本科毕业设计-黑啤酒工厂发酵车间设计.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书

内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书

题 目：年产15000t12°黑啤酒工厂发酵车间设计
学生姓名：吴宝库
学 号：0866141148
专 业：食品科学与工程
班 级：食品2008
指导教师：王蕾 讲师

The general staff (1 employees in addition to vice president, director, manager, deputy manager and special positions outside the contract period) to resign, to give 10 days notice, the project manager or department manager, administrative personnel department or relevant responsible person for the relevant visa after departure procedures; in addition to general staff personnel outside the contract period of turnover must submit the resignation report, a month ahead of schedule, the administrative personnel department, general manager of visa before separation procedures; probation employees shall pay in advance 5 resignation report, the project manager or department manager and administrative personnel department visa before departure; positive after special reasons did not sign a contract with reference to general employees Through the staff67

内蒙古科技大学毕业设计说明书
年产15000t12°黑啤酒工厂发酵车间设计
摘要
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。黑啤酒，又叫浓色啤酒，酒液一般为咖啡色或黑褐色。本设计为年产15000t12°黑啤酒工厂发酵车间设计。主要在啤酒工艺成熟的基础上，根据工业啤酒发酵生产过程及方法，介绍了其生产流程及现状，同时还介绍了几个具体的生产实例，为企业的开源节流提供了依据。主要针对啤酒发酵进行了设计，内容主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算，最后就车间的布置、设备概况、仪表、供电、通风、给排水、环境保护、节能、技术保安及防火、车间维修等进行了阐述。

关键词：黑啤酒；发酵；生产工艺；生产设备。

The process design 0f 12°P stout section with the capacity of 15,000 tons annually
Abstract
Beer is the oldest alcoholic beverages in the history for humans. The sales of beer ranks the third least, ranked only behind water and tea. Stout also known as concentrated color of beer, the wine is usually brown or dark brown. The paper is designed for the 12°P stout section with the capacity of 15,000 tons annually. It is based on the mature beer process. According to the industrial beer fermentation process and methods, it describes the production process and the status quo, and introduced a number of specific production instance, provides a basis for enterprises to cut costs.
This paper designed for beer fermentation, including material balance, heat balance, cold consumption balance and equipment selection, calculation and key equipment selection and calculation, and finally the plant layout, equipment overview, instrumentation, power supply ventilation, drainage, environmental protection energy conservation, technology security and fire protection, plant maintenance, etc. are described.

Keywords: Stout;Fermentation; Production process; Production equipment.

目录
摘要 I
Abstract II
第一章 黑啤酒综述 1
1.1黑啤酒概述 1
1.2黑啤酒的发展趋势 1
1.2.1世界黑啤酒的发展趋势 1
1.2.2中国黑啤酒的发展趋势 2
1.3黑啤酒的营养价值及功能性 3
1.3.1营养价值 3
1.3.2啤酒花的药理作用 3
1.3.3美容作用 4
1.3.4保健作用 4
1.4黑啤酒与红啤酒的比较 4
1.5黑啤酒酿制 5
1.5.1工艺流程 5
1.5.2操作要点 6
1.6黑啤酒质量标准和检测结果 9
1.7著名黑啤酒简述 9
1.7.1国外黑啤酒 9
1.7.2中国三大黑啤品牌 10
1.8黑啤的生产实例 11
1.8.1司陶特型纯生黑啤酒生产实例 11
1.8.2 14°P全麦芽黑啤酒酿造实例 12
第二章 工艺总论 14
2.1 设计依据 14
2.2指导思想及设计要求 14
2.2.1指导思想 14
2.2.2生物工程设计必须满足下列要求 14
2.3设计参考 15
2.4设计方案 15
2.4.1生产规模 15
2.4.2产品介绍及生产原理 15
2.5生产设备选型及操作控制说明 15
2.5.1生产设备的选型说明 15
2.5.2生产操作控制 16
2.6设备布置原则说明 16
2.7废弃物处理说明 16
第三章 物料衡算 17
3.1原始数据 17
3.2 100kg原料（麦芽＋大米）生产12°黑色啤酒的物料衡算 17
3.3生产100 L12°啤酒的物料衡算 19
3.4年产1.5万吨12°淡色啤酒物料衡算（以下计算为每天产量） 20
第四章 能量计算 23
4.1耗冷量的计算 23
4.1.1工艺耗冷量 23
4.1.2非工艺耗冷量 25
第五章水、汽、CO用量的计算 26
5.1用水量的计算 26
5.2耗汽量计算 28
5.3 CO用量计算 30
第六章 发酵罐选型与设计 31
6.1设计参数的确定 31
6.2发酵罐的体积计算 32
6.3发酵罐数的确定 33
6.4发酵罐壁厚S的计算 33
6.5冷却夹套的设计 34
6.6外盘管的设计 36
6.7外盘管的根数确定 37
第七章 种子罐选型与设计 38
7.1种子罐的选型 38
7.2种子罐容积和数量的确定 38
7.2.1种子罐容积的确定 38
7.2.2 个数确定 38
7.3 主要尺寸 38
7.4冷却面积的计算 39
7.4.1发酵产生的总热量 39
7.4.2 夹套传热系数 39
7.4.3 平均温差 39
7.4.4 核算夹套冷却面积 40
7.5 壁厚及其他设备计算 40
7.5.1种子罐壁厚计算 40
7.5.2冷却外套壁厚 41
7.5.3 挡板确定 41
7.5.4搅拌器的计算 41
7.5.5搅拌器档数计算 42
7.5.6搅拌轴功率的计算 42
7.6空气分布器 43
第八章 CIP系统及其他设备计算 45
8.1CIP清洗泵 45
8.2CIP回流泵 47
8.3麦汁添加泵 49
8.4酵母添加泵 51
第九章 其他设备选型 53
9.1空气过滤器 53
9.1.1空气过滤器的选因 53
9.1.2啤酒工业生产对空气质量的要求 53
9.1.3空气过滤除菌原理及方法 53
9.1.4空气过滤除菌流程的要求 54
9.2啤酒过滤器的选型 55
9.2.1啤酒的过滤与分离 55
9.2.2过滤介质及方法 55
9.2.3过滤原理 55
9.2.4过滤机选型 56
第十章 车间布置 57
10.1车间布置原则 57
10.2车间布置说明 57
10.2.1建筑 57
10.2.2生产工艺 57
第十一章 生产制度 58
11.1生产制度安排 58
第十二章 食品工厂卫生问题 59
第十三章 设备 60
13.1车间设备概况 60
13.1.1种子制备设备 60
13.1.2种子罐及发酵罐 60
13.2车间设备原料原则 60
第十四章 仪表控制方案 61
14.1发酵部分接种罐、发酵罐何补料罐 61
14.2工艺参数控制要求 61
14.3动力供应 61
第十五章 供电与通风与节能 62
15.1供电 62
15.2采暖与通风 62
15.3能耗分析 62
15.4节能措施 62
第十六章 给排水与环境保护 63
16.1生产用水情况概述及要求 63
16.1.1给排水系统的划分 63
16.2生产过程中“三废”排放情况 63
16.2.1“三废”处理方案 63
16.3控制噪音的基本方法 63
第十七章 技术保安与防火 64
17.1生产物料性质 64
17.2主要技术保安措施 64
第十八章 车间维修 65
参考文献 66
致谢 67

内蒙古科技大学毕业设计说明书
第一章 黑啤酒综述
1.1黑啤酒概述
啤酒是当今风靡世界最流行的饮料之一，而说起啤酒的来历，还颇有些传奇色彩。新石器时代有一个健忘的面包师，一天无意中把做面包用的生面团长时间地放在太阳下晒，在强烈阳光的照射下，生面团逐渐变成液体状态并开始发酵，由此发现了最早的啤酒酿制方法。啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料[1]。是二十世纪初传入中国，属外来酒种，是根据英语“Beer”译成中文“啤”称其为“啤酒”沿用至今。
啤酒大部分均添加辅助原料，常用的辅助原料为：玉米、大米、大麦、小麦、淀粉、糖浆和糖类等物质经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。
随着人们生活水平的提高，保健意识的增强，黑色食品越来越受到人们的青睐。黑色啤酒作为啤酒家族中的一支新秀，因其口味新颖独特，适应了消费者的需求[2]。根据啤酒的色泽分类，可分为淡色啤酒，浓色啤酒，黑色啤酒。黑色啤酒的色度通常在50~150EBC或是按碘液浓度表示，为5~15mL碘液之间。不过在中国，人们也会把较浓的浓色啤酒归于黑啤酒的范围内，即色度在40~150EBC[3]。原麦芽汁浓度12~20°P，酒精含量在3.5%以上，其酒液突出麦芽香味和麦芽焦香味，口味比较醇厚，略带甜味，酒花的苦味不明显。该酒主要选用焦麦芽，黑麦芽为原料，酒花的用量较少，采用长时间的浓糖化工艺而酿成。例如Kulm bach啤酒是一种深色贮藏啤酒，通常使用焙烤麦芽，如焦香麦芽和黑麦芽，以得到较深的颜色。
1.2黑啤酒的发展趋势
1.2.1世界黑啤酒的发展趋势
中国的啤酒只有一百多年的历史，且一开始为淡色熟啤居多，黑啤酒在中国的发展时间较短，近年来发展的速度有加快的现象，这和黑啤酒的风味受广众喜爱有关。
啤酒的历史根据最早的考古记录是6000年前。黑啤酒的历史始于1795年，起源于德国。当年阿瑟•健力士于爱尔兰的都柏林开设了一家酿酒厂，他们试验制造一种在伦敦发展出来的啤酒“波打酒”，此种啤酒内有焙焦大麦，色泽呈深黑，口味浓厚，略带甜味，由于酒花用量少，酒花的苦味不明显，采用长时间的浓醪糖化工艺而酿成，与众不同，故被称为“黑啤” [4]。国外啤酒制造历史较久，根据饮用对象不同，啤酒的花色品种十分齐全，如一般为12°黄啤酒，含酒精约3.5%（重量）；但也有浓度高、颜色深的18°的黄啤酒或黑啤酒；还有无酒精啤酒；病人饮用的低热量啤酒；粉状啤酒等等[5]。
1.2.2中国黑啤酒的发展趋势
我国啤酒究竟还算是历史较短的工业，品种主要是12°黄啤酒，品种单一既难以满足国内日益增长的需要，也不能满足旅游和出口的需要。今后应增加啤酒的品种，满足国内外不断增长的需要创出吏多的名牌啤酒，争取出口，换回外汇。
在上海世博会上，负责德国餐厅运营的欧博博览会餐饮专业服务有限公司为了让参观者享受纯正的德国啤酒特意从德国运来了全套酒吧设备和新鲜的啤酒原料。运用同样的设备和原料，酿造出上百种不同口味的啤酒。在售出的啤酒当中，黑啤酒尤受欢迎。售出的啤酒中有60%是黑啤酒，因为它苦中带甜，很适合中国人的口味，由此黑啤酒具有很大的发展潜力。
中国的啤酒只有一百多年的历史，且一开始为淡色熟啤居多，黑啤酒在中国的发展时间较短。近年来发展的速度有加快的现象。从2003年开始，中国取代美国成为全球最大、也是竞争最激烈的市场，加入WTO之后，进一步开放的中国市场逐渐融入到了世界经济的均衡游戏中，外资对于中国市场化的走向进一步确定。
进入2005年，外资进入中国啤酒业的步伐更为快速：合资公司华润雪花啤酒4月11日以1.25亿人民币收购阜阳市雪地啤酒；青岛啤酒当天也宣布公司董事会已批准美国安海斯-布希公司（AB公司）在青岛啤酒的股权比例将由原来的9.9%增加至27%，成为青岛啤酒最大的非政府股东；4月18日，全球啤酒著名品牌“喜力”在上海签约收购了“苏啤老大”-大富豪公司40%的股份；同期，燕京啤酒也抛出全国发展新策略：公司正瞄准华东及华南啤酒市场，今年起拟斥资3亿至5亿元人民币用作收购，预期今年落实一至两个项目。比利时英特布鲁、英国纽卡索、荷兰喜力、丹麦嘉士伯、日本朝日等跨国啤酒巨子也通过各种形式介入了中国啤酒产业，这和黑啤酒的风味受广众喜爱有关[6]。
例如沈阳啤酒厂，沈阳啤酒厂已有48年的历史，生产的主要品种是：11°啤酒、高浓度黑啤酒。开始职工200多人，后来增加到900多人。1948年11月2日沈阳解放。1949年沈阳啤酒厂生产了啤酒1545t；1952年啤酒产量达到21697t，工业总产值为625万元。1979年突破4万吨大关44290t），比1978年增长13.48%[7]。
2006年以来，我国啤酒市场波澜起伏、竞争异常激烈，上演了一幕幕惊险的啤酒竞争话剧。抵御市场风浪，实施企业集团化战略目前我国啤酒企业大多数是“小、散、弱、差”，与国外的啤酒企业相比，我国的啤酒企业充其量就像浅海中飘荡的一支支“小灿板”。面对洋品牌进一步扩大市场份额的严峻挑战，巫须加速我国大企业啤酒集团的扶持和壮大，发挥资源优势，提高竞争能力[8]。
1.3黑啤酒的营养价值及功能性
1.3.1营养价值
黑啤酒的营养成份相当丰富，除含有一定量的低分子糖和氨基酸外，还含有维生素C，维生素H，维生素G等。其氨基酸含量比其它啤酒要高3~4倍而且发热量很高，每100mL黑啤酒的发热量大约为100kcal。黑啤酒属于保健酒类，研究表明，它能促进食物的消化吸收，减少对肝的刺激，其有效成分易于被人体吸收，能增强人体的免疫能力。因此，人们称它是饮料佳晶，享有“黑牛奶”的美誉[9]。
1.3.2啤酒花的药理作用
在13世纪的欧洲，啤酒花像其它一些草本植物，如迷迭香、西洋薯草、胡荽和沼泽长春花等一样开始被作为草药来使用。《本草纲目》记载，啤酒花性苦，微凉，有健胃、安神、化痰止咳、抗结核菌等功能。《食物中药与便方》中记载，啤酒花对多种细菌有抑制作用，并有镇静及雌激素样作用。在民间，啤酒花多用于泡茶，有健胃、明目、解渴、降压、止咳、利尿、镇静等作用，药用部分为绿色的果穗，已制成酒花素片、酒花素乳剂、啤酒花浸膏片等使用[10]。
抗肿瘤作用：一系列来自动物实验研究表明，啤酒花具有阻止癌症发生，可以对血浆氧化提供明显地保护作用。啤酒花中的含异戊二烯基的类黄酮化合物，特别是黄腐酚和异黄腐酚，在体外试验中呈现出明显生理活性，对乳腺癌细胞（MCF-7）、结肠癌细胞（HT-9）和卵巢癌细胞（A-2780）具有抗增殖和抑制细胞毒素的作用，在0.1~100μmol/L浓度下抑制的程度与浓度相关，作用机理是经由抑制DNA系统的合成[11]。
降血糖功能：研究发现，啤酒花中的一些成分具有降低血糖，抑制糖尿病发生的作用。啤酒花中的异α-酸可以阻止肥胖和II型糖尿病的发生，改善脂质代谢功能，抑制动脉硬化发生[12]。
1.3.3美容作用
黑啤酒不仅味道浓郁，口感甘醇，而且还是一份护肤佳品。在德国，很多女性都都用黑啤酒来滋养肌肤。
黑啤酒主要能给皮肤保湿、提供养分和收缩毛孔。这是因为，黑啤酒虽然也是经谷物发酵酿制而成的，含有一些活性酶以及氨基酸、维生素等营养成分，但与其他啤酒相比，其酒花含量更多，更具滋补效用。一方面能够分解皮肤的油脂和角质，从而起到收缩毛孔的作用；另一方面，啤酒中富含的营养素可以滋养皮肤，并在皮肤表层形成一层黏膜，减少水分的流失。
1.3.4保健作用
黑色啤酒还有保健作用，可有效预防老年性白内障在加拿大，一项动物和实验室的综合研究显示，适量饮用啤酒，特别是一杯烈性黑啤酒，可能会预防白内障的发生。伦敦西安大略大学生物化学的一位教授说，浓的、黑色淡啤酒或烈性黑啤酒，含有大量的抗氧化剂，而抗氧化剂看来可以防止白内障的发生。科学家还说，在动物模型中，抗氧化剂可以减少大约50%的白内障发生机会。在老鼠的晶状体试验中，发现抗氧化剂和啤酒中保护晶状体细胞的抗氧化剂作用相似。晶状体细胞中线粒体的损伤会导致白内障发生几率增加。
1.4黑啤酒与红啤酒的比较
黑啤酒与红啤酒的比较[13]（如表1.1）

表1.1 黑啤酒与红啤酒的比较

黑啤酒
红啤酒
色度

国家标准规定
色度应>40EBC单位

色度在15~40EBC之间

原料

焦香麦芽为主，辅以浅色麦芽、大米、酒花。
类似黑啤酒，香气也以麦芽香为主，但较黑啤酒为淡。

市场上的品种类型

一种是麦芽香气突出，口味浓醇，酒的浓度也较高一般原麦汁浓度在14°上；另一种是以“圣泉”为代表的黑啤酒，从口味上符合目前消费者偏好淡爽型啤酒的特点，但麦芽的焦香味突出，口味清爽，啤酒的浓度低一些，原麦汁浓度为10°。

目前市场上推出的几种品牌的红啤酒，多数为添加了一些果汁或提取物的啤酒。

感官
色泽多呈红褐色乃至黑褐色，有焦麦芽特殊的香味，口味浓醇、泡沫细腻，这里所讲的香味是一种焦香味，但不是焦糊味。
色泽呈红棕色或红褐色；麦芽香气突出，口味醇。
1.5黑啤酒酿制
黑啤酒原料配比[14]，如表1.2
1.5.1工艺流程
生产黑啤酒的传统工艺，一般是采用一定比例的焦香麦芽、黑麦芽，与浅色麦芽一起，采用二次或三次煮出糖化法进行糖化，制得工艺标准要求的深色麦汁，直接进行发酵酿制而成。
黑啤酒生产工艺流程图如图1.1

表1.2 黑啤酒配料表
添加量 含量
浅色优级麦芽 35%
浓色麦芽 35%
焦糖麦芽 8%
黑麦芽 2%
大米 20%
酒花 0.07~0.09%
焦糖色适量 适量

图1.1黑啤酒生产工艺流程图

1.5.2操作要点
（1）着色麦芽的制取
黑色啤酒酿造成败的关健之一是着色麦芽的制取，它关系到黑啤酒的外观色调及口感、质量，这是目前我国众多啤酒生产厂家深感棘手的难题[15]。
浓色麦芽的制取：先用发芽率在95%以上、蛋白质含量为11%左右的大麦，控制其浸麦度在45~48%，发芽7~8天之间，使其充分溶解后置于干燥炉中干燥，焙焦温度为105~110℃，当麦粒呈黄褐色即可。所获得的浓色麦芽水分≤3%，色度13EBC单位，它在黑啤酒中起着良好的着色作用，并使之具有强烈的麦芽香味。
焦糖麦芽的制造：最终所获得的焦糖麦芽色度在120EBC~140EBC单位，具有浓郁的焦香味，能增进黑色啤酒的醇厚感，并产生较强的麦芽香味。
首先用筛选过的浅色干麦芽，加20℃左右的水浸渍12h，然后捞出沥干，放入炒麦机内，缓慢升温至65℃，保温2h~2.5h，再升温至110~120℃焙焦至麦皮呈深黄色、胚乳呈乳白色即可。
黑麦芽的制造流程图（如图1.2）：

图1.2黑麦芽的制造流程图

最终所获得的黑麦芽色度为1200EBC~1500EBC单位，可增加黑啤酒的色度和焦香味。
（2）麦汁制取
大米糊化：在糖化锅中将充分粉碎的大米和水按1:5的比例混合，以每吨大米添加150~200mL的量加入液体耐高温淀粉酶，混匀，加温至50℃时保持10min然后再升温至70℃时保持15min。这样在淀粉酶的作用下，大米粉被分解为可溶性的糊精和可发酵性糖。接着再升温至100℃保特30min，其目的主要在于对淀粉细胞壁的破坏和击碎细胞中蛋白质颗粒[16]。
糖化：将粉碎的麦芽投人糖化锅中，加入4倍量的水和麦芽用量150ppm的甲醛，按每吨投料水加入120g石膏，混匀，然后将大麦粉混合液升温至35℃，按每吨糖化醪液加40~200mL含量大于80℃以上的乳酸调pH值到5.2~5.3，再添加140mg/L的市售CONVERTASE GAP复合酶，保温30min，使麦芽成分和各种酶进行溶解混合，控制温度为50℃，40min后泵出33%的浓醪到糊化锅中煮沸10~20min，在糖化锅中残留醪继续保持50℃，使蛋白质在蛋白分解酶的作用下，转变成肽类及氨基酸等成分。糊化锅中的煮沸醪又一次返回后，使全醪温度达65℃，维持70min。再取糖化锅33%的稀薄液体部分泵入到糊化锅，煮沸15min后，然后泵回糖化锅中，控制混合醪温度为77~78℃，以破坏多余的酶，避免这些酶对形成黑色啤酒泡沫性能和口味醇厚物质的过度分解。
麦汁的过滤：将糖化后的77~78℃的热麦汁混合醪进行过滤，控制其过滤时间在1.5h之内，要求过滤得越干净越好。将热麦汁煮沸控制煮沸强度为8~10%，然后在煮沸后的10min第一次加入酒花的1/4，沸后30min再加入酒花的1/4，最后在煮沸终前的10min将剩余的香型酒花加入。
（3）发酵
酵母选择及使用：发酵使用下面酵母，严格控制酵母代数为2-3代，在进第一批麦汁时添加酵母，酵母接种量控制在满罐酵母数(15±2)×106个/mL。由于发酵过程中酵母吸附较多的色素物质，影响酵母细胞壁的通透性，因此，酵母使用之后即排放掉，不再回收使用[17]。
工艺控制：麦汁满罐后，自然升温至9.5℃进行主发酵，当外观糖度降至4.5°BX时排杂封罐，保压0.08Mpa；当糖度降至3.5°BX时，升温至12℃，升压至0.12Mpa，进行双乙酰还原处理，直至双乙酰降至0.08mg/L时，以0.3℃/h降温至0℃贮酒，后贮酒时间为15-20d 。
（4）发酵罐
发酵罐工艺操作条件[18](如表1.3)：
发酵罐类型：
①按微生物生长代谢需要分类：发酵罐分为好气的和厌气的；
②按发酵罐设备特点分类：分为机械搅拌通气发酵罐和非机械搅拌通气发酵罐；
③按容器分类：实验发酵罐（500L以下），中试发酵罐（500~5000L）,生产规模发酵罐（5000L以上）；
④按操作方式分类：分为分批发酵和连续发酵。
表1.3发酵罐工艺操作条件表
监控项
条 件
温度
25~40℃
压力
0~1.0kg/cm2（表压）
灭菌条件
温度100~140℃ 压力0~3kg/cm2（表压）
pH
2~11
需氧量
0.05~0.3kmol/m3h
KLa
100~1500h-1
发酵罐特征：
①发酵液中产物浓度很低，产物浓度低，其提取费用就较高；
②纯种培养的要求，增加了设备和管道严密性的难度，故制造发酵罐的费用比较高；
③周期性的采用蒸汽灭菌，加上不同产品要求的酸碱度不同，就对制造发酵罐的材料提出一些特殊要求；
④现代发酵罐上的检测传感器和自动控制仪表已经广泛采用，已成为必不可少的辅助设备。
1.6黑啤酒质量标准和检测结果
黑啤酒质量标准和检测结果[19]
黑啤酒质量标准和检测结果表如表1.4
1.7著名黑啤酒简述
1.7.1国外黑啤酒
（1）德国巴克黑啤酒
品种包括：普通巴克黑啤酒、浓色巴克黑啤酒、慕尼黑拉格型巴克黑啤酒和淡色巴克，包括德国冰黑啤和德国小麦巴克黑啤[20]。德国巴克黑啤时一种浓郁、麦芽味较重、呈棕色的德国lager啤酒，它们常常在秋天或冬天酿造而在春天消费。
（2）德国冰黑啤
这是一种lager型啤酒，它是把浓色德国巴克黑啤酒在发酵过程完成后加以冷冻，然后除去水结成冰。它比一般啤酒甜，口味重且酒精度较高。代表性的德国黑啤酒产品是“库尔姆巴歇帝国酿造厂的帝国冰黑啤”。

表1.4 黑啤酒质量标准和检测结果表
检验项目
技术要求
实测结果
判定
外观
无明显悬浮物和沉淀物
无明显沉淀物
合格
泡形态
泡沫洁白细腻, 挂杯
泡沫洁白细腻, 挂杯
合格
泡持性，(S)
≥210
219
合格
色度，(EBC)
≥80. 0
82.2
合格

香气和口味
具有明显的麦芽香气，口味纯正， 爽口，酒体醇厚, 柔和，杀口，无异味
有明显的麦芽香气，口味纯正，酒体醇厚，较杀 口，无异味

合格
酒精度，(%)
≥4.3
5.3
合格
原麦汁浓度，(%)
16.5±0.5
16.3
合格
总酸， mL/ 100mL
≤3.0
2.6
合格
双乙酰， mg/L
≤0.14
0.13
合格
酵母数，个/ mL
≥300
350
合格
肠菌群，个/100m
≤3
＜3
合格
（3）英国老黑啤
这是一种中等强度的英式黑啤酒，又可称为“斯托克艾尔啤”。之所以称其老式啤酒时因为几个世纪前，人们习惯把“淡味艾尔啤酒”后熟一年甚至更长时间才畅饮而得名。
（4）英国波特黑啤酒
它是采用富格尔英国酒花和挑战者英国酒花酿造的。黑麦芽风味占了主导地位，但在酒体和麦芽特征方面要比司陶特黑啤淡。
1.7.2中国三大黑啤品牌
（1）新疆黑啤；
（2）麦城黑啤；
（3）青岛黑啤。
1.8黑啤的生产实例
1.8.1司陶特型纯生黑啤酒生产实例
（1）工艺流程[21]（如图1.3）
麦 糟
酒花制品
煮 沸
过 滤
糖 化
粉 碎
原 料
成 品
发 酵
冷 却
旋 锅
酒花糟
氧 气
酵 母

图1.3司陶特型纯生黑啤酒生产工艺流程图

（2）操作要点
①糖化过程升温速度不得过快，一般应控制在0.5~1℃/min ，同时控制搅拌转速；
②根据酿造用水水质报告,可以加入石膏、乳酸、甲醛等以改良水质；
③糖化过程结束后，将糖化醪泵入过滤槽之前，过滤槽内应加入适量温水(最好76℃左右)；另外，泵送终止，立即加入适量温水于糖化锅内，将糖化锅与过滤槽之间管道内残留的糖化醪顶入过滤槽，以免将过滤后的麦汁经过薄板冷却器打入发酵罐时，残留的糖化醪的麦糟堵塞薄板冷却器，从而影响操作进度；
④糖化醪在过滤槽中静止10min后，开泵回流5~10min至澄清，收集滤液；
⑤洗糟水温度75~78℃；洗糟水残糖低于4.5Bx；
⑥麦汁煮沸时间为1.5h；
⑦酒花制品(颗粒或浸膏)分二次添加，第一次添加是沸后30min，第二次添加是煮沸终了前8min。
⑧旋涡沉淀静止0. 5h，排酒花糟。
（3）发酵工艺[21]
①发酵工序各设备管路使用前应严格清洗灭菌(4~6%热碱水、甲醛或二氧化氯)；
②发酵罐采用不锈钢锥形罐，侧壁夹套式冷却，旋转式喷淋洗涤球，温度数显表，压力表及恒压取样器等；
③采用德国纯种上面酵母，酵母接种量为0.5~1%；
④适当增加通气量，确保酵母迅速生长繁殖，保持其活性；
⑤接种温度为12~16℃，主发酵温度为14~18℃。
⑥糖度降至3.5~4.0Bx时关闭排气阀，封罐升压。升压至0.15Mpa，保持5d；
⑦首先以0.3~0.5℃/hr的速度降温，降温至5℃时保持1d。然后以0.1℃ / hr的速度降温至0~- 1℃，保持5d后发酵成熟；
⑧发酵时间一般为14~20d；
⑨保持压力0.15Mpa，若压力低于此值，及时用CO2补压。
1.8.2 14°P全麦芽黑啤酒酿造实例
（1）焦香麦芽的制作方法
将回潮成品淡色麦芽水浸8~10 h，捞出沥干。然后装人转筒式炒炉，缓慢升温至50~55℃保持60min，使蛋白质分解，再升温至65℃~70℃保持 60min，然后在30min内升温到170~200℃维持15~20min。使之产生类黑精物质，再用文火炒20~30 min，直至麦芽外观完全符合规定的标准[22]。
（2）黑麦芽的制作
将干麦芽加水浸渍6~8h，沥干后，装人炒炉，缓慢升温至48~52%维持30-40min，进行蛋白质分解。然后升温至65~68℃，进行20~30min的糖化，再在30min内加热至160~180℃。随后加热至200~210℃保持30min。当闻到浓郁的焦香气味时，再加热麦芽至220~230℃保持10~20min，即可出炉摊冷。
（3）麦汁制备
原料配比（如表1.4）
原料粉碎：淡色麦芽采用湿法粉碎，要求谷皮破而不碎；焦香麦芽和黑麦芽粉碎时，需适度喷水，要求粉碎得粗细均匀。

表1.4 麦汁制备原料配比表
原料
添加量
淡色麦芽
60%
焦香麦芽
10%
黑麦芽
30%
料水比
1:(3.0~3.5)
糖化：采用二次煮出糖化法。具体操作过程为原料粉碎后投入糖化锅中，用食用级磷酸调pH为5.3。投料品温为35℃，保持20min将60~65%的醪液泵至糊化锅，加热至50℃保持15~20 min，进行蛋白质休止。随后加热至64℃保持15~25min，再升温至70℃保持20min。迅速加热醪液至微沸，保持25min。后泵回糖化锅，与糖化锅中的原醪合并，使醪液温度为62~64℃保持10~25min。再次将33%的醪液泵至糊化锅，加热至68℃保持15~25min。迅速加热至沸，保持20min，随后泵回糖化锅，与原醪混合后要求品温达到76%，保持10min灭酶，检测碘反应是否完全。
麦汁过滤：将糖化醪泵入过滤槽后，静置l5~20min。第一麦汁浓度为17.5%左右，洗糟水温度控制为76~78℃，洗糟残液含糖为0.8~1.5%，混合麦汁浓度为12.5%。
麦汁煮沸：煮沸强度为10~12%，煮沸时间控制在120min以内，酒花分三次添加，总量为0.5%。第一次在煮沸40min后，添加全量酒花的20%，70min后添加全量酒花的30%；第三次在煮沸终了前添加余下的50%酒花。同时可加入0.2%的糖色，以抑制啤酒氧化味的形成，并赋予成品酒良好的光泽和特有的焦香味，煮沸后定型麦汁浓度为（14±0.3）%。
滤酒：采用硅藻土过滤机进行粗滤，因黑啤酒粘度较高，故过滤时硅藻土的用量可适当增加。精滤则采用纸板过滤机，在清酒中加入微量维生素C(约0.02‰) ，可提高成品酒的非生物稳定性及风味稳定性。
（4）成品酒特色
以淡色麦芽、焦香麦芽和黑麦芽为原料酿制的全麦芽黑啤酒，酒体呈棕褐色，具有浓郁的焦香味。口味纯正、柔和、醇厚，无异味，苦味适中，杀口力强。

第二章 工艺总论
2.1 设计依据
内蒙古科技大学数理与生物工程学院下达的毕业设计任务书。
2.2指导思想及设计要求
2.2.1指导思想
生物工程产业化装置是由若干个单元设备以系统的、合理的方式组合起来的整体。过程设计依据生物工艺条件，选择合理的原料，确定经济和安全的途径，使之生产出符合一定质量的生物技术产品。
2.2.2生物工程设计必须满足下列要求
（1）生物技术产品的数量和质量指标；
（2）必须进行工艺流程优化和参数优化，达到经济的使用资金、原材料、公共设施和人员；
（3）必须充分考虑各种明显的和现在的危险，保证生产人员的健康和安全，如生物反应器等压力容器，易燃、易爆挥发性溶剂的管理以及基因工程菌的微生物扩散等；
（4）符合国家和地方环境保护法规，按照工业生态学和减少原料及能量的使用，物料的多层多级综合利用和废弃物资源化循环利用的“3R”原则，达到清洁生产；
（5）保证整套系统不仅可以正常操作，而且也能满足开停车等非常规操作；
（6）保证系统能适应和外部扰动的影响，达到整套系统的可控性。
注：生物工程设计是一个多目标的优化问题，不是只有唯一正确的方案，设计人员必须不断的将科学技术上最新成就应用到过程设计，充分考虑工艺技术、经济和资源环境等方面的相互矛盾的因素，根据设计要求构思各种可能的的方案，反复比较、判断和选择处一种理论上可靠，技术上合理，操作上安全，环保上生态的设计方案。
2.3设计参考
参考内蒙古包头市燕京雪鹿啤酒有限公司啤酒的发酵系统。
2.4设计方案
2.4.1生产规模
根据设计任务书，本设计是年产15000t12°黑色啤酒的生产规模。每年生产天数为325d，啤酒发酵周期为20d。
2.4.2产品介绍及生产原理
本设计进行的是啤酒生产过程中的发酵车间设计，发酵环节的原料是糖化车间供应的麦汁，终产物是存入清酒罐的啤酒。
啤酒发酵是一个在啤酒酵母体内复杂的生化和物质转化过程，啤酒酵母的主要代谢产物是乙醇和二氧化碳但同时也形成了一系列的发酵副产物，如醇类、醛类、酯类、酮类和硫化物等物质。这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，同时也赋予了啤酒典型的特色。
2.5生产设备选型及操作控制说明
2.5.1生产设备的选型说明
（1）设备结构要求
①设备强度应符合生物工程设备的规范要求；
②设备密封性能好；
③设备防腐性能好，使用年限长；
④设备要便于操作和维修。
（2）技术经济要求
①设