啤酒生产流程设备及演化.docx

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啤酒生产流程设备及演化

啤酒生产流程设备及演化

1实习目的

通过在啤酒厂的实地生产实习，将在课堂上学到的理论知识紧密地与生产实际相结合，相互融合贯通，可加强对啤酒酿造工艺的认识，加强对生物学科领域的理解，掌握酿造发酵相关的生产工艺，生产设备、性能、配置及工作原理，认识理论与实际的不同，切身感悟生产实际中的严密性与复杂性。

2序言

啤酒的消费与经济发展水平相适应。

国内的经济突飞猛进，人均消费量不断增加，且国人意识到高度酒精饮品对身体的危害性，政府主导发展低度酒如啤酒、黄酒等，国内啤酒发展迅速，销量持续增加。

另外由于工业的发展和现代科技的进步，啤酒酿造技术也不断革新,啤酒糖化、发酵、过滤和包装迅速实现现代化,啤酒业以崭新面貌出现在世人面前，目前啤酒工厂已经有成熟的设备和工艺大规模生产啤酒。

啤酒的产量往往受到设备技术的制约，本报告旨在概述啤酒设备及工艺的演化，加深对啤酒生产工艺的了解。

2.1啤酒介绍

啤酒是一种用麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿造而成的，含有二氧化碳、起泡、低酒精的饮料。

在生产原料中，麦芽是主要原料，主要用二棱大麦，辅助原料多为大米，大米在酶的作用下，转化为麦芽糖和糊精等物质。

啤酒酿造用的麦芽，可分为真正麦芽和特种麦芽。

真正麦芽，包括用于制造贮藏啤酒的浅色麦芽和深色麦芽以及酿造上面发酵啤酒使用的浅色爱尔麦芽和深色爱尔麦芽。

特种麦芽能赋予啤酒以特殊的性质，影响啤酒的色香味及其稳定性。

酒花是啤酒的灵魂，酒花的作用很多，主要有：

①赋予啤酒以酒花的香味和愉快的苦味；②酒花树脂中的物质和麦芽中的白蛋白、球蛋白组成复合体，产生大量的泡沫，并使之保持稳定；③酒花具有开胃健脾、止泻、杀菌等药效；④酒花有杀菌抑菌功能，能防止啤酒腐败，能延长啤酒保质期；⑤酒花中的单宁可使蛋白质沉淀，使麦汁澄清，提高非生物稳定性。

酵母通过发酵，将麦芽糖、糊精等转化为酒精、CO2、氨基酸和其他风味物质。

大麦

酒花

3历史变革

3.1糖化设备

古代原始糖化设备是用来和面的陶盆，苏美尔人、古埃及人将麦芽磨碎,加水和面,然后制作面包,作为酿造原料。

在制作面包的过程中麦芽本身的淀粉酶将部分淀粉糖化。

从公元1世纪啤酒传入欧洲开始,到17世纪为止,大约经历1700年左右。

在以日耳曼人活动的地区为中心,啤酒酿造技术得到进一步的发展。

糖化工艺已经不再用古埃及人制作面包的办法,而是用麦芽粉碎后直接糖化。

糖化设备已经广泛采用铁锅,直接用火加热糖化和煮沸。

17世纪前后,啤酒作坊的规模逐渐扩大,酒的工艺技术和生产设备有了明显的进步,这时期的糖化设备有了很大的改进。

首先,随着啤酒产量的增加,糖化能力逐步扩大。

在原有铁锅的基础上加了橡木桶,增加了设备容量。

1868年德国慕尼黑啤酒研究所发明了漏斗过滤板用以过滤麦汁。

此前,麦汁过滤采用筛网，但过滤速度慢,劳动强度高,麦汁接触空气时间长,啤酒色泽加深。

通过设置在过滤糟底层的漏斗板,形成了部分真空,产生抽滤作用,有效加快过滤。

这项技术在19世纪80年代在欧洲各国普及。

19世纪初,糖化锅是金属锅加木桶,手工搅拌,锅体容积受到限制。

19世纪,蒸汽机已经应用到啤酒业,糖化设备发生了很大变化。

其一,糖化锅体加上了铜罩,上部安装了排汽筒；其二,由于采用了蒸汽机,糖化锅、过滤槽已经有了齿轮传动的上部搅拌装置；其三,由于采用了漏斗过滤板,早期麦汁接受皿出现。

这是现代啤酒糖化设备的雏形。

在电动机出现前,这种糖化设备使用了一段不太长的时间。

19世纪末，由于电动机的发明，大体积的糖化设备配置了直接的搅拌装置，减少了齿轮传动的麻烦。

糖化锅、过滤槽采用紫铜板加工，不仅容积扩大，而且设置了夹套，采用了蒸汽加热，铜材传热快，热效率提高。

20世纪初，德国大量的铜质糖化设备问世，完全取代了木质的糖化设备。

20世纪后期，不锈钢材料大量采用，糖化设备进入了一个全新的阶段。

由于不锈钢坚固、耐用美观的特点，啤酒设备尤其是糖化设备基本采用不锈钢制造。

随着电脑程控技术的普及，糖化生产已经全部实现了自动化、现代化。

过去几十个人、十几个人完成的工作，现在只要一两个人就可以完成，不仅确保了产品质量的稳定，生产效率也大大提高。

和糖化配套的原料储藏、原料处理、麦汁冷却等方面,近十几年来,引进国外先进技术和设备,同步发展,出现了革命性变化,实现了自动化。

主要有如下几项：

其一,原料储藏方面,由普通仓麻袋堆放,发展为立仓储藏。

之前,麦芽、大米等原料,都是用麻袋包装,堆放在普通仓库里,不仅容易受潮霉变、虫伤鼠咬,严重影响啤酒质量,而且劳动强度大,重复搬运,造成浪费。

20世纪80年代,有的厂家改用混凝土立仓,但占地多,投资大,成本高,难以普及推广。

20世纪末期,我国引进了国外镀锌钢卷板仓技术,不仅实现了原料输送自动化,而且有效解决了防潮、通风、降温、杀虫等问题,国内大的啤酒企业已经普遍采用。

其二,由于引进德国先进技术,麦芽粉碎已经普遍采用湿法粉碎,不仅有效保证了产品质量,而且提高了原料利用率和生产效率。

长期以来,麦芽粉碎都是采用两辊、四辊、五辊、六辊的干粉碎机。

干粉碎方法粗细很难控制,经常造成过滤困难,而且原料利用率低。

20世纪末,我国开始引进德国湿法粉碎技术。

湿粉碎的关键在于将计量好的麦芽用热水浸泡,然后再进行粉碎。

其三,麦汁冷却由最早的麦汁冷却盘、喷淋冷却器到列管冷却器,发展到现在的薄板冷却器。

由于计算机技术的普及,啤酒生产最终完全实现了自动化。

早在20世纪60~70年代,发达国家就在大力推广自动化生产。

20世纪80年代初,啤酒行业的自控主要采用模拟屏操作,就是半自动控制技术。

19~20世纪是现代科技繁荣昌盛的时代,各种发明层出不穷。

电子技术是现代科技的核心技术特别是电脑的发明和普及,极大地推动了啤酒业的飞速发展,使啤酒业在短短的10多年内走向现代化,是人类文明的奇迹。

20世纪80年代后期,随着电脑技术的普及和应用,仪表、阀门的不断改进完善,计算机程序控制自动化广泛用于啤酒生产。

德国西门子公司等开发出啤酒生产的自控软件,一台电脑,一套软件,实现了啤酒生产的全部生产过程自动化。

操作人员只须在控制室的电脑上设定相应的程序,鼠标一点,糖化、发酵、过滤全过程就能顺利完成,实现了车间无人操作,今天有一定规模的啤酒企业已经普遍采用了电脑程控,实现了啤酒生产的真正现代化。

3.2发酵设备

啤酒发酵设备的发展大体分为三个时期:

陶罐酿酒、橡木桶发酵和金属容器发酵。

发酵容器的发展变化,充分反映了啤酒业的进步。

18世纪后期,欧洲科学技术的迅速发展引发了工业革命的浪潮。

这一时期啤酒业有许多重大的发明创造,由于巴斯德、汉森等优秀科学家的潜心研究与忘我投入,解决了啤酒酿造过程中许多理论和实际问题。

欧洲啤酒业紧紧抓住这一契机,依靠科技进步,改革生产工艺和发酵设备,迅速扩大生产能力,迅速实现啤酒生产的科学化、机械化。

人类历史的长河中,陶器的发明和人类文明的进程密不可分。

我们的祖先也不例外,从新石器时代开始,一直用陶罐酿酒。

古埃及人将发芽大麦制作面包,再将面包弄碎放入敞口陶罐,加水自然发酵,酿造啤酒。

从新石器时代到公元纪年前后,古代啤酒使用陶罐酿造啤酒的方法基本没有太大变化。

古代啤酒传入欧洲以后,特别是中世纪以来,欧洲人尤其是日耳曼民族将啤酒推向一个新的阶段酿造技术有了明显的改进。

他们因地制宜采用橡木桶发酵，淘汰了古埃及人使用的陶罐。

橡木是欧洲的特产,取材方便,木料细膩,加工相对容易；橡木有特殊香味,对酒的质量口感十分有益:

有的橡木经过特殊的熏烤,还能根据需要产生奶油味、香草味、烤面包味等特殊香味。

由于橡木的这些特点,欧洲普遍使用橡木桶作为啤酒、葡萄酒的发酵设备。

随着啤酒生产的发展,陶罐容量有限,不能适应需要。

橡木桶的容量大大增加,适应生产规模扩大；橡木桶不易破损,适合运输。

由于这些优点,橡木桶在欧洲使用时间长达2000年之久。

即使到现在,不仅葡萄酒厂仍然使用橡木桶,甚至于少数传统工艺的啤酒厂还在使用橡木桶发酵。

中世纪时期,啤酒发酵均是采用“上面发酵法”生产麦汁制备以后,冷却至常温,倒进橡木桶中直接发酵。

中世纪后期,德国人发明了“下面发酵法”生产贮藏啤酒,酿酒师们逐步摸索总结出两段发酵新工艺。

发酵分前发酵和后发酵,前发酵又叫主发酵。

主发酵温度10℃左右,时间8天上下。

主发酵完成后进入后发酵,又叫“贮酒”。

温度很低,一般为0℃,时间长达60天以上。

后发酵缓慢,有利于C02的溶解,泡沫洁白细腻,口感良好,质量上乘。

由于贮藏啤酒质量优良,奠定了德国在世界啤酒业的崇高地位。

20世纪初,由于生产规模扩大,出现了开口发酵池。

前发酵池采用钢筋混凝土结构,因为啤酒有酸性,对水泥池有腐蚀,最早的发酵池内壁刷上一层沥青。

后来,欧洲许多工厂的前发酵池内衬层铝合金板,有的加上一个80厘米高的金属罩,可以回收二氧化碳。

中国的前发酵池从20世纪70年代开始采用环氧树脂涂料,80年代全部淘汰。

为了适应啤酒产量的扩大,金属罐逐步淘汰了橡木桶,包括美国在内的许多国家,贮酒罐普遍采用碳钢制造。

由于啤酒有腐蚀性,并且啤酒和铁接触会产生铁锈味,罐的内壁必须刷上层涂料。

最好的办法是上一层搪瓷,内壁光亮如镜,干净卫生,但成本高,投资大。

20世纪70年代前,德国的贮酒罐大多采用铝罐,铝合金罐耐腐蚀,不用上涂料。

20世纪初期,德国人奈当就发明了立式圆锥形发酵罐。

由于当时的啤酒厂生产规模不大,这种发酵罐没有能够大规模推广应用。

二次世界大战后,世界经济起步腾飞,啤酒业迎来了大发展的黄金时期。

原有的设备已经不适应生产发展的需要,立式圆锥形大罐应运而生。

20世纪70年代开始推广这一新工艺、新技术。

相对而言,德国啤酒工厂比较保守,不敢完全采用一罐法工艺。

虽然采用锥形大罐,仍然用两罐法甚至三罐法生产,分为主发酵、后发酵和贮酒三阶段进行。

然而日本、中国等许多国家大力推广一罐法工艺,并且获得成功,促进了啤酒生产的迅速发展。

自20世纪80年代末至90年代中期,我国已经全面淘汰老的生产工艺,全部采用锥形大罐发酵,特别是大的啤酒企业,高大的发酵罐群就是啤酒工厂的形象广告。

进入21世纪,中国啤酒装备业迅速崛起,锥形大罐的加工技术日益完善。

早期的锥形罐夹套采用半圆管、弧形板管,通酒精水降温,热交换效率不高,罐的容量受限。

现在新建啤酒厂大罐容量达到600立方米以上,采用液态氨蒸发直接降温。

这种大容量罐的推广应用,既降低了发酵设备投资,又减少了酒精水冷却中间传热的热损失,节约能耗40%以上。

采用氨直接冷却的大型发酵罐对设备制造有严格的要求,夹套压力必须达到1.3×105Pa以上,降温速率要求快,罐内外温度均匀度和罐上下温度梯度要好,采用过去的半圆管夹套工艺已经不能适应。

激光焊接蜂窝板夹套技术,是当今世界最先进的夹套技术。

这一技术已在锥形发酵罐上成功推广应用,它特别适用于氨等产生相变而发生传热的介质,具有极佳的传热效果和极高的设备使用安全性,已经成功替代进口,结束了我国啤酒蜂窝板夹套发酵罐长期依赖进口的局面。

锥形罐发酵工艺的大量普及,CP全自动清洗系统、自动化仪表阀门的配套应用,加上电脑程控技术的普遍推广,啤酒发酵已经全部实现了自动化。

发酵工人不必进入车间,就能完成整个发酵工艺过程。

毫无疑问,锥形罐的推广普及和电脑程控的应用是啤酒发酵设备的一次革命,有力地推动了啤酒业的发展,促进了啤酒生产的科学化和现代化。

3.3过滤设备

苏美尔人、古埃及人制作面包酿造古代啤酒,是不经过滤而直接饮用的,因此,必须采用吸管吸饮啤酒,防止未发酵的谷物皮壳进入喉咙。

啤酒传入欧洲以后,啤酒酿造技术有了显著进步,酿造好的啤酒仍然没有过滤,而是采用自然沉淀的办法将大部分固形物包括加入的香料、发酵酵母等分离。

这种自然澄清的办法,解决不了啤酒的浑浊问题,浑浊的啤酒给人不愉快的感觉。

19世纪末,由于电的发明,啤酒生产工业化的步骤加快。

电动酒泵的发明和大量使用,啤酒通过管道系统、合流器、啤酒泵、贮酒容器形成了一个完整顺畅的体系。

正是由于电动泵的加压作用,啤酒的机械