第五章啤酒发酵

1、第一节 啤酒酵母第五章第五章 啤酒发酵啤酒发酵 人类酿酒的历史比人类文明还早，但对酿酒本质的认识却很晚。1680年荷兰列文-虎克制作原始显微镜；小圆物1818捷克斯洛伐克科学家爱文斯本活的生物1837法国拉图勒、德国施旺以出芽的方式繁殖，并将其命名为“糖真菌”，后来，梅因在分类时命名，法国路易-巴斯德确立发酵生物学，德国汉逊进行单细胞分离和纯种培养。 酵母：能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳和酒精，液面上生成“膜”，器底形成沉淀的生物，统称为“酵母”。 广义上说，凡是单细胞、繁殖时间较长的低等真核生物，统称为“酵母”。一、酵母的分类一、酵母的分类 酵母在分类学上属于真菌门-子囊菌纲-原子囊亚纲

2、-内孢霉目-酵母科-出芽酵母亚科-酵母属-种：用于酿造的有两个种：上面酵母上面酵母上面啤酒、下面酵母下面酵母下面啤酒。啤酒专业刊物：S.cerevisiae 上面酵母 S.carlsbergensis 下面酵母一般M书刊将S.cerevisiae 称为啤酒酵母（上面酵母）. 啤酒酵母（上面酵母）.麦汁中培养三天，按长宽比分三组1）长宽比1-2，圆形或卵形，用于生产酒精和白酒2）长宽比1：2，用于啤酒、果酒和面包发酵3）大于2，耐高渗透压，用于糖蜜酒精和朗姆酒生产。 没有蜜二糖酶，只能发酵1/3棉子糖，不能发酵乳糖。能发酵葡萄糖，麦芽糖，蔗糖。 葡萄汁酵母 能发酵全部棉子糖。沿用卡尔酵母老名称。

3、 发酵结束时，酵母很快凝结成块并沉积到发酵容发酵结束时，酵母很快凝结成块并沉积到发酵容器底部，又称器底部，又称下面发酵酵母下面发酵酵母 圆形，卵形，椭圆形或长圆形 各大型啤酒厂有自己独特的菌株，长期驯养、选育获得。差别在于繁殖速率，增值倍数，凝聚性，耐性，抗性等生产特性上。 独特的菌株形成酿造技术和啤酒风味的多样化。上面酵母与下面酵母主要区别对棉子糖的发酵能对棉子糖的发酵能力不同力不同-鉴别两种鉴别两种酵母的主要特征。酵母的主要特征。 对棉子糖的发酵能力不同，是鉴别两种酵母的主要特征。 棉子糖的构成：-半乳糖-葡萄糖-果糖 -半乳糖与-葡萄糖是以-1.6糖苷键连接，-葡萄糖与-果糖是以1-2

4、糖苷键连接。要打开-1.6糖苷键，需要有密二糖酶；要打开1-2 糖苷键，需要有转化酶（蔗糖酶）。上面酵母细胞内因没有密二糖酶，所以只能发酵1/3棉子糖；下面酵母细胞内即有密二糖酶、也有转化酶，所以能全部发酵棉子糖。二、结构 为真核生物，有细胞壁和细胞膜，细胞之内有细胞器。三、生活史 双倍体细胞，17对染色体。形成子囊孢子时减数分裂。子囊孢子脱离母体出芽形成单倍体 有两种类型生活史。同宗结合没有单倍期，异宗结合有。四、啤酒酵母的凝絮性四、啤酒酵母的凝絮性上面啤酒酵母：发酵时随CO2漂浮在液面上，发酵终了形成酵母泡盖，长时间放置很少沉淀。发酵1/3下面酵母下面酵母：发酵过程中酵母分散，发酵终了酵母

5、凝结成块，沉于容器底部。可发酵全部棉子糖鉴别特征 ： 棉子糖 果糖 葡萄糖 半乳糖 蔗糖 蜜二糖 转化酶 蜜二糖酶下面酵母按凝聚性分：粉末、凝聚性、絮凝性 啤酒酵母的凝絮特性是重要的生产特性，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，影响啤酒过滤方法的选择，乃至啤酒风味。1.啤酒酵母絮凝性分类 1）酵母飘浮在发酵液表面，很难下沉，细胞之间比较分散的酵母叫粉末酵母粉末酵母。特点是：发酵度比较高，但发酵液不易澄清。 2）发酵初期酵母分散，达到某发酵度，细胞在啤酒发密度降低。发酵将近结束时，酵母凝聚细胞互相凝集形成菌团而沉淀在容器的底部。容易发生凝聚的酵母叫凝聚酵母凝聚酵母。 特点是：

6、发酵度比较低，发酵液澄清快。 凝聚点：发酵液中酵母细胞密度突然降低，形成凝块时的发酵度。 3）絮凝性酵母：发酵减弱后，酵母形成絮状沉淀，技术上器底形成沉底，振荡后很快分散，静置一段时间重新沉降。用于快速发酵制造清爽型啤酒。2.凝聚理论：不甚清楚，一般认为与酵母的遗传基因有关，至于是一个基因控制还是多个基因控制，观点不一。一般资料认为凝聚性受基因FLO1和FLO5控制。五、卡尔酵母的一般特性五、卡尔酵母的一般特性；细胞卵圆形、圆形、椭；3.58.0 5.011m菌落乳白色，边缘波浪性不整齐，突起，易挑起；可发酵葡、果、蔗、麦、麦芽三糖、半乳糖、棉子糖、密二糖。不能发酵异麦芽糖、异麦三糖、麦芽四糖

7、、糊精、淀粉。六、优良酵母的评估和筛选方法：六、优良酵母的评估和筛选方法： 啤酒工厂使用的啤酒酵母需经反复使用和考验，具有正常生理状态和特性，适合啤酒生产要求的培养酵母。 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。1、评估：、评估： 形态学上形态学上细胞形态：酵母细胞短轴：长轴细胞形态：酵母细胞短轴：长轴=1 ：11.5，均均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透明均一。明均一。细胞大小：中小型细胞大小：中小型 啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落呈乳白色啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落

8、呈乳白色至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈波状。波状。2.生理特性要求生理特性要求 (1)凝聚性凝聚性 (2)发酵度发酵度 (3)酵母死灭温度酵母死灭温度（4）产孢能力）产孢能力（5） 双乙酰峰值和还原速度双乙酰峰值和还原速度（6） 酵母对压力的耐受性酵母对压力的耐受性（7） 酵母的风味和泡沫性稳定性酵母的风味和泡沫性稳定性2.主要的生理特性要求 生理上选代数低，繁殖速度快，增殖级数大，发酵液中细胞浓度高的菌株。参考指标见P180 (1)凝聚性凝聚性凝聚性不同，酵母的沉降速度不同，发酵度也有差凝聚性不同，酵母的沉降速度不同，发酵度也有差异。啤酒

9、生产一般异。啤酒生产一般选择凝聚性比较强的酵母选择凝聚性比较强的酵母。常选用凝聚点常选用凝聚点45%的酵母。的酵母。 (2)发酵度发酵度反应酵母对麦芽汁中各种糖的利用情况，正常的啤反应酵母对麦芽汁中各种糖的利用情况，正常的啤酒酵母能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖等。一般酒酵母能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖等。一般啤酒酵母的真正发酵度应为啤酒酵母的真正发酵度应为5068左右。左右。最终发酵度（发最终发酵度（发酵度极限）酵度极限） 也叫最大外观发酵度也叫最大外观发酵度。测定方法是向协定麦汁中加1%的强壮酵母，在2530保温箱中使之发酵至不发生气泡，发酵液澄清为止，然后测其浓度

10、带入公式计算出的发酵度即为发酵度极限。 （4） 双乙酰峰值和还原速度双乙酰峰值和还原速度 优良啤酒：双乙酰峰值低，出现早，主酵后期还原优良啤酒：双乙酰峰值低，出现早，主酵后期还原快，含量下降迅速。且双乙酰的前驱物质在啤酒中快，含量下降迅速。且双乙酰的前驱物质在啤酒中残留较少，成品啤酒中双乙酰的含量少。世界各国残留较少，成品啤酒中双乙酰的含量少。世界各国优秀浅色啤酒的双乙酰含量均在优秀浅色啤酒的双乙酰含量均在0.030.06g/L。 （5） 酵母对压力的耐受性酵母对压力的耐受性 大罐发酵采用的酵母应有较强的耐压性。大罐发酵采用的酵母应有较强的耐压性。 （6） 酵母的风味和泡沫性稳定性酵母的风味和

11、泡沫性稳定性 优良酵母要求连续发酵优良酵母要求连续发酵10代以上代以上，发酵度、发酵速，发酵度、发酵速度、双乙酰的含量、酒的风格没变化。产生的泡沫度、双乙酰的含量、酒的风格没变化。产生的泡沫洁白细腻如奶油状。洁白细腻如奶油状。(7)酵母死灭温度酵母死灭温度是指一定时间内使酵母死灭的是指一定时间内使酵母死灭的最低温度，可作为鉴别菌株的内容之一。最低温度，可作为鉴别菌株的内容之一。一般啤一般啤酒酵母的死灭温度在酒酵母的死灭温度在5253，若死灭温度增高，若死灭温度增高，则说明酵母变异或污染野生酵母。则说明酵母变异或污染野生酵母。 （8）产孢能力一般啤酒酵母生产菌种都不能）产孢能力一般啤酒酵母生产菌

12、种都不能产生孢子或产孢能力极弱，而某些野生酵母能很产生孢子或产孢能力极弱，而某些野生酵母能很好产孢。根据此特性，可判别啤酒酵母是否混入好产孢。根据此特性，可判别啤酒酵母是否混入野生酵母。野生酵母。 筛选筛选在正常的情况下，筛选工作每年应进行在正常的情况下，筛选工作每年应进行12次，特别次，特别是在停产大修开工前应进行一次。如果在生产中发生是在停产大修开工前应进行一次。如果在生产中发生问题了。应及时做这项工作。问题了。应及时做这项工作。1、材料：保存的斜面、高泡酒、沉淀酵母泥、材料：保存的斜面、高泡酒、沉淀酵母泥2、处理：材料、处理：材料89 P麦汁活化麦汁活化23次次25，2d，用，用0.05

13、%EDTA-Na稀释至稀释至10-610-7，浇双重皿各三个。，浇双重皿各三个。27C培养培养23天，取正常菌落。剔出形态变异的菌种，天，取正常菌落。剔出形态变异的菌种，选择细胞大小、形态正常的菌落反复选择细胞大小、形态正常的菌落反复2-3次分离。次分离。分离单细胞分离单细胞-多级分离培养多级分离培养-发酵性能评定发酵性能评定-投入生产。投入生产。a、单细胞分离：从平板分离获得的菌落在进行单细胞分离，由一个细胞菌株培养后选若干菌株接入到试管中继续培养。b、进行形态和生理特性检验，通过检验获得符合生产菌株。c、进行生产规模的实验，中试或大试确定生产菌株12支七、啤酒酵母扩大培养1、出发菌株：保藏

14、菌株、外购2、简易扩培过程：斜面- 4只810%203d- 4只810%无花183d 1L 810%无花1546d 20L卡氏罐1012%有花麦汁10L/只10121015d200L种子罐1012%100120L/只10121012d-1.01.2m3繁殖槽. 培养成熟后，放走上层嫩酒，留部分酵母泥，加麦汁保持1213，通风20min/12h，发酵度3035%，60106个/mL降温至23低温贮存，以后重复进行。 斜面试管富氏瓶培养 巴氏瓶培养汉森罐培养 酵母繁殖槽 主发酵池a、从保存的菌种中分离。b、从生产中的酵母泥或主发酵液中分离。扩培过程 富氏瓶 巴氏瓶 卡氏罐 汉森罐 容量 20 ml

15、 5001000ml 1020L 150250L装麦汁量 10 ml 250500ml 510L 100200L麦汁浓度（%） 810 810 1012 1012 酒花 无 无 有 有培养温度（） 2527 2025 1520 1015培养时间（d） 23 23 46 46扩大倍数 25 20 20试管到汉森罐这一步在实验室进行，工厂把汉森罐作为保存菌种的手段。汉森罐内始终保存一部分酵母菌，一般200L，每个月把上面的酵母液放走180L，保存20L酵母泥，补充180L灭菌的麦汁，保持7-12繁殖。在汉生罐留下的约15左右的酵母培养液中，加入灭菌冷却后的麦汁，待起发后，准备下次扩大培养用。保存种

16、酵母的室温一般控制在23，罐内保持正压（0.020.03MPa），以防空气进入污染。实验室扩大培养的技术要求 应按无菌操作的要求对培养用具和培养基进行灭菌； 每次扩大稀释的倍数约为1020倍； 每次移植接种后，要镜检酵母细胞的发育情况； 随着每阶段的扩大培养，培养温度要逐步降低，以使酵母逐步适应低温发酵； 每个扩大培养阶段，均应做平行培养：试管45个，巴氏瓶23个，卡氏罐2个，然后选优进行扩大培养。生产现场扩大培养的原则是：生产现场扩大培养的原则是：（1）注意）注意控制温度顺序降低控制温度顺序降低，扩培稀释倍数不宜太大，以，扩培稀释倍数不宜太大，以45倍为宜，如果必要，可以追加麦汁。每次扩大培

17、养倍为宜，如果必要，可以追加麦汁。每次扩大培养的倍数约为的倍数约为510倍。倍。 （2）注意）注意移植的时间移植的时间，应在酵母的增殖率开始回降以前，应在酵母的增殖率开始回降以前移植，这个时候酵母出芽率在移植，这个时候酵母出芽率在90%以上，死亡率最小，以上，死亡率最小，移植后可迅速增殖。移植后可迅速增殖。（3）注意）注意通风供通风供氧，每次移植追加麦汁后，都要进行适量氧，每次移植追加麦汁后，都要进行适量的通风，保证发酵麦汁中具有的通风，保证发酵麦汁中具有810mg/L的溶解氧。的溶解氧。（4）每一步）每一步扩大后的残留液都应进行有无污染、变异的检扩大后的残留液都应进行有无污染、变异的检查查。

18、（5）每扩大一次，温度都应有所降低，但降温幅度不宜太）每扩大一次，温度都应有所降低，但降温幅度不宜太大。大。斜面试管斜面试管(原菌种原菌种)酵母活化酵母活化液体试管培养（液体试管培养（10mL，28，2-3天）天）小三角小三角瓶培养（瓶培养（1 (1020)，25）大三角瓶培养（大三角瓶培养（1 (1020)，23）卡氏罐培养（卡氏罐培养（510L，20，3-5天）天）汉森罐培养汉森罐培养（100L，1315，2天）天）一级酵母繁殖罐，一级酵母繁殖罐，12-13二级二级酵母繁殖罐，酵母繁殖罐，1112发酵，发酵，10逐级递降温度培养法逐级递降温度培养法l在汉森罐以前各级，由于采用较高培养温度在

19、汉森罐以前各级，由于采用较高培养温度(25-27)，酵母，酵母倍增时间短，无菌操作条件好，可采用倍增时间短，无菌操作条件好，可采用1 1020的扩培比例的扩培比例l汉森罐以后各级采用低温培养汉森罐以后各级采用低温培养(13)，酵母倍增时间长，杂，酵母倍增时间长，杂菌污染机会多，扩大比宜小，一般为菌污染机会多，扩大比宜小，一般为1 45。 扩大比应遵循的原则是：扩大比应遵循的原则是：名词：发酵度：发酵过程中浸出物浓度下降的百分率。发酵度：发酵过程中浸出物浓度下降的百分率。外观发酵度：生产现场用糖度表测量发酵液的浓外观发酵度：生产现场用糖度表测量发酵液的浓度计算得到的发酵度。度计算得到的发酵度。真

20、发酵度：将酒中乙醇蒸发之后，在用水补充至真发酵度：将酒中乙醇蒸发之后，在用水补充至原体积，然后测其发酵度。原体积，然后测其发酵度。 真发酵度真发酵度=外观发酵度外观发酵度 0.819发酵度极限发酵度极限最大外观最大外观：全部可发酵性糖都被：全部可发酵性糖都被发酵完毕测出的外观发酵度。发酵完毕测出的外观发酵度。 成品酒的发酵度应接近发酵度极限。成品酒的发酵度应接近发酵度极限。影响啤酒质量的主要因素：1、麦汁组成分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4、发酵容器的几何形状：影响发酵流态，酵母分布，CO2排出。5、发酵工艺条件：PH值、温度、溶氧水平、发酵时间等。第二节第二节 啤

21、酒发酵机理啤酒发酵机理麦汁中糖的组成麦汁中糖的组成：麦汁的浸出物中，糖占90% ；其中，单糖10%，蔗糖5%；麦芽糖占45-50%；麦芽三糖占10-15%界限糊精（DP48）占20-25%等。可发酵糖及顺序可发酵糖及顺序： 葡萄糖 果糖蔗糖 麦芽糖麦芽三糖 一、糖类发酵一、糖类发酵 葡萄糖、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的作用而磷酸化磷酸化； 蔗糖必须先受到酵母细胞壁分泌的转化酶转化酶水解成葡萄糖、果糖后才能渗透进入细胞； 麦芽糖、麦芽三糖要与细胞壁分泌的麦芽糖麦芽糖渗透酶渗透酶结合后才能输送到酵母体内，被水解酶水解后进入代谢途径。 当麦汁中含有高于当麦汁中含有高于0.2%

22、0.5%葡萄糖浓度时，葡萄糖浓度时，会抑制酵母分泌麦芽糖渗透酶，抑制麦芽糖的发酵，会抑制酵母分泌麦芽糖渗透酶，抑制麦芽糖的发酵，当低于当低于0.2%时，抑制解除，麦芽糖开始发酵。这称时，抑制解除，麦芽糖开始发酵。这称“葡萄糖阻遏效应葡萄糖阻遏效应”。 蔗糖转化酶与麦芽糖渗透酶之间也存在竞争性抑制（在发酵旺盛阶段暂时减慢）。麦芽三糖渗透酶也受到麦芽糖的阻遏，当麦汁还有1%麦芽糖，麦芽三糖就很难发酵。l 啤酒酵母对糖的发酵都是通过啤酒酵母对糖的发酵都是通过EMP途径生成丙酮酸后，途径生成丙酮酸后，进入有氧进入有氧TCA循环或无氧分解途径。酵母在有氧下经过循环或无氧分解途径。酵母在有氧下经过TCA循

23、环可以获得更多的生物能，此时无氧发酵被抑制，循环可以获得更多的生物能，此时无氧发酵被抑制，称为巴斯德效应。称为巴斯德效应。 巴士德效应巴士德效应反巴士德效应反巴士德效应”(或称或称“克拉勃脱效应克拉勃脱效应”) ：l在发酵基质在发酵基质(麦芽汁麦芽汁)中含有较高的中含有较高的葡萄糖葡萄糖(包括果糖包括果糖)浓度浓度(0.41.0%以上以上)时时,分子氧存在不能抑制发酵分子氧存在不能抑制发酵,有有氧呼吸反而受到一定抑制，氧呼吸反而受到一定抑制，这称这称“反巴士德效应反巴士德效应”(或或称称“克拉勃脱效应克拉勃脱效应”)。因此，在麦芽汁接种酵母后主。因此，在麦芽汁接种酵母后主要是无氧酵解途径，也存

24、在有少量有氧呼吸代谢。要是无氧酵解途径，也存在有少量有氧呼吸代谢。 EMP C2H5OH+CO2+能量+4ATP无O2糖发酵糖丙酮酸 CO2+H2O+能量+38ATP有O2TCA循环C12H22O11+H2O+4ADP+4Pi-4 C2H5OH+4CO2+4ATP+Q糖代谢反应式：100g麦芽糖理论上可产酒精53.8g可发酵糖可发酵糖只有9596%糖转化为酒精和和CO2，是代谢的主，是代谢的主产物；产物； 1.52.5%转化为其他发酵副产物转化为其他发酵副产物高级醇有机酸、脂类等，2.02.5%作为碳骨架合成新酵母细胞。作为碳骨架合成新酵母细胞。二、含氮物的变化二、含氮物的变化下降下降 麦汁接

25、种后，酵母必需吸收麦汁中的含氮物，用于合成酵母蛋白、核酸和其它含氮化合物，形成新酵母细胞。接种1520106个/ml高泡6070106个/mL 酵母对氨基酸的利用发酵初期：酵母对氨基酸的利用发酵初期： A A组：只有组：只有8 8种氨基酸迅速吸收，种氨基酸迅速吸收，麦汁中其麦汁中其它氨基酸只是缓慢地吸收或不吸收。它氨基酸只是缓慢地吸收或不吸收。 天冬酰胺、丝氨酸、苏氨酸、赖氨酸、天冬酰胺、丝氨酸、苏氨酸、赖氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺。精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺。 B B组：组：缓慢吸收。缓慢吸收。只有当前面只有当前面8 8种氨基酸浓种氨基酸浓度下降度下降50%50%以后以后, ,酵母才分泌其它氨基酸的酵母才分泌其它氨基酸的输送酶输送酶, ,输送其它氨基酸进入细胞体内。输送其它氨基酸进入细胞体内。 缬氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、组氨酸。组氨酸。 C C组：组：后期吸收。后期吸收。