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黄石理工学院化学与材料工程学院1毕业设计（论文）题目：啤酒生产工艺学院：化学与材料工程学院专业：生物化工工艺学号：学生姓名：指导教师：2012年5月2日黄石理工学院化学与材料工程学院2啤酒生产工艺摘要啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，经粉碎、糖化、麦汁、冷却、发酵、过滤灌装六个工艺流程而制成的一种含有二氧化碳、低酒精度和营养丰富的饮料。本文是根据工业啤酒发酵生产过程及方法，介绍其原料、生产工艺流程、设备、工艺操作条件及工艺指标。关键词：啤酒原料工艺流程发酵生产黄石理工学院化学与材料工程学院3黄石理工学院化学与材料工程学院4啤酒生产工艺引言几十年来的啤酒产业发展，是一个工业化到自动化不断演变的过程。啤酒产业的未来也应与其它流程行业相似，逐渐向管控一体化方向过渡，使生产数据更好地整合到经营决策渠道，生产控制模型将愈加趋于合理，智能化程度也将得到进一步提高。在计算机及检测设备的配合下，借助监控组态软件平台，可根据不同需要选择不同控制方案，实现生产过程温度、压力等参数的精确调节，确保生产工艺要求。完整的啤酒生产过程分为原料的加工、麦汁制备、啤酒酿造和灌装四大过程。其中，麦汁制备（俗称糖化，以下简称糖化）过程主要包括了粉碎、糊化、糖化、过滤、煮沸、澄清与冷却以及CIP（CLEANINGINPLACE）等生产工序。粉碎过程主要由料仓、提升机、粉碎机等单元设备组成，粉碎方式主要有干法粉碎、湿法粉碎、锤式粉碎三种；糊化过程是在热水溶液中，水分子大量进入淀粉分子中，淀粉颗粒膨胀、破裂，形成黏性的溶液，在这一膨胀过程中没有发生物质的分解；糖化过程是通过淀粉酶的作用，把已液化的淀粉分解成麦芽糖和糊精。为保证啤酒质量，淀粉必须彻底分解成糖及糊精，这个过程也是麦汁制备中最重要的过程；过滤是一种分离过程，其主要目的是把啤酒仍然存在的酵母细胞和其它混浊物从啤酒中分离出去，否则这些物质会在以后的时间内从啤酒中析出，导致啤酒混浊，目前多为硅藻土过滤方式；麦汁煮沸是一项复杂的物理化学过程，其主要目的是稳定麦汁成分，麦汁煮沸主要作用有：（1）酶的钝化（2）麦汁灭菌（3）蛋白质变性与絮凝沉（4）蒸发水分（5）酒花成分的浸出；麦汁煮沸结束时的麦汁称为打出麦汁，打出麦汁中总是含有冷、热凝固物，冷、热凝固物对以后的啤酒酿造有不利的影响，会损坏啤酒质量，所以必须将其除去。黄石理工学院化学与材料工程学院51.啤酒的特性1.1啤酒的特点啤酒是以大麦芽和酿造水为主要原料，以大米、玉米等谷物为辅料，以极少量啤酒花为香料，经过啤酒酵母糖化发酵酿制而成的一种含有丰富的二氧化碳而起泡沫的低酒精度[2.5—7.5%(V/V)]的健康饮料酒。啤酒含有一定量的CO2，一般0.42%（m/m），可以形成洁白细腻的泡沫，使人感到有杀口感。它有特殊的啤酒花清香味和适口的苦味，有比较丰富的营养价值，即有较高的发热量（181.4KJ/100g啤酒）和含有丰富的营养成物质（蛋白质、碳水化合物、矿物质、有机酸及维生素等）。啤酒与其他酿造酒有所不同。主要不同点是：使用的原料不同；使用的酿造方式和酵母菌种不同，啤酒有特殊或专用的酿造方法，发酵用的酵母是经纯粹分离和专门培养的啤酒酵母菌种；生产周期不固定，长短不一，可根据品种、工艺和设备条件而变化,短的仅14天,长的可达40天以上。啤酒的酒精含量是按质量计的，通常不超过2—5%。国外为3—5g酒精/100g啤酒，一般不超过8g，在我国一般为3.4—4g酒精/100g啤酒（m/m）。啤酒度不是指酒精含量，而是指酒液原汁中麦芽汁浓度的质量百分比。这种标度方法仅见于中国啤酒，在外国啤酒中还没有。啤酒的浓度变化较大，在10—20°Bx之间。我国啤酒厂过去分别生产原麦汁浓度为8—18°Bx的10余种啤酒，其中原麦汁浓度为10—12°Bx的啤酒产量最大，生产厂家也较多。1.2啤酒的营养成分啤酒是一种含有碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质等平衡性良好的营养十分丰富的低酒精度的饮品，素有“液体面包”的美称。科学研究表明，啤酒中含有人体所需的17种氨基酸，其中有8种不是人体所能合成的，人体必需氨基黄石理工学院化学与材料工程学院6酸占12—22%，含有12种维生素（尤以B族维生素最突出）以及矿物质等多种营养素。啤酒具有较高的热量，1L啤酒的热量可达1779KJ。因此，早在1972年7月墨西哥召开的第9届世界营养食品会议上，啤酒就被正式推荐为营养食品。1.3啤酒的风格啤酒风格又称典型性，是啤酒色、香、味和泡沫的综合体现，在啤酒酿造过程中形成。也因不同地区人们的习惯和爱好而大不相同。啤酒风格由其色泽、透明度、泡沫、香气与口味体现。1.4啤酒酿造原料酿造大麦：大麦子粒主要由胚、胚乳、谷皮三部分组成。大麦含水分12%～20%，含干物质80%～88%。通常大麦含水分为13%。碳水化合物主要是淀粉、纤维素、半纤维素和麦胶物质，以及不同多糖的分解产物：淀粉是大麦中碳水化合物的最主要成分，含量最多，占干物质的58%～65%。淀粉含量越高，浸出物就越多，麦汁收得率也越高；纤维素是细胞壁的支撑物质，主要存在于皮壳中，微量存在于胚及果皮和种皮中，不存在于胚乳中，纤维素的最小组成单位为葡萄糖；半纤维素是植物的骨架物质，对其形态起支撑作用，所以又称骨架物质或支撑物质。大麦中半纤维素和麦胶物质的含量与大麦成熟度、气候条件等有关，约占大麦干物质的10%。主要存在于胚乳中，构成胚乳细胞壁，也存在于麦壳中；大麦中含有少量的低分子糖类，主要存在于胚和糊粉层中。大麦蛋白质主要存在于糊粉层中，胚乳中也有存在，含量一般在9.0%～12.0%之间，蛋白质的主要作用：提供酵母营养，使啤酒口感醇厚、圆润，丰富啤酒泡沫，使啤酒早期混浊。辅助原料：在啤酒酿造过程中，除了使用大麦麦芽作为主要原料外，还可添加部分辅助原料。正确使用辅助原料可以降低原料成本，调整麦汁组成，提高啤酒发酵度，增强啤酒某些特性，改善啤酒泡沫性质。我国盛产大米，所以大米一直是我国啤酒酿造广泛采用的一种辅助原料，其最大特点是淀粉含量高，可达75%～82%，无水浸出率高达90%～93%。黄石理工学院化学与材料工程学院7酒花：酒花的作用主要是赋予啤酒爽口的苦味和酒花香味、促进麦汁和啤酒的澄清、有利于啤酒的泡沫、作为啤酒防腐剂。在酒花的化学组成中，对啤酒酿造具有重要意义的三大主要成分是酒花树脂、酒花油和多酚物质。酒花树脂是苦味的主要来源；酒花油是啤酒酒花香味ide主要来源；多酚物质能与蛋白质形成复合物，促进蛋白质凝固，在啤酒中形成黑色物质，增加啤酒的色泽，低分子多酚能赋予啤酒一定的醇厚性。水：水是啤酒酿造非常重要的原料，按用途分可将啤酒厂用水分为多种，每种水的用途不同，要求也不一样。水的硬度是指水中离子（主要是钙、镁离子）沉淀硬脂酸钠（皂化）的能力，一般来讲，生产单色啤酒适宜用中等硬度以下的水。回收的酵母要经过洗涤后再用，酵母洗涤用水需达到无菌要求，否则杂菌会进入酵母培养液中，进而污染发酵醪。稀释用水若含有杂菌，会直接进入啤酒中，因此，这两部分水必须进行除菌处理，除菌方法有：沙滤棒过滤、加氯杀菌、臭氧杀菌、紫外线杀菌。2生产工艺流程2.1麦芽制造工艺流程黄石理工学院化学与材料工程学院8麦芽制造主要有三大步骤：浸麦、发芽、干燥，流程如下：2.1.1浸麦使麦芽吸收发芽所需要的一定量水分的过程，称为大麦的浸渍，简称浸麦。经浸渍后的大麦称为浸渍大麦。浸麦是为了供给大麦发芽时所需的水分，给以充足的氧气，使之开始发芽。与此同时还可洗涤麦粒，除去浮麦，除去麦皮中对啤酒有害的物质。浸麦水最好使用中等硬度的饮用水，不得存在有害健康的有机物，应无漂浮物。水中亚硝酸盐含量达到一定量时，对发芽有抑制作用。水中含铁、锰过多，会使麦芽表面呈灰白色。碱性的水，会提高皮壳的办渗透性，增加水的铁含量，限制沉降作用，甚至影响色泽。大麦经浸渍后的含水百分率，称为浸麦度。它既是浸麦效果的最终表现形式之一，又是大麦发芽的要素之一，成为制麦工艺关键的一个工艺控制点。2.1.2发芽浸渍大麦在理想控制的条件下发芽，生成适合啤酒酿造所需要的新鲜麦芽的过程，称为发芽。然后送入焙燥系统制成啤酒麦芽。因此，发芽是一种生理生化过程。大麦发芽的目的：激活原有的酶；生成新的酶；物质转变。发芽工艺条件主要控制浸麦度、发芽温度、发芽时间和通风。发芽方式分地板式发芽和通风式发芽两大类，通风式发芽又有多种设备形式。如箱式发芽、圆形制麦系统等。传统的发芽放养是地板式发芽，即将浸渍后的大麦平摊在水泥地板上，人工翻麦，这种方式由于占地面积大、劳动强度大、不能机械化操作、工艺条件很难黄石理工学院化学与材料工程学院9人工控制、受外界气候影响等，已不再采用。通风式发芽料层厚，单位面积产量高，设备能力大，占地面积小，工艺条件能够人工控制，容易实现机械化操作，所以在国内已经完全取代了地板式发芽。2.1.3干燥未干燥的麦芽称为绿麦芽，绿麦芽含水分高，不能贮存，也不能进入糖化工序，必须经过干燥。通过干燥，可以使麦芽水分下降至5%以下，利于贮藏；终止化学—生物学变化，固定物质组成；去除绿麦芽的生青味，产生麦芽特有的色、香、味；容易除去麦根。2.1.4除根根芽对啤酒酿造没有意义，并影响啤酒质量。根芽吸湿性强，能够很快吸收环境的水分，使干燥麦芽含水量重新提高；根芽含有不良的苦味，影响啤酒的口味；根芽能使啤酒的色度增加。所以麦芽干燥后应将根芽除掉。2.2啤酒酿造工艺流程黄石理工学院化学与材料工程学院10酿造工艺流程描述：糊化锅中加入52kg工艺水，加热至45℃；将已粉碎好的原料加入糊化锅中，在温度为70℃的条件下使α-淀粉酶充分作用，时间为20min；然后在100℃的条件下使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时提供混合糖化醪升温所需的热量，时间为40min。在糖化锅中加入96kg工艺水，加热至37℃；将已粉碎好的原料加入糖化锅中，在温度为50℃的条件下使羧肽酶充分作用，形成低分子含氮物质；然后将糊化锅醪液加入糖化锅中，并在65℃下保持30min，使β淀粉酶充分降解淀粉；然后在72℃下保持40min，让α淀粉酶充分分解淀粉，之后升温至78℃。糖化锅醪液经过滤槽去除麦糟后，倒入煮沸锅加热煮沸，醪液的沸点为105℃，通过煮沸可以适当控制麦汁浓度在0.12-0.13之间；并能破坏酶的活性，终止生物化学反应；使蛋白质变性凝固；使酒花中的有效成分充分溶出。煮沸过程的凝固的蛋白质在旋沉槽中沉淀除去；然后倒入发酵罐中进行发酵。2.2.1原料粉碎粉碎是一种纯机械加工过程，原料通过粉碎可以增大比表面积，使内含物与黄石理工学院化学与材料工程学院11介质水和生物催化剂酶接触面积增大，加速物料内含物的溶解和分解。麦芽粉碎方法分为三种，即干法粉碎、增湿粉碎和湿法粉碎。干法粉碎是一种传统的并且一直延续至今的粉碎方法，而增湿粉碎和湿法粉碎被越来越多的厂家采用。2.2.2糖化糖化是麦芽内含物在酶的作用下继续溶解和分解的过程。麦芽及辅料粉碎物加水混合后，在不同的温度段保持一定的时间，使麦芽中的酶在最适的条件下充分作用相应的底物，使之分解并溶于水。原料及辅料粉碎物与水混合后的混合液称为“醪”（液），糖化后的醪液称为“糖化醪”，溶解于水的各种干物质（溶质）称为“浸出物”。浸出物由可发酵性和不可发酵性物质两部分组成，糖化过程应尽可能多地将麦芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。（1）糖化工艺条件的控制黄石理工学院化学与材料工程学院121、原辅料比：辅料添加量的多少，要考虑麦芽酶活性的高低和麦汁中可溶性氮含量的多少，随着辅料添加量的提高，麦汁中氨基酸的含量下降。我国采用大米作为辅料，添加量一般为25%左右。2、糖化用水和洗糟用水：在配料时加入的水为糖化用水，根据头号麦汁浓度和麦芽浸出率确定；用于洗出残留在麦糟中的麦汁的水称为洗糟用水，洗糟用水与糖化醪浓度和洗糟的强烈程度有关。3、投料温度：投料温度与麦芽溶解状况和糖化方法有很大关系。4、各糖化阶段休止温度和时间：在某种酶的最适作用温度下维持一定的时间，使相应底物尽可能多的分解，这段时间称为休止时间，温度称为休止温度。糖化阶段的休止温度要尽量