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1、项目可行性研究报告项目名称：两罐法工艺酿造啤酒关键技术研究目录一、立项的背景和意义二、研究现状和发展趋势三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点四、项目预期目标五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解六、计划进度安排七、现有工作基础和条件八、项目经费概算一、立项的背景和意义发酵工程是指利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，采用现代工程技术手段，由微生物的某些特定功能生产出人类需要的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术，被广泛应用于食品、医药、化工等行业。我国在食品工业生产中利用微生物发酵技术历史悠久，有着许多民族特色的发酵食品，如豆腐
2、乳、酱油、醋、黄酒、白酒等，这些传统发酵食品风味独特、营养丰富，体现了微生物酶在发酵过程中于一定条件下起着生化反应的结果。随着现代发酵工程技术的发展，我国自20 世纪50 年代以来，从无到有地建立起了抗生素、氨基酸、柠檬酸、维生素、甾体激素、核苷酸、微生物多糖等一系列发酵工程，形成了完整的工业体系，同时也使酒、醋、酱油等传统发酵工业得到了进一步的改革和更新，目前现代发酵工程技术已被我省列为2008年重大科技专项资助重点之一。1. 项目提出的依据啤酒是一种以大麦、水为主要原料，以大米或者其他未发芽的谷物、酒花为辅助原料，经麦汁糖化和酵母发酵等工艺过程制备的二氧化碳含量丰富、低酒精度(26)、富含
3、多种营养成分的传统发酵产品，其发酵工艺主要有“一罐法”和“二罐法”两种。“一罐法”是指麦汁的主发酵、双乙酰还原、降温贮酒阶段在同一个露天发酵罐中进行的工艺，具有工艺简单，便于操作等优点。但是，由于整个发酵过程都在同一个锥形罐中进行，因此，在主酵结束后主要利用大罐外壁进行冷却，慢慢把酒液温度从主酵温度的11降到后酵温度的-10。然而，发酵结束后酒液对流非常弱，特别是在降到2左右啤酒达到临界比重时，酒液基本无对流，只靠传导进行热传递，降温速度很慢，因此，大罐中心酒液实际温度并没有同步达到后酵温度，更严重的是，在温度控制不好时会出现罐内分层、冷不透、温度容易回升等问题。目前，啤酒厂广泛采用直径达4米
4、甚至6米以上的大罐，使得这个问题更加突出，要使中心温度同样达到-10，往往需要56天的时间，而且如果降温速度过快，会使罐壁酒液结冰，即浪费能源又影响酒的质量。同时，“一罐法”发酵工艺生产周期较长，旺季时难以满足市场需求，为此往往在酒液一降温时就马上过滤，使得发酵液中冷凝物析出不充分，从而造成成品酒易出现蛋白沉淀等非生物稳定性问题，而且酒体易出现不成熟味。2. 传统两罐法酿造啤酒工艺简介“两罐法”是在“一罐法”的基础上发展起来的一种新发酵方法，即将主发酵和后发酵分别在主发酵罐和后发酵罐中进行的发酵工艺。传统的“两罐法”在主酵液发酵度为6669左右时，把酒液下酒到储酒罐继续发酵使残糖分解，饱和二氧
5、化碳，并逐步降温，促进澄清，促进成熟，此方法能有效解决“一罐法”工艺存在诸如酒液温度不均匀、非生物稳定性较低等问题，但仍然存在生成周期较长的缺点。3. 项目意义本项目是基于传统“两罐法”的基础，对其发酵工艺进一步改进而发展起来的新型发酵方法，即在主酵结束双乙酰合格，排清酵母后，通过冷却薄板把发酵液温度从主酵温度（一般10-11）急速降到贮酒温度（一般0到-1），倒入另一发酵罐进行贮酒，冷藏23天后过滤（图1）。这样酒液通过冷却薄板的深冷速冻，加速了冷凝物的析出，酒液温度均匀一致，且通过23天0 -1的低温贮藏，使酒液中冷凝物快速而彻底的析出，从而使成品啤酒的非生物稳定性大大提高。此外，通过倒罐
6、，使酵母及时与酒液分离，避免酵母在高压、高温、无营养的状态下自溶，从而使啤酒口感更纯正，啤酒保质期延长，提高产品市场竟争力。重要的是，本项目开发的“两罐法工艺能有效缩短啤酒生产周期，提高设备利用率。每罐酒以20天酒龄计算，实施本项目后减少酒龄4天，全部采用则可降低20%发酵罐，新建或扩建就可以降低20%发酵罐的成本。以通常发酵罐占啤酒厂总投资的10%计算，采用本项目开发的技术则可节约近2%的投资（“两罐法”的投资较少，和整个投资相比可不考虑）。以全省每年新增50万KL计算，若全部采用此工艺则可节约近1000万元，成效显著。更值得关注的是，本项目开发的工艺能有效降低啤酒生产的单位能耗。众所周知，
7、啤酒生产企业是食品领域内耗能较大的行业之一。2006年，我省啤酒总产量为277.14104 kL，并且近年来平均以每年18.1%的速度增长。以啤酒生产的平均耗电量为72 kWhkL-1计算，我省啤酒企业年耗电19954.08104 kWh，折合可燃烧煤24523.56104 kg。针对这一情况，浙江省质量技术监督局发布了啤酒单位综合能耗限额及计算方法（DB33/6672007），并于2008年1月1日起开始实施。由此可知啤酒生产企业应该更新观念，加强厂内管理，通过推行清洁生产来降低生产能耗。本项目通过改进设计、采用先进的工艺技术与设备、改善管理和综合利用等措施，提高了发酵罐的资源利用率，减少生
8、产单位产品用电量。跟据本厂一车间的预试验结果，采用本项目工艺，每kL啤酒平均可节约用电约1 kWh，以全省年产啤酒300万kL计，每年可节约用电300万kWh。因此，本项目能在提高经济效益的同时达到节能的目的，符合我国“十一五”计划中节能降耗工作的相关要求，具有较大的经济和社会效益。冷麦汁充 氧添加酵母酵母贮存CO2回收主 发 酵酵母回收倒罐废酵母浆冷藏烘 干废水过 滤稀释灌装车间清 酒 罐包装外售废硅藻土 脱氧水图1 “两罐法”发酵工艺流程简图工艺流程说明：冷麦汁经充氧、按比例添加酵母后进入发酵罐进行发酵，在发酵过程中要严格按发酵曲线进行温度控制，发酵结束后进行倒罐，倒灌工程中利用换热薄板进
9、行快速降温，把温度从11快速降至01，储存23天即可进行啤酒的硅藻土过滤，过滤后的清酒送至清酒罐或经稀释后送至清酒罐待灌装。二、国内外研究现状和发展趋势啤酒是一种深受大众喜爱的酒精性饮料，改革开放二十多年来中国啤酒工业得到迅猛发展，从1987年到1994年国内啤酒年均增幅在20%以上，年产量增幅最高时达到30%以上，1995年以来我国啤酒产量增长速度放慢，但年均增幅仍达到7%以上。2001年啤酒产量为2274万吨，2002年啤酒产量达到2386万吨，首次超过美国成为世界第一啤酒生产大国。近几年来，啤酒行业出现大规模的兼并、收购活动，形成了像青岛、燕京、华润、哈啤等超百万吨的大型集团。就开放程度
10、来看，我国啤酒行业是较为开放的行业之一，从80年代末90年代初以来，西方各国啤酒数十个著名的啤酒品牌涌入中国。据统计，有60多家5万吨以上的重点啤酒厂搞了合资，合资企业的啤酒产量已超过全国产量的30%。因此，目前国内外啤酒生产在发酵工艺上大同小异，均采用“一罐法”或“两罐法”生产。“一罐法”是指主发酵和后发酵在同一罐内进行的发酵方式，一罐法包括低温发酵法和快速发酵法。贮酒中仅能利用80的罐容积，并且由于对流，所分离的物质不能及时排除，再次溶解造成啤酒口味比二罐法生产的啤酒粗糙，苦味增重。 “二罐法”是在一个罐内完成发酵和双乙酰还原，然后转入第二个锥形罐进行冷贮酒的发酵方式。此工艺的典型代表是德
11、国的DAB发酵工艺和丹麦的二罐法发酵工艺。“前锥后卧”式发酵，“前锥后卧”式发酵也是一种“二罐法”发酵，是将锥形大罐与传统发酵中的卧式后贮酒罐相结合的一种发酵方法，对从传统发酵产业改建来的啤酒厂来说是一种值得推广的工艺。但是鉴于我国幅员辽阔、各地风土人情相差较大的特殊国情，在啤酒的发展趋势上也拥有自己的特色及缺点。1. 口味发展多样化啤酒是世界性饮料，各地生产的啤酒都有自己独特的风格。而我国啤酒产业由于开放性较高，受世界各地啤酒风格的影响，目前开发有四大风味类型，即强力、柔和、浓醇和淡爽。德式啤酒以全麦芽、煮出糖化法，长期后酵为酿造特点，啤酒以浓醇为风格形式。目前，我国啤酒典型代表青岛啤酒即为
12、此类风格，浓醇而柔和。在20世纪70年代，我国通过引进美国啤酒的风味，又创造出低浓度、浅色泽、低苦味值、低总酸的淡爽的啤酒风格。目前，这种啤酒在江苏、浙江、安徽、上海、福建和江西等地的市场十分流行。这种淡爽、柔和的啤酒特别受到新一代消费者的青睐。2. 啤酒保鲜期良莠不齐目前，我国啤酒企业绝大多数都能按照国家标准生产、销售，但在风味优劣、风味保险时间长短等问题上良莠不齐，特别是风味保鲜时问，短的只有1个多月，长的有两年多，这样的差别直接影响了市场覆盖面和销售时间。因此，啤酒的风味保鲜期问题，是企业迫切需要解决的问题之一。3. 能耗较高自2002年起，我国的啤酒产量已连续6年位居全球首位。但从整体
13、上看，我国啤酒生产仍处于水平较低、规模较小、效益较低的发展模式，全行业统计吨啤酒综合能耗明显高于国外先进企业，特别是酿造用水环节（表1）。因此，啤酒生产企业应该更新观念，加强厂内管理，通过改进设计、采用先进的工艺技术与设备、改善管理和综合利用等措施，降低生产成本和节约资源。表 1 不同生产水平的啤酒生产企业耗水及排水指标项目单位国际先进国内先进a国内平均b吨产品耗水t4.0-6.06.012吨产品工艺废水t3.54.510*a：数据来自国家环境保护总局中华人民共和国环境保护行业标准；b：数据来自浙江省经济贸易委员会啤酒行业清洁生产审计技术要求。总之，我国啤酒产业从总体上来说发展形式良好，但是随
14、着各种生产原料成本的上升，啤酒企业仍面临较大的成本压力。随着我国市场的进一步开放，国内啤酒行业必然会受到国外同行更猛烈的冲击，因此，大的啤酒集团，如燕京、青岛、华润等应该稳步发展，投资逐步步入国际化；小企业应脚踏实地、通过自己的啤酒风格特点和企业文化，扩大企业生存和发展的空问。三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点1. 主要研究内容针对“一罐法”和传统“两罐法”工艺存在的缺点，本项目拟解决的问题主要有以下几方面：（1）如何使倒罐后酒液温度迅速达到-10，但又防止酒液结冰；（2）倒罐时两罐压力的控制；（3）控制酒液中的酵母数，从而提高啤酒的纯清度和质量；（4）倒罐时防止微生物的污染；（5
15、）防止氧气的摄入，使双乙酰反弹或啤酒发生氧化，从而保持啤酒风味和质量。2. 技术关键（1）适当提高糖化麦汁钙离子浓度，发酵降糖将要结束时，稍提前封罐升压，这样既能加快酵母沉降，又不影响双乙酰还原；从而确保倒罐时，酒液中酵母数0.3107个/ml。（2）根据发酵液的温度和冷媒的温度及倒罐后酒液要达到的温度，计算出冷却薄板冷却面积，确保酒液在6小时内完成倒罐操作，同时倒罐后酒液温度达到-10，又不使酒液结冰。（3）倒罐前以纯度99.95%以上的氮气备好空罐压力，倒罐时连通两只罐顶排气管，使两罐能自动补压，保证两只罐压力稳定，防止二氧化碳和泡沫溢出。（4）倒罐前彻底清洗、消毒管路，同时以脱氧水吸收管
16、路中的氧。这样确保倒罐过程中杂菌污染和氧的摄入，从而避免双乙酰反弹。3. 主要创新点（1）酵母数偏多会影响悬浮物质的凝聚和沉降，从而影响发酵过程中酒液的纯清效果。本项目适当提高糖化麦汁钙离子浓度，发酵降糖将要结束时，稍提前封罐升压，既加快了酵母沉降，又不影响双乙酰还原；（2）采用冷却薄板对酒液进行深冷速冻，加速了冷凝物的析出，使酒液温度均匀一致，提高了成品啤酒的非生物稳定性。并且通过计算得到冷却薄板冷却面积，控制了酒液倒灌操作时间，不仅倒罐后酒液温度迅速达到-10，而且防止酒液结冰；（3）啤酒酿造过程中经常出现一种现象，即清酒双乙酰值较低而成品啤酒中双乙酰成倍增长，称为双乙酰反弹，是影响啤酒风
17、味和质量的重要原因之一。本工艺通过彻底清洗、消毒管路，同时辅以脱氧水吸收管路中的氧有效避免了双乙酰反弹。四、项目预期目标1. 项目完成后产品应达到的主要技术指标：（1）6个月保质期浊度0.6EBC（2）成品双乙酰0.08mg/L （3）倒罐后酒液中酵母数0.3107个/ml（4）倒罐后酒液卫生指标：菌落总数5个/ ml，大肠菌群不得检出。（5）倒罐后酒液溶解氧20g/L2. 项目应达到的主要经济指标：（1）每吨啤酒节约1度电，以年产20万吨啤酒计，节约用电20万度；（2）发酵罐利用率提高20%。3. 社会效益：（1）效益之一 适应了消费者的需求：现代啤酒工艺大多采用“一罐法”工艺酿造，降温速度
18、不易控制，非生物稳定性低，酒体易出现不成熟味等缺点。本项目开发的“两罐法”发酵技术，解决了“一罐法”存在的以上问题，满足了消费者对啤酒消费追求喝新鲜、重口味、讲营养的要求。（2）效益之二 节能：“一罐法”发酵时间较长、发酵罐利用率较低，本项目开发的“两罐法”发酵技术能有效提高发酵罐利用率，降低发酵时间，平均每吨啤酒节约1度电，符合国家降耗节能的相关政策。4. 技术应用： 近几十年来，我国啤酒工业迅速发展，全国啤酒产量从1981年90万吨，上升到2006年的3515万吨，自2002年起，我国的啤酒产量已连续6年位居全球首位。但是，从整体上看，我国啤酒生产仍处于水平较低、规模较小、效益较低的发展模
19、式，平均每生产一吨啤酒耗电量超过了100 KWh。目前，国家环境保护总局已经发布了啤酒制造业清洁生产标准，根据一级企业标准，每生产一吨啤酒耗电量不得超过85 KWh，因此，啤酒生产节电环节面临巨大的挑战。本项目开发的“两罐法” 工艺不仅能提高啤酒品味，而且能够降低啤酒生产耗能，具有巨大的经济和社会效益，拥有广阔的发展前景。五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解1. 实施方案主酵结束双乙酰合格，排清酵母后，倒入另一发酵罐，同时倒罐过程中通过冷却薄板把温度急速均匀的从5降到-1 -0.5 或更低，冷藏23天后过滤。2. 技术路线：本项目的研制开发将采取以下技术路线：（1）组织研发小组，查阅
20、国内外相关资料，对项目进行调研，并确定研发方案；（2）将研发课题进行分解，各小组针对不同研发内容进行项目核心技术的攻关；（3）将各部分研究成果进行综合，对整体设备进行改进；（4）安装调试并进行试运行；（6）验收项目并进行技术推广，实现本项目产品的产业化目标。3. 组织方式本项目参考国外的先进生产流程和技术要求，结合我厂生产现状和市场需求，针对“一罐法”和传统“两罐法”工艺存在的缺点，对啤酒发酵工艺进行改进。4.课题分解课题分解对应专业具体内容生产工艺研究生物工程研究“两罐法”生产啤酒的发酵工艺设备开发研究化工机械研究“两罐法”生产啤酒的设备生产工艺研究食品加工研究“两罐法”生产工艺六、计划进度
21、安排起始年月进度目标要求2008年1月至2008年2月（1）工艺参数预定，（2）设备（冷却薄板）选型，（3）管路改造2008年3月至2008年12月在一车间进行试验，各技术指标跟踪测试验，结果达到预定要求后，逐步推行2009年1月至2009年4月在二车间进行推广试验2009年5月至2009年10月工艺技术指标、经济指标进一步验证2009年11月至2009年12月项目验收七、现有工作基础和条件1. 环境基础：（1）本企业地处浙江沿海地区，浙江经济发达，能源紧张，因此国家和省政府都针对节能减排出台了相关政策：国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知国发200715号；浙江省人民政府关于进一步加强
22、污染减排工作的通知浙政发200734号等，本项目开发的“两罐法”啤酒酿造工艺，符合国家、省政府的产业政策，具有一定的优势。（2）废水排放：缙云县城市污水处理厂一期工程（日处理废水2万吨规模）已在2008年初投入运行，本项目所在区域也正在铺设城市污水管网。根据缙云城市建设总体规划，本项目废水近期暂时自行处理达标排入好溪，待2010年缙云县城市污水处理厂二期扩建工程完成后（日处理废水规模达到4万吨）再排入城市污水管网送至城市污水处理厂统一处理。2. 经济条件：本企业所处长三角的浙江经济发达地区，尤其是民营经济的发展，走在全国的前列，闻名国内外，人们的消费观念在不断的更新，我们采用“两罐法”啤酒酿造
23、工艺生产产品，符合本地区和长三角地区的人们的口味，具有一定的优势，能给本企业带来较好的经济效益。3. 交通条件：本企业地处东南沿海，交通便利，临近宁波、温州等港口：海运，空运线路方便，对本企业的采购、销售、运输极为方便。4能源条件：（1）给水：本项目自来水由市政给水管网供给；（2）供电：该公司已有配电室，配电容量500 KVA，能够满足本技改项目用电要求；（3）供气：目前本项目所在区域尚无集中供热规划。5. 资源条件： （1）厂房条件：现公司占地面积11.8公顷，建筑面积43150平方米。（2） 原料条件：本公司座落在国家级风景名胜区-仙都之境内，依山傍水，风景秀丽，交通便利，高品位的优质泉水
24、，为酿造高品质的啤酒提供了优越的自然条件。（3） 工装条件：本公司顺利通过ISO9002质量认证，成为同行业中较早通过质量管理体系和产品质量双重认证的企业。以此为新的起点，公司不断完善内部质量管理，建立了从原料进厂到产品出厂全过程的质量保证体系。在控制指标上，公司建立了高标准、严要求的产品质量内控指标，缩小波动范围，通过自检、互检和专检等手段使质量得到有效控制。在工艺执行上，我们加强监督力度，完善监督制度，通过不定时的检查和自动记录仪跟踪，使员工在过程控制上的责任心不断得到加强。同时，公司对啤酒生产的眼睛检验室，不惜血本提高技术装备，现已投入使用的有溶解氧测定仪、糖化仪、半自动定氮仪、CO2测
25、定仪、分析天平、971分光光度计、浊度仪等，公司还将采购世界上最先进的自动化分析设备SKALAR。不断提高和增加产品的科技含量，糖化系统和发酵系统采用HD-2000系统，实现了计算机通讯、控制、显示、管理技术与相关的生产工艺过程有机结合，引进AlfaLaval（阿法拉伐）高浓度啤酒稀释设备，应用制氮技术和CO2自动回收装置，解决啤酒的溶解氧问题，灌装采用二次抽真空技术，啤酒瓶的红外自动检测仪、杀菌PU值在线监测、控制四标贴标机的应用，增加10 t/小时的锅炉，并采用自动化控制，并用了一段冷却麦汁技术、变频技术，应用煤分层燃烧装置和蒸发式冷凝器，对节能降耗起着积极的作用。（4） 人力资源：公司现
26、有员工1000多人，具有强大的研发团队，主要研发人员见附表。6. 目前已完成的工作：一车间试验已经结束，两罐法工艺基本确定，各指标均达到预定要求。待后续工艺参数进一步优化后，该项目可基本完成。八、项目经费概算本项目共投入资金600万元，其中自筹资金450万元，申请省财政拨款100万元，地方部门配套50万元。自筹资金中单位自有货币资金450万元，其他资金0万元。项目经费用于设备费用280万元，材料费130万元，测试化验加工费50万元，燃料动力费20万元，差旅费10万元，会议费8万元，合作、协作研究与交流费0万元，出版/文献/信息传播/知识产权事务费3万元，人员劳务费50万元，专家咨询费9万元，管
27、理费10万元，其他开支30万元。详细概算表请见附表：附表： 表2 省级科技计划项目经费概算表项目名称：两罐法工艺酿造啤酒关键技术研究 金额单位：万元 序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费（1）（2）（3）（4）（5）1一、经费支出（合计）600402054021、设备费2803（1）购置设备费2502504（2）试制设备费3020105（3）设备租赁费062、材料费13013073、测试化验加工费505084、燃料动力费202095、差旅费1010106、会议费 88117、合作、协作研究与交流费0/128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费33139、人员劳务费505
28、01410、专家咨询费991511、管理费10101612、其他开支30301二、经费来源（合计）60021、申请省财政经费4032、地方、部门配套拨款2043、自筹经费5405405（1）单位自有货币资金5405406（2）其他资金/省财政科技经费拨付进度申请第1年第2年金 额2812比例（）7030注：支出概算按照经费开支范围确定的支出科目和不同经费来源编列，同一支出科目一般不同时在财政拨款经费和自筹经费中概算。二、经费概算说明对各科目支出的主要用途、与项目研究的相关性、概算方法、概算依据进行分析说明2.1设备费本课题支出设备费280万元，约占项目总经费的46.67%，主要用于购置试验台配
29、套设备和试制试验台。具体情况如下：表6 中试、试生产过程中需购置的试验设备名称及规格型号数量单价金额用途说明薄板换换热器3台29.7万元89万元倒罐时降温用进口温控器PMC45-RE11H2A1AR12只1万元2万元倒时温度控制酵母贮藏罐10立方米3只15万元45万元倒前排酵母流量计DN80 E+H2只15万元3万元倒罐时流量控制不锈钢输酒管和阀门801套63万元63万元输酒管及换向板阀门进口低转速不锈钢酒泵EVRO-HYGIA2台1万元2万元倒罐时泵酒啤酒保质期实验机X-250B5-111台5万元5万元检测啤酒保质期啤酒溶解氧测定仪M36501台17万元17万元检测倒罐前后溶解氧啤酒二氧化碳
30、测定仪PJ-LH-201台4万元4万元检测倒罐前后二氧化碳气相色谱仪CP-4900Micro-GC1台20万元20万元检测倒罐前后乙醛含量及其它风味物质2.2材料费主要包括样机购买，电器部件等试制材料费用，合计130万元，占项目总经费的21.67%。2.3测试化验加工费主要用于项目研究所需外送分析费，合计50万元，占项目总经费的8.33%。2.4燃烧动力费主要用于试验中消耗的煤、电、水等费用，合计20万元，占项目总经费的3.33%。2.5差旅费主要用于研究人员开展试验、考察、业务调研及学术交流等。项目差旅费合计10万元，占项目总经费的1.67%。2.6会议费主要用于项目研究过程中组织学术讨论、
31、咨询及协调项目等会议费用，合计8万元，占项目总经费的1.33%。2.7合作、协作研究与交流费主要用于支付项目组成员国内外考察及交流所需费用，合计0万元，占项目总经费的0%。2.8出版/文献/信息传播/知识产权事务费主要用于查阅国内外相关文献所需费用等，合计3万元，占项目总经费的0.5%。2.9人员劳务费主要用于临时聘用试验及测试人员的劳务支出，合计50万元，占项目总经费的8.33%。2.10专家咨询费在课题研究过程中将临时聘请各相关方向的专家进行咨询，合计9万元，占项目总经费的1.5%。2.11管理费主要用于项目承担单位在研究过程中对现有试验场地等的管理费用，合计10万元，占项目总经费的1.67%。2.12其他开支合计30万元，占项目总经费的5%。17