生物工程論文年產6萬噸11176p啤酒廠發酵車間工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 連續發酵主要有多罐式連續發酵和塔式連續發酵，這種連續發酵系統都可大大縮短發酵周期，提高設備利用率，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，且產生的成品啤酒質量穩定。但是這幾種連續體系也各有不足：多罐式系統需攪拌，動力消耗大。塔式系統對酵母要求高，使用的酵母不僅要求發酵度高，而且要求凝聚性強。并且塔式觀造價高，不利于小規模生產。更重要的是，連續發酵法啤酒從風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，錐形罐發酵取代了傳統發酵，生產周期 得到了縮短，而連續發酵由于污染和風味（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，故本設計不采用此法。 傳統的下面發酵法，主發酵容器安置在空氣過濾，絕熱良好和清潔衛生的發酵室內。室溫保持 5～ 6℃；采用開放式或密閉式、圓形或方形的主發酵容器。后發酵則設置在單獨的貯酒室內，采用金屬或木制的貯酒罐，作后發酵和貯酒用。貯酒室溫保持在 O～ l℃。 下面發酵的工藝特點是： （ 1） 采用下面酵母，主發酵溫度比較低，發酵進程比較緩慢，發酵的代謝副產物相對較少。主發酵完畢后，大部分酵母沉降發酵容器底部 。 （ 2） 下面發酵啤酒的后發酵和貯酒期比較長，酒液澄清良好。 C02 飽和穩定，酒的泡沫細微，風味柔和，保存期較長。 啤酒發酵系以上面發酵為起源，而后由于選用的純粹培養酵母不同，劃分為上面發酵與下面發酵兩種啤酒發酵類型。上面發酵在發酵外觀、技術操作和發酵設備方面與下面發酵有所不同，但兩者的發酵機理是一致的。 上面發酵工藝的特點 （ 1） 上面發酵系采用上面酵母，是在較高的溫度 (15～ 20℃ )下進行的。酵母起發快，接種量可以減少，形成的酵母新細胞較多。發酵終了，大部分酵母浮在液面，酵母回收工作雖較下 面發酵復雜，但酵母使用代數遠較下面發酵為多，長久沒有衰退現象。 （ 2） 上面發酵的麥汁接種溫度為 13～ 16℃，比較高。發酵 2～3天，當酵母升至液面時，為發酵旺盛階段，此時應開始降低液溫，目錄 可采用 12～ 14℃冷水冷卻，并在酵母形成泡蓋時立即撤去，發酵4～ 6 天即行結束。 （ 3） 發酵結束后，酵母成緊密的一層浮在液面上，厚為 3～ 4cm。 （ 4） 上面發酵在發酵過程中通風時間長，目的是使酵母分散懸浮在發酵液中，對凝集性強的酵母，通風尤屬必要。 （ 5） 上面發酵一般不采用后發酵，主發酵的發酵度接近最終發酵度。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。若上面發酵采用后發酵工藝，下酒時，酒液中保留部分殘糖，繼續發酵，產生的二氧他碳飽和在酒中。 （ 6） 上面發酵釀制的啤酒成熟快，設備周轉快，啤酒有獨特的風味，但保存期短。 從實際出發，選用下面酵母發酵法。 隨著啤酒工業的發展，現有啤酒廠普遍采用一罐發酵工藝，即麥汁的主發酵，雙乙酰還原、降溫以及貯酒階段在同一個露天發酵罐中進行。一罐法工藝有以下優點：清洗消耗少，因為只有一個容器必須清洗；轉入空罐時 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；節能，因為不用倒罐，沒有氧侵入的危險。 5. 兩罐法發酵 一罐法發酵工藝簡單 , 便于操作 , 能夠節省投資 , 但由于麥汁整個發酵過程都在同一個發酵罐中進行 , 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 , 從而影響啤酒風味。同時 , 一罐法發酵工藝發酵周期較長 , 生產旺季難以滿足市場需求。故不采用一罐法。 故本設計采用兩罐法發酵。 啤酒發酵工藝 傳統式分 批發酵，每批（一鍋或兩鍋）定型麥汁，經過添加酵母，前發酵（酵母增殖），主發酵，后發酵和貯酒等階段。相應的設備是：酵母添加器，前發酵池，主發酵池，后發酵罐和儲酒罐。各段發酵均在有絕熱維護層，并具有室溫調節裝置的的廠房內進行，一般分為前發酵室（ 78℃）主發酵室（ 67℃），后酵和儲酒室（ 20℃）等部分。 酵母接種量和添加方法 1．酵母接種量：本設計分批發酵采用低溫，緩慢發酵，因此接種量比較小，接種后細胞濃度控制在（ 512）179。 10 個 /ml。 設酵母泥的濃度為 20179。 10 個 /g，按工藝規定接種后酵母濃度為： 8179。 10 個 /ml 則每千克麥汁接種酵母泥克數（ n）： 目錄 n=8179。 10 179。 1000/20179。 10 =4g 即接種量為 %。 2. 酵母添加方法： ； ； c.分割法； 。 本設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。 前發酵 : 所謂前發酵，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（數小時至十小時）的生長滯緩期，之后才能加入出芽繁殖，當酵母克服生長緩滯期，出芽繁殖細胞濃度達到 20179。 個 /ml，發酵麥汁表面開始氣泡，此階段即為前發酵。但由于工藝改進，前發酵時期已縮短至 20～ 30個小時。 主發酵： 主發 酵前期酵母吸收麥汁中的氨基酸和營養物質 ,應用糖類發酵釋放自由能合成細胞并產生熱量。此時糖降比較緩慢，而α 氨基氮下降迅速。由于有機酸產生和麥汁緩沖物質減少，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 176。 P。 VDK 峰值出現在最高酵母濃度后 1224h。此階段大量廢熱產生，必須進行冷卻以保持最高發酵溫度。 當發酵度達到酵母凝聚點時（一般酵度在 35%45%），酵母開始凝聚，發酵液中懸浮酵母細胞數開始下降，糖降速率開始降低。為了促進凝聚和保存凝聚酵母的活性，發酵后期應逐步降低 溫度，使發酵溫度趨近后酵溫度。 主發酵后期每日糖降小于 176。 P 時，發酵緩慢，泡沫消失，逐步形成泡蓋。泡蓋是 CO2 帶至發酵液面的多酚、酒花樹脂、高分子蛋白質等接觸空氣氧化，聚合形成的。在主發酵結束前撈去泡蓋，即可下酒至后發酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。 后酵和貯酒 主發酵結束后，下酒至密閉室后發酵罐，前期進行后發酵，后期進行低溫儲酒。后發酵和儲酒的目的是：糖類繼續發酵，促進啤酒風味成熟，增加 CO2溶解，促進啤酒澄清。 圓筒體錐底發酵罐發酵及其工藝 : 圓柱錐底發酵罐的優點有： （ 1）加速發酵 由于發酵基質（麥汁）和酵母對流獲得強化，可加速發酵。 （ 2）廠房投資節省 發酵可以大部分或全部在戶外，而且罐數、罐總容積減少，廠房投資節省。 （ 3）冷耗節省 發酵冷卻是直接冷卻發酵罐和酒液，而且冷卻介質在強制循環下，傳熱系數高。 （ 4）發酵罐清洗、消毒 發酵可依賴于 CIP自動程序清洗消毒，工藝衛生更易得到保證。 （ 5）該罐具有錐底，主發酵后回收酵母方便。 目錄 （ 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 23段冷卻，錐底部分設有一段冷卻，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，可做發酵罐，也可做貯酒罐。 因此在本設計中選用的是圓柱錐底發酵罐，其具體情況介紹如下： ： 主要分單釀罐發酵和兩罐法發酵兩種。本次設計選擇兩罐法發酵。 ： （ 1）設備的外型特點：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。兩罐法發酵罐 D： H=1:34。發酵罐底角，考慮到發酵中酵母自然沉降最有利，取排出角 7375176。 （ 2）罐材料： 大型 均采用碳鋼加涂料或是不銹鋼兩種材料。 （ 3）冷卻夾套：國內 大多用低溫低壓（ 3℃ ,）液態冷媒在半圓管，弧形管的夾套，或米勒板式夾套內流動換熱。冷卻夾套一般分三段：上段距發酵液面 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 厚的合金鋁板或 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執行機構，上視鏡，燈鏡，空氣和二氧化碳排出管裝置。 3. 圓筒體錐底發酵罐發酵工藝： （ 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， %～ %，接種后細胞濃度為（ 15177。 3）179。 106個 /ml。麥汁接種溫度是控制發酵前期酵母繁殖階段溫度的，一般低于主發酵溫度 2～ 3℃。 （ 3）主發酵溫度 本設計是 10176。 P的淡色啤酒，小于 11176。 P，所以采用低溫發酵， 910176。C。（ 4） VDK 還原 在大罐發酵中 ，后發酵一般稱 VDK 還原階段。 VDK 還原初期一般不排放酵母，也就是發酵全部酵母參與 VDK還原，這可縮短還原時間。 （ 5）冷卻、降溫 目錄 VDK 還原終點是根據成品啤酒應 VDK 的含量而定，要求 VDK 低于 ，才稱還原階段基本結束，可降溫。 （ 6）罐壓控制 發酵液中二氧化碳是酵母的毒物，會抑制酵母繁殖和發酵速率，大多數 發酵主發酵階段均采用微壓（小于 ），主發酵后期才封罐逐步升高，還原階段 12天才升至最高值。由于罐耐壓強度和實際需要， 罐壓一般最大控制在 ，以后保持或略有下降至啤酒成熟。 （ 7）酵母的排放和收集 當 VDK還原至規定值，可順利從錐底排放泥狀酵母。收集酵母后，用酵母泥的 （ 12176。 C）覆蓋并控制存放溫度不超過 2176。 C，每天換一次無菌水。 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酵罐中，酵母應在整個麥汁流入過程中均勻添加，接種量：約 ～ 濃酵母泥 /hL麥汁。種酵母要求：外觀色澤潔白，凝聚性良好，無黏著現象，無雜質，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，使用代數不超過 7代。 沉降于發酵罐底的酵母可以分為三類： 上層為輕質酵母，可做飼料或經行其它綜合利用。中層為核心酵母，其量占65%～ 70%,可留作下批種酵母用。下層為弱細胞或死細胞，可作飼料或棄置不用。 發酵設備的降溫控制 本設計采用的發酵設備為應用極為廣泛的露天錐形發酵罐，酵母在發酵過程中會產生熱量，為使發酵和后熟在設計的工藝溫度下進行，必須進行冷卻。 本設計采用間接冷卻方式。 啤酒生產副產物的利用 麥槽的利用 麥槽是麥芽和大米在 不發芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物質構成的。麥槽是有價值的飼料，有較高的蛋白質，并受到適度分解。 二氧化碳的回收 二氧化碳是啤酒發酵中最主要的副產物，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 CO2貯存罐 目錄 酵母的回收與利用 根據酵母和發酵液的相對密度不同，采用離心機分離酒液和酵母。 每生產 100 噸啤酒 可得含水分 75%～ 80%的剩余酵母泥 ，可制成含水 %～ 10%的干酵母約 。近年來用啤酒酵母生產具有肉類鮮味的調料以及生產干酵母粉，有很好的經濟和社會效益，故本設計采用一個酵母車間來利用廢酵母生產干酵母，其生產流程如下： 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→調配→調味料 ↓ 酵母膏 成品啤酒 . 啤酒的過濾 發酵出來的啤酒經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，再經一次冷卻器，冷卻至 1 ℃，經粗濾精濾后，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。現在普遍使用的是過濾設備是硅藻土過濾機、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，本設計采 用板框式過濾機。 ．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，本設計生產的主要是瓶裝啤酒。 瓶裝啤酒包裝工序生產流程： 玻瓶→卸箱→驗瓶→洗瓶→檢驗→灌酒→壓蓋→檢驗→殺菌→檢驗→貼標→噴碼→檢驗→裝箱 驗瓶 驗瓶方法有：人工驗瓶與光學檢驗儀驗瓶。 現采用光學檢驗儀驗瓶，利用光學驗瓶裝置，可自動將污瓶從傳送帶上排除。驗瓶技術要求 ：高矮一致，規格一致，顏色一致。 ：不得有破