年产8万吨啤酒文献综述.doc

文献综述
年产8万吨啤酒发酵车间工艺设计

学号：0966141105
姓名：邬立亨
班级：09食品
学院：数理与生物工程学院
学校：内蒙古科技大学

前言
该文献综述是根据内蒙古科技大学数理与生物工程学院布置的课程设计任务书要求来整理的。
设计题目为年产20万吨8度淡色啤酒厂发酵罐设计，此啤酒的酿造方法采用70%的麦芽，30%的大米，经过糊化，糖化，煮沸，过滤，冷却，发酵而成。综述内容主要包括啤酒简介，啤酒生产的工艺概述，啤酒发酵的设备，啤酒发酵的设备和设备选型及重点设备计算。糖化方法采用双醪浸出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。本文对啤酒生产线工艺设计中的关键部分—原料的糊化、糖化及其设备选型进行了粗略介绍。对发酵过程及其设备选型进行了较为详细的探讨。

一．啤酒简介
1.1.1 啤酒的定义
按现行国家产品标准规定，啤酒定义为以麦芽为主要原料，添加酒花，在酵母菌的作用下被酿造而成的，含有二氧化碳气、起泡的低酒精度饮料。
1.1.2 啤酒的分类
1.1.2.1 按度数分类
啤酒酒标上的度数并非指酒精度，而是指原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。主要的度数有18、16、14、12、11、10、8度。日常生活中人们饮用的多为11、12度啤酒，其酒精度在3.5到5之间。
1.1.2.2 按色泽分类
除了按照原麦汁浓度分类外，啤酒还可以根据色泽分为淡色啤酒、深色啤酒和黑色啤酒。
1.1.2.3 按杀菌方法分类
根据杀菌方法的不同，啤酒则可分为鲜啤酒和熟啤酒。
1.1.2.4 按包装分类
啤酒还可以根据包装分为罐装、桶装、瓶装啤酒。
1.1.2.5 按酵母性质分类
根据啤酒酵母性质则可分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
1.1.2 世界啤酒历史
世界十大啤酒品牌排行榜如下：
百威、贝克、喜力、嘉士伯、安贝夫、南非啤酒集团、美乐公司、苏格兰纽卡斯尔公司、朝日公司、麒麟公司和虎牌：新加坡啤酒、科罗娜：墨西哥酿酒集团。
1.1.3啤酒新品种
干啤酒、全麦芽啤酒、头道麦汁啤酒、黑啤酒、低（无）醇啤酒、冰啤酒、绿啤酒、暖啤酒、菠萝啤酒、白啤酒、沙棘啤酒、纯生啤酒、小麦啤酒、浑浊啤酒等。

1.1.4 啤酒行业标准
啤酒的品评包括一看、二闻、三尝。
根据GB 4927-2001啤酒行业标准，规定色度在3 EBC-4 EBC的啤酒为淡色啤酒。淡色啤酒的透明度要求清亮透明，允许有微细悬浮物和沉淀物（非外来异物）。优级淡色啤酒的浊度要求≤0.9 EBC，其泡沫洁白细腻，持久挂杯，瓶装啤酒的泡持性大于200 s，而听装啤酒的泡持性大于170 s，啤酒具有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调、柔和，无异香、异味。以及淡色啤酒的性质较优级略次，浊度要求小于等于1.2 EBC，瓶装啤酒的泡持性≥170 s，听装则≥150 s。二级淡色啤酒的浊度要求≤1.5 EBC，其品质需达到一般消费者的满意度，泡持性要求≥120 s。具体如下：

表 1-1 我国啤酒行业标准对淡色啤酒的感官要求
项目
优级
一级
二级
外观
透明度
清亮透明，允许有肉眼可见的细微悬浮物和沉淀物（非外来物质）
浊度，EBC ≤
0.9
1.2
1.5
泡沫
形态
泡沫洁白细腻，持久挂杯
泡沫较洁白细腻，较持久挂杯
泡沫尚洁白，尚细腻
泡持性，s，≥
瓶装
200
170
120
听装
170
150
香气和口味
有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调、柔和，无异香、异味
有较明显的酒花香气，口味纯正，较爽口，协调，无异香、异味
有酒花香气、口味较纯正，无异味

表1-2 我国啤酒行业标准对淡色啤酒的理化要求
项目

优级
一级
二级
酒精度,%(V/V)[或%(m/m)] ≥
大于、等于14.1°P
5.5[4.3]
5.2[4.1]
12.1°P-14.0°P
4.7[3.7]
4.5[3.5]
11.1°P-12.0°P
4.3[3.4]
4.1[3.2]
10.1°P-11.0°P
4.0[3.1]
3.7[2.9]
8.1°P-10.0°P
3.6[2.8]
3.3[2.6]
等于、小于8.0°P
3.1[2.4]
2.8[2.2]
原麦汁浓度 °P，≥
大于、等于10.1°P
X-0.3
等于、小于10.0°P
X-0.2
总算，mL/100 mL，≤
大于、等于14.1°P
3.5
10.1°P-14.0°P
2.6
等于、小于10.0°P
2.2
二氧化碳，（m/m)
0.40-0.65
0.35-0.65
双乙酰，mg/L ≤
0.1
0.15
0.2
蔗糖转化酶活性
呈阳性

1.2 啤酒工厂设计的重要性
啤酒生产行业是我国消费市场中必不可少的一部分，在国民经济以及人们的日常生活中都发挥着重要的作用。为了促进我国轻工业技术及经济的进步，啤酒行业的发展也是不能忽视的。
为了促进啤酒行业更快速稳定的发展，首先要提升啤酒产业的基本建设线，在这一条战线上，工厂设计发挥着重要的作用。新建、改建和扩建一个啤酒工厂，都需要对工厂进行周详的设计工作。在科学研究中，从小试、中试以及工业化生产，都与设计的有机结合密不可分，以此才能进行新工艺、新技术、新设备的开发工作。它是扩大再生产，更新改造原有企业，增加产品品种，提高产品质量，节约能源和原材料，促进国民经济和社会发展的重要技术经济活动的组成部分。
设计是包含了能将科学技术转化为生产力的一门综合性科学。国民经济的发展、发展的效益和速度，都离不开工厂设计工作。工厂设计对于发展科学技术事业和社会主义现代化建设都有着极大的影响。
目前我国啤酒市场面临着越来越大的消费需求，以及国外市场的巨大竞争压力，提升行业标准和改进工艺及设备、生产技术等条件也越来越成为啤酒行业发展中不可或缺的重要环节。因此，需要对啤酒工厂进行有创造性的设计，使之更合理、更完善地进行生产，从而达到适应啤酒市场发展、提升品牌形象、增强市场竞争力等目的。
2.生产工艺流程的设计与论证
2.1 全厂生产工艺流程概况图
麦槽 酒花 冷凝固物
↓ ↑ ↑
麦芽→粉碎→糖化→过滤→混合麦汁→煮 沸→沉 淀→冷 却→充氧→
↑ ↓ ↓
大米、麦芽→粉碎→糊化 酒花槽 热凝固物

扩培酵母
↓
→麦芽汁→发酵→贮酒→粗滤→精滤→清酒→装瓶→卸箱→验瓶→
↓
酵母泥
↓
剩余酵母

→洗瓶→检验→灌酒→压盖→检验→冷杀菌→贴标→喷码→检验→装箱
2.2原料的选择
2.2.1大麦（麦芽）
大麦属禾木科，栽培广，品种多，产量高。其主要成分包括淀粉、蛋白质、纤维素、维生素等，其中淀粉含量高，蛋白质适中，是啤酒酿造的最好原料。大麦在粉碎糖化之前一般要经过浸麦、发芽的过程来增加大麦的酶系量利于糖化的进行，但现代啤酒生产，酒厂一般直接购买麦芽，本设计采用的麦芽主要有苏北麦芽、西北麦芽以及一些进口的优质麦芽。
2.2.2 大米
在啤酒酿造过程中，除了大麦麦芽作为主要原料外，一般还添加部分辅助原料以价格低成本、调整麦汁组成、提高啤酒发酵度、改善啤酒泡沫性质等。
我国盛产大米，且大米的淀粉含量高，蛋白质含量低。用它做辅料，酿造的啤酒色泽浅，口味爽净，泡沫细腻，酒花香味突出，非生物稳定性好。
2.2.3啤酒花
酒花，学名“蛇麻”，又名“忽布”，是荨麻科葎草属蔓性宿根多年生草本植物。酿造上用的是酒花的雌花。当酒花成熟时，前叶和苞叶所分泌的树脂和酒花油是酿造啤酒的主要成分，为啤酒提供了芬芳的香味和苦味。用于啤酒酿造的酒花有很多种形式，如：压缩酒花、颗粒酒花、酒花浸膏、异构酒花浸膏等。
在啤酒酿造中酒花的作用是：
a、赋予啤酒特殊的香气与清爽的苦味；
b、形成啤酒优良的泡沫，增加啤酒的泡沫性和稳定性；
c、使蛋白质沉淀，有利于麦汁的澄清；
d、酒花有抑菌作用，能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力;
e、酒花对啤酒酿造的不利影响是，酒花中的花色苷能引起啤酒的非生物性浑浊。
2.2.4酿造用水
酿造用水分糖化用水和洗糟用水，由于这两部分水直接参与啤酒的工艺反应，也是麦汁和啤酒的组成部分。在啤酒酿造过程中，许多物理变化、酶反应、生化反应都直接与水质有关，所以，酿造用水的好坏也是决定啤酒质量的重要因素之一。
2.3麦芽汁的制备工艺设计与论证
麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工过程。
麦汁制造的工艺要求:
a.原料中有效成分得到最大限度的萃取
b.原料中无用和有害的成分溶解最少
c.制成麦汁的有机或无机组分的数量和配比应符合淡色啤酒的品种和类型的要求
d.保证上述三点原则的前提下，缩短生产时间，节省工时，减少浪费，节能环保是车间的基本要求
2.3.1麦芽与大米的粉碎
麦芽和大米的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，增大比表面积，使物料中储藏的物质和水、酶的接触面积增大，加速酶促反应及物料的溶解。
在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎操作的经济性，更应考虑啤酒酿造特殊要求：
(1) 麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。
(2) 皮壳和原料物质中不溶性物质粉碎过细，会增加过滤阻力，影响过滤操作。淀粉等储藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即影响到麦汁组成。
因此粉碎虽然属简单的物理操作，但在啤酒酿造过程中特别重视麦芽粉碎度的控制，麦芽的粉碎方法也不断地得到改造。
2.3.1.1麦芽的粉碎
长期以来，麦芽的粉碎采用干法粉碎，直至60年代起相继出现了干法粉碎、湿法粉碎、回潮干法粉碎以及连续调湿粉碎。
在现代中小型酒厂多以干法粉碎为主。
本设计由于年产量8万吨，产量较少，所以采用干法粉碎。
麦芽的干法粉碎大多数的厂家都采用辊式(滚筒式)粉碎机。粉碎机对辊之间间距可根据麦芽腹径及需要的粉碎度进行调节。
辊式粉碎机，根据每台机的辊数可分成：对辊式、四辊式、五辊和六辊式多种。四辊以上粉碎机内还配有若干组震筛、有利于调节麦芽各粉碎度之间的比例。我国广泛采用四、五、六辊式粉碎机。
(1) 干法粉碎机四辊式粉碎机有两对辊子之间的一组筛子组成，麦芽经过第一对辊的粗粉碎，经过筛子，分离出皮壳和粗粒，再有第二对辊进一步粉碎。
(2) 干法粉碎机的调节原理 麦芽粉碎后，按物料的颗粒大小，一般可分为：皮壳，粗粒，细粒，粉及微粉，占各部分的质量分数，谓“碎度” 。麦芽粉碎度之调节，主要依据麦芽的溶解度，糖化方法，过滤设备等灵活控制。
(3) 干法粉碎麦芽粉碎度的判别检验麦芽的粉碎度的方法，应通过粉碎物的筛析分级量来表示。
啤酒工业常用的分级筛有三种，这里我例举一种，如表1-1。

表1-1 EBC，ASBC标准筛比较表
ESC标准筛
ASBC标准筛
麦芽粉碎物分级
筛号
每平方厘米筛孔数/个
筛孔净宽/mm
筛号
筛孔净宽/mm

/
/
10
2.00
皮壳
1
36
1.27
14
1.410
皮壳
2
64
1.01
18
1.00
粗粒
3
106
0.547
30
0.590
细粒1
4
961
0.253
60
0.250
细粒Ⅱ
5
2704
0.152
100
0.149
细粉
筛底
/
/
筛底
/
细粉
2.3.1.2大米的粉碎
由于大米未经发芽，胚乳比较坚硬，磨碎时比麦芽耗能大，原则上大米的粉碎越细越好，以便利于糊化和糖化。
辅料(大米)粉碎采用三辊或四辊的二级粉碎机，第一和第二辊之间的辊间距为0.2～0.3mm，大米在此进行粗粉碎，经过筛分后粗粉和细粉分别进储仓，筛面粗粉再进入第二、三辊之间，辊间距为0.15～0.25mm，粉碎成细粉，三辊均是拉丝辊。
国内不少工厂采用磨盘式磨米机，它是由两片金刚砂磨盘（或铸槽钢磨盘）进行平面磨碎，一次就能将原料粉碎到足够的细度，粉碎比可达1：20。如下图为辅料(大米)的粉碎度要求。
表1-2 辅料(大米)的粉碎度要求
ABC筛号
筛孔净宽/mm
分级
名称
粉碎度/％
大米
玉米
带壳大麦
10
18
60
100
2.00
1.00
0.250
0.149
皮壳＋粗粒
粗粒
细粒
细粉
/
10
60
30
15
15
40
30
25～30
25
25
15～30

2.4啤酒发酵工艺设计与论证
2.4.1 啤酒酵母
2.4.1.1 酵母的分类
a.弗罗倍尔酵母：发酵度高，沉淀慢而不凝集
b.薛士酵母：发酵度低，凝集性强，沉淀块
c.卡尔斯倍酵母：卡尔斯倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔斯倍二号，发酵度低，沉淀快
2.4.1.2 酵母的基本结构
啤酒酵母在麦汁中25℃培养三天，细胞为圆形，卵形，椭圆形到腊形。酵母是单细胞真核生物，外层由厚的细胞壁和细胞膜所包囊；细胞质内有许多细胞器，有核、线粒体、微体、内质网、液泡、核糖体等，还存在作为能源的糖原，脂质及多磷酸盐等物质。
2.4.1.3 啤酒酵母的絮凝
啤酒酵母的絮凝特性是重要的生产特性，它会影响酵母的回收再利用于发酵的可能，影响发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法的啤酒风味。酵母细胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影响，金属离子对凝聚作用的影响极大，凝聚作用的强度还依赖于基质的离子浓度，尤其是钙离子含量达到30mg/l以上时的促凝作用相当显著，其他二价离子也能促凝，但是单价离子会因“反离子效应”对其产生抑制作用。
2.4.1.4酵母扩大培养
最终决定啤酒品质的因素是啤酒酵母，最终影响酿酒工艺和控制的因素也是啤酒酵母。啤酒工厂从单细胞分离得到一个酵母细胞，经鉴定确认为是本厂生产用的优良菌株，然后经过若干次扩大培养，最后制备成1013—1014个细胞/ml后供发酵用。酵母的扩大培养关键在于：①选择优良的单一细胞发出菌株；②在整个扩大培养中保证酵母品种，强壮，无污染。
其过程为：斜面试管（原菌种）→试管培养→小，中，大三角瓶培养→卡氏罐培养→增殖罐培养→酵母扩大培养→发酵罐。
2.4.1.5接种量
表1-3不同麦汁浓度的酵母添加量
麦汁浓度
酵母泥添加量
7～9
0.3～0.4
10～12
0.4～0.6
13～15
0.5～0.7
16～20
0.6～1.0

2.4.1.6酵母的选择
在实际生产中最常用的酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上存在明显的差别。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后彼此分开，几乎都是单细胞或几个细胞连接。本设计设计的是经典型啤酒，色泽浅，采用的是下面发酵技术，故选用下面酵母。
2.4.2　啤酒发酵工艺技术控制
啤酒发酵工艺技术控制，至今尚未深入到发酵代谢控制，所谓工艺控制多数停留在外界影响因素的选择性（非定量）控制，它包括如下几方面：
1. 啤酒酵母的菌株选择。
2. 麦汁组分。
3. 酵母接种量和接种技术。
4. 起酵温度和发酵温度。
5. 发酵设备和酵母在发酵中的流态。
6. 后酵（或双乙酰还原）条件选择。
7. 酵母分离时间和方法。
8. 储酒条件和时间。
9. 发酵中压力或者CO2浓度。
上述诸方面的控制技术，不但影响发酵工艺过程，而且深刻影响啤酒风味物质的代谢。由于发酵工艺的多变性，造成啤酒风味千差万别。
2.4.3啤酒发酵工艺
传统的下面发酵法，发酵容器安置在空气过滤，绝热良好和清洁卫生的发酵室内，保持室温5～6℃，采用开放式或密闭式发酵容器：①采用下面的酵母，主发酵温度较低，发酵进程比较缓慢。主发酵完毕后，大部分酵母沉降容器底部。②下面发酵啤酒的后发酵期较长，酒液澄清良好，酒的泡沫细致，风味柔和，保存期较长。传统式分批发酵，每批（一锅或两锅）定型麦汁，经过添加酵母，前发酵（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。一般为前酵期（10.5～11℃），主酵期（12.8～13℃），后酵和贮酒期（0～-1℃）。
2.4.3.1 前发酵
所谓前发酵，就是指接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长（数小时至十小时）的生长滞缓期，之后才能加入出芽繁殖，当酵母克服生长缓滞期，出芽繁殖细胞浓度达到20×106个/ml，发酵麦汁表面开始气泡，此阶段即为前发酵。但由于工艺改进，前发酵时期已缩短至20～30个小时。
2.4.3.2. 主发酵
主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，应用糖类发酵合成细胞并产生热量。此时糖降比较缓慢，而氨基酸下降迅速。由于有机酸和麦汁缓冲物质减少，PH下降迅速。酵母达到最高浓度时，糖降最快，每天外观浓度降可达1.5～2.0°P。此阶段大量废热产生，必须进行冷却。
发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度在35%～45%），酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，糖降速率随之降低。为凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期应逐步降低温度，使发酵温度趋近后酵母温度。
主发酵后期每日糖降小于0.3°P时，发酵缓慢，泡沫小时，逐步形成泡盖。泡盖是CO2带至发酵液面的多酚、酒花树脂、蛋白质等被氧化、聚合形成的。在主发酵结束前，捞去泡盖，即可进行后酵和回收凝聚酵母泥。
发酵过程中的主要物质变化:
①糖类的变化：
在发酵过程中，同等条件下，发酵度室随可发酵性糖与总糖的比例而变化的。可发酵性糖含量愈高，发酵度愈高；发酵速度则随发酵温度和酵母添加量而变化，发酵温度愈高，酵母添加量愈大，发酵愈旺，发酵速度愈快。
②含氮物质的变化：
麦汁中含可同化氮或不可同化氮的成分， 均与啤酒质量有关，前者影响着发酵进程和酵母代谢所产生的风味物质，后者则关系到啤酒的物理性能，如啤酒的澄清，非生物稳定性和泡沫性能等。
③苦味物质的变化：
在发酵过程中，麦汁中近1/3的苦味物质损失。
④二氧化碳的产生:
二氧化碳在酒液中的溶解度视发酵度温度和罐压的变化而有增减。二氧化碳含量一般为0.25～0.30（w/wl左右）
⑤PH值的变化:
冷麦汁PH一般为5.2～5.7，随发酵进程而逐步降低，PH值的下降主要由于发酵过程中，二氧化碳和有机酸和二氧化碳的形成。
⑥氧与rH值:
rH值是表示溶液中氢压的负对数值，是表示溶液氧化还原势（EH）的一种方法，rH愈高，溶液的氧化力愈高，还原力愈低，反之亦然。
rH＝＋2pH（30℃）
⑦色度变化:
麦汁色度降低的幅度，随原麦汁色度深浅而变化，色度深者降低幅度大，色度浅者降低幅度小。
2.4.3.3．后发酵和储酒
过滤麦汁经主发酵后的发酵液较嫩啤酒，又叫新啤酒。
此时酒的二氧化碳含量不足，口味不成熟，不适于饮用。啤酒的成熟和澄清均在后发酵期中完成。
后发酵的作用:
①嫩啤酒中残留的可发酵性糖性糖继续发酵，产生的二氧化碳在密闭的贮酒容器中，不断溶解酒内，使之达到饱和状态。
②后发酵初期产生的CO2 在排出贮酒罐外时，降去酒内所含的一些酒类的挥发性成分，如乙醛，硫化氧，双乙酰等同时排出，减少啤酒的不成熟味觉，加快啤酒成熟。
③在较长的后发酵期中，悬浮的酵母，冷凝固物和酒花树脂等。在低温和低PH值的情况下，缓慢沉淀下来，使啤酒逐渐澄清。
④在较低的贮酒温度下，一些易形成混浊的蛋白质－单宁复合物逐渐析出而先行沉淀下来或被过滤除去，改善了啤酒的非生物稳定性，从而提高了成品啤酒的保存期。
贮酒的作用：
①嫩啤酒中残留的可发酵性糖继续发酵，产生的二氧化碳在密闭的贮酒容器中不断溶解于酒内，使之达到饱和状态。
②减少啤酒的不成熟味觉加快啤酒成熟。
③使悬浮的酵母冷凝固物和酒花树脂等，在低温和低PH值情况下，缓慢的沉淀下来，使啤酒足见澄清，便于过滤。
④改善了啤酒的非生物的稳定性，从而提高了成品啤酒的保存作用。
贮酒室一般设在发酵室下面，分地下与地下两种，先采用地上，整个贮酒室应分为数室，以控制同贮酒时间的温度和便于进酒出酒等。
贮酒室采用冷风冷却，鼓风机设在贮酒楼上，利用冷空气下降，热空气上升的对流方式，以节省动力消耗。
贮酒室的冷耗量，一般为：
①排管冷却：600～800千卡/昼夜/m³
②冷风冷却：1000～1200千卡/昼夜/m³
啤酒的澄清：
①啤酒澄清的作用：啤酒澄清时在贮酒期间，是使酒中所含的悬浮物沉淀下来。
澄清的目的是使过滤时顺利，产量高；滤后的酒透明度好，稳定性高。
②啤酒中的主要悬浮物质：
a.酵母细胞;
b.冷凝固性蛋白质;
c.酒花树脂;
d.蛋白质－多酚氧化物的复合物质。
③影响啤酒澄清的因素:
a.悬浮物质的性质;
b.贮酒温度高温（3℃以上）快于低温（0℃以下）;
c.pH值：酒液度pH在（4.0～4.5）上面发酵（pH4.0以下）;
d.容器大小;
e.酒液粘度。
2.4.4 啤酒发酵方法的选择
啤酒发酵方法主要有以下几种方式：连续发酵法，上面发酵法，下面发酵法，一罐发酵法，以下就这几种发酵方法进行详细分析和比较来进行取舍。
（1）连续发酵
连续发酵主要有多罐式连续发酵和塔式连续发酵，这种连续发酵系统都可大大
缩短发酵周期，提高设备利用率，降低了投资，减少了酒损，降低了蒸汽、劳动力和洗刷费用，提高了酒花利用率，且产生的成品啤酒质量稳定。但是这几种连续体系也各有不足：多罐式系统需搅拌，动力消耗大。塔式系统对酵母要求高，使用的酵母不仅要求发酵度高，而且要求凝聚性强。并且塔式观造价高，不利于小规模生产。更重要的是，连续发酵法啤酒从风味上品评与间歇法啤酒差别大，难以被消费者接受。
八十年代后，锥形罐发酵取代了传统发酵，生产周期得到了缩短，而连续发酵由
于污染和风味（特别是双乙酰）控制的困难逐步停止了使用。从实际情况出发，故本设计不采用此法。
（2）上面发酵的工艺特点
A、上面发酵系在较高的温度（15～20℃）下进行的，酵母起发快，接种量可以减少，因此形成的酵母新细胞较多。发酵终了，大部分酵母浮在液面，酵母使用代数大大增加长久没有衰退现象，但酵母回收工作较下面发酵复杂。
B、上面发酵的麦汁接种温度为14～16℃，比较高。发酵三天左右，当酵母升至液面时，为发酵旺盛阶段，此时应开始降低液温，可采用12～14℃冷水冷却，并在酵母形成泡盖时立即撇去，发酵4～6天即行结束。
C、发酵结束，酵母成紧密的一层浮在波面上，厚约3～4厘米。优良的酵母，其酵母层应具有褶皱状的外观。
D、上面发酵在发酵过程中通风时间长，目的是使酵母悬浮发酵液中，对凝聚性强的酵母通风尤属必要。
E、上面发酵一般不采用后发酵，主发酵的发酵度接近发酵度，下酒后，加胶澄清，贮藏一阶段，采用人工充CO2，使达到饱和。若上面发酵采用后发酵工艺，下酒是酒液中应保留部分残糖，继续发酵，产生CO2，饱和在酒中。
F、上面发酵配制的啤酒成熟较快，设备周转快，啤酒有独特风味，但保存期短。
（3）下面发酵
传统下面发酵法，发酵容器安置在空气过滤、绝热良好和清洁卫生的发酵室内，
保持室温5～6℃，采用开放式或密闭式，圆形或方形的发酵容器。
下面发酵的特点
①采用下面酵母，主发酵温度较低，发酵进程比较缓慢。主发酵完毕后，大部分酵母沉降在容器底部。
②下面发酵啤酒的后发酵期较长，酒液澄清良好，酒的泡沫细致，风味柔和，保存期较长。
（4）一罐法发酵
随着啤酒工业的发展，现有啤酒厂普遍采用一罐发酵工艺，即麦汁的主发酵，
双乙酰还原、降温以及贮酒阶段在同一个露天发酵罐中进行。一罐法工艺有以下优点：清洗消耗少，因为只有一个容器必须清洗；转入空罐时CO2损失少；酒损少，因为没有了管道中残酒的损失；所需的工作时间少，因此不用倒罐；节能，因为不用倒罐，没有氧侵入的危险。故在设计中采用此法。
故本设计选用锥形罐一罐法下面酵母发酵（即发酵温度为5～10℃）
1.4.5 酵母的添加与回收
在麦汁进行充氧同时添加酵母，为了使酵母均匀分布在发酵罐中，酵母应在整个麦汁流入过程中均匀添加，接种量一般为（1.5-1.8）×107/mL麦汁，即约0.6-0.8L浓酵母泥/hL麦汁。种酵母要求：外观色泽洁白，凝聚性良好，无黏着现象，无杂质，无变异，镜检酵母细胞大小整齐，健壮，无杂菌感染，细胞活性97%以上，冷水低温保存时间不超过3天，使用代数不超过7代。沉降于发酵罐底的酵母可以分为三类：上层为轻质酵母，主要由落下的泡盖和最后沉降下来的酵母细胞组成，可做饲料或经行其它综合利用。中层为核心酵母，由健壮、发酵力强的酵母细胞组成，其量占65%～70%,可留作下批种酵母用。下层为弱细胞或死细胞，由最初沉降下来的颗粒组成，可作饲料或弃置不用。
2.4.6 发酵设备的降温控制
本设计采用的发酵设备为应用极为广泛的露天锥形发酵罐，酵母在发酵过程中会产生热量，为使发酵和后熟在设计的工艺温度下进行，必须进行冷却。
常用的冷却方式有两种：间接冷却法和直接冷却法，由于直接冷却的冷却介质是液氨，即液氨直接在锥形罐的冷却夹套中蒸发并吸热，在实际生产中需要注意一下几个方面：一是液氨具有刺激性臭味，在一定条件下可燃可爆，二是液氨工作压力较高，且渗透性很强，因而发酵罐的夹套焊接要求也较高，故本设计采用间接冷却方式。
间接冷却方式其冷溶剂是乙二醇与水的混合溶液，它在氨制冷的蒸发器箱中进行冷却，温度一般控制在-6至-9℃左右，它主要用于麦汁冷却和发酵罐的降温，一般情况下，发酵罐冷却系统有两种介质循环，即液氨吸热蒸发制冷循环系统和冷却发酵罐酒液的酒精水循环系统。
2.5 啤酒过滤
2.5.1啤酒过滤理论
经过发酵或后处理的成熟啤酒，其残余酵母和蛋白质凝固物等沉积于贮酒罐底部，少量仍悬浮于酒液中，这些物质在以后的贮存期间会从啤酒中析出，导致啤酒浑浊。所以，必须经过过滤工序将其除去。
啤酒过滤式一种物理分离过程，是啤酒生产过程中非常重要的生产工序。经过过滤后，啤酒外观清亮透明，富有光泽，使其更富有吸引力，同时，可赋予啤酒以良好的生物稳定性与非生物稳定性，使其至少在保质期内不出现外观的变化，从而保证了啤酒外观质量的完美。
2.5.2 啤酒过滤方式的选择与论证
对于啤酒过滤来说，现在使用较普遍的过滤方法主要有硅藻土过滤法、滤棉过滤机和微孔膜过滤机。
硅澡过滤机易实现自动化，过滤效果好，速度快，杂菌清洗容易，维修方便，过滤能力可通过加减滤板框数调节，故选此法。
2.6 啤酒的包装
啤酒的包装形式有瓶装、易拉罐装和桶装三种形式，本设计生产的主要是瓶装啤酒。一瓶啤酒质量的好坏，对消费者来说，首先看到的是这瓶啤酒的包装。产品包装既是产品的卖点，又是市场的亮点，新颖独特的包装设计往往最容易打动消费者的心。因此，啤酒企业不仅要生产合乎标准和品质上乘的产品，而且要有端庄美观的商标和包装，如此才能使其产品更具吸引力和竞争力，使其品牌更加深入人心。啤酒包装的基本功能有以下几点。
（1）保护功能。包装应该保证产品的安全和清洁卫生，使其在储存、运输和销售过程中不致散失、损坏和变质，这是包装最基本的作用。
（2）美化增值功能。美观大方的包装造型、生动形象的图案和新颖别致的装潢可以衬托产品形象，提高产品的附加价值。
（3）促销功能。包装是“无声的推销员”，消费者通过包装可以了解产品，引起消费兴趣，激发购买动机，从而有利于扩大商品销售。

三．啤酒发酵的设备
啤酒发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有原料(培养基)调制，蒸煮，灭菌和冷却设备，通气调节和除菌设备，以及搅拌器等。发酵罐：承担产物的生产任务。种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。
四．发酵罐

（一） 发酵罐的定义
发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，从而获得高产。是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。
（二）发酵罐装置和组成要求
(1)应具有严密的结构
(2)良好的液体混合特性
(3)好的传质相传热速率
(4)具有配套而又可靠的检测，控制仪表
（三）发酵罐的特点
(1)发酵罐与其他工业设备的突出差别是对纯种培养的要求之高，几乎达到十分苛刻的程度。因此，发酵罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的显著特点。
(2)现代发酵工业为了获取更大的经济利益，发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。在发酵罐的自动化方面，作为参数检测的眼睛如pH电极，溶解氧电极，溶解CO2电极等的在线检测在国外已相当成熟。在国内发酵检测参数还只限于温度，压力，空气流量等一些最常规的参数。
（四）发酵罐的种类
发酵工业上最常用的是通风搅拌罐。除了通风搅拌发酵罐外，其它型式的发酵罐如：气提式发酵罐，压力循环发酵罐，带超滤膜的发酵罐等。
典型发酵设备：种子制备设备、主发酵设备、辅助设备(无菌空气和培养基的制备)、发酵液预处理设备、粗产品的提取设备、产品精制与干燥设备、流出物回收，利用和处理设备
（五）发酵罐的类型
(1)按微生物生长代谢需要分类
好气:抗生素，酶制剂，酵母，氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数。厌气：丙酮丁醇，酒精，啤酒，乳酸等采用厌气发酵罐。不需要通气。
(2)按照发酵罐设备特点分类
机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。非机械搅拌通风发酵罐:包括循环式的气提式，液提式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷射式发酵罐。这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的气，固，液三相充分混合，从而满足微生物生长和产物形成对氧的需求。
(3)按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐;500-5000L是中试发酵罐;5000L以上是生产规模的发酵罐。
（六）发酵罐的结构
1.罐体 由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。为了满足工业要求，在一定压力下操作，空消或实消，罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/平方厘米(绝对压力)。
2.搅拌器 搅拌器有平叶式，弯叶式，箭叶式三种其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。
通用发酵罐的搅拌桨类型
(1) 通用发酵罐的搅拌桨最广泛使用的是平叶涡轮搅拌桨，国内采用的大多数是六平叶式，其各部分尺寸比例已规范化。这种搅拌桨具有很大的循环液体输送量，功率消耗大。因此特别适用于丝状菌发酵。
(2) 船用螺旋搅拌器，它具有比涡轮桨更为强烈的轴向流动，但是氧传递效率低。
(3) 振动混合器，尽管可以提供较高的氧传递效率，但剪切力较低。
(3) 多棒搅拌桨，已用于粘稠的丝状链霉菌发酵的发酵罐中。这种搅拌桨具有较好的剪切分散能力和较低的功率消耗，在整个发酵过程中功率变化相对涡轮桨要小的多。
(4) 气体导入式搅拌器，是由一个空心的搅拌桨组成，安装在空心的搅拌轴上。搅拌桨上至少有一个暴露在液体中的开口。由于搅拌桨转动，开口处的压力随之减少，使导入的气体沿着搅拌轴向下流动。它适应于低粘度的发酵液。
3.消泡装置
消泡方式有两种:一是加入化学消泡剂消除泡沫，但高浓度的化学消泡剂会对发酵产生抑制作用，故不能添加太多;第二种方式，即机械消泡。机械消泡装置主要有四种。
一是锯齿式消泡桨。它安装于罐内顶部，高出液面的位置，固定在搅拌轴上，随搅拌轴转动，不断将泡沫打破。
二是半封闭式涡轮消泡器，它是由前者发展改进而来，泡沫可直接被涡轮打碎或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎。
三是离心式消泡器，它们置于发酵罐的顶部，利用高速旋转产生的离心力将泡沫破碎，液体仍然返回罐内。
第四种是刮板式消泡器，它安装于发酵罐的排气口处，泡沫从气液进口进到高速旋转的刮板中，刮板转速为1000—1450rpm，泡沫迅速被打碎，由于离心力作用，液体披甩向壳体壁上，返回罐内，气体则由汽孔排出。
4.挡板
挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。通常挡板宽度取(0。1-0。12)D，装设4-6块即可满足全挡板条件。所谓"全挡板条件"是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求: D—罐的直径(mm)
Z—挡板数
W—挡板宽度(mm)
竖立的列管，排管，也可以起挡板作用，故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板。(但冷却管为盘管时，则应设挡板。)挡板的长度自液面起到罐底为止。挡板与罐壁之间的距离为(1/5~1/9)W，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。
5.联轴器及轴承 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等)。轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4-0.7%，以适应温度差的变化。罐内轴承接触处的轴颈极易磨损，尤其是底轴承处的磨损更为严重，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套，用紧固螺钉与轴固定，这样仅磨损轴套而轴不会磨损，检修时只要更换轴套就可以了。
6.变速装置 试验罐采用无级变速装置，发酵罐常用的变速装置有三角皮带伸展动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动效率较高，但加工，安装精度要求高。采用变极电动机作阶段变速，即在需氧高峰时采用高转速，而在不需较高溶解氧的阶段适当降低转速。这样，发酵产率并不降低，而动力消耗则有所节约。自动化程度较高的发酵罐，采用可控硅变频装置，根据溶氧测定仪连续测定发酵液中溶解氧浓度的情况，并按照微生物生长需要的耗氧及发酵情况，随时自动变更转速，这种装置进一步节约了动力消耗，并可相应提高发酵产率，但其装置颇为复杂。
7.空气分布装置 空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等。常用的为单管式，管口对正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，管口与罐低的距离约40mm，并且空气分散效果较好。若距离过大，空气分散效果较差。该距离可根据溶氧情况适当调整，空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。通常通风管的空气流速取20米/秒。为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命。通风量在0.02~0.5ml/