啤酒工業(yè)中環(huán)境因素的識別
啤酒工業(yè)中環(huán)境因素的識別 §1.1啤酒行業(yè)簡介 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、營養(yǎng)豐 富、風味獨特的低度釀造酒。 但啤酒生產也產生了大量的工業(yè)廢水，給環(huán)境帶來了污染。 世界上有許多年產百萬噸以上的大廠，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)國外統(tǒng)計，廢水不經處理的啤酒廠，每生產100噸啤酒所排出廢水 的生物需氧量（BOD值），相當于14000人生活污水BOD值，懸浮固體（SS值）相當于800 0人生活污水SS值，其污染程度是相當嚴重的。因此， 六十年代后期，關于啤酒廠的工業(yè)廢水處理問題，開始被重視。在國外，一般新建廠都 要根據(jù)當?shù)厥姓?，設置一定的廢水處理措施，或自建廢水處理場。在我國，對啤酒 工業(yè)廢水的治理發(fā)展比較晚，在技術上、管理上尚存在一定的差距。但是，近年來，隨 著我國啤酒工業(yè)的發(fā)展，啤酒工業(yè)廢水處理問題，已被提到日程上來，一些啤酒廠在擴 建或新建工廠時，對廢水的處理問題都予以了高度的重視。 §1.2啤酒生產工藝流程 啤酒的生產過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 大麥是釀制啤酒的主要原料，是先將其制成麥芽，再用于釀酒。大麥在人工控制的外界 條件下進行發(fā)芽和干燥的過程，即為麥芽制造，簡稱“制麥”。發(fā)芽后的新鮮麥芽稱綠麥 芽。綠麥芽經干燥后稱干麥芽。傳統(tǒng)的制麥過程分為三個階段：（1）精選后的大麥，浸 漬水中，使達到發(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 制的條件下進行發(fā)芽，利用發(fā)芽過程形成的酶系，使大麥的內容物質進行分解，變?yōu)辂?芽，此階段為人工發(fā)芽。（3）發(fā)芽完畢的綠麥芽，利用熱空氣進行干燥和焙焦此階段為 麥芽焙燥。 新型的制麥方法，常運用浸漬時充分供氧的理論，使大麥在浸漬吸水過程中，即開始萌 芽。邊浸漬，邊發(fā)芽，使浸漬和發(fā)芽合為一個生產階段，大大縮短了生產時間。大麥發(fā) 芽的目的是使麥粒內部產生一定數(shù)量的水解酶，并利用這些水解酶，分解胚乳的貯藏物 質，使其進行合理的降解。（1）胚乳細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，內容物質更易溶出。（2）麥粒的膠質聚糖物質充分降解，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進行合理降解，形成一部分低分子水溶 性物質，這些物質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 只是一個簡單的水分蒸發(fā)過程，它還同時進行了復雜的生化變化，使焙燥后的麥芽具有 獨特的香味和色澤。麥芽焙燥系根據(jù)制造不同的麥芽類型，采取不同的焙燥方法，以適 應釀制不同類型的啤酒。 麥芽制造的過程可以歸納為： 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為糖化。麥芽及輔料必須經過這個過程，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。麥汁制造的全過程，可分為麥芽及輔料的粉碎、 醪的糖化、過濾，以及麥汁煮沸、冷卻五道工序。其工藝過程如下： 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，開始營發(fā)酵作用。啤酒發(fā)酵是一項非常復雜的生化變化過程，在 啤酒酵母所含酶系的作用下，其主要變化產物是酒精和二氧化碳，另外還有一系列的發(fā) 酵副產物，如醇類、醛類、酸類、酯類、酮類和硫化物等。這些發(fā)酵產物決定了啤酒的 風味、泡沫、色澤和穩(wěn)定性等各項理化性能，使啤酒具有其獨特的典型性。 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)酵工藝和生產出不同 類型的啤酒。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。這兩種啤酒風味不同，各 具特點。 啤酒發(fā)酵過程分主發(fā)酵（又名前發(fā)酵）和后發(fā)酵兩個階段。酵母繁殖和大部分可發(fā)酵性 糖類的分解以及酵母的一些主要代謝產物，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行，使殘留糖分分解所形成的二氧化碳溶于酒內，達到飽和； 并使啤酒在低溫下陳釀，促進酒的成熟和澄清。 由于科學技術的不斷發(fā)展，啤酒發(fā)酵過程中的一些變化機制，正逐步為人們所掌握。為 了縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵設備利用率，人們在傳統(tǒng)的發(fā)酵技術上，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 啤酒經過后發(fā)酵或后處理，口味已經達到成熟，二氧化碳已經飽和酒內，酒液也已逐漸 澄清，此時再經過機械處理，使酒內懸浮的輕微粒子最后分離，達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 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- 單寧復合物的析出、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 相的不同相對密度而產生的，沉降速度較慢，只能使啤酒達到一定的澄清程度，對其中 極輕微的粒子則很難在較短時間內完全沉淀下來。要使成品啤酒達到澄清透明，富有光 澤的程度，則必須通過機械方法進行處理。這些機械澄清方法可以除去啤酒中的酵母和 細菌以及微小的混濁物質粒子，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。 啤酒機械澄清的方法分為：（1）啤酒過濾；（2）啤酒離心分離。 啤酒過濾就是讓流體通過分離介質，使其中的固體從流體中分離出來。在酒中，一些具 有較高表面活性的物質如蛋白質、酒花物質、色素物質、高級醇、酯類等都易被過濾介 質吸附一定數(shù)量。其過濾方式有：濾棉過濾；硅藻土過濾；板式過濾。它們因其過濾介 質不同而有各自的優(yōu)缺點。但是我們在啤酒過濾過程中必須重點控制以下幾個方面：（ 1）壓力差；（2）過濾前后啤酒的混濁度；（3）菌含量（特別對無菌過濾要求而言）； （4）生物和非生物穩(wěn)定性的試驗；（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）助濾劑對風味影響的試驗。 啤酒的離心分離就是離心機中離心力將固體粒子從液體中分離出來。 當啤酒澄清后，就該進行啤酒生產的最后一道工序啤酒的包裝，它對啤酒的質量和外觀 有直接的影響。在包裝過程中應做到以下要求：（1）嚴格的無菌要求，包裝后的啤酒應 符合衛(wèi)生標準；（2）在包裝過程中應減少二氧化碳損失，以保證啤酒口味和泡沫性能； （3）在包裝過程中應盡量避免與空氣接觸，防止因氧化作用而影響啤酒的風味穩(wěn)定性和 非生物穩(wěn)定性。啤酒包裝工序的生產流程如下： 罐酒機組 巴氏滅菌 瓶裝或罐裝啤酒 酒液經二氧化碳飽和 過濾機 下酒機 桶裝啤酒 上面是啤酒生產過程的四個階段，當然在啤酒的實際生產過程中，其生產工藝要復雜得 多，下面是燕京啤酒集團公司的啤酒釀造工藝流程圖，希望大家通過流程圖能更好地理 解啤酒的釀造。 啤酒釀造工藝流程圖 1- 原料（麥芽、大米）貯倉 2-麥芽篩選機 3-提升機 4-麥芽粉碎機 5-糖化鍋 6-大米 篩選機 7-大米粉碎機 8-糊化鍋 9過濾槽 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-硅藻土過濾機 23-啤酒精 濾機 24-清酒罐 25-洗瓶機 26-罐裝機 27-啤酒殺菌機 28-貼標機 29- 裝箱機 §1.3啤酒生產中的環(huán)境因素 一 啤酒生產中的大氣污染 啤酒生產所產生的大氣污染主要有：啤酒的原料大麥在輸送和粉碎過程中，產生了大 量的粉塵；在干燥時產生的廢氣；輔助設備如鍋爐所排放的煙氣等，所有的這些都對大 氣有影響，因此我們也應引起重視。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 啤酒生產中的廢水 （一）污染來源 啤酒生產中所產生的廢水是啤酒工業(yè)污染最重要的污染物。啤酒廢水來自麥芽制作廠和 啤酒廠。 1 制麥廠工業(yè)廢水的污染來源 麥芽制作時排出的廢水，是大麥洗滌水和浸漬液。當麥粒浸泡時，其水溶物擴散到水 中，包含有多糖類（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）。這些水溶性物質構成麥粒重量的0.5~1.5%，其中約三分之二為有機物， 其余為無機物，主要為鉀、鈣和鎂的硅酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽。如果浸泡過程是連續(xù)的 ，每加工一噸大麥要排出0.6~0.8立方米廢水；如果過程是不連續(xù)的，則廢水量會少些， 但濃度要比連續(xù)過程的高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、等外麥、粉塵 大麥和水 浸麥廢水 麥根 除根 制麥過程中污染物輸入與輸出圖 2 啤酒廠工業(yè)廢水的污染來源 釀酒時的廢水主要是發(fā)酵罐的洗滌水。這種廢水的氣味十分強烈，還含有活的酵母菌 。這些廢水是從工廠各個工序排放出來的（如下圖所示），簡單地可分為三類： 1. 大量的冷卻用水，洗瓶最后的沖洗水，氨壓縮機、空氣壓縮機的冷卻水及其它未被污 染的水，這部分水比較清潔，應考慮回收利用，以減低廢水的排放量。 2. 含有大量的有機物的廢水，這部分水主要來自釀造車間。廢水中的有些物質，如廢麥 槽水、廢酵母、熱冷凝固物等，應盡量作為副產品回收利用，既能增加工廠收入， 又可減輕廢水污染程度。 3. 含有無機物的廢水，這部分主要來自包裝車間。 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- 過濾槽 10-濕酒槽 11-濕槽裝運 12-脫水 設備 13-廢酒槽水 14-酒槽干燥設備 15- 干燥貯存?zhèn)} 16-干槽裝運 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 32-廢濾餅 33-廢料 34-廢 料處理 35-啤酒 36-桶裝線 37-罐裝線 38-瓶裝線 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 時凝固的蛋白質；（6）從麥汁過濾器和啤酒過濾器排出的廢水；（7）冷卻水；（8）設 備和地面的沖洗水；（9）包裝工序的洗刷瓶水等。 在釀造過程中，麥汁的制造所產生的廢水（又稱糖化室廢水）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、蛋白 質等可溶性浸出物，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100立方米以上，少的不過2~3立方米 ，其BOD值高達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 過濾 煮沸 冷卻 冷卻水 冷凝固物 糖化過程污染物的輸入與輸出圖 發(fā)酵過程所產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、酒花樹脂等物質，還含有許多表面活性物質和泡蓋的組成物質，每 天的排放量和排放時間不固定，需根據(jù)產量、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2 000mg/L左右，低的為700~800mg/L。貯...
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