1.錐形罐發(fā)酵法的特點
(1)底部為錐形便于生產(chǎn)過程中隨時排放酵母,要求采用凝聚性酵母。
(2)罐本身具有冷卻裝置,便于發(fā)酵溫度的控制。生產(chǎn)容易控制,發(fā)酵周期縮短,染菌機會少,啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。
(3)罐體外設(shè)有保溫裝置,可將罐體置于室外,減少建筑投資,節(jié)省占地面積,便于擴建。
(4)采用密閉罐,便于CO2洗滌和CO2回收,發(fā)酵也可在一定壓力下進行。即可做發(fā)酵罐,也可做貯酒罐,也可將發(fā)酵和貯酒合二為一,稱為一罐發(fā)酵法。
(5)罐內(nèi)發(fā)酵液由于液體高度而產(chǎn)生CO2梯度(即形成密度梯度)。通過冷卻控制,可使發(fā)酵液進行自然對流,罐體越高對流越強。由于強烈對流的存在,酵母發(fā)酵能力提高,發(fā)酵速度加快,發(fā)酵周期縮短。
(6)發(fā)酵罐可采用儀表或微機控制,操作、管理方便。
(7)錐形罐既適用于下面發(fā)酵,也適用于上面發(fā)酵。
(8)可采用CIP自動清洗裝置,清洗方便。
(9)錐形罐加工方便(可在現(xiàn)場就地加工),實用性強。
(10)設(shè)備容量可根據(jù)生產(chǎn)需要靈活調(diào)整,容量可從20~600m不等,較高可達1500m。
錐形罐工作原理與罐體結(jié)構(gòu)
(1)錐形發(fā)酵罐工作原理
錐形罐發(fā)酵法發(fā)酵周期短、發(fā)酵速度快的原因是由于錐形罐內(nèi)發(fā)酵液的流體力學(xué)特性和現(xiàn)代啤酒發(fā)酵技術(shù)采用的結(jié)果。
接種酵母后,由于酵母的凝聚作用,使得罐底部酵母的細胞密度增大,導(dǎo)致發(fā)酵速度加快,發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳量增多,同時由于發(fā)酵液的液柱高度產(chǎn)生的靜壓作用,也使二氧化碳含量隨液層變化呈梯度變化(見表4-3-1),因此罐內(nèi)發(fā)酵液的密度也呈現(xiàn)梯度變化,此外,由于錐形罐體外設(shè)有冷卻裝置,可以人為控制發(fā)酵各階段溫度。在靜壓差、發(fā)酵液密度差、二氧化碳的釋放作用以及罐上部降溫產(chǎn)生的溫差(1~2℃)這些推動力的作用下,罐內(nèi)發(fā)酵液產(chǎn)生了強烈的自然對流,增強了酵母與發(fā)酵液的接觸,促進了酵母的代謝,使啤酒發(fā)酵速度大大加快,啤酒發(fā)酵周期縮短。另外,由于提高了接種溫度、啤酒主發(fā)酵溫度、雙乙酰還原溫度和酵母接種量也利于加快酵母的發(fā)酵速度,從而使發(fā)酵能夠快速進行。
(2)錐形發(fā)酵罐基本結(jié)構(gòu)
①罐頂部分
罐頂為一圓拱形結(jié)構(gòu),中央開孔用于放置可拆卸的大直徑法蘭,以安裝CO2和CIP管道及其連接件,罐頂還安裝防真空閥、過壓閥和壓力傳感器等,罐內(nèi)側(cè)裝有洗滌裝置,也安裝有供罐頂操作的平臺和通道。 ②罐體部分
罐體為圓柱體,是罐的主體部分。發(fā)酵罐的高度取決于圓柱體的直徑與高度。由于罐直徑大耐壓低,一般錐形罐的直徑不超過6m。罐體的加工比罐頂要容易,罐體外部用于安裝冷卻裝置和保溫層,并留一定的位置安裝測溫、測壓元件。罐體部分的冷卻層有各種各樣的形式,如盤管、米勒扳、夾套式,并分成2~3段,用管道引出與冷卻介質(zhì)進管相連,冷卻層外覆以聚氨酯發(fā)泡塑料等保溫材料,保溫層外再包一層鋁合金或不銹鋼板,也有使用彩色鋼板作保護層。 ③圓錐底部分
圓錐底的夾角一般為60o~80o,也有90o~110o,但這多用于大容量的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐的圓錐底高度與夾角有關(guān),夾角越小錐底部分越高。一般罐的錐底高度占總高度的1/4左右,不要超過1/3。圓錐底的外壁應(yīng)設(shè)冷卻層,以冷卻錐底沉淀的酵母。錐底還應(yīng)安裝進出管道、閥門、視鏡、測溫、測壓得傳感元件等。
此外,罐的直徑與高度比通常為1:2~1:4,總高度較要超過16m,以免引起強烈對流,影響酵母和凝固物的沉降。制罐材料可用不銹鋼或碳鋼,若使用碳鋼,罐內(nèi)壁必須涂以對啤酒口味沒有影響的且無毒的涂料。發(fā)酵罐工作壓力可根據(jù)罐的工作性質(zhì)確定,一般發(fā)酵罐的工作壓力控制在0.2~0.3MPa。罐內(nèi)壁必須光滑平整,不銹鋼罐內(nèi)壁要進行拋光處理,碳鋼罐內(nèi)壁涂料要均勻,無凹凸面,無顆粒狀凸起。
(3)錐形發(fā)酵罐主要尺寸的確定
①徑高比 錐形罐呈圓柱錐底形,圓筒體的直徑與高度之比為1:1~4。一般徑高比越大,發(fā)酵時自然對流越強烈,酵母發(fā)酵速度快,但酵母不容易沉降,啤酒澄清困難。一般直徑與麥汁液位總高度之比應(yīng)為1:2,直徑與柱形部分麥汁高度之比應(yīng)為1:1~1.5。
②罐容量 罐容量越大,麥汁滿罐時間越長,發(fā)酵增殖次數(shù)多、時間長,會造成雙乙酰前驅(qū)物質(zhì)形成量增大,雙乙酰產(chǎn)生量大、還原時間長。此外,還會造成出酒、清洗、重新進麥汁等非生產(chǎn)時間延長,且用冷高峰期峰值高,造成供冷緊張。由于二氧化碳的釋放和泡沫的產(chǎn)生,罐有效容積一般為罐總量的80%左右。
③錐角 一般在60