发酵食品工艺第5章-啤酒酿造工艺-啤酒发酵

第五章啤酒发酵第一节啤酒酵母二.啤酒酵母优良特性的评估和筛选方法（1）形态学上的要求（2）生理学要求（3）发酵力的要求（4）凝聚性和沉淀能力（5）双乙酰峰值和还原速度（6）挥发性风味物质（7）酵母对压力的耐受性（8）酵母的稳定性（9）主酵液和成品啤酒的风味品尝（10）啤酒泡沫特性第一节啤酒酵母形态学上的要求：（1）细胞形态：典型的啤酒酵母短轴与长轴之比为1：1.0～1.5，大多数优良菌株在1：1.1～1.3之间。细胞拉长是变异的结果或发酵后期营养不足造成的。（2）细胞大小：中、小型酵母凝聚性不如大型的。中小型细胞，在相同接种量下，细胞比表面积大，发酵速度较快。第一节啤酒酵母生理学要求：若想发酵速度快、发酵度高、双乙酰还原快、啤酒较淡爽的应选择增殖级数大（但不能超过3）、发酵液中细胞浓度高[（60～70）×106个/ml]的菌株。第一节啤酒酵母发酵力的要求①酵母麦汁极限发酵度：反映酵母对麦汁中可发酵性糖类的最大可能发酵程度②起酵速度：酵母起酵快，容易在麦汁中形成生长优势③发酵速度：快速发酵，缩短发酵周期，有利于获得淡爽风格的啤酒④啤酒主酵发酵度：优良啤酒大多在65％～68％⑤麦汁极限发酵度（F极）和啤酒发酵度（F啤）：F极－F啤＝△F<1.0％第一节啤酒酵母凝聚性和沉淀能力：啤酒酵母凝絮性分类（1）粉末型酵母：发酵结束，大量酵母分散于液体中（2）絮凝性酵母：发酵结束，器底形成较多沉淀，经振荡，酵母较快分散（3）凝聚性酵母：发酵结束，即使强烈振动打散凝块，静置短时间也立即形成凝块第一节啤酒酵母凝聚性和沉淀能力：我国传统啤酒生产常用凝聚性菌株，发酵后便于收集酵母，啤酒过滤快，但凝聚性太强的菌株，一般发酵慢，发酵度偏低，双乙酰还原慢。酵母在发酵麦汁中凝聚时间是指达到多少发酵度开始凝聚，开始凝聚的发酵度称“凝聚点”。近代优良凝聚性酵母的凝聚点希望在45％以上。第一节啤酒酵母优良酵母双乙酰特点（1）双乙酰峰值低（2）双乙酰峰值出现在发酵第二至第三天，第三至第四天双乙酰迅速下降（3）在8～12℃后酵时，双乙酰还原快（4）双乙酰前驱物质（α-乙酰乳酸）在啤酒中很少残留，因此，啤酒瓶装消毒以后，不会因为乙酰乳酸氧化形成双乙酰第一节啤酒酵母酵母的稳定性：在筛选优良酵母时最后应测定比较该酵母10～12代，若在7代酵母中，发酵速度。发酵度、双乙酰含量没有十分显著的的变化，可以认为此酵母是十分稳定的。若6代以内发酵度明显降低，双乙酰含量升高，此酵母是不稳定、易退化的。第一节啤酒酵母生产菌的筛选方法（1）底物和处理：一般用斜面保藏菌株（2）单细胞分离（3）第一级筛：菌株形态和大小测量（4）第二级筛：低温发酵能力的测定（5）第三级筛：凝聚性测定（6）第四级筛：EBC管发酵性能测定第一节啤酒酵母三.啤酒酵母扩大培养第一节啤酒酵母啤酒酵母的扩大培养（1）选择优良的单一细胞出发菌株（2）整个扩培过程保证酵母品种、强壮、无污染（3）恰当的扩大比例（4）恰当的移种时间（5）严格控制培养条件：温度、通风第一节啤酒酵母恰当的扩大比例：在汉生罐以前各级，由于采用较高培养温度（25～27℃），酵母倍增时间短，无菌操作条件好，可采用1：10～20；反之，汉生罐以后各级，采用低温培养（不大于13℃），酵母倍增时间长，杂菌污染机会多，扩大比宜小，一般1：4～5。第一节啤酒酵母恰当的移种时间：（1）培养时间估算法：在10℃培养约需38h，如12℃培养26h移种。（2）降糖判别法：啤酒酵母在11～12°P麦汁中通风培养，当酵母使麦汁还原糖降至1/3~2/5时，酵母增殖曲线一般在对数的中期，或中偏后，此时外观泡沫最高并开始下降。第一节啤酒酵母温度：卡尔酵母最适生长温度是31.6~34℃，实际生产的扩大培养过程中，还需考虑到减少酵母的死亡率、减少染菌的可能及让酵母逐步适应发酵温度。因此，酵母扩大培养采用逐级递降温度培养法。例：液体试管（28℃）小锥形瓶（25℃）大锥形瓶（23℃）卡尔罐（20℃）汉生罐（13～15℃）一级繁殖罐（12～13℃）二级繁殖罐（11～12℃）发酵（10℃）第二节啤酒发酵机理影响啤酒质量的主要因素（1）麦汁组分（2）啤酒酵母的品种和菌株特性（3）投入发酵的酵母数量和质量状况（4）发酵容器的几何形状、尺寸和材料，它会影响到发酵流态和酵母的分布、CO2的排出（5）发酵工艺条件：pH、温度、溶氧水平、发酵时间等第二节啤酒发酵机理一.糖类发酵葡萄糖和果糖能直接透过酵母细胞壁，并受到酵母细胞壁中磷酸化酶作用而磷酸化。蔗糖必须先受到酵母细胞壁分泌的转化酶水解成葡萄糖和果糖后才能渗透进入细胞。麦芽糖和麦芽三糖要与细胞壁分泌的麦芽糖渗透酶、麦芽三糖渗透酶结合后才能输送至酵母体内，再通过细胞壁分泌的水解酶水解，然后再进入代谢途径。第二节啤酒发酵机理一.糖类发酵当麦汁中含有高于0.2％～0.5％葡萄糖浓度时，葡萄糖会抑制酵母分泌麦芽糖渗透酶，抑制麦芽糖的发酵，只有当葡萄糖浓度低于0.2％时，抑制解除，麦芽糖才能开始发酵，这称“葡萄糖阻遏效应”。酵母在有氧下经TCA循环可获得更多的生物能（38个ATP），此时无氧发酵代谢就会受到抑制，这种氧抑制嫌氧发酵代谢称“巴士德效应”。在发酵基质（麦芽汁）中含有较高的葡萄糖浓度（0.4％～1.0％以上）时，分子氧存在不能抑制发酵，有氧呼吸反而受到一定抑制，这称“反巴士德效应”（或称“克拉勃脱效应”）。第二节啤酒发酵机理二.含N物质氨基酸含N量>180mg/L满足酵母需求含N物质先下降后上升第二节啤酒发酵机理二.含N物质麦汁经发酵后，其中50％的麦汁氮保留下来转移到啤酒中，另外50％麦汁氮被酵母同化，其中约16.5%的麦汁氮又分泌到发酵液中，所以麦汁中含氮物质大约减少了30％左右，这主要是由于氨基酸和低分子肽被酵母菌吸收消耗。此外，由于pH值和温度的降低，引起部分凝固性蛋白质和蛋白质-多酚物质复合物的沉淀，泡沫及酵母细胞表面作用也吸附少量蛋白质颗粒。第二节啤酒发酵机理二.含N物质啤酒中残存含氮化合物对啤酒风味影响极大。啤酒中含氮化合物（特别是肽和蛋白质），在饮用者口腔中，很容易浸润口舌、口腔、喉头，使之有湿润感，这种高含氮量的啤酒（>450mg/L），就显得浓醇，而含氮量在300～400mg/L就显得爽口，若低于300mg/L会显得寡淡如水。啤酒浓醇性主要依赖于啤酒中含氮化合物的量。第二节啤酒发酵机理二.含N物质啤酒酵母不能全部吸收麦汁中氨基酸，对α-氨基酸的吸收率，随酵母品种和发酵条件的不同有较大的差异，波动在50％～75％之间。残存于啤酒中的氨基酸量还取决于酵母分泌氨基酸的情况。高氨基酸含量的啤酒，不但会影响啤酒的生物稳定性，而且大多数氨基酸呈甜味或苦味，有的呈鲜味，高氨基酸含量能降低啤酒的爽口性。第二节啤酒发酵机理三.风味物质啤酒麦汁只有通过发酵产生一系列的代谢产物，才能构成啤酒特有的香味和口味。各种副产物的数量和配伍关系是造成啤酒之间风味差异的主要原因。啤酒发酵中副产物如超过某一限量范围，也成为人们不能接受的异杂味的主要来源。第二节啤酒发酵机理三.风味物质1.高级醇2.挥发酯3.醛类4.酸类5.酮类（连二酮类）第二节啤酒发酵机理高级醇代谢途径：（1）氨基酸在发酵时酵母将氨基转移到α-酮戊二酸上，形成谷氨酸和α-酮酸，后者经脱羧、还原，形成比原氨基酸少一个碳的高级醇（2）由糖代谢通过丙酮酸的合成的途径高级醇对啤酒风味的影响：高级醇是各种酒类的主要香味和口味物质之一，它能促进酒类具有丰满的香味和口味，并增加酒的协调性。但高级醇过量存在也是酒主要异杂味的来源之一。第二节啤酒发酵机理影响啤酒中高级醇含量的主要因素（1）酵母品种：高发酵度酵母倾向于形成高级醇多。（2）酵母在啤酒发酵中增殖的影响（3）麦汁α-氨基氮的影响：当麦汁中缺乏可同化的α-氨基氮时，酵母通过糖代谢走酮酸路线去合成必需的氨基酸，当缺乏合成能力或氨不足时，就会导致由酮酸形成高级醇（4）啤酒酵母对α-氨基氮同化率的影响：同化率强的酵母增殖密度也大，可能使啤酒中高级醇增加（5）主发酵温度的影响：提高酵母温度，必然促进酵母的繁殖，相应也会增加高级醇的产生（6）麦汁充氧水平或发酵中通风搅拌的影响：麦汁充氧水平过高如大于9mg/L，会增加酵母的繁殖，导致高级醇的增加第二节啤酒发酵机理挥发酯代谢途径：由酵母先形成酯酰辅酶A，在酵母酯酶催化下和醇化合形成酯挥发酯对啤酒风味的影响：挥发性酯是啤酒香味的主要来源之一，也是主要风味物质，啤酒中含有适量的挥发酯，能使啤酒香味丰满协调。过高的酯含量或超过阈值酯含量，会使啤酒具有不愉快的香味第二节啤酒发酵机理影响啤酒酯含量的主要因素（1）酯酶：由酵母产生，在pH4.5～6.5有利于酯合成（2）酰基辅酶A（3）酵母菌种（4）发酵温度：对酯类积累没有明显影响（5）麦汁浓度和麦汁含氮量：浓度越高，酯合成也增加（6）麦汁通风：麦汁含氧量高，促进酵母生长，消耗了辅酶A，能抑制乙酸酯的合成（7）发酵方法：连续发酵比分批式发酵形成更多的酯类。主发酵加压有利于抑制低碳链挥发酯的合成。（8）贮酒：啤酒在低温贮酒中由于化学酯化反应，会使啤酒酯含量升高第二节啤酒发酵机理乙醛产生途径：丙酮酸在丙酮酸脱羧酶作用下，不可逆形成乙醛和CO2。大部分乙醛受酵母乙醇脱氢酶作用还原成乙醇乙醛对啤酒风味的影响：乙醛在啤酒中含量如>25mg/L，有强烈的刺激性辛辣感；>10mg/L有不成熟口感。优质啤酒乙醛含量一般在3～8mg/L以下第二节啤酒发酵机理影响啤酒乙醛含量主要因素乙醛在正常发酵后期迅速减少，而且后酵温度愈高，后发酵愈强烈，发酵度愈高，残留啤酒中乙醛愈少。发酵后期采用CO2洗涤，可以促进乙醛挥发在瓶装啤酒中由于瓶中溶氧和瓶颈空气中氧的氧化，乙醛含量会有轻微上升第二节啤酒发酵机理啤酒中总酸来源：（1）来自于麦芽和麦汁（2）来自于发酵的酸总酸物质对啤酒风味的影响酸类物质虽然并不构成啤酒的香味，但它是主要呈味物质。啤酒中适量的酸使啤酒口感活泼、爽口。缺乏酸类，啤酒呆滞、粘稠、不爽口。而过量的酸又使啤酒口感粗糙、不柔和、不协调，同时过量的酸也意味着啤酒发酵不正常，是污染产酸菌的标志第二节啤酒发酵机理啤酒中总酸的控制：（1）控制啤酒总酸，首先要控制麦汁总酸（2）发酵产酸量和发酵温度有关，高温发酵产酸多（3）非正常发酵、污染杂菌的发酵将导致啤酒酸败。发酵前期主要是醋酸菌和野生酵母，发酵后期和贮酒阶段主要是乳酸菌（4）有些啤酒，总酸不高，但饮用时，酸刺激感强，经常是因为啤酒中挥发性酸太高第二节啤酒发酵机理连二酮类代谢途径：连二酮类化合物的生物合成是酵母的含氮物质生物合成的旁路产物。α-乙酰乳酸是双乙酰的前驱物质。α-乙酰乳酸是酵母合成缬氨酸时形成的，只有酵母在大量出芽繁殖时，需要合成酵母细胞蛋白质原料缬氨酸时才合成较多的α-乙酰乳酸，因此，双乙酰形成峰值是在发酵液中酵母达到最高浓度数小时后出现的。双乙酰的消除依赖酵母的醇脱氢酶的还原。当发酵液中大量形成酒精时，双乙酰才会迅速还原。双乙酰是挥发性的、有强烈刺激性的化合物，它是多种香味物质的前驱物质。当啤酒中双乙酰含量>0.5mg/L时有明显不愉快的刺激味；当含量>0.2mg/L时有似烧焦的麦芽味；淡爽型啤酒中当含量>0.15mg/L时，也能辨别出不愉快的刺激味。第二节啤酒发酵机理影响消除双乙酰的方法：（1）减少α-乙酰乳酸的生成：选择低双乙酰峰值菌株；提高麦汁中α-氨基氮水平（2）加速α-乙酰乳酸的非酶氧化分解：发酵前期适当通风搅拌（3）控制和降低酵母的增殖浓度：提高酵母接种量、降低酵母在发酵液中繁殖温度、控制麦汁中α-氨基氮水平不高于220mg/L，均能抑制酵母增殖浓度，从而控制α-乙酰乳酸的生成量（4）加速双乙酰的还原：取决于酵母菌株、酵母细胞浓度、双乙酰还原阶段温度第三节啤酒发酵技术啤酒发酵方法传统发酵分批式发酵单酿罐发酵大罐式发酵多罐式发酵连续式发酵（较适宜于制造上面啤酒）第三节啤酒发酵技术啤酒发酵工艺技术控制1.啤酒酵母的菌株选择2.麦汁组成分3.酵母接种量和接种技术4.起酵温度和发酵温度5.发酵设备和酵母在发酵中的流态6.后酵条件选择7.酵母分离时间和方法8.贮酒条件和时间9.发酵中压力或CO2浓度第三节啤酒发酵技术麦汁组成中影响发酵的主要因子：（1）原麦汁浓度：过低（<9％），麦汁中氨基酸、核苷酸、酵母生长素不足，酵母增殖受到抑制；过高（>15％），由于渗透压太高和代谢产物积累太快，会减弱酵母的增殖，降低发酵强度（2）麦汁溶氧水平和不饱和脂肪酸含量：溶氧水平影响发酵过程中酵母的增殖速度和增殖量，影响发酵速率，影响VDK前驱物质α-乙酰乳酸的生成量和氧化速度，影响高级醇、挥发酯等代谢产物的生成量第三节啤酒发酵技术酵母接种量和接种技术提高酵母接种量即起酵浓度，可以加快发酵，但酵母营养成分不变，因此发酵时酵母最高细胞浓度增加，但新生酵母细胞浓度反而减少，增殖倍数显著降低。提高酵母接种量，由于新细胞增值减少，所以，VDK峰值降低，高级醇生成减少，乙酸乙酯增加。接种量过高，由于新生细胞减少，导致后发酵不彻底，酵母增殖倍数减少。第三节啤酒发酵技术啤酒发酵温度远远低于啤酒酵母的最适温度采用低温发酵可以防止或减少细菌的污染；低温发酵，酵母增殖慢，最高浓度低，发酵中形成高级醇等代谢副产物少，有利于啤酒风味pH降低缓慢，酒花香气和苦味物质损失少酵母自溶少，酵母使用代数高可多溶解CO2，增加杀口性第五节啤酒大型发酵罐发酵单酿罐发酵：前发酵、主发酵、后发酵、贮酒全部在一个罐中完成前发酵、主发酵在发酵罐完成，后发酵和贮酒在贮酒罐完成前、主、后发酵在发酵罐完成，贮酒在另一贮酒罐完成两罐法发酵C.C.T发酵第五节啤酒大型发酵罐发酵第五节啤酒大型发酵罐发酵圆筒体锥底发酵罐发酵的优点（1）加速发酵：与传统发酵相比，麦汁和酵母对流获得强化，可加速发酵（2）厂房投资节省：大部分在户外（3）冷耗节省：直接冷却发酵罐和酒液，比传统节省40％～55％冷耗（4）发酵罐清洗、消毒：可依赖CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证第五节啤酒大型发酵罐发酵C.C.T发酵罐发酵液对流的三个推动力（1）发酵罐底部产生CO2气泡上升，对发酵液拖曳力大（2）在发酵阶段，由于底部酵母细胞浓度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部间密度差而造成对流（3）在发酵时控制罐下部温度高于上部（差1～2℃），由于温差引起热对流第五节啤酒大型发酵罐发酵C.C.T发酵的缺点：由于罐体比较高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一般比传统低（只能使用5～6代）；贮酒时，澄清比较困难（特别在使用非凝聚性酵母），过滤必须强化；若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般要5～7d以上，短期贮酒不能保证温度一致。第五节啤酒大型发酵罐发酵C.C.T发酵罐发酵工艺（1）进罐方法：直接进罐法（2）接种量和起酵温度：较高接种量，低于主发酵温度发酵（3）主发酵温度：大多采用低温（9～10℃）发酵和中温（11～12℃）发酵（4）VDK还原（5）冷却、降温（6）罐压控制（7）酵母的排放和收集（8）单酿罐发酵贮酒第五节啤酒大型发酵罐发酵还原阶段温度控制（1）低于主发酵温度2～3℃：模拟传统发酵控制，有利于改善啤酒风味，但还原时间较长，一般要7～10d。酵母也不易死亡和自溶（2）和主发酵相同温度：发酵不分主、后发酵，操作容易，还原时间短（3）高于主发酵温度2～4℃：高温还原，还原时间可以缩短至2～4d第五节啤酒大型发酵罐发酵第五节啤酒大型发酵罐发酵第五节啤酒大型发酵罐发酵第五节啤酒大型发酵罐发酵能否采用高温还原，主要取决于酵母的特性：（1）若为发酵度偏低的酵母菌株，在主发酵后糖降很少，放热少，温度升不起来。（2）某些酵母菌在主发酵后，由于嫩啤酒中营养物质大幅度消耗，酵母比较衰弱，还原阶段高