啤酒生产工艺及设备

啤酒生产工艺及设备

摘要：根据工业啤酒发酵生产过程及方法，粗略的介绍其生产流程及现状，同时介绍啤酒发酵过程中用到的生物工程设备。

关键词：啤酒发酵设备锥型发酵罐灌装

啤酒发酵过程是指啤酒酵母在一定条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，而啤酒就是啤酒酵母在生命活动之中所产生的产物。由于酵母菌类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味等的不同，造成发酵方式也不相同。啤酒酿造的原料为大麦﹑酿造用水﹑酒花﹑酵母以及淀粉质辅助原料(玉米﹑大米﹑大麦﹑小麦等)和糖类辅助原料等。其生产大致可分为麦芽制造﹑啤酒酿造﹑啤酒灌装3个主要过程。

啤酒发酵的工艺参数包括：（1）发酵周期，由产品类型、质量要求、酵母性能、接种量、发酵温度、季节等确定，一般12～24天。（2）酵母接种量，一般根据酵母性能、代数、衰老情况、产品类型等决定。（3）发酵最高温度和双乙酰还原温度，啤酒旺盛发酵时的温度称为发酵最高温度，双乙酰还原温度是指旺盛发酵结束后啤酒后熟阶段（主要是消除双乙酰）时的温度，一般双乙酰还原温度等于或高于发酵温度，这样既能保证啤酒质量又利于缩短发酵周期。（4）罐压，根据产品类型、麦汁浓度、发酵温度和酵母菌种等的不同确定。（5）满罐时间，从第一批麦汁进罐到最后一批麦汁进罐所需时间称为满罐时间。（6）发酵度，可分为低发酵度、中发酵度、高发酵度和超高发酵度。

啤酒生产工艺包括：大麦→加工处理→形成麦芽→糊化糖化→形成麦芽汁→过滤→煮沸、添加酒花→冷却与澄清→主发酵→后发酵→啤酒过滤→包装→成品啤酒。

一、大麦发芽

首先是大麦浸渍，浸渍的目的和对设备的要求是：（1）大麦含水量由13％左右增加至43%-48％以利于发芽。（2）清洗除去大麦中混有的杂质(泥砂，灰尘)和包含在皮谷中的有害成分，洗水需多次循环。（3）浸渍时需通入压缩空气清洗翻动大麦，供给大麦呼吸所必需的新鲜空气，并排除大麦呼吸时产生的二氧化碳。

常用的浸渍设备有圆锥型浸麦槽和平底浸麦槽两种，国内目前多用圆锥型浸麦槽。

其次是大麦发芽，发芽设备大致分为两类：地板式发芽和通风式发芽。通风式发芽有两种形式：散式发芽和箱式发芽。

二、麦芽的干燥

麦芽干燥的目的是将绿麦芽水分从42%-45%减至约3.5%，停止绿麦芽的生长和酶的作用，但须保存酶的活性，以利于贮藏，使麦根易于脱落；除去绿麦芽中的生腥味，生成特有的色香味。

干燥过程分为两个阶段，前阶段为等速干燥阶段，这时物料内部的水分扩散速率大于表面汽化速率，这样，干燥进行速度就为表面汽化速度所决定，故又称表面汽化控制阶段。后阶段为降速阶段，物料内部水分扩散速度跟不上物料表面汽化进度，这样，蒸发而逐步向内部迁移，故又称内部扩散控制阶段。

麦芽干燥设备包括：水平式烘床麦芽干燥塔和垂直式烘床麦芽干燥塔。麦芽干燥塔的主要部件有：空气加热器麦芽翻拌器和烘床。

三、糊化和糖化

麦芽在被送入酿造车间之前，先被送入粉碎塔，经过轻压粉碎制成酿造用麦芽。糊化即将粉碎的麦芽、谷粒和水在糊化锅中混合。糊化锅的作用是把大米粉和部分麦芽粉与水混合煮沸，并用来对糖化醪加热升温。

糖化锅的用途是使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。其外形和构造与糊化锅大致相同。一般在锅底周围设置一两圈蛇管或设有蒸汽夹套，为保证醪液浓度和温度均匀，避免固形物下沉，装有螺旋桨搅拌器。有效面积与加水量有关，一般糖化锅要比糊化锅大约一倍，锅底有平的，也有蒸汽夹套的，六锅式糖化设备中，做成糖化、糊化两用锅，以提高糖化锅的利用率。锅体直径与高之比为2：1．升气管截面积为锅圆筒截面积的 1/30-1/50。

四、发酵

我国在上世纪70年代未，开始采用室外锥形罐，逐步取代了传统的室内发酵。目前全国新建厂和改建的啤酒厂已全部采用了圆柱锥底罐的发酵方式。

圆筒体锥底立式发酵罐(简称锥形罐)，已广泛用于上面或下面发酵啤酒生产。锥形罐可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前、后发酵合并在该罐进行(一罐法)。这种设备的优点：在于能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，故能适合于生产各种类型啤酒的要求。该罐具有锥底，主发酵后回收酵母方便，所采用的酵母也应该是凝聚沉淀型的酵母菌株。最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。圆柱锥形罐具有相当高度，凝聚力较强的酵母可以沉淀，凝聚性差的酵母就需要离心分离。圆柱锥底罐适用于下面发酵，也适用于上面发酵；但应用于上面发酵，需选择凝聚沉淀型上面酵母，便于回收。圆柱锥底罐是密闭罐，既可以作发酵罐，也可以作贮酒罐。由于是密闭罐，可以回收二氧化碳，CO2气体由罐顶排出罐外并收集。为了在啤酒后发酵过程中饱和CO2，在罐底装有净化的CO2充气管，CO2则从充气管的小孔吹入发酵液中。罐内的发酵液，由于罐体高度而产生的二氧化碳梯度，以及冷却方位的控制，可以形成自下而上或自上而下的自然对流。罐体愈高，对流作用愈强。对流情况与罐体形状、大小和冷却系统的控制都有关系。一般说，罐体高度也应适当控制，以免对流过盛，形成搅拌发酵，影响酵母沉淀和酒的质量。罐本身具有冷却夹套，冷却面积能够满足工艺上的降温要求。一般在圆柱体部分，视罐体高度，可分设2～3段冷却，锥底部分设有一段冷却，有利于酵母沉降和保存。

工艺要求：

①注意原料的质量和糖化效果：每批次组成应均匀。

②罐容与麦汁量相适应；最好16h内满罐

③麦汁温度有序

④麦汁溶氧适度：≥8ppM

⑤发酵温控稳定

⑥尽量回收CO2并综合利用

⑦注意罐的清洗：喷洗压力0.39～0.49MPa

这种设备的优点在于能耗低，采用的管径小，生产费用可以降低。最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。

下图：

1-二氧化碳排出 2-洗涤器 3-冷却夹套 4-加压或真空装置 5-人孔 6-发酵液面 7-冷冻剂进口 8-冷冻剂出口 9-温度控制记录器 10-温度计 11-取样口 12-麦汁管路 13-嫩啤酒管路 15-酵母排出 15-洗涤剂管路