啤酒工業(yè)中環(huán)境因素的識(shí)別
啤酒工業(yè)中環(huán)境因素的識(shí)別 §1.1啤酒行業(yè)簡(jiǎn)介 啤酒是以大麥和其它谷物為原料，并加少量酒花，采用制麥芽、糖化、發(fā)酵等其它工藝 釀制而成的。是一種含有少量酒精和充足二氧化碳、具有酒花香和爽口的苦味、營(yíng)養(yǎng)豐 富、風(fēng)味獨(dú)特的低度釀造酒。 但啤酒生產(chǎn)也產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水，給環(huán)境帶來(lái)了污染。 世界上有許多年產(chǎn)百萬(wàn)噸以上的大廠，一些大廠每天都要集中地排出大量廢水，容易 造成水源的污染。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，廢水不經(jīng)處理的啤酒廠，每生產(chǎn)100噸啤酒所排出廢水 的生物需氧量（BOD值），相當(dāng)于14000人生活污水BOD值，懸浮固體（SS值）相當(dāng)于800 0人生活污水SS值，其污染程度是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此， 六十年代后期，關(guān)于啤酒廠的工業(yè)廢水處理問(wèn)題，開(kāi)始被重視。在國(guó)外，一般新建廠都 要根據(jù)當(dāng)?shù)厥姓螅O(shè)置一定的廢水處理措施，或自建廢水處理場(chǎng)。在我國(guó)，對(duì)啤酒 工業(yè)廢水的治理發(fā)展比較晚，在技術(shù)上、管理上尚存在一定的差距。但是，近年來(lái)，隨 著我國(guó)啤酒工業(yè)的發(fā)展，啤酒工業(yè)廢水處理問(wèn)題，已被提到日程上來(lái)，一些啤酒廠在擴(kuò) 建或新建工廠時(shí)，對(duì)廢水的處理問(wèn)題都予以了高度的重視。 §1.2啤酒生產(chǎn)工藝流程 啤酒的生產(chǎn)過(guò)程大體可以分為四大工序：麥芽制造；麥汁制備；啤酒發(fā)酵；啤酒包裝與 成品啤酒。 一 麥芽制造 大麥?zhǔn)轻勚破【频闹饕?，是先將其制成麥芽，再用于釀酒。大麥在人工控制的外?條件下進(jìn)行發(fā)芽和干燥的過(guò)程，即為麥芽制造，簡(jiǎn)稱(chēng)“制麥”。發(fā)芽后的新鮮麥芽稱(chēng)綠麥 芽。綠麥芽經(jīng)干燥后稱(chēng)干麥芽。傳統(tǒng)的制麥過(guò)程分為三個(gè)階段：（1）精選后的大麥，浸 漬水中，使達(dá)到發(fā)芽所需要的水分，此階段為大麥浸漬。（2）浸漬后的大麥，在人工控 制的條件下進(jìn)行發(fā)芽，利用發(fā)芽過(guò)程形成的酶系，使大麥的內(nèi)容物質(zhì)進(jìn)行分解，變?yōu)辂?芽，此階段為人工發(fā)芽。（3）發(fā)芽完畢的綠麥芽，利用熱空氣進(jìn)行干燥和焙焦此階段為 麥芽焙燥。 新型的制麥方法，常運(yùn)用浸漬時(shí)充分供氧的理論，使大麥在浸漬吸水過(guò)程中，即開(kāi)始萌 芽。邊浸漬，邊發(fā)芽，使浸漬和發(fā)芽合為一個(gè)生產(chǎn)階段，大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間。大麥發(fā) 芽的目的是使麥粒內(nèi)部產(chǎn)生一定數(shù)量的水解酶，并利用這些水解酶，分解胚乳的貯藏物 質(zhì)，使其進(jìn)行合理的降解。（1）胚乳細(xì)胞壁的部分或全部降解，使焙燥后的麥粒變得疏 松，更易粉碎，內(nèi)容物質(zhì)更易溶出。（2）麥粒的膠質(zhì)聚糖物質(zhì)充分降解，使麥芽浸出物 的粘度大大降低。（3）胚乳的部分淀粉和蛋白質(zhì)進(jìn)行合理降解，形成一部分低分子水溶 性物質(zhì)，這些物質(zhì)是組成麥汁的主要成分。 麥芽焙燥的作用是使綠麥芽的水分降低，發(fā)芽停止，便于去根和貯藏。但麥芽焙燥并不 只是一個(gè)簡(jiǎn)單的水分蒸發(fā)過(guò)程，它還同時(shí)進(jìn)行了復(fù)雜的生化變化，使焙燥后的麥芽具有 獨(dú)特的香味和色澤。麥芽焙燥系根據(jù)制造不同的麥芽類(lèi)型，采取不同的焙燥方法，以適 應(yīng)釀制不同類(lèi)型的啤酒。 麥芽制造的過(guò)程可以歸納為： 大麥 → 精選→浸麥→ 發(fā)芽→ 干燥→ 干燥麥芽→ 除根 → 貯藏 麥芽制備工藝流程圖 二 麥汁制備 麥汁制備通常在工廠又稱(chēng)為糖化。麥芽及輔料必須經(jīng)過(guò)這個(gè)過(guò)程，制成各種成分含量適 宜的麥汁，才能由酵母發(fā)酵釀成啤酒。麥汁制造的全過(guò)程，可分為麥芽及輔料的粉碎、 醪的糖化、過(guò)濾，以及麥汁煮沸、冷卻五道工序。其工藝過(guò)程如下： 部分干麥芽粉 干麥芽粉 加水洗槽 麥槽 輔料粉、水 糊化鍋 糖化鍋 糖化醪過(guò)濾槽 煮沸鍋 酒花 水 酒花槽及熱凝固物 回旋沉淀槽 薄板冷卻器 冷麥汁 麥汁制備工藝流程圖 三 啤酒發(fā)酵 冷麥芽汁添加酵母后，開(kāi)始營(yíng)發(fā)酵作用。啤酒發(fā)酵是一項(xiàng)非常復(fù)雜的生化變化過(guò)程，在 啤酒酵母所含酶系的作用下，其主要變化產(chǎn)物是酒精和二氧化碳，另外還有一系列的發(fā) 酵副產(chǎn)物，如醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)和硫化物等。這些發(fā)酵產(chǎn)物決定了啤酒的 風(fēng)味、泡沫、色澤和穩(wěn)定性等各項(xiàng)理化性能，使啤酒具有其獨(dú)特的典型性。 不同的釀造者，由于采用了不同的酵母菌株，從而衍生出不同的發(fā)酵工藝和生產(chǎn)出不同 類(lèi)型的啤酒。傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵方法，可分為上面發(fā)酵和下面發(fā)酵兩種類(lèi)型。前者采用上 面酵母和較高的發(fā)酵溫度；后者采用酵母和較低的發(fā)酵溫度。這兩種啤酒風(fēng)味不同，各 具特點(diǎn)。 啤酒發(fā)酵過(guò)程分主發(fā)酵（又名前發(fā)酵）和后發(fā)酵兩個(gè)階段。酵母繁殖和大部分可發(fā)酵性 糖類(lèi)的分解以及酵母的一些主要代謝產(chǎn)物，均在主發(fā)酵階段完成。后發(fā)酵是前發(fā)酵的延 續(xù)，必須在密閉容器中進(jìn)行，使殘留糖分分解所形成的二氧化碳溶于酒內(nèi)，達(dá)到飽和； 并使啤酒在低溫下陳釀，促進(jìn)酒的成熟和澄清。 由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，啤酒發(fā)酵過(guò)程中的一些變化機(jī)制，正逐步為人們所掌握。為 了縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵設(shè)備利用率，人們?cè)趥鹘y(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)上，又創(chuàng)造了許多新型 發(fā)酵方法，如攪拌發(fā)酵、高溫發(fā)酵、加壓發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵等，并且創(chuàng)造了多種新型發(fā)酵 容器。但是發(fā)酵工藝流程可以概括為： 酵母 冷麥汁 主發(fā)酵罐或槽 后發(fā)酵罐 酵母泥 剩余酵母 四 啤酒包裝與成品啤酒 啤酒經(jīng)過(guò)后發(fā)酵或后處理，口味已經(jīng)達(dá)到成熟，二氧化碳已經(jīng)飽和酒內(nèi)，酒液也已逐漸 澄清，此時(shí)再經(jīng)過(guò)機(jī)械處理，使酒內(nèi)懸浮的輕微粒子最后分離，達(dá)到酒液澄清透明的的 程度，即可包裝出售。啤酒的包裝方式系根據(jù)銷(xiāo)售的需要而為，有瓶裝啤酒，罐裝啤酒 和桶裝啤酒。 在包裝啤酒之前，必須將啤酒澄清，啤酒的澄清系指啤酒與其所含的固體粒子分離的過(guò) 程。啤酒在貯藏期間，因酵母逐漸沉降和部分不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)- 單寧復(fù)合物的析出、凝集、沉淀而逐步變得澄清。這種自然澄清的現(xiàn)象，主要由于固液 相的不同相對(duì)密度而產(chǎn)生的，沉降速度較慢，只能使啤酒達(dá)到一定的澄清程度，對(duì)其中 極輕微的粒子則很難在較短時(shí)間內(nèi)完全沉淀下來(lái)。要使成品啤酒達(dá)到澄清透明，富有光 澤的程度，則必須通過(guò)機(jī)械方法進(jìn)行處理。這些機(jī)械澄清方法可以除去啤酒中的酵母和 細(xì)菌以及微小的混濁物質(zhì)粒子，不僅使啤酒外觀富有吸引力，而且大大改善了啤酒的生 物穩(wěn)定性和非生物穩(wěn)定性。 啤酒機(jī)械澄清的方法分為：（1）啤酒過(guò)濾；（2）啤酒離心分離。 啤酒過(guò)濾就是讓流體通過(guò)分離介質(zhì)，使其中的固體從流體中分離出來(lái)。在酒中，一些具 有較高表面活性的物質(zhì)如蛋白質(zhì)、酒花物質(zhì)、色素物質(zhì)、高級(jí)醇、酯類(lèi)等都易被過(guò)濾介 質(zhì)吸附一定數(shù)量。其過(guò)濾方式有：濾棉過(guò)濾；硅藻土過(guò)濾；板式過(guò)濾。它們因其過(guò)濾介 質(zhì)不同而有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。但是我們?cè)谄【七^(guò)濾過(guò)程中必須重點(diǎn)控制以下幾個(gè)方面：（ 1）壓力差；（2）過(guò)濾前后啤酒的混濁度；（3）菌含量（特別對(duì)無(wú)菌過(guò)濾要求而言）； （4）生物和非生物穩(wěn)定性的試驗(yàn)；（5）啤酒損失；（6）二氧化碳含量的降低值；（7 ）含氧量的升高值；（8）助濾劑對(duì)風(fēng)味影響的試驗(yàn)。 啤酒的離心分離就是離心機(jī)中離心力將固體粒子從液體中分離出來(lái)。 當(dāng)啤酒澄清后，就該進(jìn)行啤酒生產(chǎn)的最后一道工序啤酒的包裝，它對(duì)啤酒的質(zhì)量和外觀 有直接的影響。在包裝過(guò)程中應(yīng)做到以下要求：（1）嚴(yán)格的無(wú)菌要求，包裝后的啤酒應(yīng) 符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；（2）在包裝過(guò)程中應(yīng)減少二氧化碳損失，以保證啤酒口味和泡沫性能； （3）在包裝過(guò)程中應(yīng)盡量避免與空氣接觸，防止因氧化作用而影響啤酒的風(fēng)味穩(wěn)定性和 非生物穩(wěn)定性。啤酒包裝工序的生產(chǎn)流程如下： 罐酒機(jī)組 巴氏滅菌 瓶裝或罐裝啤酒 酒液經(jīng)二氧化碳飽和 過(guò)濾機(jī) 下酒機(jī) 桶裝啤酒 上面是啤酒生產(chǎn)過(guò)程的四個(gè)階段，當(dāng)然在啤酒的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，其生產(chǎn)工藝要復(fù)雜得 多，下面是燕京啤酒集團(tuán)公司的啤酒釀造工藝流程圖，希望大家通過(guò)流程圖能更好地理 解啤酒的釀造。 啤酒釀造工藝流程圖 1- 原料（麥芽、大米）貯倉(cāng) 2-麥芽篩選機(jī) 3-提升機(jī) 4-麥芽粉碎機(jī) 5-糖化鍋 6-大米 篩選機(jī) 7-大米粉碎機(jī) 8-糊化鍋 9過(guò)濾槽 10-麥槽輸送 11-麥槽貯罐 12- 煮沸/回旋槽 13-外加熱器 14-酒花添加罐 15-麥汁冷卻器 16-空氣過(guò)濾器 17酵母焙養(yǎng)及添加罐 18- 發(fā)酵罐 19-啤酒穩(wěn)定劑添加罐 20-緩沖罐 21-硅藻土添加罐 22-硅藻土過(guò)濾機(jī) 23-啤酒精 濾機(jī) 24-清酒罐 25-洗瓶機(jī) 26-罐裝機(jī) 27-啤酒殺菌機(jī) 28-貼標(biāo)機(jī) 29- 裝箱機(jī) §1.3啤酒生產(chǎn)中的環(huán)境因素 一 啤酒生產(chǎn)中的大氣污染 啤酒生產(chǎn)所產(chǎn)生的大氣污染主要有：啤酒的原料大麥在輸送和粉碎過(guò)程中，產(chǎn)生了大 量的粉塵；在干燥時(shí)產(chǎn)生的廢氣；輔助設(shè)備如鍋爐所排放的煙氣等，所有的這些都對(duì)大 氣有影響，因此我們也應(yīng)引起重視。其污染物的輸入與輸出情況如下圖： 干燥 輸送及粉碎 大麥 廢氣 粉塵 煤 煙氣及粉塵 燃燒 啤酒工業(yè)中大氣污染物的輸入與輸出 二 啤酒生產(chǎn)中的廢水 （一）污染來(lái)源 啤酒生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢水是啤酒工業(yè)污染最重要的污染物。啤酒廢水來(lái)自麥芽制作廠和 啤酒廠。 1 制麥廠工業(yè)廢水的污染來(lái)源 麥芽制作時(shí)排出的廢水，是大麥洗滌水和浸漬液。當(dāng)麥粒浸泡時(shí)，其水溶物擴(kuò)散到水 中，包含有多糖類(lèi)（戊糖）、蔗糖、葡萄糖、果膠、礦物鹽和外皮的蛋白化合物（纖維 素及豆球朊）。這些水溶性物質(zhì)構(gòu)成麥粒重量的0.5~1.5%，其中約三分之二為有機(jī)物， 其余為無(wú)機(jī)物，主要為鉀、鈣和鎂的硅酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽。如果浸泡過(guò)程是連續(xù)的 ，每加工一噸大麥要排出0.6~0.8立方米廢水；如果過(guò)程是不連續(xù)的，則廢水量會(huì)少些， 但濃度要比連續(xù)過(guò)程的高30~40%。麥芽浸漬廢水的顏色很深，呈黃褐色，易起泡沫，具 有強(qiáng)烈氣味，易于酸性消化和腐化，并釋放出硫化氫、氨、甲烷和氫氣等氣體。其污染 物輸入與輸出情況如下圖： 選麥 浸麥 雜質(zhì)、等外麥、粉塵 大麥和水 浸麥廢水 麥根 除根 制麥過(guò)程中污染物輸入與輸出圖 2 啤酒廠工業(yè)廢水的污染來(lái)源 釀酒時(shí)的廢水主要是發(fā)酵罐的洗滌水。這種廢水的氣味十分強(qiáng)烈，還含有活的酵母菌 。這些廢水是從工廠各個(gè)工序排放出來(lái)的（如下圖所示），簡(jiǎn)單地可分為三類(lèi)： 1. 大量的冷卻用水，洗瓶最后的沖洗水，氨壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)的冷卻水及其它未被污 染的水，這部分水比較清潔，應(yīng)考慮回收利用，以減低廢水的排放量。 2. 含有大量的有機(jī)物的廢水，這部分水主要來(lái)自釀造車(chē)間。廢水中的有些物質(zhì)，如廢麥 槽水、廢酵母、熱冷凝固物等，應(yīng)盡量作為副產(chǎn)品回收利用，既能增加工廠收入， 又可減輕廢水污染程度。 3. 含有無(wú)機(jī)物的廢水，這部分主要來(lái)自包裝車(chē)間。 1--輔料貯箱 2-麥芽貯箱 3-糊化鍋 4-熱水 5-糊化醪 6-糖化槽 7-熱水 8-糖化醪 9- 過(guò)濾槽 10-濕酒槽 11-濕槽裝運(yùn) 12-脫水 設(shè)備 13-廢酒槽水 14-酒槽干燥設(shè)備 15- 干燥貯存?zhèn)} 16-干槽裝運(yùn) 17-麥汁 18-酒 花或酒花浸膏 19-麥汁煮沸鍋 20-麥汁和 酒花 21-酒花分離器 22-廢酒花槽 23-麥 汁 24-麥汁沉淀槽 25-麥汁 26-發(fā)酵槽 27-酵母泥 28-酵母系統(tǒng) 29-貯酒罐 30-啤 酒 31-濾酒機(jī) 32-廢濾餅 33-廢料 34-廢 料處理 35-啤酒 36-桶裝線(xiàn) 37-罐裝線(xiàn) 38-瓶裝線(xiàn) 39-廢水排 啤酒釀造各工序排出廢物示意圖 從上面啤酒釀造各工序排出廢物示意圖我們可以看出，污染主要來(lái)源：（1）浸漬麥 芽水；（2）糖化后濾出的麥槽；（3）溫酒花槽；（4）發(fā)酵后的剩余酵母；（5）冷卻 時(shí)凝固的蛋白質(zhì)；（6）從麥汁過(guò)濾器和啤酒過(guò)濾器排出的廢水；（7）冷卻水；（8）設(shè) 備和地面的沖洗水；（9）包裝工序的洗刷瓶水等。 在釀造過(guò)程中，麥汁的制造所產(chǎn)生的廢水（又稱(chēng)糖化室廢水）包括頂 水、排槽水、排渣水和洗滌水（洗鍋、洗槽、清洗環(huán)境），這些廢水中含有糖類(lèi)、蛋白 質(zhì)等可溶性浸出物，也含有麥槽、凝固物廢渣等固體懸浮物，每天的排放量根據(jù)每天糖 化的次數(shù)、清洗的方式和水回收的程度，多的可達(dá)100立方米以上，少的不過(guò)2~3立方米 ，其BOD值高達(dá)2000~2500mg/L。其各工序污染物輸入與輸出如下圖： 粉碎 糖化 糊化 麥芽 粉塵 蒸汽 廢水 輔助原料 酒糟 熱凝固物 麥汁 過(guò)濾 煮沸 冷卻 冷卻水 冷凝固物 糖化過(guò)程污染物的輸入與輸出圖 發(fā)酵過(guò)程所產(chǎn)生的廢水包括洗酵母水、洗槽水、沖洗水等，這些廢水含有酵母、發(fā)酵 液成分、冷凝固物、酒花樹(shù)脂等物質(zhì)，還含有許多表面活性物質(zhì)和泡蓋的組成物質(zhì)，每 天的排放量和排放時(shí)間不固定，需根據(jù)產(chǎn)量、每天的下酒數(shù)量、清洗操作的執(zhí)行情況等 決定，每天排放多則70~80立方米，少則20~30立方米。其BOD值也不太固定，高的可達(dá)2 000mg/L左右，低的為700~800mg/L。貯...
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