第四章啤酒发酵

1、第一节第一节 酵母及发酵机理酵母及发酵机理 一、啤酒酵母一、啤酒酵母(一一)、 啤酒酵母按发酵方式分类啤酒酵母按发酵方式分类 啤酒酵母（上面）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）卡尔斯伯酵母（下面）: :最适温度最适温度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。(二二)、凝聚性（、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

2、。粉末型酵母：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：凝聚型酵母：达到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：弱凝聚型酵母：或絮凝性酵母，介于上述两者之间。(三三)、酵母的培养、酵母的培养(最适温度最适温度3134 )酵母扩培过程：斜面种子酵母扩培过程：斜面种子 液体试管液体试管 三角瓶液体培养三角瓶液体培养 小卡氏罐培养小卡氏罐培养 大卡氏罐培养大卡氏罐培养 一级繁殖罐一级繁殖罐二级繁殖罐二级繁殖罐 发酵发酵 28 10 1112 1213 1315 20 25 卡氏罐卡氏罐螺纹密封圈螺纹密封圈接

3、种头接种头取样阀取样阀手柄手柄空气过滤器空气过滤器连续增殖的酵母扩培设备连续增殖的酵母扩培设备二、啤酒发酵机理二、啤酒发酵机理影响啤酒质量的主要因素：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（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202

4、5，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：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：葡萄糖阻遇效应：当麦汁中含有高于0.20.20.50.5葡萄糖时，葡萄糖会抑制酵母分泌麦芽糖渗透酶渗透酶，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：巴士德效应：啤酒酵母对各种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

5、效应”。反巴士德效应：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（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啤酒酵母只能分泌少量的蛋白酶，因此，啤酒酵母只能从麦汁中吸收氨基酸、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

6、副产物的形成和分解（三）发酵副产物的形成和分解 生青味物质：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：芳香物质：高级醇、酯，决定啤酒的香味。 风味物质强度风味物质强度(Fu)=(Fu)= 物质在啤酒中含量物质在啤酒中含量/ /该物风味值该物风味值 Fu1.0，感到强烈， Fu = 0.5-1.0，能接受 Fu 0.5，不会影响风味 1 1、双乙酰、双乙酰( (联二酮联二酮) ) 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。na 芳香物质芳香物质 b 生青味物质生青味物质 联二酮的合成和分解过程联二酮的合成和分解过程 前驱体的形成

7、前驱体的形成 与酵母菌种、酵母量与酵母菌种、酵母量 ( (丙酮酸到乙酰乳酸丙酮酸到乙酰乳酸) ) 氧含量有关氧含量有关 氧化脱羟成双乙酰、氧化脱羟成双乙酰、 降低降低pHpH、提高温度、提高温度 戊二酮戊二酮 氧气吸入可促进氧气吸入可促进联二酮还原联二酮还原(双乙酰双乙酰 乙偶姻乙偶姻(3-羟基羟基-2-丁酮丁酮) 丁二醇丁二醇 )影响双乙酰分解的因素：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100mg/L(口味差)4 4、酯、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

8、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 5、硫化物、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DMS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 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 12度啤酒总酸度啤

9、酒总酸0.3mg/l） ，为提高，为提高VDK 还原，可采用还原，可采用56.5 (3)、下酒的酵母浓度、下酒的酵母浓度 传统法传统法5 10 6个个/ml 为提高为提高VDK 还原，可采用还原，可采用(1020) 10 6个个/ml(4)、沉淀酵母收集和、沉淀酵母收集和“饲养饲养” 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（质和死酵母，中层（75）是正常凝聚酵母。）是正常凝聚酵母。

10、中层酵母泥送至酵母饲中层酵母泥送至酵母饲养室，边加无菌水（养室，边加无菌水（12C）边经）边经100目振荡筛，除去夹杂酒花树脂和目振荡筛，除去夹杂酒花树脂和热凝固性蛋白质，筛下的酵母泥再用热凝固性蛋白质，筛下的酵母泥再用12C无菌水漂洗无菌水漂洗2 3次（每隔次（每隔2 3小时换水一次）。小时换水一次）。 饲养：酵母保存在饲养：酵母保存在1 2C冰水下（称为冰水下（称为“饲养饲养”）1 3天（不超过天（不超过5天，每天换天，每天换1 2次水），次水）， 饲养无菌冰水有适宜离子浓度（饲养无菌冰水有适宜离子浓度（300mg/L总离子），总离子），Ca2+ 50mg/L。 酵母代数：新扩大培养得到酵

11、母，生产上称为酵母代数：新扩大培养得到酵母，生产上称为“零零”代，此酵母每代，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。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。 (三三)、传统啤酒后发酵和贮酒、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。氧化碳的溶解、促进啤酒的澄清。 1、糖类继续发酵、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。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麦汁中约有麦汁中约有1.01.

12、41糖类被发酵。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。放热。 大、中型厂：后酵和贮酒室分隔成若干独立室，在后酵大、中型厂：后酵和贮酒室分隔成若干独立室，在后酵710天天可以控制室温可以控制室温34C，从而保证后酵在，从而保证后酵在45C，在七天以后逐，在七天以后逐步降至步降至01C，使酒能进入低温贮酒阶段。，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，一般控制在小型厂：后

13、酵和贮酒常常只有一个低温室，一般控制在20.3C。2、增加、增加CO2的溶解的溶解 CO2作用：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，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，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。在啤酒中溢出能拖带出啤酒芳香味散发。 要求：瓶装啤酒要求：瓶装啤酒CO2含量常达含量常达0.450.53%( m/m), 啤酒啤酒CO2体积比为体积比为2.22.71（L/L）。）。 传统主酵溶解在嫩啤酒中传统主酵溶解在嫩啤酒中CO2仅为仅为0.20.28(mm) 啤酒工厂常用如下

14、经验式，预测贮酒阶段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（为贮酒缸气压（MPa）,t:啤酒品温啤酒品温 ） 3、促进啤酒的成熟、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。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。原而降低双乙酰。酵母出芽会形成双乙酰

15、前驱物质。 啤酒发酵成熟指标之一：双乙酰啤酒发酵成熟指标之一：双乙酰 0.1(mg/l)或更低或更低0.05 mg/l，发酵完全停止后，由于醇脱氢酶存在，双乙，发酵完全停止后，由于醇脱氢酶存在，双乙酰继续缓慢还原，即使品温在酰继续缓慢还原，即使品温在0也能进行。也能进行。乙醛是乙醇前驱物质，在后酵中能使啤酒风味柔和。成乙醛是乙醇前驱物质，在后酵中能使啤酒风味柔和。成熟啤酒乙醛熟啤酒乙醛 30mg/L。酯化酯化:长期后酵和贮酒会增加啤酒贮藏香味，在后酵、贮长期后酵和贮酒会增加啤酒贮藏香味，在后酵、贮酒过程，挥发酯将增加酒过程，挥发酯将增加30100,乙酸乙酯最多。乙酸乙酯最多。 RCHO+R1C

16、HORCOOCH2R1 RCH2OH+R1COOHRCOOCH2R1+H2O 硫化物超过味阀值含量硫化物超过味阀值含量,是啤酒风味有害物质。是啤酒风味有害物质。 H2S5.0mg/l，SO220mg/l，CH3SCH325253636天天 大罐酿造周期大罐酿造周期 一罐法一罐法16162222天；两罐法天；两罐法 20203030天天 比较：大罐可缩短周期比较：大罐可缩短周期2 23 3倍，大幅度降低罐数，节省投资。倍，大幅度降低罐数，节省投资。 1624天天1519天天 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

17、发酵没有后劲，这样也可以加速发酵，缩短时间劲，这样也可以加速发酵，缩短时间 强化强化对流：（使麦汁与酵母充分接触）可加速发酵。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大罐里主要有三个推动力得到强化 a 罐底部产生的罐底部产生的CO2气泡上升对发酵液的推动力。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。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，由于温差引起热

18、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。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。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。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，厂房投资可部分或全部在室外，而且总面积少，厂房投资省。省。 传统发酵冷量多消耗在冷却厂房、空气、人、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机器（泵、电机）；而大罐发酵直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质在强制循

19、环下，传热系数和酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高，大罐比传统节省高，大罐比传统节省50%左右冷耗。左右冷耗。3.CIP原位自动程序清洗消毒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传统发酵（池或罐）：依赖人工清洗和消毒大罐：依靠大罐：依靠CIP工艺更易保证确保纯种发酵工艺更易保证确保纯种发酵 4.大罐发酵弱点大罐发酵弱点、罐体高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使、罐体高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一般比传统低（只能使用用代数一般比传统低（只能使用56代）代）、贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化，、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、如现在一

20、般啤酒厂使用硅藻土、PVPP（聚乙酰聚吡咯烷酮）（聚乙酰聚吡咯烷酮）、由于大罐体积大，罐壁温度很难在短时、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间内达到一致，这样给发酵控制带来困难(四四)、大罐发酵工艺、大罐发酵工艺 1.麦汁控制麦汁控制 、溶解氧水平高（密闭）（、溶解氧水平高（密闭）（89mg/L） 、清明透亮，冷凝固蛋白去除。、清明透亮，冷凝固蛋白去除。 N 比 传 统 要 求 严 格比 传 统 要 求 严 格180mg/L(12p)2.酵母品种酵母品种 、CO2高浓度，发酵变化大高浓度，发酵变化大 、稳定性好，菌株不易退化。、稳定性好，菌株不易退化。 、凝聚性好，排放酵母方便。、凝聚性好，排放酵母方便。3.接种量、接种温度接种量、接种温度(起酵起酵 )、主酵温度、主酵温度、麦汁直接进缸，为了缩短发酵时间，大多采、麦汁直接进缸，为了缩短发酵时间，大多采用较高接种量用较高接种量0.60.8，接种后酵母密度为，接种后酵母密度为（153）106（个（个/ml），为了减少双乙酰），为了减少双乙酰(VDK)前驱物质前驱物质乙酰乳酸生成量，要求满罐乙