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第六章典型发酵类型与发酵工艺 典型厌氧固体发酵 白酒和黄酒的发酵生产工艺 酵母菌发酵产品 典型厌氧液体深层发酵 啤酒和葡萄酒的发酵生产工艺 酵母菌发酵产品 典型好氧固体发酵 酱油 食醋和食用菌生产发酵工艺 分别为霉菌 细菌 食用真菌发酵产品 典型好氧液体深层发酵 高活性干酵母 柠檬酸 谷氨酸 抗生素发酵生产工艺 分别为酵母菌 霉菌 细菌 放线菌发酵产品 典型耐氧液体深层发酵 发酵乳及其饮料的生产工艺 乳酸细菌发酵产品 典型厌氧液体深层发酵 一 啤酒发酵生产工艺二 葡萄酒发酵生产工艺 一 啤酒发酵生产工艺 发展概况 啤酒属于外来酒种 其英文名称 beer 我国译作 啤酒 自18世纪下叶至19世纪中叶 啤酒工业从手工业生产跨入大规模机械化生产 为现代啤酒酿造业奠定了坚实的基础 啤酒是当今世界产量最高 发展速度最快的饮料酒 目前 世界啤酒工业发展的显著特点是 生产规模大型化 酿造工艺快速化 生产管理自动化 产品结构规范化和科学研究专业化 当今世界啤酒生产技术的发展趋势是 以优质原材辅料保证产品质量 用现代科学技术生产传统产品 我国啤酒工业自改革开放之后发展迅猛 2002年 啤酒年产量达到2386 86万吨 超过美国而成为世界啤酒第一生产大国 目前仍以平均年增长率5 的速度增长 营养价值与保健功能1972年在墨西哥召开的第九届 国际营养食品会议 上 啤酒被正式选定为营养食品 成为广大消费者普遍喜爱的大众型饮料 其营养价值和保健功能表现为 丰富的氨基酸 维生素和矿物质 含有17种氨基酸 包括人体8种必需氨基酸 11种维生素和丰富的矿质元素 含热量高 1L12度啤酒 相当于5 6个鸡蛋 0 75L牛奶 250g面包 500g土豆 650g奶油 因此 啤酒素有 液体面包 之美誉 极易被人体吸收 啤酒中的营养物质大都是酵母菌经过发酵后形成的小分子物质 并以可溶状态存在 人体吸收率90 以上 啤酒中含有少量的酒精 饮后可促进人体血液循环 啤酒中的苦味物质和CO2可刺激人体胃液分泌 促进消化吸收 酒液中的可溶性磷酸盐可维持人体盐类平衡和渗透压 酒花中的苦味物质具有利尿 健胃 杀菌作用 也可辅助治疗胃病 高血压 心脏病 结核 慢性肾炎等疾病 啤酒酿造的基本工艺原理啤酒酿造是以大麦 水为主要原料 以大米或者其他未发芽的谷物 酒花为辅助原料 大麦经过发芽产生多种水解酶类制成麦芽 麦芽和未发芽的谷物原料再经过糖化 借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉和蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖类 糊精以及氨基酸 肽 胨等低分子物质制成麦芽汁 麦芽汁通过酵母菌的发酵作用生成酒精和二氧化碳以及多种营养和风味物质 最后经过过滤 包装 杀菌的等工艺制成二氧化碳含量丰富 酒精含量仅为3 6 富含多种营养成分 酒花芬芳 苦味爽口的饮料酒即成品啤酒 类型 按酵母品种分类上面发酵啤酒 利用浸出糖化法制备麦芽汁 接种上面发酵酵母酿制而成 其特点是 发酵温度高 发酵度高 发酵周期短 成数快 其主要代表有 英国的爱尔 Ale 淡色啤酒和浓色啤酒 司陶特 Stout 黑啤酒 波特 Porter 黑啤酒 近年来 由于消费习惯的改变 此类啤酒逐渐减少 下面发酵啤酒 利用煮出糖化法制备麦芽汁 接种下面发酵酵母酿制而成 其特点是 发酵温度低 发酵度低 发酵周期长 成数慢 其代表是 捷克的比尔森 Pilsener 啤酒 目前世界各国大多生产此类啤酒 称为比尔森型啤酒 占世界啤酒总量的99 左右 按颜色分类淡色啤酒 由淡色麦芽制备的麦芽汁酿制而成 要求有浓郁的酒花香气 浓色啤酒和黑啤酒 由浓色麦芽和焦香麦芽制备的麦芽汁酿制而成 要求有明显的麦芽香气 按浓度分类 低浓度啤酒 原麦汁浓度在2 5 9 0B 的啤酒 中浓度啤酒 原麦汁浓度在10 12B 的啤酒 高浓度啤酒 原麦汁浓度在13 22B 的啤酒 按生产方式分类鲜啤酒 又称生啤酒 系指啤酒包装后不经过巴氏杀菌的啤酒 其特点是 口感新鲜 但保藏期短 20 以下7d左右 熟啤酒 又称贮藏啤酒 系指啤酒包装后经过巴氏杀菌的啤酒 其特点是 不如鲜啤酒新鲜 但保藏期长 20 以下2 4个月 醇鲜啤酒 又称扎啤 系指啤酒包装前经过膜过滤除菌 而包装后又不经过巴氏杀菌的啤酒 其特点是 既保持了啤酒固有的新鲜风味 又可贮藏一定时间 按消费对象分类 儿童啤酒 又称营养啤酒或小啤酒 其特点是 原麦汁浓度低 2 5 5 0B 酒精含量少 0 5 1 8 营养丰富 妇女啤酒 又称甜啤酒 系指添加蔗糖或甜味剂的啤酒 其特点是 发酵度低 酒精含量少 口味浓甜 苦味很轻 低醇啤酒 适合汽车司机饮用 原麦汁浓度为10B 左右 酒精含量1 5 2 0 如果酒精含量低于1 则称无醇啤酒 低糖啤酒 适合糖尿病人饮用 原麦汁浓度为8 10B 含糖量极低 如果含糖量低于1 则称干啤酒 特点是 发酵度高 产热量低 按生产原料分类 全麦芽啤酒 系指不添加任何淀粉质或糖质辅料 而全部采用麦芽原料酿制的啤酒 其特点是 口感醇厚 但色泽略深 小麦啤酒 系指采用小麦为原料酿制的啤酒 其特点是 色泽浅 泡沫丰富 口味纯正 稳定性强 白啤酒 系指以大麦和小麦为原料制备麦芽汁 经酵母菌和乳酸菌共同发酵而成 德国柏林的白啤酒 比利时的蓝比克白啤酒 其特点是 酒体混浊 CO2丰富 酒精含量低 口感有酸味 一 啤酒厌氧液体深层酿造的一般工艺流程1 麦芽制造大麦 预处理 清选 粗选 精选 分级 浸渍 发芽 干燥 除麦根 成品麦芽贮藏2 麦汁制造麦芽及辅料粉碎 麦芽糖化及辅料糊化 麦汁过滤与洗糟 麦汁煮沸与酒花添加 麦汁沉淀与热凝固物分离 麦汁冷却与冷凝固物分离3 酵母扩培试管液体菌种的培养 500 1000mL三角瓶液体菌种 10 20L卡氏罐液体菌种 150 250L种子罐液体菌种 2t扩大种子罐液体菌种 15t酵母繁殖槽液体菌种4 啤酒发酵繁殖槽液体菌种入发酵池 传统工艺 或者冷却麦汁和繁殖槽液体菌种入锥形发酵罐 现代一罐法工艺 前发酵 后发酵5 啤酒后处理后发酵成熟啤酒的过滤 包装 杀菌 贴标 装箱 入库 二 啤酒厌氧液体深层酿造的技术控制1 麦芽制造 大麦在人工控制的条件下 经过清选 浸渍 发芽 干燥 除根等工艺制成麦芽的过程称为麦芽制造 简称制麦 其中 浸渍 发芽 干燥是制麦的三大主要工序 发芽后的新鲜麦芽称为绿麦芽 绿麦芽干燥后称为干麦芽 制麦的目的 大麦经过发芽使其固有的酶活化并产生各种水解酶 为糖化麦芽汁的制造提供分解淀粉 蛋白质等大分子物质所需要的酶类 大麦经过发芽使胚乳物质适当溶解 分解 为糖化麦芽汁的制造提供有效浸出物 通过干燥除去绿麦芽中多余的水分和生青味 产生干麦芽特有的色 香 味 从而赋予啤酒特有的风味 2 麦汁制造 略 3 酵母扩培 略 4 啤酒发酵 啤酒发酵根据啤酒酵母的特性不同可分为上面发酵和下面发酵 二者的发酵工艺 发酵设备 啤酒风味等均不相同 下面发酵的工艺过程分为主发酵和后发酵两个阶段 生产时间比较长 而上面发酵的工艺过程大都只有主发酵 不采用后发酵 生产时间相对较短 目前 世界各国的啤酒生产厂家绝大多数均采用下面发酵工艺 对于下面发酵的淡色啤酒工艺而言 又分为 传统前发酵和后发酵工艺 现代一罐法发酵工艺 传统前发酵和后发酵 前发酵在开放式前发酵池 槽 中进行 后发酵在卧式后发酵罐中进行 现代一罐法发酵 在大型露天圆柱椎底形密闭发酵罐中进行前后酵一罐法发酵 1 前发酵和后发酵技术控制 前发酵 主发酵 定义 前发酵又称主发酵 是啤酒发酵的主要阶段 系指冷却麦汁经酵母菌在酵母繁殖槽增殖后 入主发酵池 此时麦汁中的溶解氧已基本被酵母菌所消耗 开始进行厌氧发酵 在此过程中 麦汁中大部分可发酵性糖类进行发酵生成乙醇和二氧化碳 一些主要代谢产物也在此间合成 这种厌氧发酵成为主发酵或前发酵 后发酵 目的和作用 主发酵后的嫩啤酒中尚残留以麦芽糖 麦芽三糖为主的部分糖类 这些糖类在后发酵期继续缓慢发酵 促使CO2的充分溶解和饱和 利用后发酵产生的CO2排出酒液中挥发性的生青物质 如乙醛 硫化氢 双乙酰等 促进啤酒的成熟 利用后发酵酵母细胞内酶的作用充分还原双乙酰 加速啤酒的成熟 充分沉降有蛋白质和多酚物质聚合物形成的冷凝固物及悬浮物 死酵母及酒花树脂等 促使啤酒的澄清 提高啤酒的非生物稳定性 5 啤酒的过滤 包装与杀菌 1 啤酒的过滤 目的和要求经后发酵贮藏后的啤酒中 酵母菌和部分冷凝固物沉于罐底 而其中极轻微的杂质粒子仍悬浮于酒液中 因此必须通过过滤即让啤酒通过分离介质 把啤酒液的固体物质经介质分离出去 达到使啤酒澄清透明 富有光泽的程度 同时改善啤酒的生物稳定性和非生物稳定性 过滤方式 滤棉过滤硅藻土过滤纸板过滤微孔薄膜过滤 2 啤酒的包装 重要性包装是啤酒生产的最后一大工序 它对保证成品酒的质量和外观十分重要 对包装材料的技术控制 我国啤酒包装容量为640mL与350mL两种规格 其尺寸及主要技术指标须符合要求 特别是耐内压力不低于1 76MPa 瓶色分为绿色和棕色两类 以棕色瓶为好 3 啤酒的杀菌 杀菌的目的 保证啤酒的生物稳定性 有利于贮藏 杀菌要求 在最低的杀菌温度和最短的杀菌时间内 杀死酒液内可能存在的有害为微生物 巴斯德灭菌单位 Pu 由热力引起的灭菌效应可用巴斯德灭菌单位 Pu 表示 在60 1min引起的啤酒灭菌效应称为一个巴斯德灭菌单位 即1个Pu值 生产中的啤酒灭菌一般控制在15 30Pu值 瓶装啤酒的杀菌设备 隧道式喷淋杀菌机 杀菌过程 包括预热 杀菌和冷却3个步骤 常见瓶装啤酒杀菌技术控制 预热 35 5min 50 7 5min 杀菌 65 27 5min 冷却 50 7 5min 35 7 5min 18 5min 典型耐氧液体深层发酵 发酵乳及其饮料的生产工艺 发酵乳制品 系指良好的原料乳经一定处理后 通过乳酸菌的发酵作用制成具有特殊风味 较高营养价值和一定保健功能的乳制品 发酵乳制品的种类 发酵乳饮料 酸牛乳和酸豆乳及其饮料 乳酒 干酪 酸制奶油 本节主要以酸牛乳为例介绍耐氧液体深层发酵生产工艺 酸牛乳的发展概况 20世纪初 俄国诺贝尔生理学和医学奖获得者梅契尼柯夫提出 酸牛乳长寿说 一个世纪以来 酸牛乳及其饮料促进人体健康的机制逐渐被人们所揭示 酸牛乳及其饮料产业在世界范围内得到迅速发展 特别是近年来 随着人民生活水平的提高和健康意识的增强 我国的酸牛乳及其饮料产量以每年25 的速度递增 酸牛乳的定义 系指新鲜牛乳经一定处理后 通过乳酸菌发酵后制成的发酵乳饮料 酸牛乳的类型 根据生产方式可分为凝固型 搅拌型 饮料型三种 一 凝固型酸奶的发酵生产工艺 一 凝固型酸奶发酵生产的基本工艺原理以新鲜牛乳为主要原料 经过净化 标准化 均质 杀菌 冷却 接种生产发酵剂 分装后 通过乳酸菌的发酵作用 使乳糖分解为乳酸 导致乳的pH值下降 酪蛋白凝固 同时产生醇 醛 酮等风味物质 再经冷藏和后熟制成乳凝状的酸牛乳 二 凝固型酸奶发酵生产的工艺流程原料鲜乳 净化 标准化调制 均质 杀菌 冷却 接种生产发酵剂 分装 发酵 冷却 冷藏后熟 成品 注 在上述工艺流程中 乳酸菌液体菌种的扩大培养即生产发酵剂的制备工艺 已在 第四章 第二节 九 三 1 中介绍 三 凝固型酸奶发酵生产的技术控制 原料鲜乳的选择 必须选择合格的鲜牛乳 不能选用初乳 未乳 乳房炎乳 病牛乳 酒精阳性乳和高酸度乳 乳中不得含有抗生素 乳中也不能添加非食品级添加剂 净化 利用离心机除去牛乳中的白细胞及其异物 标准化调制 目的 为了增加非脂乳固体含量 不得低于12 改善风味 提高粘度 有利于酸牛乳凝固性和硬度 技术控制 一般在净化后的鲜乳中添加脱脂乳粉0 25 0 5 蔗糖4 8 均质 目的 原料乳经过均质后 可使酸牛乳质地细腻 凝固均匀 防止乳脂肪上浮 工艺条件 采用均质机在60 8 10Mpa条件下进行均匀 杀菌 目的 原料乳加热处理可杀死乳中微生物 特别是致病菌 还有钝化酶 调节粘度的作用 工艺条件 可采用90 95 5 10min或135 2 3S进行杀菌 冷却 杀菌后立即冷却至40 45 接种生产发酵剂 工艺条件 向40 45 杀菌冷却后的原料乳中接入生产发酵剂 两菌混和培养的发酵剂接种2 3 两菌单独培养的发酵剂各接种1 1 5 技术调控 一般接种量大 有利于保加利亚乳杆菌生长 接种量小 则有利于嗜热链球菌生长 分装 接种后立即分装 分装后迅速封盖发酵 发酵 设施设备 在带有床架的发酵室中进行 工艺条件 发酵温度控制在42 3 5h后 pH降至4 2 4 5 乳酸含量达0 85 0 95 酸度为65 75 T 酸牛乳凝固状态良好 即为发酵终点 技术调控一般发酵前期 嗜热链球菌生长旺盛 代谢产生L 型乳酸 发酵后期 保加利亚乳杆菌旺盛生长 代谢产生D 型乳酸 温度控制偏低 有利于嗜热链球菌生长 发酵时间延长 温度控制偏高 有利于保加利亚乳杆菌生长 发酵时间缩短 冷却 目的 抑制乳酸菌生长 防止产酸过度 技术控制 当酸牛乳冷却至10 左右即可转入冷库进行低温后熟 低温后熟 目的 低温后熟后熟过程中 形成香味物质和光滑细腻的质地 防止乳清析出和过度产酸 技术控制 后熟温度0 5 后熟期12 24h 二 搅拌型酸奶 纯酸奶 的发酵生产工艺 一 搅拌型酸奶 纯酸奶 发酵生产的基本工艺原理新鲜牛乳经过净化 标准化 均质 杀菌 冷却 接种生产发酵剂后 通过乳酸菌发酵至凝乳 再进行搅拌破乳 使凝乳粒子保持0 01 0 04mm大小 然后经过冷却 分装 后熟 制成半流动粥糊状的酸牛乳 二 搅拌型酸奶 纯酸奶 发酵生产的工艺流程原料鲜乳 净化 标准化调制 均质 杀菌 冷却 接种生产发酵剂 发酵 搅拌破乳 冷却 分装 冷藏后熟 成品 注 在上述工艺流程中 乳酸菌液体菌种的扩大培养即生产发酵剂的制备工艺 已在 第四章 第二节 九 三 1 中介绍 三 搅拌型酸奶 纯酸奶 发酵生产的技术控制 搅拌型酸奶即纯酸奶与凝固型酸奶生产工艺基本相似 所不同的是 前者为先发酵 再搅拌 后分装 后者为先分装 后发酵 不搅拌 发酵 设备 在发酵罐中进行 发酵罐具有夹层加热 温度计 pH计等 技术控制 42 发酵3 5h 当发酵乳pH达4 5 5 0时 终止发酵 如果终止发酵时的pH在5 3以上时 进行搅拌破乳 则引起乳清分离 搅拌破乳 工艺条件 发酵结束后 将品温降至38 进行搅拌 若使用宽叶轮搅拌器 则要求转速为1 2r min 搅拌时间4 8min 使凝乳粒子的直径达到0 01 0 04min 技术控制 如果搅拌激烈 不仅会降低酸乳的粘度 而且由于大量空气的混入 导致凝乳层下面形成乳清层的分层现象