常见的发酵罐冷却装置的结构及特点发酵过程中产生的发酵热会造成发酵液温度升高，影响发酵的正常进行，因此发酵过程中必须有冷却装置来控制温度。发酵罐的冷却装置多种多样，常见的有以下几种：a．夹套式冷却装置：结构简单，易于制造，罐内无冷却设备，死角少，易进行清洁灭菌，有利于发酵。但因传热壁较厚，冷却介质流速低，传热系数较低，降温效果差。这种冷却装置应用于容积较小的发酵罐、种子罐，夹套的高度比静止液面高度稍高。b．竖式蛇管冷却装置：竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组、八组不等。传热系数高，管内冷却水流速高，传热系数为1200~4100kj/(m2.h.℃)，用水量较少，但清洗不方便。多用于容积在5m3以上的罐，适用于冷却水温度较低的地区。对于水温高的地区则发酵时降温困难，必须采用冷冻盐水或冷冻水冷却，增加了设备***及生产成本。c．竖式列管冷却装置：这种装置在罐内分组装有多根列管，适用于气温较高、水源充足的南方地区。其管内水流速快，加工方便，对于机械搅拌罐列管式可充当挡板。但用水量大，传热系数较蛇管低，一般为1260～1880kl/m2.h.℃）。d．罐外冷却设备：在发酵过程中把发酵液引出，进入外部冷却设备冷却再回发酵罐发酵，即为罐外冷却。这种形式死角少，清洗、维修方便，冷却较均匀，但必须添加泵来完成。起发期通氧发酵的麦汁在进入发酵罐后，就开始准备细胞生长的第1一步。在起发阶段，也称为潜伏期或诱导期，不存在直观的活动或酵母生长。在此期间，酵母开始吸收细胞生长所需的氧气、养分和矿物质。此时不产生其他细胞。酵母使用麦汁中的氧气和养分产生繁殖所需的化合物。起发期通常非常简短，但是可持续24小时，具体依赖于酵母细胞的健康程度和发育能力以及开始时的温度。起发期在细胞第1一次分化时结束。此时，细胞开始加速分化，而且酵母细胞总数随时间增加。然后，酵母进入称为对数生长期的快速生长期。对数生长期酵母开始繁殖时，发酵速度随着新细胞的形成而快速增加。每个原始酵母细胞分化产生2个细胞。然后每个细胞分化，总共形成4个细胞。4个细胞再次分化，产生8个细胞，如此循环往复。在对数生长期，酵母细胞的数量成对数增加。在加速的初期后，如图图17所示，生长速度基本为常数。发酵罐中的酵母细胞数从开始时的约每毫升2千万上升到***1高每毫升8千万至1亿2千万。根据发酵温度，在80-100小时内达到峰值细胞数。对数生长期受限于麦汁中可消耗的养分数量。按照设计，制约的养分为氧气。其它阶段如果毫无干预地继续发酵过程，则酵母生长在固定期后将经历减速期，并***后经历一个细胞总数下降的阶段。紧随着对数生长期后，当***细胞数和新形成的细胞数近似相等时，细胞总数会达到平衡状态。***后，由于发酵副产品中***的浓度增大，***细胞数超过生成的细胞数，细胞总数就会下降。由于我们有意在对数生长末期去掉酵母并将啤酒从发酵罐转移，所以这些阶段不是啤酒酿造主发酵工艺的组成部分。主酵阶段下表总结了大约5天中所发生的主发酵过程。在此期间，酵母细胞开始从麦汁中吸取营养，并将可发酵糖转化成酒精和CO2。如前所述，该反应为产热反应，需要外部冷却源来维持所需的发酵温度。本单元以后的章节将讨论这个过程。每次酵母细胞将糖分子转化为酒精时，啤酒中的表观浸出物的数量会减少。酵母细胞数达到峰值约3天后，发酵速度达到***1大值。当可发酵性浸出液的供给耗尽后，酵母细胞开始絮凝并沉淀到发酵罐底部，发酵速度下降。浸出物转化为酒精的程度称为发酵度。该值通常用糖度值来表示(°B)，它表示加酵母的麦汁中实际已经开始发酵的浸出液数量。有3个特定的发酵程度值对监控主发酵和后酵工艺非常重要：·***终发酵糖度·主酵糖度·发酵终了外观糖度***终发酵糖度对于给定的加酵母用麦汁样品，可用于转化的浸出物***1大理论值。***终发酵糖度是浸出液中可通过发酵所有可发酵物质达到的***1高的表观发酵程度。可通过酿造过程中产生的麦汁和实验室分析来确定其特征。通过主发酵和后酵来达到***终发酵糖度。主酵糖度主酵表观糖度是主发酵结束后，主发酵啤酒中保留的表观浸出物的数量。如图18所示，在发酵期间，主发酵啤酒中的糖度不断减少。只要发酵罐中有啤酒，而且活性酵母细胞可用来支持发酵，则浸出物的数量将会继续减少。但是，需要将一定数量的可发酵性浸出液和酵母带入后酵罐中，以提高后酵的活力。因此，当主发酵啤酒中的糖度达到***终发酵糖度以上的预定值时（通常为1.5–2.5°B以上），就认为主发酵已经完成。在发酵序列的这个时刻，酵母开始絮凝，细胞数下降。在理想情况下，当啤酒在目标糖度时，而且细胞数下降到约每毫升6千万时，应该转移到后酵。当通过控制发酵罐冷却的方法来转移时，有可能影响酿造。发酵终了外观糖度发酵终了外观糖度是后酵结束后，啤酒中保留的表观浸出物的数量。过程如图19所示，外推到后酵罐发酵结束。可以观察到糖度慢慢减少，但是持续到***终的低值。发酵终了外观糖度应尽可能接近***终发酵糖度。由于经济原因，我们需要确保转化所有可用的发酵性浸出物。同时也需要防止将浸出液带到可能产生微生物和啤酒透明度问题的过滤过程中。本单元有关下面发酵的部分将详细讨论发酵终了外观糖度和后酵工艺。发酵罐搅拌叶轮的特点发酵罐内装置拌和器首先用来涣散气泡以得到尽可能高的传质系数KLa。此外还要使被拌和的发酵液循环来添加气泡的均匀停留时间，并在整个体系中均匀分布，阻止其聚并。早先在机械拌和式发酵罐一般装有数个径向圆盘涡轮拌和器，但简单使被拌和的介质分层而构成儿个区，因而在罐下部和上部之间构成氧分压梯度，导致罐内上、下部之问的KLa值的区别。近来发酵罐的拌和体系多采用在罐底部装置一个用来涣散空气的涡轮拌和器，其上再装置一组轴流式拌和器，用来循环培育介质、均匀分布气泡、加强热量传递和消除罐内上、下部之问含氧量梯度差。2.2.3.1拌和叶型式)