年产40万吨8度啤酒厂发酵车间工艺设计

1、 四川理工学院毕业设计 年产5.8万吨啤酒厂发酵车间工艺设计学 生：学 号：专 业：生物工程班 级：2011级401班指导教师：董萌 赵新铭 湖南城市学院化学与环境工程学院二O一四年六月课程设计任务书设计（论文）题目： 年产5.8万吨啤酒厂发酵车间工艺设计系： 化学与环境工程 专业： 生物工程 班级：11级401班 学号： 学生： 牟天秀 指导教师： 董萌 接受任务时间 2013年3月17日 教研室主任 （签名）二级学院院长 （签名）1 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求全厂工艺流程及工艺参数选择论证发酵车间物料及热量衡算绘制全厂工艺流程图一份绘制发酵车间带控制点工艺流程图绘制发酵车间平面图

2、、立面图各一份撰写设计说明书一份2 指定查阅的主要参考文献及说明 1顾国贤.酿造酒工艺学（第二版）M.中国轻工业出版社，1996 2管敦议.啤酒工业手册（第一版）M中国轻工业出版社.1985 3化工设备设计手册（第一版）M.编写组.材料也零部件.上海人民出版社，1973 4梁世中.生物工程设备（第一版）M.中国轻工业出版社.2006 5吴思方.发酵工厂工艺设计概论（第一版）M.中国轻工业出版社.20063进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1毕业设计下达任务，搜集有关材料，数据2013.3.17-2013.4.82进行设备选型、设计方案的初步确定2013.4.8-2013.4.253工

3、艺论证、物料衡算、基础数据进行统一2013.4.25-2013.5.104车间设备选型2013.5.10-2013.5.275绘图和设计说明书的撰写2013.5.27-2013.6.10 注：本表在学生接受任务时下达 四川理工学院毕业设计开题报告设 计 名 称年产40万吨啤酒厂发酵车间工艺设计设 计 类 型D指导教师曹新志学生姓名牟天秀学号09041010327系、专业、班级生物工程学院生物工程专业2009级3班一、选题依据：（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。）啤酒发展现状及分析： 随着中国经济的快速发展，人们生活水平的提高，啤酒作为含酒精量最低的饮料酒,由于其营养丰富

4、且价廉物美已受到越来越多消费者的喜爱，已经逐步成为人们大众最喜爱的饮料之一。从1903年啤酒进入中国市场到今天，我国啤酒产量逐年增加，已成为世界啤酒产量最大的国家，由此可见啤酒在我国的发展速度之迅猛。然而，我国啤酒产量却仅以每年10%的速度增加，这说明啤酒在我国还无法完全满足人们日益增长的物质文化需求，中国啤酒市场拥有非常广阔的前景，为生产提供了可行性保证。设计（论文）的目的意义：1.了解现在啤酒生产所用的工艺，掌握一定的工厂设计的专业技能，巩固专业知识的。2.掌握完成一项给定任务的方法、步骤和全过程，充分发挥个人的主动性和创造性以完成毕业环节的学习任务。二、设计（论文研究）思路及工作方法1.

5、查看啤酒相关书籍，了解啤酒现阶段的生产技术，获取相关工艺参数，对啤酒厂的设计进行工艺设计论证及工艺参数的选择。2.根据要求进行理论工艺横算，包括发酵车间物料，热量，冷耗量，空气消耗量，耗水量等进行横算。3.根据衡算结果对发酵车间设备及其附属设备选型以及发酵罐进行结构及强度设计。4.根据工艺计算绘制发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全场工艺流程方块图。三、设计（论文研究）任务完成的阶段内容及时间安排。2013-3-20至2013-4-9 进行全厂工艺流程及工艺参数的选择论证2013-4-10至2013-4-25 发酵车间物料及热量衡算2013-4-26至2013-5-5 发酵罐设计

6、计算与其选型2013-5-6至2013-5-20 绘图2013-5-21至2013-6-03 撰写设计说明书指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日教研室毕业设计（论文）工作组审核意见难度分量综合训练程度 教研室主任： 年 月 日设计（论文）类型：A理论研究；B应用研究；C软件设计；D-其它 摘 要本设计为年产40万吨8P啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦麦芽和大米，生产旺季占全年产量的80%，全年生产天数为300天，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。本设计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、发酵、啤酒过滤进行了工艺论述和选择。设计内容主要包括物料衡算

7、，热量衡算，冷耗衡算，水衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。本设计的图纸主要包括全厂总工艺流程图、发酵车间设备布置图的平立面图及重点设备的装配图(发酵罐)。关键词：啤酒,发酵,发酵罐,工艺计算ABSTRACTThe design is the annual output of 40 million tons of 8 P brewery fermentation process design, the production of raw materials for barley malt and rice, production peak season account for 80% o

8、f the total production,a year of production days for 300 days, the design of main workshop for fermentation workshop, the main equipment for fermentor. The design thesis is a key part of the process design of the beer production line - raw materials, pasting, glycosylated, wort filtration, boiling,

9、fermentation, beer filtration. Its elements include the material balance, heat balance, cold-consumption balance, water balance and equipment selection, calculation and focus on equipment selection and calculation. The design drawings, including floor planning and elevations of the fermentation work

10、shop and focus device assembly drawing (fermentor). KEY WORDS: beer,fermentation,fermentor,process calculation目 录摘 要前 言1第一章 啤酒工艺选择与论证31.1啤酒原料41.1.1 大麦41.1.2 啤酒糖化的其他原料71.1.3 啤酒花和酒花制品71.2麦芽汁制备工艺101.2.1 麦芽与大米的粉碎111.2.2 糖化原理121.2.3 糖化方法及设备141.2.4 麦芽醪的过滤151.2.6 麦汁的处理181.2.7 麦汁的充氧201.2.8浸出得率和原料利用率201.2.9最

11、终麦汁质量211.3 啤酒发酵211.3.1 啤酒酵母211.3.2啤酒发酵机理221.3.3 啤酒发酵方法的选择221.3.4 啤酒发酵工艺241.3.5 酵母的添加与回收271.3.6 发酵设备的降温控制28第二章 工艺计算312.1 物料衡算312.1.1 物料衡算的意义312.1.2 物料衡算基础数据312.1.3 100原料生产8P啤酒的物料衡算312.1.4 生产100L 8P啤酒的物料衡算322.1.5 年产40万吨8P啤酒糖化车间物料衡算342.2 耗热量的计算372.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至70的耗热量392.2.4 第二次煮沸混合醪液耗热量402.2.5 洗糟水耗

12、热量412.2.6 麦汁煮沸过程中耗热量412.2.7 一次糖化总耗热量422.2.8 一次糖化蒸汽耗用量D422.2.9 糖化小时最大蒸汽耗用量422.2.10 蒸汽单耗422.3 工艺耗水量计算432.3.1 糖化用水432.3.2 洗糟用水量432.3.3 糖化室洗刷用水432.3.4 麦汁冷却器冷却用水432.3.5 澄清槽洗刷用水442.3.6 麦芽汁冷却器清洗用水442.3.7 CIP装置洗涤用水442.3.8 CIP系统配洗液用水442.3.9 过滤冷却器洗刷用水442.3.10 硅藻土过滤机洗刷用水442.3.11 清酒罐洗刷用水442.3.12 洗瓶机用水442.3.13 瓶

13、装机洗刷用水452.3.14 杀菌机用水452.3.15包装车间地面洗刷用水452.3.16 发酵罐洗刷用水452.3.17 其他用水452.4 工艺耗冷量的计算452.4.1 发酵车间工艺流程452.4.2 工艺技术指标及基础数据452.4.3 工艺耗冷量的计算462.4.4 发酵车间工艺耗冷量492.4.5 非工艺耗冷量492.4.6 非工艺总耗冷量502.4.7 总耗冷量50第三章 发酵车间设备设计与选型523.1 发酵罐的设计与选型523.1.1 发酵罐体积的确定523.1.2 发酵罐个数的确定523.1.3 发酵罐材料的选择533.2 发酵车间其他附属设备选型583.2.1 清酒罐5

14、83.2.2 扩大培养罐选型593.2.3.麦汁杀菌罐603.2.4过滤设备61第四章 车间布置624.1厂房的整体布置和轮廓设计624.1.1 厂房的整体布置624.1.2厂房的立体布置624.1.3厂房的平面布置624.1.4厂房建筑结构624.2发酵车间设备布置634.2.1发酵设备634.2.2 泵634.3.3 过滤机634.4.4 清酒罐634.4.5其他罐644.4.6 门、楼梯64参考文献65致 谢66前 言酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，以

15、大米或其它谷物为辅助原料，经麦芽汁的制备，加酒花煮沸，并经酵母发酵配制而成的，是一种含有二氧化碳、起泡的、低酒精度的饮料酒。由于其具有独特的苦味和香味，营养成分丰富，含有各种人体所需的氨基酸及多量维生素、泛酸以及矿物质，当前市场需量越来越大，人们的要求也不断地提高。啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，以本地主产淀粉物为主，经麦芽汁的制备、糖化、添加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳，低酒精浓度的酿造酒。19世纪末，啤酒输入中国。1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂；但一直到1935这期间生产技术掌握在外国人手中，生产

16、原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前，全国啤酒厂不到十家，总产量不足万吨。1949年后，中国啤酒工业发展较快，并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。1979年产量达到510ML，1986年产量达到4000ML。中国的啤酒于1954年开始进入国际市场，当时出口仅0.3ML，到1980年已猛增到26ML。 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

17、扩张血管，加速新陈代谢，因此啤酒对心血管系统有益。自20世纪90年代，中国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。2003-2007年5年间，中国啤酒经济指标取得了一定增长，啤酒产量增加1426万千升，增长56.9%。中国啤酒消费仍有很大的提升空间。从世界范围看，发达国家啤酒的人均消费量增长缓慢，而在经济增长较快地区，如东欧和中国的啤酒需求量和产量增长速度远远高于世界平均增长速度，增速比发达国家高3%。中国啤酒消费存在着地域分布的不均衡性。中国啤酒行业的发展路径与世界啤酒的发展路径基本一致，也就是从发达地区向不发达地区过渡。目前我国经济快速发展，成

18、绩令世界瞩目，啤酒随着经济发展，人民生活水平的提高，逐步从城市走向农村，成为人民大众最喜爱的饮料之一。啤酒生产年增长率在810左右。我国的发展规划为：2000年达到年产2100万吨，人均年占有量为15L，预计到2010年产量达30003500万吨，人均占有量达到世界平均水平。此外我国农业处于世界先列，农作物产量位居世界第一，大麦等啤原料在国内许多地区都有种植，且产量巨大，客观上发展啤酒工业的条件比较成熟。本设计将原料到制成成品啤酒中的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，希望能和各位共同讨论，不足之处请多多指正。第一章 啤酒工艺选择与论证全厂工艺流程图粉碎麦芽湿法粉碎糊化蛋

19、白分解糖化回旋分离煮沸麦糟过滤麦汁冷却酒花糟啤酒花充氧冷麦汁主酵添加酵母后熟冷贮排放酵母待滤酒硅胶缓冲罐过滤硅藻土高浓稀释添加剂自来水稀释水水处理袋式过滤精滤清酒袋式过滤器装酒压盖杀菌验酒瓶盖装箱喷码贴标成品酒洗瓶卸箱上瓶验瓶检验大米二氧化碳入库图1-1 啤酒全厂工艺流程图1.1啤酒原料1.1.1 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。大麦之所以适于酿造啤酒，是由于： 大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类； 大麦种植遍及全球； 大麦的化学成分适合酿造啤酒； 大麦是非人类食用主粮；大麦按籽粒生长形态分类，可分为六棱大麦、四棱大麦和二棱大麦我国华北地区都种

20、植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。二棱大麦是六棱大麦的变种，麦穗上只有两行籽粒，粒子均匀饱满且整齐。二棱大麦的淀粉含量较高，蛋白质的含量相对较低，浸出物收得率亦高于六棱大麦，所以，一般都用二棱大麦。因此，在本设计中选用二棱大麦。1.1.1.1大麦的化学成分（1）水分 根据收获季节的气候情况，大麦的水分含量波动在11%-20%之间，适于贮藏的大麦水分应在13%以下。（2）淀粉 大麦的淀粉含量占其干物质的58%-65%,大部分是作为贮藏物质存在的。 淀粉是大麦的主要贮藏物，存于胚乳细胞壁内。大麦淀粉有大颗粒（20-40微米）和小颗粒（2-10微米）之分。二棱大麦的小颗粒淀粉数占90%，但其质量只占1

21、0%左右。淀粉粒中大约有97%的化学纯淀粉，0.5%-1.5%的含氮化合物，0.2-0.7%的无机盐，0.6%的高级脂肪酸。淀粉密度大于水，故在水中下沉。麦芽淀粉酶作用于直链淀粉，几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖，但作用于直链淀粉，除生成麦芽糖和葡萄糖外，尚生成数量相当的糊精和异麦芽糖。糊精是淀粉水解的不完全产物，不能发酵生成醇，其结构与淀粉相似，只是相对分子质量小一些，含7-8个以上的葡萄糖基团。（3）纤维素 纤维素占大麦干物质质量的3.5%-7.0%，主要存在于谷皮中，微量存在于胚、果皮和种皮内，是细胞壁的支撑物质。纤维素无味、无臭、不溶于水，对酶的作用具有相当强的抗力，在制麦中，它不参与麦粒

22、中的代谢作用。（4）半纤维素和麦胶物质 半纤维素和麦胶物质是胚乳细胞壁的组成部分。胚乳细胞内主要含淀粉，发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后，其他水解酶才能进入细胞内分解淀粉等大分子物质。 半纤维素和麦胶物质约占大麦质量的10%-11%，二者具有类似的化学成分。麦胶物质是多糖混合物，能溶于热水，在40至80范围内，温度越高，溶解度越大。半纤维素不溶于热水，而溶于稀碱溶液。谷皮中的半纤维素主要含戊聚糖和少量的-葡聚糖及糖醛。胚乳中的半纤维素主要含-葡聚糖及少量戊聚糖。（5）蛋白质 大麦中蛋白质含量的高低及其类型，直接影响制麦和酿造工艺以及成品啤酒的质量。按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀形状分

23、为下列四组。 清蛋白 清蛋白溶于水和稀的中性盐溶液及碱溶液中，因此麦汁中含有清蛋白。加热时从52开始，清蛋白从这些溶液中凝固析出，即随着煮沸的进行而加速凝固。大麦清蛋白是唯一能溶于水的高分子蛋白质。 球蛋白 球蛋白是种子的储藏蛋白，占大麦总质量的31%，不溶于纯水，溶于稀酸和稀碱。溶解的清蛋白和球蛋白一样，在90以上全部凝固，但是凝固并不完全。球蛋白是对啤酒稳定性有害的主要成分之一。 醇溶蛋白 醇溶蛋白不溶于纯水及盐溶液，也不溶于无水乙醇，而溶于体积百分数为50%90%的无水乙醇溶液或酸碱溶液，经加热不凝固。某些醇溶蛋白是造成啤酒浑浊和氧化浑浊主要成分。醇溶蛋白约占大麦蛋白质总量的38%，是麦

24、糟蛋白质的主要成分。 谷蛋白 谷蛋白不溶于中性盐溶液和纯水，溶于稀碱。谷蛋白和醇溶蛋白使构成麦糟蛋白质的主要成分。谷蛋白也有四有组分组成，约占大麦总蛋白量的29%。1.1.1.2啤酒酿造对大麦的质量要求1.1.1.2.1 感官检验 （1）外观和色泽 收获良好的大麦，应具有光泽，呈纯淡黄；不成熟大麦呈微绿色；收割前后遇雨受潮大麦发暗，色泽发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦呈灰色或微蓝色。（2）气味 良好的大麦具新鲜稻草香味，稍升温，发出一股麦香味；受潮发霉则有霉臭味，其发芽能力已遭受损失（3）夹杂物 良好的大麦应不含有其他谷粒、草籽、土块、碎石、破伤粒、石粒及带病虫害的麦粒。（4）品种纯净度和

25、麦粒整齐度 优良的大麦应具有品种纯净度，不夹杂不同品种、不同产地和不同年份的大麦；单一品种的大麦，也要求麦粒均匀整齐，以求发芽均匀一致。（5）麦粒形态 麦粒以短胖者比瘦长者为佳，前者浸出物高，蛋白质低，发芽快。（6）感官指标淡黄色，具有光泽，无病斑粒，无霉味和其他异味(一二三级相同)。1.1.1.2.2 物理检验（1）千粒重 以无水物计千粒重应为3040g；（2） 麦粒均匀 2.5mm以上麦粒占85%者属于一级大麦，2.52.2mm者为二级大麦，2.2mm以下为次级大麦；（3）胚乳性质 胚乳断面可分为粉状、玻璃和半玻璃质，优良大麦粉状粒为80%以上。1.1.1.2.3 化学检验（1）水分 测定

26、水分是计算干物质的基础。原料大麦水分不高于13%，否则不能贮藏，易发生霉变，呼吸损失大。（2）蛋白质 蛋白质含量一般要求为9%-12%。（3）浸出物 间接衡量淀粉含量的方法，一般为72%-80%。表1-1我国啤酒大麦理化标准种类二棱多棱项目优级一级二级优级一级二级水分%131313131313粒含污水物424036403530千粒重/g(无水物质) 959085969285发芽率977590979590大麦浸出物含量507674767270蛋白质含量（无水）%1212.513.512.513.514选粒试验（2.5mm以上）%858076757065夹杂物含量%0.51.530.51.52破损

27、粒含量%0.5130.5121.1.2 啤酒糖化的其他原料在啤酒麦汁中制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料。(1)大米 啤酒酿造用大米，原则上凡大米不论品种均可用于酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也越好。由于大米淀粉含量高（75%-82%），无水浸出率高达90%-93%，无花色苷，含脂肪低（0.2%-1.0%），并含有较多泡持蛋白，用它做辅料酿造啤酒，啤酒的色泽浅、口味纯净，泡沫洁白细腻，泡持性好，它是优良的啤酒辅料。(2)玉米 作为啤酒辅料的玉米，含脂肪太高，会影响啤酒的风味和泡沫。因此，作为啤酒辅料的玉米，必须进行脱脂处理。(3)小

28、麦 我国是世界小麦主要生产国。小麦发芽后制成的小麦芽也是酿造啤酒的主要原料。利用小麦做辅料，麦汁总氮和-氨基氮均比大米高，发酵快，但过滤和煮沸麦汁略浑浊，需进行处理为好，酿成的啤酒泡沫细腻、持久。(4) 淀粉 淀粉纯度高、杂质少、粘度低、无残渣、可生产高浓度啤酒。但是由于淀粉是原粮加工产品，一般价格均高于原料，在啤酒中作为辅料使用和原料相似，因此，淀粉作为辅料使用不如原料经济。1.1.3 啤酒花和酒花制品酒花赋予啤酒柔和优美的芳香和淡爽的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白的絮凝，提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。1.1.3.1 酒花的主要化学成分酒花的化学组分中，对啤酒酿

29、造有特殊意义的三大成分为酒花精油，苦味物质和多酚。(1) 苦味物质 苦味物质是提供啤酒愉快苦味的因素，在酒花中主要指-酸，-酸及一系列氧化，聚合产物。过去把它们统称“软树脂”。(2) 酒花精油 酒花精油是酒花腺体另一种重要成分，它经蒸馏后成黄绿色油状物，是啤酒香气的重要来源，特别是它易挥发，是啤酒开瓶闻香的主要成分。啤酒的酒花香气是由酒花精油和苦味物质的挥发组分降解后共同形成的。(3) 多酚物质 酒花中物质约占总质量的4%-8%，他们在啤酒酿造中的作用为：在麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物。在麦汁冷却时形成冷凝固物。在后酵和储酒直至罐瓶以后，缓慢和蛋白质结合，形成气雾浊及永久混浊物。在麦汁和啤酒

30、中形成色泽物质和涩味。1.1.3.2 酒花的品种酒花按世界市场上供应的可分为四类：A类：优质香型酒花 优质香型酒花的-酸含量为4.5%-5.5%，-酸、酸的比值为1：1，酒花精油含量为2.0%-2.5%。B类：香型酒花（兼型）普通香型酒花的-酸含量为5.0%-7.0%，-酸、酸的比值为1.22.3酒花精油含量为0.85%-1.6%。C类：没有明显特征的酒花D类：苦型酒花 优质苦型酒花的-酸含量为6.5%-10.0%，-酸、酸的比值为2.2-2.6。1.1.3.3 酒花制品1.1.3.3.1酒花粉 我国啤酒厂目前均把商品压榨酒花，在使用前用锤式粉碎机粉碎成颗粒1mm以下的酒花粉。它的优点是：（1

31、）酒花苦味物质在煮沸利用率可增加10%（2）使用方便（3）不需要酒花分离器，而且在漩涡沉淀槽中酒花粉糟和热凝固蛋白质能形成紧密的沉淀。这种粗加工方法也存在缺点，主要是：（1）贮藏酒花球果，水分太高，不利于粉碎（2）酒花粉在使用前在常温下保存十余小时至几天，酒花的氧化很严重（3）贮存时间太长的酒花，一些有害物质的溶解加剧，影响啤酒的风味因此使用酒花粉，应在酒花厂，酒花温度在55以下，干燥至水分为5%-6%然后进行粉碎，粉碎后立即包装于密闭容器中，并冲入惰性气体。1.1.3.3.2 酒花颗粒酒花颗粒是把酒花压榨成直径2-8mm，长约15mm的短棒状，增加其密度，减少其体积，同时也降低了它们的表面积

32、，在惰性气体中保存，酒花不易氧化变质，颗粒酒花是世界上使用最为广泛的酒花制品。1.1.3.3.3酒花浸膏应用有机溶剂或二氧化碳萃取酒花的有效物质，制成浓缩5-10倍有效物质的浸膏，在煮沸或发酵贮酒中使用。1.1.4 啤酒酿造用水 啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤，冷却水两大部分。加工用水中投料水，洗糟水，啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒重要原料之一，在习惯上称作酿造水。啤酒酿造水的性质，重要取决于水中溶解盐类的种类和含量，水的生物学纯净度及气味，酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的影响，如糖化时水解酶的活性和稳定性，酶促反应的速度，麦芽的酒花在不同含盐水中溶解度的差别，盐和蛋白质及酚类物质的

33、絮凝成点，酵母生长，发酵风味物质的形成等，最终还将影响到啤酒的风味物质和稳定性。大自然的天然水源分为如下几种：雨水，雪水，地表水，地下水，冰水，海水。1.1.4.1 水中无机离子对啤酒酿造的影响1.1.4.1.1 碳酸盐和重碳酸盐水中的碳酸盐和重碳酸盐有降酸作用HCO3-+H+H2O+CO2大麦籽粒中存在复合磷酸盐，发芽中受到磷酸酯酶的降解，形成游离的H2PO4_,由于H2PO4在K2的作用下分解为H+，它使麦芽醪呈偏酸性，水中重碳酸盐的降酸作用，使麦芽醪PH升高，引起一系列的工艺缺点：（1）糖化醪pH升高，酶促反应受到抑制，蛋白质分解困难，麦汁麦芽糖减少，糊精增加，粘度加大，造成过滤减慢，收

34、得率下降。（2）麦汁pH升高，麦芽皮壳多酚等有害物质溶解度加大，啤酒色泽和涩味增加。（3）啤酒的稳定性降低。（4）改变酒花的苦味，使啤酒苦味粗糙。1.1.4.1.2 钙，镁离子水中钙，镁离子的增酸作用3 Ca2+2HPO42-+2H+在啤酒糖化时，Ca2+含量在每升40到70毫克，能保持淀粉液化酶的耐热性。麦汁含Ca2+在每升80到100毫克时，可促进麦汁煮沸时形成单宁蛋白质钙的复合物，促进热凝固物蛋白质的絮凝。Mg2+在麦芽中含量约为130mg/L.啤酒酿造用水中含有1015mg/L的Mg2+已经足够，不宜超过80mg/L。1.1.4.1.3 Mn2+、Fe2+ 的影响 优质啤酒含Fe2+应

35、少于0.1mg/L,若含量大于0.5mg/L，会对啤酒质量造成损害，使啤酒泡沫不洁白，加速啤酒的氧化浑浊。Mn2+对啤酒的影响与二价铁离子相似。1.1.4.1.4 Na+ ,K+ 的影响 Na+ ,K+常常在50100:300400.过高常常使浅色啤酒变得粗糙，不柔和。1.1.4.1.5 Cl- 的影响Cl-对啤酒的澄清和胶体稳定性有重要作用，它能赋予啤酒丰满的酒体，爽口，柔和的风味。酿造水中含有2060mg/L的Cl-是必须的。1.2麦芽汁制备工艺麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工

36、过程。麦汁制造的工艺要求：（1）原料有效成分得到最大限度的萃取。这主要指原料和辅料中的淀粉转变成可溶性无色糊精和可发酵性糖类的过程，它关系到麦汁的收得率和原料利用率，和啤酒生产成本直接挂钩。（2）原料中无用和有害的成分溶解最少。之主要指麦芽的皮壳物质、原料的脂肪，高分子蛋白质等。这些物质会影响到啤酒的风味和稳定性。在麦汁制造中减少溶解这些物质或通过麦汁处理使其减少是提高啤酒质量的关键之一。（3）制成麦汁的有机和无机组分的数量和配比应该符合淡色啤酒的要求。啤酒风格和类型的形成，除了酵母品种、发芽技术外，麦汁组成是主要的物质基础。（4）在保证上述三点的原则下，缩短生产时间，降低工时和耗能。1.2.

37、1 麦芽与大米的粉碎 麦芽和大米的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，增大比表面积，使物料中储藏的物质和水、酶的接触面积增大，加速酶促反应及物料的溶解。在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎操作的经济性，更应考虑啤酒酿造特殊要求：(1) 麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。(2) 皮壳和原料物质中不溶性物质粉碎过细，会增加过滤阻力，影响过滤操作。淀粉等储藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即影响到麦汁组成。因此粉碎虽然属简单的物理操作，但在啤酒酿造过程中特别重视麦芽粉碎度的控制，麦芽的粉碎方法也不断地得到改造。1.2.1.1麦芽的粉碎麦芽粉碎的方法主要有：干法

38、粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎，以及连续调湿粉碎。本设计采用麦芽湿法粉碎，湿法粉碎全部操作有：浸渍磨碎匀浆泵出。在0.5-2小时内完成一批投料，根据日加工量，选择适当的机器台数。粉碎过程应尽量缩短麦芽在机器内的停留时间，以防止受到污染。湿法粉碎麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎胚乳带水研磨均匀，糖化速度快。湿法粉碎可提高过滤速度20%-25%或提高投料量，麦糟层厚度可达500-600mm , 但不影响过滤。辊式粉碎机，根据每台机的辊数可分成：对辊式、四辊式、五辊和六辊式多种。我国广泛采用四、五、六辊式粉碎机。啤酒工业常用的分级筛有三种，这里我列举一种，如表1-2。表1-2 EBC，ASBC

39、标准筛比较表ESC标准筛ASBC标准筛麦芽粉碎物分级筛号每平方厘米筛孔数/个筛孔净宽/mm筛号筛孔净宽/mm/102.00皮壳1361.27141.410皮壳2641.01181.00粗粒31060.547300.590细粒149610.253600.250细粒2527040.1521000.149细粉筛底/筛底/细粉1.2.1.2大米的粉碎由于大米未经发芽，胚乳比较坚硬，磨碎时比麦芽耗能大，原则上大米的粉碎越细越好，以便利于糊化和糖化。辅料(大米)粉碎采用三辊或四辊的二级粉碎机，第一和第二辊之间的辊间距为0.20.3mm，大米在此进行粗粉碎，经过筛分后粗粉和细粉分别进储仓，筛面粗粉再进入第二

40、、三辊之间，辊间距为0.150.25mm，粉碎成细粉，三辊均是拉丝辊。国内不少工厂采用磨盘式磨米机，它是由两片金刚砂磨盘（或铸槽钢磨盘）进行平面磨碎，一次就能将原料粉碎到足够的细度，粉碎比可达1：20。如表1-3为辅料(大米)的粉碎度要求。表1-3辅料(大米)的粉碎度要求ABC筛号筛孔净宽/mm分级名称粉碎度/大米玉米带壳大麦102.00皮壳+粗粒/152530181.00粗粒101525600.250细粒6040251000.149细粉303015301.2.2 糖化原理糖化是将麦芽和辅料中高分子物质机器分解产物（淀粉、蛋白质、植酸盐、半纤维素等机器分解中间产物）通过麦芽中各种水解酶的作用，

41、以及水和热能作用，使之分解并溶解于水，此过程称作“糖化” 。溶解的各种干物质称作“浸出物”(extract)，而构成的澄清溶液称作“麦芽汁”或“麦汁”(Wort)。麦汁中浸出物的含量和原料中干物质之比(质量比)称“无水浸出率”。麦汁的组成、颜色将直接影响到啤酒的品种和质量；糖化工艺和原料；水、电、汽以及热量的消耗，与生产成本密切相关。因此糖化过程是啤酒生产中的重要环节。糖化过程是原料的分解和萃取的过程，它主要是依靠麦芽中个种水解酶的酶促分解，而水和热力的作用是协助酶促分解和萃取过程。糖化中的工艺控制，主要通过下列环节来进行：(1) 麦芽的质量、辅料的种类及其配料比；(2) 麦芽及非发芽谷物的粉

42、碎度；(3) 控制麦芽中各水解酶的作用条件，如温度、pH、底物浓度(加水比)、作用时间；(4) 加热的温度和时间；(5) 需通过外加酶制剂、酸、无机盐进行调节。糖化方法可分为以下几类：(1) 煮出糖化法：煮出糖化法麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸，并醪，使醪液逐步梯级升温至糖化完毕。部分麦芽被几次煮沸即几次煮出法。(2) 浸出糖化法：浸出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪液的温度，使糖化完成，麦芽醪未经煮沸。(3) 其他糖化法：其他糖化法都由以上两种方法演变而来，以上两种方法用于最初的纯麦芽的糖化，当采用不发芽谷物作为辅

43、料，进行糖化时必须先进行预辅料的预处理-即糊化和液化。这就是复式糖化法。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。 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。1.2.3 糖化方法及设备三次煮出糖化法煮出糖化法 二次煮出糖化法一次

44、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他方法复式煮浸糖化法谷皮分离糖化法 外加酶制剂糖化法其他特殊糖化法 糖化方法是指麦芽和非发芽谷物原料中不溶行固型物转化成可溶性的、有一定比例的浸出物，所采用的工艺方法和工艺条件：包括配料浓度、各物质分解温度、pH、热能的利用等，还包括酶制剂、添加剂的选择使用等。煮出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪，使醪液逐步梯级升温至糖化完毕。部分麦芽被几次煮沸即为几次煮出法。浸出糖化法是指麦芽醪只利用酶的生化作，用不断加热或冷却调节醪液的温度，使糖化完成。麦芽醪未经

45、煮沸。其他糖化方法都由以上两种方法演变而来，以上两种方法用于最初最初的纯麦芽糖化，当采用不发芽谷物做辅料，进行糖化时必须先进行预辅料的预处理，即糊化和液化。这就是复式糖化法。我国啤酒生产大多数使用非发芽谷物做辅料，所有均采用复式糖化法。各种糖化方法中物料的主要变化是依据麦芽中各类水解酶的催化，糖化控制就是创造适合酶作用的最佳条件，各种糖化方法中有几个控制原理是相同的。(1) 酸休止 利用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲汀的水解，产生酸性磷酸盐，有时还利用乳酸菌增殖产乳酸，此工艺条件是：温度为3537OC，pH5.25.4，时间为3090分钟。(2) 蛋白质休止 利用内切酶分解蛋白质生成多肽和氨基酸，利

46、用麦芽中肽酶分解多肽形成氨基酸，蛋白质休止最适pH为5.25.3，最适温度。形成-氨基氮为4550 OC，形成可溶性多肽为5055 OC，作用时间为1010分钟。(3) 糖化分解淀粉水解成糖类，麦芽中-淀粉酶催化形成可发酵性糖最适温度为6065 OC。-淀粉酶最适活性温度为70OC，两种酶共同作用，最适H为5.55.6，时间为30120分钟。(4) 糖化终止当糖化完成时，必须使醪液中的酶类（-淀粉酶除外）失活，此温度为7080 OC(5) 100 OC煮出部分糖化醪液加热至100 OC，促进物料的水解，使淀粉彻底糊化、液化。(6) 酶制剂的和添加剂的使用-淀粉酶、-淀粉酶、糖化酶、R-酶、葡聚

47、糖酶等酶制剂，乳酸、磷酸、石膏等H调整物质，多酚消除剂等一系列添加剂应在卫生规范下，根据工艺需要适量使用。本设计参照一书采用二次煮出糖化法1.2.4 麦芽醪的过滤糖化结束时，麦芽的辅料中高分子物质的分解和萃取基本完成，因此必须在最短时间内将麦汁和麦糟分离，此过程即为麦芽醪的过滤。过滤过程是首先在糖化醪中的耐热-淀粉酶将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转变成无色糊精和糖类，提高原料浸出物收率；其次麦芽醪中分离出头号麦汁；最后洗涤麦糟，洗出麦糟中的可溶性浸出物，得到“二滤”及“三滤”麦汁，此步操作要求为：时间尽量短，防止麦芽皮壳成分的溶解。麦芽醪的过滤方法一般有以液柱静压为推动力的过滤方法；依

48、靠醪泵正压为推动力的过滤方法；以麦汁泵局部抽吸负压为动力的过滤方法；离心机过滤法。麦芽醪的过滤过程包括如下三个过程：（1）残留在糖化醪中的耐热性的-淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转变成无色糊精或糖类，提高原料浸出物收得率。（2）从麦芽醪中分离出“头号麦汁”。（3）用热水洗涤麦糟，洗出麦糟中的可溶性浸出物，得到“二滤、三滤”麦汁。麦芽醪的过滤工艺基本要求：迅速和较彻底地分解可溶性浸出物，尽可能减少有害于啤酒风味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、-葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清透明的麦汁。1.2.4.1 过滤方法的选择（1）过滤槽法过滤槽是最古老的

49、方法，也是至今采用最普遍的方法，它是以过滤筛板和麦糟构成过滤介质，用醪的液柱高度1.5-2.0m产生静压力为推动力实现过滤。（2）压滤机法板框式压滤机是由容纳糖化醪的框和分离麦汁的滤布及收集麦汁的滤板各若干组组成过滤原件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。通过比较可知压滤机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，在本设计中选用过滤槽1.2.5 麦汁的煮沸和酒花的添加目的：(1)蒸发水分、浓缩麦汁 过滤后的麦汁其浓度低于需定型浓度（约1.01.5P），通过煮沸、蒸发浓缩，方可达到规定浓度。(2)灭酶和杀菌 过滤后麦汁中残留有少量酶类，为保证酿造过程中麦汁组分(主要

50、是糊精)的一致，需通过加热使酶钝化。同时杀菌，以保证发酵的安全性。(3)蛋白质变形和絮凝 煮沸时利用蛋白质热变性与单宁结合等反应使麦汁中高分子蛋白质变性和絮凝以便除去。(4)浸出酒花中物质。(5)排除麦汁异杂臭气。1.2.5.1 麦汁煮沸的设备分批式麦汁煮沸，在一个有加热装置的特殊容器中进行，称煮沸锅。麦汁煮沸锅具有多种形式，本设计选用的是列管式内加热器圆形麦汁煮沸锅。采用列管加热，管内麦汁受热上升，在加热管上部喷出，底部麦汁不断进入加热管，麦汁形成对流，省去动力和搅拌系统。其优点有：（1）设备投资少，无需维护，没有磨损，耗电量低；（2）热辐射损失小；（3）煮沸温度和蒸发速率可以调整；（4）设

51、备简单，不需外加加热器和搅拌器。1.2.5.2麦汁煮沸方法传统煮沸锅均采用常压煮沸，近代较多采用密闭煮沸、加压煮沸，特别是低压煮沸更受到普遍欢迎。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。故本设计采用该方法。1.2.5.3酒花的添加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15-40（Bu）之间，一般在此范围内选取一个固定值，生产时允许在固定值上波动5 Bu。麦芽添加酒花后，由于酒花中的苦味物质含量不同，麦汁组成不同，添加方法和时间不同，发酵、工艺不同，酵母不同等不同，酒花中苦味物质的损失有很大区别，所以，至

52、今还未取得酒花的添加量和成品啤酒Bu之间的定量关系式酒花添加量可依据如下因数调节:(1) 酒花中a-酸含量；(2) 消费者嗜好 消费者嗜好口味属清淡型，如我国南方，应降低酒花添加量；(3) 啤酒浓度低，色泽浅，淡爽型应该少加，反之多加；(4) 敞口发酵大，粉末型酵母，储酒期长，苦味物质损失多，可以适当增加酒花量。对设计而言,为便于物料衡算,酒花添加量定为0.2%。 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。

53、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。1.2.6 麦汁的处理由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，包括：酒花糟分离、热凝固物分离、冷凝固物分离、冷却、充氧等处理，才能成为发酵麦汁。由于发酵技术不同，成品啤酒质量要求不同，处理方法有很大差异.最主要差别是冷凝固物是否分离。近代啤酒生产，大大缩短了发酵和储酒周期，大叫容器也增大到数百到数千立方米，因此，麦汁处理要求是：(1) 尽可能将引起啤酒非生物混浊的冷、热凝固物分离。(2) 麦汁处于高温时，尽可能减少空气接触，防止氧化，麦汁冷却后，在发酵前，补充适量空气，供酵母前期呼吸。(3) 麦汁处理各工序中，严格杜绝有害微生物的污染。麦汁处理因使用设备和要求不同，流程很多，本设计考虑实际情况采用以下流程对麦汁进行处理：煮沸锅回旋沉淀