啤酒工业中环境因素的识别

1啤酒工业中环境因素的识别§1.1啤酒行业简介啤酒是以大麦和其它谷物为原料，并加少量酒花，采用制麦芽、糖化、发酵等其它工艺酿制而成的。是一种含有少量酒精和充足二氧化碳、具有酒花香和爽口的苦味、营养丰富、风味独特的低度酿造酒。但啤酒生产也产生了大量的工业废水，给环境带来了污染。世界上有许多年产百万吨以上的大厂，一些大厂每天都要集中地排出大量废水，容易造成水源的污染。根据国外统计，废水不经处理的啤酒厂，每生产100吨啤酒所排出废水的生物需氧量（BOD值），相当于14000人生活污水BOD值，悬浮固体（SS值）相当于8000人生活污水SS值，其污染程度是相当严重的。因此，六十年代后期，关于啤酒厂的工业废水处理问题，开始被重视。在国外，一般新建厂都要根据当地市政要求，设置一定的废水处理措施，或自建废水处理场。在我国，对啤酒工业废水的治理发展比较晚，在技术上、管理上尚存在一定的差距。但是，近年来，随着我国啤酒工业的发展，啤酒工业废水处理问题，已被提到日程上来，一些啤酒厂在扩建或新建工厂时，对废水的处理问题都予以了高度的重视。§1.2啤酒生产工艺流程啤酒的生产过程大体可以分为四大工序：麦芽制造；麦汁制备；啤酒发酵；啤酒包装与成品啤酒。一麦芽制造大麦是酿制啤酒的主要原料，是先将其制成麦芽，再用于酿酒。大麦在人工控制的外界条件下进行发芽和干燥的过程，即为麦芽制造，简称“制麦”。发芽后的新鲜麦芽称绿麦芽。绿麦芽经干燥后称干麦芽。传统的制麦过程分为三个阶段：（1）精选后的大麦，浸渍水中，使达到发芽所需要的水分，此阶段为大麦浸渍。（2）浸渍后的大麦，在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程形成的酶系，使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽，此阶段为人工发芽。（3）发芽完毕的绿麦芽，利用热空气进行干燥和焙焦此阶段为麦芽焙燥。新型的制麦方法，常运用浸渍时充分供氧的理论，使大麦在浸渍吸水过程中，即开始萌芽。边浸渍，边发芽，使浸渍和发芽合为一个生产阶段，大大缩短了生产时间。大麦发芽的目的是使麦粒内部产生一定数量的水解酶，并利用这些水解酶，分解胚乳的贮藏物质，使其进行合理的降解。（1）胚乳细胞壁的部分或全部降解，使焙燥后的麦粒变得疏松，更易粉碎，内容物质更易溶出。（2）麦粒的胶质聚糖物质充分降解，使麦芽浸出物的粘度大大降低。（3）胚乳的部分淀粉和蛋白质进行合理降解，形成一部分低分子水溶性物质，这些物质是组成麦汁的主要成分。2麦芽焙燥的作用是使绿麦芽的水分降低，发芽停止，便于去根和贮藏。但麦芽焙燥并不只是一个简单的水分蒸发过程，它还同时进行了复杂的生化变化，使焙燥后的麦芽具有独特的香味和色泽。麦芽焙燥系根据制造不同的麦芽类型，采取不同的焙燥方法，以适应酿制不同类型的啤酒。麦芽制造的过程可以归纳为：大麦→精选→浸麦→发芽→干燥→干燥麦芽→除根→贮藏麦芽制备工艺流程图二麦汁制备麦汁制备通常在工厂又称为糖化。麦芽及辅料必须经过这个过程，制成各种成分含量适宜的麦汁，才能由酵母发酵酿成啤酒。麦汁制造的全过程，可分为麦芽及辅料的粉碎、醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却五道工序。其工艺过程如下：麦汁制备工艺流程图三啤酒发酵冷麦芽汁添加酵母后，开始营发酵作用。啤酒发酵是一项非常复杂的生化变化过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，其主要变化产物是酒精和二氧化碳，另外还有一系列的发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。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，使啤酒具有其独特的典型性。不同的酿造者，由于采用了不同的酵母菌株，从而衍生出不同的发酵工艺和生产出不同类型的啤酒。传统的啤酒发酵方法，可分为上面发酵和下面发酵两种类型。前者采用上面酵母和较高的发酵温度；后者采用酵母和较低的发酵温度。这两种啤酒风味不同，各具特点。啤酒发酵过程分主发酵（又名前发酵）和后发酵两个阶段。酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的分解以及酵母的一些主要代谢产物，均在主发酵阶段完成。后发酵是前发酵的延续，必须在密闭容器中进行，使残留糖分分解所形成的二氧化碳溶于酒内，达到饱和；并使啤酒在低温下陈酿，促进酒的成熟和澄清。由于科学技术的不断发展，啤酒发酵过程中的一些变化机制，正逐步为人们所掌握。为了缩短发酵周期，提高发酵设备利用率，人们在传统的发酵技术上，又创造了许多新型发酵方法，如搅拌发酵、高温发酵、加压发酵、连续发酵等，并且创造了多种新型发酵容器。但是发酵工艺流程可以概括为：部分干麦芽粉干麦芽粉加水洗槽麦槽辅料粉、水糊化锅糖化锅糖化醪过滤槽煮沸锅酒花水酒花槽及热凝固物回旋沉淀槽薄板冷却器冷麦汁3四啤酒包装与成品啤酒啤酒经过后发酵或后处理，口味已经达到成熟，二氧化碳已经饱和酒内，酒液也已逐渐澄清，此时再经过机械处理，使酒内悬浮的轻微粒子最后分离，达到酒液澄清透明的的程度，即可包装出售。啤酒的包装方式系根据销售的需要而为，有瓶装啤酒，罐装啤酒和桶装啤酒。在包装啤酒之前，必须将啤酒澄清，啤酒的澄清系指啤酒与其所含的固体粒子分离的过程。啤酒在贮藏期间，因酵母逐渐沉降和部分不稳定的蛋白质-单宁复合物的析出、凝集、沉淀而逐步变得澄清。这种自然澄清的现象，主要由于固液相的不同相对密度而产生的，沉降速度较慢，只能使啤酒达到一定的澄清程度，对其中极轻微的粒子则很难在较短时间内完全沉淀下来。要使成品啤酒达到澄清透明，富有光泽的程度，则必须通过机械方法进行处理。这些机械澄清方法可以除去啤酒中的酵母和细菌以及微小的混浊物质粒子，不仅使啤酒外观富有吸引力，而且大大改善了啤酒的生物稳定性和非生物稳定性。啤酒机械澄清的方法分为：（1）啤酒过滤；（2）啤酒离心分离。啤酒过滤就是让流体通过分离介质，使其中的固体从流体中分离出来。在酒中，一些具有较高表面活性的物质如蛋白质、酒花物质、色素物质、高级醇、酯类等都易被过滤介质吸附一定数量。其过滤方式有：滤棉过滤；硅藻土过滤；板式过滤。它们因其过滤介质不同而有各自的优缺点。但是我们在啤酒过滤过程中必须重点控制以下几个方面：（1）压力差；（2）过滤前后啤酒的混浊度；（3）菌含量（特别对无菌过滤要求而言）；（4）生物和非生物稳定性的试验；（5）啤酒损失；（6）二氧化碳含量的降低值；（7）含氧量的升高值；（8）助滤剂对风味影响的试验。啤酒的离心分离就是离心机中离心力将固体粒子从液体中分离出来。当啤酒澄清后，就该进行啤酒生产的最后一道工序啤酒的包装，它对啤酒的质量和外观有直接的影响。在包装过程中应做到以下要求：（1）严格的无菌要求，包装后的啤酒应符合卫生标准；（2）在包装过程中应减少二氧化碳损失，以保证啤酒口味和泡沫性能；（3）在包装过程中应尽量避免与空气接触，防止因氧化作用而影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。啤酒包装工序的生产流程如下：酵母冷麦汁主发酵罐或槽后发酵罐酵母泥剩余酵母罐酒机组巴氏灭菌瓶装或罐装啤酒酒液经二氧化碳饱和过滤机下酒机桶装啤酒4上面是啤酒生产过程的四个阶段，当然在啤酒的实际生产过程中，其生产工艺要复杂得多，下面是燕京啤酒集团公司的啤酒酿造工艺流程图，希望大家通过流程图能更好地理解啤酒的酿造。啤酒酿造工艺流程图1-原料（麦芽、大米）贮仓2-麦芽筛选机3-提升机4-麦芽粉碎机5-糖化锅6-大米筛选机7-大米粉碎机8-糊化锅9过滤槽10-麦槽输送11-麦槽贮罐12-煮沸/回旋槽13-外加热器14-酒花添加罐15-麦汁冷却器16-空气过滤器17酵母焙养及添加罐18-发酵罐19-啤酒稳定剂添加罐20-缓冲罐21-硅藻土添加罐22-硅藻土过滤机23-啤酒精滤机24-清酒罐25-洗瓶机26-罐装机27-啤酒杀菌机28-贴标机29-装箱机§1.3啤酒生产中的环境因素一啤酒生产中的大气污染啤酒生产所产生的大气污染主要有：啤酒的原料大麦在输送和粉碎过程中，产生了大量的粉尘；在干燥时产生的废气；辅助设备如锅炉所排放的烟气等，所有的这些都对大气有影响，因此我们也应引起重视。其污染物的输入与输出情况如下图：干燥输送及粉碎大麦废气粉尘煤烟气及粉尘燃烧啤酒工业中大气污染物的输入与输出二啤酒生产中的废水（一）污染来源啤酒生产中所产生的废水是啤酒工业污染最重要的污染物。啤酒废水来自麦芽制作厂和啤酒厂。1制麦厂工业废水的污染来源5麦芽制作时排出的废水，是大麦洗涤水和浸渍液。当麦粒浸泡时，其水溶物扩散到水中，包含有多糖类（戊糖）、蔗糖、葡萄糖、果胶、矿物盐和外皮的蛋白化合物（纤维素及豆球朊）。这些水溶性物质构成麦粒重量的0.5~1.5%，其中约三分之二为有机物，其余为无机物，主要为钾、钙和镁的硅酸盐、硫酸盐和磷酸盐。如果浸泡过程是连续的，每加工一吨大麦要排出0.6~0.8立方米废水；如果过程是不连续的，则废水量会少些，但浓度要比连续过程的高30~40%。麦芽浸渍废水的颜色很深，呈黄褐色，易起泡沫，具有强烈气味，易于酸性消化和腐化，并释放出硫化氢、氨、甲烷和氢气等气体。其污染物输入与输出情况如下图：选麦浸麦杂质、等外麦、粉尘大麦和水浸麦废水麦根除根制麦过程中污染物输入与输出图2啤酒厂工业废水的污染来源酿酒时的废水主要是发酵罐的洗涤水。这种废水的气味十分强烈，还含有活的酵母菌。这些废水是从工厂各个工序排放出来的（如下图所示），简单地可分为三类：（1）大量的冷却用水，洗瓶最后的冲洗水，氨压缩机、空气压缩机的冷却水及其它未被污染的水，这部分水比较清洁，应考虑回收利用，以减低废水的排放量。（2）含有大量的有机物的废水，这部分水主要来自酿造车间。废水中的有些物质，如废麦槽水、废酵母、热冷凝固物等，应尽量作为副产品回收利用，既能增加工厂收入，又可减轻废水污染程度。（3）含有无机物的废水，这部分主要来自包装车间。1--辅料贮箱2-麦芽贮箱3-糊化锅4-热水5-糊化醪6-糖化槽7-热水8-糖化醪9-过滤槽10-湿酒槽11-湿槽装运12-脱水设备13-废酒槽水14-酒槽干燥设备15-干燥贮存仓16-干槽装运17-麦汁18-酒花或酒花浸膏19-麦汁煮沸锅20-麦汁和酒花21-酒花分离器22-废酒花槽23-麦汁24-麦汁沉淀槽25-麦汁26-发酵槽27-酵母泥28-酵母系统29-贮酒罐30-啤酒31-滤酒机32-废滤饼33-废料34-废料处理35-啤酒36-桶装线37-罐装线38-瓶装线39-废水排啤酒酿造各工序排出废物示意图从上面啤酒酿造各工序排出废物示意图我们可以看出，污染主要来源：（1）浸渍麦芽水；6（2）糖化后滤出的麦槽；（3）温酒花槽；（4）发酵后的剩余酵母；（5）冷却时凝固的蛋白质；（6）从麦汁过滤器和啤酒过滤器排出的废水；（7）冷却水；（8）设备和地面的冲洗水；（9）包装工序的洗刷瓶水等。在酿造过程中，麦汁的制造所产生的废水（又称糖化室废水）包括顶水、排槽水、排渣水和洗涤水（洗锅、洗槽、清洗环境），这些废水中含有糖类、蛋白质等可溶性浸出物，也含有麦槽、凝固物废渣等固体悬浮物，每天的排放量根据每天糖化的次数、清洗的方式和水回收的程度，多的可达100立方米以上，少的不过2~3立方米，其BOD值高达2000~2500mg/L。其各工序污染物输入与输出如下图：粉碎糖化糊化麦芽粉尘蒸汽废水辅助原料酒糟热凝固物麦汁过滤煮沸冷却冷却水冷凝固物糖化过程污染物的输入与输出图发酵过程所产生的废水包括洗酵母水、洗槽水、冲洗水等，这些废水含有酵母、发酵液成分、冷凝固物、酒花树脂等物质，还含有许多表面活性物质和泡盖的组成物质，每天的排放量和排放时间不固定，需根据产量、每天的下酒数量、清洗操作的执行情况等决定，每天排放多则70~80立方米，少则20~30立方米。其BOD值也不太固定，高的可达2000mg/L左右，低的为700~800mg/L。贮酒过程的废水与发酵过程的废水相接近，情况也类似。滤酒过程的废水包括过滤机走水、各种洗涤水、洗棉废水等。这些废水含有残酒、泡沫活性物质、酒花树脂、棉纤维、酵母等，每天的排放量比较固定，排放时间也有一定规律，其中洗棉废水排放数量稍多一些，总排放量平均在每天40~50立方米，低的为10~20立方米，其BOD值不太高，一般不超过500mg/L。其各工序污染物输入与输出如下图：发酵酵母麦汁剩余