【文章內(nèi)容簡介】 .....................................................................31 8 第 一 章 緒 論 設(shè)計選題的目的 目前，世界上啤酒市場的競爭日益激烈，廣大消費者對啤酒品種結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，相應(yīng)的新品種也層出不窮。因而，很有必要將這方面得計書加以科學(xué)地總結(jié)和分析以推動啤酒產(chǎn)品多樣化在廣度和深度上的健康發(fā)展，隨著人們生活水平的提高，飲食消費結(jié)構(gòu)的不斷改變，啤酒已進入了千家萬戶。但是 我國人均啤酒的消費還沒有達到世界平均水平。所以建設(shè)新的、大型的啤酒廠，增加產(chǎn)量，就可以滿足人們將來物質(zhì)生活的需求。所以，設(shè)計啤酒廠是有意義有必要的。另外，此次選題是教研室下達的任務(wù)。是根據(jù)教學(xué)的實際需求來選定的。 設(shè)計工作的意義 啤酒含有 17 種氨基酸，多種維生素及碳水化合物、礦物鹽等物質(zhì)、每升啤酒的熱量可達 430 卡，相當于 67 枚雞蛋， 0． 75 升牛奶或 50 克奶油，被世界營養(yǎng)協(xié)會組織列為營養(yǎng)食品，素有 “液體面包 ”之譽。現(xiàn)代科學(xué)研究表明，啤酒中所含各種成份、既有較高的營養(yǎng)價值又具良好的藥療效果，啤酒中 酒精含量較低， 10 度黃啤酒含酒精 3％左右，非但對胃和肝臟無損害，而且可平緩地促進人體血液循環(huán)；維生素 B B6 已能維持心臟正?；顒樱鵁熕釀t能擴張血管，故它們對心血管系統(tǒng)有益，可加速新陳代謝。 通過這次的選題，查閱資料，使我們在設(shè)計中進一步掌握了啤酒的工藝方法為今后走上工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)。 中國啤酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢 行業(yè)結(jié)構(gòu)的變化： 集團化、規(guī)模化。企業(yè)數(shù)量繼續(xù)下降，青島、燕京、華潤的下屬企業(yè)會繼續(xù)增加，生產(chǎn)能力和年產(chǎn)量還將持續(xù)增長。珠啤、金星、哈啤等二級集團也會迅速擴張。一業(yè)為 9 主，多元發(fā) 展。大多數(shù)啤酒企業(yè)集團在把啤酒業(yè)做強的同時依靠自身優(yōu)勢進入其他行業(yè)進行多元化發(fā)展。如青啤進入茶飲料業(yè)、葡萄酒業(yè)，燕啤進入生物制藥業(yè)，藍劍下屬 20多家進入其他產(chǎn)業(yè)等。信息化。知識經(jīng)濟時代，企業(yè)對信息的利用效率和利用程度成為提高企業(yè)競爭力的重要方面，啤酒企業(yè)對加快企業(yè)信息化建設(shè)更加重視。一方面加快內(nèi)部信息化建設(shè)，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投資數(shù)千萬元上 ERP 系統(tǒng)，許多企業(yè)建立內(nèi)部局域網(wǎng)等；另一方面加快外部信息溝通和利用。更多的企業(yè)成立信息中心，加強對外部商業(yè)情報的收集、分析、利用?？萍蓟？萍加肋h是第一生產(chǎn)力，加 快科技進步是啤酒企業(yè)未來競爭的焦點之一。在純生技術(shù)進一步提高的同時，啤酒企業(yè)會在啤酒保鮮度、延長保鮮期等方面不斷創(chuàng)新。產(chǎn)品多樣化。傳統(tǒng)的普通啤酒依然會是主流，但隨著越來越多個性化產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，功能性保健啤酒、果汁啤酒、無醇啤酒等特色啤酒的消費量會越來越大。企業(yè)所有制結(jié)構(gòu)多元化。國有企業(yè)逐漸退出，股份制企業(yè)、多種所有制混合式企業(yè)、民營企業(yè)得到大發(fā)展，新一輪的中外合資企業(yè)也會增多，不過合資的形式發(fā)生了改變。 市場結(jié)構(gòu)的變化： 在城市市場，新一輪消費高潮掀起，中高檔啤酒市場、特色啤酒市場、女士啤酒市場得到發(fā) 展。在農(nóng)村市場，隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，啤酒消費出現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢。傳統(tǒng)的企業(yè) ———經(jīng)銷商 ———消費者的渠道模式受到挑戰(zhàn)，企業(yè) ———消費者的直銷模式得到快速發(fā)展，尤其是電子商務(wù)的發(fā)展使網(wǎng)上營銷在啤酒行業(yè)得到大發(fā)展。 課題研究內(nèi)容及方法 設(shè)計依據(jù) 本設(shè)計是根據(jù) 巢湖學(xué)院化學(xué)化工與生命科學(xué)院 生物工程教研室布置的課程 設(shè)計大綱要求來進行設(shè)計的。 設(shè)計范圍 本設(shè)計為年產(chǎn) 5 萬噸 8176。的啤酒廠，重點設(shè)備發(fā)酵罐，發(fā)酵工段為重點工段。該設(shè)計包括工藝方法及流程的選擇論證、物料衡算、耗熱量衡算、耗 冷量衡算、設(shè)備選型及論證、重點設(shè)備的詳細設(shè)計、車間的布置、繪制圖紙（ 發(fā)酵罐圖和廠區(qū)圖 ），三廢處理等。 指導(dǎo)思想 設(shè)計出來的啤酒廠要求投資小、技術(shù)高、運行穩(wěn)定、管理方便、環(huán)境好。最重要的一點是生產(chǎn)成本低。在工藝方面，力求合理性和先進性；在設(shè)備方面，采用先進技術(shù)及 10 機械化、自動化生產(chǎn)控制，提高勞動生產(chǎn)率；在經(jīng)濟上，要做到合理利用資源，降低能耗，減少污染，保護環(huán)境，減少浪費。 廠址的選擇 地理位置一般工廠廠址選在城鎮(zhèn)的郊區(qū)，考慮微生物發(fā)酵工廠對環(huán) 境因素的特殊要求，需要地勢平坦，利于排水，有豐 富的水源。巢湖 市 地處安徽中部，是五大淡水湖之一， 有著優(yōu)質(zhì)的水源。 巢湖市還有著巨大的市場潛力，是 理想的建廠地址。 氣象資料是工廠總平面布置的重要依據(jù) 之一。廠址應(yīng)該接近原料產(chǎn)地，保證供應(yīng)方便，減少運輸損失。巢湖 市當?shù)厥a(chǎn)大米和小麥， 地域平坦， 為啤酒廠的原料供應(yīng)提供了充足的保證。 工藝選擇 ； ，先進的技術(shù)和設(shè)備； ，種類和性質(zhì)。 設(shè)備的選擇 保證工藝的安全性和可靠性，經(jīng)濟上的合理性，技術(shù)先進，投資省，加工方便， 運行費低，操作清洗方便。 主要方法： ，確定工藝方法以及流程 ； （如物料衡算） ； ； 。 11 第 二 章 啤酒工藝選擇與論證 啤酒原料 釀造用水 [1] 水是啤酒釀造最重要的原料，釀造水被稱為 “啤酒的血液 ”。釀造水質(zhì)不僅決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和風味，而且還直接影響著釀造的全過程。 水的質(zhì)量要求：本設(shè)計為經(jīng)典啤酒，色澤較淺，水的殘堿度 RA 值要求小于，水中 Ca 至少為 40~50mg/L，另外， Ca 和 Mg 比例要大于 3:1。 Mg 過高會使啤酒產(chǎn)生苦味。水的鎂硬小于等于 ，水中含鹽量要求很低。 麥芽 采用淺色麥芽，麥芽外觀整齊，除根干凈，不含雜草、谷粒、塵埃、枯芽、半粒、霉粒、損傷殘粒等雜質(zhì)，色澤淡黃而有光澤。麥芽應(yīng)有特殊的香味。不應(yīng)有霉味、潮濕味、酸味、焦苦及煙熏味等。 酒花 酒花能夠賦予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，增加麥汁和啤酒的防腐能力；增加啤酒的泡持性；酒花與麥汁共同煮沸，能促進蛋白質(zhì)的凝固，有利于麥汁的澄清，有利于啤酒的非生物穩(wěn)定性。本設(shè)計采用顆粒酒花制品。 輔 料 以價格低廉而富含淀粉的谷類作為輔料可以提高麥汁收得率，制取廉價麥汁，以達到降低成本的目的，輔料的蛋白質(zhì)易氧化的多酚物質(zhì)含量明顯低于麥芽，這有利于降低啤酒的色度和改善啤酒的非生物穩(wěn)定性。 大米是啤酒廠最常用的輔料，其特點是價格低廉，蛋白質(zhì)、多酚物質(zhì)和脂肪含量低于麥芽，而淀粉含量高于麥芽，本設(shè)計采用大米作為輔料，生產(chǎn)出的啤酒具有色澤淺、口味清爽、泡沫細膩、酒花香突出，非生物穩(wěn)定性好等特點。 酵母 在實際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類：上面酵母和下面酵母。二者形態(tài)上存在明顯的差別。上面酵母又叫表面酵 母，其母細胞和子細胞能夠長時間相互連接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、貯藏酵母，其母細胞和子細胞增殖后彼此分開，幾乎都是單細胞或幾個細胞連接。本設(shè)計設(shè)計的是經(jīng)典型啤酒，色澤淺，采用的是下面發(fā)酵技 12 術(shù)，故選用下面酵母。 麥汁制備 [2] 麥芽及輔料的粉碎理論 麥芽和谷物原料經(jīng)過粉碎后才能很好的溶解，并且粉碎質(zhì)量對糖化過程中物質(zhì)的生化變化、麥汁組成、麥汁過濾和原料的利用率都有重要作用，從理論上講，麥芽粉碎的越細，其內(nèi)含物的溶解就越迅速、越完全，化學(xué)和酶促反應(yīng)更容易進行，因此就能獲得最佳收得率，然而。在實際生產(chǎn)中，不能將麥芽粉碎的太細，因為麥芽和淀粉顆粒各具有不同的性質(zhì)，麥芽的粉碎只需達到一定的程度即可。 麥芽的粉碎 麥芽的粉碎大致可分為干法、濕法、回潮增濕和浸潤增濕 4 種，本設(shè)計采用濕法粉碎。濕法粉碎是將麥芽以 50℃ 左右熱水浸泡 15~20min，使麥芽含水量達到約 30%后，在進入對輥粉碎機（兩輥間隙 ），在粉碎的同時，將糖化用水（料水比在 1:3以上）送入粉碎機對粉料調(diào)漿，邊粉碎邊投入糖化鍋。 濕法粉碎包括不少優(yōu)點，由于濕法粉碎對麥芽進行了預(yù)浸，使麥殼的 韌性有所增加，所以麥殼可以保持完整。這樣過濾槽中的麥層較為疏松，是麥汁過濾速度加快，并減少皮殼中有害成分的浸出，無粉塵。另外由于麥粒內(nèi)容物預(yù)先吸水，容易磨成漿狀細粒，這樣，有利于顆粒的糊化。酶的游離和可溶成分的溶出。過濾槽單位面積負荷較大，達250~350kg/m ，與糖化室可在同一平面。 輔料的粉碎 輔料常用的粉碎方法為干法粉碎，本設(shè)計采用的輔料為大米，大米的粉碎多 采用對輥粉碎機，粉碎要求細一些好 糖化工藝的選擇與論證 利用麥芽所含的各種水解酶，在適宜的條件（溫度、 pH值、時 間）下，將麥芽和麥芽輔料中的不溶性高分子物質(zhì)逐步分解為可溶性低分子物質(zhì)，這個分解過程稱為糖化。 從麥芽和麥芽輔料中溶解出來的物質(zhì)稱為浸出物。浸出物主要有各種發(fā)酵性的糖類（麥芽糖、麥芽三塘、葡萄糖），非發(fā)酵性的糖、蛋白質(zhì)、麥膠物質(zhì)和礦物質(zhì)組成、麥汁中的糖類比大麥原有糖類（蔗糖、果糖）的含量有所增加，在 1112 P 的麥汁中，這些可發(fā)酵性糖占總浸出物的 61%65%,決定了麥汁的最終發(fā)酵度。 13 麥汁中浸出物與投料量比值的百分數(shù)稱為浸出率。在糖化過程中約有 75%80%的原料內(nèi)容物能夠浸出，未溶解的殘余物將和麥糟 一起排出。糖化的目的是利于各種酶的作用，使不溶性物質(zhì)溶解出來，從而得到盡可能多的溶解物，并且使麥汁組成適和發(fā)酵。糖化的總體目標和要求見下表 21。 表 21 糖化總體目標和要求 糖化的總目標 糖化的工藝目標 數(shù)值目標 主要影響因素 最佳的麥汁組分； 較高的浸出率； 提高原料的利用率； 減小能源消耗； 具備良好的過濾性； 主發(fā)酵和后發(fā)酵速； 有利于酵母的沉降； 良好的啤酒穩(wěn)定性； 良好的過濾性能； 減小最終發(fā)酵度與外觀發(fā)酵度的差值小于 2%； 色度淺； 啤酒的還原能力強； 口味穩(wěn)定性好； 減少發(fā)副產(chǎn)物的量； 減 少 DMS、脂肪酸和羰基化合物的量； 麥芽質(zhì)量； 良好的粉碎； 通過對溫度、時間、 PH值和濃度的調(diào)整，優(yōu)化酶的最佳作用條件； (1)糖化方法 麥芽的糖化方法通常可分為煮出糖化法和浸出糖化法，煮出糖化法的特點是將糖化醪液分批地加熱到沸點，然后與其余未煮沸的醪液溫度分階段地升溫到不同酶作用所要求的溫度，最后達到糖化終了的溫度，煮出糖化法設(shè)備復(fù)雜，操作也比較復(fù)雜，工作時間長，生產(chǎn)成本高，設(shè)備多，占地面積大，投資較高。浸出糖化法的特點是：糖化醪液自始自終不經(jīng)煮沸，單純依靠酶的作用浸出各種物質(zhì)，麥汁在煮沸前仍保留一定 的酶活力，同時，浸出糖化法設(shè)備比較簡單，操作簡單，工作時間短，生產(chǎn)成本低，占地面積小。生產(chǎn)的啤酒柔和、淡爽，因而，本設(shè)計采用浸出糖化法工藝。 糖化的具體過程 : 糖化醪與糊化醪兌醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化鍋內(nèi)升溫，達到糖化各階段所要求的溫度。由于只有部分醪液進行煮沸，胚乳細胞壁的高分子麥膠物質(zhì)及其他雜志溶出較少，所制麥汁色澤淺，黏度低，口味柔和，發(fā)酵度高，特別適合釀造淺色淡爽型啤酒；而且操作簡單，糖化時間短，在 3h 內(nèi)即可完成。有關(guān)糖化工藝圖見下 圖 21 和圖 22。 14 圖 21 糖化工藝圖解 糖化鍋 糊化鍋 3035℃ （ 30min） 50℃ （ 20min） 15min 15min 5055℃ （ 3060min） 70℃ （ 20min） 15min 15min 煮沸（ 30min） 6568℃ （ 3060min）（碘液反應(yīng)基本完全） 7678℃ （ 10min） 過濾 表23 糖化工藝曲線020406080100120525 55 75 95105 120時間/min溫度℃糖化溫度糊化溫度 15 麥汁過濾 麥汁過濾的基本要求及技術(shù)指標 麥汁過濾的基本要求是迅速、徹底地分離糖化醪液中的可溶性浸出物，盡量減少影響啤酒風味的麥皮多酚、色素、苦味質(zhì)以及麥芽中的高分子蛋白質(zhì)、脂肪、脂肪酸和 β葡聚糖等物質(zhì)進入麥汁，從而保證麥汁良好的口味和較高的澄清度 [3]。技術(shù)指標應(yīng)保證過濾的麥汁達到生產(chǎn)所需要的質(zhì)量要求，盡可能多地獲得澄清麥汁，提高生產(chǎn)率，減少對環(huán)境的污染。具體技術(shù)指標見表 24。 麥汁過濾方法及影響因素 過濾槽是大多數(shù)啤酒廠經(jīng)常采用的麥汁過濾設(shè)備，在啤酒生產(chǎn)中，麥汁過濾方法大致可以分為四類：過濾槽靜壓過濾法，過濾槽正壓過濾法，過濾槽抽吸是負壓過濾法，壓濾機過濾法。我國大多數(shù)啤酒廠均采用過濾槽靜壓過濾法進行麥汁過濾。本設(shè)計采用過濾槽靜壓過濾法進行麥汁過濾。 過濾槽法過濾麥汁是通過篩分效應(yīng)，濾層效應(yīng)和深層過濾效應(yīng)三方面的作用而進行的。麥汁 的過濾速度受濾層阻力、濾層滲透性、濾層厚度、麥汁黏度和濾層面積等諸多因素