降低啤酒发酵高级醇产生量的装置论文和设计-林熙

全文摘要

本实用新型涉及一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，属于啤酒酿造技术领域。该装置包括稳定充氧系统，所述稳定充氧系统包括：流量控制模块，包括串联设置于管路上的自动调节阀、具有数据传送功能的气体流量计、控制器和第一手动截止阀，所述自动调节阀和具有数据传送功能的气体流量计均与所述控制器电连接构成闭环控制；浮子流量计，设置于所述流量控制模块后端的管路上；第一过滤设备，设置于所述流量控制模块前端的管路上。上述稳定的充氧量控制装置，可以达到更好的降低啤酒发酵高级醇产生量的效果。

主设计要求

1.一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，包括稳定充氧系统，所述稳定充氧系统包括：流量控制模块，包括串联设置于管路上的自动调节阀、具有数据传送功能的气体流量计、控制器和第一手动截止阀，所述自动调节阀和具有数据传送功能的气体流量计均与所述控制器电连接构成闭环控制；浮子流量计，设置于所述流量控制模块后端的管路上；第一过滤设备，设置于所述流量控制模块前端的管路上。

设计方案

1.一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，包括稳定充氧系统，所述稳定充氧系统包括：

流量控制模块，包括串联设置于管路上的自动调节阀、具有数据传送功能的气体流量计、控制器和第一手动截止阀，所述自动调节阀和具有数据传送功能的气体流量计均与所述控制器电连接构成闭环控制；

浮子流量计，设置于所述流量控制模块后端的管路上；

第一过滤设备，设置于所述流量控制模块前端的管路上。

2.根据权利要求1所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，所述流量控制模块还包括安全支路，所述安全支路一端连通所述第一过滤设备和所述流量控制模块之间的管路，另一端连通所述浮子流量计和所述流量控制模块之间的管路，且该安全支路上设有第二手动截止阀。

3.根据权利要求2所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，所述稳定充氧系统还包括第三手动截止阀、第二过滤设备、单向阀、气动截止阀和氧气源，所述第三手动截止阀、第二过滤设备、气动截止阀和单向阀依次安装于所述浮子流量计和进麦汁管道之间的管路上，所述氧气源设置于所述第一过滤设备前端的管路上。

4.根据权利要求3所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，所述浮子流量计为玻璃直管式浮子流量计，所述第一过滤设备和第二过滤设备均为带压力显示的气体滤芯装置。

5.根据权利要求1所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，还包括蒸汽系统，所述蒸汽系统包括设置于蒸汽管路上的第四手动截止阀、蒸汽过滤器，所述蒸汽管路一端连通蒸汽源，另一端连通第二过滤设备。

6.根据权利要求3所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，还包括冷麦汁供给系统，所述冷麦汁供给系统包括依次通过管路连通的麦汁沉淀槽、热麦汁泵、麦汁冷却器、冷麦汁泵、麦汁流量计和压力变送器。

7.根据权利要求6所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，所述热麦汁泵与所述麦汁流量计和压力变送器电连接构成闭环控制。

8.根据权利要求7所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，所述单向阀后端的管路通向所述麦汁流量计和冷麦汁泵之间的管路。

9.根据权利要求6所述的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，其特征在于，所述麦汁冷却器包括麦汁冷却罐和冷却管路，所述冷却管路一端连接冷水罐，环绕穿过所述冷却罐后另一端连通热水罐。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及啤酒酿造技术领域，特别是涉及一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置。

背景技术

啤酒酿造过程包括了糖化、发酵以及过滤三个步骤。其中，糖化、发酵是决定酒液品质最重要的步骤，首先通过糖化环节制备出麦汁，把麦汁冷却到一定温度，同时添加酵母并进行充氧。在有氧条件下，酵母先进行有氧呼吸，大量繁殖和积累能量，并以此来保证后续无氧条件下发酵所需的酵母量和能量；当氧耗尽后，酵母进入无氧发酵阶段。这些过程会产生特别多的副产物，比如：乙醇、二氧化碳、高级醇(3个碳原子以上的醇)、醛类、酯类、酸类等物质。

其中高级醇是啤酒的重要风味物质之一，但如果啤酒中高级醇过高，饮后，高级醇将随着血液进入大脑，导致脑神经细胞收缩，就引起头昏、头疼，这就是日常俗称的“上头”，因此有必要控制合适高级醇产生量。

通常来说，高级醇的生成代谢途径主要有降解途径和合成途径：

1、降解代谢途径，1907年由德国化学家Ehrlich提出的有氨基酸形成高级醇的途径，反应式如下：

2、合成代谢途径：通过糖代谢生物合成氨基酸的中间阶段时，形成酮酸中间体，后面和降解代谢途径相同，反应式如下：

在生成高级醇的这两条途径中，合成代谢途径占75％，而降解代谢途径只占25％。且经分析，80％的高级醇在主发酵期间形成，而已产生的高级醇不会在后期被酵母还原而有所下降，所以要想控制不过多产生高级醇，必须通过控制主发酵期间的各相关因素。

影响高级醇形成的主要因素有：(1)酵母菌种；(2)麦汁浓度和麦汁组分；(3)发酵条件，如：发酵温度、发酵压力、发酵液pH、酵母接种量、麦汁的充氧量及方法等。这些因素都能影响酵母活性或繁殖倍数，进而影响高级醇产生量。

然而，实际生产中，影响高级醇形成的因素里，有较多因素是不容易也不便于随时更改的，否则属于重大工艺调整，容易引发其他不可控问题，而麦汁充氧与高级醇的产生量高度相关，且控制成本低，故在不轻易改变其他因素的情况下，可把精准控制麦汁溶解氧作为调控高级醇产生量的关键技术。

目前也有一些专利涉及通过控制麦汁溶解氧来控制高级醇的产生，如CN105002026A和CN104017683A等，可将啤酒高级醇含量控制在≤92mg\/L。但是，这些方法依然存在弊端，难以将高级醇含量控制到更低的程度。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，采用该装置，可降低发酵后啤酒主要高级醇总量。

一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，包括稳定充氧系统，所述稳定充氧系统包括：

浮子流量计，设置于所述流量控制模块后端的管路上

第一过滤设备，设置于所述流量控制模块前端的管路上。

本发明人在对常规的发酵过程进行了长期的观察和分析后发现，目前各啤酒厂在啤酒发酵工艺所使用的硬件上，采用的自动充氧检测仪器多为测流量的体积流量计，由于硬件厂家标定时的工况(即特定的压力和特定的温度)和啤酒厂使用时的工况经常不一样，加上实际使用时供气管道压力或麦汁管道压力不稳定，导致充氧量与设计值存在较大偏差，也就导致充氧工艺无法做到一致性，要么导致充氧量小，导致发酵困难，要么充氧量过大，导致高级醇总量过高或者发酵罐之间的一致性不高。各啤酒厂所用的自动气体流量计，也由于当时硬件出厂时标定工况不一致，啤酒厂各自气体流量计所测值难以做横向对比，更何况如果是用不同牌子型号的，所测值看起来一样但实际量很可能大不相同，导致无法规范的统一充氧量。

在此基础上，本发明人设计了稳定充氧系统，其中，流量控制模块通过具有数据传送功能的气体流量计监测麦汁流量，通过电连接将数据传送至控制器，当流量达不到设定值时，通过自动调节阀进行调整，以实现闭环控制充氧流量的效果；另外，控制器上对每锅充氧的总量进行累计和保存数据(还可供数据查询)，当累计充氧量达到设定值时，控制器发出指令，自动调节阀和前端气动截止阀都关闭，停止充氧；此充氧系统，除了一个具备数据传送功能的气体流量计，还同时串联一个能就地显示的玻璃直管式浮子流量计，也同时对充氧流量进行监控，此过程中可将具有数据传送功能的气体流量计和浮子流量计的监控数据进行对比，用于互相验证准确流量，以确保流量计数的准确；除此，还有助于解决上述各厂充氧量无法对比的问题，若各啤酒厂都安装这样的充氧系统，可以在玻璃管浮子流量计测量值佐证情况下，横向对比具有数据传送功能的各个气体流量计的检测值，以进行数据收集，辅助研发优化工艺条件。

并且，上述具备自动控制的流量控制模块，再串联浮子流量计，能够提高整个充氧控制装置的系统稳定性和准确性。

在其中一个实施例中，具有数据传送功能的气体流量计选用仪器型号KROHNE-H250，购买时，根据以往观察的数据，麦汁管道压力无论哪个锅次都不会超过4.0bar，故让厂家按压缩空气的操作压力是5.0bar，操作温度是27℃的工况来标定该气体流量计；玻璃管浮子流量计，型号选德国盖米GEMU(该流量计标明的操作条件是P_{abs<\/sub>＝1bar，20℃)。}

在其中一个实施例中，所述流量控制模块还包括安全支路，所述安全支路一端连通所述第一过滤设备和所述流量控制模块之间的管路，另一端连通所述浮子流量计和所述流量控制模块之间的管路，且该安全支路上设有第二手动截止阀。可根据实际工况情况灵活调整。

在其中一个实施例中，所述稳定充氧系统还包括第三手动截止阀、第二过滤设备、单向阀、气动截止阀和氧气源，所述第三手动截止阀、第二过滤设备、气动截止阀和单向阀依次安装于所述浮子流量计和进麦汁管道之间的管路上，所述氧气源设置于所述第一过滤设备前端的管路上。所述进麦汁管道最终通向发酵罐。可以理解的，所述氧气源指能提供氧气即可，在实际工作用，通常以压缩空气提供氧气，即所述氧气源具体为压缩空气源。

在其中一个实施例中，所述浮子流量计是玻璃直管式浮子流量计；所述第一过滤设备和第二过滤设备均为带压力显示的气体滤芯装置。

在其中一个实施例中，还包括蒸汽系统，所述蒸汽系统包括设置于蒸汽管路上的第四手动截止阀、蒸汽过滤器，所述蒸汽管路一端连通蒸汽源，另一端连通第二过滤设备。

在其中一个实施例中，还包括冷麦汁供给系统，所述冷麦汁供给系统包括依次通过管路连通的麦汁沉淀槽、热麦汁泵、麦汁冷却器、冷麦汁泵、麦汁流量计和压力变送器。

在其中一个实施例中，所述热麦汁泵与所述麦汁流量计和压力变送器电连接构成闭环控制。

在其中一个实施例中，所述单向阀后端的管路通向所述麦汁流量计和冷麦汁泵之间的管路。

在其中一个实施例中，所述麦汁冷却器包括麦汁冷却罐和冷却管路，所述冷却管路一端连接冷水罐，环绕穿过所述冷却罐后另一端连通热水罐。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，采用稳定的充氧量控制技术，达到更好的降低啤酒发酵高级醇产生量的效果。而且能够对多种情况进行比较或纠偏，如对比每个相同品种的发酵罐的相同充氧锅次的充氧量或所有锅次的总充氧量是否相对一致，也方便各厂验证对比实际充氧工艺的实施是否一致，从而提高各个厂的啤酒风味一致性。

附图说明

图1为实施例1降低啤酒发酵高级醇产生量的装置结构示意图。

其中：111.自动调节阀；112.具有数据传送功能的气体流量计(金属管转子流量计)；113.第一手动截止阀；114.安全支路；115.第二手动截止阀；116.气动截止阀；120.浮子流量计；131.第一过滤设备；132.第二过滤设备；140.第三手动截止阀；150.单向阀；160.氧气源；210.第四手动截止阀；220.蒸汽过滤器；230.蒸汽管路；310.麦汁沉淀槽；320.热麦汁泵；331.麦汁冷却罐；332.冷却管路；333.冷水罐；334.热水罐；340.冷麦汁泵；350.麦汁流量计；360.压力变送器；800.发酵罐。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连通”另一个元件，它可以是直接连通到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

实施例1

一种降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，包括稳定充氧系统，蒸汽系统，冷麦汁供给系统。

所述稳定充氧系统包括：流量控制模块、浮子流量计120和第一过滤设备131。

所述流量控制模块包括串联设置于管路上的自动调节阀111、具有数据传送功能的气体流量计112、控制器和第一手动截止阀113，所述自动调节阀和具有数据传送功能的气体流量计均与所述控制器电连接构成闭环控制。

进一步的，所述流量控制模块还包括安全支路114，所述安全支路114一端连通所述第一过滤设备131和所述流量控制模块之间的管路，另一端连通所述浮子流量计120和所述流量控制模块之间的管路，且该安全支路上设有第二手动截止阀115。

更进一步的，所述稳定充氧系统还包括第三手动截止阀140、第二过滤设备132、气动截止阀116、单向阀150和氧气源160，所述第三手动截止阀、第二过滤设备、气动截止阀和单向阀依次安装于所述浮子流量计和进麦汁管道之间的管路上，所述氧气源设置于所述第一过滤设备前端的管路上。所述进麦汁管道最终通向发酵罐800。

上述氧气源可采用压缩空气源，通过换算其中氧气含量后计算充气时间和气量即可。

并且，所述第一过滤设备和第二过滤设备均为带压力显示的气体滤芯。

所述浮子流量计120设置于所述流量控制模块后端的管路上，用于对充氧流量进行计量监控。该浮子流量计优选为玻璃直管式浮子流量计，如型号GEMU，能够在啤酒酿造的工况条件下实现精准计量。

上述气动截止阀116的作用是当锅冷却麦汁的充氧量达到给定量了，就自动关闭阀门，停止再有氧气进入麦汁中；特殊情况下，如果具有数据传送功能的气体流量计112出故障、暂时无法修复时，次优选择还可以采用如下操作：联合气动截止阀116和浮子流量计120，在手动调节相对稳定的气体流量下，气动截止阀116能够通过控制器自动开启和关闭，保证精准的时间，确保了一定程度的自动控制水平，使充氧也能达到相对定量控制。

所述第一过滤设备131设置于所述流量控制模块前端的管路上。

所述蒸汽系统包括设置于蒸汽管路230上的第四手动截止阀210、蒸汽过滤器220，所述蒸汽管路一端连通蒸汽源，另一端连通第二过滤设备。

所述冷麦汁供给系统包括依次通过管路连通的麦汁沉淀槽310、热麦汁泵320、麦汁冷却器、冷麦汁泵340、麦汁流量计350和压力变送器360。

进一步的，所述热麦汁泵320与所述麦汁流量计350和压力变送器360电连接构成闭环控制，可以精准控制麦汁流量。优选的，所述单向阀150后端的管路通向所述麦汁流量计350和冷麦汁泵340之间的管路。

在本实施例中，所述麦汁冷却器包括麦汁冷却罐331和冷却管路332，所述冷却管路一端连接冷水罐333，环绕穿过所述冷却罐后另一端连通热水罐334。

可以理解的，上述蒸汽系统和冷麦汁供给系统也可按照工厂要求使用常规设备或进行改造，只要其可与所述稳定充氧系统配合即可。

本实施例的降低啤酒发酵高级醇产生量的装置，采用的稳定充氧系统中，流量控制模块通过具有数据传送功能的气体流量计监测充氧的瞬时流量和累积量，通过电连接将数据传送至控制器，当流量达不到设定值时，通过自动调节阀进行调整，以实现闭环控制充氧流量的效果，并以浮子流量计再对充氧流量进行计量和监控，此过程中可将具有数据传送功能的气体流量计和浮子流量计的监控数据进行对比，以确保流量计数的准确；当充氧累积量达到给定值了，就停止充氧；同时，还可在控制器上对每锅充氧的瞬时流量和累积量进行数据保存，可供查询曲线。

实施例2

一种降低啤酒发酵高级醇产生量的方法，采用实施例1中的设备。

一、基本数据。

本实施例方法中的基本背景数据为：糖化麦汁以13°P和16°P都做跟踪试验，麦汁冷却温度为9.5-10.5℃，发酵前期温度为9.5-10.5℃，背压0.1bar，当降糖达到原糖浓度的55-60％时，进行中期封罐，自然升温至14.5-15.5℃，罐内背压0.8bar，双乙酰低于0.18ppm时，开始降温直至0℃，贮藏4-8天可出罐；5锅满罐，每锅900HL，5锅共有4500HL。

二、核心工艺。

1、酵母添加量。

酵母添加按满罐麦汁量且1°P麦汁对应1-1.35百万个\/ml的量来添加，第一锅冷却麦汁过程中打完所需酵母。

2、充氧量和充氧工艺。

充氧总量以6.3-9.5mg\/L为宜，采用具就地显示的玻璃直管式的浮子流量计和数据传送功能的气体流量计，本案例选型号KROHNE-H250来进行充氧，每一个需要充氧的锅次，当充氧累计量达到预定值后即停止该锅次的充氧。

已知每锅麦汁冷却完的耗时在60-75分钟，经考虑总充氧需求量和最多充氧量的锅次以及充氧仪器的最佳流量范围等因素，可以把压缩空气的流量选择控制在7200-8500标准升\/时之间，以每锅麦汁充氧量能在60分钟内充完为宜。

根据满罐总麦汁量，计算出总需氧量，以6.3-9.5mg\/L为宜，可以根据酵母增值倍数控制(从测酵母高峰期的数量来判定)和最终发酵结果进行适当调整；以五锅满罐为例，前两锅麦汁的充氧量按占总需氧量65-75％充进，其中第一锅充氧量占总充氧量的38-50％，中间批次锅麦汁中不充氧或不超过5％，剩余充氧量放在最后2锅或最后一锅充进去。

上述充氧工艺中，前两锅的充氧量的多少对控制酵母的增值倍数影响比较大，进而影响高级醇最终产生量；最后2锅或最后一锅的充氧，主要目的一方面是适当补充些氧气，另一方面是起到一定搅拌作用，使酵母更充分分布在罐内各区域。

更具体充氧控制参数和要点如下：

表1.充氧控制参数及要点一

计算公式或注释：

A项下，流量按7400NL\/h充入，以流量计和调节阀形成闭环控制，但由于压差波动，导致流量也会有变化。

C项下，C＝A\/60*B

D项下，1)根据C行计算值取整设置充氧量；

2)实际充氧按累计量来控制；

E项下，1)E＝D*21％；

2)空气中的含氧量按21％计算

F项下，1)F＝E÷22.4L\/mol*32g\/mol；

2)按标准状态下的气体来测算，1mol气体按22.4L算，氧气相对分子质量按32g\/mol算。

表2.充氧控制参数及要点二

计算公式或注释：

G项下，每锅实际麦汁量肯定有区别，这里主要按设计量来计算；

H项下，1)H＝F*1000\/(G*100)；

2)折算成mg\/l，相当于ppm；

J项下，J＝H\/I*12；

K项下，K＝每锅充氧量\/总充氧量。

注：每锅充氧量不是通过控制充氧时间长短来达到的，时间只是方便于充氧量设计，最终是以控制充氧累计量来达到更精确的控制目的。

上述充氧过程中，以具有数据传送功能的气体流量计和自动调节阀配合控制器按7400标准升\/小时来闭环控制，即使过程可能由于麦汁管道压力波动或麦汁管道与充压缩空气管道的压力差有变化而导致充氧流量波动，但何时停止充氧是以累计量来确定的，所以每锅的进氧量能受到比较精准的控制，从而控制好最终产生的总高级醇量，并且使各个发酵罐同品种的品质一致性更好；

除此充氧设施外，还与玻璃直管式浮子流量计串联同时使用，这个流量计的进气手动阀和出气手动阀都100％完全打开，此时两种流量计显示的值会不同，但都是经过厂家标定属于正确值的，需要同时记录下两者同时测的值，前者用来达到自动控制和定量控制的目的，后者用来达到随时验证和纠正实控值的目的，使各发酵罐的充氧量具有可对比性和确保了精准控制的效果。

由于每个厂使用的具有数据传送功能的气体流量计的型号和标定条件不同，导致各种型号的气体流量计甚或同一种型号但标定条件不同，所检测的值可能存较大差异的；由于玻璃直管式浮子流量计需求条件简单，标定容易，检测值重现性高，如果各厂的充氧系统都设计同时串联了一个玻璃直管式浮子流量计，可以用这个玻璃直管式浮子流量计反过来验证同时串联的自动气体流量计检测值是否属于正常值；使用这样设计的充氧系统能方便不同厂或不同充氧线的对比和校正，利于生产高级醇控制温度和品质稳定的各批啤酒产品。

三、结果。

上述方法利用了实施例1设备硬件中的用于确保空气压力恒定供应的装置，用于确保来充氧不受过多影响，能提供稳定压力的压缩空气气源。最终，酵母增值倍数受到严格控制，酵母最高峰值小于70百万个\/毫升；最终高级醇总量100％以上处于80PPm以下，抽取不同批次啤酒发酵后得到的产品，检测其中高级醇含量，具体如下表。

表1.不同批次啤酒中高级醇含量

从上表结果中可以看出，所抽取的20个批次啤酒发酵后得到的产品中高级醇含量均处于80ppm以下，且部分产品可达到70ppm以下，说明本实施例的方法具有较佳的降低高级醇的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

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