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年产10万吨啤酒工厂的设计 THE DESIGN OF BEER FACTORY WITH ANNUAL PRODUCTION OF 100,000 TONS 专 业：生物工程 摘 要2005年我国啤酒产量预计达2400多万吨，居世界第一位。作为当今世界做流行的一种饮品，啤酒越来越多的引起人们的青睐于关注。本设计为年产10万吨的啤酒工厂的设计，设计的内容包括麦芽汁的制备工段，发酵工段和啤酒的包装三个部分。 在麦芽汁的制备工段，麦芽和大米的比例为4：1。采用三锅一槽（糊化锅，麦汁过滤槽和麦汁煮沸槽）的复式糖化设备，方法为双醪浸出糖化法，期间添加耐高温的-淀粉酶，使糖化进行得比较彻底、完全。 发酵工段采用下面啤酒酵母、一罐法发酵，利用100吨的圆柱锥形发酵罐使主发酵、后发酵和贮酒都在一个罐内进行，省去了导管的烦恼，也为工厂节省了空间。尽管温度76，主发酵温度8，发酵周期37天，共50个发酵罐。 啤酒包装车间采用两条包装线，分别罐装春生啤酒和普通啤酒。其中纯生啤酒年产量为4万吨，普通啤酒年产量为6万吨。关键字：啤酒；工厂设计；发酵；糖化；ABSTRACT 目 录第一章 总论（）第二章 全厂物料衡算（）第三章 麦芽汁的制备（）第一节 麦芽和大米的粉碎（）第二节 糖化制取麦汁（）第三节 过滤糖化醪（）第四节 麦汁煮沸和酒花的添加（）第五节 麦汁的冷却与澄清（）第六节 麦芽汁制备工段的设计计算（）第四章 啤酒的发酵（）第一节 下面发酵 （）第二节 圆柱锥形发酵罐 （）第三节 发酵工段的设计计算 （）第五章 成品啤酒（）第一节 啤酒的澄清 （）第二节 啤酒的包装工艺 （）第三节 成品啤酒工段设计计算 （）第六章 综合利用（）第一节 麦糟的综合利用 （）第二节 酵母的综合利用 （）第三节 二氧化碳的综合利用 （）第七章 安全措施（）第八章 废水处理（）第九章 人员安排（）第十章 投资估算与经济效益分析（）致谢 （）参考文献 （）CONTENTSChapter 1 Introduction（）Chapter 2 Balance calculation of the total material in whole factory(2)Chapter 3 The preparation of the wort（）Section 1 The crush of the walt and rice（）Section 2 Make and fetch the wheat and juice in sacchaifiction（）Section 3 Filter the wine with the dregs of sacchaifiction（）Section 4 Wort ferb and clarification （）Section 5 Wort colling and clarification（）Section 6 The calculated the design of the paeparation of wort section（）Chapter 4 The fermention of beer（）Section 1 Underside fermention（）Section 2 The fermention plot of the cylinder toper （）Section 3 The calculated of design of the fermention section（）Chapter 5 Ripe beer（）Section 1 The clarification of beer（）Section 2 The packing technics of beer（）Section 3 The calculated and design of the ripe beer（）Chapter 6 Colligate using（）Section 1 The colligate using of the roton malt（）Section 2 The colligate of yeast（）Section 3 The colligate of carbon dioxide（）Chapter 7 Safe measurement （）Chapter 8 Liquid waste dispose （）Chapter 9 Personnel arrangement（）Chapter 10 The investment estmates and analyze of economic benefit （）Thanks （）References （）第一章 总 论关于啤酒的渊源, 可以追溯到人类文明的摇篮- 东方世界的两河流域(底格里河与幼发拉底河)、尼罗河下游和九曲黄河之滨. 最原始的啤酒可能出自居住于两河流域的苏美尔人之手, 距今至少已有9000 多年的历史. 我国古代的原始啤酒可能也有4000至5000年的历史了。最早的工业化生产啤酒厂 ：1837年, 在丹麦的哥本哈根城里, 诞生了世界上第一个工业化生产瓶装啤酒的工厂其啤酒酿造技术至今仍居世界前列. 到1979年, 全国啤酒厂总数达到90多家, 啤酒产量达37.3 万吨, 比建国前增长了50 多倍.然而, 我们啤酒业大力发展真正发生在1979年后十年, 我国的啤酒工业每年以30%以上的高速度持续增长。80年代, 我国的啤酒厂如雨后春笋般不断涌现, 遍及神州大地. 到1988年我国大陆啤酒厂家发展到813个, 总产量达656.4 万吨, 仅次于美国、德国, 名列第三, (到1993 年跃居第二 ) 短短十年, 我国啤酒厂家增长9 倍, 产量增长17.6 倍, 从而我国成了名符其实的啤酒大国。2005年我国啤酒产量预计达2400多万吨，居世界第一位。今后的啤酒发展史将由中国人来谱写！在啤酒的生产中，酒花、水、和酵母，这些原料的质量决定着生产啤酒的质量，大麦是用来制成麦芽的，作为本次工厂设计，麦芽采用已经制成成品的，不需要再用大麦进行麦芽制备工段。酒花在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂，酒花油和多酚物质，它们赋予啤酒的特有的苦味和香味，酒花树脂还具有防腐作用，多酚物质则具有澄清麦汁和赋予啤酒以醇酒体的作用。水是啤酒酿造中使用最多的原料，但在所需水中，只用很少一部分直接进入啤酒，绝大部分用于物料清洗、冲洗和制冷系统的冷却设备。水的获取和处理对啤酒酿造意义重大，因水质直接影响到啤酒的质量，因此，啤酒厂的水源应优先考虑采用地下水。在本次设计中，采用较常用的下面发酵法，所以啤酒酵母也采用下面发酵酵母，在发酵中不仅将麦汁中的糖发酵成酒精，而且其心沉代谢产物也影响皮具的口味和特点。为了降低麦汁的成本，应尽量多的采用辅料，谷类辅料的使用量常用比例为20%30%，可根据所致啤酒类型和麦芽的同化氮含量而适当增减，本设计处于经济方面的考虑，采用大米作为辅料，大米浸出物含量较高，在90%以上（风干），蛋白质含量较低，今为8%9%。麦汁制备采用复式糖化法,复式设备（又称三锅一槽组合式）包括糊化锅，糖化锅，麦汁过滤槽（或麦汁压滤机）和麦汁煮沸锅等四项主要设备，将粉碎后的的麦汁与水与大米进行混合，利用各种酶，创造适合酶活性的最适条件。糖化后的麦汁进行过滤，煮沸后在添加酒花，计算麦汁浸出物收得率。经煮沸和添加酒花后，麦汁应迅速冷却，此后使麦汁发酵成乙醇和CO2，在圆柱锥形发酵罐里发酵，采用一罐法。对生成的啤酒进行过滤，对设备进行清洗，胶木进行回收利用，利用硅藻土过滤机对啤酒进行过滤。在制造纯生啤酒时，只需对发酵后的啤酒进行膜过滤即可。将啤酒进行罐装，即完成了啤酒的工艺流程。在罐装设备方面，包装机械也是在不断进步，自动化程度越来越高，罐装速度越来越快。一些大型工厂都引进国外包装线，其罐装速度最高已达60000瓶/小时。因此在对啤酒工厂的设计时，对啤酒的生产过程中的各种设备和各个阶段所需要的温度，清洗用水量，锥形罐形体设计等各方面的要点都要考虑进去。在本次设计中，所采用的生产设备与生产方法，在当前国内同行业中，都处于领先水平，从糖化罐到发酵罐，从过滤槽到硅藻土过滤机，所有的设备都是当前工业生产中最流行的设备。是众多先进设备与生产工艺的集合体，它具有很多优点，是其它的公意所不具备的，克服众多生产工艺的缺点，很容易被人们所接受。受到大家的一致欢迎。所以这套生产设备具有很强的可行性，生产工艺也为大多数厂家所常用。因此，本次设计所采用的生产方法和生产工艺及其设备具有很强的可行性。第二章 全厂物料衡算本次设计的是年产10万吨的啤酒工厂，主要生产两个档次的啤酒，中低档的普通啤酒与高档次的纯生啤酒。普通啤酒年产6万吨，纯生啤酒大约年产4万吨。生产原料采用麦芽与大米混合糖化进行发酵来制取啤酒。一100kg原料生产12度淡色啤酒的物料衡算混合物料中大米占20%，大米浸出率92%，水分含量为12%。麦芽的量占80%，浸出率80%，水分含量是5%。原料利用率为98.4%。100kg原料生产12度淡色啤酒物料衡算的基础数据表格项目名称%说明额定指标原料98.4麦芽水分5大米水分12无水麦芽浸出率80无水大麦浸出率92原料配比麦芽80大米20损失率冷却损失0.7对热麦汁而言发酵损失1.5过滤损失2包装损失2空瓶0.2瓶盖1商标0.1总损失率啤酒总损失率6.2对热麦汁而言（1） 热麦汁量原料大米收得率：%原料麦汁浸出率： 混合收得率：那么100kg原料产12度热麦汁量为：12度麦汁在20比重为1.047，100的麦汁比20的麦汁体积增加1.04倍，热麦汁体积： (2)冷麦汁量： (3)发酵液量： (4)过滤酒量： (5)成品酒量： L 二若生产100L的12度淡色啤酒（1）生产100L12度淡色啤酒混合原料量： (2)麦芽耗用量： (3)大米耗用量： (4)酒花耗用量（0.2%）（100L热麦汁的酒花添加量为0.2kg）(5)热麦汁量： (6)冷麦汁量：（7）发酵液量：(8)过滤酒量(9)成品酒量：(10)湿的糖化糟量：排出的湿麦糟含水分80%是糖化糟：每投100kg原料麦芽，约产湿麦糟110130kg(根据麦芽及辅料配比不同而已)，含水分80%左右，以干物质计为2530kg. 假定每100kg原料麦芽产糟量为125kg,则 X=21.22（11）酒花糟量：酒花在麦汁中浸出率40%，酒花在麦汁中浸出率40%，酒花糟含水分80%（12）酵母量（以商品干酵母计）：每产100L啤酒可得2kg湿酵母，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，湿酵母泥含水分85%，商品干酵母含水分7%。酵母固形物量：,含水7%的商品干酵母（13）CO2产量：生产12度100L啤酒需冷麦汁量为：105.7kg,其浸出物量为：麦汁的真正发酵度55%，可发酵浸出物量：麦芽糖发酵的化学反应式为：C12H22O6+H2O 2C6H12O6 4C2H5OH+CO2+56千卡若麦汁中浸出物均为麦芽糖，则CO2生成量为：若12度啤酒含CO2为0.4%，则酒中CO2量：释出CO2量: 1M3CO2在20C 常压重1.832Kg,释出CO2体积: 3(14)空瓶量:(15)瓶盖量: (16)商标量:物料名称单位100kg原料100L成品啤酒10万吨12度啤酒厂6万吨11度啤酒4万吨8度啤酒全厂总衡算混合原料用量kg10016.9816218t8919.94324.813244.6麦芽kg8013.58412974t7135.73459.7310595.43大米kg203.3963243.6t1783.98864.962648.94酒花kg0.20.2137232.436t17.848.649626.31热麦汁L627.1106.45101691.4455930.137286.993217冷麦汁L622.7105.71100964.6655530.637020.492551发酵液L613.37104.1299425.954684.336456.291140.5过滤酒L601.1102.0497421.253581.735721.189302.8成品酒L589.0810019102010506170040.1175101.1湿糖化糟kg93.4121.2220267.411147.17431.3818578.48湿酒化糟kg3.590.64582.6320.43213.62534.05商品干酵母kg0.840.16152.884.0456.03140.07游离二氧化碳kg16.723.173207.71764.241176.162940.4第三章 麦芽汁的制备第一节 麦芽与大米的粉碎 啤酒酿造中大麦为主要原料，大麦要进过麦芽制造才能进入下一个阶段麦汁制备。麦芽制造是指酿造大麦经过一系列加工制成麦芽的过程，是啤酒生产的开始，是啤酒酿造原料麦芽的生产过程。制麦的主要目的是使大麦吸收一定水分后，在适当条件下发芽，产生一系列的酶，以便在后续处理过程中使大分子物质（如淀粉、蛋白质）溶解和分解。绿麦芽通过干燥会产生啤酒所必需的色、香、味等成分。麦芽制造过程如下： 麦芽制造过程决定麦芽的种类和质量，进而决定啤酒的类型并影响啤酒的质量。大麦经过发芽过程，虽然内含物有了一定程度的溶解和分解，但远远不够。这些大分子物质不能作为酵母的底物，酵母生长繁殖所需的营养物质和发酵所需的糖类都是低分子物质。麦汁制备就是将固体的原辅料（如麦芽和大米）通过粉碎、糖化、过滤过程得到清亮的液体麦芽汁，麦芽汁再经煮沸、冷却成为具有固定组成的成品麦芽汁。1、麦芽和辅料大米的粉碎：粉碎是一种纯机械加工过程，原料通过粉碎可以增大表面积，使内含物与介质水和生物催化剂酶接触面积增大，加速物料内含物的溶解和分解。麦芽和大米在进行糖化前必须要进行粉碎，原料的粉碎程度对糖化制成麦汁的组成原料利用率的高低有密切的影响，应根据下达糖化配料及粉碎的工艺要求进行严格操作，经常观察粉碎的均匀度，以此判断粉碎效果。麦芽的皮壳在麦汁过滤时作为自然滤层，因此不能粉碎过细，应尽量保持完整。若粉碎过细，一方面滤层压的太紧，增加过滤阻力；另一方面皮壳中的有害物质如多酚、苦味物质等容易溶出，使啤酒苦味粗糙、色度加深。麦芽胚乳部分从理论上讲粉碎的越细越好，特别是对溶解不好的麦芽，采用机械粉碎的方法可以使内含物在糖化过程中最大限度的溶出，提高糖化收得率。但过细也会增加耗电量，操作费用增加。反之，麦芽粉碎要求“皮壳破而不烂，胚乳尽可能细些”。麦芽的粉碎方法分为三种，即干法粉碎、湿法粉碎、增湿粉碎。本设计使用增湿粉碎法。增湿粉碎法（或称回潮粉碎）是介于干法粉碎和湿法粉碎之间的一种粉碎方法，即将麦芽在粉碎之前用水或蒸汽进行增湿处理，使麦皮水分提高，增加其柔韧性，粉碎时达到破而不碎的目的。增湿的方法是在粉碎机上加一个螺旋推进器，麦芽经过螺旋推进器，并通过饱和蒸汽，麦芽和饱和蒸汽在螺旋推进器中的接触时间为3040s，蒸汽压力为50kPa（110），麦芽温度提高到4050，平均吸水0.71.0%，麦皮略高为1.2%。具体粉碎的流程如下：粉碎采用的粉碎机选择为五辊粉碎机，因为辊式粉碎机的粉碎程度容易控制，并可保证皮壳磨碎适当。其中影响麦芽粉碎的因素有1、麦芽性质对粉碎细度的影响：麦芽的溶解状态和麦芽中的水分含量都对粉碎情况有影响。2、粉碎机对粉碎细度的影响3、糖化方法对粉碎度的影响：目前的糖化方法主要有两大类，即浸出糖化法和煮出糖化法。浸出糖化法要求胚乳粉碎的细些，依靠机械粉碎破坏植物细胞壁，增加酶与底物的接触面积；而煮出糖化法则可以粉碎的粗些。4、过滤设备对粉碎度的影响：当使用过滤槽过滤时，麦芽的皮壳作为自然滤层，因此不能粉碎过细，应尽量保持完整.第二节 糖化制取麦汁糖化是麦芽内含物在酶的作用下继续溶解和分解的过程，麦芽及辅料粉碎物加水混合后，在不同的温度段保持一定时间，使麦芽中的酶在最合适的条件下充分作用相应的底物，使之分解并溶于水。即利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽和辅料原料中不溶性的高分子物质逐步分解为可溶性的低分子物质的过程。糖化过程应尽可能多地将麦芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。一、 糖化过程中主要物质的变化1、 淀粉的分解：淀粉的分解是糖化过程中最主要的酶促反应，糖化是否彻底，换句话说淀粉分解是否完全，直接影响着淀粉的利用率，最终发酵度等指标。1、 淀粉酶的分解淀粉酶包括-淀粉酶、-淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、界限糊精酶、R-酶等，这些酶的作用方式、作用条件和产物是各不相同的。 -淀粉酶 能迅速将大分子淀粉水解为糊精，使溶液黏度降低，但还原糖生成少，所以又称液化酶。利用-淀粉酶对淀粉溶液的液化性质，在处理辅料大米时，向大米醪中添加适量的-淀粉酶，促进大米淀粉的液化。 -淀粉酶 该酶水解淀粉时还原糖生成多，溶液还原能力上升快，黏度下降慢。-淀粉酶的最适作用PH略低于-淀粉酶，但对温度较敏感。2、 淀粉的分解糖化过程中淀粉的分解是发芽过程中淀粉分解的继续，淀粉在淀粉分解酶协同作用下分解，分解速度大大快于发芽时期。大麦淀粉主要是在糖化阶段分解的。3、 淀粉分解的检查 糖化过程中淀粉分解是否完全，需要靠一些检验项目来确定，这些指标从不同监督反映了淀粉的分解情况。 碘反映 无论是实验室还是实际生产中，淀粉与碘液的呈色反应都是检验淀粉分解是否完全的最重要、最常用和最简单的手段。 最终发酵度 最终发酵度是指麦汁发酵前与发酵后浸出物含量的差值占发酵前浸出物含量的百分数，发酵度越高，说明麦汁中可发酵性糖的含量越高，淀粉分解的越好。 糖与非糖之比 糖是指用菲林试剂测定的麦汁中的还原糖，非糖是指麦汁中除还原糖以外的所有浸出物。与最终发酵度一样，糖与非糖之比是通过测定麦汁中可发酵性糖与非可发酵性糖的比例来检查淀粉的分解状况。淡色啤酒一般控制在10.3左右。4、 影响淀粉分解的因素 麦芽溶解度的影响 粉碎细度的影响 淀粉酶活性的影响 糖化方法的影响 糖化醪浓度的影响 糖化温度和时间的影响 糖化醪PH的影响2、 蛋白质分解：与淀粉分解不一样，蛋白质溶解主要是在制麦过程中进行，而糖化过程主要起修饰作用，制麦过程中与糖化过程中蛋白质溶解之比为1（0.61.0），而淀粉分解之比为1（1014）。糖化过程中蛋白质分解的好坏，即各部分蛋白质所占的比例，直接影响啤酒发酵和最终产品的品质。高分子蛋白质可以提高啤酒的圆润性和适口性，增强啤酒的泡沫，但过多也会降低啤酒的非生物稳定性，导致啤酒早期混浊；低分子氮作为酵母的营养物质，也会直接进入到成品啤酒中去，糖化过程中蛋白质分解适中，酵母生长繁殖期间无需人为补加氮源。1、 蛋白分解酶 分解蛋白质的主要酶类有：内肽酶和外肽酶，其中内肽酶又包括蛋白酶、二肽酶和三肽酶等；外肽酶包括氨肽酶和羧肽酶。2、 蛋白质的分解糖化过程中大麦蛋白质的分解同样是发芽过程中分解的继续，不同的是蛋白质分解主要是在发芽过程中进行，糖化过程起调整作用。如果发芽时蛋白质分解很差，糖化过程中也很难调整过来。、蛋白质分解的控制 蛋白质的分解成都会影响到酵母的生长繁殖、啤酒的发酵和啤酒的质量。所以蛋白质的分解要控制在一定范围内，既不能分解不足又不能分解过度。 氮区分 采用隆丁区分法，可将蛋白质区分为三部分，即高分子氮（A区）、中分子氮（B区）、低分子氮（C区）。在未煮沸的麦芽汁中它们之间比较合适的比例为：113。 蛋白分解强度 是指热麦汁蛋白溶解度与加酒花煮沸的标准协定法麦汁蛋白溶解度之比。一般控制在85%120%,平均为104%。 -氨基氮 其正常值应在200250mg/L之间，最低不超过180mg/L。 甲醛氮 含量一般在300350 mg/L之间。、影响蛋白质分解的因素 麦芽溶解度的影响 休止温度和时间的影响 糖化醪PH的影响 糖化醪浓度的影响3、 半纤维素和麦胶物质的分解 半纤维素和麦胶物质的分解实际上是指-葡聚糖的分解。1、 -葡聚糖2、 -葡聚糖的分解3、 -葡聚糖分解的评价4、 影响-葡聚糖分解的因素 麦芽溶解度的影响 麦芽粉碎细度的影响 糖化方法的影响 休止温度和时间的影响 糖化醪PH的影响4、 多酚物质的变化多酚存在于大麦皮壳、胚乳、糊粉层和储藏蛋白质层中，占大麦干物质的0.3%0.4%。麦芽溶解的越好，多酚物质游离得也越多。糖化过程中多酚物质的变化通过游离、沉淀、氧化、聚合等形式表现出来糖化过程中，在浸出物溶出和蛋白质分解的同时，多酚物质游离出来，相对分子量在6003000之间的活性多酚具有沉淀蛋白质的性质，温度高于50时与蛋白质一起沉淀。5、 脂类的分解脂类在脂酶的作用下分解，生成甘油脂和脂肪酸，82%85%的脂肪酸是由棕榈酸和亚油酸组成。糖化过程中脂类的变化分为两个阶段：第一阶段是脂类的分解，即在脂酶两个最适温度段通过酯酶的作用甚成甘油酸和脂肪酸；第二个阶段是脂肪酸在脂氧合酶的作用下发生氧化，表现在亚油酸和亚麻酸的含量减少。滤过的麦汁混浊，可能有脂类进入到麦汁中，会对啤酒的泡沫产生不利的影响。6、 磷酸盐的变化 在磷酸酯酶的作用下，麦汁中有机磷酸盐水解，将磷酸游离出来，使糖化醪PH降低，缓冲能力提高。磷酸酯酶的最适作用温度为5053，超过60迅速失活；最适作用PH5.0。二、 糖化过程1、 糖化目的对麦汁进行糖化的目的主要是通过酶的作用，促使麦芽及其辅料内含物的有效溶解，制成符合要求的麦芽汁，即要有较高的收得率，物质的分解和分离较快，最低限度的能量消耗。为了达到糖化的目的，必须对酿造原料的质量和生产条件有所要求，糖化过程中酶的分解和麦汁组分取决于麦芽质量和糖化工艺条件温度、时间、PH 、浓度和粉碎细度等。2、 糖化设备糖化过程中需要两个容器：糖化锅和糊化锅，用来处理不同的醪液。1、 糖化锅 糖化锅用于麦芽粉碎物投料、部分醪液及混合醪液的糖化。锅身为柱体，带有保温层。锅顶为球体，上部有排气筒。锅内装有搅拌器，以便使醪液充分混合均匀。麦芽粉碎物通过混合器与水混合进入糖化锅。2、 糊化锅 用于辅料投料及其糊化和部分浓醪的蒸煮。锅体为圆柱形，上部和底部为球形，内装搅拌器，锅底有加热装置，外加保温层。3、 糖化设备组合 糖化车间是将糖化锅、糊化锅和后面的过滤槽、煮沸锅等组合在一起的。传统的小型啤酒厂采用两器组合，但现在已经基本淘汰。四器组合是将糖化锅和过滤槽安装在同一个平面上，糊化锅和煮沸锅安装在同一个平面上，前者高于后者，糖化醪从糖化锅到糊化锅及麦汁从过滤槽到煮沸锅是利用自然压差。回旋沉淀槽单独安装。现代糖化大多采用五器组合，即糖化锅、糊化锅、过滤槽、煮沸锅和回旋沉淀槽。设备全部安装在同一个平面上，流体的输送全部采用动力输送，设备趋于大型化，操作向着自动控制方向发展。3、 糖化工艺条件的控制1、 配料比 原辅料配比 辅料添加量的多少，要考虑麦芽酶活性的高低和麦汁中可溶性氮含量的多少，随着辅料添加量的提高，麦汁中氨基酸含量下降。本设计用大米作为辅料，其添加量为25%。 糖化用水和洗槽用水 糖化过程中使用的水有两部分：一部分是在配料时加入，称为糖化用水；另一部分是用于洗出残留在麦槽中的麦汁的水，称为洗槽用水。其用量由下列条件决定：糖化的用料量及其浸出率、制成麦汁的容量和浓度、糖化方法和洗槽方法、麦汁煮沸时的蒸发量。糖化用水大米醪的加水比一般为15.0左右。而洗槽用水一般为400L/kg。2、 投料温度投料温度于麦芽溶解状况和糖化方法相关联，主要有两种投料温度，即较低的温度3540和较高的温度50。麦芽溶解的好，含酶就多，糖化时间就短，不需要强烈的糖化方法，因此投料温度可高些；相反，如果麦芽溶解不足，投料温度可适当低些，使麦芽在较低的温度下浸泡、吸水软化，有利于酶的浸出，并使酶的作用时间延长。3、 各糖化阶段休止温度和时间 在某种酶的最适作用温度下维持一定时间，使相应底物尽可能多的分解，这段时间称为休止时间，温度称为休止温度。糖化阶段的休止温度要尽量适应不同酶的最适作用温度，发挥各种酶的最大潜力。糖化过程中最主要的酶是蛋白酶、-淀粉酶和-淀粉酶。蛋白酶在糖化醪中的最适作用温度为5055，在此温度范围内保温进行蛋白质休止，使蛋白质分解到要求的程度，蛋白质的休止时间一般不会超过一个小时。-淀粉酶的最适作用温度为6065，在此温度下保温糖化，使醪液中还原糖迅速增加，醪液中淀粉与碘反应所呈现的颜色逐渐变浅，直至无色，糖化完全。这段时间的休止是真正的也是最重要的糖化休止阶段，也称麦芽糖休止，一般为一个小时。-淀粉酶在较高的温度下如7075仍有活性，在此温度下保温一段时间，充分发挥-淀粉酶的作用，产生糊精可继续被残余的淀粉酶作用，提高淀粉利用率，这段时间不需要太长，20min已经足够。糖化结束后升温至过滤温度7678。液体黏度是温度是指数函数，提高过滤温度，会降低黏度，提高过滤速度，78时糖化醪的黏度仅为40时的一半。4、 糖化醪的PH 麦芽含有丰富的酶系，各种酶都有各自的最适作用PH范围，要全部照顾到是不可能的，到要使糖化醪PH 适合或接近主要酶类的最适PH 是可以做到的。一般约为5.9左右。5、 酶制剂的应用随着酶制剂工业的发展，啤酒酿造应用酶制剂也越来越多。糖化过程中添加酶制剂不外乎两个目的，一个是处理未发芽的谷物（辅料）,另一个是弥补麦芽中某些酶活性的不足。实际生产中可根据不同的情况加入相应的酶制剂，常用的有-淀粉酶、-淀粉酶、-葡聚糖酶、复合酶等。 -淀粉酶 -淀粉酶是用来促进未发芽谷物的液化，如大米醪的糊化和液化。 -淀粉酶 -淀粉酶（食品级）大多是从植物中提取出来的，添加量100200U/g，可以改善麦汁糖类组成。 -葡聚糖酶 -葡聚糖酶由芽胞杆菌提取出来，最适作用温度55左右。添加量随产品不同而各异。试验认为，在麦芽溶解不良时，添加-葡聚糖酶，麦汁过滤速度可加快，麦汁量增加。 复合酶 复合酶中含有几种酶，一般含有-葡聚糖酶、-淀粉酶和蛋白酶等。外加复合酶辅助麦芽糖化，会起到协同和立补作用。 添加剂用麦汁澄清剂（如DHG澄清剂、单宁等）代替甲醛，酿造出的啤酒更有优势。4、 糖化方法 根据是否分出部分糖化醪进行蒸煮来分，将糖化方法分为煮出糖化法和浸出糖化法；使用辅料时，要将辅料配成醪液，与麦芽醪一起糖化，称为双醪糖化法，按双醪混合后是否分出部分浓醪进行蒸煮又分为双醪煮出糖化法和双醪浸出糖化法。1、 煮出糖化法 糖化过程中在某一特定的时间停止搅拌，短时间静置后从糖化锅中取出部分浓醪至糊化锅，用蒸气加热至沸腾并蒸煮一定时间，使淀粉颗粒崩解，再送回糖化锅与保留的稀醪混合后继续糖化，更利于酶的作用，这种糖化方法成为煮出糖化法。根据部分醪液煮出的次数不同又分为三次煮出糖化法、二次煮出糖化法和一次煮出糖化法。 三次煮出糖化法 是指三次取出部分糖化醪并进行蒸煮。适用于处理溶解不好的麦芽和酿造深色啤酒。 二次煮出糖化法 是由三次煮出糖化法引申出来的，去除了第三部分煮醪，只两次分出部分醪液进行蒸煮。该法适应性较强，可用来处理各种性质的麦芽和酿造各类啤酒。 一次煮出糖化法 是指只一次分出部分醪液进行蒸煮。2、 浸出糖化法浸出糖化法是由煮出糖化法去掉部分糖化醪蒸煮而来的，每个阶段的休止过程与煮出糖化法相同，投料温度大约为3537，浸出糖化法适用于溶解良好，含酶丰富的麦芽。糖化过程在带有加热装置的糖化锅中既能完成，无需糊化锅。3、 双醪糖化法是指未发芽的谷物粉碎后配成的醪液和麦芽粉碎物配成的醪液。根据混合醪液是否煮出分为双醪煮出糖化法和双醪浸出糖化法。双醪煮出糖化法又分为双醪一次煮出糖化法和双醪二次煮出糖化法。 双醪一次煮出糖化法 经糊化的大米醪与麦芽醪混合后，一次取出部分混合醪液再一次煮沸的糖化方法。 双醪二次煮出糖化法 经糊化的大米醪与麦芽醪混合后，两次取出部分混合醪液进行 煮沸的糖化方法。 双醪浸出糖化法 经糊化的大米醪与麦芽醪混合后，不再取出部分混合醪液进行煮沸，而是经过70升温至过滤温度的糖化方法。5、 本设计是年产10万吨啤酒工厂的设计，主要利用下面发酵酿造11淡色纯生啤酒。所以采用双醪二次煮出糖化法。糖化车间采用五器组合。具体操作过程如下：糖化锅糊化锅50（3090min） 4550（20min） （10min） 70(20min)（15min） 倒醪6568煮沸（40min）（碘液反应基本完全） 取部分醪液 6568（15min） 倒醪7678 煮沸（510min） 麦汁过滤糖化锅：麦芽投料，投料温度3537，保温30min左右；与来自糊化锅的大米醪兑醪，兑醪后温度5055，蛋白质休止时间在60min以内；分出第一部分混合醪液入糊化锅，剩余醪液继续保温休止；与来自糊化锅的醪液兑醪，兑醪后温度6567；保温糖化至碘反应仅本完全；分出第二部分混合醪液入糊化锅，剩余醪液继续保温休止；与来自糊化锅的醪液兑醪，兑醪后温度7678；静置10min后泵入过滤槽过滤。糊化锅：大米投料，投料温度45，保温20min左右；升温至70（若以-淀粉酶为液化剂则升温至90），保温10min左右；升温至煮沸温度，煮沸30min左右；送入糖化锅进行兑醪；将第一次从糖化锅取出来的部分醪液加热至沸，然后送回糖化锅进行兑醪；将第二次从糖化锅取出来的部分醪液加热至沸，然后送回糖化锅进行兑醪；糖化完成。第三节 过滤糖化醪糖化结束后，必须将糖化醪尽快地进行固液分离，即过滤，从而得到清亮麦汁。固体部分称为麦糟，这是啤酒厂的主要副产物之一；液体部分称为麦汁，是啤酒酵母发酵的基质。糖化醪是以大麦皮壳为自然滤层，采用重力过滤器（过滤槽）或加压过滤器（板框压滤机）将麦汁分离。一、麦汁分离过程分离麦汁的过程分两步：第一步是将糖化醪中的麦汁分离，这部分麦汁称为“头号麦汁”或“第一麦汁”，这个过程称为“头号麦汁过滤”；第二步是将残留在麦槽中的麦汁用热水洗出，洗出的麦汁称为“洗槽麦汁”或“第二麦汁”，这个过程称为“洗槽”。二、麦汁分离原理本设计采用过滤槽过滤，它是重力过滤。糖化醪中不溶祖坟沉降积聚在筛板上，形成自然过滤层，称为麦糟层，并覆盖全槽筛板面积。麦汁和洗槽水依靠重力自上而下通过麦糟层，克服其阻力而得到麦汁。麦糟层由相对密度较大的麦皮沉淀而成，较轻的皮壳和麦皮碎片也较快沉淀，然后是相对密度较轻的细小碎片、细小颗粒和蛋白质组成的混合物沉淀，成为上层粉糊，再后是麦汁也将所有的麦糟浸湿并透过。麦糟层厚通常为3050cm。三、 影响麦汁过滤的因素1、麦汁性质 麦汁的黏度越大，过滤速度越慢。麦汁黏度是由糊精含量、-葡聚糖含量等决定的。此外还受到浸出物含量、温度、PH等的影响。2、滤层厚度 糖化投料量、配比和粉碎细度确定了麦糟体积、糟层厚度和糟层性质。对对滤槽而言，麦芽要粗粉碎，麦皮体积650ml/100g，麦皮占10%18%以上，粗粒8%，辅料比例不宜超过40%。糟层厚度25cm时，得不到澄清的麦汁。3、滤层阻力 滤层的阻力大，过滤慢。滤层的阻力大小取决于孔道直径的大小，孔道的长度和弯曲性、孔隙率。滤层阻力是由糟层厚底和糟层渗透性决定的。4、过滤压力 过滤槽的压力差是指麦糟层上面的液位压力与筛板下的压力之差。压力差增大，虽能加快过滤，但容易压紧麦糟层，板结后反而流速降低。四、麦汁过滤操作及其控制要点1、麦汁过滤的工艺条件糖化醪液温度：7578糟层沉淀情况：表面平整，麦糟厚度一般在350mm左右，料糟底面积比0.50.7/100原料。头号麦汁过滤时间：4590min第二麦汁过滤时间：4590min总过滤时间：3h内洗涤水温：7580，不宜用碱性水过滤时压差：200300Pa防止糟层和糟底降温，过滤时避免震动。2、麦汁过滤操作过程、检查筛板是否铺平按紧，麦汁泵入前用78热水淹没滤板。、醪液由底部泵入时，应让耕刀慢慢转动，使麦糟分布均匀；醪液由上部泵入时，应采用醪液分配器，使流速减至0.30.4m/s。、醪液全部泵入后，将耕刀提上，静置15min，形成滤层，调节麦汁管调节阀，头号麦汁回流至清，没有可见颗粒存在，然后进入麦汁煮沸锅。过滤一定时间后，耕刀渐渐下降至适当位置，不断地慢转动，并注意麦汁抽空变浑。4 、麦糟刚露出时，喷淋7578热水，将耕刀下降，耕刀转动，分两次间歇洗槽：第一次加水至略低于进醪时的位置；第二次是第一次水量的一半，也有两者水量相反的。5 、出糟：将耕刀下降，等钩脱离，再出糟。、清洗筛板3、操作的控制、过滤中观察头号麦汁色度和清亮度，测定头号麦汁的浓度和数量。检查麦汁的碘反应。、测定洗糟水中的残糖，观察澄清情况。、麦糟压榨液由过滤纸过滤，冷却后侧糖为可洗出物的约0.4%，洗糟残糖为0.7%，说明洗糟不均匀。4、 经济性：正常情况下过滤次数为6次/天。5、 废水量约为4hl/t原料 第四节 麦汁的煮沸和酒花的添加一、 麦汁的煮沸1、 麦汁煮沸过程中的变化及其作用1、 蒸发多余的水分，使麦汁浓缩到规定浓度。头号麦汁与洗糟麦汁混合后，浓度低于要求的麦汁浓度，因此要利用麦汁煮沸的方式将多余的水分蒸发掉，将麦汁浓缩。蒸发水分的多少，要视啤酒的类型而定。煮沸结束后的麦汁浓地应略低于要求的原麦汁浓度，因为在麦汁冷却过程中仍有少量的水分蒸发。2、 破坏酶的活性，终止生物化学变化，固定麦汁组成。为了保证最终产品质量的一致性，必须人为地终止麦汁中的生物学变化，将麦汁中的各物质的比例固定，即麦汁定型。3、 将麦汁灭菌。原辅料、酿造水、糖化过滤过程以及设备、管路等都有可能将杂菌带入麦汁中。如果这些杂菌进入到发酵阶段，会抑制酵母菌的生长繁殖，造成发酵异常，煮沸可达到灭菌的目的。4、 浸出酒花中的有效成分。在麦汁煮沸过程中添加酒花，使有效的成分在高温下溶出，更充分的发挥其作用。酒花有效成分的溶出时需要温度和时间的，随着温度的提高，溶出量增加。5、 使蛋白质变性凝固。在发芽和糖化过程中，溶解的高分子蛋白质经过了酶分解，部分变成了低分子物质，但仍有部分存在于麦汁中，特别是相对分子质量高于6105 的蛋白质会降低啤酒的非生物稳定性，使啤酒早期混浊。这部分高分子蛋白质要在麦汁煮沸过程中除去，添加麦汁澄清剂可促使其凝固。、PH 有所降低。麦汁煮沸期间PH 降低0.10.2个单位，主要是因为钙镁离子的增酸作用、碱性磷酸盐析出、酒花中苦味酸溶出和酸性美拉德反应产物的形成。PH 的降低有利于蛋白质的凝固。、色度升高。随着煮沸时间的延长，色度有所增加。色度的增加来自于两个方面，一方面是美拉德反应产物的生成，另一方面是多酚的非酶氧化。2、 煮沸方法按煮沸压力的高低来分，煮沸方法分为常压煮沸、低压煮沸、常压煮沸 常压煮沸是指敞口煮沸，锅内压力与外界大气压相同。这种传统的敞口煮沸方式很难回收余热，不能很好的利用二次蒸汽。、低压煮沸 低压煮沸时采用密闭式，产生的二次蒸汽可以回收利用。低压煮沸的温度一般为107110，煮沸时间6070min。采用低压煮沸回收热量的组合方式很多，但总的来讲可以分为两大类：第一种类型是回收的二次蒸气加热工厂的用水，第二种类型是将二次蒸汽压缩，与生蒸汽一起煮沸麦汁。本次设计就采用的是常压煮沸法。3、 煮沸过程煮沸过程分为三个阶段：预热、初沸和蒸发。、预热是指过滤麦汁流过加热器表面后进行微火加热，这个时候的蒸汽量较小。预热过程的目的主要是考虑在过滤期间，麦汁会自然冷却，使温度下降，若等滤完后再加热，耗费时间长。所以预热过程可以起到保温和缓慢升温的作用。、初沸即麦汁开始沸腾，初沸的时间不应超过30min，此阶段的蒸汽量还没开足，蒸汽量不是很大，洗槽过程仍在进行。此阶段的作用是为蒸发做准备，一旦洗槽完毕，立即可以进行蒸发。、蒸发即煮沸阶段，此阶段蒸汽量开到最大，使麦汁保持激烈的沸腾状态。平均58min蒸发100L水，此阶段要维持90min左右。二、 酒花的添加啤酒花可以赋予啤酒爽口的苦味和特有的香味，促进蛋白质凝固，提高啤酒的非生物稳定性，此外还有利于啤酒泡沫和起到抑菌作用。1、 酒花内含物的溶解及其作用1、 苦味物质-酸 -酸在麦汁中的溶解度与麦汁的PH 和温度有关，随着温度的升高，溶解性增强；随着PH 的降低，溶解性下降。-酸的溶解 在麦汁煮沸条件下，-酸几乎不溶解，不异构，无苦味，很少与蛋白质沉淀，所以-酸几乎不起作用。 软树脂和硬树脂 煮沸时溶解，但苦味较小。2、 酒花油酒花油极易挥发，煮沸过程中约97%随之蒸发，分离热凝固物和冷凝固物时以及发酵过程中也有损失但这些物质的口味非常低，微量即能赋予啤酒强烈的香气。3、 多酚物质煮沸时多酚迅速溶于麦汁中，相对分子质量在6003000之间的聚合多酚能与蛋白质形成聚合物，促进蛋白质凝固。2、 酒花添加量 酒花添加量有两种计算方法，一种是按每百升麦汁或啤酒添加酒花的质量计；另一种是每百升麦汁添加酒花中-酸的质量计。3、 酒花添加方法1、 添加酒花是考虑的因素 防止麦汁初沸时泡沫溢出 -酸要有充分的异构时间 多酚物质与蛋白质要有足够的接触时间 尽可能多的保留酒花香味物质2、 酒花添加时间一般分三次添加酒花，第一次在煮沸开始时添加，添加量为酒花总量的19%左右；第二次在煮沸时间的一半时添加，添加量为总量的43%左右；最后一次在煮沸结束前10min时添加，添加量为总量的38%左右。3、 酒花的添加方式酒花的添加方式一般有两种，一种是直接从人孔加入；另一种是密闭煮沸时先将酒花加入酒花添加罐中，然后再由煮沸锅中的麦汁将其冲入煮沸锅中。本设计选择直接从人孔加入酒花。第五节 麦汁的冷却及充氧经煮沸的麦汁要冷却到发酵温度，在冷却过程中分离凝固物，并通入无菌空气提供酵母生长繁殖所需要的氧。一、 麦汁冷却 热麦汁在回旋沉淀槽停留一段时间后，通过自然辐射作用，温度有所下降，从煮沸温度降到95左右，还需进一步冷却至发酵温度78。常用的冷却设备是薄板冷却器。薄板冷却器冷却分为两段冷却和一段冷却，本设计采用两段冷却。二、 麦汁充氧 酵母是兼性微生物，在有氧条件下生长繁殖，在无氧条件下进行酒精发酵。酵母进入酒精发酵阶段前，需要繁殖到一定数量，这阶段是需氧的。因此，要将麦汁通风，使麦汁达到一定的溶解氧含量。由于该设计是生产纯生啤酒，所以通入的空气应该先进行无菌处理，即空气过滤。第六节 麦汁制备工段工艺设计计算年产10万吨的啤酒厂，以每年300个工作日计算，每个生产周期为37天，每年有8个生产周期。规定年产量为10万吨，即每个生产周期生产1.25万吨，换算成以千克为单位就是千克。每个生产周期所消耗的混合原料占全部所需原料的1/8。1、 工艺设计计算为、混合原料用量：、大麦用量：、大米用量: 、若粉碎机以每天工作20个小时计，那么在每个生产周期中：麦芽粉碎机粉碎能力：大米粉碎机粉碎能力：、若糖化时间为3小时，一天糖化4次每100kg原料需糊化槽容积按0.7 计，则糊化槽需要的总容积为：（8950.8/100）*0.7=62.6556每100kg原料需糖化槽化容积按0.7 计，则糖化槽需要的总容积为：（44754/100）*0.7=313.278糊化锅容积：62.6556/8=7.83195糖化锅容积：313.278/8=39.16、若每天过滤时间为15小时，不包括辅助时间。过滤机过滤能力： （62.6556+313.278）/15=25.01m3/h、热麦汁量：(1.25*107 )/1.047*103 /100 /37 * 106.45=343.48m3、设100L 热麦汁酒花的添加量为0.2kg则酒花用量为： 343.48*0.2*103 /100=686.96、糖化用水，头号麦汁浸出物浓度为16%，那么100kg原料糖化所需投水量为： 总浸出物： A=(80%*76%+20%*80.96%)*100=76.99 总投水量： W=A(100-B)/B=76.99(100-15)/15=436.3L 每天所需投水量： 44754*436.3=19526170L、洗槽用水：在酿造淡色啤酒时，洗槽用水的投放量一般为400L/100kg原料，由此可知本设计的洗槽用水量为： 44754*400=17901600L、麦汁煮沸时所消耗的热量 煮沸时间一般为2h,那么从麦汁煮沸过滤槽出来的麦汁温度为78，在麦汁煮沸锅里用正气加热。热利用率达到70%，那么Q=CMT=0.9614*4.2*(100-78)*343.48*1.047*103=32765876KJQ总=32765876/70%=56170618KJ、麦汁冷却热量采用密闭式的冷却方法。Q=1.2MCT=1.2*343.48*1.047*103*0.9614*4.2*(94.5-8)=149766046KJ2、 设备选型由以上计算可知，计算出的糖化锅容积为 39.16M3 ，糊化过的容积为 7.83195M3 在生产中一般都要有一定的预留空间，所以去糖化锅容积为50m3 糊化过取为10m33、 车间布置 糖化车间的布置要符合糖化的过程，特设计如下：麦芽粉碎机大米粉碎机 糖化锅糊化锅过滤槽麦汁冷却器麦汁回旋煮沸槽4、 车间消耗费用计算 本次设计