嫌气发酵

第二章嫌气发酵设备

微生物发酵分嫌氧和好氧两大类，故发酵设备也分为两大类。酒精、啤酒及丙酮、丁醇溶剂等属于嫌氧发酵产品；谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗生素等属于好氧发酵产品，在发酵过程中需不断通入无菌空气。

嫌氧发酵产品的典型代表是酒精和啤酒。酒精发酵罐具有通用性，其可以用于其它嫌氧发酵产品的生产，如丙酮、丁醇等有机溶剂。而啤酒发酵设备则具有专用性。酒精既可以在食品、医药等方面应用，又可以作为生物能源物质，成为酒精燃料。

淀粉首先要经过酶的水解，转化成葡萄糖，然后在细胞质进行糖酵解，糖酵解生成丙酮酸。此时如果进行无氧呼吸，则不完全分解生成酒精和二氧化碳；如果有氧则进入线粒体进行有氧分解代谢，生成二氧化碳。酵母菌是兼性厌氧，有氧，无氧都可以进行新陈代谢。

第一节酒精发酵设备

一、对酒精发酵罐的要求

（1）及时移走热量：在酒精发酵过程中，酵母将糖转化为酒精，欲获得较高的转化率，除满足生长和代谢的必要工艺条件外，还需要一定的生化反应时间，在生化反应过程中将释放出一定数量的生物热。若该热量不及时移走，必将直接影响酵母的生长和代谢产物的转化率；

（2）有利于发酵液的排出；

（3）便于设备的清洗，维修；

（4）有利于回收二氧化碳。

二、酒精发酵罐的结构

1．罐体

筒体为圆柱形，底盖和顶盖为锥形和椭圆形。为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。罐顶装有人孔，视镜，CO2回收管，进料管，接种管，压力表及测量仪表接口管等。罐底装有排料口和排污口，罐身上下部有取样口和温度计接口，对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往需在罐底装有人孔。

2．换热装置

换热装置，对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁面进行膜状冷却；对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇罐，和罐外壁喷洒联合冷却装置；为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。

3．洗涤装置

酒精发酵罐的洗涤，过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且二氧化碳一旦未彻底排除，工人入罐清洗会发生中毒事故。因此，采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动条件和提高了操作效率。水力洗涤装置如图6-46所示。

洗涤水入口

图6-46 发酵罐水力洗涤器

对于>20m3的酒精发酵罐，采用φ36×3mm的喷水罐，

管上开有φ4×30个小孔，两头喷嘴直径9mm。

上述这种水力洗涤装置，在水压力不大的情况下，水力喷射强度和均匀度都不理想，以至洗涤不彻底，大型发酵罐尤其明显。因此，可采用高压强的水力喷射洗涤装置

它是一根直立的喷水管，沿轴向安装于罐的中央，在垂直喷水管上按一定的间距均匀地钻有4-6mm的小孔，孔与水平呈20度角，水平喷水管借活接头，上端和供水总管，下端和垂直分配管相连接，洗涤水压为0.6-0.8MP.水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出，使其以每分钟48—56转自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处，而垂直的喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体四壁和罐底.因此，约5分钟时间可完成洗涤作业。洗涤水着用废热水，还可提高洗涤效果。

酒精发酵罐工作时，罐内不同高度的发酵液中CO2含量有所不同，发酵液中形成一个CO2含量的浓度梯度，一般罐底液层气泡密集程度较高，发酵液相对密度小，罐上部液层CO2气泡密集程度较低，发酵液相对密度大，于是相对密度小的底部发酵液就具有上浮的提升力，同时，上升的二氧化碳气泡对周围的液体也具有一种拖曳力，这拖曳力和液体上浮的提升力相结合就构成气体搅拌作用，使罐内发酵液不断循环混合和热交换。

第二节啤酒发酵设备

啤酒发酵是一个复杂的生化和物质转化过程。传统啤酒是在正方形或长方形的发酵槽（或池）中进行的，设备体积仅在5～30m3，啤酒生产规模小，生产周期长。20世纪50年代以后，由于世界经济的快速发展，啤酒生产规模大幅度提高，传统的发酵设备以满足不了生产的需要，大容量发酵设备受到重视。迄今为止，使用的大型发酵罐容量已达1500吨。大型化的目的主要有两方面：由于大型化，使啤酒的质量均一化；由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低了主要设备的投资。

目前使用的大型发酵罐主要是立式罐，如奈坦罐，联合罐，朝日罐等。圆柱锥形发酵罐是目前世界通用的发酵罐。我国自20世纪70年代中期，开始采用室外圆柱体锥形底发酵罐发酵法（简称锥形罐发酵法），目前国内啤酒生产几乎全部采用此发酵法。由于发酵罐量的增大，清洗设备也有很大进步，大多采用CIP自动清洗系统。

啤酒发酵器的变迁过程：

啤酒发酵器的变迁过程，大概可分三个方向：

①发酵容器材料的变化。容器材料由陶瓷向木材→水泥→金属材料演变。现在的啤酒生产，后两种材料都在使用。我国大多数啤酒发酵设备容器为内有涂料的钢筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不锈钢。

②开放式向密闭式转变。小规模生产时，糖化投资量较少，啤酒发酵容器放在室内，一般用开放式，上面没有盖子，对发酵的管理、泡沫形态的观察和醪液浓度的测定比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，投资量越来越大，发酵容器已开始向大型化和密闭化发展。从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。开放发酵便于撇取，密闭容器人孔较小，难以撇取，可用吸取法分离泡盖。

③密闭容器的演变。原来在开放式长方形容器上面加穹形盖子的密闭发酵槽，随着技术革新过渡到用钢板、不锈钢或铝制的卧式圆筒形发酵罐。后来出现的是立式圆筒体锥底发酵罐。这种罐是二十世纪初期瑞士的奈坦发明的，所以又称奈坦式发酵罐。

啤酒发酵流程：

啤酒生产过程主要分为：制麦、糖化、发酵、罐装四个部分。

制麦：麦芽由大麦制成。大麦浸渍吸水后，在适宜的温度和湿度下发芽，发芽时产生各种水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，这些酶可将麦芽本身的蛋白质分解成肽和氨基酸，将难溶性淀粉分解成用于酿造工序的糊精和麦芽糖等低分子物质。发芽到一定程度，就要中止发芽，经过干燥，制成水分含量较低的麦芽。

糖化：把麦芽在滚筒碾碎机中碾碎，原料粉碎后，增加了比表面积，可溶性物质容易浸出，有利于酶的作用，使麦芽的不溶性物质进一步分解。粉碎后的麦芽注入热水混合，旋转入糊化锅中混合。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，利用麦芽本身的酶制剂，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"。为了降低生产成本，还可以加入一定比例的大米粉作辅料。

制成的麦芽醪，被送至称作分离塔的滤过容器进行过滤，去除其中的麦芽皮壳，将麦芽醪中从原料溶出的物质与不溶性的麦糟分离以得到澄清的麦芽汁。将麦芽汁输送到麦汁煮沸锅中，并加入酒花。煮沸的目的主要是稳定麦汁的成分，其作用有：酶的钝化、麦汁灭菌、蛋白质变性和絮凝沉淀、水分蒸发、酒花成分的浸出等。酒花是一种植物的花，加入到啤酒中，可使啤酒带有特有的酒花香味和苦味，同时，酒花中的一些成分还具有防腐作用，可延长啤酒的保藏期。在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去除不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。

冷却、发酵：迅速冷却，降低麦汁温度，使达到适合酵母发酵的要求。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。

发酵：传统工艺分为前发酵和后发酵，分别在不同的发酵罐中进行，现在流行的作法是在一个罐内进行前发酵和后发酵。前发酵主要是利用酵母菌将麦芽汁中的麦芽糖转变成酒精，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。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。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）。后发酵中剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，产生一些风味物质，排除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的成熟。这一期间，控制一定的罐内压力，使后发酵时产生的二氧化碳保留在啤酒中。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。

啤酒发酵原理：两个代谢途径

1. EMP—TCA循环有氧呼吸，产生酵母繁殖所需能量

C6H12O6 + 6O2+ 38ADP + 38Pi → 6CO2 + 6H2O + 38ATP + 热能（有氧呼吸）合2822kJ

2. EMP—丙酮酸—酒精发酵途径（人们的目的）无氧呼吸，由葡萄糖发酵生成乙醇

C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4→2CH3CH2OH + 2CO2+ 2A TP + 113kJ 一罐法：主酵期（前期酵母菌在氧气和养料充足的条件下大量繁殖，为第二阶段厌氧发酵打下基础，后期无氧呼吸，消耗掉大部分糖，产生酒精和CO2，及大部分风味物质）、双乙酰还原期（温度比主酵稍高，酵母还原主酵期产生的双乙酰至工艺要求）、降温（降温至储酒温度）、储酒（一般0度以下储酒若干天即可过滤），整个周期快的可以做到10-12天

两罐法：主酵、双乙酰还原、倒罐（将发酵液通过板换降温至另一个大罐，降温时间可大大缩短）、储酒

酵母是真菌类的一种微生物,它把麦芽和大米中的糖分发酵成啤酒，产生酒精、二氧化碳和其他微量发酵产物。这些微量但种类繁多的发酵产物与其它那些直接来自于麦芽、酒花的风味物质一起，组成了成品啤酒诱人而独特的感官特征。有两种主要的啤酒酵母菌："顶酵母"和"底酵母"。用显微镜看时，顶酵母呈现的卵形稍比底酵母明显。"顶酵母"名称的得来是由于发酵过程中，酵母上升至啤酒表面并能够在顶部撇取。"底酵母"则一直存在于啤酒内，在发酵结束后并最终沉淀在发酵桶底部。

在麦汁浸出中糖类约占90%左右。这些糖大部分是低分子糖，酵母可以利用许多单糖，双糖和寡糖，而对聚糖，淀粉，纤维素则不能利用，酵母酵解糖类是按下列顺序进行的。

单糖，葡萄糖，果糖，

双糖，麦芽糖，蔗糖（不同酵母利用程度不同）

三糖，棉籽糖，麦芽三糖（不是所有酵母都能利用）

进入到酵母细胞内的各种可发酵糖，在有氧或无氧条件下均代谢生成丙酮酸。在有氧条件下，丙酮酸有氧分解为两个阶段，首先丙酮酸经过氧化脱羧形成乙酰辅酶A，然后乙酰辅酶A经三羧酸

循环，获得生物能量（38个ATP），生成CO2和H2O，在循环中形成的多种有机酸排泄于发酵液中。乙酰辅酶A也可经其他支路代谢作用，生成酶类和脂肪酸等。丙酮酸在缺氧情况下生成乙醇和二氧化碳。在啤酒发酵过程中，约有96%可发酵糖转化为乙醇和二氧化碳，1.2%—1.5%合成新细胞的碳骨架，2.0%---2.5%转化为其他发酵副产物，这些副产物主要有甘油，琥珀酸，高级醇，乙醛，双乙酰，乙酸，乙酸乙酯等。虽然副产物的量不大，但对啤酒的风味及口味影响却很大，这是特别需要注意的。

一、前发酵设备

传统的前发酵槽均置于发酵室内，大部分为开口式。制造材料：钢板、钢筋混凝土、也有用砖砌、外面抹水泥的发酵槽，形式以长方形和正方形为主。

尽管发酵槽的结构形式和材质各不相同，但为了防止啤酒中有机酸对各种材质的腐蚀，前发酵槽内均要涂布一层特殊材料作为保护层。如果采用沥青蜡涂料作为防腐层，虽然防腐效果较好，但成本高，劳动强度大，且年年要维修，不能适应啤酒生产的发展。因此采用不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料较为广泛，但还未完全符合啤酒低温发酵的要求。

开放式前发酵槽如图6-47所示。前发酵槽的底略有倾斜，利于废水排出，离槽底10~15cm处，伸出嫩啤酒放出管，该管为活动接管，平时可拆卸，所以伸出槽底的高度也可适当调节。管口有个塞子，以挡住沉淀下来的酵母，避免酵母污染放出的嫩啤酒，使嫩啤酒放空后，可拆去啤酒出口管头。酵母即从槽底该管口直接流出。

为了维持发酵槽内醪液的低温，在槽内装有冷却蛇管或排管，前发酵槽的冷却面积，根据经验对下面啤酒发酵罐每立方米发酵液约为0.2m2冷却面积。蛇管内通入的冷水。

密闭式发酵槽具有回收二氧化碳，减少前发酵室内通风换气的耗冷量以及减少杂菌污染等机会的优点。因此，这种密闭式发酵罐已日益被新建的啤酒厂采用。

除了在槽内装置冷却蛇管，维持一定的发酵温度外，也需在发酵室内配置冷却排管，维持室内低温。但这种冷却排管耗金属材料多，占地面积大，且冷却效果差，故新建工厂多采用空调装置，使室内维持工艺要求的温度和湿度。

二、后发酵设备

下酒是指将嫩啤酒从主酵间导入后酵间。后酵罐有两种，分为立式罐和卧式罐，立式罐一般与锥形罐相差不多，只不过锥角大了许多，而实际上卧式罐有操作便利的优势，应用较多，为降温方便和节省空间，它有很多种排列方式。理想的下酒方法是，先用水排出贮酒罐内的空气，再用CO2将水压出。使下酒的嫩啤酒尽量不与氧接触，防止酒的氧化。

后发酵槽又称贮酒罐，该设备主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒的稳定，澄清和成熟。

后发酵设备的工艺要求：贮酒室内要维持比前发酵室更低的温度，一般要求0~2℃，特殊要求达-2℃左右；后发酵过程残糖较低，发酵温和，产生发酵热较少，故槽内一般无须再装置冷却蛇管；后发酵的发酵热借室内低温将其带走，因此贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前酵室。室内低温的维持，是借室冷却排管或通入冷风循环而得。后者比前者应用更广。

后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式。

工厂大多采用卧式。由于发酵过程中需要饱和二氧化碳，所以后发酵槽应制成耐压0.1-0.2Mpa 表面的容器。后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤酒接管、排出二氧化碳接管、压缩空气接管、温度计压力表和安全阀等附属装置。

后发酵槽的材料，近几年来采用碳钢与不锈钢压制的复合钢板制作酒槽。该材料保证酒槽的安全、卫生和防腐性，并且造价比不锈钢的低。

为改善后酵的操作条件，较先进的啤酒厂将贮酒槽全部放置在隔热的贮酒室内，维持一定的后酵温度。毗邻贮酒室外建有绝热保温的操作通道，通道内保持常温，开启发酵液的管道和阀门都接通到通道里，在通道内进行后发酵过程的调节和操作。贮酒室和通道相隔的墙壁上开有一定直径和数量的玻璃窥察窗，便于观察后发酵室内部情况。

三、新型啤酒发酵设备

为了适应大生产的需要，近年来世界各国啤酒工业在传统生产基础上作了较大改进，各种形式的大容量发酵设备应运而生。在国际上，啤酒工业发展的趋势是改进生产工艺，扩大生产设备能力，缩短生产周期和使用电子计算机等仪器进行自端控制，使啤酒工业出现了－次革命。我国的啤酒工业从80年代开始，也发展迅速。大容量发酵设备及及其发酵工艺等新技术得到推广，大容量发酵罐已在新老厂中应用广泛。

1．圆筒体锥底罐（C.C.T.）

①锥底罐是密闭罐，既可作发酵罐，又可作贮酒罐。密闭可回收二氧化碳，下面、上面发酵均适用；也可用二氧化碳洗涤，除去生青气味，促进啤酒的成熟。

②自身有冷却装置，可有效地控制发酵温度；尤其是锥底部有冷却夹套，便于回收酵母。

③有自动清洗设备，卫生条件好，染菌机会少，有利于无菌操作，既节省生产费用，又降低了劳动强度。

④由于是加压密闭发酵，减少了酒花苦味质的损失，可降低酒花使用量15％左右。

⑤易于实现自动化。

其缺点及改进措施是：

①酒液澄清慢，尤其在麦芽汁成分有缺陷，或酵母凝集差时，影响过滤，排酵母时酒液损失大。

②主酵时产生大量泡沫，罐利用率只有80％～85％。因此，应适当降低麦汁含氧量，以减少泡沫的形成，一般麦芽汁浓度在80Bx时，含氧量可控制在5～8 mg／L；100Bx时溶解氧可控制在6～8mg／L；120Bx时溶解氧可降低到4～5mg／L；才不致出现窜沫现象。

③锥底罐液层高，由于流体静压的关系，二氧化碳在酒内形成浓度梯度，液面和底部的二氧化碳含量相差很大，以致酒内二氧化碳含量不均匀。

圆筒体锥底罐可以用不锈钢板或碳钢制作，用碳钢材料时，需要涂料作为保护层。

（1）结构

筒身圆柱形，顶盖椭圆形，底盖锥形。圆筒体锥底罐其直径D与圆筒体高度H之比范围较大，根据实践经验D：H＝1：（2～6）均可取得良好的发酵效果。一般罐体不宜过高，特别在未设酵母离心机的情况下更是如此，不然，酵母沉降困难而影响过滤。按国内目前设备情况，控制直径与圆筒高度之比在1：（2～4）是恰当的。发酵罐锥底角，考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，取排出角为73~75°。对于贮酒罐，因沉淀物很少，主要考虑材料利用率常取锥角为120~150°。

已灭菌的新鲜麦汁与酵母由底部进入罐内；最终，沉积在锥底的酵母，可以通过打开锥底阀排出。

罐的上部封头设有人孔、视镜、安全阀、压力表、二氧化碳排出口、真空阀；（如果采用二氧化碳为背压，为了避免用碱液清洗时碱和罐内残存的CO2反应形成负压，或放料速度过快而生成真空，可以设置真空阀；安全阀为必备，防止罐内压力超过容器所允许的最高压力。安全阀和真空阀多采用重锤式，但实际使用时易生绣，反应不灵敏。目前有实践证明可以用呼吸阀替代安全阀和真空阀。呼吸阀过去多用于管路目的是备压和回收CO2。以往是分散布置在罐顶上，制造和安装质量不易保证。近年均采用集中布置，即将所有的附件都布置在DN600mm的人孔盖上。这种组件现已有专业厂家生产，安装方便又可保证质量。）

罐内上部装有不锈钢可旋转喷射洗涤器，具体位置要能使喷出水最有力地射到罐壁结垢最厉害的地方。

罐中、下部及罐底各配有数条带形冷却夹套，冷却套分为2-3段，很大的罐可分为四段；上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支撑裙座15cm向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上排列。

在罐底装有净化的CO2充气管（在啤酒后发酵过程中饱和CO2）；CO2气体由罐顶排出；

罐身装有取样管和温度计接管。

（2）冷却

这种发酵设备一般置于室外。发酵最旺盛时，使用全部冷却夹套，维持适宜的发酵温度。先进

的圆筒形椎体罐均采用换热片式(爆炸成型)一次性冷媒直接蒸发式换热，一次性冷媒(如氨蒸发温度为-3~-4℃)蒸发后的压力在1.0MPa~1.2MPa，也就是说换热片需耐高压，制作困难。国内大多用低温低压(-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。

由于啤酒冰点温度为-2.0~-2.7℃。为了防止啤酒在罐内局部结冰，冷媒温度应在-3℃左右。国内常用20％~30％酒精水溶液，国内更多用20％丙二醇水溶液为二次冷媒。一次冷媒常用NH3。(3)对流

C．C．T发酵由于罐高度要大于传统5~10倍，发酵液对流的三个推动力得到强化。①发酵罐底部产生CO2汽泡上升，对发酵液拖曳力大。②在发酵阶段，由于底部酵母细胞浓度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部间密度差而造成对流。②在发酵时控制罐下部温度高于上部(差1~2℃)，由于温差引起热对流，特别在发酵后期第一、二推动力减小后，温差对流更能发挥作用。

为了加强冷却时酒液的自然对流，在发酵后期，并可以用二氧化碳洗涤以除去酒液中的酒味，或人工充二氧化碳。可以在发酵罐顶部设二氧化碳回收总管，送二氧化碳站处理；然后，在发酵罐底部高于酵母层的位置上设置二氧化碳喷射环送入高纯度二氧化碳。

大型发酵罐和贮酒设备的机械洗涤，现在普遍使用自动清洗系统。该系统设有碱液、热水罐、甲醛溶液罐和循环用的管道和泵。洗涤剂可以重复使用，浓度不够时可以添加。使用时先将50-80℃的热碱液用泵送往发酵罐，贮酒罐中高压旋转不锈钢喷头，压力不小于(3.92-9.81)×105Pa，使积垢在液流高压冲洗下迅速溶于洗涤剂内，达到清洁的效果。洗涤后，碱液流回贮槽，每次循环时间不应少于5min，而后，再分别用泵送热水，清水，甲醛液，按工艺要求交替清洗。

2．联合罐：

联合罐在发酵生产上的用途与锥形罐相同，既可用于前、后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。因而它适合多方面的需要，故又称该类型罐为通用罐。

主体：为直立圆柱形罐，是一种具有较浅锥底的大直径(高径比为1:1-1.3)发酵罐，由带人孔的薄壳垂直圆柱体，顶部封头为椭球形或碟形，底部封头为锥形或浅锥形，以便回收酵母等沉淀物和排除洗涤水。

主体由7层1.2m宽的钢板组成，罐体采用15cm厚的聚尼烷作保温层，聚尼烷是泡沫状的，外面还要包盖能经得起风雨的铝板。基础是一钢筋混凝土圆柱体，基础圆柱体壁上部的形状是按照罐底的斜度来确定的。有30个铁锚均匀地分埋入圆柱体壁中，并与罐焊接。圆柱体与罐底之间填入坚固结实的水泥沙浆，在填充料与罐底之间留25。4cm厚的空心层以绝缘。

冷却：用氨直接蒸发来冷却，罐的中上部设有一段双层冷却板（米勒冷却板），采用乙二醇溶液或液氨冷却，传热面积要能保证在发酵液的开始温度为13-14℃时，在24h内能使其温度降到5-6℃，属小面积大流量冷却方式。

搅拌：可用机械搅拌，也可以通过对罐体的精心设计达到同样的搅拌作用。

联合罐的罐中心：设有二氧化碳注射圈，高度恰好在酵母层之上，二氧化碳在罐中央向上注入时，引起啤酒运动，使酵母浓聚于底部出口处，同时啤酒中的不良挥发成分被注入的二氧化碳带着逸出。

3．朝日罐

朝日罐又称单一酿槽，它是1972年日本朝日啤酒公司研制成功的前发酵和后发酵合一的室外大型发酵罐。它采用了一种新的生产工艺，解决了沉淀困难，大大缩短了贮藏啤酒的成熟期。

朝日罐为一罐底倾斜的平底柱形罐，其直径与高度之比为1:1-1:2，用厚4-6mm的不锈钢板制成的。罐身外部设有两段冷却夹套，底部也有冷却夹套，用乙醇溶液或液氨为冷媒。罐内设有可转动的不锈钢出酒管，可以使放出的酒液中二氧化碳含量比较均匀。

朝日罐发酵法的优点是：

①利用薄板热交换器顺利地解决了从主发酵到后发酵啤酒温度的控制问题。

②在发酵液循环时酵母分离，发酵液循环损失很少；有效控制后发酵液中酵母的浓度，提高发酵液的发酵度和加速啤酒的后熟；还可以减小罐的清洗工作，设备投资和生产费用比传统法要低。

③利用间歇的循环泵把罐内的发酵液抽出来再送回去，使发酵液中更多的二氧化碳释放出来，加速啤酒的后熟。

④利用朝日罐进行一罐法生产，啤酒成熟期短，容积装料系数大，可达96％左右，设备利用率高；发酵液损失少；可节约投资12％，生产费用降低35％。

缺点是：动力消耗大，冷冻能力消耗大。

4、CIP清洗系统

CIP 系统最初于五十年代在美国的乳品工业得到应用, 1955 年CIP 系统与自动控制技术相结合,使其在食品工业的其它领域得以应用。CIP ，是英文Clean-In-Place的缩写，即就地清洗或称为原位清洗, 其定义为不拆卸设备或元件, 在密闭的条件下, 用一定温度和浓度的清洗液对清洗装置加以强力作用, 使与食品接触的表面洗净和杀菌的方法。

啤酒发酵罐的容量正在逐步增大，这类发酵罐大部分安装在室外，原来的清洗方法已不适用，必须采用自动化的喷洗装置。罐顶清洗装置多为洗球和洗罐器，洗球应用广泛。例如德国Kieselmann 公司认为洗球的使用直径可至5-6m。洗罐器是专为大型发酵罐开发设计的。清洗装置的出口喷射压力要求大约为0.3MPa，换句话说CIP供液泵须达到0.5-0.6MPa，泵的流量10-15m3/h。为了防止堵塞，洗涤装置应在洗涤管路上设置过滤装置。为达到无菌，应将所有和发酵液相接触管道和阀门打开清洗。

CIP装置的分类：根据清洗液的使用方式可以分为以下三种类型：

（1）清洗剂单次使用的CIP系统

（2）清洗剂重复使用的CIP系统

（3）清洗剂多次使用的CIP系统

（1）清洗剂单次使用的CIP系统特点：

（1）在该系统中, 洗液只使用一

次。

（2）系统由CIP罐、CIP 泵、回流

泵、浓清洗剂泵、换热器和管路组成, 没

有大容量的稀释液贮桶。

（3）被清洗对象(罐或管路) 与CIP

装置通过配管形成回路, 清洗结束将清

洗液排放。

（4）所需设备比较简单, 有时候可

以不必设专门的CIP 站, 就可以实现CIP

过程。

（2）清洗剂重复使用的CIP系统特点：

水、碱、酸等各种清洗液分别放在各

自的贮桶里, 清洗完毕碱酸等洗涤液回

收。当洗涤剂浓度降低时, 补充酸、碱再

反复使用。

此系统在国内使用较为普遍, 由于

酸、碱清洗剂都是在贮液罐中稀释调配,

因此系统比较庞大。

清洗程序分7个步骤：

1.预冲洗：在罐底的沉渣放了一半之后进行，每次预冲洗的时间为30秒，进行10次，是通过回转

喷嘴进行的，每次冲洗之后要行30秒的排泄时间，主要排去底部的沉渣。

2.水洗后碱预洗,并加入清洗剂：在罐底被冲净后，用足量的水充入CIP的供应及返回管线，改变系统进行碱预洗，自动地将清洗剂加入供水中，使清洗剂成为一种氯化了的碱性洗涤刑，其总碱度在3000-3300ppm之间，用这种碱液循环16分钟。在此期间CIP供应泵吸引端注入蒸汽，使清洗液温度维持冲32℃友右。

3.中间清洗：用CIP循环单位的水罐来的清水进行4分钟冲洗。

4.顶部喷头3次清水喷冲：从气动器来的空气流入罐顶的固定喷头，然后进行三次清水的喷冲，每次30秒，从罐顶沿罐的四周冲洗下来。

5.碱喷冲：用总碱度为3500-4000ppm的氯化了的碱液进行喷冲，碱液的温度为32℃左右，喷冲循环15分钟。

6.清水冲洗

7.酸性水冲洗循环：最后用酸性水冲洗循环，以中和残留的碱性，放走洗水，使耀保持弱酸状况。至此完成了全部清洗过程。

当CIP 清洗站工作时，按照预先设定的程序用送液泵把清洗液泵入要清洗的管道和设备，再用回液泵把清洗后的洗液送回到清洗液储罐。

清洗管路可分为送液管路和回液管路，它们连接CIP清洗站和待清洗设备，组成清洗回路。管路的连接最好采用焊接。目前国外CIP系统流行采用阀阵系统。阀阵管路系统由若干的双座防混阀组成，每个阀的开启由计算机自动控制。

设备清洗后，清洗液中含有污染物等杂质，应经过滤后，再回送到清洗液贮罐。过滤装置通常安装在接近清洗液贮罐的回液管路上。在清洗过程中，清洗液的浓度被稀释，可通过清洗液补给装置添加相应的高浓度介质，调节清洗液的浓度。

第三节连续发酵

定义：在发酵罐内连续不断地加入培养液，同时又连续不断地排出发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，同时降低代谢产物的积累，缩短了发酵周期，提高了设备利用率。

在开放式连续发酵系统中，培养系统中的微生物细胞随着发酵液的流出而一起流出，细胞流出速度等于新细胞形成速度。因此在这种情况下，可使细胞浓度处于某种稳定状态。另外，最后流出的发酵液如部分返回(反馈)发酵罐进行重复使用，则该装置叫做循环系统，发酵液不重复使用的装置叫做不循环系统。

(1)单罐均匀混合连续发酵：培养液以一定的流速不断地流加到带机械搅拌的发酵罐中，与罐内发酵液充分混合，同时带有细胞和产物的发酵液又以同样流速连续流出。如果用一个装置将流出的发酵液中部分细胞返回发酵罐，就构成循环系统。

(2)多罐均匀混合连续发酵：将若干搅拌发酵罐串联起来，就构成多罐均匀混合连续发酵装置。新鲜培养液不断流人第一只发酵罐，发酵液以同样流速依次流人下一只发酵罐，在最后一只罐中流出。多级连续发酵可以在每个罐中控制不同的环境条件以满足微生物生长各阶段的不同需要，并能使培养液中的营养成分得到较充分的利用，最后流出的发酵液中细胞和产物的浓度较高，所以是最经济的连续方法。

(3)管道非均匀混合连续发酵：管道的形式有多种，如直线形、S形、蛇形管等。培养液和从种子罐来的种子不断流入管道发酵器内，使微生物在其中生长。这种连续发酵的方法主要用于厌氧发酵。如在管道中用隔板加以分隔，每一个分隔等于一台发酵罐，就相当于多罐串联的连续发酵。

(4)塔式非均匀混合连续发酵：塔式发酵罐有两种：一种是用多孔板将其分隔成若干室，每个室等于一台发酵罐，这样一台多孔板塔式发酵罐就相当于一组多级串联的连续发酵装置。另一种是在罐内装设填充物，使菌体在上面生长，这种形式仍然属于单罐式。

酒精连续发酵流程

1、淀粉质原料连续发酵酒精流程

该流程由11个发酵罐组成，借连通管将各罐互相连接，糖化醪和液曲混合液同时连续平行流人前3罐。在发酵过程中，发酵液由罐底流出，经连通管进入另一罐的上部，其余依次类推，最后流入最末的两罐计量，并轮流用泵送往蒸馏工段。发酵过程中所产生的二氧化碳气体借带有控制阀门的U形支管和总管相连，并引向液沫捕集器经分离除去泡沫后，再通过一个鼓泡式的水洗涤塔，经回收酒精后排入大气或二氧化碳综合利用车间。

2、糖蜜原料制酒精的连续发酵设备

糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产品，又称废糖蜜，俗称桔水。糖蜜含糖量较高，因其本身就含有相当数量的可发酵性糖，只须添加酵母便可直接发酵生产酒精，是大规模工业生产制造酒精的良好原料。我国不少糖厂都附设酒精车间，作为综合利用糖蜜生产酒精。从糖蜜酒精发酵的特点，可清楚看到糖密干物质浓度很大，糖分高，产酸细菌多，灰分与胶体物质很多，如果不预先进行处理，酵母是无法直接进行发酵的。糖密的处理程序包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等过程。

糖蜜制酒精的连续发酵流程，该流程由9个发酵罐组成，其容量视生产能力大小而定。酵母和糖蜜同时连续流加入第一罐内，并依次流经各罐，最后从9号罐排出。除了在酒母槽通入空气之外，在1号罐内也同样通人适量的空气，或增大酵母接种量，维持1号罐内工艺所要求的酵母数。连续发酵周期结束，则贮存于每罐的发酵液，先从末罐按逆向顺序依次排出，入蒸馏塔蒸馏。

二、啤酒连续发酵流程

已投人生产使用的连续发酵方法有塔式连续发酵和多罐式连续发酵。国外多罐式连续发酵多使用在上面发酵啤酒。国内试验生产多用塔式连续发酵设备。

1、塔式：

塔式连续发酵罐又称APV塔式连续发酵罐，既可用于上面啤酒发酵。

塔式连续发酵开始时，先分批加入经处理的无菌麦芽汁。无菌麦芽汁从塔底进入，经塔内多孔板折流，使麦芽汁均匀地分布到塔内各截面。麦芽汁在塔内一边上升，一边发酵，直至满塔为止。培养并使其达到要求的酵母浓度梯度后，用泵连续泵人麦芽汁。必须控制好麦芽汁在塔内的流速，流速低，发酵度高，但产量少；流速过高，溢流的啤酒发酵度不足，并会将酵母带出（冲出），使发酵过程受阻。

发酵温度是通过塔身周围三段夹套或盘管的冷却来控制的。塔顶的圆柱部分是沉降酵母的离析器装置，用以减少酵母随啤酒溢流而损失，使酵母浓度在塔身形成稳定的梯度，以保持恒定的代谢状态。如麦汁流速过高时，酵母层会上移。

该流程主要设备是塔式发酵罐。英国伯顿啤酒厂使用的塔式发酵罐的主要技术条件是：塔身直径1.8m，高15m；塔底锥角60o；塔顶酵母离析器直径3.6m，高1.8 m，罐的容量为45m3。澄清麦芽汁冷却至0℃送往贮槽，0℃保持2d以后析出和除去冷凝固物，经63℃、8min灭菌，冷却至发酵温度12～14℃，入塔式发酵罐进行前发酵，周期为2d；进罐前麦芽汁经U形充气柱间歇充气，充气量为麦芽汁：空气=（12～15）：1。由塔顶溢出的嫩啤酒升温至14～18℃，使连二酮还原，嫩啤酒冷却至0℃入锥形罐进行后发酵（2个锥形罐交替使用），3d满罐。满罐后采用来自塔式发酵罐并经处理的CO2洗涤1d，并保持0.15MPa的CO2背压1.5d，即可过滤灌装。

2、多罐式：

多罐式啤酒连续发酵有三罐式、四罐式连续发酵流程。其中三罐式连续发酵流程如图5-8所示。该流程是将经过杀菌、冷却的麦芽汁，通过柱式供氧器充氧，流向两个带有搅拌器发酵罐的第一罐中，加入酵母，搅拌均匀，保持21℃发酵10～13h，当麦芽糖消耗三分之二时，经第一罐发酵的啤酒和酵母混合液，借液位差溢流入第二罐，24℃保温发酵，最后流入第三个酵母分离罐，在罐内被冷却到5℃，自然沉降的酵母从罐底部排出，CO2从罐上部排出。