年产11万吨11度啤酒发酵车间工艺设计.doc

四川理工学院毕业论文 年产11万吨11P啤酒厂发酵车间工艺设计学 生：学 号：专 业：生物工程班 级：2007级4班指导教师： 四川理工学院生物工程学院二O一一年六月摘 要摘 要本设计为顺应近几年来啤酒工业飞速发展的需求，在啤酒工艺成熟的基础上，同时体现了啤酒酿造的新工艺，为企业的开源节流提供了新的依据。设计题目为年产10万吨11P啤酒厂发酵车间设计，采用70%的麦芽，30%的大米，经过糊化，糖化，煮沸，过滤，冷却，发酵而成。发酵设备采用圆筒体锥底发酵罐，发酵周期是18天。本设计内容主要包括物料衡算，热量衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。糖化方法采用二次煮出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。本设计的图纸主要为带控制点工艺流程图、全厂工艺流程图、车间平面图和车间立面图。本文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、啤酒过滤及其设备选型进行了粗略研究。对发酵过程及其设备选型进行了较为详细的探讨。关键词：啤酒厂；发酵车间；发酵罐；工艺计算I摘 要ABSTRACTThis design in order to adapt to the rapid development in recent years the beer industrial demand, on the basis of beer process maturity, at the same time embodies the new craft beer brewing expenditure, for enterprises provides a new basis. Design topic of the annual output of 100,000 tons of 11 P brewery fermentation, the 70% of design workshop, 30% of the rice malt, after gelatinization, saccharification, boil, filtering, cooling, fermentation and into. Fermentation equipment adopts cylinder body cone bottom fermentation tank, fermentation period is 18 days. This design content mainly includes material calculation, heat calculation and the selection of equipment calculation and key equipment selection and calculation. Glycated methods using second cook saccharification and fermentation method adopt the method of fermentation. This design drawings for belt mainly control process flow diagram, factory process flow diagram workshop floor plan and workshop elevation.This paper beer line process design of the key parts - raw materials gelatinization, saccharification, decreasing filtering, boil, beer filter and its equipment selection for a rough guide to research. The process and equipment type selection of fermentation is detailedly discussed.Keywords: brewery; fermentation workshop; fermentation tank; process calculation I目 录目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 设计选题的目的11.2 设计工作的意义11.3 课题研究内容及方法11.3.1 设计依据11.3.2 设计范围11.3.3 指导思想11.4 工艺选择21.5 设备的选择2第二章 啤酒工艺选择与论证32.1 全厂工艺流程图32.2.1 大麦32.2.2 啤酒糖化的其他原料32.2.3 啤酒花和酒花制品42.2.4 啤酒酿造用水42.3 麦芽汁的制备42.3.1 麦芽与大米的粉碎42.3.2 糖化工艺选择与论证52.3.3 麦芽醪的过滤62.3.4 麦汁的煮沸和酒花的添加72.3.5 麦汁的后处理82.4 啤酒发酵的工艺论证92.4.1 啤酒酵母92.4.2 啤酒发酵工艺技术控制102.4.3 啤酒发酵工艺102.4.4 啤酒发酵方法的选择142.4.5 酵母的添加与回收162.4.6 发酵设备的降温控制162.4.7 啤酒过滤162.4.8 啤酒的包装172.4.9 啤酒生产副产物的利用17第三章 工艺计算193.1 物料衡算193.1.1 物料衡算的意义193.1.2 物料衡算基础数据193.1.3 100原料生产11P啤酒的物料衡算193.1.4 生产100L 11P啤酒的物料衡算203.1.5 年产11万吨11P啤酒糖化车间物料衡算223.2 耗热量的计算243.2.1 糖化用水耗热量253.2.2 第一次米醪煮沸耗热量263.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至70的耗热量273.2.4 第二次煮沸混合醪液耗热量283.2.5 洗糟水耗热量293.2.6 麦汁煮沸过程中耗热量293.2.7 一次糖化总耗热量303.2.8 一次糖化蒸汽耗用量D303.2.9 糖化小时最大蒸汽耗用量303.2.10 蒸汽单耗303.3 工艺耗水量计算31第四章 发酵车间设备设计与选型344.1 发酵罐的设计与选型344.1.1 发酵罐体积的确定344.1.2 发酵罐个数的确定344.1.3 发酵罐封头的选取354.2 发酵车间其他附属设备选型354.2.1 清酒罐354.2.2 扩大培养罐选型364.2.3 贮酒罐的设计与选型384.2.4 液体输送设备选型39第五章 发酵车间设备布置设计405.1 车间布置405.1.1 厂房的整体布置和轮廓设计405.1.2 厂房的立体布置405.1.3 厂房的平面布置405.2 车间设备的布置405.2.1 发酵设备405.2.2 泵405.2.3 过滤机405.2.4 其他罐415.2.5 门，楼梯41参考文献42致谢43I第一章 绪论第一章 绪论1.1 设计选题的目的随着社会的发展，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。1.2 设计工作的意义啤酒是一种营养食品，因为它含有各种营养成分，如：氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质等。啤酒含有很高的，每升啤酒的热量竞达430卡，可相当于6-7枚鸡蛋，0.75升牛奶或50克奶油，被誉为“液体面包”。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。 通过本次的设计和查阅相关的资料，使我进一步掌握了啤酒的工艺和生产方法，为以后的工作奠定了良好的基础。1.3 课题研究内容及方法1.3.1 设计依据1. 我国普遍使用的相关设计和设备的技术规范；2. 我国啤酒质量标准GB 49271991等国家啤酒生产的相关规定；3. 四川理工学院毕业设计任务书。1.3.2 设计范围本设计为年产11万吨11度的啤酒厂发酵车间设计，主体设备为发酵罐，重点工段是发酵工段。本设计主要包括工艺流程及方法的选择与论证、物料衡算、耗热量衡算、耗冷量衡算、设备设计与选型、车间的布置、三废的处理、绘制图纸（带控制点工艺流程图、发酵工艺流程图、发酵车间平面布置图）等。1.3.3 指导思想采用成熟、先进的工艺技术，合理设计，产品符合我国啤酒质量标准GB 49271991，保证产品质量，争取效益最大化。提高生产机械化、自动化的水平，提高资源的综合利用率，降低能耗，回收啤酒的副产物。适应消费者的需求，采用瓶装、罐装、桶装等包装规格。1.4 工艺选择1. 保证产品质量符合国家的标准；2. 尽量采用成熟的，先进的技术和设备；3. 选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。1.5 设备的选择保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。主要方法：1. 查阅资料，确定工艺方法以及流程2. 进行设计衡算（如物料衡算）3. 设计图纸绘图4. 撰写设计说明书。1第二章 啤酒工艺选择与论证第二章 啤酒工艺选择与论证2.1 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2.2 啤酒原料2.2.1 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。麦芽不仅含有较高的淀粉，而且为糖化生产提供了各种丰富的酶系和含氮物质，为后续发酵过程提供良好的物质基础。本设计采用浅色且色泽淡黄而有光泽的麦芽。麦芽外观短胖，除根干净，不含杂草、杂谷粒、砂土、枯芽、半粒、霉粒、损伤残粒等杂质。麦芽还应有新鲜稻草香味，不应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。2.2.2 啤酒糖化的其他原料啤酒生产中的辅料有大米、玉米、小麦、糖和淀粉糖浆等。麦芽的价格远高于不发芽的大米、玉米、小麦等谷物，在麦汁制造过程中采用合适比例的辅料，可提供廉价的浸出物或糖类，虽然增加辅料加工设备，加大热能消耗，有时要添加酶制剂等增大费用，但减少麦芽的使用量，总成本降低，所以使用辅料具有经济性；大部分辅料含很少的可溶性氮，几乎没有增多麦汁中的含氮成分，所以可以降低麦汁总氮，提高啤酒的非生物稳定性。辅料在糖化时使用的配比在20%50%之间。大米是啤酒厂最常用的辅料，其特点是价格低廉，蛋白质、多酚物质和脂肪含量低于麦芽，而淀粉含量高于麦芽，本设计采用大米作为辅料，生产出的啤酒具有色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香突出，非生物稳定性好等特点。在本设计中选择大米淀粉作为辅料，辅料配比为30%。2.2.3 啤酒花和酒花制品酒花能够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，能提高啤酒起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。本设计选择浅黄绿色，有光泽，富有浓郁的啤酒花香气，无异杂气味，花体基本完整的颗粒酒花。2.2.4 啤酒酿造用水 水是啤酒酿造最重要的原料，酿造水被称为“啤酒的血液”。酿造水质不仅决定着产品的质量和风味，而且还直接影响着酿造的全过程。水的质量要求：本设计为经典啤酒，色泽较浅，水的残碱度RA值要求在-5+5度之间；水中Ca至少为4050mg/L。另外，Ca和Mg比例要大于3:1。啤酒酿造用水中含有1015 mg/L Mg已经足够，过高会使啤酒变的干，苦味重。水的镁硬小于等于0.89mmol/L，水中含盐量要求很低。在本设计中选用的酿造用水为符合啤酒酿造用水水质要求的地下水。2.3 麦芽汁的制备麦汁的制备主要在糖化车间进行。粉碎后的麦芽和辅料和水混合进入糖化锅和糊化锅，原料中的非水溶性物质在酶作用下，经过糖化、糊化过程被分解为水溶性浸出物。滤槽将麦汁中的水溶性浸出物和非水溶性麦槽等物质分开。麦汁经煮沸加入颗粒酒花，然后经迴旋沉淀槽将热麦汁与热凝固物分离。分离后的麦汁进入薄板冷却器冷却，再利用过滤设备等分离出麦汁中的冷凝固物。麦芽汁组分直接影响酵母生长、发酵，进而影响啤酒的风格和风味稳定性。处理后的麦汁进入发酵罐发酵。 麦汁制造是加热和冷却的过程，所需热能占啤酒制造总热能的55%以上，在麦汁制造工艺和设备应用应注意热能的利用。2.3.1 麦芽与大米的粉碎 麦芽和谷物原料的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，有较大的比表面积，使物料中贮藏物质增加和水、酶的接触面积，加速酶促反应及物料的溶解。粉碎质量对糖化过程中物质的生化变化、麦汁组成、麦汁过滤和原料的利用率都有重要作用，从理论上讲，麦芽粉碎的越细，其内含物的溶解就越迅速、越完全，化学和酶促反应更容易进行，因此就能获得最佳收得率。然而，在实际生产中，不能将麦芽粉碎的太细，因为考虑到啤酒酿造的特殊性：麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒的风味；皮壳和原料中不溶性物质粉碎过细，造成过滤阻力增加，影响过滤操作；淀粉等贮藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速度，也影响反应深度即影响到麦汁组成，所以麦芽的粉碎只需达到一定的程度即可。1. 麦芽的粉碎麦芽的粉碎大致可分为干法粉碎、湿法粉碎、回潮粉碎和连续浸渍粉碎4种。因为湿法粉碎有表皮比较完整课获得良好的过滤层，解决了粉尘的危害，过滤时间短，糖化效果好，麦芽汁清亮对溶解不良的麦芽可提高其浸出率，适合比较高的投料量等优点，故本设计采用湿法粉碎。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。2.3.2 糖化工艺选择与论证利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度、pH值、时间）下，将麦芽和麦芽辅料中的不溶性高分子物质逐步分解为可溶性低分子物质，这个分解过程称为糖化。从麦芽和麦芽辅料中溶解出来的物质称为浸出物。麦汁中浸出物与投料量比值的百分数称为浸出率。糖化的目的是利于各种酶的作用，使不溶性物质溶解出来，从而得到尽可能多的溶解物，并且使麦汁组成适和发酵。糖化方法可分为以下几类： 一次煮出糖化法 煮出糖化法 二次煮出糖化法 三次煮出糖化法 升温浸出糖化法糖化方法 浸出糖化法 降温浸出糖化法 复式一次煮出糖化法 其它方法 复式煮浸糖化法 谷皮分离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。a. 一次煮出糖化法：该法原料利用率不高，对麦芽质量要求高。故本设计不采用。b. 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。c. 三次煮出糖化法：该法对麦芽质量要求不高，浸出物收得率比较高，适合酿造浓色啤酒而不适合酿造淡色啤酒，相比二次煮出糖化法来说糖化时间比较长，因此本设计不采用。2.3.3 麦芽醪的过滤麦汁过滤的基本要求是迅速、彻底地分离糖化醪液中的可溶性浸出物，尽量减少影响啤酒风味的麦皮多酚、色素、苦味质以及麦芽中的高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸和-葡聚糖等物质进入麦汁，从而保证麦汁良好的口味和较高的澄清度。技术指标应保证过滤的麦汁达到生产所需要的质量要求，尽可能多地获得澄清麦汁，提高生产率，减少对环境的污染。1.过滤方法的选择麦汁过滤方法主要有过滤槽法、压滤机法和渗出过滤槽法，比较如下：表2-1 过滤方法的比较名称过滤槽压滤机渗出过滤槽麦芽粉碎度要求严格，过粗影响麦汁收得率；过细过滤困难可以适当细，但须充分估计，使麦槽容量与压滤机滤框容积相适应要求严格，较过滤槽法灵活一些过滤作业时间2.53.52.02.51.52.0每昼夜批次数（次）678101214麦汁质量澄清透明较清、略混混浊麦汁收率较低高低过滤推动力MPa静压力0.01泵压0.030.1泵吸0.030.05机械化程度自控程度低困难高可控制高完全自控设备费用低中等高操作费用低水耗大滤布更新水耗小动力耗大水耗小生产弹性-50%+20%5%30%+10%维修保养容易较困难较容易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。2. 麦糟的输送从过滤槽或压滤机排出的麦糟（水分为72%83%）“干”式，进入过滤设备附近中间贮槽，再通过输送，至厂区边的麦糟出售罐。麦糟的输送有多种方法：（1）麦糟在中间贮槽加23倍水，用泥浆泵送至数十米远的麦糟出售罐。此法操作简单但不可取，因为在出售前还需分离水，造成废水公害及损失麦糟中营养成分。（2）麦糟用单螺杆泵挤压输送，水平距离为100m,垂直高度为10m。此法中小型厂采用较多。（3）麦糟中间罐为圆筒圆锥底压力罐，输送时用0.7Mp0.9Mp蒸汽或压缩空气，可送至200m远的出售罐。（4）活塞式气流输送，该法也可输送至200m远，而且可边排糟边输送，减小中间麦糟罐的容积。本设计采用蒸汽输送麦糟。2.3.4 麦汁的煮沸和酒花的添加麦汁过滤结束后，就要进行麦汁煮沸，并在麦汁过滤中添加酒花。煮沸期间将发生一系列复杂的物理和化学变化，麦汁质量也会受多种因素影响。1.麦汁煮沸设备选择 啤酒厂常用的煮沸锅有内加热式煮沸锅、外加热式煮沸锅、低压煮沸过和连续流动式麦汁煮沸器，本设计采用列管式内加热式煮沸锅。列管式内加热式煮沸锅的特点是：麦汁加热器垂直安装在锅内，加热器为列管式加热器。麦汁煮沸时，麦汁由下而上穿过加热器的列管向上沸腾。内加热式煮沸锅具有以下优点：a.设备投资少，无需维护，没有磨损，耗电量低；b.热辐射损失小；c.煮沸温度和蒸发速率可以调整；d.设备简单，不需外加加热器和搅拌器。2.麦汁煮沸工艺煮沸方法包括常压煮沸、加压煮沸和低压煮沸（体外煮沸）。（1）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。同时由于本设计每天的糖化次数不多，故采用该方法。（2）加压煮沸：在0.110.22 MPa压力下煮沸，温度高达120 ，缩短煮沸时间，获得更好的非生物稳定性。但降低了酸的浸出量和酒花的利用率，故本设计不采用。（3）低压煮沸：该方法设备复杂，能耗大，故不采用。3. 酒花的添加添加酒花可以赋予啤酒爽快的苦味、啤酒特殊的香味，提高啤酒的非生物稳定性。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1540（Bu）之间。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。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。2.3.5 麦汁的后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。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。 每添加1千克酒花球果，在废酒花糟中将吸附，损失约67L麦汁。为使损失降低，可用75热水洗涤，使用煮沸麦汁量1%5%的热水洗涤废酒花糟，可使废糟中残余浓度降至2%4%，每公斤酒花约得到含水量85%的废糟3千克，再经螺旋压榨排出时，含水量可降至70%，得到相当干的废酒花糟。2. 热凝固物的分离麦汁煮沸后应尽快将麦汁中的热凝固物进行有效的分离，以获得澄清的麦汁，然后将麦汁冷却至工艺要求的温度，冷却的同时，要进行通风，为酵母繁殖提供足够的氧气。漩涡成沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其它设备相比，她的分离效果最佳。漩涡沉淀槽是立式柱形槽，麦汁沿切线方向泵入，形成旋转流动，并使热凝固物以锥丘状沉降于槽底中央，清亮麦汁从侧面麦汁出口排出。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。去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮选法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮选法是麦汁在去除热凝固物后，通入无菌空气就会吸附在细密的小气泡上，随气泡升至液面，并加以除去。4. 麦汁的冷却常用的麦汁冷却器为板式换热器，换热效率很高。麦汁冷却的基本要求有：麦汁和冷却水流经部位要便于清洗，密封性要好，严防冷却水和麦汁的渗漏。要有足够的冷却面积，冷却时间要短，冷凝固物析出的量多。麦汁冷却有一段式和两段式两种冷却方式.本设计采用三段式冷却方式，其优点是利于酵母的沉降，温差会有利于醪液的对流。5. 麦汁的充氧发酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧气，以利于酵母增殖并同时进入发酵阶段。为使空气溶解至冷麦汁中，必须通入很细小的空气泡，并以涡流形式与麦汁进行混合。2.4 啤酒发酵的工艺论证2.4.1 啤酒酵母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：卡尔倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔号二号，发酵度低，沉淀快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。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。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。5接种量： 表2-2 不同麦汁浓度的酵母添加量麦汁浓度酵母泥添加量790.30.410120.40.613150.50.716200.61.06. 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。2.4.2 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。2.4.3 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. 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。但由于工艺改进，前发酵时期已缩短至2030个小时。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。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 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/冷风冷却：10001200千卡/昼夜/4.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。5圆筒体锥底发酵罐发酵及其工艺发酵方法分类：主要分单酿罐发酵和两罐法发酵两种。设备的结构特点：设备的外型特点：外筒体蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。对单酿罐一般是D：H1：12。对两罐法的发酵罐D：H1：34，对两罐法的贮酒罐D：H1：12，也有采用直径为34m的卧式圆简体罐作贮酒罐。增加H有利于加速发酵，降低H有利于啤酒的自然澄清。 罐材料：大型C.C.T均采用碳钢加涂料或是不锈钢两种材料。冷却夹套：国内C.C.T大多用低温低压（-3，0.03MPa）液态冷媒在半圆管，弧形管的夹套，或米勒板式夹套内流动换热。冷却夹套一般分三段：上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支座15cm向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上排列。隔热层和防护层：绝热材料常用绝热材料聚酰氨树脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。外防护层采用0.71.5mm厚的合金铝板或0.50.7mm的不锈钢板，特别是瓦楞型板更受欢迎。罐主要附件：智能型铂温度传感器，清洗取样阀，安全阀，真空破坏阀，CIP执行机构，上视镜，灯镜，空气和二氧化碳排出管装置。圆筒体锥底发酵罐发酵工艺：进罐方法采用直接进罐方法。接种量和起酵温度 麦汁直接进罐法，为了缩短起酵时间，大多采用较高接种量，0.6%0.8%，接种后细胞浓度为（15加或减3）106个/ml。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度23。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。主发酵温度采用中温812（时间短，酵母死亡率低）发酵。VDK还原在大罐发酵中，后发酵一般称VDK还原阶段。VDK还原初期一般不排放酵母，也就是发酵全部酵母参与VDK还原，这可缩短还原时间。冷却、降温VDK还原终点是根据成品啤酒应VDK的含量而定。罐压控制利用备压0.60.8Mpa。酵母的排放和收集酵母回收循环使用五代。圆筒体锥底发酵罐的露天设置在本设计选用的是圆筒体锥底发酵罐，此类大型发酵罐均布置打露天。其优点有：可以节约大量的露天面积，从而节约大量基本建设投资；节约土建施工工程量，从而加快基本建设进度；将有毒物质的设备、具有火灾、爆炸危险的设备露天化，可以节约厂房通风设备及动力，降低厂房防火、防爆等级，降低生产费用和厂房造价；对厂房的改建和扩建，增加灵活性。2.4.4 啤酒发酵方法的选择啤酒发酵方法主要有以下几种方式：传统发酵，锥形罐发酵；连续发酵法，间歇发酵法；上面发酵法，下面发酵法；一罐发酵法，两罐法发酵；本设计选用的是锥形罐两罐法下面酵母连续发酵法。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。故选用连续发酵。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。（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，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，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。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。（4） 两罐法发酵酵母增殖发酵贮酒在不同罐中即酵母增殖和主发酵酵在发酵罐，后发酵酵、贮酒在贮酒罐，或酵母增殖、主发酵和后发酵在发酵罐，贮酒另一罐中。两罐法发酵周期短，生产速率快，能满足旺季生产需要。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。设备利用率低，因此在本设计中选用的是圆柱锥底发酵罐的两罐法下面酵母发酵工艺。2.4.5 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（1.51.8）107/mL麦汁，即约0.60.8L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。2.4.6 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-5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。2.4.7 啤酒过滤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。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。2.4.8 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。2.4.9 啤酒生产副产物的利用1. 麦槽的利用麦槽是麦芽和大米在不发芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的。麦槽是有价值的饲料，有较高的蛋白质，并受到适度分解。2. 二氧化碳的回收二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，二氧化碳也是重要的原材料。在过滤后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短时间内溶解和过饱和，简单而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。回收处理系统是使用密闭