啤酒发酵机理ppt课件

啤酒发酵机理 一 发酵过程啤酒发酵因所用酵母不同 可分上面发酵和下面发酵两种类型 前者采用上面酵母和较高的发酵温度 后者采用下面酵母和较低的发酵温度 这两类啤酒风味不同 特色各异 下面发酵是全世界普遍采用的啤酒生产方法 我国98 以上的啤酒都是采用下面发酵方法生产的 根据传统生产方法 啤酒发酵过程分主发酵 又名前发酵 和后发酵两个阶段 主发酵阶段 酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的代谢以及发酵产物的形成 后发酵阶段 是前发酵的延续 必须在密闭的发酵容器中进行 使残糖分解形成的二氧化碳充分溶于啤酒中 并达到饱和 在低温下陈贮 使啤酒进一步成熟和澄清 由于科学技术的不断发展 啤酒发酵过程的生化机理已为人们所掌握 为了缩短发酵周期 提高发酵设备利用率 人们在传统发酵技术的基础上 又创造了许多新型发酵方法如一罐发酵 高温发酵 搅拌发酵 加压发酵 连续发酵 固定化酵母发酵等 并开发了多种新型发酵容器 其中最常用的是一罐发酵法 采用这一新技术 可以使主发酵和后发酵在同一容器中进行 即一罐发酵 发酵过程连续进行 既保证了啤酒的品质 又简化了管理和操作 为推动我国啤酒工业发展发挥了重要作用 现整个发酵过程可大致分为4个阶段 1 酵母适应阶段 2 有氧呼吸阶段 即酵母增殖阶段 3 无氧发酵阶段 4 啤酒后熟阶段 第一阶段 酵母接种后 开始在麦汁充氧的条件下 恢复其生理活性 第二阶段 然后以麦汁中的氨基酸为主要氮源和以可发酵性糖为主要碳源 进行有氧呼吸 并从中获取能量而生长繁殖 同时产生一系列代谢副产物 第三阶段 麦汁中的氧被耗尽后 酵母即在无氧的条件下进行酒精发酵 第四阶段 发酵后的酒液再经过后熟阶段 会使酒液中的沉淀等杂质析出 使啤酒的风味更好 其中第二 三 四阶段比较复杂 详述如下 一 有氧呼吸阶段在有氧条件下 酵母进行EMP TCA循环 进行有氧呼吸 属酵母繁殖阶段 糖除被分解为水和二氧化碳外 代谢过程中EMP途径还是许多代谢产物生成的基础 因而熟知这个过程对研究其他啤酒风味成分也十分重要 1 第一阶段 葡萄糖 1 6 二磷酸果糖 2 第二阶段 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 3 第三阶段 3 磷酸甘油醛 2 磷酸甘油酸 4 第四阶段 2 二磷酸甘油酸 丙酮酸 EMP反应方程式 葡萄糖 2ADP 2Pi 2NAD 2丙酮酸 2ATP 2 NADH H 三羧酸循环总反应式 葡萄糖彻底氧化分解反应方程式 C6H6O6 6H2O 10NAD 2FAD 4ADP 4Pi 6CO2 10NADH 10H 2FADH2 4ATP共产生10个NADH 2个FADH2 4个ATP简写如下 葡萄糖 38ADP 38H3PO46CO2 6H2O 38ATP 二 无氧发酵阶段在无氧条件下 酵母进行EMP 丙酮酸 酒精途径 进行无氧发酵 糖被酵解 产生乙醇和二氧化碳 属生产乙醇阶段 此过程释放出大量能量 放热过程 因此在啤酒发酵过程中若想保持恒温 就需要对发酵罐进行冷却 酒精生产反应式 G 2ADP 2Pi 2乙醇 2ATP 2水 体液中的乙醇含量与症状关系 体液乙醇含量 mg 100ml 20 头胀 愉快而健谈40 精神振作 说话流利 行动稍笨 手微震颤60 100谈话絮絮不休 行动笨拙80 100情感冲动 自言自语 反应迟钝 步履蹒跚120 135倦睡 呈明显酒醉状态200 250意识朦胧 言语含糊 大多数呈木僵状400 500深度麻醉 少数致死亡 引自葛可佑总主编 中国营养科学全书 日常生产中易污染啤酒的微生物在啤酒的日常生产中 发酵时被杂菌污染时有发生 这些有害微生物对啤酒的品质有很大的影响 按照对氧气的需求 常见的杂菌分为 好氧微生物 微好氧微生物 兼性好氧微生物 绝对好氧微生物四大类群 具体主要种类有 一 肠道细菌 发酵车间经常可以检测到如欧式杆菌属 克式杆菌属 多变杆菌属等 它们存在于植物 土壤和水中 肠道细菌在大麦中繁殖迅速 能产生烂白菜的气味 甚至有H2S的味道 在麦汁和发酵初期 也极易迅速繁殖 危害到啤酒的风味 但它在pH4 0以下 2 0 乙醇啤酒中不能繁殖 一般是厌氧 二 变形肥大杆菌 污染后会使啤酒产生二甲基硫味 它在pH低于3 9时不能生长 但耐6 0 乙醇 均有 三 乳酸菌 是啤酒工厂污染的主要细菌 其中包含乳酸菌和足球菌两个属 它们广泛存在于发酵罐 管道 阀门 啤酒残液中 前者不耐酒花且在低温下生长缓慢 所以不污染啤酒发酵过程 后者会导致啤酒酸化 产生双乙酰味 同时会分泌荚膜多糖 使啤酒粘稠 浑浊 厌氧菌 四 醋酸菌 可以通过空气污染啤酒 污染后会使啤酒有明显的酸味且浑浊 对酒花不敏感 耐酸耐酒精强 醋酸菌有好氧的 如氧化醋酸杆菌 巴氏醋酸杆菌等和厌氧的 如热醋酸杆菌 五 发酵单胞菌 在较广的pH范围内生长 污染后会使啤酒变味 对酒花不敏感 耐酸耐酒精强 六 其他杂菌 如啤酒巨形球菌等都会给啤酒带来难闻的气味 因此 在啤酒酿造过程中 保证啤酒种酵母的绝对主导地位 以及尽可能加大对其他微生物的控制 是保证啤酒品质的关键 三 有氧及无氧阶段发酵现象1 酵母繁殖期 添加酵母8 16h后 液面上出现二氧化碳小气泡 逐渐形成白色 乳状泡沫 酵母繁殖20h左右 沉淀于繁殖罐底部 2 起泡期 24 25h后 在麦汁表面出现更多的泡沫 由四周渐渐拥向中间 洁白细腻 厚而紧密 如菜花状 此阶段发酵液的温度每天上升0 5 0 8 降糖0 3 0 5 P 维持时间1 2天 不需人工降温 3 高泡期 发酵2 3天后 泡沫增高 形成卷曲状隆起 高达25 30cm 并因酒中酒花树脂和蛋白质 单宁复合物析出而逐渐变为棕黄色 高泡期一般维持2 3天 每日降糖1 5 P左右 4 落泡期 发酵5天以后 发酵力逐渐减弱 二氧化碳气泡减少 泡沫回缩 酒中析出物增多 泡沫由棕黄色变为棕褐色 此时应控制酒温每日下降0 5 左右 每日消糖0 5 0 8 P 落泡期一般维持2天左右 5 泡盖形成期 发酵7 8天后 泡沫回缩 形成一层褐色苦味的泡盖 覆于液面 厚度为2 4cm 此时 发酵已进入末期 每日降糖0 2 0 4 P 急剧降温后 酵母大量凝集沉淀 此时 液面呈静止的暗褐色状 四 啤酒后熟阶段1 啤酒后熟阶段主要物质变化及作用后发酵过程中 一些生物和理 化的变化仍在缓慢进行 其主要作用如下 后发酵温度仍维持在3 5 使残留的可发酵糖 主要是麦芽糖和麦芽三糖 继续发酵 产生的CO2在密闭的贮酒容器中 不断溶解于酒内 使CO2达到饱和状态 同时 在比较高的后发酵温度下 双乙酰仍可较快地还原 CO2作用 赋予啤酒以杀口的刺激感 可防止酒的氧化 有利于被胶体物质吸附和与酒内某些成分结合 在酒中更趋稳定 有利于泡沫的形成和泡沫的持久性及稳定性 有助于降低啤酒pH值 使啤酒更显淡爽 析出部分酒花树脂 使啤酒苦味更加柔和 有利于防止杂菌污染 为弥补发酵自身二氧化碳不足 在啤酒灌装前采用人为添充二氧化碳的技术和设备 最近 还出现了一项新技术 即在主发酵期将可发酵性糖完全耗尽 没有后发酵期 在酒液中充入二氧化碳 使之饱和 这样当然可以大大缩短生产时间 后发酵初期产生的CO2 在排至贮酒罐外的同时 还将酒中的生青味和挥发性物质如双乙酰 硫化氢和乙醛等大量排出 减少了啤酒的不成熟口味 促使啤酒成熟 发酵维持7 10天后 逐步降低酒温至0 1 进入贮酒成熟期 在贮酒期较低的温度和pH值环境下 酒中悬浮的酵母 冷凝固物和酒花树脂等物质缓慢沉淀下来 使酒液逐渐澄清 酒的口感愈趋成熟 大大改善了啤酒的非生物稳定性 延长了成品啤酒的保质期 在后发酵期内 啤酒应绝对防止接触空气 否则 不但啤酒的风味 泡沫 色泽和非生物稳定性会因氧化而受到影响 并且易感染杂菌 影响啤酒的生物稳定性 2 啤酒的澄清 啤酒澄清的作用啤酒澄清是在贮酒期间 将酒中的悬浮物沉淀下来 澄清的目的是使滤酒顺利 过滤损失低 过滤后的酒浊度低 浊度 0 3EBC单位 酒的稳定性好 保质期长 影响啤酒澄清的主要悬浮物质a 酵母细胞 啤酒澄清与酵母菌种有关 凝聚性酵母易沉淀 有利于酒的澄清 粉状酵母则沉淀很慢或根本不沉淀 需要采取其它措施如加胶吸附 使其沉淀 或经离心机离心分离 b 冷凝固性蛋白质 随着贮酒温度和pH的降低 一些冷凝固性蛋白质逐渐析出而沉淀 c 酒花树脂 已溶解的酒花树脂 在温度和pH不断降低情况下 部分又析出而沉淀下来 d 蛋白质 多酚复合物 此物质是形成成品啤酒混浊沉淀的前体物质 其多酚部分因不断氧化聚合 相对分子质量增大 遇冷则析出 成雾状混浊 又名冷混浊 加热至20 复溶 再进一步氧化聚合 相对分子质量大到一定程度 便成永久性混浊 加热不能复溶 长时间放置后 即沉淀下来 上述悬浮物质均随贮藏温度降低和贮藏时间延长而逐渐沉降下来 使酒变得比较澄清 但是 单纯依靠贮酒期间的自然沉降 只能使酒达到一定程度的澄清 要使啤酒达到清澈透明 有光泽 最后需经过机械处理 离心分离和过滤等方法 除去最小的微细粒子 3 影响啤酒澄清的因素 悬浮物的性质 蛋白质和酒花树脂的析出物 开始都很微小 这些微粒互相接触 吸附和凝聚 形成较大的颗粒 最后沉淀下来 其沉降速度除与本身所形成的颗粒大小有关外 还受酒液的pH值 温度 粘度和对流状态等条件的影响 冷混浊物和永久性混浊物不容易在短时间内析出 但这些物质早期析出 并在滤酒时除去 对成品啤酒的保存期非常有利 贮酒温度 高温 3 以上 贮藏的酒 比低温 0 以下 贮藏的酒澄清得快 因为在较高温度下 冷混浊物析出较少 但这样的酒装出后 保存期短 贮酒温度愈低 遇冷析出的物质愈多 澄清度虽不及高温者好 但在滤酒时可将悬浮混浊物除去 对成品啤酒的保存期是极为有利的 因此 滤酒前利用冷却器将酒温降至 1 5 接近啤酒的冰点 尽量使冷混浊物较多地析出再过滤 这对啤酒的非生物稳定性来说比较有利 pH值 酒液的pH值在4 2 4 4时 有利于酒的沉淀和澄清 下面发酵啤酒的pH值一般在4 0 4 5 澄清较快 上面发酵啤酒的pH值低一些 可达4 0以下 澄清较慢 容器大小 贮酒罐直径过大者 内部酒温不易很快下降 影响悬浮物质的析出 凝聚和沉淀 液柱高的贮酒罐 沉淀物不易很快沉降罐底 较液柱低者澄清慢 因此 小贮酒罐有利于酒的澄清 对于容量过大的贮酒罐 采用室冷法降低酒温是不合理的 应采用带降温或利用热交换器进行体外循环冷却 或冷却后进入另一贮酒罐中进行贮酒 酒液粘度 粘度高的啤酒澄清较慢 粘度过高时还会影响啤酒的过滤 造成粘度高的原因主要是酒内含 葡聚糖过多 这与原料和糖化方法直接有关 采用溶解不良的麦芽和 葡聚糖分解不足的糖化方法 往往会产生这种情况 4 加速啤酒澄清的措施除去对酵母菌种 大麦品种 制麦和酿造加工工艺进行研究和选择外 行之有效的措施是添加吸附剂和胶体物质 二 发酵过程中物质的转化发酵液中最终的各种成分及其含量 对啤酒的风味有着决定性的作用 而这些成分的生成和变化又与原料及工艺密切相关 因此 了解这些发酵产物的形成和分解十分重要 一 糖类的代谢糖类物质约占麦汁浸出物的90 其中葡萄糖 果糖 蔗糖 麦芽糖 麦芽三糖和棉子糖可被酵母利用 称为可发酵性糖 是啤酒酵母的主要碳素营养物质 也是发酵中可利用的物质 麦汁中糊精 麦芽四糖 麦芽五糖至麦芽九糖等不能被酵母利用 均为不可发酵性糖 又称非糖 在实际生产中糖与非糖的比例一般控制为7 3较合适 其中生产淡色啤酒 可发酵性糖含量略高 发酵度高 口味清爽 若生产浓色啤酒 其非糖比例略高一些 以增加它的醇厚感 酵母在通风后的冷麦汁中消耗可发酵性糖 约有96 的可发酵性糖被酵母酵解为乙醇和CO2 并进行三羧酸循环 有氧呼吸 糖类被分解成水和二氧化碳 获取大量的生物能 使酵母细胞快速增殖 并释放出热量 发酵过程中糖转化速度的影响因素 1 麦汁特性 发酵速度首先取决于麦汁中冷凝固物和热凝固物的分离程度 麦汁通氧量以及麦汁的组成 2 酵母菌种 发酵速度也是每个酵母菌种的遗传特性 不同酵母菌种的发酵速度也不相同 3 酵母浓度 酵母细胞和麦汁之间的接触面积对于物质转化非常重要 接触面积随酵母细胞浓度的增加而扩大 酵母量用细胞数个 ml表示 酵母细胞数在生长最旺盛阶段可达3 4 107个 ml 在某些工艺过程中甚至高达108个 ml 4 发酵温度 酒精发酵速度随温度上升明显加快 而低温下发酵速度会减慢 5 机械作用 机械运动如循环 搅拌等 可加强酵母细胞和麦汁的接触 使发酵剧烈进行 6 压力 在发酵过程中 溶解在啤酒中的CO2量及压力在不断增加 采用带压发酵 可以抑制酵母的增殖 减少由于升温所造成的代谢副产物过多的现象 防止产生过量的高级醇 酯类 同时有利于双乙酰的还原 并可以保证酒中二氧化碳的含量 二 氮类物质的代谢麦汁中含有氨基酸 肽类 蛋白质 嘌呤 嘧啶以及其他多种含氮物质 这些含氮物质很重要 可供酵母繁殖同化之用 并且对啤酒的理化性能和风味特点起主导作用 在发酵起始阶段 酵母直接吸收氨基酸 在发酵阶段主要是氨基酸通过转化而产生新物质 用于合成细胞的蛋白质和其他的含氮化合物 酵母对麦汁中氨基酸的转化有下列不同的可能 脱氨 转氨 氧化脱氨 产生高级醇 啤酒酵母对各种氨基酸和亚氨基酸的同化情况是不同的 如天冬氨酸 谷氨酸和天冬酰胺 可以有效地作为唯一氮源被同化 而甘氨酸 赖氨酸 半胱氨酸则不能作为唯一氮源而被啤酒酵母利用 培养基中 两种氨基酸同时存在 较一种单独氨基酸的的同化率可提高10 如用3种氨基酸 同化率可进一步提高8 因此 含有多种氨基酸的麦汁 其氮的同化率较高 所以 麦汁中氮的种类多 有利于酵母的利用 酵母吸收麦汁中的氨基酸如吸收可发酵性糖一样 是按顺序吸收的 根据啤酒酵母对氨基酸的不同同化时间和不同同化速率 氨基酸可划分为4类 见表 啤酒发酵过程中 含氮物质下降1 3左右 主要是部分低分子氮 氨基氮 被酵母同化用于合成酵母细胞 另有部分蛋白质由于pH和温度的下降而沉淀 少量蛋白质被酵母细胞吸附 发酵后期 酵母细胞向发酵液分泌多余的氨基酸 使酵母衰老 死亡 死细胞中的蛋白酶被活化后 分解细胞蛋白质形成多肽 通过被适当水解的细胞壁进入发酵液 此现象称为酵母自溶 其对啤酒风味有较大影响 会造成 酵母臭 三 其他物质的变化啤酒发酵期间 酵母利用麦汁中营养物质 产生代谢产物 分泌到啤酒中 其中最主要的成分是乙醇和二氧化碳 另外还会有一些代谢产物 如双乙酰 高级醇 酸等产生 这些发酵副产物对啤酒有很大影响 它既可使啤酒口味丰满 也能对啤酒的口味 气味和泡持性产生不利影响 这些副产物 数量虽少 除去少数呈异味者外 却是构成啤酒风味不可缺少的物质 但如果它们的浓度超过一定范围 也会造成啤酒口味上的缺陷 啤酒中风味成分的变化 形成了特定啤酒品种相关的风味特性 啤酒的风味特性是由所用的酿造工艺变化产生的 近年来 由于采用了缩短主酵和后酵的新工艺 因此 对酿造工而言 了解发酵副产物和一些影响发酵副产物形成或分解的因素将越来越重要 发酵副产物可分为以下两类 青味物质 双乙酰 醛 硫化物 和芳香物质 高级醇 酯 前者赋予啤酒不纯正 不成熟 不协调的口味和气味 浓度高时对啤酒质量具有不利影响 它们可在主酵和后酵进程中通过生化途径从啤酒中分离去 这也是啤酒后酵的目的 后者主要决定啤酒的香味 在一定浓度范围内 它们的存在是优质啤酒的前提条件 与生青味物质相反 芳香物质不能通过工艺技术途径从啤酒中去除 1 双乙酰 连二酮 啤酒中的双乙酰 CH3COCOCH3 和2 3 戊二酮是在酿造过程中由酵母代谢形成的 属于啤酒的发酵副产物 由于双乙酰和2 3 戊二酮都含有邻位双羰基 所以又总称为连二酮 两者同属羰基化合物 化学性质相似 对啤酒的影响也相似 它们赋予啤酒不成熟 不协调的口味和气味 但2 3 戊二酮在啤酒中的含量要比双乙酰低的多 且它的口味阈值大约为2mg L 是双乙酰口味阈值的10倍 所以2 3 戊二酮对啤酒风味影响不大 起主要作用的仍是双乙酰 双乙酰是啤酒中最主要的生青味物质 馊饭味 经常同一般的口味不纯联系在一起 双乙酰的口味阈值在0 1 0 15mg L之间 在啤酒后熟过程中 连二酮的分解与啤酒后熟过程同时进行 目前 双乙酰仍被视为啤酒是否成熟的一项重要指标 双乙酰的形成机理双乙酰的转化大体可分为以下三个阶段 第一阶段 前驱体的形成连二酮的前驱体通过酵母的新陈代谢形成 无味 在啤酒中觉察不到 它在酵母的呼吸和发酵过程中由丙酮酸合成氨基酸的过程中形成的中间产物 乙酰乳酸前体物质合成 第二阶段 前驱体的转化由于乙酰乳酸通过氧化脱羟形成连二酮 双乙酰和戊二酮的反应过程是在酵母细胞外进行 采取外界措施促进这个转化 相对来说就容易一些 实践证明 啤酒发酵过程中双乙酰的高峰值出现在主发酵后期 一般控制外观浓度45 55 时升温较合适 这样既保证双乙酰峰值没有因升温而提高 又加快了双乙酰的还原 第三阶段 连二酮的还原形成的连二酮只能借助酵母细胞中的酶被进一步还原分解 以减少对啤酒口味不利影响 连二酮首先被还原成乙偶姻 3 羟基 丁酮 及进一步还原产物2 3 丁二醇 乙偶姻和2 3 丁二醇的味阈值很高 在啤酒中感觉不到 对啤酒影响微小 在以往的生产实践中啤酒工程技术人员采取了各种措施 通过减少乙酰乳酸的形成 以便降低双乙酰的生成量 但效果不是很理想 乙酰乳酸随时都有可能转化为双乙酰 它的存在 对啤酒质量来说 是一种潜在的威胁 既然不能通过减少 乙酰乳酸的生成量来解决问题 那么只有加速双乙酰的转化过程的方法 来降低双乙酰含量 啤酒中双乙酰含量影响因素 a 酵母菌株 酵母的种类对于双乙酰的降解起决定性的作用 我们要选择还原双乙酰能力强的酵母 在发酵结束的双乙酰尽可能的低 b 酵母的接种 通常情况下 较高的接种量和发酵温度有利于双乙酰的降解 采用加压发酵工艺可缩短发酵时间 加快双乙酰的降解速度 目前有啤酒厂采用低温大接种量的工艺 以缩短乙酰乳酸的形成过程 加速代谢产物的降解 双乙酰的含量达到质量要求时 才能进行降温处理 c 麦汁组成 麦汁组成会直接影响酵母的生长和双乙酰的降解 充足的 氨基氮有利于酵母的繁殖 由于缬氨酸对形成双乙酰的前驱体的产生有反馈抑制作用 所以用亚硫酸处理过的麦汁可以降低啤酒中的双乙酰 这是由于麦汁缬氨酸含量高时对双乙酰的生成有抑制作用 另外由浅色麦芽制成的麦汁中缬氨酸的含量高于深色麦芽 其酿制的啤酒中双乙酰含量亦较低 同样使用溶解不良的麦芽和添加大米等辅料酿造的啤酒中双乙酰含量亦较高 d 发酵条件 首先 降低pH值 pH值为4 2 4 4时 转化迅速 随着pH的提高 转化减弱 其次 提高温度 温度越高 转化越迅速 第三 二氧化碳洗涤 可排除双乙酰 e 染菌 当感染了啤酒有害菌如足球菌 也会出现双乙酰含量高 双乙酰的控制及消除双乙酰分解速度 取决于一些促进或阻碍酵母与啤酒进行充分接触的因素 下列因素有利于双乙酰分解 a 防止酵母沉降或贮酒期间添加高泡酒 处于发酵期的酵母细胞分解连二酮的能力很强 是双乙酰形成能力的10倍 b 麦汁要含有足够量的氨基酸 如减少辅料用量 低温下料 适当延长蛋白质休止时间 用溶解良好的麦芽等 缬氨酸的含量也就充足 通过反馈作用 抑制酵母菌由丙酮酸生物合成 乙酰乳酸和双乙酰的生成 c 麦汁中Zn离子含量充足及充氧量适中 使酵母活力旺盛 还原双乙酰的能力强 d 适当提高啤酒后酵温度 双乙酰分解受温度影响强烈 随着温度的升高 双乙酰分解能力增强 e 发酵前期采取加压发酵工艺 在后期利用CO2进行洗涤 因为双乙酰和戊二酮具有挥发性 发酵期间会通过CO2排出 而乙酰乳酸不具挥发性 不易被清除掉 采取转化的方法 f 采取加 乙酰乳酸脱羧酶的方法 使 乙酰乳酸直接脱羧基转化为乙偶姻 没有双乙酰的转化过程 此方法可行且有效 缺点是生产成本增加 另外对酵母的发酵性能也有影响 g 乙酰乳酸必须迅速转化为连二酮 低pH值 较高温度下有利于前躯体向双乙酰的转化 h 发酵晚期吸入氧气是非常危险 会导致乙酰乳酸的生成 这时生成的双乙酰已不可能被酵母完全降解 另外氧气的存在会使原有的乙酰乳酸进一步氧化成双乙酰 i 后熟需要有活力和有生命力的酵母菌种 通过有效措施防止酵母沉降 具备一定浓度有活力的酵母细胞十分重要 j 成熟啤酒的双乙酰总量 连二酮和前驱体 的标准值为0 1mg L以下 2 高级醇所谓高级醇类 就是3个碳原子以上的醇类的总称 俗称杂醇油 高级醇是啤酒发酵过程中的主要副产物之一 是构成啤酒风味的重要物质 适宜的高级醇组成及含量 不但能促进啤酒具有丰满的香味和口味 且能增加啤酒口感的协调性和醇厚性 当高级醇超过一定含量时 会产生明显的杂醇油味 饮用过量还会导致人体不适 且使啤酒产生不细腻的苦味 若高级醇含量过低 则会使啤酒显得较为寡淡 酒体不够丰满 啤酒含有过量或过低高级醇都是不利的 所以 在一般的情况下 优质的淡色啤酒 其高级醇含量控制在50 90mg L的范围内是比较适宜的 1 高级醇成分 啤酒发酵中生成的高级醇 以异戊醇 3 甲基丁醇 的含量最高 约占高级醇总量的50 以上 其次为活性戊醇 2 甲基丁醇 异丁醇和正丙醇 此外 还有色醇 酪醇 苯乙醇和糠醇等 对啤酒风味影响较大的是异戊醇和 苯乙醇 它们与乙酸乙酯 乙酸异戊酯 乙酸苯乙酯是构成啤酒香味的主要成分 2 高级醇作用 高级醇是引起啤酒 上头 即头痛 的主要成分之一 当啤酒中高级醇含量超过120mg L 特别是异戊醇含量超过50mg L 异丁醇含量超过10mg L时 饮后就会出现 上头 现象 主要原因是由于高级醇在人体内的代谢速度要比乙醇 酒精 慢 对人体的刺激时间长 因此 啤酒酿造人员及管理者应对此引起足够的重视 加强企业内部检测控制 并密切注意市场信息反馈 并及时对菌种或工艺措施进行改良或改进 3 高级醇形成机理 现已知高级醇作为发酵副产物同蛋白质代谢有关系 它们的形成是通过氨基酸调节的 首先通过转氨基反应 氨基酸生成相应的 酮酸 再通过脱羧反应和还原反应转变成高级醇 a 氨基酸降解代谢途径 麦汁中约80 以上的氨基酸原封不动地被酵母同化 20 氨基酸经脱氨 脱羧并还原成比氨基酸少一个碳的高级醇 b 氨基酸合成途径 在由糖类生物合成氨基酸的最后阶段 形成了 酮酸 经脱羧成醛 醛还原为醇 高级醇一但形成则无法通过工艺措施消除 因此 必须通过主酵期间的工艺措施来控制高级醇的含量 某些高级醇在啤酒中形成的时间 浓度及与麦汁浓度的关系见图 4 影响啤酒中高级醇形成的因素有a 酵母菌种粉沫型酵母产高级醇水平较高 为69 90mg L 絮状酵母为22 49mg L 高发酵度菌株形成的高级醇要多 必须选择合适的菌种 b 麦汁成份麦汁含有足量氨基酸和易发酵的碳水化合物 因为经过合成系统只产生很少量的高级醇 麦汁中氨基酸含量以控制在180 20mg L较合适 若辅料比太大 加蔗糖多 常导致麦汁中 氨基氮缺少 必然导致高级醇减少 c 酵母添加量1 5 1 8 107个 mL为适宜 接种量高 新增殖的酵母细胞相对较少 有利于降低高级醇的形成 若酵母细胞繁殖多 易形成较多的高级醇 在实际生产中 酵母的增殖倍数一般控制在4倍以内 d 发酵温度麦汁中溶解氧过高和高温发酵都会促进酵母繁殖 也就相应增加了高级醇的生成量 故可采用低温主发酵 高温还原双乙酰的工艺措施 加压发酵 也有利于降低高级醇的形成 e 发酵方式采用联合罐发酵 前酵使用锥形罐发酵 后酵在传统发酵罐中进行 高级醇总量相对于普通发酵方法而言会增加20 25 不管采取怎样的方法 所有加速主发酵的措施都将增加高级醇的含量 3 酯酯类是啤酒香味物质的主要成分 其含量虽少 但对啤酒的风味影响很大 适量的酯 使啤酒香味丰满协调 过量的酯 会赋予啤酒不舒适的苦味和香味 果味 酯在主酵期间通过脂肪酸的酯化形成 少量酯也可通过高级醇的酯化生成 酯主要在酵母旺盛繁殖期生成 在啤酒后酵只有微量增加 其含量随着麦汁浓度和乙醇浓度的增加而提高 后熟阶段的增加量取决于后酵情况 若后酵周期较长 酯量可增加一倍左右 1 酯的种类在啤酒中已发现有60种不同的酯类物质 其中以下6种对啤酒口味具有重大意义 a 乙酸乙酯b 乙酸异戊酯c 乙酸异丁酯d 乙酸苯乙酯e 己酸乙酯f 辛酸乙酯 2 影响啤酒中酯含量的主要因素a 酵母菌种不同菌种其酯酶活性差异很大 上面酵母较下面酵母产酯多 小麦白啤酒就是利用了上面酵母进行发酵 啤酒的酯香味非常浓郁 形成了一种独特的风味 很受人欢迎 b 发酵温度高温发酵有利于酯的形成 发酵温度由12 5 提高到25 乙酸乙酯的浓度增加60 乙酸异戊酯增加30 c 发酵压力酯含量随发酵压力的升高而增加 也因为罐的升高而产生较高的液体静压力及CO2的增加 酯的含量当然也与发酵罐的高度成正比 d 麦汁成份麦汁中氨基酸与可发酵性糖含量比例影响着酯的形成 氨基酸含量高促进酯形成 可发酵性糖含量高却抑制酵母活性 相应减少了酯的形成 e 工艺措施所有加速酵母繁殖的措施都会促进酯的形成 如强烈通风 减少酵母添加量等工艺措施 f 贮酒时间长期贮酒能够促进酯的形成 3 酯在啤酒中的种类及含量酯在啤酒中的含量取决于原麦汁浓度和啤酒品种 1 在上面发酵啤酒中 酯量可达80mg L 2 在下面发酵啤酒中 酯量可达60mg L 4 硫化物硫是酵母生长和酵母代谢过程中不可缺少的微量成分 某些硫的代谢产物含量过高时 常给啤酒风味带来缺陷 因此 引起人们的重视 啤酒中的硫化物分为非挥发性硫化物和挥发性硫化物 前者占94 对啤酒风味影响较小 但它们却是啤酒中挥发性硫化物的来源 而后者占6 对啤酒风味影响较大 某些硫化物的味阈值又比较低 这些物质在啤酒中的微量变化 都会影响啤酒的质量 挥发性硫化物对啤酒口味产生的不利影响也可能是污染了耐热细菌所致 它们也形成同样的副产物 1 硫化物组成 存在于啤酒中的挥发性硫化物主要有硫化氢 H2S 二甲基硫 CH3 S CH3 简称DMS 硫醇 R SH 二氧化硫 SO2 以及某些硫代羰基化合物 其中H2S和DMS对啤酒风味影响最大 2 硫化物作用 酵母的生长和繁殖离不开硫元素 如生物合成细胞蛋白质 辅酶A 谷胱甘肽和硫胺素等 所以 一定量的硫化物以含硫氨酸的形式存在是必要的 一般可挥发性硫化物可通过发酵中的CO2洗涤除掉 这些硫化物对啤酒风味往往有双重作用 即微量存在时 是构成啤酒风味某些特点的必要条件 过量则不利 3 硫化物合成途径 啤酒中的大部分硫化氢系来自酵母对半胱氨酸 硫酸盐和亚硫酸盐的同化作用及酵母合成蛋氨酸受抑制时的中间产物 4 硫化物合成影响因素 硫化氢 H2S 的生成量 受酵母菌株特性 麦汁中含硫氨基酸 发酵温度的左右 在发酵时随CO2的排出而减少 酵母自溶形成的酵母臭味主要是硫化氢 H2S 形成的 可采用CO2洗涤工艺来降低硫化氢 H2S 的含量 不同酵母菌株H2S的产率也不一样 下面酵母的硫化氢产率远高于上面酵母 生产上可通过变异的方法选育产H2S少的菌株 在酵母代谢过程中 硫化氢的产率与酵母代谢活性具有相关性 酵母生长率愈高 硫化氢的产率也愈高 二氧化硫 SO2 在主发酵时含量达20mg L 在后发酵时含量又降下来 通过减少酿造水中的硫酸根含量和采用CO2洗涤工艺 可有效降低啤酒中游离SO2的含量 硫醇 RHS 它属于严重损害啤酒香味的化合物 硫醇类化合物中 醇的 OH基被 SH基取代 并会导致啤酒的日光臭 通过光的作用 酒花中异葎草酮的底部侧链很容易裂解 并迅速同啤酒中含硫氨基酸的巯基反应生成了3 甲基 2 丁烯 1 硫醇 即所说的 日光臭 所以啤酒应尽量避免光照 包装箱或棕色瓶可起到避光的作用 或者添加二氢 四氢 六氢异构化酒花浸膏 使异葎草酮的底部侧链还原不易