河南科技大学微生物工程学课件第五章第二节啤酒

第二篇啤酒工艺学,第一章绪论啤酒是以大麦和水为主要原料，大米或谷物、酒花等为辅料，经制麦芽、糖化、发酵等工艺而制成的一种富含有二氧化碳、低酒精度和营养丰富的饮料。,中国建立最早的啤酒厂是1900俄国人在哈尔滨建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂1903年英国和德国商人在青岛开办英德酿酒有限公司1904年在哈尔滨出现了中国人自己开办的啤酒厂-东北三省啤酒厂“啤”字中国过去的字典里没有。根据英语对啤酒“Beer”(贝尔)字头发音，译成中文“啤”字，又由于具有一定的酒精，故译成“啤酒”，一直沿用至今。,世界知名啤酒,Muncher(慕尼黑)德国Becks(贝克)德国Heineken(喜力)荷兰Tuborg(图波)丹麦Carlslerg(嘉士伯)丹麦BudWeiser(百威)美国BlueRibbon(蓝带)美国Asahi(朝日)日本,Suntory(三得利)日本Tiger(虎啤)新加坡SanMiguel(生力）菲律宾青岛啤酒（TSINGTAO）燕京啤酒（yanjing）,1、啤酒的分类,1.1按生产方式分类鲜啤酒不经巴氏杀菌的啤酒称为鲜啤酒，也称为生啤酒。生啤酒：采用硅藻土过滤机过滤，酵母菌不能被滤掉，保质期一般3-7天。酒中活酵母菌在灌装后，甚至在人体内仍可以继续进行生化反应。纯生啤酒：用细菌滤膜滤除酵母菌和杂菌，使啤酒避免了热损伤，保持了原有的新鲜口味。采用无菌灌装，避免了二次污染，保质期可达180天。熟啤酒经巴氏杀菌的啤酒称为熟啤酒，也称杀菌啤酒。这类啤酒可瓶装或罐装。,1.2按产品浓度分类高浓度啤酒生产啤酒的原麦汁浓度为16%以上。中浓度啤酒生产啤酒的原麦汁浓度为8%16%。低浓度啤酒生产啤酒的原麦汁浓度低于8%。,1.3按啤酒的色泽分类淡色啤酒淡色啤酒的色泽呈淡黄或金黄色，酒精含量为3.3%3.8%。,浓色啤酒浓色啤酒的色泽呈红褐色或红棕色，酒精含量为4%5%。这类啤酒麦芽香味突出，回味醇厚，苦味较轻。,黑色啤酒黑色啤酒的色泽多呈红褐色乃至黑褐色，酒精含量多为5%以上。这类啤酒麦芽香味突出，回味醇厚，泡沫细腻。,1.4按酵母性质分类上面发酵啤酒(ale)上面酵母是指在发酵结束时酵母浮在发酵液上面的一类酵母。用这类酵母发酵生产的啤酒叫上面发酵啤酒。以英国、澳大利亚、新西兰、加拿大为典型。下面发酵啤酒(beer)下面酵母是指发酵结束时酵母凝聚沉于器底，形成紧密层的一类酵母。用这类酵母发酵生产的啤酒叫下面发酵啤酒。以德国、捷克、丹麦、荷兰为典型。我国绝大多数啤酒属这类啤酒。,啤酒的酿造过程：,啤酒生产工艺流程,第二章原、辅料和生产用水,1、大麦,自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵大麦适于酿造啤酒的原因：1.大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类2.大麦种植遍及全球3.大麦的化学成分适合酿造啤酒4.大麦是非人类食用主粮大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式，可分为六棱、二棱、四棱大麦,1.1大麦的形态,六棱大麦籽粒不整齐，蛋白质含量高，淀粉含量低；酶活力高，尤适于辅料用量增加的情况，但浸出率较低，麦芽溶解度不太稳定。四棱大麦六棱大麦的变种。二棱大麦籽粒整齐，蛋白质含量低，淀粉含量高，浸出率高，溶解度较好，是酿造啤酒的最好原料。,1.2大麦的化学成分,1淀粉：是大麦的主要贮藏物，存在胚乳细胞内。其中，直链淀粉一般为17%-24%，麦芽淀粉酶作用于直链淀粉，几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖，但作用于支链淀粉时，还生成相当数量的糊精和异麦芽糖。2半纤维素和麦胶物质：是胚乳细胞壁的组成部分。发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后，其他水解酶方能进入细胞内分解淀粉等大分子物质。,3蛋白质：含量高低及其类型直接影响啤酒质量。大麦蛋白质和一般植物蛋白质类似，按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀性可区分为下列四组，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。4多酚类物质：约占大麦干重的0.10.3%，它们多存在于谷皮中，对发芽有一定抑制作用，使啤酒具有涩味。,1.3啤酒酿造对大麦质量的要求,感官色泽：良好大麦有光泽，淡黄；受潮大麦发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦则呈灰色或微兰色。气味：良好大麦具有新鲜稻草香味。谷皮：优良大麦皮薄，有细密纹道。麦粒形态：以短胖者为佳。夹杂物：杂谷粒和沙土等应在2%以下。,物理检验千粒重：以无水物计千粒重应为3040g。麦粒均匀度：按国际通用标准，麦粒腹径可分为2.8、2.5、2.2mm三级。胚乳性质：胚乳断面可分为粉状、玻璃质和半玻璃质三种状态。,2、啤酒糖化的其他原料,在啤酒麦汁中制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料。啤酒生产中使用辅助原料的意义：降低啤酒生产成本，具有经济性。降低麦汁总氮，提高啤酒稳定性。调整麦汁组分，提高啤酒某些特性。,2.1啤酒辅料的特性,大米：淀粉含量高，蛋白质含量低，不含球蛋白，脂肪少，无皮壳，出酒率高，可改善啤酒的风味和色泽。从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也越好。玉米：是世界栽培最广的品种，也是酿造啤酒的主要品种。小麦：我国是世界小麦主要生产国。小麦发芽后制成的小麦芽也是酿造啤酒的主要原料。淀粉：由于淀粉工业的发展，用淀粉作啤酒辅料是有前途的。蔗糖和淀粉糖浆：在麦汁制造中，用糖补充浸出物，可直接加入麦汁煮沸锅中，工艺简单，使用方便。,2.2酒花啤酒花简称酒花，又称蛇麻花。蛇麻为葎草科多年生蔓性草本植物，系雌雄异株，用于啤酒酿造者为成熟雌花。它能赋予啤酒柔和的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。,酒花的三大成分为：苦味物质：是提供啤酒愉快苦味的物质，在酒花中主要指-酸，-酸及其一系列氧化、聚合产物。酒花精油：是啤酒重要的香气来源，特别是它容易挥发，是啤酒开瓶闻香的主要成分。多酚物质：约占酒花总量的4-8%。它们在啤酒酿造中的作用为在麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物；在麦汁冷却时形成冷凝固物；在后酵和贮酒直至灌瓶以后，缓慢和蛋白质结合，形成气雾浊及永久浑浊物；在麦汁和啤酒中形成色泽物质和涩味。,2.3啤酒酿造用水,啤酒主要生产用水包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。加工用水中投料水、洗槽水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称酿造水。洗酵母水、啤酒过滤水等也或多或少的进入啤酒。,啤酒酿造水的性质，它们对啤酒酿造全过程产生很大的影响。主要取决于水中溶解盐类的种类和含量。水的生物学纯净度及气味，,第三章麦芽制备,全世界有三大啤酒大麦产地，澳州、北美和欧州。澳州啤酒大麦因其光照充足、不受污染和品种纯洁而最受啤酒酿酒专家的青睐，所以它又有金质麦芽之称。,把原料大麦制成麦芽，称为制麦。发芽后制得的新鲜麦芽叫绿麦芽，经干燥和焙焦后的麦芽称为干麦芽。制麦是啤酒生产的开始，麦芽制备工艺决定了啤酒的类型。麦芽质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。麦芽制造的主要目的：使大麦生成各种酶，并使大麦胚乳中的成分在酶的作用下，达到适度的溶解。去掉绿麦芽的生腥味，产生啤酒特有的色、香和风味成分。,大麦发芽后，含有丰富的淀粉水解酶，如淀粉酶、淀粉酶、淀粉1.6葡萄糖苷酶，能将淀粉转化为糖，为酵母菌提供酿造啤酒的原料。还含有半纤维素分解酶、蛋白水解酶、酯酶以及氧化还原酶等。,工艺流程,原料大麦粗选精选分级洗麦浸渍发芽绿麦芽干燥除根贮藏成品麦芽,1.浸麦,浸麦的目的：使大麦吸收充足的水分，利于发芽；洗去大麦表面的尘埃、泥土和微生物。将大麦和水一起放入浸麦槽内23d，定时通风搅拌，浸渍麦层不能堆积太厚，一般为22.5m，浸麦温度为1216，吸水后的大麦约增重4050%。大麦浸渍后所含水分的百分率，一般为4348。,2大麦发芽,大麦经浸渍吸水后，发芽室内空气相对湿度要求85%以上。发芽温度:浅色麦芽控制在1216，浓色麦芽控制在1822。发芽时间:浅色麦芽控制为6d，浓色麦芽为8d。目前较普遍的是萨拉丁（Saladin）发芽箱。,1.排风2.翻麦机3.螺旋翼4.喷雾室5.进风6.风机7.喷嘴8.筛板9.风道10.麦层11.走道,发芽中的大麦,3麦芽烘干,麦芽干燥的目的：便于贮存，绿麦芽含水量为4044%，通过焙燥使水分为25%。终止麦芽生长和酶的活性，使之成为干而脆、耐贮存的干麦芽，除去生青味，使麦芽产生特有的色、香、味。使麦根易于脱落，除去麦根的苦味及其不良气味。,4干燥过程,凋萎期（从3540起温，每小时升温2，最高温度达6065，所需时间1524h。此阶段要求风量大，麦芽干燥程度含水量在10%以下）焙燥期（麦芽凋萎后，每小时继续升温22.5，最高温度达7580，约需5h，使麦芽水分降至5%左右）焙焦期（进一步提高温度至85，使麦芽含水量降至5%以下）整个干燥过程约2436h。,干燥过程中的物质变化酶的变化随着干燥温度的升高，麦芽中的酶活力下降。,淀粉的变化：干燥前期，温度低于60时，淀粉分解较多，最终产物主要是葡萄糖、转化糖和蔗糖。有害的-葡聚糖在干燥过程中显著下降。蛋白质的变化：干燥前期进一步分解，可溶性氮和甲醛氮显著增加；总氮量在干燥前后无显著变化，只是组成比例发生变化。,类黑精的形成：类黑精是碳水化合物（一般指糖类）与带有自由氨基的含氮化合物（如氨基酸、肽、蛋白质等）之间发生美拉德反应的后期形成的一种棕褐色物质。类黑精是一类褐色至黑色的胶体物质，具芳香味，有着色力，具还原性和酸性。在啤酒中呈胶体，带负电荷，对啤酒的生泡性和泡持性有利。,1.4特种麦芽,焦糖麦芽：其制备原则是将成品浅色干麦芽或半成品绿麦芽在高水分下，经过60-75处理，最后以110-150高温焙焦，使糖类焦化。黑麦芽：常用于生产浓色和黑色啤酒，以增加啤酒色度和焦香味。需要将干燥麦芽在特制的金属转鼓炉内烘烤。小麦麦芽：含有较高的-淀粉酶。小米芽：缺大麦的地区会用小米发芽制造一种不透明的啤酒。高粱芽：具有小米同样的缺点，但是高粱粒稍大，制麦操作较方便。,青岛啤酒湖岛麦芽厂,青啤制麦中心控制实验室,青啤浸麦槽,青啤发芽床今昔对比,第四章麦芽汁的制备,麦汁制造是将固态麦芽、非发芽谷物、酒花用水调制加工成澄清透明的麦芽汁的过程。,1、糖化,糖化是指利用麦芽本身所含有的各种水解酶(或外加酶制剂)，在适宜的条件（温度、pH值、时间等）下，将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质(淀粉、蛋白质、半纤维素等)分解成可溶性的低分子物质(如糖类、糊精、氨基酸、肽类等)的过程。制得的溶液就是麦汁。,1.1糖化时主要酶的作用糖化过程中的酶主要来自麦芽本身，有时也用外加酶制剂。这些酶以水解酶为主，包括淀粉分解酶(-淀粉酶、-淀粉酶等)；蛋白分解酶(内肽酶、羧肽酶、氨肽酶、二肽酶等)；-葡聚糖分解酶和磷酸酶等。,1.2糖化时主要物质的变化,淀粉的分解：淀粉的分解分为三个彼此连续进行的过程，即糊化、液化和糖化。蛋白质的水解：主要是指麦芽中蛋白质的水解。蛋白质水解很重要，其分解产物影响着啤酒的泡沫、风味和非生物稳定性等。糖化时蛋白质的水解也称蛋白质休止。-葡聚糖的分解。酸的形成，使醪液的pH值下降。,1.3.影响糖化的因素,麦芽的质量及粉碎度温度的影响pH的影响实际生产中，多采用加酸调节糖化的pH值，以增加各种酶的活性。通常选用磷酸或乳酸调节pH值。糖化醪浓度的影响糖化料水比为1：34，糊化料水比为1：56。,1.4糖化温度的阶段控制,1.5、糖化方法,煮出糖化法是兼用生化作用和物理作用进行糖化的方法。将部分糖化醪液分批地加热到沸点，与其余未煮沸的醪液混合，使全部醪液的温度分阶段的升高到不同酶分解底物所要求的温度，最后达到糖化终了温度。浸出糖化法是纯粹利用酶的作用进行糖化的方法，其特点是将全部醪液从一定的温度开始，缓慢分阶段升温到糖化终了温度。浸出糖化法需要使用溶解良好的麦芽。应用此法，醪液没有煮沸阶段。,复式一次煮出糖化法,糖化锅,糊化锅,1.6麦芽醪的过滤,过滤目的：糖化结束后，应立即过滤，把麦汁和麦糟分开，以免影响半成品麦汁的色、香、味。麦汁中微小的蛋白质颗粒，会破坏泡沫的持久性。,过滤槽,1.麦汁排出管2.麦汁排出阀3.喷水管4.耕糟机5.回流泵6.水力升降器7、8.变速箱和离合器9.压差调节阀10.进水管11.排糟孔,麦汁过滤,准备工作：检查过滤槽的滤板是否铺好；向设备内通入7678的热水，使设备预热。,进醪和静置：将糖化醪充分搅拌，泵入过滤槽中，静置20min，使麦糟自然沉降，形成过滤层。,过滤：开始流出的麦汁浑浊不清，用泵打回槽中，至流出澄清麦汁为止。而后将澄清麦汁送入煮沸锅中。,洗糟：当麦汁将要滤完、麦糟刚要漏出时，加水洗糟。,2、麦汁煮沸与酒花添加,2.1.麦汁煮沸与添加酒花的目的蒸发多余水分，使麦汁浓缩到规定的浓度。破坏全部酶的活性，稳定麦汁组分；消灭麦汁中存在的各种微生物。溶出酒花中的有效成分，增加麦汁的香气、苦味和防腐能力。促进蛋白质凝固析出，增加啤酒稳定性。通过煮沸形成一些还原性物质，以保持啤酒的风味稳定性和非生物稳定性去处不良气味。,2.2麦汁及酒花在煮沸过程中的变化,蛋白质的凝固温度高于85时蛋白质热变性而凝固析出酒花成分的溶出部分-酸转变成异-酸，具有良好的苦味和防腐能力。-酸溶解产物能赋予麦汁可口的香气。麦汁颜色的变化在煮沸过程中，还原糖与氨基酸发生糖氨反应，生成类黑精，使麦汁颜色加深（美拉德反应）。还原物质的形成包括两大类：还原糖及其生成物、类黑精等；来自于麦芽和酒花的多酚、酒花苦味物质等。还原能力有显著增加。,酒花的添加量应依据酒花的质量（酸含量）、消费者的习惯、啤酒品种、浓度等不同而定。现在国际上浅色啤酒的苦味值（Bu）远远低于四五十年代，而且有下降的趋势，特别是美国及北欧国家1112P啤酒控制的Bu值仅在1620之间。我国也有下降趋势，而且是“南低北高”，沈阳雪花啤酒2630，青岛啤酒2426，上海啤酒2022，广州啤酒1618。,3、麦汁的处理,由煮沸锅放出的定型热麦汁，在进入发酵前还需要进行一系列处理。包括：酒花糟分离，热凝固物分离，冷凝固物分离、冷却、充氧等一系列处理，才能制成发酵麦汁。,1回旋沉淀2麦汁冷却3充氧4酵母添加5发酵罐和清酒罐6啤酒过滤7灌装,形成热凝固物热凝固物又称煮沸凝固物，指在麦汁冷却至60以上时，析出的固型物，主要成分为：蛋白质、酒花树脂、灰分、多酚。热凝固物如带入发酵麦汁中，会影响酵母的正常发酵以及色泽、口味和稳定性等。麦汁中热凝固物可采用回旋沉淀槽法、离心分离法或硅藻土过滤机法等进行分离。,析出冷凝固物冷凝固物又称冷混浊物，是指麦汁在冷却至60以下时，凝聚析出的混浊物质，2535时析出最多。麦汁中冷凝固物的组成为：多肽、多酚、多糖、灰分。,麦汁的充氧麦汁中适度的溶解氧有利于酵母的生长和繁殖。,第五章啤酒发酵,1、啤酒酵母,酿造啤酒的酵母，在分类学上属子囊菌纲、酵母属，上面啤酒酵母和下面啤酒酵母属于酵母属的两个并列的种。下面发酵酵母在啤酒界常被叫做卡尔酵母，酿造的啤酒称为beer；上面发酵酵母酿造的啤酒称为ale。对啤酒酵母的基本要求是：发酵力高，凝聚力强、沉降缓慢而彻底，繁殖能力适当，生理性能稳定，酿制出的啤酒风味好。,2、啤酒酵母的扩大培养方法,啤酒工厂从单细胞分离得到一个酵母细胞，制备成含细胞10131014个/ml菌液，需要注意以下几方面问题：出发菌株的选择应保证为本厂优良纯种菌株，防止退化或不纯的菌株作为出发菌株。在扩大培养的每一步都要严格按照无菌技术进行操作，杜绝有害杂菌的侵入。扩大培养中要使用适合啤酒酵母生产的优良培养基，以确保菌株正常的生长发育。,严格控制培养条件。在扩大培养中，应采用逐级降温培养。液体试管(28)小锥形瓶(25)大锥形瓶(23)卡尔罐（20）汉生罐（1315）一级繁殖罐（1213）二级繁殖罐（1112）发酵罐（10）。,卡氏罐的结构,1空气过滤器2紧箍把3绝缘手柄4取样阀5带橡皮膜的接种头,卡氏罐的容积从10L到25L不等卡氏罐的最大工作压力0.2MPa,卡氏罐的使用,麦汁可杀菌。适于麦汁通氧；给酵母转移提供了安全的条件；较易清洗；运输方便。,卡氏罐的优点,汉生罐,每一步扩大培养按合适的扩大比接种，汉生罐以前培养温度较高，采用5%10%的接种量。汉生罐以后培养温度较低，采用20%的接种量。应采用对数期的酵母进行接种。为了简化扩大过程，不是每次都从试管开始扩大，而是在汉生罐保留一定量种子备用。对汉生罐的留种每月要更换一次新麦汁，放走85%90%酵母悬液，留下10%15%再进行新麦汁的补充，以确保种子的生产性能。,3、啤酒发酵机理,碳源在啤酒麦汁的浸出物中，糖类约占90%，其中可发酵性糖约占65%70%，其余为不可发酵性糖。啤酒酵母的可发酵性糖和发酵顺序是：葡萄糖果糖蔗糖麦芽糖麦芽三糖。可发酵性糖不是全部转化成酒精，约有1.5%2%糖类转化成发酵副产物高级醇、有机酸、酯等，还有2%2.5%形成酵母的碳骨架。,氮源,含氮物质在发酵后残留于啤酒中的质量分数：N%=1-酵母吸收+酵母分泌和自溶-被吸附沉淀在高氮麦汁发酵后约剩余55%60%在啤酒中，低氮麦汁中约剩余60%65%。啤酒浓醇性主要依赖于啤酒中含氮化物的量，低于300mg/L会显得寡淡如水。,啤酒发酵时会产生一系列风味物质，这些风味物质虽然量远远没有酒精和二氧化碳多，但它们构成了啤酒特有的香味和口味。这些风味物质主要有高级醇、挥发酵、醛类、酸类、连二酮类（VDK,包括戊二酮和丁二酮）、含硫化物等，它们的含量多少与发酵温度、菌种特性、麦汁浓度等有关。其中VDK含量是判断啤酒成熟与否的决定性指标。,4发酵技术,原为敞口发酵。在60年代推出连续式发酵，后被分批式大罐发酵所取代。固定化菌发酵还处于研究阶段。目前，70年代推行的大罐发酵，已经被我国大、中型啤酒厂采用。大罐发酵所采用的发酵罐为德国酿造师（L.Nathan）发明的，称“奈当罐”，它为立式圆筒体锥底