年产8万吨纯生啤酒工厂发酵车间初步设计.docx

生物工程专业毕业论文（设计）本科毕业论文BACHELOR DISSERTATION论文题目： 年产8万吨纯生啤酒工厂发酵车间初步设计 学位类别： 工学学士 学科专业： 生物工程 _ 作者姓名：_ 导师姓名：_ _ 完成时间：_ 2012.06_ _ _目录摘 要IIIAbstractIII前言31 生产工艺流程的设计与论证31.1 全厂生产工艺流程概况图31.2原料的选择31.2.1大麦（麦芽）31.2.2 大米31.2.3啤酒花31.2.4酿造用水31.3麦芽汁的制备工艺设计与论证31.3.1麦芽与大米的粉碎31.3.1.1麦芽的粉碎31.3.1.2大米的粉碎31.3.3糖化和糊化工艺设计与论证31.3.3.1糊化31.3.3.2糖化31.3.4麦汁过滤、煮沸31.3.5麦汁冷却31.4啤酒发酵工艺设计与论证31.4.1 啤酒酵母31.4.1.1 酵母的分类31.4.1.2 酵母的基本结构31.4.1.3 啤酒酵母的絮凝31.4.1.4酵母扩大培养31.4.1.5接种量31.4.1.6酵母的选择31.4.2啤酒发酵工艺技术控制31.4.3啤酒发酵工艺31.4.3.1 前发酵31.4.3.2. 主发酵31.4.3.3后发酵和储酒31.4.4 啤酒发酵方法的选择31.4.5 酵母的添加与回收31.4.6 发酵设备的降温控制31.5 啤酒过滤31.5.1啤酒过滤理论31.5.2 啤酒过滤方式的选择与论证31.6 啤酒的包装32 工艺计算32.1物料衡算32.1.1 100kg原料（75麦芽，25大米）生产8淡色啤酒的物料衡算32.1.2 1000L 8P淡色啤酒的物料衡算32.1.3 80000t/a 纯生啤酒厂物料衡算表32.2热量衡算32.2.1糖化用水耗热量Q132.2.2第一次米醪煮沸耗热量Q232.2.3第二次煮沸前混合醪升温至70的耗热量Q332.2.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q432.2.5洗糟水耗热量Q532.2.6麦汁煮沸过程耗热量Q632.2.7糖化一次总耗热量Q总32.2.8糖化一次耗用蒸汽量32.2.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax32.2.10蒸汽单耗32.3 80000t/a 啤酒厂发酵车间耗冷量衡算32.3.1 发酵车间工艺流程32.3.2 工艺技术指标及基础数据32.3.3工艺耗冷量Qt32.3.3.1麦汁冷却耗冷量Q132.3.3.2发酵耗冷量Q232.3.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q332.3.3.4 酵母培养耗冷量Q432.3.3.5发酵车间工艺耗冷量Qt32.3.4非工艺耗冷量Qnt32.3.4.1 露天锥形罐冷量散失Q532.3.4.2清酒罐，过滤机及管道等散失冷量Q632.3.5 80000t/a 啤酒厂发酵车间冷量衡算表32.4 耗水衡算32.4.1 糖化用水32.4.2 洗槽用水32.4.3糖化室洗刷用水32.4.4回旋沉淀槽洗刷用水32.4.5 酵母洗涤用水32.4.6 发酵罐洗刷用水32.4.7 清酒罐洗刷用水32.4.8 过滤机用水量32.4.9 麦汁冷却器冷却水（采用一次冷却法）32.4.10 麦汁冷却器洗水32.4.11 洗瓶机用水32.4.12 装瓶机洗水（无菌水）32.4.13 杀菌机用水32.4.14 冷冻机冷却水32.4.15 锅炉房用水量32.4.16 其它用水量32.4.17总耗水量32.4.18 80000t/a啤酒厂耗水量衡算表33 主要设备选型与论证33.1 麦芽暂贮箱33.2 麦芽粉贮箱33.3 大米贮箱33.4 大米粉贮箱33.5 糊化锅33.6 糖化锅33.7 过滤槽33.8 麦汁暂存槽33.9 煮沸锅33.10 回旋沉淀槽33.11 薄板换热器33.12 清酒罐33.13 硅藻土过滤机33.14 扩大培养罐选型33.14.1汉生罐33.14.2一级扩大培养罐33.14.3二级扩大培养罐33.14.4三级扩大培养罐33.15 麦汁杀菌罐33.16 CIP系统34 发酵罐的设计与选型34.1发酵罐体积的确定34.2 发酵罐个数的确定34.3 发酵罐材料的选择35 车间布置35.1 厂房的整体布置和轮廓设计35.1.1厂房的整体布置35.1.2厂房的立体布置35.1.3厂房的平面布置35.1.4厂房建筑结构35.2 发酵车间设备布置35.2.1 发酵设备35.2.2泵35.2.3过滤机35.2.4 清酒罐3总 结3参考文献3致 谢3摘 要本设计是年产8万吨8P的纯生啤酒厂设计，啤酒的酿造工艺中采用75%的麦芽，25%的大米，经过糊化和糖化后并醪煮沸，过滤、冷却后发酵而成。发酵设备采用圆筒体锥底发酵罐，发酵周期是15天。本设计对啤酒生产线工艺设计中的关键部分原料的糊化、糖化、麦汁过滤、煮沸、发酵、啤酒过滤进行了工艺论述和选择。设计内容主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗衡算，水衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。糖化方法采用双醪浸出糖化法，发酵方法采用锥形罐单罐发酵法。本设计的图纸主要包括全厂总工艺流程图、发酵车间设备布置图的平立面图及重点设备的装配图(发酵罐)。关键词：啤酒；糖化；发酵；发酵罐AbstractThe design is a brewery design, the annual output of 80,000 tons of 8 P beer brewed with 75% malt, 25% of the rice, after pasting, glycosylated, boiled, filtered, cooled, fermented. Fermentation equipment using the cylindrical body conical bottom fermenter, the fermentation period is 15 days. The design thesis is a key part of the process design of the beer production line - raw materials, pasting, glycosylated, wort filtration, boiling, fermentation, beer filtration. Its elements include the material balance, heat balance, cold-consumption balance, water balance and equipment selection, calculation and focus on equipment selection and calculation. The saccharification dual mash the leaching saccharification method, fermentation method using the following fermentation. The design drawings, including floor plans and elevations of the fermentation workshop and focus device assembly drawing (fermenter). Keywords: beer; glycosylated; fermentation; fermenterII前言啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，经麦芽汁的制备，加酒花煮沸，并经酵母发酵配制而成的，是一种含有二氧化碳、起泡的、低酒精度的饮料酒。由于其具有独特的苦味和香味，营养成分丰富，含有各种人体所需的氨基酸及多量维生素、泛酸以及矿物质，当前市场需量越来越大，人们的要求也不断地提高。19世纪末，啤酒输入中国。1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂；但一直到1935这期间生产技术掌握在外国人手中，生产原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前，全国啤酒厂不到十家，总产量不足万吨。1949年后，中国啤酒工业发展较快，并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。1979年产量达到510ML，1986年产量达到4000ML。中国的啤酒于1954年开始进入国际市场，当时出口仅0.3ML，到1980年已猛增到26ML。纯生啤酒是20世纪末在我国兴起的，起源于20世纪90年代中期，我国最早的纯生啤酒是珠江啤酒厂生产的,98年投放市场。纯生啤酒的酿造是啤酒界的一次革命，从原料、工艺、设备、均与传统酿造啤酒有着巨大的区别，突出的特点就是无菌酿造、设备价值昂贵、生产成本加大，仅检测费用比普通啤酒高20倍，可以说纯生啤酒是高科技产品，因此它的价格较高。我国目前有四平金士百啤酒，北京燕京，陕西汉斯，广东珠江，青岛啤酒，四川雪花等厂家生产纯生啤酒。我国年生产啤酒近2200万吨，但目前纯生啤酒产量还不足50万吨，在日本纯生啤酒产量占啤酒总产量的95，德国占50，而我国还不到3，但是，纯生啤酒已代表中国啤酒市场的发展方向，是啤酒业的一次革命，它符合消费潮流，前景广阔。1 生产工艺流程的设计与论证1.1 全厂生产工艺流程概况图 麦槽 酒花 冷凝固物 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 酒花槽 热凝固物 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灌酒压盖检验冷杀菌贴标喷码检验装箱1.2原料的选择1.2.1大麦（麦芽）大麦属禾木科，栽培广，品种多，产量高。其主要成分包括淀粉、蛋白质、纤维素、维生素等，其中淀粉含量高，蛋白质适中，是啤酒酿造的最好原料。大麦在粉碎糖化之前一般要经过浸麦、发芽的过程来增加大麦的酶系量利于糖化的进行，但现代啤酒生产，酒厂一般直接购买麦芽，本设计采用的麦芽主要有苏北麦芽、西北麦芽以及一些进口的优质麦芽。1.2.2 大米在啤酒酿造过程中，除了大麦麦芽作为主要原料外，一般还添加部分辅助原料以价格低成本、调整麦汁组成、提高啤酒发酵度、改善啤酒泡沫性质等。我国盛产大米，且大米的淀粉含量高，蛋白质含量低。用它做辅料，酿造的啤酒色泽浅，口味爽净，泡沫细腻，酒花香味突出，非生物稳定性好。1.2.3啤酒花酒花，学名“蛇麻”，又名“忽布”，是荨麻科葎草属蔓性宿根多年生草本植物。酿造上用的是酒花的雌花。当酒花成熟时，前叶和苞叶所分泌的树脂和酒花油是酿造啤酒的主要成分，为啤酒提供了芬芳的香味和苦味。用于啤酒酿造的酒花有很多种形式，如：压缩酒花、颗粒酒花、酒花浸膏、异构酒花浸膏等。在啤酒酿造中酒花的作用是： a、赋予啤酒特殊的香气与清爽的苦味；b、形成啤酒优良的泡沫，增加啤酒的泡沫性和稳定性；c、使蛋白质沉淀，有利于麦汁的澄清；d、酒花有抑菌作用，能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力;e、酒花对啤酒酿造的不利影响是，酒花中的花色苷能引起啤酒的非生物性浑浊。1.2.4酿造用水酿造用水分糖化用水和洗糟用水，由于这两部分水直接参与啤酒的工艺反应，也是麦汁和啤酒的组成部分。在啤酒酿造过程中，许多物理变化、酶反应、生化反应都直接与水质有关，所以，酿造用水的好坏也是决定啤酒质量的重要因素之一。1.3麦芽汁的制备工艺设计与论证麦汁制造过程包括：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:a.原料中有效成分得到最大限度的萃取b.原料中无用和有害的成分溶解最少c.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d.保证上述三点原则的前提下，缩短生产时间，节省工时，减少浪费，节能环保是车间的基本要求1.3.1麦芽与大米的粉碎麦芽和大米的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，增大比表面积，使物料中储藏的物质和水、酶的接触面积增大，加速酶促反应及物料的溶解。在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎操作的经济性，更应考虑啤酒酿造特殊要求：(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溶性物质粉碎过细，会增加过滤阻力，影响过滤操作。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。因此粉碎虽然属简单的物理操作，但在啤酒酿造过程中特别重视麦芽粉碎度的控制，麦芽的粉碎方法也不断地得到改造。1.3.1.1麦芽的粉碎长期以来，麦芽的粉碎采用干法粉碎，直至60年代起相继出现了干法粉碎、湿法粉碎、回潮干法粉碎以及连续调湿粉碎。在现代中小型酒厂多以干法粉碎为主。本设计由于年产量8万吨，产量较少，所以采用干法粉碎。麦芽的干法粉碎大多数的厂家都采用辊式(滚筒式)粉碎机。粉碎机对辊之间间距可根据麦芽腹径及需要的粉碎度进行调节。辊式粉碎机，根据每台机的辊数可分成：对辊式、四辊式、五辊和六辊式多种。四辊以上粉碎机内还配有若干组震筛、有利于调节麦芽各粉碎度之间的比例。我国广泛采用四、五、六辊式粉碎机。(1) 干法粉碎机四辊式粉碎机有两对辊子之间的一组筛子组成，麦芽经过第一对辊的粗粉碎，经过筛子，分离出皮壳和粗粒，再有第二对辊进一步粉碎。(2) 干法粉碎机的调节原理 麦芽粉碎后，按物料的颗粒大小，一般可分为：皮壳，粗粒，细粒，粉及微粉，占各部分的质量分数，谓“碎度” 。麦芽粉碎度之调节，主要依据麦芽的溶解度，糖化方法，过滤设备等灵活控制。(3) 干法粉碎麦芽粉碎度的判别检验麦芽的粉碎度的方法，应通过粉碎物的筛析分级量来表示。啤酒工业常用的分级筛有三种，这里我例举一种，如表1-1。表1-1 EBC，ASBC标准筛比较表ESC标准筛ASBC标准筛麦芽粉碎物分级筛号每平方厘米筛孔数/个筛孔净宽/mm筛号筛孔净宽/mm/102.00皮壳1361.27141.410皮壳2641.01181.00粗粒31060.547300.590细粒149610.253600.250细粒527040.1521000.149细粉筛底/筛底/细粉1.3.1.2大米的粉碎由于大米未经发芽，胚乳比较坚硬，磨碎时比麦芽耗能大，原则上大米的粉碎越细越好，以便利于糊化和糖化。辅料(大米)粉碎采用三辊或四辊的二级粉碎机，第一和第二辊之间的辊间距为0.20.3mm，大米在此进行粗粉碎，经过筛分后粗粉和细粉分别进储仓，筛面粗粉再进入第二、三辊之间，辊间距为0.150.25mm，粉碎成细粉，三辊均是拉丝辊。国内不少工厂采用磨盘式磨米机，它是由两片金刚砂磨盘（或铸槽钢磨盘）进行平面磨碎，一次就能将原料粉碎到足够的细度，粉碎比可达1：20。如下图为辅料(大米)的粉碎度要求。表1-2 辅料(大米)的粉碎度要求ABC筛号筛孔净宽/mm分级名称粉碎度/大米玉米带壳大麦1018601002.001.000.2500.149皮壳粗粒粗粒细粒细粉/106030151540302530252515301.3.3糖化和糊化工艺设计与论证1.3.3.1糊化淀粉在常温下不溶于水，但当水温至 53以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化。糊化后的产物又叫糊精。1.3.3.2糖化所谓糖化是指利用麦芽自身的酶（或外加酶制剂代替部分麦芽）将麦芽和辅助原料中不溶性高分子物质分解成可溶性低分子物质，如：糖类、糊精、氨基酸、肽类等的过程。其大概工艺如下图：煮沸锅过滤槽粉碎的麦芽麦汁的糊化糊化锅麦汁的糖化糖化锅麦汁的过滤麦汁的煮沸加酒花至发酵车间 图1-1 糖化工艺概况图糖化是利用糖化酶将糊化产物糊精或低聚糖进一步水解转化为麦芽糖的过程。混合醪被泵入煮沸锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳，并加入酒花再二次煮沸。在E线及F线糖化操作间，我知道糖化锅中的辅料含：氯化钙、磷酸、-葡聚糖酶、中型蛋白酶、木聚糖酶等。当然其中还有其糖化的曲线，如下：44701015068667392温度 020303550608090100110120125165 175时间/min糊化锅糖化锅倒入过滤槽投料时间微沸图1-2 糖化工艺曲线图1.3.4麦汁过滤、煮沸a. 过滤是产品分离的一中方法，在啤酒生产过程中多次用到过滤技术，其主要原理是根据各种物质分子或颗粒的大小、形状、酸碱性和其他物化性质的不同进行分离产物的技术。b. 煮沸可以使酶钝化、麦汁灭菌、蒸发多余水份、蛋白质变性和凝聚沉淀以及浸出酒花的成分（这样就降低PH、还原物质的形成、去除恶味、香味、苦味的形成）。1.3.5麦汁冷却麦汁冷却有3个目的：将麦汁冷却到定型温度，适合酵母发酵的需要；充入一定量的氧气，以利酵母繁殖；除去麦汁煮沸及冷却时凝聚的沉淀物，以利发酵和提高啤酒质量。当麦汁表面泛起泡沫时，说明酵母已经繁殖到了一定的阶段，产生了CO2。此时，应将麦汁送入发酵罐进行发酵。冷却时所用薄板热冷却器的工作原理为：回旋沉淀槽薄板热交换器冷麦汁发酵（需充氧及添加酵母）。麦汁冷却过程温度应保持一致，不要忽高忽低，否则会造成酵母的衰老或发酵不正常。1.4啤酒发酵工艺设计与论证1.4.1 啤酒酵母1.4.1.1 酵母的分类a.弗罗倍尔酵母：发酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：发酵度低，凝集性强，沉淀块c.卡尔斯倍酵母：卡尔斯倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔斯倍二号，发酵度低，沉淀快1.4.1.2 酵母的基本结构啤酒酵母在麦汁中25培养三天，细胞为圆形，卵形，椭圆形到腊形。酵母是单细胞真核生物，外层由厚的细胞壁和细胞膜所包囊；细胞质内有许多细胞器，有核、线粒体、微体、内质网、液泡、核糖体等，还存在作为能源的糖原，脂质及多磷酸盐等物质。1.4.1.3 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。1.4.1.4酵母扩大培养最终决定啤酒品质的因素是啤酒酵母，最终影响酿酒工艺和控制的因素也是啤酒酵母。啤酒工厂从单细胞分离得到一个酵母细胞，经鉴定确认为是本厂生产用的优良菌株，然后经过若干次扩大培养，最后制备成10131014个细胞/ml后供发酵用。酵母的扩大培养关键在于：选择优良的单一细胞发出菌株；在整个扩大培养中保证酵母品种，强壮，无污染。其过程为：斜面试管（原菌种）试管培养小，中，大三角瓶培养卡氏罐培养增殖罐培养酵母扩大培养发酵罐。1.4.1.5接种量 表1-3不同麦汁浓度的酵母添加量麦汁浓度酵母泥添加量790.30.410120.40.613150.50.716200.61.01.4.1.6酵母的选择在实际生产中最常用的酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上存在明显的差别。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后彼此分开，几乎都是单细胞或几个细胞连接。本设计设计的是经典型啤酒，色泽浅，采用的是下面发酵技术，故选用下面酵母。1.4.2啤酒发酵工艺技术控制啤酒发酵工艺技术控制，至今尚未深入到发酵代谢控制，所谓工艺控制多数停留在外界影响因素的选择性（非定量）控制，它包括如下几方面：1. 啤酒酵母的菌株选择。2. 麦汁组分。3. 酵母接种量和接种技术。4. 起酵温度和发酵温度。5. 发酵设备和酵母在发酵中的流态。6. 后酵（或双乙酰还原）条件选择。7. 酵母分离时间和方法。8. 储酒条件和时间。9. 发酵中压力或者CO2浓度。上述诸方面的控制技术，不但影响发酵工艺过程，而且深刻影响啤酒风味物质的代谢。由于发酵工艺的多变性，造成啤酒风味千差万别。1.4.3啤酒发酵工艺传统的下面发酵法，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，保持室温56，采用开放式或密闭式发酵容器：采用下面的酵母，主发酵温度较低，发酵进程比较缓慢。主发酵完毕后，大部分酵母沉降容器底部。下面发酵啤酒的后发酵期较长，酒液澄清良好，酒的泡沫细致，风味柔和，保存期较长。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（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。一般为前酵期（10.511），主酵期（12.813），后酵和贮酒期（0-1）。1.4.3.1 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20106个/ml，发酵麦汁表面开始气泡，此阶段即为前发酵。但由于工艺改进，前发酵时期已缩短至2030个小时。1.4.3.2. 主发酵主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，应用糖类发酵合成细胞并产生热量。此时糖降比较缓慢，而氨基酸下降迅速。由于有机酸和麦汁缓冲物质减少，PH下降迅速。酵母达到最高浓度时，糖降最快，每天外观浓度降可达1.52.0P。此阶段大量废热产生，必须进行冷却。发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度在35%45%），酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，糖降速率随之降低。为凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期应逐步降低温度，使发酵温度趋近后酵母温度。主发酵后期每日糖降小于0.3P时，发酵缓慢，泡沫小时，逐步形成泡盖。泡盖是CO2带至发酵液面的多酚、酒花树脂、蛋白质等被氧化、聚合形成的。在主发酵结束前，捞去泡盖，即可进行后酵和回收凝聚酵母泥。发酵过程中的主要物质变化:糖类的变化：在发酵过程中，同等条件下，发酵度室随可发酵性糖与总糖的比例而变化的。可发酵性糖含量愈高，发酵度愈高；发酵速度则随发酵温度和酵母添加量而变化，发酵温度愈高，酵母添加量愈大，发酵愈旺，发酵速度愈快。含氮物质的变化：麦汁中含可同化氮或不可同化氮的成分， 均与啤酒质量有关，前者影响着发酵进程和酵母代谢所产生的风味物质，后者则关系到啤酒的物理性能，如啤酒的澄清，非生物稳定性和泡沫性能等。苦味物质的变化：在发酵过程中，麦汁中近1/3的苦味物质损失。二氧化碳的产生:二氧化碳在酒液中的溶解度视发酵度温度和罐压的变化而有增减。二氧化碳含量一般为0.250.30（w/wl左右）PH值的变化:冷麦汁PH一般为5.25.7，随发酵进程而逐步降低，PH值的下降主要由于发酵过程中，二氧化碳和有机酸和二氧化碳的形成。氧与rH值:rH值是表示溶液中氢压的负对数值，是表示溶液氧化还原势（EH）的一种方法，rH愈高，溶液的氧化力愈高，还原力愈低，反之亦然。rH2pH（30） 色度变化:麦汁色度降低的幅度，随原麦汁色度深浅而变化，色度深者降低幅度大，色度浅者降低幅度小。1.4.3.3后发酵和储酒过滤麦汁经主发酵后的发酵液较嫩啤酒，又叫新啤酒。此时酒的二氧化碳含量不足，口味不成熟，不适于饮用。啤酒的成熟和澄清均在后发酵期中完成。后发酵的作用:嫩啤酒中残留的可发酵性糖性糖继续发酵，产生的二氧化碳在密闭的贮酒容器中，不断溶解酒内，使之达到饱和状态。后发酵初期产生的CO2 在排出贮酒罐外时，降去酒内所含的一些酒类的挥发性成分，如乙醛，硫化氧，双乙酰等同时排出，减少啤酒的不成熟味觉，加快啤酒成熟。在较长的后发酵期中，悬浮的酵母，冷凝固物和酒花树脂等。在低温和低PH值的情况下，缓慢沉淀下来，使啤酒逐渐澄清。在较低的贮酒温度下，一些易形成混浊的蛋白质单宁复合物逐渐析出而先行沉淀下来或被过滤除去，改善了啤酒的非生物稳定性，从而提高了成品啤酒的保存期。贮酒的作用：嫩啤酒中残留的可发酵性糖继续发酵，产生的二氧化碳在密闭的贮酒容器中不断溶解于酒内，使之达到饱和状态。减少啤酒的不成熟味觉加快啤酒成熟。使悬浮的酵母冷凝固物和酒花树脂等，在低温和低PH值情况下，缓慢的沉淀下来，使啤酒足见澄清，便于过滤。改善了啤酒的非生物的稳定性，从而提高了成品啤酒的保存作用。贮酒室一般设在发酵室下面，分地下与地下两种，先采用地上，整个贮酒室应分为数室，以控制同贮酒时间的温度和便于进酒出酒等。贮酒室采用冷风冷却，鼓风机设在贮酒楼上，利用冷空气下降，热空气上升的对流方式，以节省动力消耗。贮酒室的冷耗量，一般为：排管冷却：600800千卡/昼夜/m冷风冷却：10001200千卡/昼夜/m啤酒的澄清：啤酒澄清的作用：啤酒澄清时在贮酒期间，是使酒中所含的悬浮物沉淀下来。澄清的目的是使过滤时顺利，产量高；滤后的酒透明度好，稳定性高。啤酒中的主要悬浮物质：a.酵母细胞;b.冷凝固性蛋白质;c.酒花树脂;d.蛋白质多酚氧化物的复合物质。影响啤酒澄清的因素:a.悬浮物质的性质;b.贮酒温度高温（3以上）快于低温（0以下）; c.pH值：酒液度pH在（4.04.5）上面发酵（pH4.0以下）;d.容器大小;e.酒液粘度。1.4.4 啤酒发酵方法的选择啤酒发酵方法主要有以下几种方式：连续发酵法，上面发酵法，下面发酵法，一罐发酵法，以下就这几种发酵方法进行详细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）上面发酵的工艺特点A、上面发酵系在较高的温度（1520）下进行的，酵母起发快，接种量可以减少，因此形成的酵母新细胞较多。发酵终了，大部分酵母浮在液面，酵母使用代数大大增加长久没有衰退现象，但酵母回收工作较下面发酵复杂。B、上面发酵的麦汁接种温度为1416，比较高。发酵三天左右，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撇去，发酵46天即行结束。C、发酵结束，酵母成紧密的一层浮在波面上，厚约34厘米。优良的酵母，其酵母层应具有褶皱状的外观。D、上面发酵在发酵过程中通风时间长，目的是使酵母悬浮发酵液中，对凝聚性强的酵母通风尤属必要。E、上面发酵一般不采用后发酵，主发酵的发酵度接近发酵度，下酒后，加胶澄清，贮藏一阶段，采用人工充CO2，使达到饱和。若上面发酵采用后发酵工艺，下酒是酒液中应保留部分残糖，继续发酵，产生CO2，饱和在酒中。F、上面发酵配制的啤酒成熟较快，设备周转快，啤酒有独特风味，但保存期短。（3）下面发酵传统下面发酵法，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，保持室温56，采用开放式或密闭式，圆形或方形的发酵容器。下面发酵的特点采用下面酵母，主发酵温度较低，发酵进程比较缓慢。主发酵完毕后，大部分酵母沉降在容器底部。下面发酵啤酒的后发酵期较长，酒液澄清良好，酒的泡沫细致，风味柔和，保存期较长。（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，因此不用倒罐；节能，因为不用倒罐，没有氧侵入的危险。故在设计中采用此法。故本设计选用锥形罐一罐法下面酵母发酵（即发酵温度为510）1.4.5 酵母的添加与回收在麦汁进行充氧同时添加酵母，为了使酵母均匀分布在发酵罐中，酵母应在整个麦汁流入过程中均匀添加，接种量一般为（1.5-1.8）107/mL麦汁，即约0.6-0.8L浓酵母泥/hL麦汁。种酵母要求：外观色泽洁白，凝聚性良好，无黏着现象，无杂质，无变异，镜检酵母细胞大小整齐，健壮，无杂菌感染，细胞活性97%以上，冷水低温保存时间不超过3天，使用代数不超过7代。沉降于发酵罐底的酵母可以分为三类：上层为轻质酵母，主要由落下的泡盖和最后沉降下来的酵母细胞组成，可做饲料或经行其它综合利用。中层为核心酵母，由健壮、发酵力强的酵母细胞组成，其量占65%70%,可留作下批种酵母用。下层为弱细胞或死细胞，由最初沉降下来的颗粒组成，可作饲料或弃置不用。1.4.6 发酵设备的降温控制本设计采用的发酵设备为应用极为广泛的露天锥形发酵罐，酵母在发酵过程中会产生热量，为使发酵和后熟在设计的工艺温度下进行，必须进行冷却。常用的冷却方式有两种：间接冷却法和直接冷却法，由于直接冷却的冷却介质是液氨，即液氨直接在锥形罐的冷却夹套中蒸发并吸热，在实际生产中需要注意一下几个方面：一是液氨具有刺激性臭味，在一定条件下可燃可爆，二是液氨工作压力较高，且渗透性很强，因而发酵罐的夹套焊接要求也较高，故本设计采用间接冷却方式。间接冷却方式其冷溶剂是乙二醇与水的混合溶液，它在氨制冷的蒸发器箱中进行冷却，温度一般控制在-6至-9左右，它主要用于麦汁冷却和发酵罐的降温，一般情况下，发酵罐冷却系统有两种介质循环，即液氨吸热蒸发制冷循环系统和冷却发酵罐酒液的酒精水循环系统。1.5 啤酒过滤1.5.1啤酒过滤理论经过发酵或后处理的成熟啤酒，其残余酵母和蛋白质凝固物等沉积于贮酒罐底部，少量仍悬浮于酒液中，这些物质在以后的贮存期间会从啤酒中析出，导致啤酒浑浊。所以，必须经过过滤工序将其除去。啤酒过滤式一种物理分离过程，是啤酒生产过程中非常重要的生产工序。经过过滤后，啤酒外观清亮透明，富有光泽，使其更富有吸引力，同时，可赋予啤酒以良好的生物稳定性与非生物稳定性，使其至少在保质期内不出现外观的变化，从而保证了啤酒外观质量的完美。1.5.2 啤酒过滤方式的选择与论证对于啤酒过滤来说，现在使用较普遍的过滤方法主要有硅藻土过滤法、滤棉过滤机和微孔膜过滤机。硅澡过滤机易实现自动化，过滤效果好，速度快，杂菌清洗容易，维修方便，过滤能力可通过加减滤板框数调节，故选此法。1.6 啤酒的包装啤酒的包装形式有瓶装、易拉罐装和桶装三种形式，本设计生产的主要是瓶装啤酒。一瓶啤酒质量的好坏，对消费者来说，首先看到的是这瓶啤酒的包装。产品包装既是产品的卖点，又是市场的亮点，新颖独特的包装设计往往最容易打动消费者的心。因此，啤酒企业不仅要生产合乎标准和品质上乘的产品，而且要有端庄美观的商标和包装，如此才能使其产品更具吸引力和竞争力，使其品牌更加深入人心。啤酒包装的基本功能有以下几点。（1）保护功能。包装应该保证产品的安全和清洁卫生，使其在储存、运输和销售过程中不致散失、损坏和变质，这是包装最基本的作用。（2）美化增值功能。美观大方的包装造型、生动形象的图案和新颖别致的装潢可以衬托产品形象，提高产品的附加价值。（3）促销功能。包装是“无声的推销员”，消费者通过包装可以了解产品，引起消费兴趣，激发购买动机，从而有利于扩大商品销售。2 工艺计算2.1物料衡算根据设计任务书中的基础数据，首先进行100kg原料生产8淡色纯生啤酒的物料计算，然后进行1000L 8淡色纯生啤酒的物料衡算，最后进行80000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算计算。2.1.1 100kg原料（75麦芽，25大米）生产8淡色啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 据设计任务书，可得到原料收率分别为（优级）麦芽收率：0.85（1006）/100 =0.79979.90 大米收率：0.925（10011.5）/100=.081862581.86混合原料收得率为 （0.7579.90.2581.86）98.5=0.8039由上述可得100kg混合原料可制得的8热麦汁量为：80.39/8100=1004.9kg又知8麦汁在20时的相对密度为1.032，而100热麦汁比20时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100）体积为1004.9/1.0321.04=1012.69L=1012.7 L（2）冷麦汁量为1012.7（1-0.055）= 957.0015 (L)（3）发酵液量为 957.0015（1-0.015）=942.65（L）（4）过滤酒量为 942.65（1-0.01）=933.22（L）（5）成品啤酒量为 933.22（1-0.015）=919.22（L）2.1.2 1000L 8P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8成品啤酒919.22L，故可得出下述结果：（1） 生产1000L 8淡色啤酒需耗混合原料量1000/919.22100 = 108.8kg（2） 麦芽好用量为：108.875 = 81.6kg（3） 大米耗用量为：108.8-81.6 = 27.2kg（4） 酒花耗用量，对于浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2，故酒花耗用量为： 1012.7/919.221000 0.2 = 2.20 （kg）（5）热麦汁量为 1012.7/919.22 1000 = 1101.7 （L）（6）冷麦汁量为 957.0015/919.22 1000 = 1041.102 （L）（7）湿糖化糟量，设排出的湿麦糟水分含量为80，则湿麦糟量为：（1-0.06）（100-79）/ （100 -80）81.6 = 80.54（kg）而湿大米糟量为（1-0.115）（100-92.5）/（100-80）27.2 = 9.03 （kg）故湿糖化糟量为：80.54+9.03 = 89.57 （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，则酒花糟量为：（100-40）/（100-80）2.20 = 6.60 （kg）（9）酵母量（以商品干酵母计）生产1000L啤酒可得20kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为10kg。湿酵母泥含水分85酵母含固形物量：10（100-85）1000 = 0.15（kg）则含水分7的商品干酵母量：0.151000（100 - 7）= 1.6（kg）（10）二氧化碳量因8P冷麦汁密度为1.032kg/L，则 1041.102L冷麦汁质量为：1041.1021.032 = 1074.42（kg）所以，8P冷麦汁中浸出物量：81074.42 = 85.95（kg）设麦汁的真正发酵度为80，则可发酵的浸出物量：85.9580 = 68.76（kg）麦芽糖发酵的化学反应式为：C12H22O11+H2O 2C6H12O62C6H2O6 4C2H5OH+4CO2+56kJ设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量：68.76444342 = 35.39（kg）式中 44 CO2分子量 342 麦芽糖（C12H22O11）分子量设8P啤酒含CO2为0.35，酒中含CO2量为：1041.1020.35 =3.64（kg）则释放出的CO2量为：35.39 - 3.64 = 31.75（kg）而1mCO2在20常压下重1.832kg故释放出的CO2的体积为：31.751.832 = 17.33（m）(11).空瓶耗量100kg，损耗量：919.22/0.5 = 1839瓶0.5 = 10瓶，故总需要量为1839+10=1849瓶1000L，1000/0.5 = 2000 0.5 = 10瓶，故总需要量为2000+10=2010瓶(12).瓶盖耗量为 100kg，1839 1 = 19个，耗量为1858个 1000L，2000 1 = 20个，耗量为2020个(13).商标耗量为 100kg，18390.1 = 1.8 2个，耗量为1841个 1000L，20000.1 = 2 个，耗量为2002个2.1.3 80000t/a 纯生啤酒厂物料衡算表表2-1 80000t/a 纯生啤酒厂物料衡算表物料名称单位100kg混合原料1000L8淡色啤酒糖化一次定额量（45kL）80000t/a啤酒生产混合原料Kg100108.848969048.64103麦芽Kg7581.636726756.48103大米Kg2527.2012242252.16103酒花Kg2.022.2099182.16103热麦汁L1012.71101.749576.591220.76103冷麦汁L957.00151041.10246849.5986203.246103湿糖化糟Kg82.3389.574030.657416.396103湿酒花糟Kg6.076.60297546.48103发酵液L942.651025.546147.584911.4103过滤酒L933.221015.2345685.3584061.044103成品啤酒L919.2210004500082800103空瓶个18492010904501.66428108瓶盖个18582020909001.67256108商标个18412002900901.657656108备注：生产旺季每天糖化8 次 ，淡季4次/天，每年总糖化次数为1840次，8P淡色啤酒的密度为1.008Kg/m3，实际年产啤酒 83462 t 。2.2热量衡算本厂采用的二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，就工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。工艺流程示意图如下，其中的投料量为糖化一次的用料量大米粉1224kg麦芽粉244.8kgt0（），20min料水比1: 4.5热水50自来水，18麦芽粉3427.2kg46.7，60min料水比1: 3.5糖化锅糊化锅7013min12min90，20min7min100，40min63，60min10min5min