啤酒发酵工艺计算.doc

啤酒发酵工艺计算一、主发酵中排出的二氧化碳量每1hl 12p麦汁中含有12kg浸出物，其中2/3为可发酵性糖，即8kg可发酵性糖被酵母发酵。8kg可发酵性糖可分解为4kg乙醇和4kg二氧化碳。也就是说，在为期6天的主发酵中，1hl麦汁可形成4kg二氧化碳。例1：如果每天发酵200t麦汁的话，在6天主发酵中形成的co2量为：200104 = 8，000kg 啤酒中溶解的二氧化碳量为0.3kg/hl则200t啤酒中溶解的二氧化碳量为：20010hl0.3kg/hl = 600kg这样，在6天的主发酵中，从主酵间逸出的二氧化碳量为：8，000kg600kg = 7，400kg所以，每天逸出的二氧化碳量为：7，400kg6 = 1，223kg每天逸出的二氧化碳体积为：1223kg2m3/kg = 616m3即：主酵期间，每天逸出的二氧化碳量为616 m3。二、发酵车间收得率由于接种麦汁的容量是在低温状态下测定的，因此不需要校正系数。计算公式：接种麦汁量（hl）麦汁浓度相对密度糖化投料量（100kg）发酵车间收得率ag= 例2：由4，960kg比尔森型麦芽投料生产出331hl浓度为11.4%（质量分数）的定型麦汁（即打出麦汁的质量浓度为11.09kg/hl）。接种麦汁量为321hl，浓度为11.2%（质量分数，相当于质量浓度11.68kg/hl）。求：糖化车间收得率as与发酵车间收得率ag的差值为多少？11.09kg/hl 0.96331hl解：4960kg as= = 76.24%11.68kg/hl 321hl4960kgag= =75.59% 差值为：asag76.24%75.59%=0.65%三、计算发酵罐的体积和酵母产量例3：一锥形发酵罐的总麦汁高度为9.4m，直径为4.2m，锥形高度为3.6m，求此罐可容纳多少百升麦汁？发酵结束后大约能产生多少公斤酵母？能生产多少公斤商品干酵母？计算如下：（1）柱体高度 = 9.4m3.6m = 5.8m柱体部分容积：公式vz =r2hz3.142.12.15.8 = 80.31m3锥体部分容积：公式k=1/3r2hvk = 1/33.142.12.13.6 = 16.62m3v = vz +vk= 80.31+16.62 = 96.93m3 = 969.3hl（2）每百升麦汁在发酵后形成1.52.5公斤泥状酵母，取中间值为2.0公斤 酵母产量 = 969.32.0 = 1938.6公斤（3）主酵形成泥状酵母（含水量为85%），平均40%用于再生产菌种，60%用于制造商品干酵母粉（含水量为7%） 商品干酵母 = 1938.6（1.085%）60%/（1.07%）= 187.6公斤 四、清洗液对于例计算中的锥形罐需要多少清洗液？每米周长需清洗液30hl/h 锥形罐周长 =d = 3.144.2 = 13.2m 则13.2m周长需清洗液量 = 13.2m30hl/hm = 396hl/h = 11l/s （必要的清洗液量为11l/s）五、主发酵后嫩啤酒的产量麦汁经过主发酵，由于泡盖、酵母沉淀及输送等因素出现体积损失，取损失系数为2.0%所以嫩啤酒产量 = 冷麦汁量（100%2.0%）六、成品啤酒的计算啤酒过滤损失为0.51.0%，输送管路损失为0.10.2%，装瓶损失为1.04.0%可取成品啤酒损失为后酵啤酒体积的3.5%.成品啤酒产量 = 后酵啤酒体积（100%3.5%）成品啤酒总收得率 = 成品啤酒量热麦汁量 第五章 酵母的添加、回收和保存第一节 酵母的添加一、啤酒厂酵母扩培、回收与添加的关系（见图5.1）酵母扩培5mg o2/ l回收酵母910mgo2/ l 13冷贮存最多3天酵母纯种培养酵母扩培预处理酵母贮存酵母处理回收酵母剩余酵母啤酒回收主发酵添加泵，浊度测量过筛处理软化水洗涤酸处理+中和处理进罐时通风死亡酵母细胞1%死亡酵母细胞5%较好的分布添加麦汁通风活化提前6小时麦汁/酵母 1:1沉降的酵母啤酒回收后贮存后发酵啤酒通风酵母添加 图5.1 啤酒厂酵母扩培、回收与添加的关系二、酵母添加方法1干加法 在酵母接种器内，放入适量的冷却麦汁，再将洗涤保存的酵母泥，倾去上部清水，量出所需要的酵母量（0.60.8%左右），加入接种器内，使麦汁与酵母混合均匀。然后用无菌压缩空气将酵母送入发酵罐与待发酵的麦汁混合。2湿加法 在酵母接种器内，加入部分1015的麦汁，再加入需要量的酵母，保持此温1012h，使酵母充分恢复其活性。出芽繁殖后，再利用无菌压缩空气，将酵母压入发酵罐中与冷麦汁充分混合。3分割法 此法多在培养、扩大第1代种酵母以及生产现场酵母供应不足时使用。方法如下：全量酵母一次加入繁殖罐内，加麦汁到满量，繁殖2024h后，分为两罐，各追加麦汁到满量。分割法所追加的麦汁温度，应等于或稍高于原发酵液的温度，以防抑制酵母活性。为了防止杂菌污染，分割时间均应在酵母繁殖达到一定密度（510）106个细胞/ml后进行。一般说，湿加法较干加法有利于缩短发酵初期的酵母适应期，使酵母较快地进入对数生长期。4连续添加法 通风和酵母添加可在一个设备中进行（见图5.2）。为了使酵母均匀分布在发罐中，酵母应在整个麦汁流入过程中均匀添加。酵母添加量通过一个变频泵控制。生产中主要控制以下参数：（1）期望达到的酵母细胞数；（2）空气量/ cm3麦汁。麦汁充氧酵母计量添加cip图5.2 带麦汁通风的酵母连续添加设备1回旋沉淀槽 2酵母添加罐 3浮选罐 4薄板换热器43215追加法 追加法是指把麦汁加入已开始发酵的发酵罐中。由于新鲜麦汁的进入，酵母又会立即活化，发酵直接进行。利用追加法，可以节约起发时间。需要注意的是，追加麦汁的温度应与发酵中的嫩啤酒温度大致相同，否则酵母受冷刺激会导致发酵缓慢或完全终止。此种方法的优点是，缩短了酵母的适应期，加快了发酵的速度。具体操作方法是，从正处于高泡期的发酵罐中抽走部分嫩啤酒，泵入其他发酵罐中继续进行常规发酵；同时，把相同温度（8.5）的冷却麦汁打入处于高泡期的发酵罐中，发酵罐的麦汁量保持恒定。未发酵的麦汁在处于高泡期的发酵罐中与已发酵的嫩啤酒进行混合，酵母增殖并持续保持在增殖阶段。这种方法常用于传统发酵工艺。这种方法的关键是要对冷麦汁强烈通风，保证酵母增殖。通风量不足，会延长发酵时间。三、酵母添加量酵母接种量一般为1.51.8107个/ml麦汁，约0.60.8l浓酵母泥/hl麦汁。酵母添加量因酵母活性、麦汁浓度和发酵温度的不同而异。总之，酵母量添加应以能迅速起发为度。过多过少均不宜。添加过少，起发慢，酵母增殖的时间变长，容易引起染菌和发酵时间延长；添加过量，则影响啤酒口味（酵母味、口味），并引起酵母退化和自溶。在正常的酵母活性情况下，麦汁浓度愈高，发酵温度愈低，则接种量相对愈高。根据传统生产方法和麦汁浓度的不同，酵母添加量可参考表5.1。为保证麦汁顺利起发，接种酵母浓度不应低于0.81.0107个/ml麦汁。表5.1 不同麦汁浓度的酵母添加量麦汁浓度/p酵母泥添加量/%79101213150.40.50.50.70.60.8四、种酵母的技术要求种酵母的技术要求如表5.2所示。表5.2 种酵母的技术要求项 目技 术 要 求外 观镜 检酵母细胞活性冷水低温（12）保存时间使用代数色泽洁白，气味正常，凝集性良好，无粘着现象，无杂质，无变异细胞大小整齐，健壮，无杂菌感染97%以上（0.1%美蓝液染色，呈深蓝色细胞3%）不超过3天不超过7代第二节 酵母回收一、酵母回收时间和质量要求1酵母回收的时间（1）主发酵中期，10或12时；（2）双乙酰还原完毕时；（3）降温至5时；（4）降温至01时。7天后的酵母不宜再回收，因酵母在酒液中存放的时间太长，活性会有所下降。锥形罐发酵后期，沉积锥底的酵母泥通常受到0.190.24mpa的压力。为了保护酵母，应在压力条件下排放酵母泥。若在常压下排放酵母，往往会因压力突然下降，使酵母细胞受到损伤甚至破裂，增加酵母死亡率；另外，由于骤然降压，酵母泥中二氧化碳大量逸出，会产生大量泡沫，常使洁白的酵母泥呈现褐色。2、回收酵母的质量当残糖降到3.63.8p时或第二次降温前排放的酵母泥活力最强。回收的酵母应洁净、无杂质，镜检无杂菌，细胞整齐，形态正常，美兰染色低于5%。回收酵母的检验：（1）酵母自溶 ph值5.55.7正常，5.96.0酵母将自溶（2）微生物 短乳杆菌、足球菌、酵母群（3）死细胞数 7% （4）发酵过程 浸出物、ph值、啤酒气味、泡持性、啤酒味道等二、酵母回收方法与操作1回收方法（1）人工回收 沉降于发酵罐底的酵母，可粗分为三层（见图5.3）。上层为多轻质酵母细胞，主要由落下的泡盖和最后沉降下来的酵母细胞组成，混有蛋白质和酒花树脂的析出物及其他杂质，分离后，可作饲料或进行其他综合利用；中层为核心酵母，由健壮、发酵力强的酵母细胞组成，其量占6570%左右，应单独取出，留作下批种酵母用，颜色较浅；下层为弱细胞和死细胞，由最初沉降下来的颗粒组成，如酒花树脂、凝固物颗粒等，混有大量沉渣杂质，可作饲料或弃置不用。酵母回收通常先排出底层酵母和沉积物，废弃；然后再排出中层优质酵母泥用于生产。酵母放入备压0.10.15mpa酵母贮存罐中，回收完后，再将酵母贮罐的压力缓慢减至常压，再从罐底通入无菌空气进行通氧搅拌，酵母在23下保存；上层酵母也不回收利用。 （2）利用酵母离心机回收酵母和发酵液的相对密度不同，可采用离心机分离酒液和酵母。离心机型式有多种形式，分离酵母的离心机多采用自开式盘式离心机。为了保持下酒时酒液中的酵母浓度，采用此法，部分酒液不经离心，直接与其他离心的酒液混合，使酵母浓度保持在510106个细胞/ml左右。离心后的酵母则进入贮存罐内处理。采用此法，操作方便，但离心机及所属设施不易灭菌，而且离心过程中，酒液容易吸取氧（0.2mg/l），酒温升高0.40.8，酵母温度升至10以上，酵母死亡率显著增加，这是离心机回收酵母的最大缺点。 第一沉降酵母最后沉降酵母6570%的回收酵母洗涤酸处理过筛通风上层酵母中层酵母下层酵母 图5.3 锥形罐酵母沉降分层示意图2酵母回收操作酵母回收的操作程序是：（1）将酵母贮存罐清洗干净，接入稀释酵母用的冷却麦汁（约酵母泥量的1020%）； （2）对酵母回收管道进行清洗杀菌；（3）通过视镜观察，管道中前25分钟的酵母排入下水道，后打开进入阀使酵母进入酵母罐；（4）酵母罐用无菌空气备压0.10.15mpa，在酵母进入时，通过压力调节阀使压力与发酵罐保持一致的恒压状态；（5）酵母回收完毕后，用水将管道中的酵母推入酵母罐；（6）用水清洗酵母回收管道。三、酵母回收量与留用量1酵母回收量与添加量的关系酵母回收总量与原麦汁浓度、麦汁通氧量和酵母的增殖能力有关，它与酵母接种量并不成比例关系。原麦汁浓度愈高，可同化氮含量愈高，则愈有利于酵母增殖；而含氧量愈高，酵母的增殖能力愈强，其回收量也愈大。而酵母接种量愈高，在麦汁营养条件一定的情况下，增殖的新生酵母细胞愈少，则酵母回收比率相对减少，如表5.3所示。表5.3 酵母添加量与回收量酵母添加量（泥状酵母l/100l麦汁）酵母回收量（泥状酵母l/100l麦汁）回收比率0.51.02.0约2.0约2.5约3.01:41:2.51:1.52酵母回收量与留用量在正常情况下，麦汁经过发酵后，酵母的实际收获量和可留用酵母量如表5.4所示。表5.4 酵母收得量和留用量项 目每100l发酵液酵母回收量l说 明一般回收量（泥状）中层酵母回收量经筛选后留用酵母1.752.51.31.81.21.5包括上、下层不纯酵母3035%占回收量6570%作种酵母用四、酵母回收的技术要点1酵母对co2的积累很敏感，所以应及时回收酵母；2通常新鲜酵母可使用6代，然后废弃；3酵母应尽可能迅速地重新添加使用；4洗涤和过筛会降低酵母活性，也带来了微生物感染的危险。应尽可能放弃酵母洗涤和过筛；5若酵母仅保存23h可不用冷却。在停产期间，酵母也应在一定浓度的啤酒或麦汁中低温（ 0）保存。第三节 回收酵母的贮存与活化 一、回收酵母的处理和贮存方法近代的酵母回收，多直接回收在酵母回收罐内，罐的容量可容纳23批同代酵母。回收罐内附有搅拌器和冷却设施。酵母回收后，经洗涤或不经洗涤（大罐酵母泥一般无需洗涤，有的工艺要求用硬度适当的洁净冷水清洗酵母，以除去杂质，如出现少量污染菌可用酸洗涤酵母）。酵母回收结束后，应立即进行冷却，至温度5.0停止，后进行间接冷却，使温度降至2。在酵母冷却的同时，酵母打循环。在此温度下，酵母基本处于休眠状态，不再升温。为使酵母混合均匀，可打循环每天1次，每次510分钟。在对回收酵母进行冷却的同时，应立即将酵母罐缓慢减压，并防止泡沫的溢出。种酵母的洗涤和保存技术要求见表5.5。表5.5 回收酵母的洗涤和保存技术要求项 目技 术 要 求（1）酵母温度（2）洗涤用水（3）酵母洗涤次数 第1天 第2天（4）酵母保存温度和时间02，最高不超过3必须保持无菌，水温0.52.0，用砂滤棒过滤器除菌，或再经颗粒活性炭过滤，去氯和酚类物质，并经常做细菌检查34次23次无菌水保存酵母泥，0.52.0，3天内使用以麦汁保存酵母，2，2周内使用以发酵旺盛的发酵液保存酵母，24，2周内使用以压榨法保存酵母，0，1月内使用二、回收酵母的活化回收后的酵母，只经过简单的处理，就可以再次用于接种，虽然操作实用方便，但用量不易准确掌握，且酵母在发酵过程中，所处环境为高压（气压、液压）、厌氧（co2含量高）、酒精含量高的一个环境，其性能受