啤酒工厂设计 [文档在线提供]

齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文）题 目 10万11（淡爽）啤酒厂设计 学 院 生命科学与工程学院 专业班级 生物工程051班 学生姓名 曾 德 响 指导老师 田 英 华 成 绩 2009年6月 20 日齐齐哈尔大学毕业设计(论文)摘 要淡爽啤酒口味新鲜淡爽、酒花香味突出、泡沫洁白细腻并且营养丰富，是人们所喜爱的饮料之一。它是一种绿色食品。随着人们健康意识的增加，啤酒消费将出现热潮。啤酒是以麦芽和大米为主要原料，添加酒花，采用啤酒酵母发酵酿制而成的一种低二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。 本设计对10万吨11淡爽啤酒厂进行生产工艺流程论证，物料衡算，糖化工段热量衡算，发酵工段耗冷计算，水量衡算等等。并对啤酒厂主要设备的体积，外形尺寸，壁厚，附件及重点设备煮沸锅进行研究设计。糖化方法采用双醪浸出糖化法，发酵方法采用下面低温发酵法。在降低能耗、减少水污染、啤酒糟的回收与利用等方面进行了探讨研究。关键词：啤酒厂；工艺论证；物料衡算；热量衡算；煮沸锅AbstractThe light beer tastes fresh and light. The hops fragrance from the beer is prominent. The bubble of it is white and exquisite.And also the nutrition is rich. It is a Green food. With the increase in health awareness, beer consumption will appear boom.The beer uses malt and rice as the main raw materials, adding hops and also with some beer yeast to ferment and brew. Its one kind of drinking wine which including low Carbon Dioxide, sudsy and low alcohol degree. An production process demonstration for the design of 1000,000 tons of 11 light beer and also Production material balance, Glycosylated section heat balance, Calculation of consumption of cold on fermentation section， Water balance were carried on. The brewery of the volume of the major equipment, profile size, area, the thickness of cylinder, attachment, the major equipment of Boiling Pot has been designed and researched.The method of Glycosylated use double-infusion mashing syetem. Fermentation method use the bottom low-temperature fermentation. The reducion of power consumption,.water pollution, recovery and utilization of brewers grains were researched and discussed.Key words:Brewery; Technology demonstration; Materials balance calculate; Heat balance calculate; Boiling potIII目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 啤酒工业概论11.2 啤酒的分类及鉴定11.2.1 啤酒的分类11.2.2 啤酒鉴别21.2.3 啤酒的保质期21.3 中国啤酒产业的发展趋势31.4 课题研究内容及方法41.4.1 设计依据41.4.2 设计范围41.4.3 指导思想41.5 厂址的选择51.5.1 厂址的地点及条件51.5.2 自然条件5第2章 啤酒厂生产工艺及论证62.1 原料62.1.1 大米62.1.2 麦芽62.1.3 酿造水72.1.4 酒花72.1.5 酵母82.2 啤酒生产工艺流程102.3 工艺原理及方法102.3.1 原料粉碎102.3.2 糖化方法及工艺论证112.3.3 过滤132.3.4 麦汁煮沸132.3.5 麦汁后处理142.3.6 啤酒的发酵152.3.7 啤酒的过滤172.3.8 罐装流程18第3章 啤酒生产物料衡算193.1 物料平衡计算193.1.1 糖化车间工艺流程193.1.2 工艺技术指标及流程203.1.3 100千克原料（70%麦芽、30%大米）生产出的啤酒量203.1.4 生产100L11淡色啤酒的物料衡算213.1.5 二氧化碳量223.1.6 10万吨/年11淡色啤酒糖化车间物料衡算233.2 热量衡算253.2.1 糖化用水耗热量263.2.2 第一次米醪煮沸耗热量263.2.3 煮沸过程蒸汽带出的热量273.2.4 热损失283.2.5 米醪煮沸耗热总量283.2.6 混合醪升温至68的耗热量283.2.7 洗糟水耗热量Q4293.2.8 麦汁煮沸过程耗热量293.2.9 糖化一次总耗热量303.2.10 糖化一次耗用蒸汽量303.2.11 糖化过程每小时最大蒸汽耗量313.2.12 蒸汽单耗313.3 耗冷量的计算323.3.1 发酵工艺流程323.3.2 工艺技术指标及基础数据323.3.3 工艺耗冷量323.3.4 发酵耗冷量333.3.5 非工艺耗冷量363.3.6 100000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算373.4 耗水量衡算373.4.1 工艺用水373.4.2 洗涤用水403.4.3 啤酒生产用水量衡算40第4章 啤酒生产主要设备的选型及论证414.1 主要设备设计选型及论证414.1.1 麦芽暂贮箱414.1.2 麦芽粉贮箱414.1.3 大米暂贮箱424.1.4 大米粉贮箱434.1.5 糖化过滤槽434.1.6 糖化锅444.1.7 糊化锅444.1.8 麦汁冷却器454.1.9 发酵罐464.2 煮沸锅464.2.1 圆柱筒体的厚度计算474.2.2 锅体下封头的选择与厚度计算484.2.3 锅体上封头的选择与计算494.2.4 内加热器的计算504.2.5 换热器的面积544.2.6 换热器蒸汽进管的计算544.2.7 麦汁排醪管径计算544.2.8 麦汁倒醪入口管径计算554.2.9 锅重及支座选型554.2.10 升气管564.2.11 人孔564.2.12 视镜56第5章 啤酒工厂三废治理575.1 三废治理575.1.1 啤酒厂的废水情况575.1.2 啤酒工厂减少废水污染的途径575.1.3 国内废水排放标准585.2 副产物的利用585.2.1 麦糟的利用595.2.2 二氧化碳的回收59总 结60参考文献61附 录62致 谢64第1章 绪 论1.1 啤酒工业概论啤酒的主要原料是大麦，大麦是世界上种植最早的谷物之一，几乎世界上所有地区都可种植。啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经啤酒酵母发酵酿制而成的一种含二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。中国正在快步发展经济，成绩举世瞩目，啤酒随着经济发展，人民生活水平提高，逐步从城市走向农村，成为人民大众最喜爱的饮料之一。我国啤酒工业起步较晚，但发展迅速。目前，我国啤酒的年产量已位居世界首位。但从人均消费量来看，远远落后于发达国家水平。我国啤酒厂数量多，但设备参差不齐。最近几年啤酒产业正向着规模化、效益化发展。不少的酒厂被大酒厂兼并。这一发展趋势符合世界啤酒发展趋势。随着啤酒生产现代化的迈进，我们将会喝到更新鲜、更淡爽的、更可口的啤酒。1.2 啤酒的分类及鉴定1.2.1 啤酒的分类1.根据原麦汁浓度分类啤酒酒标上的度数与白酒酒标上的度数不同。它并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。主要的度数有8、10、11、12、14、16、18啤酒。日常生活中我们饮用的啤酒多为11、12。2.根据啤酒色泽分类淡色啤酒-色度在514EBC之间。淡色啤酒为啤酒产量中最大的一种。淡色啤酒又分为淡黄色啤酒、金黄色啤酒。淡黄色啤酒口味淡爽，酒花香味突出。金黄色啤酒口味清爽而醇和，酒花香味也突出。浓色啤酒-色泽呈红综色或红褐色，色度在1440EBC之间。浓色啤酒麦芽香味突出、口味醇厚、酒花苦味较清。黑色啤酒-色泽呈深红褐色乃至黑褐色，产量较低。黑色啤酒麦芽香味突出、口味醇厚、泡沫细腻，苦味根据产品类型而有较大差异。3.根据杀菌方法分类鲜啤酒-啤酒包装后，不经巴氏灭菌的啤酒。这种啤酒味道鲜美，但容易变质，保质期7天左右。 熟啤酒-经过巴氏灭菌的啤酒。可以存放较长时间，可用于外地销售，优级啤酒保质期120天左右。4.根据啤酒酵母性质分类上面发酵啤酒-采用上面酵母。发酵过程中，酵母随CO2浮到发酵面上，发酵温度1520。啤酒香味突出。下面发酵啤酒-采用下面酵母。发酵完毕，酵母凝聚沉淀到发酵容器底部，发酵温度510.啤酒的香味柔和。世界上绝大部分国家采用下面发酵啤酒。我国的啤酒均为下面发酵啤酒，其中著名啤酒有青岛啤酒、珠江啤酒等。1.2.2 啤酒鉴别酒体色泽：普通浅色啤酒应该是淡黄色或金黄色，黑啤酒为红棕色或淡褐色。 透明度：酒液应清亮透明，无悬浮物或沉淀物。 泡沫：啤酒注入无油腻的玻璃杯中时，泡沫应迅速升起，泡沫高度应占杯子的三分之一，当啤酒温度在815时，5分钟内泡沫不应消失；同时泡沫还应细腻，洁白，散落杯壁后仍然留有泡沫的痕迹（挂杯）。香气：在酒杯上方，用鼻子轻轻吸气，应有明显的酒花香气，新鲜、无老化气味及生酒花气味；黑啤酒还应该有焦麦芽的香气。品尝味道：入口纯正，没有酵母味或其它怪味杂味，口感清爽、协调、柔和、口味愉快而消失迅速，无明显的涩味，有二氧化碳的刺激，使人感到杀口。1.2.3 啤酒的保质期瓶装、听装熟啤酒保质期不少于120天（优、一级），60天（二级）。瓶装鲜啤酒保质期不少于7天。罐装、桶装鲜啤酒保质期不少于3天。1.3 中国啤酒产业的发展趋势1.行业结构的变化 集团化、规模化。企业数量继续下降，青岛、燕京、华润的下属企业会继续增加，生产能力和年产量还将持续增长。珠江啤酒集团、哈尔滨啤酒有限公司等二级集团也会迅速扩张。 以业为主，多元发展。大多数啤酒企业集团在把啤酒业做强的同时依靠自身优势进入其他行业进行多元化发展。如青岛啤酒进入茶饮行业、葡萄酒业，燕京啤酒进入生物制药业，蓝剑集团下属20多家进入其他产业等。信息化。知识经济时代，企业对信息的利用效率可利用程度成为提高企业竞争力的主要方面，啤酒企业对加快企业信息化建设更加重视。一方面加快内部信息化建设，如青岛啤酒集团、珠江啤酒集团、燕京啤酒集团、哈尔滨啤酒投资数千万元上ERP系统，许多企业建立内部局域网等；另一方面加快外部信息沟通和利用。更多的企业成立信息中心，加强对外部商业情报的收集、分析、利用。科技化。科技永远是第一生产力，加快科技进步是啤酒企业未来竞争的焦点之一。在纯生技术进一步提高的同时，啤酒企业会在啤酒保鲜度、延长保鲜期等方面不断创新。2.原料的发展 在5070年代，中国啤酒已经独立种植啤酒大麦和生产酒花，在中国西北地区酒花发展为自给有余，每年还有13000t酒花出口。酒花的-酸含量也较高，超过7%以上，它是苦型花，属中上水平，近几年在发展香花型酒花。制麦大麦是在50年代发展起来的，二棱冬大麦（早熟3号）曾为中国啤酒工业作出贡献，在“七五”期间引进种植新品大麦如匈-84、红日一号、冈二等高质量二棱制麦大麦也在90年代中期得到发展，大麦质量提高，育种研究遍及全国，而且逐步实现区域化。3.啤酒品种向多样化发展 我国啤酒产量的90%左右是1112P的浅色下面啤酒。多数啤酒厂已经重视啤酒品种的多样化。今后人们对啤酒作为“酒”（酒精饮料）将会逐步“淡化”，而作为“饮料”将发展，也就是啤酒浓度、酒精含量将会逐步降低。本世纪末，中国将有2亿人口进入老年，老年专用啤酒低糖、低醇、保健型啤酒将有较大市场。小麦啤酒、白啤酒、全麦芽啤酒、配合啤酒（和果汁等配合）也会发展。4.啤酒修饰技术在发展低浓度啤酒时，啤酒修饰技术应得到大家的重视。从麦芽中提取香味物质的研究，在8P啤酒上应用，明显增加了啤酒麦芽香和酒花香味。低浓度啤酒淡而不寡，增加柔和感，也必须依赖后修饰。从酵母中提取风味物质，改善啤酒的风味。1.4 课题研究内容及方法1.4.1 设计依据本设计是根据齐齐哈尔大学生命科学与工程学院生物工程教研室布置的毕业设计大纲要求来进行设计的。1.4.2 设计范围本设计为年产10万吨11的啤酒厂，重点设备煮沸锅，糖化工段为重点工段。该设计包括工艺方法及流程的选择论证，物料衡算，耗热量衡算，耗冷量衡算，设备选型及论证，车间的布置，设计并绘制图纸（糖化车间流程图、发酵车间流程图、糖化车间平面布置图、糖化车间立面布置图、重点设备装配图），三废处理等。1.4.3 指导思想设计出来的啤酒厂要求投资小、技术高、运行稳定、管理方便、环境好。最重要的一点是生产成本低。根据查阅有关资料和实际考察。本设计在确定工艺方法、工艺流程和设备选型时，参考了明月岛啤酒厂和大连雪花啤酒厂的实际情况。在工艺方面，力求合理性和先进性；在设备方面，采用先进技术及机械化、自动化生产控制，提高劳动力生产率；在经济上，要做到合理利用资源，降低能耗，减少污染，保护环境，减少浪费。1.5 厂址的选择1.5.1 厂址的地点及条件本设计的厂址选择在广州市南沙开发区。广州市南沙经济开发区位于广州市的东南部、伶仃洋的西岸。规划面积为544平方公里，期中陆地面积为338平方公里。她位于珠江三角洲的地理几何中心，方圆100公里范围内把整个珠江三角洲城市群都网络其中。南沙水路距香港38海里，距澳门41海里。周边有广州、珠海、深圳、香港、澳门等五大国际机场。南沙背靠着珠江三角洲4000万人口的广阔市场腹地。又通过穗、深、港、澳等大城市连着海内外市场，战略位置突出，具有很强的市场潜力和辐射力。在这里建厂，原因有以下几个方面：第一：市场广阔。优越的地理位置、庞大的消费市场、辽阔的辐射区域，为投资者提供了广阔的市场前景。第二：劳动力资源丰富。1.5.2 自然条件1.气候 广州地处南亚热带，属南亚热带典型的季风海洋气候。由于背山面海，海洋性气候特别显著，具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长、霜期短、水热同期等气候特征。年平均气温为21.421.8，日均气温都在0以上；雨量充沛，年降水量为1689.31876.5毫米。冬夏季风的交替是广州季风气候突出的特征。冬季的偏北风因极地大陆气团向南伸展而形成的，干燥寒冷。夏季偏南风因热带海洋气团向北扩张所形成的，温暖潮湿。夏季风转换为冬季风一般在9月份，而冬季风转换为夏季风在4月份。2.水资源南沙位于珠江出海口，珠江水量充沛，上游支流多，能及时更新水源。提供大量的清洁用水。第2章 啤酒厂生产工艺及论证2.1 原料2.1.1 大米啤酒酿造用大米，原则上凡大米不论品种均可用来酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也愈好1。一般来说梗米优于山米，晚稻米优于早稻米，糯米优于非糯米。糯米酿造啤酒，发酵度适中，啤酒的口味纯净，泡持性好。由于大米淀粉含量高（75%82%），无水浸出率高达90%93%，无花色苷，含脂肪低（0.2%1.0%），并含有较多泡持蛋白（糖蛋白）。本设计用大米（大米麦芽=37）作辅料酿造啤酒，所酿造的啤酒色泽浅、口味柔和，泡沫洁白细腻，泡持性好，它是优良的啤酒辅料。现阶段有人应用正交旋转组合试验设计,研究了在挤压大米过程中添加酶制剂作啤酒辅料对糖化过程的影响规律。试验结果表明：用挤压加酶大米作啤酒辅料,淀粉利用率较高,其麦汁浸出物收得率提高了5.09%。在可见的未来，挤压膨化大米啤酒辅料是啤酒酿造技术发展趋势之一2。大米对啤酒风味的影响:正面：用大米做辅料，可以改善啤酒的色泽和风味，泡沫洁白细腻，泡持性耗，提高啤酒的非生物稳定性。负面：经过碾米后的精米，极不耐贮藏，在贮藏中由于呼吸作用、氧化作用、酶促分解，使米质恶化。特别是脂肪分解后形成脂肪酸，渗透进入胚乳，充塞于直链淀粉的螺旋圈内，导致阻碍淀粉吸水膨胀，使糊化困难。在酿制过程中不饱和的脂肪酸可通过酶和非酶氧化为过氧化物，进一步氧化为羟基化合物，形成啤酒风味老化的醛类物质。2.1.2 麦芽溶解良好的麦芽应该无霉杂味，麦芽香浓，牙咬发脆且松散。优质浅色麦芽具淡黄色而有光泽感。优良浅色麦芽糖化时间为1015min，糖化时间代表着麦芽淀粉酶的综合性活动，时间愈短活力愈强。本设计采用淡色麦芽作为主要原料酿造啤酒。淡色麦芽的感官要求淡黄色、有光泽、具有麦芽香味、无异味、无霉粒。在酿造时要先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，干燥后叫麦芽。麦芽的制造主要分为四个阶段：第一：精选后的大麦浸泡在水中，使大麦吸收水分，达到能发芽的要求，此阶段称为浸麦。根据设备和工艺要求的不同，有多种方法。第二：然后在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程中形成的酶系，使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽。大麦发芽的主要目的：胚乳细胞壁的部分或全部降解，使干燥后的麦芽变得疏松，更易粉碎，内容物质更容易溶出。第三:发芽完毕成为绿麦芽，利用热空气进行干燥。干燥的目的：使绿麦芽停止生长和酶的分解作用，除去多余的水分，防止腐烂，便于运输。使根部干燥便于除去，增加麦芽的色、香、味。第四：经过机械原理将麦芽的根除去。2.1.3 酿造水啤酒的主要成分是水，所以水的好坏对啤酒的影响很大。用于酿造啤酒的水应该是无色、透明、无沉淀、无味、总溶解盐150200mg/L、PH值6.87.2、有机物（高锰酸钾耗氧量）03mg/L、铁盐（以Fe计）0.3mg/L、锰盐（以Mn计）0.1mg/L、氨态氮（以N计）0.1mg/L、氯化物（以Cl计）2060mg/L、游离氯0.1mg/L。质量指标应符合啤酒大麦国家标准。通常，软水适于酿造淡色啤酒，碳酸盐含量高的硬水适于酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色，无臭，透明，无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低（含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象）；不含亚硝酸盐。2.1.4 酒花酿造啤酒过程中，添加酒花能赋予啤酒柔和优美的芳香和爽口的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性1。我国酒花主要产地新疆、内蒙、甘肃、青海、黑龙江及北京地区，均在北纬4050。酒花栽培气温的要求，生长期1419，开花期1723，成熟期1525.酒花宜在中性土壤、低地下水位、雨水少（但要有灌溉）、长日照（17002600h）的地区栽培。酒花的化学组成中，对啤酒酿造有特殊意义的三大成分为酒花精油、苦味物质和多酚。酒花中的-酸在麦汁煮沸时异构化，形成异-酸，赋予啤酒爽快的苦味。在传统麦汁煮沸过程中，酒花-酸只有50%能被利用，同时由于酵母吸附以及啤酒过滤，会进一步损失。所以，啤酒中-酸的总利用率很少超过40%，有时可能只有10%。为了最大限度提高-酸利用率，目前开发出多种异构化酒花制品，异构颗粒酒花就是其中的一种。颗粒酒花是目前世界上使用最广泛的酒花制品，也是国内啤酒企业应用最多的酒花制品。颗粒酒花较全酒花的利用率提高了10%25%，贮藏和运输体积减少达80%以上。异构颗粒酒花是把-酸先经异构化处理，再用于啤酒酿造，酒花利用率提高90%以上3。多酚对啤酒质量有双重影响：一方面：是啤酒口味助剂能加强啤酒的醇厚性和抗氧化能力。在麦汁煮沸时及冷却过程中，能与蛋白质结合产生凝固物沉淀，促进非生物稳定性。另一方面：多酚能与啤酒中的蛋白质形成聚合体，是造成啤酒浑浊的主要原因，影响啤酒的非生物稳定性。要避免形成这种类型的浑浊，可以去除蛋白多酚或两者成比例的去除。采用吸附剂通过吸附作用除去啤酒中的多酚类物质，减少或者除去形成蛋白质多酚类物质复合物的前体。不但能提高啤酒的澄清度，还能使啤酒稳定延长啤酒的货架寿命，改善啤酒的风味。常用的吸附剂有：皂土、活性炭、硅胶、尼龙、PVPP等。由于PVPP具有生理安全性吸水性水不溶性络合性等特性，是一种性能优良的多酚类物质吸附剂被广泛应用于啤酒工业中4。表2-1 酒花的感官评定内容鉴定情况外观花体整齐、完整；黄绿色，有光泽，叶片内花粉饱满，金黄色纯净度优良的酒花应不含叶、梗及其他杂物手感干燥良好的酒花有弹性，以手挫擦，有油腻的粘性感觉香味干燥良好的酒花以手挫擦，含有酒花特有的清香气味表2-2 酒花的化学鉴定内容鉴定情况水分应在10%以内-酸香型酒花应在5%以上；苦型酒花应在8%以上软树脂香型酒花应在14%以上，苦型酒花应在16%以上2.1.5 酵母啤酒酵母在麦汁中25培养三天，细胞为圆形、卵形、椭圆形到腊肠形。世界各大型啤酒厂均有自己独特的菌株，各菌株特性是由生产厂长期驯养、选育获得的。由于啤酒酵母种类不同，导致所酿造的啤酒风味也多种多样。啤酒酵母的凝絮特性是重要的生产特性，它会影响酵母回收再利用于发酵的可能，影响到发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法的选择，乃至影响到啤酒风味。金属离子对凝聚作用影响极大。特别是钙离子，一般认为在啤酒中Ca2+达到30mg/L以上，啤酒酵母才能呈良好的凝聚性其他二价离子也能促进凝聚，但远比Ca2+低1。啤酒酿造中，酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精。啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。为了避免野生酵母和细胞的污染，必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作。评价酵母菌种优良与否，主要从以下几个方面考虑：形态学上的要求：细胞形态为圆形或卵圆形，优良菌株酵母短轴与长轴之比为1：（1.11.3），细胞大小趋向于中小型体积为（100m3160m3），相同接种量，细胞比表面积大，发酵速度快。生理学要求：希望选择繁殖速度快的菌株，细胞倍增时间短，细胞密度增长快，短接种后的停滞期，很快进入对数生长期。发酵力的要求：主要指酵母对糖的发酵能力，希望酵母具有良好的合成麦芽糖和麦芽三糖渗透酶的能力，使酵母能利用麦芽糖、麦芽三糖进行发酵，提高发酵度。凝聚性和沉淀能力：凝聚性太强的酵母一般发酵速度较慢，发酵度偏低，双乙酰还原慢。要求凝聚性适中，即能达到较高的发酵度，又沉淀坚实，发酵完毕后能顺利从发酵液中分离。双乙酰峰值和还原速度：希望双乙酰峰值低，还原速度快。挥发性风物物质：要求酵母最终代谢产物赋予啤酒以良好的风味。酵母对压力的耐受力：希望酵母对压力有较强的耐受力。酵母的稳定性：希望酵母能抗变异，连续发酵10代以上发酵速度、发酵度、双乙酰含量及酒的风格无显著变化。主酵液和成品啤酒的风味品尝：不能有特殊的异香、异味。2.2 啤酒生产工艺流程沉淀槽冷却器粉碎机大米糊化锅加酒花麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅罐装灭菌清酒罐过滤机发酵罐扩培罐图2-1 啤酒生产工艺流程图2.3 工艺原理及方法其主要过程有原料粉碎，糖化，过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。2.3.1 原料粉碎原料粉碎的目的主要在于，使表皮破裂，增加麦芽本身的表面积，使其内容物质更容易溶解，利于糖化。按其粉碎类型来说，可以分为干粉碎和湿粉碎两种。大米的粉碎：对于大米来说，粉碎得越细越好，越利于糊化。辅料粉碎后的时间不能超过24h，防止发热结块。本设计采用湿法粉碎，原因是由于麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎，胚乳带水碾磨，较均匀，糖化速度快，可提高过滤速度20%25%。麦芽在预浸槽中用温水（2550）浸泡1020min，使麦芽的含水量达到25%35%，放走浸泡水，用加料锟把麦芽加入四锟式粉碎机中，带水粉碎，粉碎物在匀浆槽中加入3040糖化水，匀浆后用醪泵送至糖化锅。2.3.2 糖化方法及工艺论证糖化是指将麦芽和辅料中的高分子贮藏物质及其分解产物，通过麦芽中各种水解酶类作用，以及水和热力作用，使之溶解并溶解于水。本设计采用双醪浸出糖化方法，所制麦汁色泽浅，粘度低，味柔和，发酵度高。特别适合酿造浅色淡爽型啤酒.而且操作简单，糖化时间短，在3小时内即可完成。目前我国用辅料酿造淡色啤酒的厂家大多采用此法。酿制的啤酒，色泽淡黄，泡沫丰富，洁白细腻，挂杯持久，具有特殊风味。整个糖化过程包括：淀粉分解，蛋白质分解，-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。糖化过程是原料的分解和萃取过程，它主要是依靠麦芽中各种水解酶的酶促分解和萃取过程。糖化过程中的工艺控制，主要是通过下述环节来进行：1. 选择麦芽的质量，辅料的种类及其配比、配料。2. 麦芽及非麦芽谷物的粉碎度。3. 麦芽中各种水解酶的作用条件，如温度、PH、底物浓度、作用时间。4. 加热的时间和温度。5. 有时还需通过外加酶制剂、加酸、无机盐进行调节控制。糖化时主要物质变化：1. 非麦芽谷物中淀粉的糊化和液化。2. 淀粉的糖化。3. 糖化过程中蛋白质的分解。4. -葡聚糖的分解。5. 麦芽谷皮成分的溶解。糖化的主要方法：煮出糖化法，复式浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化。在各种糖化方法中物料的主要变化是依据麦芽中各类水解酶的催化，糖化控制就是创造合于各类酶作用的最佳条件，各种糖化方法中有几段控制原理是相似的1。（1）酸休止 利用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲汀的水解，产生酸性磷酸盐，有时还利用乳酸菌繁殖产生乳酸，此工艺条件是：温度为3537，pH5.25.4，时间为3090min。（2）蛋白质休止 利用麦芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸（-氨基氮）和利用内切肽酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸。蛋白质休止最佳pH为5.25.3，最适温度：形成-氨基氮为4550，形成可溶性多肽为5055，作用时间为10120min。（3）糖化分解 淀粉分解成可溶性糊精和可发酵性糖，对麦芽中的-淀粉酶催化形成可发酵性糖，最适温度为6065（62.5）。-淀粉酶最适活性温度为70.这两个酶共同作用，最适pH为5.55.6，作用时间为30120min。（4）糖化终了 无论哪一种糖化方法，糖化终了，必须使醪中除了-淀粉酶以外，其他水解酶均失活，此温度为7080.在此温度范围内主要依据需保留-淀粉酶的量及考虑到过滤的需要。采用上限温度，醪粘度小，过滤加快，有害物质溶解多，-淀粉酶残留少。设计采用双醪浸出糖化法。辅料采用较大加水比进行糊化，并尽可能利用外加-淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽，在糊化煮沸时，促进皮壳溶解和形成焦糖、类黑精。辅料糊化醪一次倒入糖化锅。经糊化后的大米醪与麦芽醪混合后，直接经过68保温30min，升温到78保温15min到过滤温度，然后过滤。麦芽粉+50酿造水4630min20min大米粉+耐温-淀粉酶+52酿造水1/min7020min 4710430min 5 min6830minNnN7025min7815min20204060801001201401601802002202401030405060708090100糖化时间/min糖化温度/5min碘试不呈色图2-2 糖化工艺曲线曲线说明：（1）大米在糊化锅中与水混合，并升温煮沸糊化，与此同时麦芽与水在糖化锅内混合，46.76保温，进行蛋白质休止。（2）糊化过程是：糊化是在47.09恒温20min，加热到70保温20min，再加热到104煮沸30min.糖化过程是：在46.76保温30min进行蛋白质休止，对醪加热到糖化温度68，恒温60min再加热到78结束糖化过程。糖化工艺论证：占投料总量30%的大米先在糊化锅中煮沸糊化。大米糊化温度高，若直接与麦芽一起糊化会造成大米糊化不完全，大米浸出率下降，浪费原料等。有时会破坏麦芽中的水解酶类，影响到原料的利用率。由于麦芽糖化力和粉碎度的因素，麦芽糖化宜采用分段式糖化方法：首先， 在46.76进行蛋白质休止，目的是减少高分子氮比列，限制蛋白质过度分解。麦汁中有适量的可溶性氮及其分解中间产物能赋予啤酒醇厚丰满的口感；升温至68利用-和-淀粉酶协助麦芽醪的糊化、液化，促进果糖、葡萄糖、麦芽糖等可发酵性糖的形成；然后在78麦芽中的水解酶类钝化；糖化醪的pH是随麦芽质量、酿造用水水质而变化，对于啤酒的糖化，一般在6370温度范围内，-和-淀粉酶的最适pH范围较宽，可以在pH5.25.8范围内波动，影响不大。2.3.3 过滤糖化过程结束后，已基本完成了麦芽和辅料中高分子物质的分解、萃取。因此。必须在最短时间内，将糖化醪中的可溶性浸出物与不溶性的麦糟分离，获得尽可能多的澄清麦汁。麦汁的分离过程实际就是一个过滤过程，麦芽中的麦皮直接起到过滤介质的作用。过滤在整个生产中虽然工艺参数较少，但操作技术却是要求最高的一个过程。过滤控制不当，不仅影响到最终麦汁产量，而且会给啤酒的泡沫、风味、非生物稳定性等带来不良的影响。麦芽醪的过滤设备，通常有三类：（1）依赖于液柱静压力为推动力的过滤槽法。（2）依靠泵送醪的正压力为推动力的压滤机法。（3）依赖于液柱正压力和麦汁泵抽吸局部负压的渗出过滤槽法。 本设计采用压滤法：板框式压滤机是由容纳糖化醪的框和分离麦汁的滤布及收集麦汁的滤板各若干组组成过滤元件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。采用此法麦汁收得率高，可实现自控，而且操作费用低、水耗小。糖化醪过滤多采用过滤糟进行间歇操作，包括：过滤槽预热、进醪、静置、打回流、过滤得头号麦汁、洗槽得洗涤麦汁。2.3.4 麦汁煮沸（1）煮沸的作用蒸发多余的水分，浓缩到规定的浓度： 使酒花中的有效成分溶解于麦芽汁中，使麦汁具有香味和苦味； 使麦汁可凝固性蛋白质凝结沉淀，延长啤酒的保存期； 钝化全部的酶和麦芽汁杀菌；排除麦汁中的特异的异杂臭味。（2）操作过程由板框过滤机泵入煮沸锅的麦汁液位置达到一定高度后，开始向列管加热器通入蒸汽，令麦汁保持沸腾60min，蒸发强度10%，当出现溢锅时，打开冷却水阀门，冷水通过冷环管进入锅内，同时关蒸汽阀，降低蒸发强度。本设计采用内加热器加热，内加热器由于结构紧凑，不需要动力，有利于节省蒸汽耗量，还省去了其他外加热器的附件，节省了成本投资。酒花分两次添加：第一次，煮沸510分钟，添加总量的30%40%；第二次，煮沸3045分钟，添加总量的60%70% 2.3.5 麦汁后处理由煮沸锅放出的定型热麦汁，在进入发酵以前还需要进行一系列处理，包括：热凝固物分离，冷凝固物分离、冷却、充氧等系列处理，才能制成发酵麦汁。麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝固物质与麦汁分离，将麦汁冷却。分离：本设计采用回旋沉淀槽分离热凝固物。 冷却：本设计采用薄板换热器。麦汁冷却发酵接种温度后，接触氧，此时氧化反应微弱，氧在麦汁中呈溶解态，它是酵母前期发酵繁殖必需的。2.3.6 啤酒的发酵本设计采用下面发酵法。热麦汁经薄板冷却器冷却到6，接种酵母，主发酵开始。热麦汁薄板冷却器发酵罐酵母清酒罐过滤啤酒杀菌酵母CO2图2-3 发酵工艺流程冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降得很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖。甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏在细胞内的肝糖和海藻糖提供。在此阶段，酵母细胞基本不繁殖，所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。无氧呼吸阶段：在此发酵过程中，绝大部分可发酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。主发酵阶段 外观状态和要求：酵母繁殖期 麦汁添加酵母816个小时以后，液面上出现二氧化碳小气泡逐渐形成白色的，乳脂状的泡沫，酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。起泡期：45小时后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间，洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，有二氧化碳小气泡上涌，并且带出一些析出物。高泡期：发酵后23天，泡沫增高，形成隆起，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵作用。落泡期：发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为棕褐色。泡盖形成期：发酵78天后，泡沫回缩，形成泡盖，撇去所析出的多酚复合物，酒花树脂，酵母细胞和其他杂质，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。后发酵以及储藏：麦汁经主发酵后的发酵液叫嫩啤酒，此时酒的二氧化碳含量不足，双乙酰，乙醛，硫化氢等挥发性物质没有减低到合理的程度，酒液的口感不成熟，不适合饮用。大量的悬浮酵母和凝结析出的物质尚未沉淀下来，酒液不够澄清，一般还要几个星期的后发酵和贮酒期，啤酒的成熟和澄清均在后发酵和贮酒期。126d41d -15d1123456789101112131415-12345678910发酵时间/d发酵温度/11排放酵母图2-4 发酵工艺曲线发酵工艺论证：本设计采用主发酵温度12中温发酵，发酵温度较高，酵母增值浓度高，氨基酸同化率高，pH降低迅速，高分子蛋白质、多酚和酒花树脂沉淀较多，不但易酿成淡爽啤酒，而且在相同贮酒期可以酿成非生物稳定性好的啤酒。酵母的添加温度应低于主发酵温度23，后几批次麦汁温度逐批提高，最后达到温罐温度（低于主发酵1左右），满罐后自然升温到主发酵温度5。设计选择在6下低温接种，目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。后发酵一般是VDK还原阶段，同时温度不断降低时为了让酵母凝聚沉淀，以利于排出酵母。-1贮酒5天是为了使VDK还原含量低于0.06mg/L。2.3.7 啤酒的过滤 经过后发酵的成熟酒，大部分蛋白质颗粒和酵母已沉淀，少量悬浮于酒中，须滤除放能包装。常用的方法有：滤棉过滤法； 硅藻土过滤法；离心分离法；板式过滤法；微孔薄膜过滤法。对啤酒的分离要求是：产量大，质量高（透明度高），损失小，劳动条件好，CO2损失小，不易污染，不影响风味，啤酒不吸收氧。本设计采用硅藻土过滤法。硅藻土是藻类硅藻的化石，是一种较纯的二氧化硅矿石，可作绝缘材料、清洁剂和过滤介质。硅藻土过滤的特点是可以不断地添加助滤剂，使过滤性能得到更新、补充，所以，过滤能力强，可以过滤很浑浊的酒，没有像面饼那样洗棉和拆卸的劳动，省汽省水省工，酒损失也低1。硅藻土过滤机型号很多，其设计的特点是在于体积小，过滤能力强，操作自动化。板框式过滤机的优点是结构简单，活动部件少，维修方便，过滤能力可通过增减板框而变更，排除的滤饼干实。2.3.8 罐装流程瓶子选瓶浸瓶洗瓶控水验瓶装瓶压盖瓶装验酒贴标装箱酒箱商标瓶装鲜啤酒过滤啤酒贴标装箱验酒杀菌瓶装熟啤酒图2-5 啤酒罐装流程啤酒罐装设备技术更新速度日新月异，罐装过程要求较高，为了防止罐装时溶入氧，常需要注入CO2来加压，这样会提高生产成本。但随着技术的更新，这问题有望得到很好的解决。在2007年1月底在米兰举行的新闻发布会上，嘉士伯啤酒公司提出了未来的啤酒灌装设备的设计方向：在意大利推出Turborg牌号的新型DraughtMaster啤酒灌装设备。由于使用内置压力装置的PET小桶，在加压时可使啤酒有一定的流速，并可改进啤酒质量。这种灌装方式不需要往里注入CO2来加压，消除了生产过程中的浸透和氧化过程，还可提高质量。另外，这种桶装啤酒可以贮存20天，味道还像第一天一样新鲜。为了保持恒定和合适的温度，设备还接有冷却装置，可以同时供两个小桶使用6。第3章 啤酒生产物料衡算3.1 物料平衡计算10万吨/年啤酒厂糖化车间的物料平衡计算，啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目包括原料（麦芽、大米）和酒花用量热麦汁和冷麦汁计量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。3.1.1 糖化车间工艺流程麦芽、大米粉碎糊化过滤水、蒸汽麦糟糖化回旋沉淀槽麦汁煮沸锅酒花糟酒花渣分离器热冷凝固物薄板冷却器冷凝固物图3-1 糖化车间流程图3.1.2 工艺技术指标及流程根据我国南方啤酒生产状况，有关生产原料配比，工艺指标及生产过程的损失等数据。见表3-1所示7。表3-1 啤酒生产原料基础数据项目名称百分比（%）项目名称百分比（%）定额指标原料利用率麦芽水分大米水分无水麦芽浸出液无水大米浸出液98.55.01376.095原料配比麦芽70大米30啤酒损失率冷却损失2.7发酵损失1.5过滤损失0.9装罐损失0.7总损失9.0根据表3-1的基础数据，首先进行100千克的原料生产11淡色啤酒的物料计算，然后进行100升11淡色啤酒的物料横算，最后进行10万吨/年啤酒厂糖化车间物料平衡计算。3.1.3 100千克原料（70%麦芽、30%大米）生产出的啤酒量（1）热麦汁量8，根据表1-1可得到原料收率分别为 原料麦芽收率 原料大米收得率 混合原料收得率 由上述可得100千克混合原料可制的11热麦汁量kg又知11麦汁在20的相对密度d为1.0442，而100热麦汁比20时的热麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100）体积。L（2）冷麦汁量L（3）发酵液量L（4）过滤酒量L （5）成品啤酒量L3.1.4 生产100L11淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产11成品啤酒633.56L，故可得下述结果。（1）生产100L11淡色啤酒需耗混合原料量kg（2)麦芽耗用量kg （3)大米耗用量kg （4）酒花耗用量 对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量kg （5）热麦汁量L （6）冷麦汁量L （7）湿糖化糟量 设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量kg而湿大米糟量kg故湿糖化糟量kg（8）酒花糟量设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，酒花糟量kg3.1.5 二氧化碳量11的冷麦汁103.17kg浸出物量kg设麦汁的真正发酵度为65%，则可发酵的浸出物量kg 麦芽糖发酵的化学反应式C12H22O11+H2O2C6H12O8+2C2H5OH+4CO2+56千卡 设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，则生成CO2量kg式中 44CO2的分子量 342麦芽糖分子量 设11啤酒含二氧化碳0.4%，酒中含二氧化碳量kg 则释放出的二氧化碳量kg 1m二氧化碳在20常压下重1.832kg故释放出的二氧化碳容积m33.1.6 10万吨/年11淡色啤酒糖化车间物料衡算由于南方旺季时间长，从4月起到11月底结束共8个月旺季生产，旺季每月生产30天，每天6个糖化批次，淡季共90天，每天4个糖化批次，每年总糖化次数次每次糖化生成成品啤酒量t11啤酒2时的密度为1004kgm3，则每次糖化生成成品啤酒量L（1）生产56吨11啤酒需用混合原料量kg（2）麦芽耗用量kg（3）大米耗用量kg （4）酒花耗用量kg（5）热麦汁量kg（6）冷麦汁量kg（7）发酵液量kg（8）过滤酒量kg11淡色啤酒的密度为1004kgm3将前述的有关啤酒糖化间的物料衡算计算结果整理成物料衡算。表3-2 啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L11啤酒一次糖化定额量100000t/a啤酒生产混合原料kg10015.7888001.58107麦芽kg7011.04661601.11107大米kg304.7326404.75106酒花kg0.211172.11105热麦汁L671.78106.03590981.07108冷麦汁L653.64103.17575201.04108湿糖化糟kg13.6375991.37107湿酒花糟kg0.633516.32105发酵液L643.83102566571.02108过滤酒L638.03101561461.02108成品啤酒L633.56100557531.011083.2 热量衡算采用双醪浸出糖化方法，所制麦汁色泽浅，粘度低，味柔和，发酵度高。特别适合酿造浅色淡爽型啤酒.而且操作简单，糖化时间短，在3小时内即可完成。目前我国用辅料酿造淡色啤酒的厂家大多采用此法。酿制的啤酒，色泽淡黄，泡沫丰富，洁白细腻，挂杯持久，具有特殊风味9。双醪浸出糖化法工艺如下：糊化锅大米：2640kg麦芽：528kg50、20min糖化锅麦芽粉：5632kg35、30min自来水，20回旋沉淀槽煮沸 30min料水比 1：4.5热水 5070、20min煮沸锅T（）55、50min68、60min78、10min糖化结束过滤麦汁酒花麦糟薄板冷却器酒花槽热凝固物冷凝固物15min去发酵冷麦汁15min冷却15min料水比 1：3.515min图3-2 双醪浸出糖化法工艺流程3.2.1 糖化用水耗热量 根据工艺，糊化锅加水量kg式中 2640糖化一次大米粉用量528糊化锅加入的麦芽粉量(为大米量的20%)糖化锅加水量kg式中 5632糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量