发酵食品工艺学

发酵食品工艺学教案讲义（二合一）二级学院（部、中心）食品科学学院1学科（专业）食品科学与工程1课程课时48学时授课对象08食品本授课教师马长中职称职务讲师教材名称发酵产品工艺学2011年8月13日1发酵食品工艺学第一章酒与酒精第一节啤酒1教学目标：使学生掌握啤酒、下面啤酒酵母和上面啤酒酵母的概念、啤酒酿造原料、啤酒花的酿酒功能、麦汁煮沸与添加酒花的目的、主发酵的物质变化，了解啤酒及其种类、麦芽制备、麦芽汁的制备、啤酒酵母的种类、啤酒酵母的扩大培养、啤酒主发酵。2教学内容：主要讲啤酒概述、啤酒酿造原料、麦芽制备、麦芽汁的制备、啤酒主发酵。3重点和难点：啤酒、下面啤酒酵母和上面啤酒酵母的概念；啤酒酿造原料；主发酵的物质变化。4教学方法：采用讲授式、启发式、问答式相结合的教学方法。5教学手段：传统讲解。6学时分配：理论2学时。7教学进程：一、概述（一）啤酒及其种类1.定义由大麦和酒花制成的含有CO2的酒精饮料。2.种类下面发酵啤酒（1）按生产方法和酵母种类分下面发酵啤酒营养啤酒(麦汁浓度2.5~5％)（2）按啤酒的原麦汁浓度分佐餐啤酒(麦汁浓度4~9％)贮藏啤酒(麦汁浓度10~14％)2高浓度啤酒(麦汁浓度13~22％)浅色啤酒（3）按啤酒的色泽分浓色啤酒黑色啤酒鲜啤酒（3）按啤酒是否杀菌分熟啤酒纯生啤酒（二）啤酒生产工艺过程1.制麦大麦→粗选→精选→浸麦→发芽→绿麦芽→烘干、除根↓成品麦芽2.糖化麦芽及辅料→粉碎→糊化、糖化→过滤→煮沸→冷却→冷麦汁↑↑水酒花3.发酵冷麦汁→主发酵→后发酵4.后处理及包装后发酵完的酒液需进行过滤，才能包装出售二、啤酒酿造原料（一）大麦（barley）1.大麦的形态大麦由胚、胚乳和皮层构成。胚是大麦的重要组成部分，根、茎、叶就有此生长。胚一旦死亡，大麦就失去发芽力。胚乳是胚的营养仓库，由贮藏淀粉的细胞层和贮藏脂肪的细胞层构成。皮层内含有桂酸、单宁苦味物质等，对酿造有害，但皮壳在糖化醪过滤时可作为过滤层而被利用。32.大麦的种类根据大麦在穗轴上的排列方式不同，可将大麦分为二棱大麦、四棱大麦和六棱大麦。酿造啤酒通常用二棱大麦。3.大麦的化学成分（1）碳水化合物主要是淀粉，占大麦干物质的58%~65%，另外还有纤维素、半纤维素和麦胶物质、糖类等。（2）蛋白质占大麦干物质的9%~12%，其中一部分是酶类。大麦经过发芽后，酶的种类和活力会有所增加。（3）类脂物质占大麦干物质的2%~3%，其中95％以上为甘油三酸酯，它们对啤酒的风味稳定性和泡持性有不利影响。（4）无机盐占大麦干物质2.5%~3.5%，对发芽、糖化及发酵有很大影响。胚乳皮层胚4(5)其它磷酸盐、维生素、酚类物质等。4.原料大麦的质量鉴定千粒重为34~45g，发芽力≧90%，发芽率≧96%。水分为12%~13%，淀粉为63%~65%，蛋白质为9%~12%。(二)啤酒花（hops)啤酒花简称酒花，又称蛇麻花。蛇麻为大麻科葎草属多年生蔓性草本植物，系雌雄异株，用于啤酒酿造者为成熟雌花。1酒花成分酒花树脂：10%~20%；酒花油：0.5%~2%；多酚物质：2%~5%；其他：单糖、蛋白质、果胶、脂和蜡等。2啤酒花的酿酒功能酒花树脂—赋予啤酒特有的苦味和防腐能力；酒花油—赋予啤酒香味；多酚物质—具有澄清麦汁和赋予啤酒醇厚酒体的作用。酒花树脂包括α-酸、α-酸等成分，其中α-酸是啤酒苦味的主要来源，也是衡量啤酒花质量优劣的重要指标之一。2保藏要求低温贮存。以避免-酸被氧化。3酒花制品酒花粉、酒花浸膏、酒花油、颗粒酒花。（三）辅料1.使用辅料的作用①降低啤酒生产成本，②有利于提高啤酒的非生物稳定性和降低啤酒色度，③提高设备利用率，简化生产工序2.辅料的种类及使用量大米——国内大多数厂家使用；玉米——少数厂用。使用量——原料的20％~30％，有的厂高达40%~50%。大麦——国外使用，使用量不超过20%。另外，也可直接添加糖类，如蔗糖、葡萄糖和糖浆等，使用量一般为原料5的10%。（四）水除符合饮用水标准外，还需满足酿造专业要求。三、麦芽制备（一）浸麦1.浸麦的目的使大麦吸收充足的水分，利于发芽；洗去大麦表面的尘埃、泥土和微生物。2.浸麦方法及操作要点湿浸法：湿浸法几乎被淘汰。间歇浸麦法：又叫断水浸麦法，即先将大麦上水浸泡一段时间，然后把水放掉，进行空气休止，并通风排CO2，一段时间后再放进新鲜水浸泡，如此反复，直至达到所要求的浸麦度。常用的有浸2h断6h、浸4断4、浸4断6等。整个浸麦时间约40~72h。喷雾浸麦法：喷雾浸麦法的特点耗水量较少，供养充足，发芽速度快。浸麦水温一般不超过20℃3.浸麦度大麦浸渍后所含水分的百分率，一般为43%~48%。（二）发芽1.发芽技术条件发芽温度：浅色麦芽控制在12~16℃，浓色麦芽控制在18~22℃。空气相对湿度：大于95%。发芽时间：浅色麦芽控制为6d，浓色麦芽为8d。2.发芽方法地板式发芽和通风式发芽。地板式发芽是传统发芽方法，现已逐步被通风式发芽所取代。目前，使用较普遍的是萨拉丁（Saladin）发芽箱。3绿麦芽的质量检验发芽好的麦芽称为绿麦芽，要求新鲜、松软、无霉烂；溶解良好手指搓捻呈粉状，发芽率在90%以上；叶芽长度为麦粒长度的2/3~3/4。麦芽溶解——麦粒中胚乳结构的化学和物理性质的变化。（三）绿麦芽干燥和后处理1.干燥目的①停止绿麦芽的生长和酶的分解作用；②除去多余的水分，防止麦芽腐败6变质，便于贮藏；③使麦根干燥，便于脱落除去；④除去绿麦芽的生青味，增加麦芽的色、香、味。2.干燥过程（1）凋萎期一般从35~40℃起温，每小时升温2℃，最高温度达60~65℃，所需时间15~24h。此阶段要求风量大，每2~4h翻麦一次。麦芽干燥程度含水量在10%以下。（2）焙燥期麦芽凋萎后，每小时继续升温2~2.5℃，最高温度达75~80℃，约需5h，使麦芽水分降至5%左右，此期间每3~4h翻动一次。（3）焙焦期此阶段进一步提高温度至85℃，使麦芽含水量降至5%以下。深色麦芽可增高焙焦温度至100~105℃。整个干燥过程约24~36h。四、麦芽汁的制备包括:原、辅料粉碎、糖化、麦汁过滤麦汁、煮沸和添加酒花、麦汁冷却等。（一）麦芽及辅料粉碎1.麦芽粉碎干粉碎、湿粉碎、增湿干粉碎。2.辅料粉碎大米、玉米等辅料粉碎多使用锤式粉碎机，要求有较大的粉碎度，粉碎成细粉状，有利于糊化和糖化。（二）糖化糖化—利用麦芽中所含有的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽和辅料中的不溶性大分子物质（淀粉、蛋白质、半纤维素等）逐步分解为可溶性的低分子物质的分解过程。由此制备的浸出物溶液就是麦汁。1.糖化工艺技术条件（1）料水比淡色啤酒为1：4~5；且第一次麦汁浓度控制在14%~16%；浓色啤酒为1：3~4；第一次麦汁浓度控制在18%~20%。（2）糖化温度一般分几个阶段进行控制，每个阶段所起的作用是不同的。如下表所示。7温度℃控制阶段作用35~40浸渍阶段利于酶的浸出和酸的形成。并有利于-葡聚糖的分解45~55蛋白质分解阶段温度偏向下限，氨基酸生成量多；温度偏向上限，可溶性氮生成量多。62~70糖化阶段在62~65℃下，生成的可发酵性较多，适于制造高发酵度啤酒；在65~70℃下，适于制造低发酵度啤酒。75~78糊精化阶段-淀粉酶仍起作用，而其它酶则受到抑制或失活。（3）pH比较合理的糖化pH应为5.6左右。对残余碱度较高的酿造水应加石膏、加酸等处理；也可添加1%~5%的乳酸麦芽。（4）糖化时间随不同的糖化方法而时间不同。2.糖化方法（1）煮出糖化法将部分糖化醪液分批地加热到沸点，与其余未煮沸的醪液混合，使全部醪液的温度分阶段的升高到不同酶分解底物所要求的温度，最后达到糖化终了温度。根据部分醪液煮沸的次数不同可分为一次、二次和三次煮出法。（2）浸出糖化法将全部醪液从一定的温度开始，缓慢分段升温到糖化终了温度，利用酶的作用进行糖化的一种方法。糖化过程：采用两段式糖化，先经过62.5℃糖化，再升温至酶所需温度。（三）麦芽醪的过滤1.过滤目的和方法过滤目的：糖化结束后，应立即过滤，把麦汁和麦糟分开以免影响半成品麦汁的色、香、味，另外，麦汁中微小的蛋白质颗粒，会破坏泡沫的持久性。麦汁过滤方法：过滤槽法、压滤机法、快速过滤槽。（四）麦芽汁煮沸与酒花添加1.麦汁煮沸与添加酒花的目的①蒸发多余的水分，使麦汁浓缩到规定的浓度；②溶出酒花中的有效成分，增加麦汁的香气、苦味和防腐能力；③促进蛋白质凝固析出，增加啤酒稳定性；④破坏全部酶，进行热杀菌，以保证最终产品的质量；8⑤通过煮沸形成一些还原性物质，以保持啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。2.麦汁及酒花在煮沸过程中的变化蛋白质的凝固—温度高于85℃时蛋白质热变性而凝固析出；酒花成分的溶出—部α-酸转变成α-酸，α-酸比α-酸易溶解，且具有良好的苦味和防腐能力。α-酸较α-酸难溶解，其溶解产物能赋予麦汁可口的香气。麦汁颜色的变化—在煮沸过程中，还原糖与氨基酸发生糖氨反应，生成类黑精，使麦汁颜色加深。还原物质的形成——麦汁经煮沸后，生成类黑精、还原酮等，还原能力有显著增加。3酒花的添加添加方法:通常分3次添加，即麦汁初沸时—添加20%的酒花，煮沸40min后—添加40%，煮沸终了前10min—添加40%。添加量：一般为0.15%~0.2%。优质酒花一般在最后添加，使酒花中的香味成分能较多的保留在麦汁中。（五）麦芽汁的冷却与澄清1冷却目的与要求降低温度，适于酵母发酵；去除热、冷凝固物，保证发酵正常进行；增加麦汁的溶解氧，利于酵母的生长繁殖。2冷却方法采用二段冷却，即先冷却到55~60℃，再冷却到发酵温度。第一段冷却：排除热凝固物（50%~60%蛋白质、16%~20%酒花树脂、2%~3%灰分、20%~30%其他有机物）。第二段冷却：排除冷凝固物（主要是蛋白质与单宁的络合物）3麦汁的澄清一般采用板框压滤机或离心分离机。五、发酵（一）啤酒酵母的种类1下面啤酒酵母发酵终了时，酵母很快凝结成块并沉积到发酵容器底部。细胞多呈卵圆形，胞内含有转化酶和蜜二糖酶，能完全发酵棉子糖。92上面啤酒酵母发酵终了时，酵母很少下沉到发酵容器底部。细胞多呈圆形，胞内只含有转化酶，只能完全1/3发酵棉子糖。（二）啤酒酵母的扩大培养斜面试管→富氏瓶培养→巴氏瓶培养→汉森罐培养→酵母繁殖槽→主发酵池（三）主发酵1.工艺过程及管理接种量：0.4%~0.6%泥状酵母，为了便于管理,根据发酵现象,将主发酵过程分为低泡期、高泡期、和落泡期三个阶段。低泡期—接种后20h左右即进入主酵期，再经4~5h后发酵液表面出现洁白而致密的泡沫，逐渐形成菜花状。特点：品温每天上升0.5~0.8℃，日降糖为0.3~0.5Bx。不需要人工降温。高泡期—泡沫层呈卷曲状隆起，高达20~30cm。特点：降糖最快，每天降糖1~1.5Bx，品温最高达9℃，此时应注意降温。落泡期—高泡期过后，发酵力逐渐减弱，泡沫层逐渐低落，泡沫变为棕褐色。特点：品温每天下降0.4~0.9℃，日耗糖为0.5~0.8Bx。落泡期约为2d。2主发酵过程中的物质变化(1)糖的发酵酒精与CO2的生成：麦汁中80%的可发酵性糖经酵母作用生成酒精、二氧化碳和其他付产物（醇、醛、酸、酯）。（2）杂醇油的生成杂醇油——高级醇的总称。其中，异戊醇、α-苯乙醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯以及乙酸苯乙酯构成了啤酒的主要香味成分。但啤酒中杂醇油含量过高，饮用后有头痛感。影响高级醇生成量的因素有：辅料或酒花用量过多；麦汁含氮量过高；酵母添加量少；发酵温度高或pH高；麦汁中氨基酸含量过高或过低。（3）羰基化合物的生成包括醛类和酮类，主要为乙醛和双乙酰。乙醛：含量超过界限值时，啤酒呈粗糙的苦味，且有辛辣的腐烂青草味。双乙酰：其含量多少是啤酒口味成熟的重要标志。当啤酒中的双乙酰含量10超过限量值时，会有馊饭味。乙醛、双乙酰、硫化氢三者构成嫩啤酒固有的生青味。降低发酵液中双乙酰含量的措施适当提高发酵温度，使-乙酰乳酸在前酵期尽快生成双乙酰，以便酵母有足够的时间还原双乙酰。增加酵母接种量；保证麦汁中-氨基氮含量在180ml/L以上。（4）有机酸