啤酒生產(chǎn)技術(shù)之啤酒發(fā)酵.ppt

第五章啤酒發(fā)酵 5 1啤酒酵母 啤酒生產(chǎn)技術(shù) 一 啤酒酵母的類型和種類 發(fā)酵類型 分為上面酵母與下面酵母凝聚性 分為凝聚性酵母與粉狀酵母 上面酵母與下面酵母主要區(qū)別 下面酵母發(fā)酵啤酒 下面酵母發(fā)酵法雖出現(xiàn)較晚 但較上面酵母更盛行 世界上多數(shù)國家采用下面酵母發(fā)酵啤酒 我國也是全部采用下面酵母發(fā)酵啤酒 二 啤酒酵母的主要特性要求 啤酒工廠使用的啤酒酵母是由野生酵母經(jīng)有系統(tǒng)的長期馴養(yǎng) 經(jīng)反復(fù)使用和考驗 具有正常生理狀態(tài)和特性 適合啤酒生產(chǎn)要求的培養(yǎng)酵母 對啤酒酵母的基本要求是 發(fā)酵力高 凝聚力強 沉降緩慢而徹底 繁殖能力適當 生理性能穩(wěn)定 釀制出的啤酒風味好 啤酒酵母的主要特性要求 1 細胞和菌落形態(tài)不同菌株的啤酒酵母有著不同的形態(tài) 優(yōu)良健壯的啤酒酵母細胞 具有均勻的形狀和大小 平滑而薄的細胞膜 細胞質(zhì)透明均一 啤酒酵母在麥芽汁固體培養(yǎng)基上菌落呈乳白色至微黃褐色 表面光滑但無光澤 邊緣整齊或呈波狀 2 主要的生理特性要求 1 凝聚性凝聚性不同 酵母的沉降速度不同 發(fā)酵度也有差異 啤酒生產(chǎn)一般選擇凝聚性比較強的酵母 2 發(fā)酵度反應(yīng)酵母對麥芽汁中各種糖的利用情況 正常的啤酒酵母能發(fā)酵葡萄糖 果糖 蔗糖 麥芽糖和麥芽三糖等 一般啤酒酵母的真正發(fā)酵度應(yīng)為50 68 左右 3 酵母死滅溫度是指一定時間內(nèi)使酵母死滅的最低溫度 可作為鑒別菌株的內(nèi)容之一 一般啤酒酵母的死滅溫度在52 53 若死滅溫度增高 則說明酵母變異或污染野生酵母 4 產(chǎn)孢能力一般啤酒酵母生產(chǎn)菌種都不能產(chǎn)生孢子或產(chǎn)孢能力極弱 而某些野生酵母能很好產(chǎn)孢 根據(jù)此特性 可判別啤酒酵母是否混入野生酵母 啤酒酵母與野生酵母的主要區(qū)別 5 2 啤酒發(fā)酵機理 一 主要物質(zhì)變化1 糖的變化在啤酒發(fā)酵過程中 可發(fā)酵糖約有96 發(fā)酵為乙醇和CO2 是代謝的主產(chǎn)物 2 0 2 5 轉(zhuǎn)化為其他發(fā)酵副產(chǎn)物 1 5 2 0 作為碳骨架合成新酵母細胞 發(fā)酵副產(chǎn)物主要有 甘油 高級醇 羰基化合物 有機酸 酯類 硫化合物等 2 含氮物質(zhì)的變化在正常的發(fā)酵過程中 麥汁中含氮物約下降1 3 主要是約50 的氨基酸和低分子肽為酵母所同化 酵母分泌出的含氮物的量較少 約為酵母同化氮的1 3 啤酒中殘存含氮物質(zhì)對啤酒的風味有重要影響 含氮物質(zhì)高 450mg L 的啤酒顯得濃醇 含氮量為300 400mg L的啤酒顯得爽口 含氮物質(zhì)量 300mg L的啤酒則顯得寡淡 3 其他發(fā)酵產(chǎn)物 1 高級醇類高級醇 俗稱雜醇油 是啤酒發(fā)酵代謝產(chǎn)物的主要成分 對啤酒風味有重大影響 超過一定含量時有明顯的雜醇味 對于一般的啤酒 多量的高級醇是不受歡迎的 啤酒中的絕大多數(shù)高級醇是在主發(fā)酵期間酵母繁殖過程中形成的 2 酯類啤酒中的酯含量很少 但對啤酒風味影響很大 啤酒含有適量的酯 香味豐滿協(xié)調(diào) 但酯含量過高 會使啤酒有不愉快的香味或異香味 酯類大都在主發(fā)酵期間形成 3 連二酮連二酮是雙乙酰和2 3 戊二酮的總稱 其中對啤酒風味起主要作用的是雙乙酰 雙乙酰被認為是衡量啤酒成熟與否的決定性的指標 雙乙酰的味閾值為0 1 0 15mg L 在啤酒中超過閾值會出現(xiàn)餿飯味 淡爽型成熟啤酒 雙乙酰含量以控制在0 1mg L以下為宜 高檔成熟啤酒最好控制在0 05mg L以下 影響雙乙酰生成的因素 菌種還原能力 強壯 幼 衰老 營養(yǎng)不良 代數(shù)多者 麥汁成分中AA的種類和含量 氨基N 或Val 乙酰乳酸生成 雙乙酰 巴氏滅菌前 乙酰乳酸的含量 則高溫殺菌時 雙乙酰 染菌 酵母自溶 雙乙酰的控制與消除方法 菌種雙乙酰產(chǎn)量低者 提高接種量 還原期 7 106個 100ml 麥汁成分 氨基N 180 200mg L 并有適宜的Val含量 溶解O26 9mg L 鋅0 15 0 20mg L 釀造用水 殘余堿度 1 78mmol 還原溫度 適當提高 控制酵母增殖 外加 乙酰乳酸脫羧酶使發(fā)酵液中的 乙酰乳酸 乙偶姻 4 硫化物揮發(fā)性硫化物對啤酒風味有重大影響 這些成分主要有硫化氫 二甲基硫 甲基和乙基硫醇 二氧化硫等 其中硫化氫 二甲基硫?qū)ζ【骑L味的影響最大 啤酒中的揮發(fā)性硫化氫大都是在發(fā)酵過程中形成的 啤酒中的硫化氫應(yīng)控制在0 10 g L的范圍內(nèi) 啤酒中二甲基硫濃度超過100 g L時 啤酒就會出現(xiàn)硫磺臭味 5 乙醛乙醛是啤酒發(fā)酵過程中產(chǎn)生的主要醛類 乙醛是酵母代謝的中間產(chǎn)物 當啤酒中乙醛濃度在10mg L以上時 則有不成熟的口感 腐敗性氣味 當乙醛濃度超過25mg L 則有強烈的刺激性辛辣感 成熟啤酒的乙醛正常含量一般 10mg L 4 苦味物質(zhì)發(fā)酵過程中 麥汁中近1 3的苦味物質(zhì)損失掉 主要原因是由酵母細胞的吸附 發(fā)酵時間增長等原因造成的 5 pH值的變化麥汁發(fā)酵后 pH值降低很快 下面發(fā)酵啤酒 發(fā)酵終了時 pH值一般為4 2 4 4 pH值下降主要是由于有機酸的形成 同時也由于磷酸鹽緩沖溶液的減少 二 影響發(fā)酵的主要因素 1 麥汁成分 氨基N 還原糖 鋅等 2 發(fā)酵溫度 變溫發(fā)酵 指主發(fā)酵階段的最高溫度 一般低溫發(fā)酵 上面 18 22 下面 7 15 低溫發(fā)酵的原因 P231下面發(fā)酵的類型 低溫發(fā)酵 接種6 7 5 發(fā)酵7 9 中溫發(fā)酵 接種8 9 發(fā)酵10 12 高溫發(fā)酵 接種9 10 發(fā)酵13 15 淡爽型啤酒多采用較高溫度發(fā)酵 3 罐壓 則 4 pH5 65 代謝產(chǎn)物 一 傳統(tǒng)啤酒發(fā)酵 傳統(tǒng)的下面發(fā)酵 分主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段 主發(fā)酵一般在密閉或敞口的主發(fā)酵池 槽 中進行 后發(fā)酵在密閉的臥式發(fā)酵罐內(nèi)進行 5 3啤酒發(fā)酵技術(shù) 傳統(tǒng)啤酒下面發(fā)酵的工藝特點 1 主發(fā)酵溫度比較低 發(fā)酵進程緩慢 發(fā)酵代謝副產(chǎn)物較少 2 主發(fā)酵結(jié)束時 大部分酵母沉降在發(fā)酵容器底部 3 后發(fā)酵和貯酒期較長 酒液澄清良好 二氧化碳飽和穩(wěn)定 酒的泡沫細微 風味柔和 保存期較長 一 主發(fā)酵 以敞口12 麥汁發(fā)酵為例 1 一般工藝過程 1 麥汁冷卻至接種溫度 6 左右 流入增殖槽 將所需的酵母量 為麥汁量的0 5 體積分數(shù) 左右 加入 混合均勻 通入無菌空氣 使溶解氧含量在8mg L左右 2 酵母經(jīng)繁殖20h左右 待麥汁表面形成一層泡沫時 將增殖槽中的麥汁泵入發(fā)酵槽內(nèi) 進行厭氧發(fā)酵 3 發(fā)酵2 3天左右 溫度升至發(fā)酵的最高溫度 進行冷卻 先維持最高溫度2 3天 以后控制發(fā)酵溫度逐步回落 主酵結(jié)束時 發(fā)酵液溫度控制在4 0 4 5 4 主發(fā)酵最后一天急劇冷卻 使大部分酵母沉降槽底 然后將發(fā)酵液送至貯酒罐進行后發(fā)酵 2 主發(fā)酵過程的現(xiàn)象和要求 酵母繁殖期麥芽汁添加酵母8 16h以后 液面上出現(xiàn)二氧化碳小氣泡 逐漸形成白色 乳脂狀的泡沫 酵母繁殖20h以后立即進入主發(fā)酵池 與增殖槽底部沉淀的雜質(zhì)分離 起泡期入主發(fā)酵池4 5h后 在麥汁表面逐漸出現(xiàn)更多的泡沫 由四周漸漸向中間擴散 泡沫潔白細膩 厚而緊密 如花菜狀 發(fā)酵液中有二氧化碳小氣泡上涌 并將一些析出物帶至液面 此時發(fā)酵液溫度每天上升0 5 0 8 每天降糖0 3 0 5 維持時間1 2天 不需人工降溫 高泡期發(fā)酵后2 3天 泡沫增高 形成隆起 高達25 30cm 并因發(fā)酵液內(nèi)酒花樹脂和蛋白質(zhì) 單寧復(fù)合物開始析出而逐漸變?yōu)樽攸S色 此時為發(fā)酵旺盛期 需要人工降溫 但是不能太劇烈 以免酵母過早沉淀 影響發(fā)酵 高泡期一般維持2 3天每天降糖1 5 左右 落泡期發(fā)酵5天以后 發(fā)酵力逐漸減弱 二氧化碳氣泡減少 泡沫回縮 酒內(nèi)析出物增加 泡沫變?yōu)樽睾稚?此時應(yīng)控制液溫每天下降0 5 左右 每天降糖0 5 0 8 落泡期維持2天左右 泡蓋形成期發(fā)酵7 8天后 泡沫回縮 形成泡蓋 應(yīng)即時撇去泡蓋 以防沉入發(fā)酵液內(nèi) 此時應(yīng)大幅度降溫 使酵母沉淀 此階段可發(fā)酵性糖已大部分分解 每天降糖0 2 0 4 二 后發(fā)酵 主發(fā)酵結(jié)束后的發(fā)酵液稱嫩啤酒 后發(fā)酵的目的 殘?zhí)抢^續(xù)發(fā)酵 促進啤酒風味成熟 增加CO2的溶解量 促進啤酒的澄清 后發(fā)酵時間 淡色啤酒一般貯酒時間較長 濃色啤酒貯酒時間較短 原麥汁濃度高的啤酒較濃度低的啤酒貯酒期長 低溫貯酒較高溫貯酒的貯酒時間長 貯酒期的控制 酒齡 從封罐開始到酒成熟的天數(shù) 傳統(tǒng) 60 90d 改進后縮短15 30d 影響因素 酒的成熟度 保質(zhì)期 酵母 貯酒罐的特點等 二 啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵 一 圓柱錐底發(fā)酵罐1 特點 1 底部為錐形 便于生產(chǎn)過程中隨時排放沉集于罐底的酵母 2 罐身設(shè)有冷卻裝置 便于發(fā)酵溫度的控制 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 3 采用密閉發(fā)酵 便于C02洗滌和C02回收 既可做發(fā)酵罐 也可做貯酒罐 4 罐內(nèi)發(fā)酵液由于液體高度而產(chǎn)生C02梯度 并通過冷卻方位的控制 可使發(fā)酵液進行自然對流 罐體越高對流越強 有利于酵母發(fā)酵能力的提高和發(fā)酵周期的縮短 5 發(fā)酵罐可采用儀表或微機控制 操作 管理方便 可采用CIP自動清洗系統(tǒng) 清洗方便 6 設(shè)備容量大 國內(nèi)采用的罐容一般為100 800m3 圓柱錐底發(fā)酵罐的示意圖見圖5 4 圓柱錐底發(fā)酵罐 一罐法發(fā)酵工藝 1 酵母添加罐容量大 分次追加滿罐 滿罐時間一般為12 24h 最好在20h以內(nèi) 酵母接種量要比傳統(tǒng)發(fā)酵法大些 接種溫度一般控制在滿罐時較擬定的主發(fā)酵溫度低2 3 一般邊加麥汁邊加酵母 2 通風供氧冷麥汁溶解氧的控制可根據(jù)酵母添加量和酵母繁殖情況而定 一般要求混合冷麥汁溶解氧不低于8mg L即可 3 主發(fā)酵溫度各廠采用的主發(fā)酵溫度是不一樣的 多數(shù)廠采用低溫 6 7 接種 前低溫 9 10 后升溫 12 13 的發(fā)酵工藝 主要是為了既不形成過多的代謝產(chǎn)物 又有利于加速雙乙酰的還原 為了加速發(fā)酵 縮短酒齡 國際上有提高發(fā)酵溫度的傾向 4 雙乙酰還原雙乙酰還原是啤酒成熟和縮短酒齡的關(guān)鍵 酵母在接近完成主酵時提高發(fā)酵溫度一段時間 不會影響啤酒正常風味物質(zhì)的含量 而有利于雙乙酰的還原 雙乙酰還原溫度一般控制在10 14 左右 使連二酮濃度降至0 08mg L以下時 即開始降溫 5 冷卻降溫當雙乙酰還原到要求指標時 酒液開始冷卻降溫 降至5 6 時 保持24 48h 減壓回收酵母 最后再降溫至0 1 貯酒7 14天 回收的酵母如可作為下一次發(fā)酵用的種子 則需進行處理 回收酵母吸附了較多的苦味物質(zhì) 單寧 色素等 回收后應(yīng)通入無菌空氣 以排除酵母泥中的CO2 再以無菌水洗滌數(shù)次 回收酵母在低溫無菌水中 只能保存2 3天 也可在2 4 下低溫緩慢發(fā)酵 以保存酵母 6 罐壓控制發(fā)酵開始 采用無壓發(fā)酵 二氧化碳回收時 采用微壓 0 01 0 02MPa 至發(fā)酵后期 外觀發(fā)酵度達70 以上時 封罐 逐漸升壓至0 07 0 08MPa 減少由于升溫所造成的代謝副產(chǎn)物過多的現(xiàn)象 有利于雙乙酰的還原 并使二氧化碳逐漸飽和酒內(nèi) 一罐法發(fā)酵工藝曲線 罐的清洗與消毒 微生物的控制污染途徑 麥汁冷卻 輸送管道 閥門 接種 發(fā)酵空罐等 檢驗 洗滌殘水細菌總數(shù) 5個 ml 每周一次厭氧微生物檢測 罐的清洗與消毒 殺菌劑的選擇 ClO2 雙氧水 過氧乙酸 甲醛等 洗滌方法的選擇 清水 堿水 清水 清水 堿水 清水 殺菌劑 ClO2 雙氧水 過氧乙酸 清水 堿水 清水 消毒劑 無菌水 清水 稀酸 磷酸 硝酸 硫酸 清水 堿水 清水 殺菌劑 無菌水 四 異常發(fā)酵現(xiàn)象和處理方法 1 發(fā)酵液翻騰現(xiàn)象產(chǎn)生原因 冷卻不當對策 中上部溫度不要太高 保持罐壓穩(wěn)定 2 發(fā)酵罐結(jié)冰啤酒冰點 酒精度 0 42 原麥汁濃度 0 04 0 02 對策 冷媒溫度 4 2 5 等 3 酵母自溶產(chǎn)生原因 罐底溫度高 維持時間長等對策 及時排