發(fā)酵過程中異常情況及解決措施

1、發(fā)酵過程中異常情況及解決措施金星集團(tuán)信陽(yáng)啤酒有限公司 黃華龍 465100發(fā)酵液的澄清是一種自然的凝聚、沉降懸浮顆粒（包括酵母、冷凝固物等）的過程，這是一種簡(jiǎn)單但由耗時(shí)比較長(zhǎng)的形式，這種自然沉降遵循斯托克斯定律（球形物體在流體中運(yùn)動(dòng)所受到的阻力，等于該球形物體的半徑、速度、流體的黏度與6的乘積）。這個(gè)定律叫做斯托克斯定律： 如果物體在流體中因自身的重量而下落，根據(jù)上面公式，則為最終速度。）從上式中可以看出，發(fā)酵液的澄清即懸浮混濁顆粒的沉降，受混濁顆粒的大小和液體黏度的影響較大，因此，要加速發(fā)酵液的澄清，必須設(shè)法去減小液體的黏度，增加混濁顆粒相互凝聚成大顆粒的機(jī)會(huì)。其次，對(duì)自然澄清的形式來(lái)說(shuō)，液

2、體中混濁顆粒的沉降還與沉降的距離、液體的運(yùn)動(dòng)程度有關(guān)，因?yàn)橐后w的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)和較大的沉降距離都不利于顆粒的沉降，因此貯酒時(shí)的靜止、罐的直徑或高度都是發(fā)酵液澄清的重要條件。1、 貯酒期發(fā)酵液澄清不好的原因：經(jīng)過規(guī)定時(shí)間的靜止貯酒以后，發(fā)酵液仍然混濁不清，造成這種現(xiàn)象的主要原因有：a) 原料質(zhì)量差（麥芽溶解度差），糖化效果不良，帶入后發(fā)酵許多膠黏性物質(zhì)（如葡聚糖、糊精等），導(dǎo)致發(fā)酵液的黏度較高，影響顆粒物質(zhì)的沉降；b) 貯酒酒齡太短，凝固物顆粒與酵母沉降時(shí)間不足；c) 升溫糖度提前，導(dǎo)致大量的混濁物質(zhì)和酵母懸浮，隨著溫度的不斷降低，冷凝固物細(xì)粒不斷析出，但沒有能凝聚成較大顆粒物質(zhì)沉降；d) 封罐糖度

3、偏高，酵母細(xì)胞數(shù)偏多，導(dǎo)致后發(fā)酵持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，液體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，混濁顆粒不易沉降；e) 發(fā)酵溫度偏高，發(fā)酵液PH偏高，都會(huì)影響冷混濁等顆粒物質(zhì)的凝聚沉降，較高的PH還會(huì)使發(fā)酵液黏度有所上升，影響澄清；f) 酵母凝聚性能太差，發(fā)酵度太低，制麥過程和糖化過程中蛋白質(zhì)分解程度不足，或是去除冷、熱凝固物效率太低，都會(huì)影響發(fā)酵液的澄清；g) 麥汁或發(fā)酵液污染雜菌，發(fā)酵液酸化，會(huì)使部分凝固物顆粒帶有相斥電荷，不能凝聚沉降；h) 添加高泡酒的發(fā)酵液靜置時(shí)間太短。發(fā)酵液澄清不良一般只能通過延長(zhǎng)澄清時(shí)間或添加澄清劑如單寧、魚膠等加以處理，對(duì)一些因發(fā)酵不旺盛或發(fā)酵度偏低造成的后發(fā)酵液澄清不良，可以添加10-15%

4、的高泡酒加以改善。如果能控制好原料質(zhì)量，特別是麥芽的溶解度（蛋白質(zhì)和葡聚糖等膠體物質(zhì)的分解程度），控制好麥汁組成（糖化效果）、酵母質(zhì)量和微生物，加上對(duì)發(fā)酵溫度等一些工藝條件的控制，發(fā)酵液澄清不良的情況是可以減少或避免的。2、 發(fā)酵降糖太慢：在主發(fā)酵過程中，每天降糖的速度不是完全一致的，在高泡期間降糖速度比較快，在起始發(fā)酵和終止發(fā)酵前的一段時(shí)間內(nèi)，降糖速度稍慢一些。所謂降糖速度慢指的是高泡期間降糖值不足1°P。這種不正常的現(xiàn)象將會(huì)影響發(fā)酵設(shè)備的周轉(zhuǎn)與啤酒的產(chǎn)量。降糖速度慢大致有以下原因：1) 麥汁組成不良a) 麥汁可發(fā)酵性糖偏低，非糖類物質(zhì)含量偏高，使酵母起發(fā)后即停止發(fā)酵或發(fā)酵遲緩；b

5、) 麥汁a-N偏低；c) 溶解氧含量少；d) 嘌呤核嘧啶類含量不足，影響酵母發(fā)酵的速度；2） 酵母質(zhì)量差b) 酵母菌種不良，發(fā)酵性能極差；c) 酵母使用代數(shù)較高，死亡率高；d) 酵母衰老，出芽率低，增殖速度慢，或酵母凝聚過早；e) 酵母添加量少，添加后混合不均勻，懸浮酵母細(xì)胞數(shù)少，起發(fā)速度慢；f) 酵母貯養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)，在添加前沒有進(jìn)行麥汁活化處理，酵母代謝活性較差，酵母的滯緩期相應(yīng)延長(zhǎng)，或是因貯養(yǎng)時(shí)間過長(zhǎng)，死亡率增加。3) 發(fā)酵溫度控制不當(dāng)a) 麥汁冷卻溫度過低，酵母增殖速度慢，起發(fā)速度慢；b) 主發(fā)酵冷卻速度過快，使發(fā)酵液迅速降溫，酵母過早凝聚沉降；c) 麥汁PH控制不當(dāng)；（PH偏低，酵母易沉降

6、，使懸浮細(xì)胞數(shù)少；PH偏高，使植酸鹽不能充分分解為肌醇和磷酸鹽，使酵母生長(zhǎng)機(jī)能受阻，發(fā)酵性能降低。若出現(xiàn)前期酵母降糖速度慢，有以下處理辦法：a) 進(jìn)入高泡期后，降糖速度仍慢，可以暫時(shí)不降溫，可適當(dāng)提高溫度0.5-1°C或適當(dāng)追加強(qiáng)壯的酵母和新鮮的麥汁，以維持正常的發(fā)酵；b) 如降糖速度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高仍沒有明顯的改善，則可以將此發(fā)酵液分割2-3罐，分別追加強(qiáng)壯的酵母和新鮮的麥汁，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與補(bǔ)償；3、 發(fā)酵過程降糖太快:1) 原因：a) 酵母添加量過多，繁殖酵母細(xì)胞數(shù)太高；b) 酵母添加時(shí)，麥汁溫度太高，如超過10°C，使酵母迅速增殖，發(fā)酵降糖太快；c) 發(fā)酵

7、過程溫度控制不當(dāng)，高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；d) 麥汁組成很好，可發(fā)酵性糖和a-N含量高，供氧過于充足，促使酵母發(fā)酵過于旺盛；2) 處理方法:a) 控制酵母添加量；b) 合理控制滿罐麥汁溫度，控制好發(fā)酵溫度；c) 調(diào)整原輔料配比，調(diào)整糖化工藝，控制麥汁組分中可發(fā)酵性糖的比例；d) 調(diào)整麥汁充氧量，防止充氧過度。4、 發(fā)酵罐罐壁結(jié)冰1) 原因：a) 冷媒溫度太低；b) 發(fā)酵罐冷帶夾套設(shè)計(jì)不合理；c) 測(cè)溫點(diǎn)布置不合理，不能真實(shí)反映罐內(nèi)溫度，造成控溫誤差；d) 罐內(nèi)酒液對(duì)流差。2) 處理方法：a) 控制冷媒溫度-4-6°C,不應(yīng)低于-8°C；b) 冷卻面積，冷卻段布置合理，冷媒介質(zhì)的進(jìn)口

8、部設(shè)計(jì)在發(fā)酵罐的低溫區(qū)；c) 測(cè)溫點(diǎn)部設(shè)在冷卻帶上；d) 低溫貯酒時(shí)間不宜太長(zhǎng)。5、 大罐酵母出現(xiàn)了污染，但生產(chǎn)上又缺少酵母，不能丟棄，應(yīng)如何處理？大罐回收酵母一般不清洗，如污染雜菌，可采用酸洗。首先將食用磷酸用無(wú)菌水稀釋一倍，酵母泥在低溫狀態(tài)下邊攪拌邊加入稀釋磷酸，使酵母泥PH為2.2-2.8，保持0.5-3hr，即直接接種與麥汁中。酵母泥PH及處理時(shí)間隨污染狀況定，污染嚴(yán)重，PH應(yīng)低，時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。酵母泥處理時(shí)間應(yīng)和使用時(shí)間配合好，處理后即可使用。6、 貯酒期結(jié)束時(shí)，雙乙酰含量偏高的原因，如何處理？迄今為止，已知的啤酒生產(chǎn)中形成雙乙酰的途徑可能有3個(gè):i. 在酵母合成代謝過程中，當(dāng)a-酮酸合

9、成纈氨酸的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種必然的中間產(chǎn)物，稱為a-乙酰乳酸，a-乙酰乳酸通過非酶分解（但需要一定溫度條件）即形成雙乙酰。ii. 乙酰輔酶A與羥乙基胺素的焦磷酸鹽（稱活性乙醛）的直接縮合，進(jìn)一步放出輔酶A而雙乙酰。iii. 污染了可以生成雙乙酰的雜菌，主要是片球菌。這三種途徑中的第一種產(chǎn)生雙乙酰的數(shù)量最多，而且不同的酵母菌種，不同的發(fā)酵速度，不同的麥汁組成，產(chǎn)生雙乙酰及其前驅(qū)的數(shù)量也不同。由于雙乙酰對(duì)酵母菌有毒害作用，所以酵母菌一般具有還原雙乙酰的能力，可以把雙乙酰還原成丁二醇，從而減少對(duì)啤酒口味的影響。在整個(gè)發(fā)酵過程中，雙乙酰形成和被還原主要在主發(fā)酵過程中完成。這是因?yàn)榻湍妇谥靼l(fā)酵期間有旺盛的

10、代謝活力，會(huì)在合成纈氨酸的同時(shí)形成a-乙酰乳酸，而活性乙醛的形成也會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的雙乙酰。但是，由于主發(fā)酵期間大量的懸浮酵母細(xì)胞又會(huì)很快將雙乙酰還原，所以主發(fā)酵是雙乙酰大量形成而又大量被還原的過程。影響和消除雙乙酰的方法：1） 減少a-乙酰乳酸的生成：a) 酵母菌株：現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，酵母菌株不同，由活性乙醛和酮酸合成a-乙酰乳酸的縮合酶活性差異很大。在相同發(fā)酵條件下，有的雙乙酰峰值達(dá)0.81.2mg/L，有的僅0.30.4mg/L，這也證明前驅(qū)物質(zhì)a-乙酰乳酸合成量有很大差別。這些低雙乙酰峰值的菌株，可以用化學(xué)誘變法獲得，也可以從傳統(tǒng)菌株自然變異中優(yōu)選出來(lái)。b) 提高麥汁中a-N水平：有實(shí)驗(yàn)證實(shí)

11、把麥汁中纈氨酸水平從85mg/L增加到160mg/L，雙乙酰峰值從0.85 mg/L降低至0.40mg/L。（表1） 表1. 麥汁a-N和雙乙酰峰值的關(guān)系（mg/L）a-N含量100120140160180200220雙乙酰峰值1.41.10.90.80.70.60.452） 加速a-乙酰乳酸的非酶氧化分解：由于a-乙酰乳酸是雙乙酰的前驅(qū)物質(zhì)，非酶促氧化分解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于酵母對(duì)雙乙酰的酶促還原速度。 a-乙酰乳酸 非酶氧化 雙乙酰 酶促還原 2,3-丁二醇 這總反應(yīng)速度取決于非酶氧化分解速度，加快速度也能最終加速雙乙酰的含量。若a-乙酰乳酸不能再發(fā)酵前期迅速氧化分解，在發(fā)酵后期乃至貯酒期，由于發(fā)

12、酵液中氧化還原電位降低，a-乙酰乳酸氧化更困難，它就不能徹底轉(zhuǎn)化成雙乙酰而殘留于啤酒中。在灌裝以后，由于瓶和罐中存在空氣和溶氧，氧化分解反應(yīng)會(huì)繼續(xù)發(fā)生，而此時(shí)已經(jīng)不存在酵母還原酶，導(dǎo)致在包裝啤酒中，雙乙酰含量回升。 加速a-乙酰乳酸氧化分解的技術(shù)有：提高麥汁溶氧水平，發(fā)酵前期適當(dāng)進(jìn)行通風(fēng)攪拌，酵母在發(fā)酵前期有強(qiáng)發(fā)酵力（生成CO2）和產(chǎn)酸能力，迅速降低發(fā)酵液PH（從PH5.4降低至4.4-4.3）。3） 控制和降低酵母的增殖濃度: a-乙酰乳酸是酵母繁殖細(xì)胞的伴隨產(chǎn)物，控制增殖濃度是降低a-乙酰乳酸產(chǎn)生的重要因素。 提高酵母接種量，降低酵母在發(fā)酵液中的繁殖溫度，控制麥汁中a-N水平不高于220m

13、g/L，以抑制酵母增殖濃度，從而控制a-乙酰乳酸的生成量?，F(xiàn)代工藝采用較低接種溫度（低于主酵最高溫度34°C接種），接種后酵母濃度在（1.5-2.0）×107個(gè)/ml，主酵中酵母最高濃度控制在（6.0-7.0）×107個(gè)/ml，均能有效的降低a-乙酰乳酸的產(chǎn)量。4）加速雙乙酰的還原a) 酵母菌株的影響：雙乙酰前驅(qū)物-a-乙酰乳酸產(chǎn)生后被酵母細(xì)pa），也能促進(jìn)雙乙酰滲透進(jìn)入細(xì)胞被還原。 酵母變異株-呼吸缺陷型（小菌落變異），由于此酵母缺乏琥珀酸脫氫酶和細(xì)胞色素氧化酶，也會(huì)減弱雙乙酰的還原。b) 雙乙酰還原階段酵母細(xì)胞濃度的影響（表2）：雙乙酰還原階段依賴于酵母分泌的

14、醇脫氫酶，過低的酵母細(xì)胞數(shù)必然會(huì)影響雙乙酰還原。 在現(xiàn)代大罐發(fā)酵中，外觀糖度降至3.8°P時(shí)，一般不分離酵母，懸浮在發(fā)酵液中的細(xì)胞濃度取決于酵母的凝聚性，但不論酵母的凝聚性如何，其細(xì)胞濃度可維持在（1.0-4.0）×107個(gè)/ml，因此能加速雙乙酰的還原。表2. 酵母細(xì)胞濃度對(duì)雙乙酰還原的影響 細(xì)胞濃度（×107個(gè)/ml） 雙乙酰值（mg/L） 還原時(shí)間（d）2.01.00.70.300.710.720.690.7020.540.630.650.6950.280.360.5206080.150.220.390.55120.100.150.230.43150.080

15、.100.130.35200.060.080.100.30c) 雙乙酰還原階段溫度的影響:提高還原溫度是促進(jìn)雙乙酰迅速降低的有效措施（表3）表3.雙乙酰還原溫度和雙乙酰含量的關(guān)系 還原溫度°C 雙乙酰值（mg/L） 還原時(shí)間（d）18104000.740.740.740.7430.200.440.560.6850.080.320.460.62100.030.160.310.45150.030.100.160.365) 二氧化碳洗滌可以促進(jìn)凝聚酵母細(xì)胞重新懸浮，促進(jìn)發(fā)酵液對(duì)流，有利于消除雙乙酰，同時(shí)也可以將一部分揮發(fā)性物質(zhì)帶出。6） -乙酰乳酸脫羧酶的加入將酶制劑-乙酰乳酸脫羧酶直接加

16、入至冷麥汁中，一起進(jìn)入發(fā)酵罐。該酶通過迅速脫羧反應(yīng)，將-乙酰乳酸轉(zhuǎn)化為3-羥基-2-丁酮，大大降低了酒液中-乙酰乳酸的積累，從而減少雙乙酰的生成和還原時(shí)間，縮短了發(fā)酵周期。7) 采取措施提高酒液的還原性盡量減少酒液與氧接觸的機(jī)會(huì)，以阻止-乙酰乳酸的氧化。主要從以下幾方面控制：a) 濾酒過程中可以添加抗氧化劑等，如添加少量的偏重亞硫酸鉀或亞硫酸氫鈉等氧化劑，阻止-乙酰乳酸的氧化。b) 避免清酒在管路中產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，這樣會(huì)使清酒中溶解氧的含量增加。c) 灌裝過程中使用二氧化碳備壓，并采用二次抽真空，來(lái)降低灌裝增氧量。d) 采用高壓引沫除氧裝置，降低瓶頸空氣的含量，控制在lmlL以下。e) 啤酒巴氏殺菌溫度不宜過高，殺菌強(qiáng)度應(yīng)控制在1520PU。f) 加強(qiáng)發(fā)酵工藝衛(wèi)生管理，杜絕雜菌污染。野生酵母會(huì)產(chǎn)生雙乙酰，許多細(xì)菌也能產(chǎn)生雙乙酰，還有部分細(xì)菌雖不能產(chǎn)生雙