【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .....................................................................31 8 第 一 章 緒 論 設(shè)計(jì)選題的目的 目前，世界上啤酒市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，廣大消費(fèi)者對(duì)啤酒品種結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)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(jì)書(shū)加以科學(xué)地總結(jié)和分析以推動(dòng)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(fèi)結(jié)構(gòu)的不斷改變，啤酒已進(jìn)入了千家萬(wàn)戶。但是 我國(guó)人均啤酒的消費(fèi)還沒(méi)有達(dá)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(lái)物質(zhì)生活的需求。所以，設(shè)計(jì)啤酒廠是有意義有必要的。另外，此次選題是教研室下達(dá)的任務(wù)。是根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需求來(lái)選定的。 設(shè)計(jì)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(dá) 430 卡，相當(dāng)于 67 枚雞蛋， 0． 75 升牛奶或 50 克奶油，被世界營(yíng)養(yǎng)協(xié)會(huì)組織列為營(yíng)養(yǎng)食品，素有 “液體面包 ”之譽(yù)。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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(duì)胃和肝臟無(wú)損害，而且可平緩地促進(jìn)人體血液循環(huán)；維生素 B B6 已能維持心臟正常活動(dòng)，而煙酸則能擴(kuò)張血管，故它們對(duì)心血管系統(tǒng)有益，可加速新陳代謝。 通過(guò)這次的選題，查閱資料，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)中進(jìn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 中國(guó)啤酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 行業(yè)結(jié)構(gòu)的變化： 集團(tuán)化、規(guī)?；?。企業(yè)數(shù)量繼續(xù)下降，青島、燕京、華潤(rùn)的下屬企業(yè)會(huì)繼續(xù)增加，生產(chǎn)能力和年產(chǎn)量還將持續(xù)增長(zhǎng)。珠啤、金星、哈啤等二級(jí)集團(tuán)也會(huì)迅速擴(kuò)張。一業(yè)為 9 主，多元發(fā) 展。大多數(shù)啤酒企業(yè)集團(tuán)在把啤酒業(yè)做強(qiáng)的同時(shí)依靠自身優(yōu)勢(shì)進(jìn)入其他行業(yè)進(jìn)行多元化發(fā)展。如青啤進(jìn)入茶飲料業(yè)、葡萄酒業(yè)，燕啤進(jìn)入生物制藥業(yè)，藍(lán)劍下屬 20多家進(jìn)入其他產(chǎn)業(yè)等。信息化。知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，企業(yè)對(duì)信息的利用效率和利用程度成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方面，啤酒企業(yè)對(duì)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(wàn)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(qiáng)對(duì)外部商業(yè)情報(bào)的收集、分析、利用?？萍蓟??？萍加肋h(yuǎn)是第一生產(chǎn)力，加 快科技進(jìn)步是啤酒企業(yè)未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。在純生技術(shù)進(jìn)一步提高的同時(shí)，啤酒企業(yè)會(huì)在啤酒保鮮度、延長(zhǎng)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(huì)是主流，但隨著越來(lái)越多個(gè)性化產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，功能性保健啤酒、果汁啤酒、無(wú)醇啤酒等特色啤酒的消費(fèi)量會(huì)越來(lái)越大。企業(yè)所有制結(jié)構(gòu)多元化。國(guó)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(yíng)企業(yè)得到大發(fā)展，新一輪的中外合資企業(yè)也會(huì)增多，不過(guò)合資的形式發(fā)生了改變。 市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化： 在城市市場(chǎng)，新一輪消費(fèi)高潮掀起，中高檔啤酒市場(chǎng)、特色啤酒市場(chǎng)、女士啤酒市場(chǎng)得到發(fā) 展。在農(nóng)村市場(chǎng)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，啤酒消費(fèi)出現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)。傳統(tǒng)的企業(yè) ———經(jīng)銷(xiāo)商 ———消費(fèi)者的渠道模式受到挑戰(zhàn)，企業(yè) ———消費(fèi)者的直銷(xiāo)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(yíng)銷(xiāo)在啤酒行業(yè)得到大發(fā)展。 課題研究?jī)?nèi)容及方法 設(shè)計(jì)依據(jù) 本設(shè)計(jì)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(jì)大綱要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 設(shè)計(jì)范圍 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸 8176。的啤酒廠，重點(diǎn)設(shè)備發(fā)酵罐，發(fā)酵工段為重點(diǎn)工段。該設(shè)計(jì)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(diǎn)設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)、車(chē)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(jì)出來(lái)的啤酒廠要求投資小、技術(shù)高、運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便、環(huán)境好。最重要的一點(diǎn)是生產(chǎn)成本低。在工藝方面，力求合理性和先進(jìn)性；在設(shè)備方面，采用先進(jìn)技術(shù)及 10 機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)控制，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；在經(jīng)濟(jì)上，要做到合理利用資源，降低能耗，減少污染，保護(hù)環(huán)境，減少浪費(fèi)。 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(duì)環(huán) 境因素的特殊要求，需要地勢(shì)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(chǎng)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(yùn)輸損失。巢湖 市當(dāng)?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(jìn)的技術(shù)和設(shè)備； ，種類(lèi)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(jì)上的合理性，技術(shù)先進(jìn)，投資省，加工方便， 運(yùn)行費(fèi)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(chēng)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(fēng)味，而且還直接影響著釀造的全過(guò)程。 水的質(zhì)量要求：本設(shè)計(jì)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(guò)高會(huì)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(jìn)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(jì)采用顆粒酒花制品。 輔 料 以價(jià)格低廉而富含淀粉的谷類(lèi)作為輔料可以提高麥汁收得率，制取廉價(jià)麥汁，以達(dá)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(diǎn)是價(jià)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(jì)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(xì)膩、酒花香突出，非生物穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 酵母 在實(shí)際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類(lèi)：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(xì)胞和子細(xì)胞能夠長(zhǎng)時(shí)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(xì)胞和子細(xì)胞增殖后彼此分開(kāi)，幾乎都是單細(xì)胞或幾個(gè)細(xì)胞連接。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(guò)粉碎后才能很好的溶解，并且粉碎質(zhì)量對(duì)糖化過(guò)程中物質(zhì)的生化變化、麥汁組成、麥汁過(guò)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(xì)，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(jìn)行，因此就能獲得最佳收得率，然而。在實(shí)際生產(chǎn)中，不能將麥芽粉碎的太細(xì)，因?yàn)辂溠亢偷矸垲w粒各具有不同的性質(zhì)，麥芽的粉碎只需達(dá)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(rùn)增濕 4 種，本設(shè)計(jì)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(dá)到約 30%后，在進(jìn)入對(duì)輥粉碎機(jī)（兩輥間隙 ），在粉碎的同時(shí)，將糖化用水（料水比在 1:3以上）送入粉碎機(jī)對(duì)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(diǎn)，由于濕法粉碎對(duì)麥芽進(jìn)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(guò)濾槽中的麥層較為疏松，是麥汁過(guò)濾速度加快，并減少皮殼中有害成分的浸出，無(wú)粉塵。另外由于麥粒內(nèi)容物預(yù)先吸水，容易磨成漿狀細(xì)粒，這樣，有利于顆粒的糊化。酶的游離和可溶成分的溶出。過(guò)濾槽單位面積負(fù)荷較大，達(dá)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(jì)采用的輔料為大米，大米的粉碎多 采用對(duì)輥粉碎機(jī)，粉碎要求細(xì)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(shí) 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(gè)分解過(guò)程稱(chēng)為糖化。 從麥芽和麥芽輔料中溶解出來(lái)的物質(zhì)稱(chēng)為浸出物。浸出物主要有各種發(fā)酵性的糖類(lèi)（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(lèi)比大麥原有糖類(lèi)（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?jǐn)?shù)稱(chēng)為浸出率。在糖化過(guò)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(lái)，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(biāo)和要求見(jiàn)下表 21。 表 21 糖化總體目標(biāo)和要求 糖化的總目標(biāo) 糖化的工藝目標(biāo) 數(shù)值目標(biāo) 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(guò)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(guò)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(qiáng)； 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(guò)對(duì)溫度、時(shí)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?？煞譃橹蟪鎏腔ê徒鎏腔?，煮出糖化法的特點(diǎn)是將糖化醪液分批地加熱到沸點(diǎn)，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(dá)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(shí)間長(zhǎng)，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(diǎn)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(shí)，浸出糖化法設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，工作時(shí)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(jì)采用浸出糖化法工藝。 糖化的具體過(guò)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(dá)到糖化各階段所要求的溫度。由于只有部分醪液進(jìn)行煮沸，胚乳細(xì)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(jiǎn)單，糖化時(shí)間短，在 3h 內(nèi)即可完成。有關(guān)糖化工藝圖見(jiàn)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(guò)濾 表23 糖化工藝曲線020406080100120525 55 75 95105 120時(shí)間/min溫度℃糖化溫度糊化溫度 15 麥汁過(guò)濾 麥汁過(guò)濾的基本要求及技術(shù)指標(biāo) 麥汁過(guò)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(fēng)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(jìn)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(biāo)應(yīng)保證過(guò)濾的麥汁達(dá)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(duì)環(huán)境的污染。具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 24。 麥汁過(guò)濾方法及影響因素 過(guò)濾槽是大多數(shù)啤酒廠經(jīng)常采用的麥汁過(guò)濾設(shè)備，在啤酒生產(chǎn)中，麥汁過(guò)濾方法大致可以分為四類(lèi)：過(guò)濾槽靜壓過(guò)濾法，過(guò)濾槽正壓過(guò)濾法，過(guò)濾槽抽吸是負(fù)壓過(guò)濾法，壓濾機(jī)過(guò)濾法。我國(guó)大多數(shù)啤酒廠均采用過(guò)濾槽靜壓過(guò)濾法進(jìn)行麥汁過(guò)濾。本設(shè)計(jì)采用過(guò)濾槽靜壓過(guò)濾法進(jìn)行麥汁過(guò)濾。 過(guò)濾槽法過(guò)濾麥汁是通過(guò)篩分效應(yīng)，濾層效應(yīng)和深層過(guò)濾效應(yīng)三方面的作用而進(jìn)行的。麥汁 的過(guò)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