啤酒糖化工艺流程的确定与论证

啤酒糖化工艺流程的确定与论证

1. 生产工艺流程

1. 酿造啤酒的原料

酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花。 （1）大麦：大麦是酿造啤酒的主要原料，但是首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，干燥后叫麦芽。

麦芽的制造主要分为四个阶段：

1、精选后的大麦浸泡在水中，使大麦吸收水分，达到能发芽的要求，此阶段称为浸麦。根据设备和工艺要求的不同，又有好多种方法，这里就不做详细介绍。

2、然后在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程中形成的酶系，使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽。

大麦发芽的主要目的：胚乳细胞壁的部分或全部降解，是干燥后的麦芽变得疏松，更易粉碎，内容物质更容易溶出。

3、发芽完毕的成为绿麦芽，利用热空气 进行干燥。

干燥的主要目的：使绿麦芽停止生长和酶的分解作用，除区多余的水分，防止腐烂，便于运输。使根部干燥便于初去，增加麦芽的色，香，味。

4、然后经过机械原理将麦芽的根除去。

2. 麦汁的制备

其主要过程有原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程

(1) 原料的粉碎 麦芽粉碎：麦芽粉碎的目的主要在于，使表皮破裂，增加麦芽本身的表面积，使其内容物质更容易溶解，利于糖化。按其粉碎类型来说，可以分为干粉碎和湿粉碎两种。

值得注意的是，对于表皮的粉碎要求破而不碎，原因是表皮主要组成是各种纤维组织，其中有很多物质会影响啤酒的口味，如果将其粉碎，在糖化的过程中，会使其更容易溶解，从而影响啤酒的质量，其次使是因为，在糖化过后的过滤中，可以将去其更容易的过滤掉，而且可以让其充当过滤层，达到更好的过滤效果。

人们通过测定麦芽某些性能，预示或指导后续工艺及控制啤酒质量，从而对麦芽质量作出正确评定

大米和玉米的粉碎：对于大米来说，粉碎的越细越好，越利于糊化。玉米要求先脱胚和壳，粉碎度不能超过要求。两种辅料粉碎后的时间不能超过24小时，防止发热结块。

（2）糖化：所谓糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽中不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中间分解产物），逐步分解成低分子可溶性物质，这个分解过程叫做糖化。

整个过程主要包括：淀粉分解，蛋白质分解， B-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。

糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法.

（3）醪液过滤： 过滤目的：糖化工序结束后，应在最短的时间内，将糖化醪液中的原料溶出物质和非溶性的麦糟分离，以得到澄清的麦汁和良好的浸出物收得率。

过滤步骤：以麦糟为滤层，利用过滤方法提取麦汁，叫做第一麦汁或者过滤麦汁。然后利用热水洗涤过滤后的麦糟，叫做第二麦汁或者洗涤麦汁。 过滤方法：过滤槽法，压滤机法，快速渗出法(Strainmaster)

（4）麦汁煮沸 麦汁煮沸的目的：

酶的钝化：破坏酶的活力，主要是停止淀粉酶的作用，稳定可发酵糖和糊精的比例，确保定和发酵的一致性。

麦汁灭菌：通过煮沸，消灭麦汁中的各种菌类，特别是乳酸菌，避免发酵时发生败坏，保证产品的质量。

蛋白质的变性和絮凝沉淀：此过程中，析出某些受热变性以及与单宁物质的结合而絮凝沉淀得蛋白质，提高啤酒的非生物稳定性。

蒸发水分：蒸发麦汁中多余的水分，达到要求的浓度。

酒花成分的浸出：在麦汁的煮沸过程中添加酒花，将其所含的软树脂，单宁物质和芳香成分等溶出，以赋予麦汁独特的苦味和香味，同时也提高了啤酒的生物和非生物稳定性。

降低麦汁的PH 值：还原物质的形成，蒸发出不良的挥发性物质。

煮沸设备：麦汁煮沸锅

（5）麦汁后处理：麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝物质与麦汁分离，和将麦汁冷却。

分离：冷却盘法，沉淀槽法和回旋槽法

冷却：开放式冷却和密闭式（薄板冷却器，列管式冷却）冷却。

3. 啤酒的发酵

冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。

（1）酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降的很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。在次阶段，酵母细胞基本不繁殖，所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。

（2）有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。

无氧呼吸阶段：在此发酵过程中糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽三糖。

4 . 啤酒的包装与成品啤酒

(1) 啤酒的过滤：发酵后的啤酒，从理论上讲一定口味成熟，二氧化碳饱和，但是其内还仍然存在一定量的固体小颗粒，必须将其过滤掉，方可包装出售。

过滤的方法：滤棉过滤，硅藻土过滤，板式过滤机，离心分离。

(2) 啤酒的包装：啤酒的包装类型主要有三种：瓶装，桶装，罐装。

啤酒的包装流程：瓶子→选瓶→浸瓶→洗瓶→控水→验瓶→装酒→压盖→验酒→杀菌（生啤酒无需此步骤）→贴标→装箱

(3) 成品啤酒： 色泽：啤酒主要有淡色啤酒，浓色啤酒和黑色啤酒，只要是以原料的不同和酿造工艺的不同来决定的，良好的啤酒，色泽光洁醒目，可以用次方法来辨别啤酒的质量。

透明度：良好的啤酒应该有着很好的透明度，不应该带有浑浊的现象。

工艺流程的设计与论证

工艺流程图：

．2．2 车间布置设计原则

（1）确定设备布臵形式 根据车间的生产纲领，分析产品—产量关系，从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产，由此决定车间设备布臵形式是采用流水线式，成组单元式还是机群式。

（2）满足工艺流程要求 车间布臵应保证工艺流程顺畅，物料搬运方便，减少或避免往返交叉物流现象。

（3）实行定臵管理，工作环境整洁，安全. 对车间布臵时除对主要生产设备安排适当位臵外，还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地，废品废料存放地，检验试验用地、工人工作地，通道及辅助部门如办公室，生活卫生设施等安排出合理的位臵，确保工作环境整洁及生产安全。

（4）选择适当的建筑形式 根据工艺流程要求及产品特点，配备适当等级的起重运输设备，进一步确定建筑物高度、跨度、拄距及形状。 （5）采光、照明、

通风，采暖、防尘、防噪声。 （6）具备适当的柔性，适应生产的变化。

一 物料的运送（高度提升）

对于固体物料的运送方法一般有以下四种：

（1）斗式提升机（垂直提升物料）

（2）皮带运输机（水平或斜向上提升物料）

（3）螺旋输送机（水平或斜向上提升物料）

（4）气力输送系统（垂直或水平提升物料）

1．斗式提升机的适用物料

斗式提升机将物料连续地由低的地方提升到高的地方。

适用于那些松散型、小颗粒物料。

2．带式输送机的适用物料

输送物料：粉粒体、块状、成形物及成件制品。

功能：水平输送、倾斜输送

倾斜角度受物料和带的物理性质、两者间的摩擦以及物料的自然滑落程度所限制，一般不大于22°。

3．螺旋输送机的作用和适用物料

螺旋输送机适用于松散的粉状或小颗粒状物料。对于水分较大，粘稠的物料也能输送。

螺旋输送机在输送物料的同时，兼有混合物料和加料的作用。

功能：水平输送、倾斜输送、垂直输送

4. 气流输送机的作用和适用物料

气流输送又称为风力输送、气力输送

是借助空气在密闭管道内的高速流动，物料在气流中被悬浮输送到目的地的一种运输方式。

根据以上对各种方法的了解，选择气流输送机，论证如下：

气流输送的优点：

（1）系统密闭，可以避免粉尘和有害气体对环境的污染。

（2）在输送过程，可以同时进行对输送物料的加热、冷却、混和、粉碎、干燥和分级除尘等操作。

（3）占地面积小，可垂直或倾斜地安装管路。

（4）设备简单，操作方便，容易实现自动化连续化，改善了劳动条件。

（5）麦芽和大米的尺寸满足物料的颗粒尺寸限制在30mm 以下的要求。

（6）啤酒生产所需原料一般较大，避免了间隙工作对气流输送机的不利影响

二 物料的粉碎

1 粉碎方法的确定：

麦芽在进行糖化前，必须粉碎，粉碎后的麦芽，可溶性物质容易浸出，也有利于酶的作用，使麦芽的不溶性物质进一步溶解。目前国内啤酒厂麦芽和大米的粉碎方法有干法、湿法，都是为了增加原料的表面积，提高热处理效果；增加物料流动性，提高生产自动化程度。

（1）干法粉碎：设备投资少，占地面积少。生产操作简单灵活，粉碎程度易于控制，便于设备维修。且多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，是麦芽及大米粉碎的理想选择。

（2） 湿法粉碎：可获得良好的过滤层，解决了粉尘的危害。另外，麦芽和大米经 过温水浸泡，糖化时间可减少。但设备大，占地面积大，操作复杂，维修困难，粉碎程度不易控制，此外，其耗电量要比干法粉碎高出 8%－10%[6]。 综上所述，确定本设计采用干法粉碎。

2 粉碎机的选择：

啤酒厂粉碎麦芽和大米的方法有辊式粉碎机和湿式粉碎机。由上面可知，我们采用的是干法粉碎，所以湿式粉碎机就不考虑了。辊式粉碎机常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。

两辊式粉碎机主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒。工作时，装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳。四辊式粉碎机由两对辊筒和一组筛子所组成。原料经第一对辊筒粉碎后，由筛选装置分离出皮壳排出，粉碎再进入第二对辊筒粉碎。五辊式粉碎机前三个是光棍，组成两个磨碎单元；后两个辊筒是丝辊，单独成一磨碎单元。通过筛选装置的配合，可以分离出细粉、细粒和皮壳。该机性能很好，在啤酒加工过程中，通过调节可以应用于各种麦芽。六辊式粉碎机性能与五辊式相同。它由三对辊筒组成，前两对用光棍，主要以挤压作

用粉碎原料，可以使得生物质原料的皮壳不至粉碎得太细而影响后一工序的操作。第三对辊筒用丝辊，将筛出的粗碎粉碎成细粉和细粒，有利于糖化时充分浸出有用物质。

根据上面的内容，我们对麦芽粉碎采用六辊式粉碎机，对大米粉碎采用两辊式粉碎。

三 糊化锅的选择

糊化锅的结构：糊化锅锅身为圆柱形，锅底为球缺形或椭球形夹层，顶盖为蝶形的容器。糊化锅的上部有排气筒和筒形风帽，锅内装有搅拌器，锅底有加热装置，锅内装有搅拌器，锅底有加热装置，锅的外部有保温层。

（1）弧形锅底的作用：弧形锅底对流体循环的影响：由于靠近锅底倾斜壁面处的液柱较低，受热面积较大；而中心部位液柱较深，加热面积较小，造成靠近锅底倾斜壁面处的液体密度小于中心部位，这样，在锅底部周围较快产生气而形成周围液体向上，中央液体向下的自然循环。

由上可知，弧形锅底能使液体形成自然循环，弧形锅底能使液体形成自然循环，可节省搅拌功率的消耗，并便于清洗设备。因此，选择使用弧形锅底的糊化锅。

（2）糊化锅的材质：1锅身和锅顶一般选用不锈钢板，可保证啤酒的质量。2 加热夹层和加热管可选用不锈钢材质3 加热夹套内底宜选用紫铜板，因为紫铜板传热效果好。4 夹套外锅底可选用普通碳钢板。

（3）糊化锅的搅拌器选择： 糊化锅的搅拌器多采用二叶旋浆式，旋转角选45°，产生轴向推力可促使醪液循环和混合良好。搅拌器的转速有两档，一档为快速（30 ～40 r/min），用于水和原料的搅拌混合；二档为慢速（6～8 r/min），用于加热保温时醪液的搅动防止原料固形物沉积和结底。

四 糖化锅的选择

（1）糖化锅的结构与糊化锅的结构相同。 糖化锅锅身为圆柱形，锅底为球缺形或椭球形夹层，顶盖为蝶形的容器。糊化锅的上部有排气筒和筒形风帽，锅内装有搅拌器，锅底有加热装置，锅的外部有保温层。

（2）锅身和锅顶一般选用不锈钢板，可保证啤酒的质量。传统的糖化锅没有加热装置，靠糊化醪液的温度使糖化醪升温，现代的糖化锅同糊化锅一样，也设有加热管，夹层升温。加热夹套内底宜选用紫铜板，因为紫铜板传热效果好，也可

选用不锈钢板。夹套外锅底可选用普通碳钢板。

（3）糖化锅的搅拌装置也与糊化锅相同。糖化锅的搅拌器多采用二叶旋浆，二叶旋浆式旋转角可45°，推力可促使醪液循环和混合良好。

五 糖化醪过滤

糖化醪的过滤方法有过滤槽法、压滤机法及快速渗出槽法。

目前国内的啤酒厂多采用过滤槽法。此法虽然古老，但槽的结构日新月异，可有效的提高过滤速度，保证分离效果。由于表面积大，过滤的也较为充分，效率较高。

过滤操作如下：将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用耕槽机将其翻拌均匀，再静置20分钟左右，让醪在过滤槽内自然沉降，形成过滤层。最先沉下的是谷皮之类，随后是未分解的淀粉和蛋白质，滤层厚度要求在 30～45cm ，如果糖化效果较好，醪槽表面的黏稠物就少，且醪槽上面的糖化液清凉。糖化醪温度控制在 55～70℃。滤层形成后开始过滤操作。起始流出的原麦芽汁混浊不清，必须用泵 将其泵回过滤槽后再次过滤，直至得到澄清原麦芽汁，然后将原麦芽汁泵入煮沸锅。

六 麦汁煮沸

麦汁煮沸方法常用间歇常压煮沸，原麦汁过滤期间，当麦汁已将加热层盖满后，开始加热保持80℃左右，酶继续对残存淀粉分解，洗槽结束时加热至沸，煮沸时间一般为1～2小时。

煮沸锅的种类有夹套式、内加热式和外加热式。 夹套式是比较古老的加热方式，他加热循环好，但是煮沸麦汁的量受限制，制作也比较麻烦，实用于中小型厂。 外加热式在国内不是很常用。本设计采用内加热式，麦汁通过垂直安装在煮沸锅内的列管式换热器的列管而被加热向上沸腾，同时蒸汽被冷凝为液体。在加热器的上方装有伞型的分布罩，借此使上升的麦汁反射向四周，同时可避免泡沫的形成，保证麦汁在煮沸锅中较好的循环。

七 固液分离

在麦汁用于发酵之前，先要去除热凝固物和冷凝固物，也就是进行麦汁的澄清。本设计选择回旋沉淀槽除热凝固物。回旋沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其他分离设备相比，具有结构简单、操作方便、分离效果好的特点。回旋沉淀

槽是立式柱形槽，热麦芽汁沿切线方向泵入，形成旋转流动。由于回旋效应，使热凝固物颗粒沿着重力和向心力 所形成的合力的方向，以较坚实的丘状沉积于槽底中央，达到固、液分离的目的，清亮麦芽汁则从侧面麦汁出口排出。

八 麦汁冷却

麦汁的冷却采用薄板冷却器。冷却介质为2ºC 的冷水，经换热后麦汁的温度为8ºC ，热麦汁进口温度为8ºC ，水出口温度为80ºC ，冷却时间为1小时。

本设计选择此薄板冷却方法，优点如下：有效解决啤酒生产中生产用水的问题。经过一段冷却后的本身被加热到80ºC 左右，可以做为糖化和洗涤用水，冷却面积大，降低能耗。操作简单。

参考资料 :

《啤酒工业手册》

《发酵工厂工艺设计概论》 《化工原理》 《啤酒工艺》 《发酵设备》

《化工设计手册》

《AutoCAD2002应用程序》