搜索
1第1章绪论1.1设计选题的目的目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷。因而，很有必要将这方面得计书加以科学地总结和分析以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。但是我国人均啤酒的消费还没有达到世界平均水平。所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活的需求。所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。另外，此次选题是教研室下达的任务，是根据教学的实际需求来选定的。1.2设计工作的意义啤酒是以大麦为原料，以大米、糖或者其他不发芽谷物、酒花等为辅料，经过麦芽制备、麦芽汁制备，经啤酒酵母菌发酵制得的含有丰富的二氧化碳，低酒精度且营养丰富的饮料。啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，8°P啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。通过这次的选题，查阅资料，使我们在设计中进一步掌握了啤酒的工艺方法为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。1.3课题研究内容及方法1.3.1设计依据本设计是根据四川理工学院生物工程学院生物工程教研室布置的课程设计任务书要求来进行设计的。1.3.2设计范围本设计为年产8万吨8°P的淡色啤酒厂，重点设备发酵罐，发酵工段为重点工段。该设计包括工艺方法及流程的选择论证、物料衡算、耗冷量衡算、设备选型及论证、重点设备的详细设计、绘制图纸等。1.3.3指导思想根据原料的特性，参考工业生产中的成功经验，对所收集得文献资料，进行分析比较，设计适合的工艺流程和操作条件，选择适合的生产设备，并进行科学、合理的配置；设计2适用的厂房结构，确保生产的正常进行，配备必要的劳动人员，满足正常生产需要。1.4工艺选择1.保证产品质量符合国家的标准2.尽量采用成熟的，先进的技术和设备。3.选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。1.5设备的选择保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。主要方法：1.查阅资料，确定工艺方法以及流程2.进行设计衡算（如物料衡算）3.设计图纸绘图4.撰写设计说明书。3第2章啤酒工艺选择与论证2.1啤酒原料2.1.1酿造用水水是啤酒酿造最重要的原料，酿造水被称为“啤酒的血液”。酿造水质不仅决定着产品的质量和风味，而且还直接影响着酿造的全过程。水的质量要求：本设计为经典啤酒，色泽较浅，水的残碱度RA值要求在-5~+5度之间；水中Ca至少为40~50mg/L。另外，Ca和Mg比例要大于3:1。啤酒酿造用水中含有10~15mg/LMg已经足够，过高会使啤酒变的干，苦味重。水的镁硬小于等于0.89mmol/L，水中含盐量要求很低。2.1.2麦芽采用浅色且色泽淡黄而有光泽的麦芽。麦芽外观短胖，除根干净，不含杂草、杂谷粒、砂土、枯芽、半粒、霉粒、损伤残粒等杂质。麦芽还应有新鲜稻草香味，不应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。2.1.3酒花酒花能够赋予啤酒柔和优美的芳香和爽口的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。本设计选择浅黄绿色，有光泽，富有浓郁的啤酒花香气，无异杂气味，花体基本完整的颗粒酒花。2.1.4辅料啤酒生产中适用辅助原料有重大意义，可以降低啤酒生产成本，具有经济性；可以降低麦汁总氮相对减少麦汁中高分子含氮化合物的比例，可以提高啤酒的非生物稳定性；调整麦汁组分，提高啤酒某些特性。大米是啤酒厂最常用的辅料，其特点是价格低廉，蛋白质、多酚物质和脂肪含量低于麦芽，而淀粉含量高于麦芽，本设计采用大米作为辅料，生产出的啤酒具有色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香突出，非生物稳定性好等特点。2.2麦汁制备2.2.1麦芽及辅料的粉碎理论麦芽和谷物原料的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，有较大的比表面积，使物料中贮藏物质增加和水、酶的接触面积，加速酶促反应及物料的溶解。粉碎质量对糖化过程中物质的生化变化、麦汁组成、麦汁过滤和原料的利用率都有重要作用，从理论上讲，麦芽粉碎的越细，其内含物的溶解就越迅速、越完全，化学和酶促反应更容易进行，因此就能获得最佳收得率。然而，在实际生产中，不能将麦芽粉碎的太细，因为考虑到啤酒酿造的特殊性：麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒的风味；皮壳和原4料中不溶性物质粉碎过细，造成过滤阻力增加，影响过滤操作；淀粉等贮藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速度，也影响反应深度即影响到麦汁组成，所以麦芽的粉碎只需达到一定的程度即可。2.2.2麦芽的粉碎工艺麦芽的粉碎大致可分为干法粉碎、湿法粉碎、回潮粉碎和连续浸渍粉碎4种。因为湿法粉碎有表皮比较完整课获得良好的过滤层，解决了粉尘的危害，过滤时间短，糖化效果好，麦芽汁清亮对溶解不良的麦芽可提高其浸出率，适合比较高的投料量，故本设计采用湿法粉碎。2.2.3辅料的粉碎工艺对于辅料大米胚乳比较坚硬对粉碎要求是有较大的粉碎，要粉碎得细一些有利于辅料的糖化和糊化粉碎采用三堒或四堒的二级粉碎机。粉碎方法为干法粉碎。2.2.4糖化工艺的选择与论证利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度、pH值、时间）下，将麦芽和麦芽辅料中的不溶性高分子物质逐步分解为可溶性低分子物质，这个分解过程称为糖化。从麦芽和麦芽辅料中溶解出来的物质称为浸出物。麦汁中浸出物与投料量比值的百分数称为浸出率。糖化的目的是利于各种酶的作用，使不溶性物质溶解出来，从而得到尽可能多的溶解物，并且使麦汁组成适和发酵。1．糖化方法麦芽的糖化方法通常可分为煮出糖化法和浸出糖化法，其中煮出糖化法又分为一次、二次和三次煮出糖化法。浸出糖化法：是纯粹利用麦芽中酶的生化作用，浸出麦芽中的可溶性物质。它是最简单的糖化方法，是把醪液从一定温度开始加热至几个温度休止阶段进行，最后达到糖化终止温度。只适合使用麦芽，酿制上面发酵啤酒和低浓度发酵啤酒，糖化时间长，必须采用质量很好的麦芽，故不采用。一次糖化法适于蛋白质分解良好，糖化能力高的麦芽，原料利用率低，故不采用。二次糖化法对原料的适应性较强，常采用此方法生产浅色啤酒，也可生产其他类型的啤酒，所以二次糖化法好了灵活性较大。适用于各种性质的麦芽和制造各种类型的啤酒，比较经济，原料利用率高，故采用此法。三次糖化法原料利用率高，利于酶的作用，适用于浓色啤酒，耗热能多，生产周期长，故不采用。2．糖化的具体过程:糖化醪与糊化醪兑醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅内升温，达到糖化各阶段所要求的温度。由于只有部分醪液进行煮沸，胚乳细胞壁的高分子麦胶物质及其他杂志溶出较少，所制麦汁色泽浅，黏度低，口味柔和，发酵度高，特别适合酿造浅色淡爽型啤5酒；而且操作简单，糖化时间短，在3h内即可完成。2.3麦汁过滤2.3.1麦汁过滤的基本要求及技术指标麦汁过滤的基本要求是迅速、彻底地分离糖化醪液中的可溶性浸出物，尽量减少影响啤酒风味的麦皮多酚、色素、苦味质以及麦芽中的高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸和β-葡聚糖等物质进入麦汁，从而保证麦汁良好的口味和较高的澄清度[3]。技术指标应保证过滤的麦汁达到生产所需要的质量要求，尽可能多地获得澄清麦汁，提高生产率，减少对环境的污染。2.3.2麦汁过滤方法及影响因素过滤槽是大多数啤酒厂经常采用的麦汁过滤设备，在啤酒生产中，麦汁过滤方法大致可以分为四类：过滤槽静压过滤法，过滤槽正压过滤法，过滤槽抽吸是负压过滤法，压滤机过滤法。我国大多数啤酒厂均采用过滤槽静压过滤法进行麦汁过滤。本设计采用过滤槽静压过滤法进行麦汁过滤。过滤槽法过滤麦汁是通过筛分效应，滤层效应和深层过滤效应三方面的作用而进行的。麦汁的过滤速度受滤层阻力、滤层渗透性、滤层厚度、麦汁黏度和滤层面积等诸多因素影响。2.4麦汁煮沸2.4.1麦汁煮沸设备选择及优缺点麦汁过滤结束后，就要进行麦汁煮沸，并在麦汁过滤中添加酒花。煮沸期间将发生一系列复杂的物理和化学变化，麦汁质量也会受多种因素影响。啤酒厂商用的煮沸锅有内加热式煮沸锅、外加热式煮沸锅、低压煮沸过和连续流动式麦汁煮沸器，本设计采用内加热式煮沸锅。内加热式煮沸锅的特点是：麦汁加热器垂直安装在锅内，加热器为列管式加热器。麦汁煮沸时，麦汁由下而上穿过加热器的列管向上沸腾。内加热式煮沸锅具有以下优点：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设备简单，不需外加加热器和搅拌器。2.4.2麦汁煮沸工艺内加热式麦汁煮沸锅又可分为常压煮沸和低压煮沸，本设计采用常压煮沸工艺。通过麦芽汁的煮沸可达到蒸发水分、浓缩麦汁的目的。过滤后的麦汁其浓度低于需定型浓度（约1.0～1.5°P），通过煮沸、蒸发浓缩，方可达到规定浓度。煮沸的主要作用：⑴灭酶和杀菌；⑵蛋白质变形和絮凝；⑶浸出酒花中物质；⑷排除麦汁异杂臭气。2.5麦汁后处理2.5.1热凝固物及冷凝固物的分离6麦汁煮沸后应尽快将麦汁中的热凝固物进行有效的分离，以获得澄清的麦汁，然后将麦汁冷却至工艺要求的温度，冷却的同时，要进行通风，为酵母繁殖提供足够的氧气。漩涡成沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其它设备相比，她的分离效果最佳。漩涡沉淀槽是立式柱形槽，麦汁沿切线方向泵入，形成旋转流动，并使热凝固物以锥丘状沉降于槽底中央，清亮麦汁从侧面麦汁出口排出。麦汁在冷却过程中会形成冷凝固物，并逐渐沉淀下来，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮选法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮选法是麦汁在去除热凝固物后，通入无菌空气就会吸附在细密的小气泡上，随气泡升至液面，并加以除去。2.5.2麦汁的冷却常用的麦汁冷却器为板式换热器，换热效率很高。麦汁冷却的基本要求有：麦汁和冷却水流经部位要便于清洗，密封性要好，严防冷却水和麦汁的渗漏。要有足够的冷却面积，冷却时间要短，冷凝固物析出的量多。麦汁冷却有一段式和两段式两种冷却方式.本设计采用三段式冷却方式，其优点是利于酵母的沉降，温差会有利于醪液的对流。2.5.3麦汁的充氧发酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧气，以利于酵母增殖并同时进入发酵阶段。为使空气溶解至冷麦汁中，必须通入很细小的空气泡，并以涡流形式与麦汁进行混合。2.6啤酒发酵的工艺论证2.6.1啤酒酵母1．酵母的分类：a.弗罗倍尔酵母：发酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：发酵度低，凝集性强，沉淀块c.卡尔斯倍酵母：卡尔倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔号二号，发酵度低，沉淀快2．酵母的基本结构：啤酒酵母在麦汁中25℃培养三天，细胞为圆形，卵形，椭圆形到腊形。酵母是单细胞真核生物，外层由厚的细胞壁和细胞膜所包囊；细胞质内有许多细胞器，有核、线粒体、微体、内质网、液泡、核糖体等，还存在作为能源的糖原，脂质及多磷酸盐等物质。3．啤酒酵母的絮凝：啤酒酵母的絮凝特性是重要的生产特性，它会影响酵母的回收再利用于发酵的可能，影响发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法的啤酒风味。酵母细胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影响，金属离子对凝聚作用的影响极大，凝聚作用的强度还依赖于基质的离子浓度，尤其是钙离子含量达到30mg/l以上时的促凝作用相当显著，其他二价离子也能促凝，但是单价离子会因“反离子效应”对其产生抑制作用。74．酵母扩大培养：最终决定啤酒品质的因素是啤酒酵母，最终影响酿酒工艺和控制的因素也是啤酒酵母。啤酒工厂从单细胞分离得到一个酵母细胞，经鉴定确认为是本厂生产用的优良菌株，然后经过若干次扩大培养，最后制备成1013—1014个细胞/ml后供发酵用。酵母的扩大培养关键在于：①选择优良的单一细胞发出菌株；②在整个扩大培养中保证酵母品种，强壮，无污染