课程设计论文 实验版.docx

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课程设计论文实验版

湖北大学

发酵工程与设备课程设计

题目啤酒的生产

专业年级2012级生物工程

学生姓名王代波

学号2012221107210009

指导老师张桂敏

2015年6月11日

啤酒的生产

1前言3

1.1啤酒简介3

2发酵机制4

2.1发酵主产物--乙醇的合成途径 4

3发酵工艺及特点生产工艺流程5

3.1麦芽制造工艺流程5

3.2啤酒酿造工艺流程5

4菌种的制备及种子的扩大培养7

4.1菌种的制备7

4.2实验室扩大培养阶段8

4.3实验室扩大培养的技术要求8

4.4生产现场扩大培养阶段8

5培养基的组成及制备9

5.1培养基的组成9

5.2培养基的制备10

6部分工艺计算11

7废水处理11

7.1活性污泥法11

9参考文献12

啤酒的生产

1前言

1.1啤酒简介

啤酒酿造是以大麦、水为主要原料，以大米或其它未发芽的谷物、酒花为辅助原料。

我国啤酒一般选择澳大利亚和加拿大以及国产大麦为原料。

【1】大麦经过发芽产生多种水解酶类制成麦芽；借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉和蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖类、糊精以及氨基酸、肽、胨等低分子物质制成麦芽汁；麦芽汁通过酵母菌的发酵作用生成酒精和CO2以及多种营养和风味物质；最后经过过滤、包装、杀菌等工艺制成CO2含量丰富、酒精含量较低、富含多种营养成份、酒花芳香、苦味爽口的饮料酒即成品啤酒。

啤酒含酒精度低，营养价值高，成分有水分、碳水化合物、蛋白质、二氧化碳、维生素及钙、磷等物质。

1.2啤酒的生产国内外研究现状

啤酒工业在国际上的发展趋势是大型化和自动化，工艺上趋向于缩短生产周期，提高整个啤酒生产的经济效益。

世界啤酒厂的平均生产规模为25万吨。

美国达到20万吨，其中最大的啤酒厂A一B公司年产量1400万吨，占全国总产量接近一半;墨西哥一家计划年产180万吨的啤酒厂预计2000年投产后占全国产量25%以上。

【2】近几年来，国外不断开发啤酒生产新技术，以提高产品产量和质量，缩短发酵时间，降低生产成本，节省能源及人力。

【3】德国开发出新型多用途啤酒澄清剂。

日本开发出通过控制溶氧、降低啤酒中双乙酞浓度专利技术。

加拿大研制成功充氮低氧工艺技术，可改善啤酒口味。

2发酵机制

2.1发酵主产物--乙醇的合成途径 

麦汁中可发酵性糖主要是麦芽糖，还有少量的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽三糖等。

单糖可直接被酵母吸收而转化为乙醇，寡糖则需要分解为单糖后才能被发酵。

【4】由麦芽糖生物合成乙醇的生物途径如下：

总反应式1/2C12H22O12+1/2H2O→C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP+226.09kJ 

理论上每100g葡萄糖发酵后可以生成51.14g乙醇和48.86gCO2。

实际上，只有96%的糖发酵为乙醇和CO2，2.5%生成其它代谢副产物，1.5%用于合成菌体。

发酵过程是糖的分解代谢过程，是放能反应。

每1mol葡萄糖发酵后释放的总能量为226.09mol，其中有61mol以ATP的形式贮存下来，其余以热的形式释放出来，因此发酵过程中必须及时冷却，避免发酵温度过高。

葡萄糖的乙醇发酵过程共有12步生物化学反应，具体可分为4个阶段：

第一阶段：

葡萄糖磷酸化生成己糖磷酸酯。

第二阶段：

磷酸已糖分裂为两个磷酸丙酮 

第三阶段：

3-磷酸甘油醛生成丙酮酸

第四阶段：

丙酮酸生成乙醇

3发酵工艺及特点生产工艺流程

3.1麦芽制造工艺流程

麦芽制造主要有三大步骤：

浸麦、发芽、干燥，流程如下：

大麦必须通过发芽过程将内含的难溶性淀料转变为用于酿造工序的可溶性糖类。

大麦在收获后先贮存2-3月，才能进入麦芽车间开始制造麦芽。

【5】

为了得到干净、一致的优良麦芽，制麦前，大麦需先经风选或筛选除杂，永磁筒去铁，比重去石机除石，精选机分级。

制麦的主要过程为：

大麦进入浸麦槽洗麦、吸水后，进入发芽箱发芽，成为绿麦芽。

绿麦芽进入干燥塔/炉烘干，经除根机去根，制成成品麦芽。

从大麦到制成麦芽需要10天左右时间。

3.2啤酒酿造工艺流程

糖化工序：

麦芽、大米等原料由投料口或立仓经斗式提升机、螺旋输送机等输送到糖化楼顶部，经过去石、除铁、定量、粉碎后，进入糊化锅、糖化锅糖化分解成醪液，经过滤槽/压滤机过滤，然后加入酒花煮沸，去热凝固物，冷却分离。

【6】

麦芽在送入酿造车间之前，先被送到粉碎塔。

在这里，麦芽经过轻压粉碎制成酿造用麦芽。

糊化处理即将粉碎的麦芽/谷粒与水在糊化锅中混合。

糊化锅是一个巨大的回旋金属容器，装有热水与蒸汽入口，搅拌装置如搅拌棒、搅拌桨或螺旋桨，以及大量的温度与控制装置。

在糊化锅中，麦芽和水经加热后沸腾，这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物，称作"麦芽汁"。

然后麦芽汁被送至称作分离塔的滤过容器。

麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳，并加入酒花和糖。

【7】

煮沸：

在煮沸锅中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。

在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去处不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。

糊化锅：

首先将一部分麦芽、大米、玉米及淀粉等辅料放入糊化锅中煮沸。

糖化槽：

往剩余的麦芽中加入适当的温水，并加入在糊化锅中煮沸过的辅料。

此时，液体中的淀粉将转变成麦芽糖。

麦汁过滤槽：

将糖化槽中的原浆过滤后，即得到透明的麦汁（糖浆）。

煮沸锅：

向麦汁中加入啤酒花并煮沸，散发出啤酒特有的芳香与苦味。

啤酒过滤

冷却、发酵：

洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。

随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。

在发酵的过程中，人工培养的酵母将麦芽汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。

发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作"皱沫"的高密度泡沫。

这种泡沫在第3或第4天达到它的最高阶段。

从第5天开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。

酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。

随之温度逐渐降低，在8~10天后发酵就完全结束了。

整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。

当然啤酒的不同、生产工艺的不同，导致发酵的时间也不同。

通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。

发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底。

酿酒师们将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。

【8】除去酵母后，生成物"嫩啤酒"被泵入后发酵罐（或者被称为熟化罐中）。

在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟。

成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7~21天。

经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。

4菌种的制备及种子的扩大培养

4.1菌种的制备

（1）斜面试管　　一般为工厂自己保藏的纯粹原菌或由科研机供。

（2）富氏瓶（或试管）培养　　富氏瓶或试管装入10mL优级麦汁，灭菌、冷却备用。

接入纯种酵母在25～27℃保温箱中培养2～3天，每天定时摇动。

平行培养2～4瓶，供扩大时选择。

4.2实验室扩大培养阶段

（1）巴氏瓶培养　　取500～1000mL的巴氏瓶（也可用大三角瓶或平底烧瓶），加入250～500mL优级麦汁，加热煮沸30min，冷却备用。

在无菌室中将富氏瓶中的酵母液接入，在20℃保温箱中培养2～3天。

（2）卡氏罐培养　　卡氏罐容量一般为10～20L，放入约半量的优级麦汁，加热灭菌30min后，在麦汁中加入1L无菌水，补充水分的蒸发，冷却备用。

再在卡氏罐中接入1～2个巴氏瓶的酵母液，摇动均匀后，置于15～20℃下保温3～5天，即可进行扩大培养，或可供1000L麦汁发酵用。

4.3实验室扩大培养的技术要求

1、应按无菌操作的要求对培养用具和培养基进行灭菌；

2、每次扩大稀释的倍数约为10～20倍；

3、每次移植接种后，要镜检酵母细胞的发育情况；

4、随着每阶段的扩大培养，培养温度要逐步降低，以使酵母逐步适应低温发酵；

5、每个扩大培养阶段，均应做平行培养：

试管4～5个，巴氏瓶2～3个，卡氏罐2个，然后选优进行扩大培养。

4.4生产现场扩大培养阶段

卡氏罐培养结束后，酵母进入现场扩大培养。

【9】啤酒厂一般都用汉生罐、酵母罐等设备来进行生产现场扩大培养。

（1）麦汁杀菌取麦汁200～300L加入杀菌罐，通入蒸汽，在0.08～0.10MPa汽压下保温灭菌60min，然后在夹套和蛇管中通入冰水冷却，并以无菌压缩空气保压。

待麦汁冷却至10～12℃时，先从麦汁杀菌罐出口排出部分沉淀物，再用无菌压缩空气将麦汁压入汉生罐内。

（2）汉生罐空罐灭菌在麦汁杀菌的同时，用高压蒸汽对汉生罐进行空罐灭菌1h，再通无菌压缩空气保压，并在夹套内通冷却水冷却备用。

【10】

（3）汉生罐初期培养　将卡氏罐内酵母培养液以无菌压缩空气压入汉生罐，通无菌空气5～10min。

然后加入杀菌冷却后的麦汁，再通无菌空气10min，保持品温10～13℃，室温维持13℃。

培养36～48h左右，在此期间，每隔数小时通风10min。

（4）汉生罐旺盛期培养当汉生罐培养液进入旺盛期时，一边搅拌，一边将85％左右的酵母培养液移植到已灭菌的一级酵母扩大培养罐，最后逐级扩大到一定数量，供现场发酵使用。

（5）汉生罐留种再扩培在汉生罐留下的约15％左右的酵母培养液中，加入灭菌冷却后的麦汁，待起发后，准备下次扩大培养用。

保存种酵母的室温一般控制在2～3℃，罐内保持正压（0.02～0.03MPa），以防空气进入污染。

5培养基的组成及制备

5.1培养基的组成

1、碳源主要有糖类、油脂、有机酸、正烷烃等

2、氮源：

:

（1）有机氮源主要有铵盐、硝酸盐和氨水；

（2）无机氮源主要来自一些廉价的原料比如花生饼粉等

3、无机盐与微量元素：

C、H、O、N、P、S、K、Mn等

4、4、生长因子、前体和产物促进剂

（1）生长因子：

从广义上讲凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，氨基酸、嘌呤嘧啶等；

（2）前体：

能直接被微生物合成到产物分子中去，自身结构并没有发生多大变化，但产量却有大的提高的化合物

（3）产物促进剂：

非生长因子也非前体但加如后能提高产量的添加剂

5、水，对于发酵工厂来说恒定的水源很重要需考虑它的PH值、溶解氧等

5.2培养基的制备

1、用水将大麦或小麦洗净，用水浸泡6-12h，置于15℃阴凉处发芽，上盖纱布，每日早、中、晚淋水一次，待麦芽伸长至麦粒的两倍时，让其停止发芽，晒干或烘干，研磨成麦芽粉，贮存备用。

2、取一份麦芽粉加四份水，在65℃水浴锅中保温3-4h，使其自行糖化，直至糖化完全（检查方法是取0.5ml的糖化液，加2滴碘液，如无蓝色出现，即表示糖化完全）。

3、糖化液用4-6层纱布过滤，滤液如仍混浊，可用鸡蛋清澄清（用一个鸡蛋清，加水20m1，调匀至生泡沫，倒入糖化液中，搅拌煮沸，再过滤）。

4、用波美比重计检测糖化液中糖浓度，将滤液用水稀释到10-15波林，调pH至6．4。

如当地有啤酒厂，可用未经发酵，未加酒花的新鲜麦芽汁，加水稀释到10-15波林后使用。

【11】

5、如配固体麦芽汁培养基时，加入2％琼脂，加热融化，补充失水。

6、分装、加塞、包扎。

7、高压蒸汽灭菌100Pa灭菌20min。

6部分工艺计算

所设计的年产量M=1000t/a；年工作日m=330d/a；

发酵罐周期t=6天；发酵平均单位UF=1500单位/每毫升；

成品的纯度Uq=590mg/mg；装料系数Q=70%；

提炼总收率η=84%；种子罐周期取To=12天。

每天放罐发酵液体积【12】；

Vd=1418.95m3/d

发酵罐公称体积可按下试计算【13】：

Vo=Vd/NdQ

取放罐次数Nd=1则Vo=1418.95/0.7=2027m3

取发酵罐容量为Vc=500t发酵罐总台数n=Vo/Vc*Nd*t=30（台）

种子罐台数的计算：

种子罐台数=发酵罐台数*种子罐周期（天）/发酵罐周期（天）

种子罐周期取To=12天则种子罐台数=30*12/6=60（天）

7废水处理

7.1活性污泥法

活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。

活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。

【14】其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。

activatedsludgeprocess污水生物处理的一种方法。

该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。

利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。

【15】然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。

影响活性污泥过程工作效率（处理效率和经济效益）的主要因素是处理方法的选择与曝气池和沉淀池的设计及运行。

9参考文献

[1]王海明,姜宏杰，李久遵.大麦啤酒的生产.酿酒科技,20l0,192（6）

[2]梁世中.生物工程设备.中国轻工业出版社,2011.

[3]杜绿君.中国啤酒工业的态势与研究.啤酒科技,2015.（03）

[4]徐斌．啤酒生产问答（修订版）【M】．中国轻工业出版社，1998.51—52．

[5].顾国贤.酿造酒工艺学.2006.

[6]卡尔,舒史特,翁星华.啤酒麦芽汁制备工艺学.1986.

[7]侯植悌.露天锥形发酵罐浅谈.酿酒,1986（04）

[8]DequinS.Thepotentialofgeneticengineeringforimprovingbrewing.Wine-makingandbakingyeasts.AppliedMicrobiologyandBiotechnology,2001.

[9]曲娜.高SO2产量啤酒酵母工业菌株的构建.微生物学报，2006.46

（1），38-42.

[10]王秀丽,王家林.不同糖化工艺对大麦啤酒的麦汁质量的影响.食品研究与开发,2012（10）.

[11]上海第三制药厂等.杭菌素生产.化工出版社,1979.

[12]WolfgangKunze著.湖北啤酒学校翻译组译．啤酒工艺实

用技术（第一版）[M】．中国轻工业出版社，1998．

[13]华南工学院等.发酵工程与设备.轻工业出版社,1981

[14]左永泉.啤酒废水处理技术的应用.环境工程,2000.18

（1）

[15]刘铁卫.浅论对啤酒废水的处理技术问题.城市建设与商业网点,2009（25）

发酵工程与设备课程设计成绩评定表

成绩评定内容及要求：

①课程设计格式符合要求程度（10分）。

（）

②参考文献格式及是否全面（5分）。

（）

③课程设计内容达到要求程度：

（65分）：

（）

前言（10）

发酵机制（5）

发酵工艺及特点（15）

菌种的制备及种子的扩大培养（10）

培养基的组成及制备（15）

无菌空气制备系统、工艺计算、三废处理（10）

④答辩情况：

汇报情况、是否能回答所提问题（20），（）

总分：

（）

总成绩：

指导教师签名：

答辩小组教师签名：