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目 錄
前 言 1
第一章 啤酒工藝選擇與論證 2
1.1 啤酒原料 2
1.1.1 大麥 2
1.1.2 啤酒糖化的其他原料 4
1.1.3 啤酒花和酒花制品 5
1.1.4 啤酒釀造用水 6
1.2 麥芽制備 7
1.3 麥芽汁制備工藝 7
1.3.1 麥芽與大米的粉碎 7
1.3.2 糖化原理 8
1.3.3 糖化方法及設(shè)備 8
1.3.4 麥芽醪的過濾 9
1.3.5 麥汁的煮沸和酒花的添加 9
1.3.6 麥汁的處理 10
1.3.7 麥汁的充氧 10
1.4 啤酒發(fā)酵 10
1.4.1 啤酒酵母 10
1.4.2 啤酒發(fā)酵方法的選擇 11
1.4.3 啤酒發(fā)酵工藝 13
1.4.4酵母的添加與回收 16
1.4.5發(fā)酵設(shè)備的降溫控制 16
1.4.6啤酒生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用 16
1.4.7 成品啤酒 17
第二章 工藝計算 19
2.1 物料衡算 19
2.1.1 物料衡算的意義 19
2.1.2 物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 19
2.1.3 100㎏原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算 19
2.1.4 生產(chǎn)100L 10°P啤酒的物料衡算 20
2.1.5 年產(chǎn)7萬噸10°P啤酒糖化車間物料衡算 21
2.2 耗熱量的計算 23
2.2.1 糖化用水耗熱量Q1 23
2.2.2 第一次米醪煮沸耗熱量 24
2.2.3 第二次煮沸前混合醪液升溫至70℃的耗熱量 25
2.2.4 第二次煮沸混合醪液耗熱量 26
2.2.5 洗糟水耗熱量 26
2.2.6 麥汁煮沸過程中耗熱量 26
2.2.7 一次糖化總耗熱量 27
2.2.8 一次糖化蒸汽耗用量D 27
2.2.9 糖化小時最大蒸汽耗用量 27
2.2.10 蒸汽單耗 28
2.3 工藝耗水量計算 28
2.4 工藝耗冷量的計算 30
2.4.1 發(fā)酵車間工藝流程 30
2.4.2 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 30
2.4.3 工藝耗冷量的計算 30
2.4.4 發(fā)酵車間工藝總耗冷量 33
2.4.5 非工藝耗冷量 33
2.4.6 非工藝總耗冷量 34
2.4.7 總耗冷量 34
第三章 發(fā)酵車間設(shè)備設(shè)計與選型 36
3.1 發(fā)酵罐的設(shè)計與選型 36
3.1.1 發(fā)酵罐體積的確定 36
3.1.2 發(fā)酵罐個數(shù)的確定 36
3.1.3 發(fā)酵管材料的選擇 36
3.2 發(fā)酵車間其他附屬設(shè)備選型 41
3.2.1 清酒罐 41
3.2.2 擴大培養(yǎng)罐選型 41
3.2.3 麥汁殺菌罐 43
3.2.4 貯酒罐的設(shè)計與選型 43
3.2.5 過濾設(shè)備...... .................................44
第四章車間布置 45
4.1 廠房的整體布置和輪廓設(shè)計 45
4.1.1 廠房的整體布置 45
4.1.2 廠房的立體布置 45
4.1.3 廠房的平面布置 45
4.1.4 廠房建筑結(jié)構(gòu) 45
4.2 發(fā)酵車間設(shè)備布置 45
4.2.1 發(fā)酵設(shè)備 45
4.2.2 泵 46
4.2.3 過濾機 46
4.2.4 清酒罐 47
參考文獻 48
致謝 49
附錄 設(shè)計圖紙
III
參考文獻
湘潭大學(xué)化工學(xué)院
專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書
設(shè)計題目： 年產(chǎn)7萬噸10。P啤酒發(fā)酵車間的工藝設(shè)計
學(xué)號： 2009650921 姓名： 李彎彎 專業(yè)： 食品科學(xué)與工程
指導(dǎo)教師： 曾虹燕 系主任： 陶能國
一、主要內(nèi)容及基本要求
主要內(nèi)容：
1．?dāng)M在湘潭市西郊羊牯塘選擇廠址新建一個年產(chǎn)7萬噸啤酒廠發(fā)酵車間
2．設(shè)計依據(jù)：已批準的項目建議書，可行性研究報告及設(shè)計計劃任務(wù)書（假設(shè)）
3．設(shè)計范圍：以年產(chǎn)7萬噸啤酒廠發(fā)酵車間為主體設(shè)計，只做初步設(shè)計，不做施工圖設(shè)計
4．以生產(chǎn)工藝（流程）設(shè)計為主導(dǎo)，為其他配套專業(yè)（如全廠總平面、土建、采暖通風(fēng)、水電、環(huán)保、行政管理、技術(shù)經(jīng)濟與概算等單項工程設(shè)計）提供設(shè)計依據(jù)和提出要求，兼顧非工藝設(shè)計。
設(shè)計任務(wù)：
1.完成編寫設(shè)計說明書一份（2000字以上，涵蓋總平面及車間布置、生產(chǎn)方案、工藝流程、物料衡算、設(shè)備選型、環(huán)保與綜合利用、技術(shù)經(jīng)濟與概算等內(nèi)容），按規(guī)定格式和順序裝訂成冊；
2.完成下列初步設(shè)計圖：帶控制點的工藝流程圖、主要單件設(shè)備圖各一份。
基本要求：生產(chǎn)方案和平面布局合理，工藝流程設(shè)計和設(shè)備選擇及生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)具有先進性與合理性，工藝計算正確，繪圖規(guī)范，必須有手工制圖和計算機繪圖，綜合指標(biāo)達到同類工廠先進水平或世界先進水平，“三廢”環(huán)保符合國家有關(guān)規(guī)定。
重點研究的問題：生產(chǎn)工藝流程的選擇和設(shè)計；物料衡算；發(fā)酵主車間布置設(shè)計以及專業(yè)設(shè)備選型。
二、進度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
完成時間
1
學(xué)生選題、下發(fā)任務(wù)書、查閱資料、調(diào)研
13周
2
初步設(shè)計（工藝設(shè)計、物料衡算）
14周
3
繪圖
15周
4
編寫設(shè)計說明書、打印裝訂
16周
三、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻
1．管郭儀主編.啤酒工業(yè)手冊（上）[M].北京：輕工業(yè)出版社，1985：69—346
2．管郭儀主編.啤酒工業(yè)手冊（中）[M].北京：輕工業(yè)出版社，1985：33—108
3．管郭儀主編.啤酒工業(yè)手冊（下）[M].北京：輕工業(yè)出版社，1985：12—207
4．無錫輕工業(yè)學(xué)院，輕工業(yè)部上海輕工業(yè)設(shè)計院組編.食品工廠設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 中國輕工業(yè)出版社 1992：8—262
5．徐同興，胡叔平，王智方編.啤酒生產(chǎn)[M].上?？茖W(xué)普及出版社 1996：29—127
6．魏崇光，鄭曉梅.化工工程制圖.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001
7．吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論.北京:中國輕工業(yè)出版社，2000
8. 刁玉偉.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，1998(8)51-347
9. 梁世忠.生物工程設(shè)備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2005:188-194
10. 石光源編寫.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，1990:10-21
11. 顧國賢.釀造酒工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1996:1-285
湘潭大學(xué)化工學(xué)院
專業(yè)課程設(shè)計說明書
題 目：年產(chǎn)7萬噸啤酒發(fā)酵車間的工藝設(shè)計
專 業(yè)： 食品科學(xué)與工程
學(xué) 號： 2009650921
姓 名： 李彎彎
指導(dǎo)教師： 曾虹燕
完成日期： 2012年12月24日
化工學(xué)院關(guān)于專業(yè)課程設(shè)計的有關(guān)要求
（草案）
專業(yè)課程設(shè)計是學(xué)生學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課之后，進一步學(xué)習(xí)工程設(shè)計的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生綜合運用相關(guān)課程知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際，完成以單元操作為主的一次工程設(shè)計的實踐。為了加強我院本科學(xué)生專業(yè)課程設(shè)計這一重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的規(guī)范化管理，保證專業(yè)課程設(shè)計工作有序進行及教學(xué)質(zhì)量，特制定專業(yè)課程設(shè)計的有關(guān)要求并請遵照執(zhí)行。
一、選題要求
選題應(yīng)以單元操作的典型設(shè)備為對象，進行單元操作過程中相關(guān)的設(shè)備與工藝設(shè)計，盡量從科研和生產(chǎn)實際中選題。為了保證專業(yè)課程設(shè)計的質(zhì)量和工作量，選題要求1人1題。
二、設(shè)計說明書文本要求
(一)、字數(shù)要求：2000字以上
(二)、打印要求：用A4紙打?。蛔筮吘?厘米、右邊距2厘米、上邊距3厘米、下邊距2.5厘米；行距20磅；頁碼居中
字體、字號要求（包括裝訂順序）：
1、封面
由學(xué)院統(tǒng)一制定格式
2、設(shè)計任務(wù)書
3、目錄 （宋體、4號），其余（宋體、小4號）
4、正文（宋體、小4號字）、一級標(biāo)題（宋體、3號字、加粗）、二級標(biāo)題（宋體、4號字、加粗）
正文內(nèi)容主要包括：概述與設(shè)計方案簡介；設(shè)計條件及主要物性參數(shù)表；工藝設(shè)計計算（內(nèi)容較多，應(yīng)根據(jù)設(shè)計計算篇幅適當(dāng)劃分為若干小節(jié)，使之條理清晰）；輔助設(shè)備的計算及選型；設(shè)計結(jié)果匯總表（物料衡算表，設(shè)備操作條件及結(jié)構(gòu)尺寸一覽表）；設(shè)計評述（設(shè)計的評價及學(xué)習(xí)體會）。
5、參考文獻（宋體、5號字）
6、附錄：設(shè)計圖紙（工藝流程圖與主體設(shè)備裝配圖）
三、考核方式及成績評定
專業(yè)課程設(shè)計的考核與成績評定由指導(dǎo)教師進行。
考核內(nèi)容：考勤、計算草稿或筆記、說明書和圖紙的質(zhì)量，獨立完成設(shè)計情況。
成績評定：一般采用五級計分（優(yōu)、良、中、及格和不及格）,由指導(dǎo)教師依據(jù)學(xué)生專業(yè)課程設(shè)計完成情況進行評定。
化工學(xué)院
二〇一〇年十二月一日
附件：關(guān)于參考文獻的說明
在設(shè)計說明書寫作中參考了前人的工作和研究成果，需在設(shè)計說明書中體現(xiàn)出來，即為參考文獻。格式舉例：
1．專著
[序號]作者.文獻題名[M].出版地：出版者,出版年.起止頁碼.
2．期刊文章
[序號]作者.文獻題名[J].刊名，年，卷（期）：起止頁碼.
3．論文集中的析出文獻
[序號] 析出文獻作者. 析出文獻題名[A].原文獻作者.原文獻題名[C].出版地：出版者，出版年,析出文獻起止頁碼.
4．報紙文章
[序號]作者.文獻題名[N].報紙名，出版日期（版次）.
5．電子文獻
[序號]作者. 文獻題名[電子文獻及載體類型標(biāo)識]. 電子文獻的出處或可獲得地址, 發(fā)表或更新日期/引用日期(任選).
2
前 言
啤酒是以大麥經(jīng)發(fā)芽制成的大麥芽為主要原料，以大米或其它谷物為輔助原料，以本地主產(chǎn)淀粉物為主，經(jīng)麥芽汁的制備、糖化、添加酒花、煮沸、過慮、啤酒酵母發(fā)酵等過程，釀造而成含二氧化碳，低酒精濃度的釀造酒。
啤酒是酒類中酒精含量最低的飲料酒，而且營養(yǎng)豐富，人們適量飲用時，酒精對人體的毒害非常小。在1972年世界第九次營養(yǎng)食品會議上，曾推薦啤酒為營養(yǎng)食品，也有人把啤酒稱作營養(yǎng)食品、可口食品、衛(wèi)生食品、方便食品。
據(jù)研究顯示，啤酒里所含的各種組成成份不但有非常高的營養(yǎng)價值，而且還具有良好的醫(yī)藥療效，具體表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，啤酒中酒精含量較低（10度黃啤酒含酒精3％左右），不僅對胃和肝臟沒有損害，還可以平緩地促進人體血液循環(huán)。另一方面，啤酒中含有煙酸，在維生素B1和B6維持心臟正?；顒拥耐瑫r，煙酸能擴張血管，加速新陳代謝，因此啤酒對心血管系統(tǒng)有益。
自20世紀90年代，中國啤酒行業(yè)進入了快速發(fā)展的階段，行業(yè)發(fā)展至今，中國的啤酒產(chǎn)量和人均消費量均有大幅度提升。2003-2007年5年間，中國啤酒經(jīng)濟指標(biāo)取得了一定增長，啤酒產(chǎn)量增加1426萬千升，增長56.9%。
中國啤酒消費仍有很大的提升空間。從世界范圍看，發(fā)達國家啤酒的人均消費量增長緩慢，而在經(jīng)濟增長較快地區(qū)，如東歐和中國的啤酒需求量和產(chǎn)量增長速度遠遠高于世界平均增長速度，增速比發(fā)達國家高3%。中國啤酒消費存在著地域分布的不均衡性。中國啤酒行業(yè)的發(fā)展路徑與世界啤酒的發(fā)展路徑基本一致，也就是從發(fā)達地區(qū)向不發(fā)達地區(qū)過渡。
隨著社會的發(fā)展，啤酒市場的競爭越來越激烈了，并且廣大消費者對啤酒種類風(fēng)味和質(zhì)量的要求也越來越高，相應(yīng)的新產(chǎn)品也層出不窮。因而，我個人認為很有必要將啤酒生產(chǎn)方面的技術(shù)科學(xué)地總結(jié)和分析，以推動啤酒產(chǎn)品多樣化發(fā)展。隨著人們，飲食消費結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，生活水平的不斷提高，啤酒已進入了萬戶千家。然而調(diào)查顯示我國人均的啤酒消費卻還沒有達到世界平均水平。所以只有建設(shè)新的、大型的啤酒廠，增加產(chǎn)量，才能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)生活需求。因此，對于啤酒廠的設(shè)計是有意義的，是很有必要的。
2009年至2012年，啤酒行業(yè)面臨著較好的發(fā)展際遇：國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展和城市化水平的提高，給行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了巨大的需求空間；西部大開發(fā)、振興東北地區(qū)等老工業(yè)基地、促進中部崛起和建設(shè)社會主義新農(nóng)村等重大發(fā)展戰(zhàn)略，為啤酒行業(yè)創(chuàng)造了新的發(fā)展機遇；全球經(jīng)濟和區(qū)域經(jīng)濟一體化進程的加快，為中國啤酒行業(yè)在更大范圍內(nèi)配置資源、開拓市場創(chuàng)造了條件。
第一章 啤酒工藝選擇與論證
全廠工藝流程圖
麥槽 酒花
↑ ↑
麥芽→粉碎→糖化→過濾→混合麥汁→煮沸→沉淀→冷 卻→充氧→
↑ ↓ ↓ ↓
大米、麥芽→粉碎→糊化 酒花糟 熱凝固 冷凝固物
擴培酵母
↓
→麥芽汁→發(fā)酵→貯酒→粗濾→精濾→清酒→裝瓶→卸箱→驗瓶→
↓
酵母泥
↓
剩余酵母
→洗瓶→檢驗→罐酒→壓蓋→檢驗→殺菌→貼標(biāo)→噴碼→檢驗→裝箱
圖2-1 全廠工藝流程圖
1.1啤酒原料
1.1.1 大麥
自古以來大麥是釀造啤酒的主要原料，在釀造時先將大麥制成麥芽，再進行糖化和發(fā)酵。
大麥按籽粒在麥穗上斷面分配形式，可分為六棱、二棱、四棱大麥
我國華北地區(qū)都種植六棱大麥，南方都種植二棱大麥。
因此，在本設(shè)計中選用二棱大麥。
1.1.1.1大麥的化學(xué)成分
1.淀粉
淀粉是大麥的主要貯藏物，存于胚乳細胞壁內(nèi)。大麥淀粉有大顆粒（20-40微米）和小顆粒（2-10微米）之分。二棱大麥的小顆粒淀粉數(shù)占90%，但其質(zhì)量只占10%左右。淀粉粒中大約有97%的化學(xué)純淀粉，0.5%-1.5%的含氮化合物，0.2-0.7%的無機鹽，0.6%的高級脂肪酸。其密度大于水，故在水中下沉。
2.半纖維素和麥膠物質(zhì)
半纖維素和麥膠物質(zhì)是胚乳細胞壁的組成部分。胚乳細胞內(nèi)主要含淀粉，發(fā)芽過程中只有當(dāng)半纖維素酶將細胞壁分解之后，其他水解酶才能進入細胞內(nèi)分解淀粉等大分子物質(zhì)。
3.蛋白質(zhì)
大麥中蛋白質(zhì)含量的高低及其類型，直接影響制麥和釀造工藝以及成品啤酒的質(zhì)量。按其在不同溶劑中的溶解度和沉淀形狀分為下列四組。
（1）清蛋白：清蛋白溶于水和稀的中性鹽溶液及堿溶液中，因此麥汁中含有清蛋白。加熱時從52℃開始，清蛋白從這些溶液中凝固析出，即隨著煮沸的進行而加速凝固。
（2）球蛋白：球蛋白是種子的儲藏蛋白，占大麥總質(zhì)量的31%，不溶于純水，溶于稀酸和稀堿。溶解的清蛋白和球蛋白一樣，在90℃以上全部凝固，但是凝固并不完全。
（3）醇溶蛋白：醇溶蛋白不溶于純水及鹽溶液，也不溶于無水乙醇，而溶于體積百分數(shù)為50%—90%的無水乙醇溶液或酸堿溶液，經(jīng)加熱不凝固。某些醇溶蛋白是造成啤酒渾濁和氧化渾濁主要成分。
（4）谷蛋白：谷蛋白不溶于中性鹽溶液和純水，溶于稀堿。谷蛋白和醇溶蛋白使構(gòu)成麥糟蛋白質(zhì)的主要成分。
1.1.1.2啤酒釀造對大麥的質(zhì)量要求
1. 感官
（1）色澤：良好的大麥有光澤，淡黃，不成熟大麥呈微綠色；受潮大麥發(fā)暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蝕的大麥呈灰色或微藍色。
（2）氣味：良好的大麥具新鮮稻草香味，受潮發(fā)霉則有霉臭味。
（3）麥粒形態(tài)：麥粒以短胖者比瘦長者為佳，前者浸出物高，蛋白質(zhì)低，發(fā)芽快。
2. 物理檢驗
（1）干粒重：以無水物記干粒重應(yīng)為30-40g。
（2）麥粒均勻度：按國際通用標(biāo)準，麥粒腹徑可分為2.8，2.5，2.2mm三級。2.5mm以上麥粒占85%者屬于一級大麥。
3.化學(xué)檢驗
（1）水分：測定水分是計算干物質(zhì)的基礎(chǔ)。原料大麥水分不高于13%否則不能貯藏，易發(fā)生霉變，呼吸損失大。
（2）蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)含量一般要求為9%-12%。
1.1.2 啤酒糖化的其他原料
在啤酒麥汁中制造的原料中，除了主要原料大麥麥芽以外，還包括特種麥芽，小麥麥芽及輔助原料。
1.大米：原則上凡大米不論品種均可用于釀造，但從啤酒風(fēng)味而言，米的食感越好，釀造的啤酒風(fēng)味也越好。由于大米淀粉含量高（75%-82%），無水浸出率高達90%-93%，無花色苷，含脂肪低（0.2%-1.0%），并含有較多泡持蛋白，用它做輔料釀造啤酒，啤酒 的色澤淺、口味純凈，泡沫潔白細膩，泡持性好，它是優(yōu)良的啤酒輔料。
2.小麥：我國是世界小麥主要生產(chǎn)國。小麥發(fā)芽后制成的小麥芽也是釀造啤酒的主要原料。利用小麥做輔料，麥汁總氮和α-氨基氮均比大米高，發(fā)酵快，但過濾和煮沸麥汁略渾濁，需進行處理為好，釀成的啤酒泡沫細膩、持久。
3.淀粉：淀粉純度高、雜質(zhì)少、粘度低、無殘渣、可生產(chǎn)高濃度啤酒。但是由于淀粉是原糧加工產(chǎn)品，一般價格均高于原料，在啤酒中作為輔料使用和原料相似，因此，淀粉作為輔料使用不如原料經(jīng)濟。
1.1.3 啤酒花和酒花制品
酒花賦予啤酒柔和優(yōu)美的芳香和淡爽的微苦味，能加速麥汁中高分子蛋白的絮凝，提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性。
1.1.3.1 酒花的主要化學(xué)成分
酒花的化學(xué)組分中，對啤酒釀造有特殊意義的三大成分為酒花精油，苦味物質(zhì)和多酚。
1.苦味物質(zhì):苦味物質(zhì)是提供啤酒愉快苦味的因素，在酒花中主要指α-酸，β-酸及一系列氧化，聚合產(chǎn)物。
2.酒花精油:酒花精油是酒花腺體另一種重要成分，經(jīng)蒸餾后成黃綠色油狀物，是啤酒香氣的重要來源，是啤酒開瓶聞香的主要成分。
3.多酚物質(zhì):酒花中物質(zhì)約占總質(zhì)量的4%-8%，他們在啤酒釀造中的作用為：a.在麥汁煮沸時和蛋白質(zhì)形成熱凝固物。b.在麥汁冷卻時形成冷凝固物。c.在后酵和儲酒直至罐瓶以后，緩慢和蛋白質(zhì)結(jié)合，形成氣霧濁及永久混濁物。d.在麥汁和啤酒中形成色澤物質(zhì)和澀味。
1.1.3.2 酒花的品種
酒花按世界市場上供應(yīng)的可分為四類：
A類：優(yōu)質(zhì)香型酒花:優(yōu)質(zhì)香型酒花的α-酸含量為4.5%-5.5%，α-酸、β酸的比值為1：1，酒花精油含量為2.0%-2.5%。
B類：香型酒花（兼型）: 普通香型酒花的α-酸含量為5.0%-7.0%，α-酸、β酸的比值為1.2—2.3酒花精油含量為0.85%-1.6%。
C類：沒有明顯特征的酒花
D類：苦型酒花:優(yōu)質(zhì)苦型酒花的α-酸含量為6.5%-10.0%，α-酸、β酸的比值為2.2-2.6。
1.1.3.3 酒花制品
1.酒花粉
我國啤酒廠目前均把商品壓榨酒花，在使用前用錘式粉碎機粉碎成顆粒1mm以下的酒花粉。這種粗加工方法也存在缺點，因此使用酒花粉，應(yīng)在酒花廠，酒花溫度在55℃以下，干燥至水分為5%-6%然后進行粉碎，粉碎后立即包裝于密閉容器中，并沖入惰性氣體。
2. 酒花顆粒
酒花顆粒是把酒花壓榨成直徑2-8mm，長約15mm的短棒狀，增加其密度，減少其體積，同時也降低了它們的表面積，在惰性氣體中保存，酒花不易氧化變質(zhì)，顆粒酒花是世界上使用最為廣泛的酒花制品。
1.1.4 啤酒釀造用水
啤酒生產(chǎn)用水主要包括加工水及洗滌，冷卻水兩大部分。加工用水中投料水，洗糟水，啤酒稀釋用水直接參與啤酒釀造，是啤酒重要原料之一，在習(xí)慣上稱作釀造水。啤酒釀造水的性質(zhì)，重要取決于水中溶解鹽類的種類和含量，水的生物學(xué)純凈度及氣味，釀造水對啤酒生產(chǎn)全過程將產(chǎn)生很大的影響，如糖化時水解酶是活性和穩(wěn)定性，酶促反應(yīng)的速度，麥芽的酒花在不同含鹽水中溶解度的差別，鹽和蛋白質(zhì)及酚類物質(zhì)的絮凝成點，酵母生長，發(fā)酵風(fēng)味物質(zhì)的形成等，最終還將影響到啤酒的風(fēng)味物質(zhì)和穩(wěn)定性。
大自然的天然水源分為如下幾種：雨水，雪水，地表水，地下水，冰水，海水。
1.1.4.1 水中無機離子對啤酒釀造的影響
1.水中的碳酸鹽和重碳酸鹽有降酸作用：HCO3-+H+→H2O+CO2,大麥籽粒中存在復(fù)合磷酸鹽，發(fā)芽中受到磷酸酯酶的降解，形成游離的H2PO4_,由于H2PO4在K2的作用下分解為H+，它使麥芽醪呈偏酸性，水中重碳酸鹽的降酸作用，使麥芽醪PH升高，引起一系列的工藝缺點：①造成過濾減慢，收得率下降。②啤酒色澤和澀味增加。③啤酒的穩(wěn)定性降低。④改變酒花的苦味，使啤酒苦味粗糙。
2.水中鈣，鎂離子的增酸作用：3Ca+2HPO4-→Ca(PO4)2+2H+。在啤酒糖化時，Ca2+含量在每升40到70毫克，能保持淀粉液化酶的耐熱性。麥汁含Ca2+在每升80到100毫克時，可促進麥汁煮沸時形成單寧—蛋白質(zhì)—鈣的復(fù)合物，促進熱凝固物蛋白質(zhì)的絮凝。Mg2+在麥芽中含量約為130mg/L.啤酒釀造用水中含有10—15mg/L的Mg2+已經(jīng)足夠，不宜超過80mg/L。
3.優(yōu)質(zhì)啤酒含F(xiàn)e2+應(yīng)少于0.1mg/L,若含量大于0.5mg/L，會對啤酒質(zhì)量造成損害，使啤酒泡沫不潔白，加速啤酒的氧化渾濁。Mn2+對啤酒的影響與二價鐵離子相似。
4.Na+ ,K+常常在50—100:300—400.過高常常使淺色啤酒變得粗糙，不柔和。
5.Cl-對啤酒的澄清和膠體穩(wěn)定性有重要作用，它能賦予啤酒豐滿的
酒體，爽口，柔和的風(fēng)味。釀造水中含有20—60mg/L的Cl-是必須的。
1.2 麥芽制備
麥芽制備工藝決定了麥芽品種和質(zhì)量，從而決定了啤酒的類型，麥芽的質(zhì)量將直接影響釀造工藝和成品啤酒的質(zhì)量。
制麥的目的在于使大麥發(fā)芽，產(chǎn)生多種水解酶類。以便通過后續(xù)糖化，使大分子淀粉和蛋白質(zhì)得以分解溶出。而綠麥芽經(jīng)過烘干將產(chǎn)生必要的色，香，和風(fēng)味成分。
全制麥過程大體可分為原料分級，浸麥，發(fā)芽，干燥、除根等過程。
現(xiàn)代啤酒生產(chǎn)，工業(yè)化程度越來越高，啤酒工廠一般不自行生產(chǎn)麥芽，而是從專門的麥芽生產(chǎn)工廠購買所需麥芽，以達到降低生產(chǎn)成本的目的。
1.3 麥芽汁制備工藝
麥汁制造過程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的過濾，混合麥汁加酒花煮沸，麥汁處理（澄清，冷卻，通氧）等一系列物理學(xué)，化學(xué)，生物化學(xué)的加工過程。
麥汁制造的工藝要求：
1.原料中有效成分得到最大限度的萃?。?
2.原料中無用和有害的成分溶解最少
3.制成麥汁的有機或無機組分的數(shù)量和配比應(yīng)符合淡色啤酒的品種和類型的要求
4.保證上述三點原則的前提下，縮短生產(chǎn)時間，節(jié)省工時，節(jié)能是本車間的要求。
1.3.1 麥芽與大米的粉碎
在啤酒生產(chǎn)中，不單要考慮物料粉碎操作的經(jīng)濟性，更應(yīng)該考慮啤酒釀造的特殊要求：（1）麥芽皮殼若粉碎過細，會增加皮殼有害物質(zhì)的溶解，影響啤酒風(fēng)味。（2）皮殼和原料物質(zhì)中不容性物質(zhì)粉碎過細，會增加過濾阻力。影響過濾操作。（3）淀粉等儲藏物質(zhì)的粉碎細度，不但影響酶促反應(yīng)速率，也影響到反應(yīng)深度即影響到麥汁組成。
1.麥芽的粉碎
麥芽粉碎的方法主要有：干法粉碎，濕法粉碎，回潮干法粉碎，以及連續(xù)調(diào)濕粉碎。
本設(shè)計采用麥芽濕法粉碎，濕法粉碎全部操作有：浸漬→磨碎→勻漿→泵出。在0.5-2小時內(nèi)完成一批投料，根據(jù)日加工量，選擇適當(dāng)?shù)臋C器臺數(shù)。粉碎過程應(yīng)盡量縮短麥芽在機器內(nèi)的停留時間，以防止受到污染。濕法粉碎麥芽皮殼充分吸水變軟，粉碎時皮殼不易磨碎胚乳帶水研磨均勻，糖化速度快。濕法粉碎可提高過濾速度20%-25%或提高投料量，麥糟層厚度可達500-600mm , 但不影響過濾。
2.大米的粉碎
大米采用對輥碎機進行干法粉碎，大米的粉碎度越細越好，以增加原料與水的接觸面積，有利于大米的糊化和糖化。
1.3.2 糖化原理
糖化是將麥芽和輔料中高分子物質(zhì)機器分解產(chǎn)物（淀粉，蛋白質(zhì)，植酸鹽，半纖維素等機器分解中間產(chǎn)物，通過麥芽中各種水解酶的作用，以及水和熱能的作用，使之分解并溶解于水，此過程稱作“糖化”。溶解于水的各種干物質(zhì)稱作“浸出物”，而構(gòu)成的澄清液稱作“麥芽汁”或“麥汁”。麥汁中浸出物的含量和原料中干物質(zhì)的比稱“無水浸出率”。
糖化中的工藝控制，主要通過下列環(huán)節(jié)來進行：①麥芽的質(zhì)量，輔料的種類及其配料比。②麥芽及非發(fā)芽谷物的粉碎度。③控制麥芽中各種水解酶的作用條件，如（溫度，PH，底物濃度，作用時間）。④加熱溫度和時間。⑤需通過外加酶制劑、酸、無機鹽進行調(diào)節(jié)控制。
1.3.3 糖化方法及設(shè)備
糖化方法可分為以下幾類：
1. 煮出糖化法：煮出糖化法麥芽醪利用酶的生化作用和熱力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通過部分麥芽醪的熱煮沸，并醪，使醪液逐步梯級升溫至糖化完畢。部分麥芽被幾次煮沸即幾次煮出法。
2. 浸出糖化法：浸出糖化法是指麥芽醪利用酶的生化作用，用不斷加熱或冷卻調(diào)節(jié)醪液的溫度，使糖化完成，麥芽醪未經(jīng)煮沸。
3. 其他糖化法：其他糖化法都由以上兩種方法演變而來，以上兩種方法用于最初的純麥芽的糖化，當(dāng)采用不發(fā)芽谷物作為輔料，進行糖化時必須先進行預(yù)輔料的預(yù)處理--即糊化和液化。這就是復(fù)式糖化法。
由于浸出糖化法要求使用溶解良好的麥芽，成本高，原料利用率低，且更適合釀造上面發(fā)酵啤酒，本設(shè)計不采用。而煮出法糖化法可以補救一些麥芽溶解不良的缺點，原料利用率高，糖化時間短，麥汁成份好，適合釀造傳統(tǒng)下面發(fā)酵啤酒。故本設(shè)計采用該法。
1.3.4 麥芽醪的過濾
糖化過程結(jié)束時，已基本完成了麥芽和輔料中高分子物質(zhì)的分解、萃取。因此，必須在短時間內(nèi)把麥汁和麥醪分離。此分離過程稱麥芽醪的過濾。
麥芽醪的過濾過程包括如下三個過程：
（1）殘留在糖化醪中的耐熱性的α-淀粉酶，將少量的高分子糊精進一步液化，使之全部轉(zhuǎn)變成無色糊精或糖類，提高原料浸出物收得率。
（2）從麥芽醪中分離出“頭號麥汁”。
（3）用熱水洗滌麥糟，洗出麥糟中的可溶性浸出物，得到“二濾、三濾”麥汁。麥芽醪的過濾工藝基本要求：迅速和較徹底地分解可溶性浸出物，盡可能減少有害于啤酒風(fēng)味的麥殼多酚、色素、苦味物，以及麥芽中高分子蛋白質(zhì)、脂肪、脂肪酸、β-葡聚糖等物質(zhì)被萃取，盡可能獲得澄清透明的麥汁。
1.3.5 麥汁的煮沸和酒花的添加
1. 麥汁煮沸的設(shè)備:分批式麥汁煮沸，在一個有加熱裝置的特殊容器中進行，稱煮沸鍋。麥汁煮沸鍋具有多種形式，本設(shè)計選用的是列管式內(nèi)加熱器圓形麥汁煮沸鍋。采用列管加熱，管內(nèi)麥汁受熱上升，在加熱管上部噴出，底部麥汁不斷進入加熱管，麥汁形成對流，省去動力和攪拌系統(tǒng)。
2. 麥汁煮沸方法:傳統(tǒng)煮沸鍋均采用常壓煮沸，近代較多采用密閉煮沸、加壓煮沸，特別是低壓煮沸更受到普遍歡迎。常壓煮沸：工藝成熟，操作方便，維修費用低。酒花浸出率高，所得麥汁質(zhì)量好。故本設(shè)計采用該方法。
3. 酒花的添加:酒花添加量應(yīng)依據(jù)酒花質(zhì)量（含α-酸的量），消費者習(xí)慣，啤酒品種，濃度等不同而不同。淺色啤酒苦味物值為15-40（Bu）之間，一般在此范圍內(nèi)選取一個固定值，生產(chǎn)時允許在固定值上波動±5 Bu。對設(shè)計而言，為便于物料衡算，酒花添加量定為每100mL熱麥汁添加0.2%酒花。但實際生產(chǎn)時由于酒花品質(zhì)，添加時間和方法，發(fā)酵條件，酵母品種等條件的不同或變動，酒花中有效物質(zhì)損失變化很大，應(yīng)根據(jù)以上情況，在衡算基礎(chǔ)上做一定的調(diào)整。
1.3.6 麥汁的處理
從煮沸鍋放出的定型熱麥汁，進入發(fā)酵以前還需要進行一系列處理： 酒花糟分離，熱凝固物分離，冷凝固物分離，冷卻，充氧等才能成為發(fā)酵麥汁。近代的啤酒生產(chǎn)大大縮短了發(fā)酵和貯酒周期，發(fā)酵容器也增大到數(shù)百至上千立方米，因此，對麥汁處理要求是：
1.對能引起啤酒非生物渾濁的冷，熱凝固物盡可能給予足夠的分離
2.麥汁處于高溫時盡可能減少空氣接觸，防止氧化。麥汁冷卻后，在發(fā)酵前，根據(jù)進罐時間，必須補充適量空氣，供酵母前期呼吸。
3.麥汁處理各工序中，嚴格杜絕有害微生物的污染。
1.3.7 麥汁的充氧
1.熱麥汁的氧化：麥汁在高溫之下接觸氧，此時氧很少以溶解形式存在，而是和麥汁中糖類、蛋白質(zhì)、酒花樹脂、多酚等發(fā)生氧化反應(yīng)。麥汁在高溫下應(yīng)該接觸空氣和應(yīng)該嚴格禁止接觸空氣，兩種對立觀點在啤酒節(jié)共存。目前我國認為從麥芽粉加水投料至冷卻前，隔氧操作是關(guān)鍵措施。
2.冷卻麥汁的充氧:麥汁冷卻至發(fā)酵接種溫度以后，即使與氧接觸，氧化反應(yīng)較微弱，氧在麥汁中呈溶解狀態(tài)，是酵母前期繁殖必須的。麥汁濃度增加減少飽和溶氧量。充氧操作為：麥汁溫度降至6℃以下，空氣通風(fēng)，10°P麥汁飽和溶氧量為10.1ml/L。
3.冷麥汁通風(fēng)方法:若采用純氧，溶氧將達到40ml/L以上。一般只有快速發(fā)酵法生產(chǎn)啤酒時采用純氧，普通啤酒發(fā)酵采用壓縮空氣通風(fēng)，即將無菌，無油的壓縮空氣在麥汁冷卻的輸送線路中，通過文丘里管或不銹鋼舌片混合器，肽管混合器，在線上充氧。此外麥汁應(yīng)采取分批進罐，冷麥汁通風(fēng)時間，宜早不宜晚，最后1-2批進罐麥汁不再通風(fēng)。
1.4 啤酒發(fā)酵
1.4.1 啤酒酵母
1. 啤酒酵母的分類
能使含糖液體自然發(fā)酵，生成二氧化碳和酒精，液面上形成“膜”，器底形成“沉淀”的生物，統(tǒng)稱為“酵母”。廣義上說，凡是單細胞、世代時間較長的低等真核生物，統(tǒng)稱為“酵母”。
酵母的分類：a.夫羅貝爾酵母：發(fā)酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：發(fā)酵度低，凝集性強，沉淀快c.卡爾斯貝酵母：卡爾倍一號，發(fā)酵度高，沉淀慢；卡爾號二號，發(fā)酵度低，沉淀快。
2. 啤酒酵母的絮凝
啤酒酵母的絮凝特性是重要的生產(chǎn)特性，它會影響酵母的回收再利用于發(fā)酵的可能，影響發(fā)酵速率和發(fā)酵度，影響啤酒過濾方法的啤酒風(fēng)味。酵母細胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影響，金屬離子對凝聚作用的影響極大，凝聚作用的強度還依賴于基質(zhì)的離子濃度，尤其是鈣離子含量達到30mg/l以上時的促凝作用相當(dāng)顯著，其他二價離子也能促凝，但是單價離子會因“反離子效應(yīng)”對其產(chǎn)生抑制作用。
3. 啤酒酵母的擴大培養(yǎng)
啤酒酵母純正與否，對啤酒發(fā)酵和啤酒質(zhì)量的影響很大。啤酒工廠生產(chǎn)使用的酵母由保存的純種酵母，經(jīng)過擴大培養(yǎng)，達到一定數(shù)量后，供生產(chǎn)現(xiàn)場使用。每個啤酒廠都應(yīng)保存適合本廠使用的純種酵母，以保證生產(chǎn)的啤酒具有穩(wěn)定的風(fēng)格和特性。
啤酒酵母擴大培養(yǎng)的順序如下：
斜面試管（原菌種）→富氏瓶或試管培養(yǎng)→巴氏瓶或三角瓶培養(yǎng)→卡氏罐培養(yǎng)→漢生罐培養(yǎng)→酵母擴大培養(yǎng)罐→酵母繁殖罐→發(fā)酵罐。
以上從斜面試管到卡氏罐培養(yǎng)為實驗室擴大培養(yǎng)階段；漢生罐以后為生產(chǎn)現(xiàn)場擴大培養(yǎng)階段。
4. 接種量
表2-1 不同麥汁濃度的酵母添加量
麥汁濃度
酵母泥添加量
7～9
0.3～0.4
10～12
0.4～0.6
13～15
0.5～0.7
16～20
0.6～1.0
1.4.2 啤酒發(fā)酵方法的選擇
啤酒發(fā)酵方法主要有以下幾種方式：傳統(tǒng)發(fā)酵，錐形罐發(fā)酵；連續(xù)發(fā)酵法，分批式發(fā)酵法；上面發(fā)酵法，下面發(fā)酵法；一罐發(fā)酵法，兩罐法發(fā)酵；本設(shè)計選用的是兩罐式發(fā)酵法。以下就這幾種發(fā)酵方法進行分析和比較來進行取舍。
1.連續(xù)發(fā)酵:連續(xù)發(fā)酵主要有多罐式連續(xù)發(fā)酵和塔式連續(xù)發(fā)酵，這種連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)都可大大縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，降低了投資，減少了酒損，降低了蒸汽、勞動力和洗刷費用，提高了酒花利用率，且產(chǎn)生的成品啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。但是這幾種連續(xù)體系也各有不足：多罐式系統(tǒng)需攪拌，動力消耗大。塔式系統(tǒng)對酵母要求高，使用的酵母不僅要求發(fā)酵度高，而且要求凝聚性強。并且塔式觀造價高，不利于小規(guī)模生產(chǎn)。更重要的是，連續(xù)發(fā)酵法啤酒從風(fēng)味上品評與間歇法啤酒差別大，難以被消費者接受。八十年代后，錐形罐發(fā)酵取代了傳統(tǒng)發(fā)酵，生產(chǎn)周期得到了縮短，而連續(xù)發(fā)酵由于污染和風(fēng)味（特別是雙乙酰）控制的困難逐步停止了使用。從實際情況出發(fā)，故本設(shè)計不采用此法。
2.下面發(fā)酵: 傳統(tǒng)的下面發(fā)酵法，主發(fā)酵容器安置在空氣過濾，絕熱良好和清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)。室溫保持5～6℃；采用開放式或密閉式、圓形或方形的主發(fā)酵容器。后發(fā)酵則設(shè)置在單獨的貯酒室內(nèi)，采用金屬或木制的貯酒罐，作后發(fā)酵和貯酒用。貯酒室溫保持在O～l℃。特點是：① 采用下面酵母，主發(fā)酵溫度比較低，發(fā)酵進程比較緩慢，發(fā)酵的代謝副產(chǎn)物相對較少。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降發(fā)酵容器底部。② 下面發(fā)酵啤酒的后發(fā)酵和貯酒期比較長，酒液澄清良好。C02飽和穩(wěn)定，酒的泡沫細微，風(fēng)味柔和，保存期較長。
3.上面發(fā)酵: 啤酒發(fā)酵系以上面發(fā)酵為起源，而后由于選用的純粹培養(yǎng)酵母不同，劃分為上面發(fā)酵與下面發(fā)酵兩種啤酒發(fā)酵類型。上面發(fā)酵在發(fā)酵外觀、技術(shù)操作和發(fā)酵設(shè)備方面與下面發(fā)酵有所不同，但兩者的發(fā)酵機理是一致的。特點: ①上面發(fā)酵系采用上面酵母，是在較高的溫度(15～20℃)下進行的。酵母起發(fā)快，接種量可以減少，形成的酵母新細胞較多。發(fā)酵終了，大部分酵母浮在液面，酵母回收工作雖較下面發(fā)酵復(fù)雜，但酵母使用代數(shù)遠較下面發(fā)酵為多，長久沒有衰退現(xiàn)象。②上面發(fā)酵的麥汁接種溫度為13～16℃，比較高。發(fā)酵2～3天，當(dāng)酵母升至液面時，為發(fā)酵旺盛階段，此時應(yīng)開始降低液溫，可采用12～14℃冷水冷卻，并在酵母形成泡蓋時立即撤去，發(fā)酵4～6天即行結(jié)束。③ 發(fā)酵結(jié)束后，酵母成緊密的一層浮在液面上，厚為3～4cm。④上面發(fā)酵在發(fā)酵過程中通風(fēng)時間長，目的是使酵母分散懸浮在發(fā)酵液中，對凝集性強的酵母，通風(fēng)尤屬必要。⑤ 上面發(fā)酵一般不采用后發(fā)酵，主發(fā)酵的發(fā)酵度接近最終發(fā)酵度。分離酵母后，加膠處理，貯藏澄清一階段，采用人工充二氧化碳，使達飽和。若上面發(fā)酵采用后發(fā)酵工藝，下酒時，酒液中保留部分殘?zhí)?，繼續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)生的二氧他碳飽和在酒中。⑥上面發(fā)酵釀制的啤酒成熟快，設(shè)備周轉(zhuǎn)快，啤酒有獨特的風(fēng)味，但保存期短。從實際出發(fā)，選用下面酵母發(fā)酵法。
4.一罐法發(fā)酵: 隨著啤酒工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有啤酒廠普遍采用一罐發(fā)酵工藝，即麥汁的主發(fā)酵，雙乙酰還原、降溫以及貯酒階段在同一個露天發(fā)酵罐中進行。一罐法工藝有以下優(yōu)點：清洗消耗少，因為只有一個容器必須清洗；轉(zhuǎn)入空罐時CO2損失少；酒損少，因為沒有了管道中殘酒的損失；所需的工作時間少；節(jié)能，因為不用倒罐，沒有氧侵入的危險。
5.兩罐法發(fā)酵: 一罐法發(fā)酵工藝簡單, 便于操作, 能夠節(jié)省投資, 但由于麥汁整個發(fā)酵過程都在同一個發(fā)酵罐中進行, 使得冷凝物的排放及酵母沉淀效果不十分理想。由于露天發(fā)酵罐一般直徑較大, 若酒液缺少對流, 就會使其溫度分布不均勻, 罐中心酒液溫度與罐壁處酒液溫度需長時間才能達到平衡, 從而影響啤酒風(fēng)味。同時, 一罐法發(fā)酵工藝發(fā)酵周期較長, 生產(chǎn)旺季難以滿足市場需求。故不采用一罐法。故本設(shè)計采用兩罐法發(fā)酵。
1.4.3 啤酒發(fā)酵工藝
傳統(tǒng)式分批發(fā)酵，每批（一鍋或兩鍋）定型麥汁，經(jīng)過添加酵母，前發(fā)酵（酵母增殖），主發(fā)酵，后發(fā)酵和貯酒等階段。相應(yīng)的設(shè)備是：酵母添加器，前發(fā)酵池，主發(fā)酵池，后發(fā)酵罐和儲酒罐。各段發(fā)酵均在有絕熱維護層，并具有室溫調(diào)節(jié)裝置的的廠房內(nèi)進行，一般分為前發(fā)酵室（7-8℃）主發(fā)酵室（6-7℃），后酵和儲酒室（2-0℃）等部分。
1.4.3.1酵母接種量和添加方法
1．酵母接種量：本設(shè)計分批發(fā)酵采用低溫，緩慢發(fā)酵，因此接種量比較小，接種后細胞濃度控制在（5-12）×10個/ml。 設(shè)酵母泥的濃度為20×10個/g，按工藝規(guī)定接種后酵母濃度為：8×10個/ml則每千克麥汁接種酵母泥克數(shù)（n）：n=8×10×1000/20×10=4g 即接種量為0.4%。
2. 酵母添加方法：a.干道和濕道添加法；b.倍量添加法；c.分割法；d.遞加法。
本設(shè)計采用干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麥汁所需的酵母，再加上二倍量的冷麥汁，用無菌壓縮空氣充分混合，壓到前酵池中，再用無菌空氣攪拌均勻即可。
1.4.3.2 前發(fā)酵:
所謂前發(fā)酵，就是指接種酵母泥處于休眠階段，酵母和麥汁接觸后，有較長（數(shù)小時至十小時）的生長滯緩期，之后才能加入出芽繁殖，當(dāng)酵母克服生長緩滯期，出芽繁殖細胞濃度達到20×個/ml，發(fā)酵麥汁表面開始氣泡，此階段即為前發(fā)酵。但由于工藝改進，前發(fā)酵時期已縮短至20～30個小時。
1.4.3.3 主發(fā)酵：
主發(fā)酵前期酵母吸收麥汁中的氨基酸和營養(yǎng)物質(zhì),應(yīng)用糖類發(fā)酵釋放自由能合成細胞并產(chǎn)生熱量。此時糖降比較緩慢，而α-氨基氮下降迅速。由于有機酸產(chǎn)生和麥汁緩沖物質(zhì)減少，麥汁PH下降迅速。酵母達到最高濃度時，糖降最快，每天外觀糖濃度降可達1.5-2.0°P。VDK峰值出現(xiàn)在最高酵母濃度后12-24h。此階段大量廢熱產(chǎn)生，必須進行冷卻以保持最高發(fā)酵溫度。
當(dāng)發(fā)酵度達到酵母凝聚點時（一般酵度在35%-45%），酵母開始凝聚，發(fā)酵液中懸浮酵母細胞數(shù)開始下降，糖降速率開始降低。為了促進凝聚和保存凝聚酵母的活性，發(fā)酵后期應(yīng)逐步降低溫度，使發(fā)酵溫度趨近后酵溫度。
主發(fā)酵后期每日糖降小于0.3°P時，發(fā)酵緩慢，泡沫消失，逐步形成泡蓋。泡蓋是CO2帶至發(fā)酵液面的多酚、酒花樹脂、高分子蛋白質(zhì)等接觸空氣氧化，聚合形成的。在主發(fā)酵結(jié)束前撈去泡蓋，即可下酒至后發(fā)酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。
1.4.3.4 后酵和貯酒
主發(fā)酵結(jié)束后，下酒至密閉室后發(fā)酵罐，前期進行后發(fā)酵，后期進行低溫儲酒。后發(fā)酵和儲酒的目的是：糖類繼續(xù)發(fā)酵，促進啤酒風(fēng)味成熟，增加CO2溶解，促進啤酒澄清。
1.4.3.5圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵及其工藝:
圓柱錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點有：①加速發(fā)酵 C.C.T由于發(fā)酵基質(zhì)（麥汁）和酵母對流獲得強化，可加速發(fā)酵。②廠房投資節(jié)省 C.C.T發(fā)酵可以大部分或全部在戶外，而且罐數(shù)、罐總?cè)莘e減少，廠房投資節(jié)省。③冷耗節(jié)省 C.C.T發(fā)酵冷卻是直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，而且冷卻介質(zhì)在強制循環(huán)下，傳熱系數(shù)高。④發(fā)酵罐清洗、消毒 C.C.T發(fā)酵可依賴于CIP自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。⑤該罐具有錐底，主發(fā)酵后回收酵母方便。⑥罐身具有冷卻夾套，冷卻面積能夠滿足工藝上的降溫要求，一般在圓柱體部分，視罐體高度，可分設(shè)2-3段冷卻，錐底部分設(shè)有一段冷卻，有利于酵母沉降和保存。⑦圓柱錐底罐是密閉罐，可以回收二氧化碳，也可進行二氧化碳洗滌，可做發(fā)酵罐，也可做貯酒罐。
因此在本設(shè)計中選用的是圓柱錐底發(fā)酵罐，其具體情況介紹如下：
1.發(fā)酵方法分類：主要分單釀罐發(fā)酵和兩罐法發(fā)酵兩種。本次設(shè)計選擇兩罐法發(fā)酵。
2.設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點：
（1）設(shè)備的外型特點：外筒體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。兩罐法發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H=1:3-4。發(fā)酵罐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角73-75°。
（2）罐材料：大型C.C.T均采用碳鋼加涂料或是不銹鋼兩種材料。
（3）冷卻夾套：國內(nèi)C.C.T大多用低溫低壓（-3℃,0.03MPa）液態(tài)冷媒在半圓管，弧形管的夾套，或米勒板式夾套內(nèi)流動換熱。冷卻夾套一般分三段：上段距發(fā)酵液面15cm向下排列，中段在筒體的下部距支座15cm向上排列，錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。
（4）隔熱層和防護層：絕熱材料常用絕熱材料聚酰氨樹脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。外防護層采用0.7-1.5mm厚的合金鋁板或0.5-0.7mm的不銹鋼板，特別是瓦楞型板更受歡迎。
（5）罐主要附件：智能型鉑溫度傳感器，清洗取樣閥，安全閥，真空破壞閥，CIP執(zhí)行機構(gòu)，上視鏡，燈鏡，空氣和二氧化碳排出管裝置。
3. 圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵工藝：
（1）進罐方法：采用直接進罐方法。
（2）接種量和起酵溫度：麥汁直接進罐法，為了縮短起酵時間，大多采用較高接種量，0.6%～0.8%，接種后細胞濃度為（15±3）×106個/ml。麥汁接種溫度是控制發(fā)酵前期酵母繁殖階段溫度的，一般低于主發(fā)酵溫度2～3℃。
（3）主發(fā)酵溫度：本設(shè)計是10°P的淡色啤酒，小于11°P，所以采用低溫發(fā)酵，9-10°C。
（4）VDK還原：在大罐發(fā)酵中，后發(fā)酵一般稱VDK還原階段。VDK還原初期一般不排放酵母，也就是發(fā)酵全部酵母參與VDK還原，這可縮短還原時間。
（5）冷卻、降溫：VDK還原終點是根據(jù)成品啤酒應(yīng)VDK的含量而定，要求VDK低于0.1mg/L，才稱還原階段基本結(jié)束，可降溫。
（6）罐壓控制：發(fā)酵液中二氧化碳是酵母的毒物，會抑制酵母繁殖和發(fā)酵速率，大多數(shù)C.C.T發(fā)酵主發(fā)酵階段均采用微壓（小于0.01Mpa-0.02Mpa），主發(fā)酵后期才封罐逐步升高，還原階段1-2天才升至最高值。由于罐耐壓強度和實際需要，C.C.T罐壓一般最大控制在0.07-0.08Mpa，以后保持或略有下降至啤酒成熟。
（7）酵母的排放和收集：當(dāng)VDK還原至規(guī)定值，可順利從錐底排放泥狀酵母。收集酵母后，用酵母泥的1-1.5倍無菌低溫釀造水（1-2°C）覆蓋并控制存放溫度不超過2°C，每天換一次無菌水。
1.4.4 酵母的添加與回收
在麥汁進行充氧同時添加酵 母，為了使酵母均勻分布在發(fā)酵罐中，酵母應(yīng)在整個麥汁流入過程中均勻添加，接種量一般為（1.5～1.8）×10/mL麥汁，即約0.6～0.8L濃酵母泥/hL麥汁。種酵母要求：外觀色澤潔白，凝聚性良好，無黏著現(xiàn)象，無雜質(zhì)，無變異，鏡檢酵母細胞大小整齊，健壯，無雜菌感染，細胞活性97%以上，冷水低溫保存時間不超過3天，使用代數(shù)不超過7代。沉降于發(fā)酵罐底的酵母可以分為三類：上層為輕質(zhì)酵母，主要由落下的泡蓋和最后沉降下來的酵母細胞組成，可做飼料或經(jīng)行其它綜合利用。中層為核心酵母，由健壯、發(fā)酵力強的酵母細胞組成，其量占65%～70%,可留作下批種酵母用。下層為弱細胞或死細胞，由最初沉降下來的顆粒組成，可作飼料或棄置不用。
1.4.5 發(fā)酵設(shè)備的降溫控制
本設(shè)計采用的發(fā)酵設(shè)備為應(yīng)用極為廣泛的露天錐形發(fā)酵罐，酵母在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生熱量，為使發(fā)酵和后熟在設(shè)計的工藝溫度下進行，必須進行冷卻。
常用的冷卻方式有兩種：間接冷卻法和直接冷卻法，由于直接冷卻的冷卻介質(zhì)是液氨，即液氨直接在錐形罐的冷卻夾套中蒸發(fā)并吸熱，在實際生產(chǎn)中需要注意一下幾個方面：一是液氨具有刺激性臭味，在一定條件下可燃可爆，二是液氨工作壓力較高，且滲透性很強，因而發(fā)酵罐的夾套焊接要求也較高，故本設(shè)計采用間接冷卻方式。
間接冷卻方式其冷溶劑是乙二醇與水的混合溶液，它在氨制冷的蒸發(fā)器箱中進行冷卻，溫度一般控制在-5℃左右，它主要用于麥汁冷卻和發(fā)酵罐的降溫，一般情況下，發(fā)酵罐冷卻系統(tǒng)有兩種介質(zhì)循環(huán)，即液氨吸熱蒸發(fā)制冷循環(huán)系統(tǒng)和冷卻發(fā)酵罐酒液的酒精水循環(huán)系統(tǒng)。
1.4.6 啤酒生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用
1、麥槽的利用
麥槽是麥芽和大米在不發(fā)芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物質(zhì)構(gòu)成的。麥槽是有價值的飼料，有較高的蛋白質(zhì)，并受到適度分解。
2、二氧化碳的回收
二氧化碳是啤酒發(fā)酵中最主要的副產(chǎn)物，二氧化碳也是重要的原材料。在過濾后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短時間內(nèi)溶解和過飽和，簡單而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。
CO2貯氣柜→超壓裝置→壓縮機→氧化劑洗滌器→水冷卻器→活性炭過濾器→壓縮機→冷卻器→干燥裝置→冷卻器→液態(tài)CO2貯存罐
3、酵母的回收與利用
根據(jù)酵母和發(fā)酵液的相對密度不同，采用離心機分離酒液和酵母。
每生產(chǎn)100噸啤酒可得含水分75%～80%的剩余酵母泥1.5t，可制成含水8.5%～10%的干酵母約0.35t。近年來用啤酒酵母生產(chǎn)具有肉類鮮味的調(diào)料以及生產(chǎn)干酵母粉，有很好的經(jīng)濟和社會效益，故本設(shè)計采用一個酵母車間來利用廢酵母生產(chǎn)干酵母，其生產(chǎn)流程如下：
啤酒放棄的酵母泥→固液分離→濕酵母→洗滌脫苦→固液分離→水解→固液分離→干燥→干酵母
↓
濃縮→調(diào)配→調(diào)味料
↓
酵母膏
1.4.7 成品啤酒
1. 啤酒的過濾
發(fā)酵出來的啤酒經(jīng)酵母分離機分離出來后，進入一薄板冷卻器，然后進入啤酒處理罐，進行CO2洗滌，再經(jīng)一次冷卻器，冷卻至-1 ℃，經(jīng)粗濾精濾后，送清酒罐然后包裝。
啤酒過濾的主要方式有棉餅過濾機、硅藻土過濾機、紙板過濾機、雙流過濾機、錯流過濾機、無菌膜過濾機。現(xiàn)在普遍使用的是過濾設(shè)備是硅藻土過濾機、紙板過濾機和無菌膜過濾機。硅藻土過濾機作為啤酒的粗濾，紙板過濾機作為啤酒的精濾，無菌膜過濾機主要用于生產(chǎn)純生啤酒。
硅藻土過濾機主要有板框式、燭式、水平圓盤式三種，本設(shè)計采用板框式過濾機。
2．啤酒包裝
啤酒的包裝形式有瓶裝、易拉罐裝和桶裝三種形式，本設(shè)計生產(chǎn)的主要是瓶裝啤酒。啤酒包裝的基本功能有以下幾點。
⑴保護功能。包裝應(yīng)該保證產(chǎn)品的安全和清潔衛(wèi)生，使其在儲存、運輸和銷售過程中不致散失、損壞和變質(zhì)，這是包裝最基本的作用。
⑵美化增值功能。美觀大方的包裝造型、生動形象的圖案和新穎別致的裝潢可以襯托產(chǎn)品形象，提高產(chǎn)品的附加價值。
⑶促銷功能。包裝是“無聲的推銷員”，消費者通過包裝可以了解產(chǎn)品，引起消費興趣，激發(fā)購買動機，從而有利于擴大商品銷售。
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第二章 工藝計算
2.1 物料衡算
2.1.1 物料衡算的意義
物料衡算是指理論上進行生產(chǎn)時，所要消耗的物料和可以得到的產(chǎn)品以及副產(chǎn)品的量，物料衡算的準確與否關(guān)系到整個生產(chǎn)工藝的合理性和設(shè)計的可行性，是整個設(shè)計階段的重要一環(huán)。
2.1.2 物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
根據(jù)表2-1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，先進行100kg原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算，然后進行100L 10°P啤酒的物料衡算，最后進行7萬噸/年啤酒廠的物料衡算。
項目
名稱
百分比﹪
說明
定
額
指
標(biāo)
原料利用率
98.5
麥芽水分
5.0
大米水分
12
無水麥芽浸出率
75
無水大米浸出率
95
原料
配比
麥芽
70
大米
30
損
失
率
冷卻損失
5.0
發(fā)酵損失
1.5
對熱麥汁而言
過濾損失
1.0
裝瓶損失
1.0
總損失率
啤酒總損失率
8.5
對熱麥汁而言
表2-1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
2.1.3 100㎏原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算
熱麥汁量：
根據(jù)表2-1可得原料收得率分別為：
原料麥芽收得率為： 0.75(100-5)÷100=71.25%
原料大米收得率為： 0.95(100-12)÷100=83.6%
混合原料收得率為：（0.7×71.25%+0.3×83.6%）×98.5%=73.83%
由上述可得100kg混合原料可制得10°P熱麥汁量為：
（73.83÷10）×100=738.3（kg）
查《啤酒工業(yè)手冊》得10°P麥汁在20°C的密度為1.04kg/L。而100°C熱麥汁比20°C時的麥汁體積增加1.04倍。故，
①熱麥汁（100°C）體積為：738.3÷1.04×1.04=738.3（L）
②冷麥汁量為： 738.3×（1-0.05）=701.38(L)
③發(fā)酵液量為： 701.38×（1-0.015）=690.86（L）
④過濾酒量為： 690.86×（1-0.01）=683.95(L)
⑤成品啤酒量： 683.95×（1-0.01）=677.11（L）
2.1.4 生產(chǎn)100L 10°P啤酒的物料衡算
根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)10°P淡色啤酒約677.11L，故可得下述結(jié)果：
⑴生產(chǎn)100L 10°P淡色啤酒需耗混合原料量為：
100÷677.11×100=14.77（kg）
⑵麥芽耗用量： 14.77×70%=10.34（kg）
⑶大米耗用量： 14.77×30%=4.43（kg）
⑷酒花耗用量： 738.3÷677.11×100×0.2%=0.218（kg）
PS: 對淺色啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2%
同理，100kg原料耗酒花： 677.11÷100×0.218=1.48(kg)
⑸熱麥汁量： 738.3÷677.11×100=109.04（L）
⑹冷麥汁量： 701.38÷677.11×100=103.58（L）
⑺發(fā)酵液量： 690.86÷677.11×100=102.03（L）
⑻濾過酒量: 683.95÷677.11×100=101.01(L)
⑼成品酒量： 677.11÷677.11×100=100（L）
⑽濕糖化糟量：設(shè)排出的濕麥糟含水分80%
濕麥芽糟量：[(1-0.05)(100-75)/(100-80)] ×10.34=12.28（kg）
濕大米糟量: [(1-0.12)(100-95)/(100-80)] ×4.43=0.97(kg)
故濕糖化糟量：12.28+0.97= 13.25（kg）
同理，100kg原料產(chǎn)生濕糖化糟：677.11÷100×13.25=89.72(kg)
⑾.酒花糟量：設(shè)酒花在麥汁中的浸出率為40%，酒花糟含水分以80%計，則酒花糟量為：0.218×(100-40)×100/(100-80)×100=0.645Kg
同理，100kg原料產(chǎn)生濕酒花糟：677.11÷100×0.654=4.43（kg）
⑿酵母量（以商品干酵母計）：
生產(chǎn)100L啤酒可得2kg濕酵母泥，其中一半作生產(chǎn)接種用，一半作商品酵母用，即為1kg。濕酵母泥含水分85%
酵母含固形物量：1×（100-85）÷100=0.15（kg）
則含水分7%的商品干酵母量：0.15×100÷（100-7）=0.16（kg）
⒀二氧化碳量：因10°P冷麥汁密度為1.04kg/L，則103.58L冷麥汁質(zhì)量為：103.58×1.04=107.72（kg）
所以，10°P冷麥汁中浸出物量：103.58×10%=10.36（kg）
設(shè)麥汁的真正發(fā)酵度為80%，則可發(fā)酵的浸出物量：
10.36×80%=8.29（kg）
麥芽糖發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)式為：
C12H22O11+H2O→2C6H12O6
2C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ
設(shè)麥芽汁中的浸出物均為麥芽糖構(gòu)成，則CO2生成量：
8.29×4×44÷342=4.27（kg）
式中： 44—CO2分子量 342—麥芽糖（C12H22O11）分子量
設(shè)10°P啤酒含CO2為0.4%啤酒中其含量有：103.58×0.4%=0.41（kg）
則釋放出的CO2量：4.27-0.41=3.86（kg）
而1m3 CO2在20°C常壓下重1.832kg
故釋放出的CO2的體積為：3.86÷1.832=2.11 m3
2.1.5 年產(chǎn)7萬噸10°P啤酒糖化車間物料衡算
生產(chǎn)旺季以150天計，占總量的80%，則旺季日產(chǎn)量為:
70000×80%÷150=373.33(噸/天)
設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化6次，旺季總糖化次數(shù)為6×150=900次（淡季根據(jù)需要酌情調(diào)整糖化次數(shù)），可算得每次糖化可產(chǎn)成品啤酒量（灌裝后）為：373.33÷6=62.2（噸/次）
由此可以算出每次投料量和其他項目的物料平衡：
1. 成品啤酒量（罐裝前）：62.2×1000/（1-1%）/1.010=62206.2（L）
2. 麥芽用量： 62206.2/677.11×70=6430.9（kg）
3. 大米用量：62206.2÷677.11×30=2756.1（kg）
4. 混合原料用量：6430.9+2756.1=9187（kg）
5. 熱麥汁量: 62206.2÷677.11×738.3=67827.7（L）
6. 冷麥汁量: 62206.2÷677.11×701.38=64435.9（L）
7. 濕糖化糟量: 62206.2÷677.11×89.72=8242.6（kg）
8. 濕酒花糟量: 62206.2÷677.11×4.43=406.98（kg）
9. 發(fā)酵液量： 2206.2÷677.11×690.86=63469.4（L）
10. 過濾酒量： 62206.2÷677.11×683.95=62834.6（L）
11. 酒花量： 62206.2÷677.11×1.48=135.97（kg）
由于生產(chǎn)旺季占到全年產(chǎn)量的80%，由此可算得全年產(chǎn)量：
62206.2×6×150÷80%=69.98×106（L）
年實際產(chǎn)量為：69.98×106×1010=7.07（萬噸）
以單次糖化生產(chǎn)做基準，可算得各個項目全年狀況如下：
⑴全年混合原料需要量：9187×6×150÷80%=10.34×106（kg）
⑵全年麥芽耗用量：6430.9×6×150÷80%=7.23×106（kg）
⑶全年大米耗用量：2756.1×6×150÷80%=3.10×106（kg）
⑷全年酒花耗量：135.97×6×150÷80%=1.53×105（kg）
⑸熱麥汁量：67827.7×6×150÷80%=76.31×106（L）
⑹冷麥汁量：64435.9×6×150÷80%=72.49×106（L）
⑺全年濕糖化糟量：8242.6×6×150÷80%=9.28×106（kg）
⑻全年濕酒花糟量：406.98×6×150÷80%=4.58×105（kg）
⑼全年發(fā)酵液量：63469.4×6×150÷80%=71.40×106（L）
⑽全年過濾酒量：62834.6×6×150÷80%=70.69×106（L）
⑾全年成品啤酒量：62206.2×6×150÷80%=69.98×106（L）
把前述的有關(guān)啤酒物料衡算計算結(jié)果整理見下表2-2：
備注：10°P啤酒的密度為1010kg/m3，實際年生產(chǎn)啤酒：7.07萬噸
2.2 耗熱量的計算
在論證部分，選用二次煮出糖化法生產(chǎn)麥汁，下面就以此工藝為基準進行糖化車間的熱量計算。工藝流程示意圖如下圖所示：投料為糖化一次所需原料。操作示意圖如下所示：
自來水，18℃
糊化鍋 糖化鍋
大米粉 2756.1kg
麥芽粉 551.22kg 料水比 1:4.5 料水比 1:3.5 麥芽粉 6430.9kg
T(℃，20分鐘) 熱水 50℃ 46.07℃ 60分鐘
10分鐘
13分鐘
70℃ 63℃，60分鐘
T(℃)
12分鐘 5分鐘
90℃，20分鐘 7分鐘 100℃，40分鐘 70℃，25分鐘
20分鐘
過濾 糖化結(jié)束 78℃ 100℃，10分鐘
麥糟 酒花糟，熱凝固物 冷凝固物
90分鐘
麥汁 煮沸鍋 回旋沉淀槽 薄板冷卻器
酒花
去發(fā)酵罐 冷麥汁
2.2.1 糖化用水耗熱量Q1
根據(jù)工藝設(shè)計糊化鍋中的料水比為1: 4.5，糖化鍋中的料水比為1:3.5，料水比過大，盡管對糊化有利，但是耗能大，設(shè)備體積大。料水比過小的話，醪液粘稠，需較大的攪拌設(shè)備且及易產(chǎn)生糊鍋的現(xiàn)象。
所以糊化鍋加水量為：
G1=（2756.1×0.2+2756.1）×4.5=14882.94（kg）
式中2756.1為糖化一次大米粉量，2756.1×0.2為糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的20%）。
糖化鍋加水量為：G2=5879.68×3.5=20578.88（kg）
式中糖化一次投入糖化鍋麥芽量為5879.68（kg）, 6430.9-551.