发酵工程第12讲

第十四章发酵生产实例

一、啤酒的酿造

凡含有乙醇的饮料均称为酒。啤酒是酒度最低的酒，营养丰富，有几千年的生产历史，起源于中东和古埃及，后跨越地中海传入欧洲，19世纪从欧洲传入亚洲。我国第一家啤酒厂于1900由俄罗斯商人在哈尔滨创建。1903年起在青岛由德国酿造师建立英德啤酒厂。1915年在北京由中国人出资建立了双合盛啤酒厂。从1902年到1949年，年产啤酒1万吨。从1949年到1993年，我国发展成为世界啤酒第二大国。

我国2001年产量2273.8万吨，2003年我国已成为全球第一大啤酒生产国。2009年底，我国啤酒产量约4350万吨。稳居世界第一，2011我国啤酒产量约4898.82万吨，即489.88亿升。其中：华润集团、青啤集团、燕京集团三巨头几乎占据半壁江山。啤酒发酵流程71、2356461、2－糖化过滤、回旋沉淀3－麦汁冷却4－充氧5－酵母添加6－发酵罐和清酒罐7－啤酒过滤8－灌装81、原料：1.1主料：大麦。产量仅次于小麦、玉米、稻谷，易发芽产生大量的水解酶类、种植遍及全球、非人类主粮。大麦包括：胚、胚乳及谷皮三部分主要成分：淀粉约80%，主要为支链淀粉

半纤维素和麦胶约10%，是胚乳细胞壁的组成成分。麦胶是多糖混合物，能溶于热水。半纤维素不溶于热水，而溶于稀碱溶液。

蛋白质10%，类似于植物蛋白。

多酚类物质0.2%：包括简单酚类物质和多酚类物质影响大麦发芽、啤酒风味和稳定性。

1.2辅助原料：大米、玉米、小麦、淀粉、蔗糖。降低成本，麦芽的价格远远高于不发芽的大麦、大米、玉米、小麦、淀粉、蔗糖。降低麦汁总N，相对减少麦汁中高分子含N化合物的比例，提高啤酒非生物稳定性，降低色泽，提高发酵度。1.3酒花：因其果穗供制啤酒而得名，松果型，长3-6厘米。我国主要产地：新疆、内蒙、甘肃、青海、黑龙江、北京地区，均在北纬400-500

酒花酒花赋予啤酒的芳香和爽口的微苦味，使麦汁中的高分子蛋白絮凝，提高起泡性并稳定泡沫，增加麦汁和啤酒的生物稳定性。

三大成分及功能：（1）酒花精油，主要成分：单萜烯、倍半萜烯等200种以上成分，易挥发，是啤酒香气来源。（2）苦味物质，提供啤酒愉快的苦味物质，主要是α-酸，β-酸及其一系列氧化、聚合产物。（3）多酚，丹宁化合物，非丹宁化合物，和麦汁中的高分子蛋白结合絮凝提高起泡及泡沫稳定性

1.4啤酒的酿造用水：影响酶活性，影响啤酒的风味和稳定性CO32-：和H+结合具有降酸作用。Mg2+、

Ca2+：等具有增酸作用。使碱性的磷酸氢二钾转化成酸性磷酸二氢钾。用离子交换树脂等方法去除，使其达到饮用水标准。2麦芽制备（商品化）麦芽制备的目的是使大麦生成各种酶，以供制备麦芽汁的催化剂。大麦粗选机杂谷分离机分级机浸麦槽湿大麦（含水43%—48%）地板或发芽箱（通风、控温）绿麦芽干燥塔除根机成品麦芽（水分﹤5%）浸麦水中加石灰乳、碳酸钠、氢氧化钠、甲醛等，可加速酚类、谷皮酸等有害物质的浸出，促进发芽（5d左右）。3麦芽汁制备(糖化）3.1原料的粉碎：麦芽、辅助原料的粉碎3.2糖化：约2小时：调浆，糊化，液化，糖化3.3麦芽的过滤、洗糟：3小时以内完成，制得麦芽汁，测糖度。4麦汁的煮沸与酒花的添加麦汁的煮沸时间一般为1—2小时，压力为0.2MPa，酒花加入量，目前我国生产的淡色啤酒为：0.18%—0.20%

主要作用：使麦芽汁浓缩到规定浓度溶出酒花的有效成分，增加麦芽汁的香气、苦味、防腐能力。α-酸异α-酸促进蛋白质凝固析出，增加啤酒的稳定性破坏全部酶，进行热杀菌。

全麦芽汁可发酵性糖组成

5啤酒发酵

5.1菌种：啤酒发酵的菌种分两类：上面啤酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）和下面啤酒酵母(S.carlsbergensis)我国许多大型啤酒厂都有自己独特的酵母，从分类学上来看，我国目前使用的啤酒酵母都属于下面啤酒酵母。

5.2发酵机理啤酒发酵是一个复杂的生化和物质转化过程。酵母的主要代谢产物和发酵副产物：

——乙醇和二氧化碳

——醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等物质。近600种成分这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，赋予啤酒以典型特色。5.2.1糖代谢：糖代谢：生成二氧化碳和乙醇，成品啤酒的发酵度应尽可能接近麦汁的发酵度的极限值，剩余的可发酵性的糖多，对啤酒的稳定性不利。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。

麦汁中的DP9－DP12糊精、麦芽四糖、麦芽五糖至麦芽九糖等均为不可发酵性糖，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。生产淡色啤酒，可发酵性糖含量略高，发酵度高，口味清爽；生产浓色啤酒，其非糖比例略高一些，以增加它的醇厚感。两个代谢途径EMP—TCA循环产生酵母繁殖所需能量

C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+6H2O+38ATP+热能（有氧呼吸）合2822kJEMP—丙酮酸—酒精发酵途径（人们的目的）由葡萄糖发酵生成乙醇的总反应式为：

C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2CH3CH2OH+2CO2+2ATP+113kJ糖类代谢顺序麦汁中的可发酵性糖最主要的是麦芽糖50%

麦汁中的糖分并不是同时发酵。酵母最先作用单糖，然后才能分解多糖。将可发酵性糖分为三类：

——起发酵糖（单糖或己糖）；

——主发酵糖（麦芽糖）；

——后发酵糖（麦芽三糖）。

5.2.2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。

酵母除了消耗一部分含氮物外，还要分泌若干氨基酸于啤酒中,对啤酒的理化性能和风味特点起主导作用。

5.2.3其他代谢产物

5.2.3.1生青味物质双乙酰、乙醛、硫化物这些物质赋予啤酒不纯正、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双乙酰连二酮双乙酰2,3—戊二酮口味阈值0.1~0.15mg/L，口味阈值大约为2mg/L两者同属羰基化合物，化学性质相似，对啤酒的影响也相似。总称为连二酮双乙酰的性质双乙酰是啤酒中最主要的生青味物质，味道有些甜，如奶酪香味，也称为馊饭味，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。成熟啤酒：双乙酰<0.1mg/L

α－乙酰乳酸脱羧酶α－乙酰乳酸乙偶姻（3－羟基－丁酮）

双乙酰

2，3－丁二醇醛类啤酒中的醛类，它们的含量随着发酵过程快速增长，又随着啤酒的成熟含量逐渐减少。由于啤酒成熟后期，各种醛类含量大都低于阈值，所以醛类对啤酒口味的影响并不大。醛类的生成：啤酒中被检出的醛类物质有20余种，对啤酒风味影响较大的是乙醛和糠醛。成熟啤酒：乙醛<8mg/L

啤酒中醛类含量范围mg/L硫化物硫化物的形成：主要来源于原料中蛋白质分解产物，如含硫氨基酸。此外，酒花和水也能带入一部分硫。硫化物对啤酒的风味有不良影响，如：硫化氢、甲硫醇、乙硫醇以及二甲硫等。啤酒中主要硫化物

5.2.32.芳香物质

高级醇

所谓高级醇类，就是3个碳原子以上的醇类的总称，酒精和白酒工业上俗称杂醇油。

啤酒中的高级醇习惯称为是发酵的副产物，以异戊醇为主，其次是活性戊醇，正丙醇和异丁醇。此外尚有色醇、酪醇、苯乙醇和糠醇等。这些物质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。

发酵期间两种主要副产物的浓度变化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

啤酒中的主要酯类乙酸乙酯乙酸异戊酯乙酸异丁酯β—乙酸苯乙酯己酸乙酯辛酸乙酯茅台酒：乙酸乙酯147mg/100ml，己酸乙酯42.4mg/100ml，乳酸乙酯137mg/100ml酯类在啤酒中的阈值及含量mg/L

5.2.3.3有机酸啤酒中含有多种酸，约在100种以上。多数有机酸都具有酸味，它是啤酒的重要口味成分之一。酸类不构成啤酒香味，它是呈味物质。酸味和其他成分协调配合，即组成啤酒的酒体。有的有机酸还另具特殊风味，如柠檬酸和乙酸有香味，而苹果酸和琥珀酸则酸中带苦。啤酒中有适量的酸会赋予啤酒爽口的口感；缺乏酸类，使啤酒呆滞、不爽口；过量的酸，使啤酒口感粗糙，不柔和、不协调，意味着污染产酸菌。多数有机酸来自于酵母的新陈代谢EMP途径

pH变化：pH不断下降，前快后缓，最后稳定在4.0左右。啤酒中的有机酸以醋酸和乳酸为主。5.3主发酵主发酵又称前发酵，是发酵的主要阶段。麦芽汁冷却(板式冷却器)到6.5—8℃，接入酵母，主发酵开始。主发酵分低泡期：接种后15—20小时。首先酵母通过呼吸作用获得生物能量，细胞大量繁殖。此时，降糖速度较慢，α－氨基氮迅速被同化

高泡期：溶解氧消耗殆尽，进入主酵，降糖速度加快，释放的热量使酒温上升，为发酵最旺盛期，泡沫特别丰盛，达到20—30厘米厚，此时要注意降温，此阶段可持续2—3天。

落泡期：温度开始下降，降糖速度变慢，酵母开始凝聚沉淀，泡沫亦开始收缩，泡沫由棕黄色变为棕褐色，形成褐色泡盖，厚度为2～4cm。此时，发酵已进入末期，每日降糖0.2～0.4°P，当糖度降至3.8—4.8Bx时,即可下酒进入后酵，此阶段持续2—3天。泡盖系由泡沫、蛋白质-多酚物质复合物、酒花树脂、酵母细胞和其他杂质组成，应及时撇去，以防沉入酒内。主发酵完毕后，大部分酵母沉降于发酵容器底部。5.4后发酵：即储酒。目的如下：完成残糖的最后发酵，增加啤酒的稳定性，饱充CO2；充分沉淀，澄清酒液；消除双乙酰、醛类、硫化氢等嫩酒味，促进成熟；使酒处于还原态，降低氧含量。6过滤：用板框硅藻土法、离心分离法粗滤。去除残余酵母和蛋白等，要求CO2损失小，不易污染，不影响风味，啤酒不吸收氧等

7分装：注意无菌，防止CO2泄漏鲜酒：直接装桶，保质期7天，熟啤：巴氏灭菌后装瓶。

8成品分析：感官指标，理化指标。糖类、氨基酸、无机盐、风味成分、酒花苦味值、酯类、酮类、其它（硫化氢，二甲硫，二乙硫）。

外观：透明、清亮，泡沫洁白细腻，口感：纯正、具酒花香。理化：pH4.1—4.6，酸度/mg.L-12.2，二氧化碳含量/%0.3—0.6，双乙酰<0.13mg/L

干啤酒又称为低热值啤酒，或低糖啤酒，属于不甜、干净、在口中不留余味的啤酒，实际上是高发酵度的啤酒，口味清爽的啤酒新品种。

上世纪80