了啤酒的類型，麥芽的質(zhì)量將直接影響釀造工藝和成品啤酒的質(zhì)量。 制麥的目的在于使大麥發(fā)芽，產(chǎn)生多種水解酶類。以便通過后續(xù)糖化，使大分子淀粉和蛋白質(zhì)得以分解溶出。而綠麥芽經(jīng)過烘干將產(chǎn)生必要的色，香，和風(fēng)味成分。 全制麥過程大體可分為原料分級(jí)，浸麥，發(fā)芽，干燥、除根等過程。 現(xiàn)代啤酒生產(chǎn)，工業(yè)化程度越來越高，啤酒工廠一般不自行生產(chǎn)麥芽，而是從專門的麥芽生產(chǎn)工廠購買所需麥芽，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。 1.3 麥芽汁制備工藝 麥汁制造過程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的過濾，混合麥汁加酒花煮沸，麥汁處理（澄清，冷卻，通氧）等一系列物理學(xué)，化學(xué)，生物化學(xué)的加工過程。 麥汁制造的工藝要求： 1.原料中有效成分得到最大限度的萃取； 2.原料中無用和有害的成分溶解最少 3.制成麥汁的有機(jī)或無機(jī)組分的數(shù)量和配比應(yīng)符合淡色啤酒的品種和類型的要求 4.保證上述三點(diǎn)原則的前提下，縮短生產(chǎn)時(shí)間，節(jié)省工時(shí)，節(jié)能是本車間的要求。 1.3.1 麥芽與大米的粉碎 在啤酒生產(chǎn)中，不單要考慮物料粉碎操作的經(jīng)濟(jì)性，更應(yīng)該考慮啤酒釀造的特殊要求：（1）麥芽皮殼若粉碎過細(xì)，會(huì)增加皮殼有害物質(zhì)的溶解，影響啤酒風(fēng)味。（2）皮殼和原料物質(zhì)中不容性物質(zhì)粉碎過細(xì)，會(huì)增加過濾阻力。影響過濾操作。（3）淀粉等儲(chǔ)藏物質(zhì)的粉碎細(xì)度，不但影響酶促反應(yīng)速率，也影響到反應(yīng)深度即影響到麥汁組成。 1.麥芽的粉碎 麥芽粉碎的方法主要有：干法粉碎，濕法粉碎，回潮干法粉碎，以及連續(xù)調(diào)濕粉碎。 本設(shè)計(jì)采用麥芽濕法粉碎，濕法粉碎全部操作有：浸漬→磨碎→勻漿→泵出。在0.5-2小時(shí)內(nèi)完成一批投料，根據(jù)日加工量，選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)器臺(tái)數(shù)。粉碎過程應(yīng)盡量縮短麥芽在機(jī)器內(nèi)的停留時(shí)間，以防止受到污染。濕法粉碎麥芽皮殼充分吸水變軟，粉碎時(shí)皮殼不易磨碎胚乳帶水研磨均勻，糖化速度快。濕法粉碎可提高過濾速度20%-25%或提高投料量，麥糟層厚度可達(dá)500-600mm , 但不影響過濾。 2.大米的粉碎 大米采用對(duì)輥碎機(jī)進(jìn)行干法粉碎，大米的粉碎度越細(xì)越好，以增加原料與水的接觸面積，有利于大米的糊化和糖化。 1.3.2 糖化原理 糖化是將麥芽和輔料中高分子物質(zhì)機(jī)器分解產(chǎn)物（淀粉，蛋白質(zhì)，植酸鹽，半纖維素等機(jī)器分解中間產(chǎn)物，通過麥芽中各種水解酶的作用，以及水和熱能的作用，使之分解并溶解于水，此過程稱作“糖化”。溶解于水的各種干物質(zhì)稱作“浸出物”，而構(gòu)成的澄清液稱作“麥芽汁”或“麥汁”。麥汁中浸出物的含量和原料中干物質(zhì)的比稱“無水浸出率”。 糖化中的工藝控制，主要通過下列環(huán)節(jié)來進(jìn)行：①麥芽的質(zhì)量，輔料的種類及其配料比。②麥芽及非發(fā)芽谷物的粉碎度。③控制麥芽中各種水解酶的作用條件，如（溫度，PH，底物濃度，作用時(shí)間）。④加熱溫度和時(shí)間。⑤需通過外加酶制劑、酸、無機(jī)鹽進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 1.3.3 糖化方法及設(shè)備 糖化方法可分為以下幾類： 1. 煮出糖化法：煮出糖化法麥芽醪利用酶的生化作用和熱力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通過部分麥芽醪的熱煮沸，并醪，使醪液逐步梯級(jí)升溫至糖化完畢。部分麥芽被幾次煮沸即幾次煮出法。 2. 浸出糖化法：浸出糖化法是指麥芽醪利用酶的生化作用，用不斷加熱或冷卻調(diào)節(jié)醪液的溫度，使糖化完成，麥芽醪未經(jīng)煮沸。 3. 其他糖化法：其他糖化法都由以上兩種方法演變而來，以上兩種方法用于最初的純麥芽的糖化，當(dāng)采用不發(fā)芽谷物作為輔料，進(jìn)行糖化時(shí)必須先進(jìn)行預(yù)輔料的預(yù)處理--即糊化和液化。這就是復(fù)式糖化法。 由于浸出糖化法要求使用溶解良好的麥芽，成本高，原料利用率低，且更適合釀造上面發(fā)酵啤酒，本設(shè)計(jì)不采用。而煮出法糖化法可以補(bǔ)救一些麥芽溶解不良的缺點(diǎn)，原料利用率高，糖化時(shí)間短，麥汁成份好，適合釀造傳統(tǒng)下面發(fā)酵啤酒。故本設(shè)計(jì)采用該法。 1.3.4 麥芽醪的過濾 糖化過程結(jié)束時(shí)，已基本完成了麥芽和輔料中高分子物質(zhì)的分解、萃取。因此，必須在短時(shí)間內(nèi)把麥汁和麥醪分離。此分離過程稱麥芽醪的過濾。 麥芽醪的過濾過程包括如下三個(gè)過程： （1）殘留在糖化醪中的耐熱性的α-淀粉酶，將少量的高分子糊精進(jìn)一步液化，使之全部轉(zhuǎn)變成無色糊精或糖類，提高原料浸出物收得率。 （2）從麥芽醪中分離出“頭號(hào)麥汁”。 （3）用熱水洗滌麥糟，洗出麥糟中的可溶性浸出物，得到“二濾、三濾”麥汁。麥芽醪的過濾工藝基本要求：迅速和較徹底地分解可溶性浸出物，盡可能減少有害于啤酒風(fēng)味的麥殼多酚、色素、苦味物，以及麥芽中高分子蛋白質(zhì)、脂肪、脂肪酸、β-葡聚糖等物質(zhì)被萃取，盡可能獲得澄清透明的麥汁。 1.3.5 麥汁的煮沸和酒花的添加 1. 麥汁煮沸的設(shè)備:分批式麥汁煮沸，在一個(gè)有加熱裝置的特殊容器中進(jìn)行，稱煮沸鍋。麥汁煮沸鍋具有多種形式，本設(shè)計(jì)選用的是列管式內(nèi)加熱器圓形麥汁煮沸鍋。采用列管加熱，管內(nèi)麥汁受熱上升，在加熱管上部噴出，底部麥汁不斷進(jìn)入加熱管，麥汁形成對(duì)流，省去動(dòng)力和攪拌系統(tǒng)。 2. 麥汁煮沸方法:傳統(tǒng)煮沸鍋均采用常壓煮沸，近代較多采用密閉煮沸、加壓煮沸，特別是低壓煮沸更受到普遍歡迎。常壓煮沸：工藝成熟，操作方便，維修費(fèi)用低。酒花浸出率高，所得麥汁質(zhì)量好。故本設(shè)計(jì)采用該方法。 3. 酒花的添加:酒花添加量應(yīng)依據(jù)酒花質(zhì)量（含α-酸的量），消費(fèi)者習(xí)慣，啤酒品種，濃度等不同而不同。淺色啤酒苦味物值為15-40（Bu）之間，一般在此范圍內(nèi)選取一個(gè)固定值，生產(chǎn)時(shí)允許在固定值上波動(dòng)±5 Bu。對(duì)設(shè)計(jì)而言，為便于物料衡算，酒花添加量定為每100mL熱麥汁添加0.2%酒花。但實(shí)際生產(chǎn)時(shí)由于酒花品質(zhì)，添加時(shí)間和方法，發(fā)酵條件，酵母品種等條件的不同或變動(dòng)，酒花中有效物質(zhì)損失變化很大，應(yīng)根據(jù)以上情況，在衡算基礎(chǔ)上做一定的調(diào)整。 1.3.6 麥汁的處理 從煮沸鍋放出的定型熱麥汁，進(jìn)入發(fā)酵以前還需要進(jìn)行一系列處理： 酒花糟分離，熱凝固物分離，冷凝固物分離，冷卻，充氧等才能成為發(fā)酵麥汁。近代的啤酒生產(chǎn)大大縮短了發(fā)酵和貯酒周期，發(fā)酵容器也增大到數(shù)百至上千立方米，因此，對(duì)麥汁處理要求是： 1.對(duì)能引起啤酒非生物渾濁的冷，熱凝固物盡可能給予足夠的分離 2.麥汁處于高溫時(shí)盡可能減少空氣接觸，防止氧化。麥汁冷卻后，在發(fā)酵前，根據(jù)進(jìn)罐時(shí)間，必須補(bǔ)充適量空氣，供酵母前期呼吸。 3.麥汁處理各工序中，嚴(yán)格杜絕有害微生物的污染。 1.3.7 麥汁的充氧 1.熱麥汁的氧化：麥汁在高溫之下接觸氧，此時(shí)氧很少以溶解形式存在，而是和麥汁中糖類、蛋白質(zhì)、酒花樹脂、多酚等發(fā)生氧化反應(yīng)。麥汁在高溫下應(yīng)該接觸空氣和應(yīng)該嚴(yán)格禁止接觸空氣，兩種對(duì)立觀點(diǎn)在啤酒節(jié)共存。目前我國認(rèn)為從麥芽粉加水投料至冷卻前，隔氧操作是關(guān)鍵措施。 2.冷卻麥汁的充氧:麥汁冷卻至發(fā)酵接種溫度以后，即使與氧接觸，氧化反應(yīng)較微弱，氧在麥汁中呈溶解狀態(tài)，是酵母前期繁殖必須的。麥汁濃度增加減少飽和溶氧量。充氧操作為：麥汁溫度降至6℃以下，空氣通風(fēng)，10°P麥汁飽和溶氧量為10.1ml/L。 3.冷麥汁通風(fēng)方法:若采用純氧，溶氧將達(dá)到40ml/L以上。一般只有快速發(fā)酵法生產(chǎn)啤酒時(shí)采用純氧，普通啤酒發(fā)酵采用壓縮空氣通風(fēng)，即將無菌，無油的壓縮空氣在麥汁冷卻的輸送線路中，通過文丘里管或不銹鋼舌片混合器，肽管混合器，在線上充氧。此外麥汁應(yīng)采取分批進(jìn)罐，冷麥汁通風(fēng)時(shí)間，宜早不宜晚，最后1-2批進(jìn)罐麥汁不再通風(fēng)。 1.4 啤酒發(fā)酵 1.4.1 啤酒酵母 1. 啤酒酵母的分類 能使含糖液體自然發(fā)酵，生成二氧化碳和酒精，液面上形成“膜”，器底形成“沉淀”的生物，統(tǒng)稱為“酵母”。廣義上說，凡是單細(xì)胞、世代時(shí)間較長的低等真核生物，統(tǒng)稱為“酵母”。 酵母的分類：a.夫羅貝爾酵母：發(fā)酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：發(fā)酵度低，凝集性強(qiáng)，沉淀快c.卡爾斯貝酵母：卡爾倍一號(hào)，發(fā)酵度高，沉淀慢；卡爾號(hào)二號(hào)，發(fā)酵度低，沉淀快。 2. 啤酒酵母的絮凝 啤酒酵母的絮凝特性是重要的生產(chǎn)特性，它會(huì)影響酵母的回收再利用于發(fā)酵的可能，影響發(fā)酵速率和發(fā)酵度，影響啤酒過濾方法的啤酒風(fēng)味。酵母細(xì)胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影響，金屬離子對(duì)凝聚作用的影響極大，凝聚作用的強(qiáng)度還依賴于基質(zhì)的離子濃度，尤其是鈣離子含量達(dá)到30mg/l以上時(shí)的促凝作用相當(dāng)顯著，其他二價(jià)離子也能促凝，但是單價(jià)離子會(huì)因“反離子效應(yīng)”對(duì)其產(chǎn)生抑制作用。 3. 啤酒酵母的擴(kuò)大培養(yǎng) 啤酒酵母純正與否，對(duì)啤酒發(fā)酵和啤酒質(zhì)量的影響很大。啤酒工廠生產(chǎn)使用的酵母由保存的純種酵母，經(jīng)過擴(kuò)大培養(yǎng)，達(dá)到一定數(shù)量后，供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。每個(gè)啤酒廠都應(yīng)保存適合本廠使用的純種酵母，以保證生產(chǎn)的啤酒具有穩(wěn)定的風(fēng)格和特性。 啤酒酵母擴(kuò)大培養(yǎng)的順序如下： 斜面試管（原菌種）→富氏瓶或試管培養(yǎng)→巴氏瓶或三角瓶培養(yǎng)→卡氏罐培養(yǎng)→漢生罐培養(yǎng)→酵母擴(kuò)大培養(yǎng)罐→酵母繁殖罐→發(fā)酵罐。 以上從斜面試管到卡氏罐培養(yǎng)為實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大培養(yǎng)階段；漢生罐以后為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)階段。 4. 接種量 表2-1 不同麥汁濃度的酵母添加量 麥汁濃度 酵母泥添加量 7～9 0.3～0.4 10～12 0.4～0.6 13～15 0.5～0.7 16～20 0.6～1.0 1.4.2 啤酒發(fā)酵方法的選擇 啤酒發(fā)酵方法主要有以下幾種方式：傳統(tǒng)發(fā)酵，錐形罐發(fā)酵；連續(xù)發(fā)酵法，分批式發(fā)酵法；上面發(fā)酵法，下面發(fā)酵法；一罐發(fā)酵法，兩罐法發(fā)酵；本設(shè)計(jì)選用的是兩罐式發(fā)酵法。以下就這幾種發(fā)酵方法進(jìn)行分析和比較來進(jìn)行取舍。 1.連續(xù)發(fā)酵:連續(xù)發(fā)酵主要有多罐式連續(xù)發(fā)酵和塔式連續(xù)發(fā)酵，這種連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)都可大大縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，降低了投資，減少了酒損，降低了蒸汽、勞動(dòng)力和洗刷費(fèi)用，提高了酒花利用率，且產(chǎn)生的成品啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。但是這幾種連續(xù)體系也各有不足：多罐式系統(tǒng)需攪拌，動(dòng)力消耗大。塔式系統(tǒng)對(duì)酵母要求高，使用的酵母不僅要求發(fā)酵度高，而且要求凝聚性強(qiáng)。并且塔式觀造價(jià)高，不利于小規(guī)模生產(chǎn)。更重要的是，連續(xù)發(fā)酵法啤酒從風(fēng)味上品評(píng)與間歇法啤酒差別大，難以被消費(fèi)者接受。八十年代后，錐形罐發(fā)酵取代了傳統(tǒng)發(fā)酵，生產(chǎn)周期得到了縮短，而連續(xù)發(fā)酵由于污染和風(fēng)味（特別是雙乙酰）控制的困難逐步停止了使用。從實(shí)際情況出發(fā)，故本設(shè)計(jì)不采用此法。 2.下面發(fā)酵: 傳統(tǒng)的下面發(fā)酵法，主發(fā)酵容器安置在空氣過濾，絕熱良好和清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)。室溫保持5～6℃；采用開放式或密閉式、圓形或方形的主發(fā)酵容器。后發(fā)酵則設(shè)置在單獨(dú)的貯酒室內(nèi)，采用金屬或木制的貯酒罐，作后發(fā)酵和貯酒用。貯酒室溫保持在O～l℃。特點(diǎn)是：① 采用下面酵母，主發(fā)酵溫度比較低，發(fā)酵進(jìn)程比較緩慢，發(fā)酵的代謝副產(chǎn)物相對(duì)較少。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降發(fā)酵容器底部。② 下面發(fā)酵啤酒的后發(fā)酵和貯酒期比較長，酒液澄清良好。C02飽和穩(wěn)定，酒的泡沫細(xì)微，風(fēng)味柔和，保存期較長。 3.上面發(fā)酵: 啤酒發(fā)酵系以上面發(fā)酵為起源，而后由于選用的純粹培養(yǎng)酵母不同，劃分為上面發(fā)酵與下面發(fā)酵兩種啤酒發(fā)酵類型。上面發(fā)酵在發(fā)酵外觀、技術(shù)操作和發(fā)酵設(shè)備方面與下面發(fā)酵有所不同，但兩者的發(fā)酵機(jī)理是一致的。特點(diǎn): ①上面發(fā)酵系采用上面酵母，是在較高的溫度(15～20℃)下進(jìn)行的。酵母起發(fā)快，接種量可以減少，形成的酵母新細(xì)胞較多。發(fā)酵終了，大部分酵母浮在液面，酵母回收工作雖較下面發(fā)酵復(fù)雜，但酵母使用代數(shù)遠(yuǎn)較下面發(fā)酵為多，長久沒有衰退現(xiàn)象。②上面發(fā)酵的麥汁接種溫度為13～16℃，比較高。發(fā)酵2～3天，當(dāng)酵母升至液面時(shí)，為發(fā)酵旺盛階段，此時(shí)應(yīng)開始降低液溫，可采用12～14℃冷水冷卻，并在酵母形成泡蓋時(shí)立即撤去，發(fā)酵4～6天即行結(jié)束。③ 發(fā)酵結(jié)束后，酵母成緊密的一層浮在液面上，厚為3～4cm。④上面發(fā)酵在發(fā)酵過程中通風(fēng)時(shí)間長，目的是使酵母分散懸浮在發(fā)酵液中，對(duì)凝集性強(qiáng)的酵母，通風(fēng)尤屬必要。⑤ 上面發(fā)酵一般不采用后發(fā)酵，主發(fā)酵的發(fā)酵度接近最終發(fā)酵度。分離酵母后，加膠處理，貯藏澄清一階段，采用人工充二氧化碳，使達(dá)飽和。若上面發(fā)酵采用后發(fā)酵工藝，下酒時(shí)，酒液中保留部分殘?zhí)牵^續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)生的二氧他碳飽和在酒中。⑥上面發(fā)酵釀制的啤酒成熟快，設(shè)備周轉(zhuǎn)快，啤酒有獨(dú)特的風(fēng)味，但保存期短。從實(shí)際出發(fā)，選用下面酵母發(fā)酵法。 4.一罐法發(fā)酵: 隨著啤酒工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有啤酒廠普遍采用一罐發(fā)酵工藝，即麥汁的主發(fā)酵，雙乙酰還原、降溫以及貯酒階段在同一個(gè)露天發(fā)酵罐中進(jìn)行。一罐法工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：清洗消耗少，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)容器必須清洗；轉(zhuǎn)入空罐時(shí)CO2損失少；酒損少，因?yàn)闆]有了管道中殘酒的損失；所需的工作時(shí)間少；節(jié)能，因?yàn)椴挥玫构?，沒有氧侵入的危險(xiǎn)。 5.兩罐法發(fā)酵: 一罐法發(fā)酵工藝簡單, 便于操作, 能夠節(jié)省投資, 但由于麥汁整個(gè)發(fā)酵過程都在同一個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行, 使得冷凝物的排放及酵母沉淀效果不十分理想。由于露天發(fā)酵罐一般直徑較大, 若酒液缺少對(duì)流, 就會(huì)使其溫度分布不均勻, 罐中心酒液溫度與罐壁處酒液溫度需長時(shí)間才能達(dá)到平衡, 從而影響啤酒風(fēng)味。同時(shí), 一罐法發(fā)酵工藝發(fā)酵周期較長, 生產(chǎn)旺季難以滿足市場(chǎng)需求。故不采用一罐法。故本設(shè)計(jì)采用兩罐法發(fā)酵。 1.4.3 啤酒發(fā)酵工藝 傳統(tǒng)式分批發(fā)酵，每批（一鍋或兩鍋）定型麥汁，經(jīng)過添加酵母，前發(fā)酵（酵母增殖），主發(fā)酵，后發(fā)酵和貯酒等階段。相應(yīng)的設(shè)備是：酵母添加器，前發(fā)酵池，主發(fā)酵池，后發(fā)酵罐和儲(chǔ)酒罐。各段發(fā)酵均在有絕熱維護(hù)層，并具有室溫調(diào)節(jié)裝置的的廠房內(nèi)進(jìn)行，一般分為前發(fā)酵室（7-8℃）主發(fā)酵室（6-7℃），后酵和儲(chǔ)酒室（2-0℃）等部分。 1.4.3.1酵母接種量和添加方法 1．酵母接種量：本設(shè)計(jì)分批發(fā)酵采用低溫，緩慢發(fā)酵，因此接種量比較小，接種后細(xì)胞濃度控制在（5-12）×10個(gè)/ml。 設(shè)酵母泥的濃度為20×10個(gè)/g，按工藝規(guī)定接種后酵母濃度為：8×10個(gè)/ml則每千克麥汁接種酵母泥克數(shù)（n）：n=8×10×1000/20×10=4g 即接種量為0.4%。 2. 酵母添加方法：a.干道和濕道添加法；b.倍量添加法；c.分割法；d.遞加法。 本設(shè)計(jì)采用干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麥汁所需的酵母，再加上二倍量的冷麥汁，用無菌壓縮空氣充分混合，壓到前酵池中，再用無菌空氣攪拌均勻即可。 1.4.3.2 前發(fā)酵: 所謂前發(fā)酵，就是指接種酵母泥處于休眠階段，酵母和麥汁接觸后，有較長（數(shù)小時(shí)至十小時(shí)）的生長滯緩期，之后才能加入出芽繁殖，當(dāng)酵母克服生長緩滯期，出芽繁殖細(xì)胞濃度達(dá)到20×個(gè)/ml，發(fā)酵麥汁表面開始?xì)馀?，此階段即為前發(fā)酵。但由于工藝改進(jìn)，前發(fā)酵時(shí)期已縮短至20～30個(gè)小時(shí)。 1.4.3.3 主發(fā)酵： 主發(fā)酵前期酵母吸收麥汁中的氨基酸和營養(yǎng)物質(zhì),應(yīng)用糖類發(fā)酵釋放自由能合成細(xì)胞并產(chǎn)生熱量。此時(shí)糖降比較緩慢，而α-氨基氮下降迅速。由于有機(jī)酸產(chǎn)生和麥汁緩沖物質(zhì)減少，麥汁PH下降迅速。酵母達(dá)到最高濃度時(shí)，糖降最快，每天外觀糖濃度降可達(dá)1.5-2.0°P。VDK峰值出現(xiàn)在最高酵母濃度后12-24h。此階段大量廢熱產(chǎn)生，必須進(jìn)行冷卻以保持最高發(fā)酵溫度。 當(dāng)發(fā)酵度達(dá)到酵母凝聚點(diǎn)時(shí)（一般酵度在35%-45%），酵母開始凝聚，發(fā)酵液中懸浮酵母細(xì)胞數(shù)開始下降，糖降速率開始降低。為了促進(jìn)凝聚和保存凝聚酵母的活性，發(fā)酵后期應(yīng)逐步降低溫度，使發(fā)酵溫度趨近后酵溫度。 主發(fā)酵后期每日糖降小于0.3°P時(shí)，發(fā)酵緩慢，泡沫消失，逐步形成泡蓋。泡蓋是CO2帶至發(fā)酵液面的多酚、酒花樹脂、高分子蛋白質(zhì)等接觸空氣氧化，聚合形成的。在主發(fā)酵結(jié)束前撈去泡蓋，即可下酒至后發(fā)酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。 1.4.3.4 后酵和貯酒 主發(fā)酵結(jié)束后，下酒至密閉室后發(fā)酵罐，前期進(jìn)行后發(fā)酵，后期進(jìn)行低溫儲(chǔ)酒。后發(fā)酵和儲(chǔ)酒的目的是：糖類繼續(xù)發(fā)酵，促進(jìn)啤酒風(fēng)味成熟，增加CO2溶解，促進(jìn)啤酒澄清。 1.4.3.5圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵及其工藝: 圓柱錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)有：①加速發(fā)酵 C.C.T由于發(fā)酵基質(zhì)（麥汁）和酵母對(duì)流獲得強(qiáng)化，可加速發(fā)酵。②廠房投資節(jié)省 C.C.T發(fā)酵可以大部分或全部在戶外，而且罐數(shù)、罐總?cè)莘e減少，廠房投資節(jié)省。③冷耗節(jié)省 C.C.T發(fā)酵冷卻是直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，而且冷卻介質(zhì)在強(qiáng)制循環(huán)下，傳熱系數(shù)高。④發(fā)酵罐清洗、消毒 C.C.T發(fā)酵可依賴于CIP自動(dòng)程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。⑤該罐具有錐底，主發(fā)酵后回收酵母方便。⑥罐身具有冷卻夾套，冷卻面積能夠滿足工藝上的降溫要求，一般在圓柱體部分，視罐體高度，可分設(shè)2-3段冷卻，錐底部分設(shè)有一段冷卻，有利于酵母沉降和保存。⑦圓柱錐底罐是密閉罐，可以回收二氧化碳，也可進(jìn)行二氧化碳洗滌，可做發(fā)酵罐，也可做貯酒罐。 因此在本設(shè)計(jì)中選用的是圓柱錐底發(fā)酵罐，其具體情況介紹如下： 1.發(fā)酵方法分類：主要分單釀罐發(fā)酵和兩罐法發(fā)酵兩種。本次設(shè)計(jì)選擇兩罐法發(fā)酵。 2.設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）設(shè)備的外型特點(diǎn)：外筒體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。兩罐法發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H=1:3-4。發(fā)酵罐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角73-75°。 （2）罐材料：大型C.C.T均采用碳鋼加涂料或是不銹鋼兩種材料。 （3）冷卻夾套：國內(nèi)C.C.T大多用低溫低壓（-3℃,0.03MPa）液態(tài)冷媒在半圓管，弧形管的夾套，或米勒板式夾套內(nèi)流動(dòng)換熱。冷卻夾套一般分三段：上段距發(fā)酵液面15cm向下排列，中段在筒體的下部距支座15cm向上排列，錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。 （4）隔熱層和防護(hù)層：絕熱材料常用絕熱材料聚酰氨樹脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。外防護(hù)層采用0.7-1.5mm厚的合金鋁板或0.5-0.7mm的不銹鋼板，特別是瓦楞型板更受歡迎。 （5）罐主要附件：智能型鉑溫度傳感器，清洗取樣閥，安全閥，真空破壞閥，CIP執(zhí)行機(jī)構(gòu)，上視鏡，燈鏡，空氣和二氧化碳排出管裝置。 3. 圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵工藝： （1）進(jìn)罐方法：采用直接進(jìn)罐方法。 （2）接種量和起酵溫度：麥汁直接進(jìn)罐法，為了縮短起酵時(shí)間，大多采用較高接種量，0.6%～0.8%，接種后細(xì)胞濃度為（15±3）×106個(gè)/ml。麥汁接種溫度是控制發(fā)酵前期酵母繁殖階段溫度的，一般低于主發(fā)酵溫度2～3℃。 （3）主發(fā)酵溫度：本設(shè)計(jì)是10°P的淡色啤酒，小于11°P，所以采用低溫發(fā)酵，9-10°C。 （4）VDK還原：在大罐發(fā)酵中，后發(fā)酵一般稱VDK還原階段。VDK還原初期一般不排放酵母，也就是發(fā)酵全部酵母參與VDK還原，這可縮短還原時(shí)間。 （5）冷卻、降溫：VDK還原終點(diǎn)是根據(jù)成品啤酒應(yīng)VDK的含量而定，要求VDK低于0.1mg/L，才稱還原階段基本結(jié)束，可降溫。 （6）罐壓控制：發(fā)酵液中二氧化碳是酵母的毒物，會(huì)抑制酵母繁殖和發(fā)酵速率，大多數(shù)C.C.T發(fā)酵主發(fā)酵階段均采用微壓（小于0.01Mpa-0.02Mpa），主發(fā)酵后期才封罐逐步升高，還原階段1-2天才升至最高值。由于罐耐壓強(qiáng)度和實(shí)際需要，C.C.T罐壓一般最大控制在0.07-0.08Mpa，以后保持或略有下降至啤酒成熟。 （7）酵母的排放和收集：當(dāng)VDK還原至規(guī)定值，可順利從錐底排放泥狀酵母。收集酵母后，用酵母泥的1-1.5倍無菌低溫釀造水（1-2°C）覆蓋并控制存放溫度不超過2°C，每天換一次無菌水。 1.4.4 酵母的添加與回收 在麥汁進(jìn)行充氧同時(shí)添加酵 母，為了使酵母均勻分布在發(fā)酵罐中，酵母應(yīng)在整個(gè)麥汁流入過程中均勻添加，接種量一般為（1.5～1.8）×10/mL麥汁，即約0.6～0.8L濃酵母泥/hL麥汁。種酵母要求：外觀色澤潔白，凝聚性良好，無黏著現(xiàn)象，無雜質(zhì)，無變異，鏡檢酵母細(xì)胞大小整齊，健壯，無雜菌感染，細(xì)胞活性97%以上，冷水低溫保存時(shí)間不超過3天，使用代數(shù)不超過7代。沉降于發(fā)酵罐底的酵母可以分為三類：上層為輕質(zhì)酵母，主要由落下的泡蓋和最后沉降下來的酵母細(xì)胞組成，可做飼料或經(jīng)行其它綜合利用。中層為核心酵母，由健壯、發(fā)酵力強(qiáng)的酵母細(xì)胞組成，其量占65%～70%,可留作下批種酵母用。下層為弱細(xì)胞或死細(xì)胞，由最初沉降下來的顆粒組成，可作飼料或棄置不用。 1.4.5 發(fā)酵設(shè)備的降溫控制 本設(shè)計(jì)采用的發(fā)酵設(shè)備為應(yīng)用極為廣泛的露天錐形發(fā)酵罐，酵母在發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，為使發(fā)酵和后熟在設(shè)計(jì)的工藝溫度下進(jìn)行，必須進(jìn)行冷卻。 常用的冷卻方式有兩種：間接冷卻法和直接冷卻法，由于直接冷卻的冷卻介質(zhì)是液氨，即液氨直接在錐形罐的冷卻夾套中蒸發(fā)并吸熱，在實(shí)際生產(chǎn)中需要注意一下幾個(gè)方面：一是液氨具有刺激性臭味，在一定條件下可燃可爆，二是液氨工作壓力較高，且滲透性很強(qiáng)，因而發(fā)酵罐的夾套焊接要求也較高，故本設(shè)計(jì)采用間接冷卻方式。 間接冷卻方式其冷溶劑是乙二醇與水的混合溶液，它在氨制冷的蒸發(fā)器箱中進(jìn)行冷卻，溫度一般控制在-5℃左右，它主要用于麥汁冷卻和發(fā)酵罐的降溫，一般情況下，發(fā)酵罐冷卻系統(tǒng)有兩種介質(zhì)循環(huán)，即液氨吸熱蒸發(fā)制冷循環(huán)系統(tǒng)和冷卻發(fā)酵罐酒液的酒精水循環(huán)系統(tǒng)。 1.4.6 啤酒生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用 1、麥槽的利用 麥槽是麥芽和大米在不發(fā)芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物質(zhì)構(gòu)成的。麥槽是有價(jià)值的飼料，有較高的蛋白質(zhì)，并受到適度分解。 2、二氧化碳的回收 二氧化碳是啤酒發(fā)酵中最主要的副產(chǎn)物，二氧化碳也是重要的原材料。在過濾后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短時(shí)間內(nèi)溶解和過飽和，簡單而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。 CO2貯氣柜→超壓裝置→壓縮機(jī)→氧化劑洗滌器→水冷卻器→活性炭過濾器→壓縮機(jī)→冷卻器→干燥裝置→冷卻器→液態(tài)CO2貯存罐 3、酵母的回收與利用 根據(jù)酵母和發(fā)酵液的相對(duì)密度不同，采用離心機(jī)分離酒液和酵母。 每生產(chǎn)100噸啤酒可得含水分75%～80%的剩余酵母泥1.5t，可制成含水8.5%～10%的干酵母約0.35t。近年來用啤酒酵母生產(chǎn)具有肉類鮮味的調(diào)料以及生產(chǎn)干酵母粉，有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，故本設(shè)計(jì)采用一個(gè)酵母車間來利用廢酵母生產(chǎn)干酵母，其生產(chǎn)流程如下： 啤酒放棄的酵母泥→固液分離→濕酵母→洗滌脫苦→固液分離→水解→固液分離→干燥→干酵母 ↓ 濃縮→調(diào)配→調(diào)味料 ↓ 酵母膏 1.4.7 成品啤酒 1. 啤酒的過濾 發(fā)酵出來的啤酒經(jīng)酵母分離機(jī)分離出來后，進(jìn)入一薄板冷卻器，然后進(jìn)入啤酒處理罐，進(jìn)行CO2洗滌，再經(jīng)一次冷卻器，冷卻至-1 ℃，經(jīng)粗濾精濾后，送清酒罐然后包裝。 啤酒過濾的主要方式有棉餅過濾機(jī)、硅藻土過濾機(jī)、紙板過濾機(jī)、雙流過濾機(jī)、錯(cuò)流過濾機(jī)、無菌膜過濾機(jī)?，F(xiàn)在普遍使用的是過濾設(shè)備是硅藻土過濾機(jī)、紙板過濾機(jī)和無菌膜過濾機(jī)。硅藻土過濾機(jī)作為啤酒的粗濾，紙板過濾機(jī)作為啤酒的精濾，無菌膜過濾機(jī)主要用于生產(chǎn)純生啤酒。 硅藻土過濾機(jī)主要有板框式、燭式、水平圓盤式三種，本設(shè)計(jì)采用板框式過濾機(jī)。 2．啤酒包裝 啤酒的包裝形式有瓶裝、易拉罐裝和桶裝三種形式，本設(shè)計(jì)生產(chǎn)的主要是瓶裝啤酒。啤酒包裝的基本功能有以下幾點(diǎn)。 ⑴保護(hù)功能。包裝應(yīng)該保證產(chǎn)品的安全和清潔衛(wèi)生，使其在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售過程中不致散失、損壞和變質(zhì)，這是包裝最基本的作用。 ⑵美化增值功能。美觀大方的包裝造型、生動(dòng)形象的圖案和新穎別致的裝潢可以襯托產(chǎn)品形象，提高產(chǎn)品的附加價(jià)值。 ⑶促銷功能。包裝是“無聲的推銷員”，消費(fèi)者通過包裝可以了解產(chǎn)品，引起消費(fèi)興趣，激發(fā)購買動(dòng)機(jī)，從而有利于擴(kuò)大商品銷售。 46 第二章 工藝計(jì)算 2.1 物料衡算 2.1.1 物料衡算的意義 物料衡算是指理論上進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，所要消耗的物料和可以得到的產(chǎn)品以及副產(chǎn)品的量，物料衡算的準(zhǔn)確與否關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)工藝的合理性和設(shè)計(jì)的可行性，是整個(gè)設(shè)計(jì)階段的重要一環(huán)。 2.1.2 物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 根據(jù)表2-1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算，然后進(jìn)行100L 10°P啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行7萬噸/年啤酒廠的物料衡算。 項(xiàng)目 名稱 百分比﹪ 說明 定 額 指 標(biāo) 原料利用率 98.5 麥芽水分 5.0 大米水分 12 無水麥芽浸出率 75 無水大米浸出率 95 原料 配比 麥芽 70 大米 30 損 失 率 冷卻損失 5.0 發(fā)酵損失 1.5 對(duì)熱麥汁而言 過濾損失 1.0 裝瓶損失 1.0 總損失率 啤酒總損失率 8.5 對(duì)熱麥汁而言 表2-1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 2.1.3 100㎏原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算 熱麥汁量： 根據(jù)表2-1可得原料收得率分別為： 原料麥芽收得率為： 0.75(100-5)÷100=71.25% 原料大米收得率為： 0.95(100-12)÷100=83.6% 混合原料收得率為：（0.7×71.25%+0.3×83.6%）×98.5%=73.83% 由上述可得100kg混合原料可制得10°P熱麥汁量為： （73.83÷10）×100=738.3（kg） 查《啤酒工業(yè)手冊(cè)》得10°P麥汁在20°C的密度為1.04kg/L。而100°C熱麥汁比20°C時(shí)的麥汁體積增加1.04倍。故， ①熱麥汁（100°C）體積為：738.3÷1.04×1.04=738.3（L） ②冷麥汁量為： 738.3×（1-0.05）=701.38(L) ③發(fā)酵液量為： 701.38×（1-0.015）=690.86（L） ④過濾酒量為： 690.86×（1-0.01）=683.95(L) ⑤成品啤酒量： 683.95×（1-0.01）=677.11（L） 2.1.4 生產(chǎn)100L 10°P啤酒的物料衡算 根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)10°P淡色啤酒約677.11L，故可得下述結(jié)果： ⑴生產(chǎn)100L 10°P淡色啤酒需耗混合原料量為： 100÷677.11×100=14.77（kg） ⑵麥芽耗用量： 14.77×70%=10.34（kg） ⑶大米耗用量： 14.77×30%=4.43（kg） ⑷酒花耗用量： 738.3÷677.11×100×0.2%=0.218（kg） PS: 對(duì)淺色啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2% 同理，100kg原料耗酒花： 677.11÷100×0.218=1.48(kg) ⑸熱麥汁量： 738.3÷677.11×100=109.04（L） ⑹冷麥汁量： 701.38÷677.11×100=103.58（L） ⑺發(fā)酵液量： 690.86÷677.11×100=102.03（L） ⑻濾過酒量: 683.95÷677.11×100=101.01(L) ⑼成品酒量： 677.11÷677.11×100=100（L） ⑽濕糖化糟量：設(shè)排出的濕麥糟含水分80% 濕麥芽糟量：[(1-0.05)(100-75)/(100-80)] ×10.34=12.28（kg） 濕大米糟量: [(1-0.12)(100-95)/(100-80)] ×4.43=0.97(kg) 故濕糖化糟量：12.28+0.97= 13.25（kg） 同理，100kg原料產(chǎn)生濕糖化糟：677.11÷100×13.25=89.72(kg) ⑾.酒花糟量：設(shè)酒花在麥汁中的浸出率為40%，酒花糟含水分以80%計(jì)，則酒花糟量為：0.218×(100-40)×100/(100-80)×100=0.645Kg 同理，100kg原料產(chǎn)生濕酒花糟：677.11÷100×0.654=4.43（kg） ⑿酵母量（以商品干酵母計(jì)）： 生產(chǎn)100L啤酒可得2kg濕酵母泥，其中一半作生產(chǎn)接種用，一半作商品酵母用，即為1kg。濕酵母泥含水分85% 酵母含固形物量：1×（100-85）÷100=0.15（kg） 則含水分7%的商品干酵母量：0.15×100÷（100-7）=0.16（kg） ⒀二氧化碳量：因10°P冷麥汁密度為1.04kg/L，則103.58L冷麥汁質(zhì)量為：103.58×1.04=107.72（kg） 所以，10°P冷麥汁中浸出物量：103.58×10%=10.36（kg） 設(shè)麥汁的真正發(fā)酵度為80%，則可發(fā)酵的浸出物量： 10.36×80%=8.29（kg） 麥芽糖發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)式為： C12H22O11+H2O→2C6H12O6 2C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ 設(shè)麥芽汁中的浸出物均為麥芽糖構(gòu)成，則CO2生成量： 8.29×4×44÷342=4.27（kg） 式中： 44—CO2分子量 342—麥芽糖（C12H22O11）分子量 設(shè)10°P啤酒含CO2為0.4%啤酒中其含量有：103.58×0.4%=0.41（kg） 則釋放出的CO2量：4.27-0.41=3.86（kg） 而1m3 CO2在20°C常壓下重1.832kg 故釋放出的CO2的體積為：3.86÷1.832=2.11 m3 2.1.5 年產(chǎn)7萬噸10°P啤酒糖化車間物料衡算 生產(chǎn)旺季以150天計(jì)，占總量的80%，則旺季日產(chǎn)量為: 70000×80%÷150=373.33(噸/天) 設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化6次，旺季總糖化次數(shù)為6×150=900次（淡季根據(jù)需要酌情調(diào)整糖化次數(shù)），可算得每次糖化可產(chǎn)成品啤酒量（灌裝后）為：373.33÷6=62.2（噸/次） 由此可以算出每次投料量和其他項(xiàng)目的物料平衡： 1. 成品啤酒量（罐裝前）：62.2×1000/（1-1%）/1.010=62206.2（L） 2. 麥芽用量： 62206.2/677.11×70=6430.9（kg） 3. 大米用量：62206.2÷677.11×30=2756.1（kg） 4. 混合原料用量：6430.9+2756.1=9187（kg） 5. 熱麥汁量: 62206.2÷677.11×738.3=67827.7（L） 6. 冷麥汁量: 62206.2÷677.11×701.38=64435.9（L） 7. 濕糖化糟量: 62206.2÷677.11×89.72=8242.6（kg） 8. 濕酒花糟量: 62206.2÷677.11×4.43=406.98（kg） 9. 發(fā)酵液量： 2206.2÷677.11×690.86=63469.4（L） 10. 過濾酒量： 62206.2÷677.11×683.95=62834.6（L） 11. 酒花量： 62206.2÷677.11×1.48=135.97（kg） 由于生產(chǎn)旺季占到全年產(chǎn)量的80%，由此可算得全年產(chǎn)量： 62206.2×6×150÷80%=69.98×106（L） 年實(shí)際產(chǎn)量為：69.98×106×1010=7.07（萬噸） 以單次糖化生產(chǎn)做基準(zhǔn)，可算得各個(gè)項(xiàng)目全年?duì)顩r如下： ⑴全年混合原料需要量：9187×6×150÷80%=10.34×106（kg） ⑵全年麥芽耗用量：6430.9×6×150÷80%=7.23×106（kg） ⑶全年大米耗用量：2756.1×6×150÷80%=3.10×106（kg） ⑷全年酒花耗量：135.97×6×150÷80%=1.53×105（kg） ⑸熱麥汁量：67827.7×6×150÷80%=76.31×106（L） ⑹冷麥汁量：64435.9×6×150÷80%=72.49×106（L） ⑺全年濕糖化糟量：8242.6×6×150÷80%=9.28×106（kg） ⑻全年濕酒花糟量：406.98×6×150÷80%=4.58×105（kg） ⑼全年發(fā)酵液量：63469.4×6×150÷80%=71.40×106（L） ⑽全年過濾酒量：62834.6×6×150÷80%=70.69×106（L） ⑾全年成品啤酒量：62206.2×6×150÷80%=69.98×106（L） 把前述的有關(guān)啤酒物料衡算計(jì)算結(jié)果整理見下表2-2： 備注：10°P啤酒的密度為1010kg/m3，實(shí)際年生產(chǎn)啤酒：7.07萬噸 2.2 耗熱量的計(jì)算 在論證部分，選用二次煮出糖化法生產(chǎn)麥汁，下面就以此工藝為基準(zhǔn)進(jìn)行糖化車間的熱量計(jì)算。工藝流程示意圖如下圖所示：投料為糖化一次所需原料。操作示意圖如下所示： 自來水，18℃ 糊化鍋 糖化鍋 大米粉 2756.1kg 麥芽粉 551.22kg 料水比 1:4.5 料水比 1:3.5 麥芽粉 6430.9kg T(℃，20分鐘) 熱水 50℃ 46.07℃ 60分鐘 10分鐘 13分鐘 70℃ 63℃，60分鐘 T(℃) 12分鐘 5分鐘 90℃，20分鐘 7分鐘 100℃，40分鐘 70℃，25分鐘 20分鐘 過濾 糖化結(jié)束 78℃ 100℃，10分鐘 麥糟 酒花糟，熱凝固物 冷凝固物 90分鐘 麥汁 煮沸鍋 回旋沉淀槽 薄板冷卻器 酒花 去發(fā)酵罐 冷麥汁 2.2.1 糖化用水耗熱量Q1 根據(jù)工藝設(shè)計(jì)糊化鍋中的料水比為1: 4.5，糖化鍋中的料水比為1:3.5，料水比過大，盡管對(duì)糊化有利，但是耗能大，設(shè)備體積大。料水比過小的話，醪液粘稠，需較大的攪拌設(shè)備且及易產(chǎn)生糊鍋的現(xiàn)象。 所以糊化鍋加水量為： G1=（2756.1×0.2+2756.1）×4.5=14882.94（kg） 式中2756.1為糖化一次大米粉量，2756.1×0.2為糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的20%）。 糖化鍋加水量為：G2=5879.68×3.5=20578.88（kg） 式中糖化一次投入糖化鍋麥芽量為5879.68（kg）, 6430.9-551.