年产7万吨10°P啤酒厂发酵车间工艺设计

任务书设计（论文）题目：年产 7 万吨 10P 啤酒厂发酵车间工艺设计学院： 专业： 班级： 学号：学生： 指导教师： 接受任务时间： 教研室主任： （签名） 二级学院院长： （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求主要内容：1.发酵工艺、工艺参数的论证与设计。啤酒生产其他工艺及工艺参数的选择；2.发酵车间设备布置设计；3.全厂物料衡算、热量衡算及耗水量、耗冷量计算；4.绘制发酵车间设备平面布置图、发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程方块图；基础参数：全年生产天数 300 天。生产旺季占全年产量的 80%。大米原料含淀粉78%，水分 12.0%。基本要求：毕业环节中态度积极端正，严格遵守纪律，实事求是，不得弄虚作假和抄袭。学生应定期向指导教师汇报设计进展并就设计中出现的问题及时交流沟通；2指定查阅的主要参考文献及说明吴思方主编.发酵工厂工艺设计概论.北京.M中国轻工业出版社. 2005梁世中主编.生物工程设备.北京.M中国轻工业出版社.2005姚玉英主编.化工原理.上.天津.M天津大学出版社.1999石光源编写.机械制图.北京.M高等教育出版社.19903进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期全厂工艺流程及工艺参数的选择论证 20011.3.11 至 2011.4.9发酵车间物料及热量衡算 2011410 至 2011.4.25发酵罐设计计算与其选型 2011.4.26 至 2011.5.5绘图 2011.5.6 至 2011.5.20撰写设计说明书 2011.5.21 至 2011.5.31注：本表在学生接受任务时下达开题报告设 计 名 称 年产 7 万吨 10P 啤酒厂发酵车间工艺设计设 计 类 型 D 指导教师学生姓名学号系、专业、班级一、选题依据：（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。 ）啤酒发展现状及分析：随着中国经济的快速发展，人们生活水平的提高，啤酒作为含酒精量最低的饮料酒,由于其营养丰富且价廉物美已受到越来越多消费者的喜爱，已经逐步成为人们大众最喜爱的饮料之一。从 1903 年啤酒进入中国市场到今天，我国啤酒产量逐年增加，已成为世界啤酒产量最大的国家，由此可见啤酒在我国的发展速度之迅猛。然而，我国啤酒产量却仅以每年 10%的速度增加，这说明啤酒在我国还无法完全满足人们日益增长的物质文化需求，中国啤酒市场拥有非常广阔的前景，为生产提供了可行性保证。设计（论文）的目的意义：1.了解现在啤酒生产所用的工艺，掌握一定的工厂设计的专业技能，巩固专业知识的。2.掌握完成一项给定任务的方法、步骤和全过程，充分发挥个人的主动性和创造性以完成毕业环节的学习任务。二、设计（论文研究）思路及工作方法1.查看啤酒相关书籍，了解啤酒现阶段的生产技术，获取相关工艺参数，对啤酒厂的设计进行工艺设计论证及工艺参数的选择。2.根据要求进行理论工艺横算，包括发酵车间物料，热量，冷耗量，空气消耗量，耗水量等进行横算。3.根据横算结果对发酵车间设备及其附属设备选型以及发酵罐进行结构及强度设计。4.根据工艺计算绘制发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全场工艺流程方块图。三、设计（论文研究）任务完成的阶段内容及时间安排。2011-3-20 至 2011-4-9 进行全厂工艺流程及工艺参数的选择论证2011-4-10 至 2011-4-25 发酵车间物料及热量衡算2011-4-26 至 2011-5-5 发酵罐设计计算与其选型2011-5-6 至 2011-5-20 绘图2011-5-21 至 2011-5-31 撰写设计说明书指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日难度 分量 综合训练程度教研室毕业设计（论文）工作组审核意见 教研室主任： 年 月 日设计（论文）类型：A理论研究；B应用研究；C软件设计；D-其它目 录摘 要 .1ABSTRACT .2前 言 .3第一章 啤酒工艺选择与论证 .51.1 啤酒原料 .51.1.1 大麦 .51.1.2 啤酒糖化的其他原料 .61.1.3 啤酒花和酒花制品 .71.1.4 啤酒酿造用水 .81.2 麦芽制备 .91.3 麦芽汁制备工艺 .91.3.1 麦芽与大米的粉碎 .101.3.2 糖化原理 .101.3.3 糖化方法及设备 .101.3.4 麦芽醪的过滤 .111.3.5 麦汁的煮沸和酒花的添加 .111.3.6 麦汁的处理 .121.3.7 麦汁的充氧 .131.4 啤酒发酵 .131.4.1 啤酒酵母 .131.4.2 啤酒发酵方法的选择 .141.4.3 啤酒发酵工艺 .161.4.4 酵母的添加与回收 .191.4.5 发酵设备的降温控制 .191.4.6 啤酒生产副产物的利用 .201.4.7 成品啤酒 .20第二章 工艺计算 .222.1 物料衡算 .222.1.1 物料衡算的意义 .222.1.2 物料衡算基础数据 .222.1.3 100原料生产 10P 啤酒的物料衡算 .222.1.4 生产 100L 10P 啤酒的物料衡算 .232.1.5 年产 7 万吨 10P 啤酒糖化车间物料衡算 .25I2.2 耗热量的计算 .272.2.1 糖化用水耗热量 Q1.282.2.2 第一次米醪煮沸耗热量 .282.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至 70的耗热量 .292.2.4 第二次煮沸混合醪液耗热量 .302.2.5 洗糟水耗热量 .312.2.6 麦汁煮沸过程中耗热量 .312.2.7 一次糖化总耗热量 .322.2.8 一次糖化蒸汽耗用量 D.322.2.9 糖化小时最大蒸汽耗用量 .322.2.10 蒸汽单耗 .322.3 工艺耗水量计算 .332.4 工艺耗冷量的计算 .352.4.1 发酵车间工艺流程 .352.4.2 工艺技术指标及基础数据 .352.4.3 工艺耗冷量的计算 .352.4.4 发酵车间工艺总耗冷量 .382.4.5 非工艺耗冷量 .382.4.6 非工艺总耗冷量 .392.4.7 总耗冷量 .39第三章 发酵车间设备设计与选型 .413.1 发酵罐的设计与选型 .413.1.1 发酵罐体积的确定 .413.1.2 发酵罐个数的确定 .413.1.3 发酵管材料的选择 .423.2 发酵车间其他附属设备选型 .463.2.1 清酒罐 .463.2.2 扩大培养罐选型 .473.2.3 麦汁杀菌罐 .493.2.4 贮酒罐的设计与选型 .49第四章车间布置 .514.1 厂房的整体布置和轮廓设计 .514.1.1 厂房的整体布置 .514.1.2 厂房的立体布置 .514.1.3 厂房的平面布置 .51II4.1.4 厂房建筑结构 .514.2 发酵车间设备布置 .514.2.1 发酵设备 .514.2.2 泵 .524.2.3 过滤机 .524.2.4 清酒罐 .52参考文献 .53致谢 .54四川理工学院学士学位论文0摘 要本设计为年产 7 万吨 10P 啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦麦芽和大米，生产旺季占全年产量的 80%，全年生产天数为 300 天，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。首先对原料、制备、糖化、发酵工艺进行选择及论证，再通过物料和热量衡算确定糖化车间主要设备的容量和数量，对发酵车间附属设备进行选型，对发酵罐进行结构及强度设计，在此基础上，对主体设备发酵罐进行设计计算，最后绘制出发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程方块图。关键词：啤酒厂，发酵，发酵罐,工艺计算四川理工学院学士学位设计1ABSTRACTThe design is the annual output of 7 million tons of 10 P brewery fermentation process design, the production of raw materials for barley malt and rice, production peak season account for 80% of the total production,a year of production days for 300 days, the design of main workshop for fermentation workshop, the main equipment for fermentor. First I through choose all technical parameters to determine the whole process, again through material and heat balance sure saccharification workshop of main equipment of capacity and quantity, then I choose the proper type of accessorial equipments. On this basis, I will finish fermentor design calculations, finally plot fermentation workshop equipment layout, fermentation workshop diagram with control points and the whole process flow block diagram. KEY WORDS: brewery; fermentation; fermentor; process calculation四川理工学院学士学位设计0前 言啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，以本地主产淀粉物为主，经麦芽汁的制备、糖化、添加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳，低酒精浓度的酿造酒。啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒，而且营养丰富，人们适量饮用时，酒精对人体的毒害非常小。在 1972 年世界第九次营养食品会议上，曾推荐啤酒为营养食品，也有人把啤酒称作营养食品、可口食品、卫生食品、方便食品。据研究显示，啤酒里所含的各种组成成份不但有非常高的营养价值，而且还具有良好的医药疗效，具体表现在以下两个方面：一方面，啤酒中酒精含量较低（10 度黄啤酒含酒精 3左右） ，不仅对胃和肝脏没有损害，还可以平缓地促进人体血液循环。另一方面，啤酒中含有烟酸，在维生素 B1 和 B6 维持心脏正常活动的同时，烟酸能扩张血管，加速新陈代谢，因此啤酒对心血管系统有益。自 20 世纪 90 年代，中国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。2003-2007 年 5 年间，中国啤酒经济指标取得了一定增长，啤酒产量增加 1426 万千升，增长 56.9%。中国啤酒消费仍有很大的提升空间。从世界范围看，发达国家啤酒的人均消费量增长缓慢，而在经济增长较快地区，如东欧和中国的啤酒需求量和产量增长速度远远高于世界平均增长速度，增速比发达国家高 3%。中国啤酒消费存在着地域分布的不均衡性。中国啤酒行业的发展路径与世界啤酒的发展路径基本一致，也就是从发达地区向不发达地区过渡。随着社会的发展，啤酒市场的竞争越来越激烈了，并且广大消费者对啤酒种类风味和质量的要求也越来越高，相应的新产品也层出不穷。因而，我个人认为很有必要将啤酒生产方面的技术科学地总结和分析，以推动啤酒产品多样化发展。随着人们，饮食消费结构的不断调整，生活水平的不断提高，啤酒已进入了万户千家。然而调查显示我国人均的啤酒消费却还没有达到世界平均水平。所以只有建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，才能满足人们日益增长的物质生活需求。因此，对于啤酒厂的设计是有意义的，是很有必要的。2009 年至 2012 年，啤酒行业面临着较好的发展际遇：国民经济持续快速发展和城市化水平的提高，给行业发展创造了巨大的需求空间；西部大开发、振兴东北地区等老工业基地、促进中部崛起和建设社会主义新农村等重大发展战略，为啤酒行业创造了新的发展机遇；全球经济和区域经济一体化进程的加快，为中国啤酒行业在更大范前 言1围内配置资源、开拓市场创造了条件。四川理工学院学士学位设计0第一章 啤酒工艺选择与论证全厂工艺流程图麦槽 酒花 麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸沉淀冷 却充氧 大米、麦芽粉碎糊化 酒花糟 热凝固 冷凝固物扩培酵母麦芽汁发酵贮酒粗滤精滤清酒装瓶卸箱验瓶酵母泥剩余酵母洗瓶检验罐酒压盖检验杀菌贴标喷码检验装箱图 2-1 全厂工艺流程图1.1 啤酒原料1.1.1 大麦自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵。大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式，可分为六棱、二棱、四棱大麦我国华北地区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。因此，在本设计中选用二棱大麦。1.1.1.1 大麦的化学成分1.淀粉淀粉是大麦的主要贮藏物，存于胚乳细胞壁内。大麦淀粉有大颗粒（20-40 微米）和小颗粒（2-10 微米）之分。二棱大麦的小颗粒淀粉数占 90%，但其质量只占 10%左右。淀粉粒中大约有 97%的化学纯淀粉，0.5%-1.5%的含氮化合物，0.2-0.7%的无机盐，0.6%的高级脂肪酸。其密度大于水，故在水中下沉。2.半纤维素和麦胶物质半纤维素和麦胶物质是胚乳细胞壁的组成部分。胚乳细胞内主要含淀粉，发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后，其他水解酶才能进入细胞内分解淀粉等大第一章 啤酒工艺选择与论证1分子物质。3.蛋白质大麦中蛋白质含量的高低及其类型，直接影响制麦和酿造工艺以及成品啤酒的质量。按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀形状分为下列四组。（1）清蛋白 清蛋白溶于水和稀的中性盐溶液及碱溶液中，因此麦汁中含有清蛋白。加热时从 52开始，清蛋白从这些溶液中凝固析出，即随着煮沸的进行而加速凝固。（2）球蛋白 球蛋白是种子的储藏蛋白，占大麦总质量的 31%，不溶于纯水，溶于稀酸和稀碱。溶解的清蛋白和球蛋白一样，在 90以上全部凝固，但是凝固并不完全。（3）醇溶蛋白 醇溶蛋白不溶于纯水及盐溶液，也不溶于无水乙醇，而溶于体积百分数为 50%90%的无水乙醇溶液或酸碱溶液，经加热不凝固。某些醇溶蛋白是造成啤酒浑浊和氧化浑浊主要成分。（4）谷蛋白 谷蛋白不溶于中性盐溶液和纯水，溶于稀碱。谷蛋白和醇溶蛋白使构成麦糟蛋白质的主要成分。1.1.1.2 啤酒酿造对大麦的质量要求1. 感官 （1） 色泽 良好的大麦有光泽，淡黄，不成熟大麦呈微绿色；受潮大麦发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦呈灰色或微蓝色。（2） 气味 良好的大麦具新鲜稻草香味，受潮发霉则有霉臭味。（3） 麦粒形态 麦粒以短胖者比瘦长者为佳，前者浸出物高，蛋白质低，发芽快。2. 物理检验（1）干粒重 以无水物记干粒重应为 30-40g。（2）麦粒均匀度 按国际通用标准，麦粒腹径可分为 2.8，2.5，2.2mm 三级。2.5mm 以上麦粒占 85%者属于一级大麦。3.化学检验（1）水分 测定水分是计算干物质的基础。原料大麦水分不高于 13%，否则不能贮藏，易发生霉变，呼吸损失大。（2）蛋白质 蛋白质含量一般要求为 9%-12%。1.1.2 啤酒糖化的其他原料在啤酒麦汁中制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料。1. 大米：原则上凡大米不论品种均可用于酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越四川理工学院学士学位设计2好，酿造的啤酒风味也越好。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，用它做辅料酿造啤酒，啤酒的色泽浅、口味纯净，泡沫洁白细腻，泡持性好，它是优良的啤酒辅料。2. 小麦：我国是世界小麦主要生产国。小麦发芽后制成的小麦芽也是酿造啤酒的主要原料。利用小麦做辅料，麦汁总氮和 -氨基氮均比大米高，发酵快，但过滤和煮沸麦汁略浑浊，需进行处理为好，酿成的啤酒泡沫细腻、持久。3. 淀粉：淀粉纯度高、杂质少、粘度低、无残渣、可生产高浓度啤酒。但是由于淀粉是原粮加工产品，一般价格均高于原料，在啤酒中作为辅料使用和原料相似，因此，淀粉作为辅料使用不如原料经济。1.1.3 啤酒花和酒花制品酒花赋予啤酒柔和优美的芳香和淡爽的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白的絮凝，提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。1.1.3.1 酒花的主要化学成分酒花的化学组分中，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。1. 苦味物质 苦味物质是提供啤酒愉快苦味的因素，在酒花中主要指 -酸，-酸及一系列氧化，聚合产物。2. 酒花精油 酒花精油是酒花腺体另一种重要成分，经蒸馏后成黄绿色油状物，是啤酒香气的重要来源，是啤酒开瓶闻香的主要成分。3.多酚物质 酒花中物质约占总质量的 4%-8%，他们在啤酒酿造中的作用为： a.在麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物。b.在麦汁冷却时形成冷凝固物。 c.在后酵和储酒直至罐瓶以后，缓慢和蛋白质结合，形成气雾浊及永久混浊物。d.在麦汁和啤酒中形成色泽物质和涩味。1.1.3.2 酒花的品种酒花按世界市场上供应的可分为四类：A 类：优质香型酒花。优质香型酒花的 -酸含量为 4.5%-5.5%，-酸、 酸的比值为 1：1，酒花精油含量为 2.0%-2.5%。B 类：香型酒花（兼型） 普通香型酒花的 -酸含量为 5.0%-7.0%，-酸、 酸的比值为 1.22.3 酒花精油含量为 0.85%-1.6%。C 类：没有明显特征的酒花D 类：苦型酒花第一章 啤酒工艺选择与论证3优质苦型酒花的 -酸含量为 6.5%-10.0%，-酸、 酸的比值为 2.2-2.6。1.1.3.3 酒花制品1.酒花粉 我国啤酒厂目前均把商品压榨酒花，在使用前用锤式粉碎机粉碎成颗粒 1mm 以下的酒花粉。这种粗加工方法也存在缺点，因此使用酒花粉，应在酒花厂，酒花温度在55以下，干燥至水分为 5%-6%然后进行粉碎，粉碎后立即包装于密闭容器中，并冲入惰性气体。2. 酒花颗粒酒花颗粒是把酒花压榨成直径 2-8mm，长约 15mm 的短棒状，增加其密度，减少其体积，同时也降低了它们的表面积，在惰性气体中保存，酒花不易氧化变质，颗粒酒花是世界上使用最为广泛的酒花制品。1.1.4 啤酒酿造用水 啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤，冷却水两大部分。加工用水中投料水，洗糟水，啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒重要原料之一，在习惯上称作酿造水。啤酒酿造水的性质，重要取决于水中溶解盐类的种类和含量，水的生物学纯净度及气味，酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的影响，如糖化时水解酶是活性和稳定性，酶促反应的速度，麦芽的酒花在不同含盐水中溶解度的差别，盐和蛋白质及酚类物质的絮凝成点，酵母生长，发酵风味物质的形成等，最终还将影响到啤酒的风味物质和稳定性。大自然的天然水源分为如下几种：雨水，雪水，地表水，地下水，冰水，海水。1.1.4.1 水中无机离子对啤酒酿造的影响1. 水中的碳酸盐和重碳酸盐有降酸作用：HCO 3-+H+H 2O+CO2大麦籽粒中存在复合磷酸盐，发芽中受到磷酸酯酶的降解，形成游离的 H2PO4_,由于H2PO4在 K2的作用下分解为 H+，它使麦芽醪呈偏酸性，水中重碳酸盐的降酸作用，使麦芽醪 PH 升高，引起一系列的工艺缺点：（1）造成过滤减慢，收得率下降。 （2）啤酒色泽和涩味增加。 （3）啤酒的稳定性降低。 （4）改变酒花的苦味，使啤酒苦味粗糙。2.水中钙，镁离子的增酸作用：3Ca+2HPO 4-Ca(PO 4)2+2H+。 在啤酒糖化时，Ca 2+含量在每升 40 到 70 毫克，能保持淀粉液化酶的耐热性。麦汁含 Ca2+在每升 80 到 100毫克时，可促进麦汁煮沸时形成单宁蛋白质钙的复合物，促进热凝固物蛋白质的絮凝。Mg 2+在麦芽中含量约为 130mg/L.啤酒酿造用水中含有 1015mg/L 的 Mg2+已经足够，不宜超过 80mg/L。3.优质啤酒含 Fe2+应少于 0.1mg/L,若含量大于 0.5mg/L，会对啤酒质量造成损害，使啤酒泡沫不洁白，加速啤酒的氧化浑浊。Mn 2+对啤酒的影响与二价铁离子相似。四川理工学院学士学位设计44.Na+ ,K+常常在 50100:300400.过高常常使浅色啤酒变得粗糙，不柔和。5.Cl-对啤酒的澄清和胶体稳定性有重要作用，它能赋予啤酒丰满的酒体，爽口，柔和的风味。酿造水中含有 2060mg/L 的 Cl-是必须的。1.2 麦芽制备麦芽制备工艺决定了麦芽品种和质量，从而决定了啤酒的类型，麦芽的质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。制麦的目的在于使大麦发芽，产生多种水解酶类。以便通过后续糖化，使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。而绿麦芽经过烘干将产生必要的色，香，和风味成分。全制麦过程大体可分为原料分级，浸麦，发芽，干燥、除根等过程。现代啤酒生产，工业化程度越来越高，啤酒工厂一般不自行生产麦芽，而是从专门的麦芽生产工厂购买所需麦芽，以达到降低生产成本的目的。1.3 麦芽汁制备工艺麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工过程。麦汁制造的工艺要求：1. 原料中有效成分得到最大限度的萃取； 2. 原料中无用和有害的成分溶解最少 3. 制成麦汁的有机或无机组分的数量和配比应符合淡色啤酒的品种和类型的要求4. 保证上述三点原则的前提下，缩短生产时间，节省工时，节能是本车间的要求。1.3.1 麦芽与大米的粉碎 在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎操作的经济性，更应该考虑啤酒酿造的特殊要求：（1）麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。 （2）皮壳和原料物质中不容性物质粉碎过细，会增加过滤阻力。影响过滤操作。 （3）淀粉等储藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即影响到麦汁组成。1.麦芽的粉碎麦芽粉碎的方法主要有：干法粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎，以及连续调湿粉碎。本设计采用麦芽湿法粉碎，湿法粉碎全部操作有：浸渍磨碎匀浆泵出。在0.5-2 小时内完成一批投料，根据日加工量，选择适当的机器台数。粉碎过程应尽量缩第一章 啤酒工艺选择与论证5短麦芽在机器内的停留时间，以防止受到污染。湿法粉碎麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎胚乳带水研磨均匀，糖化速度快。湿法粉碎可提高过滤速度 20%-25%或提高投料量，麦糟层厚度可达 500-600mm , 但不影响过滤。2.大米的粉碎大米采用对辊碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化。1.3.2 糖化原理糖化是将麦芽和辅料中高分子物质机器分解产物（淀粉，蛋白质，植酸盐，半纤维素等机器分解中间产物，通过麦芽中各种水解酶的作用，以及水和热能的作用，使之分解并溶解于水，此过程称作“糖化” 。溶解于水的各种干物质称作“浸出物” ，而构成的澄清液称作“麦芽汁”或“麦汁” 。麦汁中浸出物的含量和原料中干物质的比称“无水浸出率” 。糖化中的工艺控制，主要通过下列环节来进行：（1）麦芽的质量，辅料的种类及其配料比。 （2）麦芽及非发芽谷物的粉碎度。 （3）控制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）加热温度和时间。 （5）需通过外加酶制剂、酸、无机盐进行调节控制。1.3.3 糖化方法及设备糖化方法可分为以下几类：1. 煮出糖化法：煮出糖化法麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸，并醪，使醪液逐步梯级升温至糖化完毕。部分麦芽被几次煮沸即几次煮出法。2. 浸出糖化法：浸出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪液的温度，使糖化完成，麦芽醪未经煮沸。3. 其他糖化法：其他糖化法都由以上两种方法演变而来，以上两种方法用于最初的纯麦芽的糖化，当采用不发芽谷物作为辅料，进行糖化时必须先进行预辅料的预处理- 即糊化和液化。这就是复式糖化法。由于浸出糖化法要求使用溶解良好的麦芽，成本高，原料利用率低，且更适合酿造上面发酵啤酒，本设计不采用。而煮出法糖化法可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，原料利用率高，糖化时间短，麦汁成份好，适合酿造传统下面发酵啤酒。故本设计采用该法。煮出糖化法，根据醪液煮沸的次数，常用的有一次、二次和三次煮出糖化法。二次煮出糖化法：此法灵活性大，适于各种质量的麦芽和类型的啤酒，其操作较简单，煮沸时间短，能耗较小，设备利用率高，生产周期短，成本低。故本设计才用此方法进行糖化。1.3.4 麦芽醪的过滤糖化过程结束时，已基本完成了麦芽和辅料中高分子物质的分解、萃取。因此，必须在短时间内把麦汁和麦醪分离。此分离过程称麦芽醪的过滤。 麦芽醪的过滤过程包括如下三个过程：（1） 残留在糖化醪中的耐热性的 -淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，四川理工学院学士学位设计6使之全部转变成无色糊精或糖类，提高原料浸出物收得率。（2） 从麦芽醪中分离出“头号麦汁” 。（3） 用热水洗涤麦糟，洗出麦糟中的可溶性浸出物，得到“二滤、三滤”麦汁。麦芽醪的过滤工艺基本要求：迅速和较彻底地分解可溶性浸出物，尽可能减少有害于啤酒风味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、-葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清透明的麦汁。1.3.4.1 过滤方法的选择1. 过滤槽法过滤槽是最古老的方法，也是至今采用最普遍的方法，它是以过滤筛板和麦糟构成过滤介质，用醪的液柱高度 1.5-2.0m 产生静压力为推动力实现过滤。2. 压滤机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原件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。通过比较可知过滤槽法对麦芽粉碎度要求严格，过滤、洗涤时间长，并且过滤速度慢，因此在本设计中选用板框式压滤机。1.3.5 麦汁的煮沸和酒花的添加1. 麦汁煮沸的设备分批式麦汁煮沸，在一个有加热装置的特殊容器中进行，称煮沸锅。麦汁煮沸锅具有多种形式，本设计选用的是列管式内加热器圆形麦汁煮沸锅。采用列管加热，管内麦汁受热上升，在加热管上部喷出，底部麦汁不断进入加热管，麦汁形成对流，省去动力和搅拌系统。其优点有：（1）设备投资少，无需维护，没有磨损，耗电量低；（2）热辐射损失小；（3）煮沸温度和蒸发速率可以调整；（4）设备简单，不需外加加热器和搅拌器。2. 麦汁煮沸方法传统煮沸锅均采用常压煮沸，近代较多采用密闭煮沸、加压煮沸，特别是低压煮沸更受到普遍欢迎。常压煮沸：工艺成熟，操作方便，维修费用低。酒花浸出率高，所得麦汁质量好。故本设计采用该方法。3. 酒花的添加酒花添加量应依据酒花质量（含 -酸的量） ，消费者习惯，啤酒品种，浓度等不同而不同。浅色啤酒苦味物值为 15-40（Bu）之间，一般在此范围内选取一个固定值，生产时允许在固定值上波动5 Bu。对设计而言，为便于物料衡算，酒花添加量定为每 100mL 热麦汁添加 0.2%酒花。但实际生产时由于酒花品质，添加时间和方法，发酵条件，酵母品种等条件的不同或变动，酒花中有效物质损失变化很大，应根据以上情况，在衡算基础上做一定的调整。酒花的添加方法，还是以传统分 34 次添加法为主。酒花添加分三次完成，操作如下：第一次：煮沸 515 分钟后，添加总量的 5%10%，主要作用是消除煮沸物得泡沫。第二次：煮沸 3040 分钟后，添加总量的 55%60%，主要是萃取 -酸，并促进异构。第一章 啤酒工艺选择与论证7第三次：煮沸后 8085 分钟，添加总量的 30%40%，主要是萃取酒花油，提高酒花香味。1.3.6 麦汁的处理从煮沸锅放出的定型热麦汁，进入发酵以前还需要进行一系列处理：酒花糟分离，热凝固物分离，冷凝固物分离，冷却，充氧等才能成为发酵麦汁。近代的啤酒生产大大缩短了发酵和贮酒周期，发酵容器也增大到数百至上千立方米，因此，对麦汁处理要求是：1. 对能引起啤酒非生物浑浊的冷，热凝固物尽可能给予足够的分离2. 麦汁处于高温时尽可能减少空气接触，防止氧化。麦汁冷却后，在发酵前，根据进罐时间，必须补充适量空气，供酵母前期呼吸。3. 麦汁处理各工序中，严格杜绝有害微生物的污染。麦汁处理应适用设备的要求不同，流程很多，经比较采用以下流程对麦汁进行处理：煮沸锅热麦汁泵回旋沉淀槽薄板冷却系统通风发酵 （酒花糟+热凝固物） （无菌空气） 1. 酒花分离使用酒花球果，并加入到煮沸锅的工艺，在煮沸结束后应尽快分离出酒花糟，我国广泛使用带筛孔的酒花分离器。2. 热凝固物的分离糖化醪过滤后得到的麦汁中含有水溶性的清蛋白和部分盐溶性球蛋白以及水溶性高肽等，这些物质在煮沸时变性和多酚结合形成热凝固物。湿热凝固物（含挥发物 80%-85%） ，占麦汁量的 0.3%-0.7%，每立方米麦汁约得绝干热凝固物 0.5-1.0Kg。近代 80%-90%的工厂均采用回旋沉淀槽法，利用旋转麦汁离心力分离。3. 冷凝固物分离冷凝固物是分离热凝固物后澄清的麦汁，在冷却到 50以下，随着冷却进行，麦汁重新析出的浑浊物质，并在 25左右析出最多。若把此麦汁重新加热到 60以上，麦汁又恢复澄清透明，因此，这是可逆的。1.3.7 麦汁的充氧1. 热麦汁的氧化麦汁在高温之下接触氧，此时氧很少以溶解形式存在，而是和麦汁中糖类、蛋白质、酒花树脂、多酚等发生氧化反应。麦汁在高温下应该接触空气和应该严格禁止接触空气，两种对立观点在啤酒节共存。目前我国认为从麦芽粉加水投料至冷却前，隔氧操作是关键措施。四川理工学院学士学位设计82. 冷却麦汁的充氧麦汁冷却至发酵接种温度以后，即使与氧接触，氧化反应较微弱，氧在麦汁中呈溶解状态，是酵母前期繁殖必须的。麦汁浓度增加减少饱和溶氧量。充氧操作为：麦汁温度降至 6以下，空气通风，10P 麦汁饱和溶氧量为 10.1ml/L。3. 冷麦汁通风方法若采用纯氧，溶氧将达到 40ml/L 以上。一般只有快速发酵法生产啤酒时采用纯氧，普通啤酒发酵采用压缩空气通风，即将无菌，无油的压缩空气在麦汁冷却的输送线路中，通过文丘里管或不锈钢舌片混合器，肽管混合器，在线上充氧。此外麦汁应采取分批进罐，冷麦汁通风时间，宜早不宜晚，最后 1-2 批进罐麦汁不再通风。1.4 啤酒发酵1.4.1 啤酒酵母1. 啤酒酵母的分类能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳和酒精，液面上形成“膜” ，器底形成“沉淀”的生物，统称为“酵母” 。广义上说，凡是单细胞、世代时间较长的低等真核生物，统称为“酵母” 。酵母的分类：a.夫罗贝尔酵母：发酵度高，沉淀慢而不凝集 b.薛士酵母：发酵度低，凝集性强，沉淀快 c.卡尔斯贝酵母：卡尔倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔号二号，发酵度低，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产特性，它会影响酵母的回收再利用于发酵的可能，影响发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法的啤酒风味。酵母细胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影响，金属离子对凝聚作用的影响极大，凝聚作用的强度还依赖于基质的离子浓度，尤其是钙离子含量达到 30mg/l 以上时的促凝作用相当显著，其他二价离子也能促凝，但是单价离子会因“反离子效应 ”对其产生抑制作用。3. 啤酒酵母的扩大培养 啤酒酵母纯正与否，对啤酒发酵和啤酒质量的影响很大。啤酒工厂生产使用的酵母由保存的纯种酵母，经过扩大培养，达到一定数量后，供生产现场使用。每个啤酒厂都应保存适合本厂使用的纯种酵母，以保证生产的啤酒具有稳定的风格和特性。啤酒酵母扩大培养的顺序如下：斜面试管（原菌种）富氏瓶或试管培养巴氏瓶或三角瓶培养卡氏罐培养汉生罐培养酵母扩大培养罐酵母繁殖罐发酵罐。以上从斜面试管到卡氏罐培养为实验室扩大培养阶段；汉生罐以后为生产现场扩大培养阶段。第一章 啤酒工艺选择与论证94. 接种量表 2-1 不同麦汁浓度的酵母添加量麦汁浓度 酵母泥添加量79 0.30.41012 0.40.61315 0.50.71620 0.61.01.4.2 啤酒发酵方法的选择啤酒发酵方法主要有以下几种方式：传统发酵，锥形罐发酵；连续发酵法，分批式发酵法；上面发酵法，下面发酵法；一罐发酵法，两罐法发酵；本设计选用的是两罐式发酵法。以下就这几种发酵方法进行分析和比较来进行取舍。1.连续发酵连续发酵主要有多罐式连续发酵和塔式连续发酵，这种连续发酵系统都可大大缩短发酵周期，提高设备利用率，降低了投资，减少了酒损，降低了蒸汽、劳动力和洗刷费用，提高了酒花利用率，且产生的成品啤酒质量稳定。但是这几种连续体系也各有不足：多罐式系统需搅拌，动力消耗大。塔式系统对酵母要求高，使用的酵母不仅要求发酵度高，而且要求凝聚性强。并且塔式观造价高，不利于小规模生产。更重要的是，连续发酵法啤酒从风味上品评与间歇法啤酒差别大，难以被消费者接受。八十年代后，锥形罐发酵取代了传统发酵，生产周期得到了缩短，而连续发酵由于污染和风味（特别是双乙酰）控制的困难逐步停止了使用。从实际情况出发，故本设计不采用此法。2.下面发酵传统的下面发酵法，主发酵容器安置在空气过滤，绝热良好和清洁卫生的发酵室内。室温保持 56；采用开放式或密闭式、圆形或方形的主发酵容器。后发酵则设置在单独的贮酒室内，采用金属或木制的贮酒罐，作后发酵和贮酒用。贮酒室温保持在 Ol。下面发酵的工艺特点是：（1） 采用下面酵母，主发酵温度比较低，发酵进程比较缓慢，发酵的代谢副产物相对较少。主发酵完毕后，大部分酵母沉降发酵容器底部。（2） 下面发酵啤酒的后发酵和贮酒期比较长，酒液澄清良好。C02 饱和稳定，酒的泡沫细微，风味柔和，保存期较长。3.上面发酵啤酒发酵系以上面发酵为起源，而后由于选用的纯粹培养酵母不同，划分为上面四川理工学院学士学位设计10发酵与下面发酵两种啤酒发酵类型。上面发酵在发酵外观、技术操作和发酵设备方面与下面发酵有所不同，但两者的发酵机理是一致的。上面发酵工艺的特点（1） 上面发酵系采用上面酵母，是在较高的温度(1520)下进行的。酵母起发快，接种量可以减少，形成的酵母新细胞较多。发酵终了，大部分酵母浮在液面，酵母回收工作虽较下面发酵复杂，但酵母使用代数远较下面发酵为多，长久没有衰退现象。（2） 上面发酵的麦汁接种温度为 1316，比较高。发酵 23 天，当酵母升至液面时，为发酵旺盛阶段，此时应开始降低液温，可采用 1214冷水冷却，并在酵母形成泡盖时立即撤去，发酵 46 天即行结束。（3） 发酵结束后，酵母成紧密的一层浮在液面上，厚为 34cm。（4） 上面发酵在发酵过程中通风时间长，目的是使酵母分散悬浮在发酵液中，对凝集性强的酵母，通风尤属必要。（5） 上面发酵一般不采用后发酵，主发酵的发酵度接近最终发酵度。分离酵母后，加胶处理，贮藏澄清一阶段，采用人工充二氧化碳，使达饱和。若上面发酵采用后发酵工艺，下酒时，酒液中保留部分残糖，继续发酵，产生的二氧他碳饱和在酒中。（6） 上面发酵酿制的啤酒成熟快，设备周转快，啤酒有独特的风味，但保存期短。从实际出发，选用下面酵母发酵法。4.一罐法发酵随着啤酒工业的发展，现有啤酒厂普遍采用一罐发酵工艺，即麦汁的主发酵，双乙酰还原、降温以及贮酒阶段在同一个露天发酵罐中进行。一罐法工艺有以下优点：清洗消耗少，因为只有一个容器必须清洗；转入空罐时 CO2 损失少；酒损少，因为没有了管道中残酒的损失；所需的工作时间少；节能，因为不用倒罐，没有氧侵入的危险。5. 两罐法发酵一罐法发酵工艺简单, 便于操作, 能够节省投资, 但由于麦汁整个发酵过程都在同一个发酵罐中进行, 使得冷凝物的排放及酵母沉淀效果不十分理想。由于露天发酵罐一般直径较大, 若酒液缺少对流, 就会使其温度分布不均匀 , 罐中心酒液温度与罐壁处酒液温度需长时间才能达到平衡, 从而影响啤酒风味。同时 , 一罐法发酵工艺发酵周期较长, 生产旺季难以满足市场需求。故不采用一罐法。故本设计采用两罐法发酵。1.4.3 啤酒发酵工艺传统式分批发酵，每批（一锅或两锅）定型麦汁，经过添加酵母，前发酵（酵母第一章 啤酒工艺选择与论证11增殖） ，主发酵，后发酵和贮酒等阶段。相应的设备是：酵母添加器，前发酵池，主发酵池，后发酵罐和储酒罐。各段发酵均在有绝热维护层，并具有室温调节装置的的厂房内进行，一般分为前发酵室（7-8）主发酵室（6-7） ，后酵和储酒室（2-0）等部分。1.4.3.1 酵母接种量和添加方法1酵母接种量：本设计分批发酵采用低温，缓慢发酵，因此接种量比较小，接种后细胞浓度控制在（5-12）10 个/ml。 6设酵母泥的浓度为 2010 个/g，按工艺规定接种后酵母浓度为：8810 个/ml 则每千克麦汁接种酵母泥克数（ n）：6n=810 1000/2010 =4g 即接种量为 0.4%。682. 酵母添加方法：a.干道和湿道添加法；b.倍量添加法；c.分割法；d.递加法。本设计采用干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麦汁所需的酵母，再加上二倍量的冷麦汁，用无菌压缩空气充分混合，压到前酵池中，再用无菌空气搅拌均匀即可。1.4.3.2 前发酵:所谓前发酵，就是指接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长（数小时至十小时）的生长滞缓期，之后才能加入出芽繁殖，当酵母克服生长缓滞期，出芽繁殖细胞浓度达到 20 个/ml，发酵麦汁表面开始气泡，此阶段即为前发酵。但610由于工艺改进，前发酵时期已缩短至 2030 个小时。 1.4.3.3 主发酵：主发酵前期酵母吸收麦汁中的氨基酸和营养物质,