第四章啤酒发酵.ppt

1、第四章 啤酒发酵,第一节 酵母及发酵机理 一、啤酒酵母 (一)、 啤酒酵母按发酵方式分类 啤酒酵母（上面）:最适温度1522,长卵形、椭圆形等，长宽比1：2，易形成假菌丝。 卡尔斯伯酵母（下面）:最适温度6.513,圆形、卵圆形、椭圆形，8.5*6.5m，可同化葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖、半乳糖、棉子糖、蜜二糖。,(二)、凝聚性（Flocculation） 啤酒酵母的凝聚特性是重要的生产特性，它会影响酵母回收再利用于发酵的可能，影响发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法选择乃至影响到啤酒风味。 粉末型酵母：发酵结束时，酵母单个或数个悬浮在液体中，即使轻微震荡，沉淀浮起。 凝聚型酵母：达到

2、某发酵度酵母凝结沉淀，即使打散结块，短时间又结块。(不能酿造高发酵度啤酒) 弱凝聚型酵母：或絮凝性酵母，介于上述两者之间。,(三)、酵母的培养(最适温度3134 ) 酵母扩培过程：斜面种子 液体试管 三角瓶液体培养 小卡氏罐培养 大卡氏罐培养 一级繁殖罐 二级繁殖罐 发酵,28,10,1112,1213,1315,20,25,卡氏罐,螺纹密封圈,接种头,取样阀,手柄,空气过滤器,连续增殖的酵母扩培设备,二、啤酒发酵机理 影响啤酒质量的主要因素： 麦汁组成成分： 啤酒酵母的品种和菌株特性： 投入的酵母数量和质量状况，以及在整个发酵过程中酵母细胞生长状况。 发酵容器的几何形状、尺寸和材料，它会影响

3、到发酵流态和酵母的分布、二氧化碳排出。 发酵工艺条件PH、温度、溶氧水平、发酵时间。 灌装、灭菌过程，（风味的改变）。,（一）糖类发酵 啤酒麦汁的浸出物中糖类占90%，其中单糖约占糖类10、蔗糖占5、麦芽糖4050、麦芽三糖10-15%、DP4DP8的寡糖2025，还有少量的戊糖、戊聚糖、-葡聚糖、异麦芽糖。 啤酒酵母的可发酵糖和发酵顺序是： 葡萄糖果糖蔗糖麦芽糖麦芽三糖 葡萄糖阻遇效应：当麦汁中含有高于0.20.5葡萄糖时，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，这称之为“葡萄糖阻遇效应”。, 巴士德效应：啤酒酵母对各种

4、可发酵性糖类的发酵均是通过EMP途径代谢生成丙酮酸后，进入无氧酵解或有氧循环，酵母在有氧TCA循环可获得更多生物能（38ATP），此时无氧发酵代谢就会抑制，这种抑制厌氧发酵代谢称为“巴士德效应”。 反巴士德效应：在发酵基质（麦芽汁）中含有较高的葡萄糖（包括果糖）（0.41.0%），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”，因此在麦芽汁接种酵母后主要是无氧酵解途径，也存在少量有氧呼吸代谢。,（二）麦汁含氮物质的转化 啤酒发酵初期，接种啤酒酵母必须通过吸收麦汁中含氮化合物，用于合成酵母细胞蛋白质、核酸和其他含氮化合物。啤酒酵母只能分泌少量的蛋白酶，因此，啤酒酵母只能从

5、麦汁中吸收氨基酸、二肽、三肽等肽氮化合物，而且二肽三肽的吸收能力很低。含氮化合物吸收依赖于一系列的氨基酸输送酶。 （三）发酵副产物的形成和分解 生青味物质：双乙酰、醛、硫化物，使啤酒口味不纯正、不成熟、不协调。 芳香物质：高级醇、酯，决定啤酒的香味。,风味物质强度(Fu)= 物质在啤酒中含量/该物风味值 Fu1.0，感到强烈， Fu = 0.5-1.0，能接受 Fu 0.5，不会影响风味 1、双乙酰(联二酮) 致啤酒口味不纯、有甜味甚至馊饭味，浓度高时有奶油味，与戊二酮共称为联二酮。,a 芳香物质 b 生青味物质, 联二酮的合成和分解过程 前驱体的形成 与酵母菌种、酵母量 (丙酮酸到乙酰乳酸)

6、 氧含量有关 氧化脱羟成双乙酰、 降低pH、提高温度 戊二酮 氧气吸入可促进 联二酮还原(双乙酰 乙偶姻(3-羟基-2-丁酮) 丁二醇 ) 影响双乙酰分解的因素：酵母量、前期后期的强弱(后期酵母多有利)、温度、与酵母与双乙酰接触，故应防止酵母沉降。一般要求双乙酰 总量为 0.1mg/L,2、醛(主要为乙醛，为酒精发酵的正常中间物) 导致口味不成熟，嫩啤酒含量为20-40mg/L，成品啤酒为8-10 mg/L。 使乙醛浓度提高的因素有 发酵强烈 发酵温度升高 酵母加量高 主酵用带压发酵 麦汁通风量过少 麦汁染菌 促进乙醛分解的因素：所有促进后酵和后熟的措施、高温后熟、麦汁通风充分、提高后酵阶段的

7、酵母浓度。,3、高级醇 形成途径 酵母使氨基酸脱氨、脱羧并还原，从而转化为醇 通过羟酸和酮酸形成 糖通过乙酸酯形成 高级醇含量：下面法：60-90mg/L 上面法：100mg/L(口味差),4、酯 酯适量啤酒香，酯过高带来不舒服的苦味和果味。 酯量 下面法：60mg/L 上面法：80mg/L 促进酯量的因素：麦汁浓度高于13%、最终发酵度和成品发酵度高、麦汁通风减少、主酵和后酵中的运动增加。,5、硫化物 这类物质量很低也会强烈影响啤酒的口味和气味。 H2S：由含硫的氨基酸形成，也可因酵母缺乏或损失生长素时造成过高。 硫醇(RHS)：严重影响啤酒的风味，并使啤酒有日光臭。 DMS：酵母没有改变D

8、MS含量的能力，麦汁中的DMS会一成不变带入啤酒。 6、有机酸 有机酸来源：来自麦芽和麦汁，由发酵产生(如脂肪酸、丙酮酸、乳酸、苹果酸等)。 对啤酒影响：使啤酒口感活泼、爽口，但过多，则粗糙、不柔和、不协调，过量也即污染杂菌。,12度啤酒总酸2.6ml(1mol/LNaOH/100ml) 7、其它的过程和转化 pH值下降(5.3-5.6到4.3-4.6)。 氧化还原势的变化。 色泽变浅(pH下降导致某些物质脱色，酵母的吸附或色泽强烈的物质析出)。 苦味物质和多酚物质的分离析出。 CO2的溶解。 啤酒的澄清。,第二节 啤酒发酵技术 发酵种类分 传统发酵 分批发酵 多罐发酵 大罐发酵 低温主酵-低

9、温后熟 低温主酵-高温后熟 单罐发酵 低温发酵-高温后熟 无压高温主酵-高温后熟 高温主酵-快速后熟等 连续发酵 菌体固定化发酵,一、啤酒发酵工艺控制 1、菌株的选择 发酵速度、发酵限度、凝聚性、回收性、稳定性等方面控制 2、麦汁组成 原麦汁浓度：815% 溶氧水平：39mg/L 其它：pH、麦汁发酵性糖、 氨基氮、不饱和脂肪酸等。 3、接种量 德国：2030 106/mL麦汁 中国：15 3 106/mL麦汁,接种量和细胞增殖的关系,4、发酵温度控制 温度高，外观浓度降低快，VDK还原快；氨基氮利用快，不易酿成非生物稳定性好的啤酒。 温度低，副产物少，香味及苦味物质损失少，啤酒细腻柔和、浓醇

10、性好，酵母使用代数多。,5、罐压、CO2浓度对发酵的影响,二、传统啤酒发酵 传统式分批发酵：每批定型麦汁，经过 酵母添加、前酵、主酵、后酵、贮酒等阶段。 需要设备是：酵母添加器、密闭或敞口式前发酵池和主酵池、密闭后发酵和贮酒缸。各阶段发酵均有绝热保护层，并有室温调节装置.在厂房内进行，一般为前酵室（78），主酵室（67）后酵和贮酒室（20）。 (一)、酵母的添加和前发酵 1、酵母接种量 接种后细胞密度常控制在（512）10 6个/ml，压榨酵母每克有3040亿细胞，凝聚性、自然沉降酵母泥中每克有1825亿细胞。, 接种量计算：若酵母泥密度为2010 8 个/g，工艺规定接种后密度为810 6个

11、/ml 则每公斤麦汁接种酵母泥克数 n =（8106 1000）/201084克 即0.4 2、酵母添加方法 (1)、干道和湿道添加法 干道 添加法：酵母添加器中加入每批麦汁的酵母泥，加二倍的冷麦汁，压缩空气混合，进前酵池与麦汁用空气混合。 湿道添加法：酵母泥加5倍的冷麦汁，保温培养1012h，出芽后混入麦汁，进入主酵 (2)、倍量添加法：第一锅用干道添加，发酵68h，加第二锅麦汁，无菌空气搅拌后发酵1015h ,进入主酵。,(3)、分割法 (4)、递加法 3、前发酵：指接种酵母泥，是处于休眠阶段。此酵母和麦汁接触后，有数小时至十小时的生长滞缓期，才进入出芽繁殖。当酵母克服生长滞缓期，出芽繁殖

12、细胞密度达到2010 6个/ml，发酵麦汁表面开始起沫。 前酵时间：随接种温度、接种量变化。 一般低温发酵常在1620小时，中温：1214小时。 特点：糖降不明显，外观浓度降0.51.0p，温度升高0.71.0,(二)、传统啤酒主发酵 1、主发酵过程 前期：主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，利用糖类发酵，合成酵母细胞。此阶段糖降比较缓慢，而氨基氮下降迅速，由于有机酸产生和麦汁缓冲物质（磷酸盐和氨基酸）减少，麦汁pH下降迅速。 中期：酵母达到最高密度时，糖降最快。每天外观浓度下降可达1.52.0p，VDK峰值出现在最高酵母密度后1224小时。此阶段大量释放发酵废热，必须冷却保持最高发酵温

13、度。,当发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度3540）酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，发酵糖度速率也随之降低，为了促进凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期逐步趋近于后酵温度。 后期：当主酵后期每日糖降小于0.3 p时，泡沫消失，逐步形成泡盖，泡盖是由二氧化碳带至发酵液表面的多酚、酒花树脂、高分子蛋白质、接触空气氧化聚合而成的。在主酵结束前，小心捞去泡盖，即可下酒至后发酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。,2、主发酵工艺,低温下面发酵曲线,中温下面发酵曲线,典型上面发酵曲线,发酵天数,泡高/cm,品温,外观浓度, 氨基氮,酵母浓度,酵母芽生率,VDK,pH,高级醇,快速发酵实例,3、主发酵下

14、酒的条件控制 (1)、下酒的可发酵性糖(一般应控制下酒的外观浓度) 外观浓度EA：用糖度计测出的浸出物浓度。 EA = 原麦汁浓度(1-外观发酵度F外) 外观发酵度F外= F真/r， F真= FR- F 上式中r为系数，为0.81，是由巴林推算出的经验值； F真为主酵结束真正发酵度 FR 为成品啤酒发酵度 F为后酵中增加的发酵度，一般为812% 真正浓度ER =原麦汁浓度-(原麦汁浓度-外观浓度) r,例：12p啤酒的成品啤酒发酵度为64%，要求后酵中增加的发酵度为10%， 则外观发酵度F外= F真/r = (FR- F) /r = (64% - 10%) / 0.81 = 66.5% 外观浓

15、度EA = 12%(1- 66.5% )= 4.02%，真正浓度ER = 5.52% (2)、下酒温度 传统法4.5 左右，后酵需1015d 若下酒时双乙酰比较高（0.3mg/l） ，为提高VDK 还原，可采用56.5 (3)、下酒的酵母浓度 传统法5 10 6个/ml 为提高VDK 还原，可采用(1020) 10 6个/ml,(4)、沉淀酵母收集和“饲养” 酵母收集：主酵池底沉结一层酵母泥状沉淀，通常每百斤发酵液有1.75 2.5升酵母泥，上层为泡盖物质和衰老酵母，下层是热凝固蛋白质和死酵母，中层（75）是正常凝聚酵母。 中层酵母泥送至酵母饲养室，边加无菌水（12C）边经100目振荡筛，除去

16、夹杂酒花树脂和热凝固性蛋白质，筛下的酵母泥再用12C无菌水漂洗2 3次（每隔2 3小时换水一次）。 饲养：酵母保存在1 2C冰水下（称为“饲养”）1 3天（不超过5天，每天换1 2次水）， 饲养无菌冰水有适宜离子浓度（300mg/L总离子），Ca2+ 50mg/L。 酵母代数：新扩大培养得到酵母，生产上称为“零”代，此酵母每参与一次发酵，收集酵母泥则增加一代。传统以七代之内为好。,(三)、传统啤酒后发酵和贮酒 后酵和贮酒目的是：糖类继续发酵、促进啤酒风味成熟、增加二氧化碳的溶解、促进啤酒的澄清。 1、糖类继续发酵 后发酵中发酵糖主要是残余麦芽糖和未被发酵的麦芽三糖。12p麦汁中约有1.01.4

17、1糖类被发酵。 温度控制：传统式后酵大多用室温来调节品温，即发酵缸无冷却或加热装置，影响后发酵品温是下酒温度、后酵室温度和发酵时放热。 大、中型厂：后酵和贮酒室分隔成若干独立室，在后酵710天可以控制室温34C，从而保证后酵在45C，在七天以后逐步降至01C，使酒能进入低温贮酒阶段。, 小型厂：后酵和贮酒常常只有一个低温室，一般控制在20.3C。 2、增加CO2的溶解 CO2作用：CO2是啤酒的重要组成成分，它能赋予啤酒起泡性和泡沫、杀口性，也能增加啤酒防腐性和抗氧化，CO2在啤酒中溢出能拖带出啤酒芳香味散发。 要求：瓶装啤酒CO2含量常达0.450.53%( m/m), 啤酒CO2体积比为2

18、.22.71（L/L）。 传统主酵溶解在嫩啤酒中CO2仅为0.20.28(mm) 啤酒工厂常用如下经验式，预测贮酒阶段 CO2（mm）0.2980.4p0.008t（p:为贮酒缸气压（MPa）,t:啤酒品温 ）,3、促进啤酒的成熟 啤酒风味成熟是复杂过程，它包括还原、氧化、酯化、聚合等过程。 在主酵结束时总双乙酰包括前驱物质水平在0.200.30之间，通过后酵和贮酒（主要为后酵），由醇脱氢酶还原而降低双乙酰。酵母出芽会形成双乙酰前驱物质。 啤酒发酵成熟指标之一：双乙酰 0.1(mg/l)或更低0.05 mg/l，发酵完全停止后，由于醇脱氢酶存在，双乙酰继续缓慢还原，即使品温在0也能进行。,乙醛

19、是乙醇前驱物质，在后酵中能使啤酒风味柔和。成熟啤酒乙醛 30mg/L。 酯化:长期后酵和贮酒会增加啤酒贮藏香味，在后酵、贮酒过程，挥发酯将增加30100,乙酸乙酯最多。 RCHO+R1CHORCOOCH2R1 RCH2OH+R1COOHRCOOCH2R1+H2O 硫化物超过味阀值含量,是啤酒风味有害物质。 H2S5.0mg/l，SO220mg/l，CH3SCH30.1mg/l,4、促进啤酒澄清 (1)、影响澄清的主要因素 酵母絮凝性和酵母细胞浓度 后发酵度 贮藏温度 啤酒成分 贮酒容器 (2)、加速澄清的措施 添加五倍子单宁 添加明胶或鱼膘胶 加蛋白酶,三、啤酒大罐发酵 (一)、概述及分类 发

20、酵容积从小型化1030m3逐步走向大型化100600 m3（钱江啤酒厂600 m3）三得利200m3左右,大罐室外发酵逐步取代冷藏库内啤酒传统发酵。 大罐发酵分 一罐法（单酿罐）：前、主、后、贮全部在一罐中完成 ；国内厂家一般采用此法。 两罐发酵 ：i 前、主在发酵罐中完成，后、贮在贮酒罐中完成 ii前、主、后在发酵罐中完成，贮在贮酒罐中完成 国外和国内大厂、质量要求较高的厂家均采用两罐法发酵，特别喜欢使用后一种发酵法,(二)、大罐结构特点-大型化100600m3 1. 设备外形特点 2. 罐体材料 3.冷却套管 a 换热片式：一次性冷媒直接蒸发式换热 如用氨（或氟里昂）其蒸发温度34，蒸发后

21、压力在1.01.2MPa b 弧形管或米勒板式：低温低压（13 0.03 MPa）（国内中型） 使用的是二次冷媒： i 2030酒精水溶液 ii 20丙二醇水溶液,冷却夹套分为三段： 上段距发酵液面15cm向下排列。 中部在筒体的下部支撑裙座15cm向上。 锥底尽可能靠近排酵母口向上排列。 正常情况下:水的凝固点为0， 啤酒为2.02.7 经验公式： 啤酒冰点t()=-(A0.42+P0.04+0.2) A:酒精含量（m/m） P:啤酒原麦汁浓度 c 其他罐附件 温度传感器、CIP（原位自动程序清洗）、安全网、人孔、视镜、CO2排气管、空气管、出酒管、排酵母底网等。,(三)、大罐发酵的特点 1

22、.加速发酵加速发酵理论 提高发酵温度可加速发酵 传统法 （前）主 后 贮 总计 低温 8.5 4.52.0 0 53天 89天 1421天 30天 中温 12 72 0 36天 7天 914天 20天 快速10天 快26天,大罐法 （前）主 后 贮 总计 低温 9 9 20 67天 79天 58天 中温 12 12 20 5天 57天 57天 传统酿造周期,低温需50天；中温快速2536天 大罐酿造周期 一罐法1622天；两罐法 2030天 比较：大罐可缩短周期23倍，大幅度降低罐数，节省投资。,1624天,1519天, 提高酵母密度：可以使前期发酵提前，略加强中期发酵，而后期发酵没有后劲，这

23、样也可以加速发酵，缩短时间 强化对流：（使麦汁与酵母充分接触）可加速发酵。 大罐里主要有三个推动力得到强化 a 罐底部产生的CO2气泡上升对发酵液的推动力。 b 发酵阶段底部酵母密度大于缸上部，底部降糖快，酒精生成快，造成上下罐密度差造成对流。 c 在发酵时控制罐下部温度高于上部12，由于温差引起热对流，特别在发酵后期前面推动力减小后，温差对流更能发挥作用。 快速发酵理论是大罐发酵的理论基础。,2.节省厂房投资，节省冷耗。 传统发酵在冷藏库内发酵和贮酒；而大罐发酵可部分或全部在室外，而且总面积少，厂房投资省。 传统发酵冷量多消耗在冷却厂房、空气、人、机器（泵、电机）；而大罐发酵直接冷却发酵罐和

24、酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高，大罐比传统节省50%左右冷耗。 3.CIP原位自动程序清洗消毒 传统发酵（池或罐）：依赖人工清洗和消毒 大罐：依靠CIP工艺更易保证确保纯种发酵,4.大罐发酵弱点 、罐体高，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56代） 、贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化，如现在一般啤酒厂使用硅藻土、PVPP（聚乙酰聚吡咯烷酮） 、由于大罐体积大，罐壁温度很难在短时间内达到一致，这样给发酵控制带来困难,(四)、大罐发酵工艺 1.麦汁控制 、溶解氧水平高（密闭）（89mg/L） 、清明透亮，冷凝固蛋白去除。 N比传统要求严格180mg/L(12p) 2.酵母品种 、CO2高浓度，发酵变化大 、稳定性好，菌株不易退化。 、凝