2.6.3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℃）。 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. 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:
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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。
EHrH＝＋2pH（30℃）
0.03 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。 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
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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。 4．圆筒体锥底发酵罐发酵及其工艺:
①发酵方法分类：主要分单酿罐发酵和两罐法发酵两种。本次设计选择单酿罐法发酵。 ②设备的结构特点：
⑴设备的外型特点：外筒体蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。单酿罐一般的D：H=1:1.7-4。发酵罐底角，考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，取排出角60-130°。
⑵罐材料：大型C.C.T均采用碳钢加涂料或是不锈钢两种材料。
⑶冷却夹套：国内C.C.T大多用低温低压（-3℃,0.03MPa）液态冷媒在半圆管，弧形管的夹套，或米勒板式夹套内流动换热。冷却夹套的单酿罐内一般分三段：上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支座15cm向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上排列。
⑷隔热层和防护层：绝热材料常用绝热材料聚酰氨树脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。外防护层采用0.7-1.5mm厚的合金铝板或0.5-0.7mm的不锈钢板，特别是瓦楞型板更受欢迎。
⑸罐主要附件：智能型铂温度传感器，清洗取样阀，安全阀，真空破坏阀，CIP执行机构，上视镜，灯镜，空气和二氧化碳排出管装置。
③圆筒体锥底发酵罐发酵工艺： ⑴进罐方法
采用直接进罐方法。
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⑵接种量和起酵温度
麦汁直接进罐法，为了缩短起酵时间，大多采用较高接种量，0.6%～0.8%，接种后细胞浓度为（15加或减3）×106个/ml。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度2～3℃。目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。 ⑶主发酵温度 采用低温发酵 ⑷VDK还原
在大罐发酵中，后发酵一般称VDK还原阶段。VDK还原初期一般不排放酵母，也就是发酵全部酵母参与VDK还原，这可缩短还原时间。 ⑸冷却、降温
VDK还原终点是根据成品啤酒应VDK的含量而定。 ⑹罐压控制
利用N2备压0.6～0.8Mpa。 ⑺酵母的排放和收集 酵母回收循环使用五代。 2.6.4 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
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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℃）
2.7 啤酒过滤
2.7.1 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。
2.7.2 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
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