啤酒发酵

啤酒发酵篇61245351－回旋沉淀2－麦汁冷却3－充氧4－酵母添加5－发酵罐和清酒罐6－啤酒过滤7－灌装7本篇内容第一章发酵中的物质转化第二章酵母扩培第三章传统啤酒发酵工艺第四章现代啤酒发酵工艺第五章酵母的添加、回收和保存第六章发酵设备啤酒发酵技术的发展◆缩短发酵时间（原90天，现45天青岛出口啤酒；原30天，现12～15天），采用一罐法◆高温发酵，加压发酵，固定化酵母法◆连续发酵法（多罐法和塔式法）◆上面发酵技术受青睐（酯香味浓）◆酵母属兼性微生物，在有氧和厌氧的条件下都能生存因所用酵母菌种不同，可分为上面发酵和下面发酵两种类型。上面发酵型啤酒采用上面酵母和较高的发酵温度16～22℃；下面发酵型啤酒采用下面酵母和较低的发酵温度7～12℃。第一章发酵中的物质转化◆整个发酵过程可大致分为3个阶段：（1）酵母适应阶段；（2）有氧呼吸阶段；（3）无氧发酵阶段。发酵变化应看作一个相互关联的过程。◆发酵期间通过酵母新陈代谢形成的副产物起着特殊的作用，这些副产物中的某些物质部分又被重新分解。◆这些副产物的形成和部分分解与酵母的新陈代谢密切相关，因此要引起注意。第一节发酵机理◆啤酒发酵是一个复杂的生化和物质转过程。◆酵母的主要代谢产物和发酵副产物：——乙醇和二氧化碳——醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等物质。这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，赋予啤酒以典型特色。两个代谢途径1.EMP—TCA循环产生酵母繁殖所需能量C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+6H2O+38ATP+热能（有氧呼吸）合2822kJ2.EMP—丙酮酸—酒精发酵途径（人们的目的）由葡萄糖发酵生成乙醇的总反应式为：C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2CH3CH2OH+2CO2+2ATP+113kJEMP途径EMP途径（续）TCA2乙醇+2CO2EMP途径酒精发酵2乙酰辅酶A2丙酮酸1葡萄糖柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸草酰琥珀酸α-酮戊二酸琥珀酰辅酶A琥珀酸反丁烯二酸苹果酸草酰乙酸H2OH2OCO2CO2H2OH2OTCA循环发酵机理的重要性•葡萄糖酒精发酵的生化机制是酒精制造和酒类酿造最基础的理论。（白酒、啤酒、酒精、黄酒、制醋等）•对啤酒酿造来说，除发酵代谢产物酒精和CO2是组成啤酒的最主要成分外，代谢过程中的EMP途径还是许多代谢产物生成的基础，因而熟知这个过程对研究其他啤酒风味成分也十分重要。第二节发酵过程中物质的转化◆麦汁营养丰富，为酵母细胞提供了良好的生存环境。酵母在麦汁中吸收营养物质，排泄代谢产物。◆糖类物质约占麦汁浸出物的90％，其中葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖和棉子糖称为可发酵性糖，是啤酒酵母的主要碳素营养物质，也是发酵中可利用的物质。一、糖类的代谢糖类的代谢◆麦汁中的DP9－DP12糊精、麦芽四糖、麦芽五糖至麦芽九糖等均为不可发酵性糖，又称非糖。在实际生产中糖与非糖的比例一般控制为7：3较合适。◆生产淡色啤酒，可发酵性糖含量略高，发酵度高，口味清爽；◆生产浓色啤酒，其非糖比例略高一些，以增加它的醇厚感。酵母营养转化示意图产物：主要代谢产物其它代谢副产物热能麦汁啤酒酵母营养物质碳水化合物氮类化合物矿物质维生素,微量元素表4—1全麦芽汁可发酵性糖组成葡萄糖阻遏效应（glucoseeffect）当麦汁中含有较多的葡萄糖时，会抑制酵母细胞分泌麦芽糖渗透酶。没有这种渗透酶的运载，麦芽糖不能进入细胞内，须待葡萄糖和果糖的浓度发酵降至一定程度后，才能消除这种抑制作用，酵母细胞才能分泌麦芽糖渗透酶，使麦芽糖得以进入细胞内，再经α-葡萄糖苷酶分解为单糖后，进行酵解。糖类代谢顺序◆麦汁中的可发酵性糖最主要的是麦芽糖50%◆麦汁中的糖分并不是同时发酵。酵母最先作用单糖，然后才能分解多糖。◆将可发酵性糖分为三类：——起发酵糖（单糖或己糖）；——主发酵糖（麦芽糖）；——后发酵糖（麦芽三糖）。特殊现象◆上面酵母，在有葡萄糖的存在下，仍能保持其发酵麦芽糖和麦芽三糖的能力，因此，上面酵母的发酵速度相对较快（发酵1/3的棉子糖）◆蔗糖也可被酵母发酵，因为酵母细胞壁上有转化酶（分解酶），因此蔗糖也可以像起发酵糖一样被酵母利用影响糖代谢速度的因素1.麦汁特性：发酵速度首先取决于麦汁中冷凝固物和热凝固物的分离程度、麦汁通氧量以及麦汁的组成。2.发酵温度：酒精发酵速度随温度上升明显加快，而低温下发酵速度会减慢。3.酵母浓度：酵母细胞和麦汁之间的接触面积对于物质转化非常重要。接触面积随酵母细胞浓度的增加而扩大。酵母量用细胞数个/ml表示。酵母细胞数在生长最旺盛阶段可达3~4×107个/ml，在某些工艺过程中甚至高达108个／ml。影响糖代谢速度的因素4.机械作用：机械运动如循环、搅拌等，可加强酵母细胞和麦汁的接触，使发酵剧烈进行。5.酵母菌种：发酵速度也是每个酵母菌种的遗传特性，不同酵母菌种的发酵速度也不相同。6.压力：在发酵过程中，压力不断上升，这会使发酵、酵母增殖和发酵副产物的形成逐渐停止。原因是溶解在啤酒中的CO2量及压力在不断增加。二、氮类物质的代谢◆吸收方式：生长旺盛的酵母需要吸收氮元素，在发酵起始阶段，酵母直接吸收氨基酸；在发酵阶段主要是氨基酸通过转化而产生新物质，用于合成细胞的蛋白质和其他的含氮化合物。◆功能：麦汁中含有氨基酸、肽类、蛋白质、嘌呤、嘧啶以及其他多种含氮物质。这些含氮物质很重要，可供酵母繁殖同化之用，并且对啤酒的理化性能和风味特点起主导作用。氨基酸的同化方法①脱氨②转氨③氧化脱氨④斯提克（Stickland）反应AA分为氧化剂、还原剂，两类AA共存时发生分子间的氧化还原反应，同时两个AA脱去氨基。方法①②同化AA约占80%，方法③约占20%，方法④比例很小多种氨基酸共存，同化速率较高◆培养基中，两种氨基酸同时存在，较一种单独氨基酸的的同化率可提高10％◆如用3种氨基酸，同化率可进一步提高8％◆含有多种氨基酸的麦汁，其氮的同化率较高氨基酸分类三组AA的重要性第一组AA易合成，意义不大。第二组AA浓度比较重要。此类氨基酸不足，必须由酮酸同类物合成，将大大影响成品啤酒的质量。第三组AA最重要。此类AA必须由外界吸收。若麦汁缺乏，将对发酵和啤酒质量产生不利，将会使糖代谢产生α－酮酸的需求量增大，使高级醇含量上升。麦汁中如果含有超量的氨基酸，会产生大量副产物，将对啤酒产生不利影响。酵母缺乏氮类物质的表现第三节其他代谢产物1.生青味物质——双乙酰、乙醛、硫化物这些物质赋予啤酒不纯正、不成熟、不协调的口味和气味。浓度高时对啤酒质量具有不利影响它们可在主酵和后酵进程中通过生化途径从啤酒中分离去，这也是啤酒后酵的目的2.芳香物质——高级醇、酯等这些物质主要决定啤酒的香味。在一定浓度范围内，它们的存在是优质啤酒的前提条件。与生青味物质相反，芳香物质不能通过工艺技术途径从啤酒中去除。发酵期间两种主要副产物的浓度变化02468101234567891011121314时间[天]浓度[mg/L]生青味物质芳香类物质一、双乙酰◆连二酮双乙酰2,3—戊二酮◆口味阈值0.1~0.15mg/L，口味阈值大约为2mg/L◆两者同属羰基化合物，化学性质相似，对啤酒的影响也相似。总称为连二酮双乙酰的性质◆双乙酰是啤酒中最主要的生青味物质，味道有些甜，如奶酪香味，也称为馊饭味，经常同一般的口味不纯联系在一起。双乙酰的口味阈值在0.1~0.15mg／L之间。在啤酒后熟过程中，连二酮的分解与啤酒后熟过程同时进行。◆目前，双乙酰仍被视为啤酒是否成熟的一项重要指标。双乙酰◆双乙酰是乙酰乳酸在酵母细胞外非酶氧化的产物，是酵母在生长繁殖时，在酵母细胞体内用可发酵性糖经乙酰乳酸合成它所需要的缬氨酸、亮氨酸途径中的副产物，中间产物乙酰乳酸部分排出酵母细胞体外，经氧化脱羧作用生成双乙酰。◆双乙酰的消除又必须依赖于酵母细胞体内的酶来实现。双乙酰与戊二酮的形成机理乙醇乙醇丙酮酸乙酸乙酸α－乙酰乳酸α－乙酰羟基酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸α－乙酰乳酸α－乙酰羟基酸双乙酰戊二酮酶法转化被动扩散非酶分解原生质膜多糖→单糖双乙酰三形成的阶段（一）前驱体的形成——酶法转化（三）连二酮的还原——非酶分解（二）前驱体的转化——被动扩散乙酰乳酸的形成取决于下列因素：（1）酵母菌株酵母的种类对于双乙酰的降解起决定性的作用。（2）酵母的接种通常情况下，较高的接种量和发酵温度有利于双乙酰的降解。（3）麦汁组成麦汁组成会直接影响酵母的生长和双乙酰的降解。充足的α-氨基氮有利于酵母的繁殖。前驱体的转化（4）麦汁充氧充氧对双乙酰的形成没有直接影响，但可以促进酵母的生长。（5）促进前驱体转化的因素A．降低pH值：pH值为4.2～4.4时，转化迅速；随着pH的提高，转化减弱。B．提高温度：温度越高，转化越迅速。C．氧气吸入：啤酒摄入氧气可导致前驱体迅速向连二酮转化。前驱体向连二酮的转化程度限制了啤酒的成熟速度。啤酒中双乙酰含量高的原因一般由工艺原因造成的，原因有二：1.是α－乙酰乳酸分解不完全，可造成双乙酰含量较高。迟缓的主发酵或后发酵容易使成品啤酒产生较多的双乙酰。深色和具有麦芽焦香的啤酒双乙酰含量较普通啤酒多一些。2.是当感染了啤酒有害菌如足球菌，也会出现这种结果。下列因素有利于双乙酰分解(一)（1）防止酵母沉降或贮酒期间添加高泡酒，处于发酵期的酵母细胞分解连二酮的能力很强，是双乙酰形成能力的10倍；（2）麦汁含有足够量的氨基酸（如减少辅料用量、低温下料、适当延长蛋白质休止时间、用溶解良好的麦芽等），缬氨基的含量也就充足，通过反馈作用，抑制酵母菌由丙酮酸生物合成缬氨酸的代谢作用，相应地就抑制了α－乙酰乳酸和双乙酰的生成；（3）麦汁中Zn离子含量充足及充氧量适中，使酵母活力旺盛，还原双乙酰的能力强；（4）适当提高啤酒后酵温度，双乙酰分解受温度影响强烈，随着温度的升高，双乙酰分解能力增强；（5）发酵前期采取加压发酵工艺，在后期利用CO2进行洗涤。因为双乙酰和戊二酮具有挥发性，发酵期间会通过CO2排出，而乙酰乳酸不具挥发性，不易被清除掉，采取转化的方法。下列因素有利于双乙酰分解（二）在实际生产中注意以下几点（一）（1）双乙酰（连二酮）的含量是啤酒成熟的标志。随着主酵期和后熟期的缩短，检查双乙酰含量的重要性也在不断增加。（2）乙酰乳酸必须迅速转化为连二酮。为此需快速发酵至接近最终发酵度，低pH值，酵母添加后要避免吸氧，主酵和后熟要在较高温度下进行（下面发酵工艺中，直至18℃）。（3）后熟需要有活力和有生命力的酵母细胞。通过有效措施防止酵母沉降。具备一定浓度有活力的酵母细胞十分重要。在实际生产中注意以下几点（二）（4）成熟啤酒的双乙酰总量（连二酮和前驱体）的标准值为0.1mg/L以下。（5）发酵晚期吸入氧气是非常危险，会导致乙酰乳酸的生成，这时生成的双乙酰已不可能被酵母完全降解。另外氧气的存在会使原有的乙酰乳酸进一步氧化成双乙酰。在实际生产中注意以下几点（三）（6）可采取加α-乙酰乳酸脱羧酶的方法，使α-乙酰乳酸直接脱羧基转化为乙偶姻，没有了双乙酰的转化过程。此方法可行且有效，缺点是生产成本增加，另外对酵母的发酵性能也有影响。α－乙酰乳酸乙偶姻（3－羟基－丁酮）2，3－丁二醇α－乙酰乳酸脱羧酶二、高级醇◆所谓高级醇类，就是3个碳原子以上的醇类的总称，酒精和白酒工业上俗称杂醇油。◆高级醇是啤酒发酵过程中的主要副产物之一，是构成啤酒风味的重要物质。◆适宜的高级醇组成及含量，不但能促进啤酒具有丰满的香味和口味，且能增加啤酒口感的协调性和醇厚性。主要高级醇含量与特征（mg/L）主要高级醇◆啤酒发酵中生成的高级醇，以异戊醇（3-甲基丁醇）的含量最高，约占高级醇总量的50%以上。◆其次为活性戊醇（2-甲基丁醇）、异丁醇和正丙醇。此外，还有色醇、酪醇、苯乙醇和糠醇等。◆异戊醇（3－甲基丁醇）的含量最高，约占高级醇总量的50%高级醇的作用◆对啤酒风味影响较大的是异戊醇和β-苯乙醇，它们与乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯是构成啤酒香味的主要成分◆高级醇是引起啤酒“上头”（即头痛）的主要成分之一。当啤酒中高级醇含量超过