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啤酒生产过程中CO2管理探讨
发布时间:2008-06-06 11:03:08 阅读:1659
    [前言] CO2是啤酒生产过程中最重要的副产品,又是啤酒的重要成分之一,能有效改善啤酒质量。啤酒生产过程中,影响CO2回收、使用的因素非常多,本文根据作者的工作实践,对啤酒生产过程中CO2产生量计算、回收、使用管理提出了一些观点和建议,与国内同行们共同探讨与分析。
    [关键词]啤酒发酵  CO2管理    回收    使用
1  啤酒中CO2的主要作用
1)赋予啤酒杀口性,有开胃、通气、清凉、消暑的作用;
2)有利于啤酒泡沫的形成,有利于泡沫的均匀性、稳定性和持久性;
3)可有效隔氧,提高啤酒的抗氧化能力;
4)啤酒中溢出的CO2有利于啤酒芳香气味的散发;
5)溶解在啤酒内的CO2可抑制杂菌污染,增强啤酒防腐能力,延长啤酒保存期;
6)能降低啤酒的PH值,促进酒花树脂析出,使啤酒苦味更加柔和。   
2  发酵中CO2可回收量计算
2.1  发酵过程中CO2产生总量
啤酒发酵过程中,可发酵糖在酵母作用下转化为酒精、CO2及副产物。正常发酵情况下,可发酵糖中约98%左右可完全发酵产生CO2。根据巴林(Balling)氏的研究,在完全发酵时,存在下列关系:
       
          浸出物         酒精   +  CO2   +   酵母
 2.0665         1.0      0.9565    0.11
由上式可推出发酵满罐至下酒时CO2产生总量:
G =(麦汁浓度-下酒真浓)*98%*酒液总量*0.9565/2.0665……..(1)
2.2  CO2实际回收量
      以发酵罐总容积90m3、有效容积60m3、发酵液量约为58 KL,麦汁原浓12.5%,主酵温度  12℃,罐压 0.08-0.1Mpa,下酒外浓2.8%,真浓4.6%,CO2纯度达到97%、原浓为10.5%时开始回收,按以上条件为例计算发酵过程中每KL麦汁实际回收的CO2量。
CO2理论收量= 产生总量-回收前溢出量-发酵液中溶解量-顶部空间残留量……(2)
     由1式可得:CO2产生总量=(12.5%-4.6%)*58*1.0505*98%*0.9565/2.0665=2.18T…(3)
     回收前溢出量=(12.5%-10.5%)*58*1.0505*98%*0.9565/2.0665=0.55T……..(4)
     假设发酵液中CO2含量为4.8g/L,发酵液中溶解量=0.48%*58=0.278T…..(5)
     根据气态方程PV=NRT ,可算出顶部空间残留量:
 顶部空间残留量=0.08*(90-58)/8.314*285.15*0.044=0.048T………(6)
 由(3)、(4)、(5)、(6)代入(2)式可得:
 CO2理论回收量=2.18-0.55-0.278-0.048=1.304T,每KL麦汁可产生CO2理论回收量为1.304/58=22.48kg/kl,但实际上CO2 回收量受各种环节及操作水平的影响,回收率约为0.74-0.84之间,也就是每kl麦汁实际回收量约为16.6-18.8kg/kl。
3   生产过程中CO2的使用
啤酒发酵过程中回收的CO2主要用于:过滤贮酒液时添加CO2;清酒罐、脱氧水罐、缓冲罐CO2备压;灌装时备压等。下面以瓶装酒为基准计算吨酒耗用CO2量。
1)一般情况下,贮酒时用CO2备压,贮酒结束时酒液中含CO2量在0.4-0.5%之间,而成品啤酒按国家标准CO2含量应在0.40-0.65%之间,因此滤酒时每kl酒中要添加CO2约4.5kg/kl;
2)清酒罐、脱氧水罐、缓冲罐备压耗CO2量约为3.3 kg/kl;
3)灌装(含二次抽真空)时备压耗CO2量约为7kg/kl;
4)硅藻土溶解和添加时需置换其中O2,需用CO2量为0.8 kg/kl;
5)其它送酒管道、过滤设备耗CO2量为0.3kg/ kl。
由以上累积算出每kl啤酒从贮酒至灌装至少需用CO2量约为15.9 kg/ kl。
而每kl麦汁实际回收的CO2量为16.6-18.8kg/kl,拆算为10度成品啤酒即每kl啤酒实际可供应CO2量为14.1-15.9 kg/ kl,即每万kl成品啤酒实际可供应CO2量约为150 t,而每万kl成品啤酒理论耗用量159 t,从理论上看CO2回收量与使用量应基本持平,但实际生产过程中供应CO2量是不足的,实际每万kl成品啤酒使用量为理论耗用量159 t+生产调节与合理损耗量10 t(经验推算)=169 t,即每万kl成品啤酒实际使用量与回收量的差别约为19 t,主要原因:
1)啤酒产品以销定产,生产围绕市场需求随时调整,为调节在库酒液量,糖化产量与成品产量不可能同步,CO2回收量和使用量因不同步势必相差较大。
2)每年停产进行设备大修后糖化启动生产距包装成品生产还有较长时间,而各厂家一般是根据CO2的平均回收量配置CO2回收贮存设备,此时产生的大量CO2因贮存能力有限,势必会有大量排放。
3)CO2各进出管道、各添加点、备压点自然损耗。
4  CO2的回收管理
CO2 回收系数约为0.74-0.84之间,提高回收率应控制好每一环节。
4.1  影响回收率的因素
1)  发酵罐CO2转换不及时;
2)  回收管道有漏气现象;
3)  保压效果不好,发酵罐有漏气现象;
4)  回收时管道中不凝性气体过多,导致频繁停机处理;
5)  旺季或生产波动时CO2转换过于集中,超出设备平均回收能力,超出部份CO2排放入大气;
6)  回收设备能力不匹配导致低稼动率;
7)  回收气囊有破损漏气需及时缝补或更换。
4.2  提高CO2回收率的方法对策
1)  对发酵罐产生的CO2纯度进行测量,找出最佳回收的外浓对应点,并及时联系进行CO2转换回收;
2)  经常对回收管道进行检查,防止跑、漏气现象发生;
3)  定期对发酵罐的安全阀等阀门进行检查,保持其完好,能正常使用;
4)  特殊的发酵罐,在CO2转换前进行CO2浓度的测量,保证其纯度,减少管道中不凝性气体浓度,避免因不凝性气体浓度过高而导致频繁停机处理;
5)  糖化生产安排尽量平稳连续,避免过分集中,使可回收的CO2在设备回收能力之内,避免不必要浪费;
6)  定期检查回收设备是否正常,保持设备高稼动率;
7)  回收过程对不凝性气体的排放制定规范的操作标准,加强不凝性气体的排放。
对操作人员进行专业培训,提高责任心及操作技能,避免不必要的操作失误。
5   CO2的使用管理
5.1  影响CO2使用的因素
1)  CO2实际回收量;
2) 各使用点设备异常或有泄漏;
3) 各种贮罐保压效果不好;
4)使用点管理状况;
5.2  提高CO2使用效率的几点建议
1、加强计量管理,通过CO2贮罐液位和计量器确定CO2耗用量;
2、消耗定额管理,设定消耗目标值并进行经济考核。
3、建立日常CO2回收使用报表制度,耗用情况及时向有关使用部门反馈,监督超标准异常情况;
4、提前统计预测,在生产波动和用量紧缺时,提前按主次调整使用点。
6  讨论
6.1  CO2的回收、使用管理不仅对质量至关重要,而且其经济效益也值得重视。每万kl成品啤酒实际使用量与回收量的差别约为19 t,目前外购液体CO2的市场价格约在1100元/ t左右,如不足部分全部外购液体CO2用于生产,每万kl成品啤酒增加成本为2.09万元,明显增加制造成本,这种做法显然不够经济。
6.2  在CO2回收量不充裕的情况下,可采用N2或采用N2、CO2的混合气体作为CO2的替代品较单用CO2经济。
6.3  随着二氧化碳在啤酒生产中使用的不断探索,二氧化碳的应用范围得到了广泛的开拓。     除了众所熟知的后酵添加、灌装机备压外,酿造和包装等部门使用二氧化碳新增点很多。二氧化碳和啤酒生产的关系将愈来愈加密切。
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