第四章啤酒發(fā)酵

1、第一節(jié)第一節(jié) 酵母及發(fā)酵機理酵母及發(fā)酵機理 一、啤酒酵母一、啤酒酵母(一一)、 啤酒酵母按發(fā)酵方式分類啤酒酵母按發(fā)酵方式分類 啤酒酵母（上面）啤酒酵母（上面）: :最適溫度1522,長卵形、橢圓形等，長寬比1：2，易形成假菌絲。 卡爾斯伯酵母（下面）卡爾斯伯酵母（下面）: :最適溫度最適溫度6.513,圓形、卵圓形、橢圓形，8.5*6.5m，可同化葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖、半乳糖、棉子糖、蜜二糖。(二二)、凝聚性（、凝聚性（Flocculation） 啤酒酵母的凝聚特性是重要的生產(chǎn)特性，它會影響酵母回收再利用于發(fā)酵的可能，影響發(fā)酵速率和發(fā)酵度，影響啤酒過濾方法選擇乃至影響到啤酒風(fēng)味

2、。粉末型酵母：粉末型酵母：發(fā)酵結(jié)束時，酵母單個或數(shù)個懸浮在液體中，即使輕微震蕩，沉淀浮起。凝聚型酵母：凝聚型酵母：達(dá)到某發(fā)酵度酵母凝結(jié)沉淀，即使打散結(jié)塊，短時間又結(jié)塊。(不能釀造高發(fā)酵度啤酒)弱凝聚型酵母：弱凝聚型酵母：或絮凝性酵母，介于上述兩者之間。(三三)、酵母的培養(yǎng)、酵母的培養(yǎng)(最適溫度最適溫度3134 )酵母擴培過程：斜面種子酵母擴培過程：斜面種子 液體試管液體試管 三角瓶液體培養(yǎng)三角瓶液體培養(yǎng) 小卡氏罐培養(yǎng)小卡氏罐培養(yǎng) 大卡氏罐培養(yǎng)大卡氏罐培養(yǎng) 一級繁殖罐一級繁殖罐二級繁殖罐二級繁殖罐 發(fā)酵發(fā)酵 28 10 1112 1213 1315 20 25 卡氏罐卡氏罐螺紋密封圈螺紋密封圈接

3、種頭接種頭取樣閥取樣閥手柄手柄空氣過濾器空氣過濾器連續(xù)增殖的酵母擴培設(shè)備連續(xù)增殖的酵母擴培設(shè)備二、啤酒發(fā)酵機理二、啤酒發(fā)酵機理影響啤酒質(zhì)量的主要因素：影響啤酒質(zhì)量的主要因素： 麥汁組成成分： 啤酒酵母的品種和菌株特性： 投入的酵母數(shù)量和質(zhì)量狀況，以及在整個發(fā)酵過程中酵母細(xì)胞生長狀況。 發(fā)酵容器的幾何形狀、尺寸和材料，它會影響到發(fā)酵流態(tài)和酵母的分布、二氧化碳排出。 發(fā)酵工藝條件PH、溫度、溶氧水平、發(fā)酵時間。 灌裝、滅菌過程，（風(fēng)味的改變）。 （一）糖類發(fā)酵（一）糖類發(fā)酵啤酒麥汁的浸出物中糖類占90%，其中單糖約占糖類10、蔗糖占5、麥芽糖4050、麥芽三糖10-15%、DP4DP8的寡糖202

4、5，還有少量的戊糖、戊聚糖、-葡聚糖、異麥芽糖。 啤酒酵母的可發(fā)酵糖和發(fā)酵順序是：啤酒酵母的可發(fā)酵糖和發(fā)酵順序是： 葡萄糖果糖蔗糖麥芽糖麥芽三糖葡萄糖阻遇效應(yīng)：葡萄糖阻遇效應(yīng)：當(dāng)麥汁中含有高于0.20.20.50.5葡萄糖時，葡萄糖會抑制酵母分泌麥芽糖滲透酶滲透酶，抑制麥芽糖的發(fā)酵，只有當(dāng)葡萄糖濃度低于0.2時，抑制解除，麥芽糖才能開始發(fā)酵，這稱之為“葡萄糖阻遇效應(yīng)”。 巴士德效應(yīng)：巴士德效應(yīng)：啤酒酵母對各種可發(fā)酵性糖類的發(fā)酵均是通過EMP途徑代謝生成丙酮酸后，進(jìn)入無氧酵解或有氧循環(huán)，酵母在有氧TCA循環(huán)可獲得更多生物能（38ATP），此時無氧發(fā)酵代謝就會抑制，這種抑制厭氧發(fā)酵代謝稱為“巴士德

5、效應(yīng)”。反巴士德效應(yīng)：反巴士德效應(yīng)：在發(fā)酵基質(zhì)（麥芽汁）中含有較高的葡萄糖（包括果糖）（0.41.0%），分子氧存在不能抑制發(fā)酵，有氧呼吸反而受到一定抑制，這稱“反巴士德效應(yīng)”，因此在麥芽汁接種酵母后主要是無氧酵解途徑，也存在少量有氧呼吸代謝。 （二）麥汁含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化（二）麥汁含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 啤酒發(fā)酵初期，接種啤酒酵母必須通過吸收麥汁中含氮化合物，用于合成酵母細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸和其他含氮化合物。啤酒酵母只能分泌少量的蛋白酶啤酒酵母只能分泌少量的蛋白酶，因此，啤酒酵母只能從麥汁中吸收氨基酸、二肽、三肽等肽氮化合物，而且二肽三肽的吸收能力很低。含氮化合物吸收依賴于一系列的氨基酸輸送酶。 （三）發(fā)酵

6、副產(chǎn)物的形成和分解（三）發(fā)酵副產(chǎn)物的形成和分解 生青味物質(zhì)：生青味物質(zhì)：雙乙酰、醛、硫化物，使啤酒口味不純正、不成熟、不協(xié)調(diào)。 芳香物質(zhì)：芳香物質(zhì)：高級醇、酯，決定啤酒的香味。 風(fēng)味物質(zhì)強度風(fēng)味物質(zhì)強度(Fu)=(Fu)= 物質(zhì)在啤酒中含量物質(zhì)在啤酒中含量/ /該物風(fēng)味值該物風(fēng)味值 Fu1.0，感到強烈， Fu = 0.5-1.0，能接受 Fu 0.5，不會影響風(fēng)味 1 1、雙乙酰、雙乙酰( (聯(lián)二酮聯(lián)二酮) ) 致啤酒口味不純、有甜味甚至餿飯味，濃度高時有奶油味，與戊二酮共稱為聯(lián)二酮。na 芳香物質(zhì)芳香物質(zhì) b 生青味物質(zhì)生青味物質(zhì) 聯(lián)二酮的合成和分解過程聯(lián)二酮的合成和分解過程 前驅(qū)體的形成

7、前驅(qū)體的形成 與酵母菌種、酵母量與酵母菌種、酵母量 ( (丙酮酸到乙酰乳酸丙酮酸到乙酰乳酸) ) 氧含量有關(guān)氧含量有關(guān) 氧化脫羥成雙乙酰、氧化脫羥成雙乙酰、 降低降低pHpH、提高溫度、提高溫度 戊二酮戊二酮 氧氣吸入可促進(jìn)氧氣吸入可促進(jìn)聯(lián)二酮還原聯(lián)二酮還原(雙乙酰雙乙酰 乙偶姻乙偶姻(3-羥基羥基-2-丁酮丁酮) 丁二醇丁二醇 )影響雙乙酰分解的因素：影響雙乙酰分解的因素：酵母量、前期后期的強弱(后期酵母多有利)、溫度、與酵母與雙乙酰接觸，故應(yīng)防止酵母沉降。一般要求雙乙酰 總量為100mg/L(口味差)4 4、酯、酯 酯適量啤酒香，酯過高帶來不舒服的苦味和果味。 酯量 下面法：60mg/L

8、上面法：80mg/L 促進(jìn)酯量的因素：麥汁濃度高于13%、最終發(fā)酵度和成品發(fā)酵度高、麥汁通風(fēng)減少、主酵和后酵中的運動增加。 5 5、硫化物、硫化物 這類物質(zhì)量很低也會強烈影響啤酒的口味和氣味。 H2S：由含硫的氨基酸形成，也可因酵母缺乏或損失生長素時造成過高。 硫醇(RHS)：嚴(yán)重影響啤酒的風(fēng)味，并使啤酒有日光臭。 DMS：酵母沒有改變DMS含量的能力，麥汁中的DMS會一成不變帶入啤酒。 6、有機酸、有機酸 有機酸來源：來自麥芽和麥汁，由發(fā)酵產(chǎn)生(如脂肪酸、丙酮酸、乳酸、蘋果酸等)。 對啤酒影響：使啤酒口感活潑、爽口，但過多，則粗糙、不柔和、不協(xié)調(diào)，過量也即污染雜菌。 12 12度啤酒總酸度啤

9、酒總酸0.3mg/l） ，為提高，為提高VDK 還原，可采用還原，可采用56.5 (3)、下酒的酵母濃度、下酒的酵母濃度 傳統(tǒng)法傳統(tǒng)法5 10 6個個/ml 為提高為提高VDK 還原，可采用還原，可采用(1020) 10 6個個/ml(4)、沉淀酵母收集和、沉淀酵母收集和“飼養(yǎng)飼養(yǎng)” 酵母收集：主酵池底沉結(jié)一層酵母泥狀沉淀，通常每百斤發(fā)酵液有酵母收集：主酵池底沉結(jié)一層酵母泥狀沉淀，通常每百斤發(fā)酵液有1.75 2.5升酵母泥，上層為泡蓋物質(zhì)和衰老酵母，下層是熱凝固蛋白升酵母泥，上層為泡蓋物質(zhì)和衰老酵母，下層是熱凝固蛋白質(zhì)和死酵母，中層（質(zhì)和死酵母，中層（75）是正常凝聚酵母。）是正常凝聚酵母。

10、中層酵母泥送至酵母飼中層酵母泥送至酵母飼養(yǎng)室，邊加無菌水（養(yǎng)室，邊加無菌水（12C）邊經(jīng)）邊經(jīng)100目振蕩篩，除去夾雜酒花樹脂和目振蕩篩，除去夾雜酒花樹脂和熱凝固性蛋白質(zhì)，篩下的酵母泥再用熱凝固性蛋白質(zhì)，篩下的酵母泥再用12C無菌水漂洗無菌水漂洗2 3次（每隔次（每隔2 3小時換水一次）。小時換水一次）。 飼養(yǎng)：酵母保存在飼養(yǎng)：酵母保存在1 2C冰水下（稱為冰水下（稱為“飼養(yǎng)飼養(yǎng)”）1 3天（不超過天（不超過5天，每天換天，每天換1 2次水），次水）， 飼養(yǎng)無菌冰水有適宜離子濃度（飼養(yǎng)無菌冰水有適宜離子濃度（300mg/L總離子），總離子），Ca2+ 50mg/L。 酵母代數(shù)：新擴大培養(yǎng)得到酵

11、母，生產(chǎn)上稱為酵母代數(shù)：新擴大培養(yǎng)得到酵母，生產(chǎn)上稱為“零零”代，此酵母每代，此酵母每參與一次發(fā)酵，收集酵母泥則增加一代。傳統(tǒng)以七代之內(nèi)為好。參與一次發(fā)酵，收集酵母泥則增加一代。傳統(tǒng)以七代之內(nèi)為好。 (三三)、傳統(tǒng)啤酒后發(fā)酵和貯酒、傳統(tǒng)啤酒后發(fā)酵和貯酒 后酵和貯酒目的是：糖類繼續(xù)發(fā)酵、促進(jìn)啤酒風(fēng)味成熟、增加二后酵和貯酒目的是：糖類繼續(xù)發(fā)酵、促進(jìn)啤酒風(fēng)味成熟、增加二氧化碳的溶解、促進(jìn)啤酒的澄清。氧化碳的溶解、促進(jìn)啤酒的澄清。 1、糖類繼續(xù)發(fā)酵、糖類繼續(xù)發(fā)酵 后發(fā)酵中發(fā)酵糖主要是殘余麥芽糖和未被發(fā)酵的麥芽三糖。后發(fā)酵中發(fā)酵糖主要是殘余麥芽糖和未被發(fā)酵的麥芽三糖。12p麥汁中約有麥汁中約有1.01.

12、41糖類被發(fā)酵。糖類被發(fā)酵。 溫度控制：傳統(tǒng)式后酵大多用室溫來調(diào)節(jié)品溫，即發(fā)酵缸無冷卻溫度控制：傳統(tǒng)式后酵大多用室溫來調(diào)節(jié)品溫，即發(fā)酵缸無冷卻或加熱裝置，影響后發(fā)酵品溫是下酒溫度、后酵室溫度和發(fā)酵時或加熱裝置，影響后發(fā)酵品溫是下酒溫度、后酵室溫度和發(fā)酵時放熱。放熱。 大、中型廠：后酵和貯酒室分隔成若干獨立室，在后酵大、中型廠：后酵和貯酒室分隔成若干獨立室，在后酵710天天可以控制室溫可以控制室溫34C，從而保證后酵在，從而保證后酵在45C，在七天以后逐，在七天以后逐步降至步降至01C，使酒能進(jìn)入低溫貯酒階段。，使酒能進(jìn)入低溫貯酒階段。 小型廠：后酵和貯酒常常只有一個低溫室，一般控制在小型廠：后

13、酵和貯酒常常只有一個低溫室，一般控制在20.3C。2、增加、增加CO2的溶解的溶解 CO2作用：作用：CO2是啤酒的重要組成成分，它能賦予啤酒起泡性和泡沫、殺口性，是啤酒的重要組成成分，它能賦予啤酒起泡性和泡沫、殺口性，也能增加啤酒防腐性和抗氧化，也能增加啤酒防腐性和抗氧化，CO2在啤酒中溢出能拖帶出啤酒芳香味散發(fā)。在啤酒中溢出能拖帶出啤酒芳香味散發(fā)。 要求：瓶裝啤酒要求：瓶裝啤酒CO2含量常達(dá)含量常達(dá)0.450.53%( m/m), 啤酒啤酒CO2體積比為體積比為2.22.71（L/L）。）。 傳統(tǒng)主酵溶解在嫩啤酒中傳統(tǒng)主酵溶解在嫩啤酒中CO2僅為僅為0.20.28(mm) 啤酒工廠常用如下

14、經(jīng)驗式，預(yù)測貯酒階段啤酒工廠常用如下經(jīng)驗式，預(yù)測貯酒階段 CO2（mm）0.2980.4p0.008t（p:為貯酒缸氣壓（為貯酒缸氣壓（MPa）,t:啤酒品溫啤酒品溫 ） 3、促進(jìn)啤酒的成熟、促進(jìn)啤酒的成熟 啤酒風(fēng)味成熟是復(fù)雜過程，它包括還原、氧化、酯啤酒風(fēng)味成熟是復(fù)雜過程，它包括還原、氧化、酯化、聚合等過程?；?、聚合等過程。 在主酵結(jié)束時總雙乙酰包括前驅(qū)物質(zhì)水平在在主酵結(jié)束時總雙乙酰包括前驅(qū)物質(zhì)水平在0.200.30之間，通過后酵和貯酒（主要為后酵），由醇脫氫酶還之間，通過后酵和貯酒（主要為后酵），由醇脫氫酶還原而降低雙乙酰。酵母出芽會形成雙乙酰前驅(qū)物質(zhì)。原而降低雙乙酰。酵母出芽會形成雙乙酰

15、前驅(qū)物質(zhì)。 啤酒發(fā)酵成熟指標(biāo)之一：雙乙酰啤酒發(fā)酵成熟指標(biāo)之一：雙乙酰 0.1(mg/l)或更低或更低0.05 mg/l，發(fā)酵完全停止后，由于醇脫氫酶存在，雙乙，發(fā)酵完全停止后，由于醇脫氫酶存在，雙乙酰繼續(xù)緩慢還原，即使品溫在酰繼續(xù)緩慢還原，即使品溫在0也能進(jìn)行。也能進(jìn)行。乙醛是乙醇前驅(qū)物質(zhì)，在后酵中能使啤酒風(fēng)味柔和。成乙醛是乙醇前驅(qū)物質(zhì)，在后酵中能使啤酒風(fēng)味柔和。成熟啤酒乙醛熟啤酒乙醛 30mg/L。酯化酯化:長期后酵和貯酒會增加啤酒貯藏香味，在后酵、貯長期后酵和貯酒會增加啤酒貯藏香味，在后酵、貯酒過程，揮發(fā)酯將增加酒過程，揮發(fā)酯將增加30100,乙酸乙酯最多。乙酸乙酯最多。 RCHO+R1C

16、HORCOOCH2R1 RCH2OH+R1COOHRCOOCH2R1+H2O 硫化物超過味閥值含量硫化物超過味閥值含量,是啤酒風(fēng)味有害物質(zhì)。是啤酒風(fēng)味有害物質(zhì)。 H2S5.0mg/l，SO220mg/l，CH3SCH325253636天天 大罐釀造周期大罐釀造周期 一罐法一罐法16162222天；兩罐法天；兩罐法 20203030天天 比較：大罐可縮短周期比較：大罐可縮短周期2 23 3倍，大幅度降低罐數(shù)，節(jié)省投資。倍，大幅度降低罐數(shù)，節(jié)省投資。 1624天天1519天天 提高酵母密度：可以使前期發(fā)酵提前，略加強中期發(fā)酵，而后期發(fā)酵沒有后提高酵母密度：可以使前期發(fā)酵提前，略加強中期發(fā)酵，而后期

17、發(fā)酵沒有后勁，這樣也可以加速發(fā)酵，縮短時間勁，這樣也可以加速發(fā)酵，縮短時間 強化強化對流：（使麥汁與酵母充分接觸）可加速發(fā)酵。對流：（使麥汁與酵母充分接觸）可加速發(fā)酵。 大罐里主要有三個推動力得到強化大罐里主要有三個推動力得到強化 a 罐底部產(chǎn)生的罐底部產(chǎn)生的CO2氣泡上升對發(fā)酵液的推動力。氣泡上升對發(fā)酵液的推動力。 b 發(fā)酵階段底部酵母密度大于缸上部，底部降糖快，酒精生成快，造成上發(fā)酵階段底部酵母密度大于缸上部，底部降糖快，酒精生成快，造成上下罐密度差造成對流。下罐密度差造成對流。 c 在發(fā)酵時控制罐下部溫度高于上部在發(fā)酵時控制罐下部溫度高于上部12，由于溫差引起熱對流，特別，由于溫差引起熱

18、對流，特別在發(fā)酵后期前面推動力減小后，溫差對流更能發(fā)揮作用。在發(fā)酵后期前面推動力減小后，溫差對流更能發(fā)揮作用。 快速發(fā)酵理論是大罐發(fā)酵的理論基礎(chǔ)?？焖侔l(fā)酵理論是大罐發(fā)酵的理論基礎(chǔ)。2.節(jié)省廠房投資，節(jié)省冷耗。節(jié)省廠房投資，節(jié)省冷耗。 傳統(tǒng)發(fā)酵在冷藏庫內(nèi)發(fā)酵和貯酒；而大罐發(fā)酵傳統(tǒng)發(fā)酵在冷藏庫內(nèi)發(fā)酵和貯酒；而大罐發(fā)酵可部分或全部在室外，而且總面積少，廠房投資可部分或全部在室外，而且總面積少，廠房投資省。省。 傳統(tǒng)發(fā)酵冷量多消耗在冷卻廠房、空氣、人、傳統(tǒng)發(fā)酵冷量多消耗在冷卻廠房、空氣、人、機器（泵、電機）；而大罐發(fā)酵直接冷卻發(fā)酵罐機器（泵、電機）；而大罐發(fā)酵直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，而且冷卻介質(zhì)在強制循

19、環(huán)下，傳熱系數(shù)和酒液，而且冷卻介質(zhì)在強制循環(huán)下，傳熱系數(shù)高，大罐比傳統(tǒng)節(jié)省高，大罐比傳統(tǒng)節(jié)省50%左右冷耗。左右冷耗。3.CIP原位自動程序清洗消毒原位自動程序清洗消毒傳統(tǒng)發(fā)酵（池或罐）：依賴人工清洗和消毒傳統(tǒng)發(fā)酵（池或罐）：依賴人工清洗和消毒大罐：依靠大罐：依靠CIP工藝更易保證確保純種發(fā)酵工藝更易保證確保純種發(fā)酵 4.大罐發(fā)酵弱點大罐發(fā)酵弱點、罐體高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使、罐體高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低（只能使用用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低（只能使用56代）代）、貯酒時，澄清比較困難，過濾必須強化，、貯酒時，澄清比較困難，過濾必須強化，如現(xiàn)在一般啤酒廠使用硅藻土、如現(xiàn)在一

20、般啤酒廠使用硅藻土、PVPP（聚乙酰聚吡咯烷酮）（聚乙酰聚吡咯烷酮）、由于大罐體積大，罐壁溫度很難在短時、由于大罐體積大，罐壁溫度很難在短時間內(nèi)達(dá)到一致，這樣給發(fā)酵控制帶來困難間內(nèi)達(dá)到一致，這樣給發(fā)酵控制帶來困難(四四)、大罐發(fā)酵工藝、大罐發(fā)酵工藝 1.麥汁控制麥汁控制 、溶解氧水平高（密閉）（、溶解氧水平高（密閉）（89mg/L） 、清明透亮，冷凝固蛋白去除。、清明透亮，冷凝固蛋白去除。 N 比 傳 統(tǒng) 要 求 嚴(yán) 格比 傳 統(tǒng) 要 求 嚴(yán) 格180mg/L(12p)2.酵母品種酵母品種 、CO2高濃度，發(fā)酵變化大高濃度，發(fā)酵變化大 、穩(wěn)定性好，菌株不易退化。、穩(wěn)定性好，菌株不易退化。 、凝聚性好，排放酵母方便。、凝聚性好，排放酵母方便。3.接種量、接種溫度接種量、接種溫度(起酵起酵 )、主酵溫度、主酵溫度、麥汁直接進(jìn)缸，為了縮短發(fā)酵時間，大多采、麥汁直接進(jìn)缸，為了縮短發(fā)酵時間，大多采用較高接種量用較高接種量0.60.8，接種后酵母密度為，接種后酵母密度為（153）106（個（個/ml），為了減少雙乙酰），為了減少雙乙酰(VDK)前驅(qū)物質(zhì)前驅(qū)物質(zhì)乙酰乳酸生成量，要求滿罐乙