【導讀】本設計是年產(chǎn)五萬噸8°P的啤酒廠設計，此啤酒的釀造方法采用75%的麥芽，25%的大米，經(jīng)過糊化，糖化，煮沸，過濾，冷卻，發(fā)酵而成。錐底發(fā)酵罐，發(fā)酵周期是14天。本設計內容主要包括物料衡算，熱量衡算，冷耗衡算。和設備選型的計算及重點設備選型及計算。本次設計還進行了“三廢”處理和副產(chǎn)物。糖化方法采用雙醪浸出糖化法，發(fā)酵方法采用下面發(fā)酵法。在核心設備上選用國際先進裝置，在。提高啤酒質量、降低生產(chǎn)成本方面相對現(xiàn)實的生產(chǎn)工藝具有較大優(yōu)勢。Keywords：beer；saccharification；fermentation；fermentor

　　

【正文】 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，色澤淡黃而有光澤。麥芽應有特殊的香味。不應有霉味、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，輔料的蛋白質易氧化的多酚物質含量明顯低于麥芽，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、多酚物質和脂肪含量低于麥芽，而淀粉含量高于麥芽，本設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。本設計設計的是經(jīng)典型啤酒，色澤淺，采用的是下 5 面發(fā)酵技術，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，并且粉碎質量對糖化 過程中物質的生化變化、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，其內含物的溶解就越迅速、越完全，化學和酶促反應更容易進行，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，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。另外由于麥粒內容物預先吸水，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逐步分解為可溶性低分子物質，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、麥膠物質和礦物質組成、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。 6 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； 麥芽質量； 良好的粉碎； 通過對溫度、時間、 PH值和濃度的調整，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，煮出糖化法設備復雜，操 作也比較復雜，工作時間長，生產(chǎn)成本高，設備多，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，麥汁在煮沸前仍保留一定的酶活力，同時，浸出糖化法設備比較簡單，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 內即可完成。有關糖化工藝圖見下圖 21 和圖 22。 7 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 8 麥汁過濾 麥汁過濾的基本要求及技術指標 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、苦味質以及麥芽中的高分子蛋白質、脂肪、脂肪酸和β 葡聚糖等物質進入麥汁，從而保證麥汁良好的口味和較高的澄清度 [3]。技術指標應保證過濾的麥汁達到生產(chǎn)所需要的質量要求，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，濾層效應和深層過濾效應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影響。 9 表 24 過濾操作技術指標 目標 理想值 相關因素 質量 麥汁澄清度 30EBC,短期 10EBC(小麥麥汁濁度略高 ) 脂肪酸；口味穩(wěn)定性；苦味質 固形物 30mg/L。最佳值為 0 脂肪酸；口味穩(wěn)定性；碘值；苦味質；回旋沉淀槽凝固物的數(shù)量 碘值 ,煮沸后 過濾性；生物活性 氧含值 色度；單寧；苦味質；口味；口味穩(wěn)定性 生產(chǎn)率 收得率高 實驗室值 1%；過濾槽的收得率不大于實驗室值的 % 麥芽成本 速度快（過濾槽） 每天 814 鍋 個體；貸款；投資 環(huán)保要求 無洗糟殘水 達到標準 其它輔助設備；人員投入；質量；廢水；成本 出糟 殘糟剩余量 400g/m2 小型過濾槽出糟困難；廢水 麥糟壓榨汁 在封閉系統(tǒng)進行 廢水；氣味 麥糟的排放 飼料 成本；垃圾堆放場 篩本底部的沖洗 下次糖化時使 用 廢水；成本 麥汁煮沸 麥汁煮沸設備選擇及優(yōu)缺點 麥汁過濾結束后，就要進行麥汁煮沸，并在麥汁過濾中添加酒花。煮沸期間將發(fā)生一系列復雜的物理和化學變化，麥汁質量也會受多種因素影響。 啤酒廠商用的煮沸鍋有內加熱式煮沸鍋、外加熱式煮沸鍋、低壓煮沸過和連續(xù)流動式麥汁煮沸器，本設計采用內加熱式煮沸鍋。內加熱式煮沸鍋的特點是：麥汁加熱器垂直安裝在鍋內，加熱器為列管式加熱器。麥汁煮沸時，麥汁由下而上穿過加熱器的列管向上沸騰，內加熱式煮沸鍋具有以下優(yōu)點： 1，設備投資少，無需維護，沒有磨損，耗電量 低； 2 熱輻射損失?。?3 煮沸溫度和蒸發(fā)速率可以調整； 4 設備簡單，不需 10 外加加熱器和攪拌器。 麥汁煮沸工藝 內加熱式麥汁煮沸鍋又可分為常壓煮沸和低壓煮沸。本設計采用常壓煮沸工藝，具體為進鍋麥汁在 1520min 從 75℃升至 100℃，在 100℃煮沸維持 30min，總煮沸時間為 7090min，總蒸發(fā)量為 8%12%，其溫度變化曲線如下表 25。 表25 煮沸過程中的溫度變化曲線7075808590951001055 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 120時間/min溫度/℃ 麥汁后處理 熱凝固物及冷凝固物的分離 麥汁煮沸后應盡快將麥汁中的熱凝固物進行有效的分離，以獲得澄清的麥汁，然后將麥汁冷卻至 工藝要求的溫度，冷卻的同時，要進行通風，為酵母繁殖提供足夠的氧氣。漩渦成沉淀槽是最常用的熱凝固物分離設備，與其它設備相比，她的分離效果最佳。漩渦沉淀槽是立式柱形槽，麥汁沿切線方向泵入，形成旋轉流動，并使熱凝固物以錐丘狀沉降于槽底中央，清亮麥汁從側面麥汁出口排出。 麥汁在冷卻過程中會形成冷凝固物，并逐漸沉淀下來，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮選法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮選法是麥汁在去除熱凝固物后，通入無菌空氣就會吸附在細密的小氣泡上，隨氣泡升至液面，并加以除去。 麥 汁的冷卻 常用的麥汁冷卻器為板式換熱器，換熱效率很高。麥汁冷卻的基本要求有：麥汁 11 和冷卻水流經(jīng)部位要便于清洗，密封性要好，嚴防冷卻水和麥汁的滲漏。要有足夠的冷卻面積，冷卻時間要短，冷凝固物析出的量多。 麥汁冷卻有一段式和兩段式兩種冷卻方式，本設計采用一段式冷卻方式。即先采用氨直冷方式將釀造用水冷卻至 34℃，然后與熱麥汁在板式換熱器內進行一次性熱交換，在麥汁冷卻至發(fā)酵溫度同時，冷水則被加熱至 7580℃，此水可以直接作為洗糟水使用。 麥汁的充氧 發(fā)酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧氣，以利于酵母 增殖并同時進入發(fā)酵階段。為使空氣溶解至冷麥汁中，必須通入很細小的空氣泡，并以渦流形式與麥汁進行混合 [4]。 啤酒發(fā)酵 啤酒發(fā)酵方法的選擇 根據(jù)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，啤酒發(fā)酵過程分主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段，（又可分為上面發(fā)酵和下面發(fā)酵，下面發(fā)酵生產(chǎn)的啤酒柔和、色淡，本設計采用下面發(fā)酵方法），酵母繁殖和大部分可發(fā)酵性糖類的代謝以及發(fā)酵產(chǎn)物的形成，均在主發(fā)酵階段完成，后發(fā)酵是前發(fā)酵的延續(xù)，必須在密閉的容器中進行，殘?zhí)七M一步進行分解，形成二氧化碳，并充分溶于啤酒中，達到飽和，啤酒在低溫下陳貯，進一步得 到成熟后澄清。 一罐法發(fā)酵工藝的論證 一罐法發(fā)酵由于操作簡單，溫度，壓力和風味可以很方便的進行自動控制，回收酵母液比較方便，而且一罐法生產(chǎn)啤酒可以省去兩罐法的倒灌操作，較少了接觸空氣的機會，清洗消耗少，酒損失低。缺點是：由于酒液對流強烈，許多本應分離的雜質不能排出去而溶于酒中。本設計采用一罐法高溫發(fā)酵工藝進行發(fā)酵。高溫發(fā)酵工藝與低溫發(fā)酵工藝相比，可在質量不變的前提下提高設備利用率，生產(chǎn)周期也明顯縮短，生產(chǎn)成本大大降低 [5]。工藝方法如下：熱麥汁經(jīng)回旋沉淀槽除去冷凝固物和粉碎酒花渣后，以薄板冷卻 器冷至 ℃，在以硅藻土過濾除去冷凝固物，并充無菌空氣使溶氧達到 78mg/L,原麥汁濃度為 12176。 P，添加 %%的泥狀酵母。麥汁在發(fā)酵罐內 1011℃保持 36h，進行酵母增殖，而后使溫度升至 12℃，進入主發(fā)酵。經(jīng)過大約兩天的發(fā)酵后，外觀發(fā)酵度降至 6176。 P 時，使罐壓升至 ，并逐步自然升溫至 16℃，繼續(xù)發(fā)