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第五章啤酒发酵§5-1啤酒酵母啤酒生产技术一、啤酒酵母的类型和种类发酵类型：分为上面酵母与下面酵母凝聚性：分为凝聚性酵母与粉状酵母。上面酵母与下面酵母主要区别下面酵母发酵啤酒下面酵母发酵法虽出现较晚，但较上面酵母更盛行。世界上多数国家采用下面酵母发酵啤酒，我国也是全部采用下面酵母发酵啤酒。二、啤酒酵母的主要特性要求啤酒工厂使用的啤酒酵母是由野生酵母经有系统的长期驯养，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。•啤酒酵母的主要特性要求1.细胞和菌落形态不同菌株的啤酒酵母有着不同的形态。优良健壮的啤酒酵母细胞，具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透明均一。啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落呈乳白色至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈波状。2.主要的生理特性要求(1)凝聚性凝聚性不同，酵母的沉降速度不同，发酵度也有差异。啤酒生产一般选择凝聚性比较强的酵母。(2)发酵度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。一般啤酒酵母的真正发酵度应为50％～68％左右。(3)酵母死灭温度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。一般啤酒酵母的死灭温度在52～53℃，若死灭温度增高，则说明酵母变异或污染野生酵母。（4）产孢能力一般啤酒酵母生产菌种都不能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野生酵母。啤酒酵母与野生酵母的主要区别§5-2、啤酒发酵机理一、主要物质变化1、糖的变化在啤酒发酵过程中，可发酵糖约有96%发酵为乙醇和CO2，是代谢的主产物；2.0％～2.5%转化为其他发酵副产物；1.5％～2.0%作为碳骨架合成新酵母细胞。发酵副产物主要有：甘油、高级醇、羰基化合物、有机酸、酯类、硫化合物等。2、含氮物质的变化在正常的发酵过程中，麦汁中含氮物约下降1/3，主要是约50%的氨基酸和低分子肽为酵母所同化。酵母分泌出的含氮物的量较少，约为酵母同化氮的1/3。啤酒中残存含氮物质对啤酒的风味有重要影响。含氮物质高（450mg／L）的啤酒显得浓醇，含氮量为300～400mg／L的啤酒显得爽口，含氮物质量300mg／L的啤酒则显得寡淡。3、其他发酵产物（1）高级醇类高级醇（俗称杂醇油）是啤酒发酵代谢产物的主要成分，对啤酒风味有重大影响，超过一定含量时有明显的杂醇味。对于一般的啤酒，多量的高级醇是不受欢迎的。啤酒中的绝大多数高级醇是在主发酵期间酵母繁殖过程中形成的。（2）酯类啤酒中的酯含量很少，但对啤酒风味影响很大，啤酒含有适量的酯，香味丰满协调，但酯含量过高，会使啤酒有不愉快的香味或异香味。酯类大都在主发酵期间形成。（3）连二酮连二酮是双乙酰和2，3-戊二酮的总称，其中对啤酒风味起主要作用的是双乙酰。双乙酰被认为是衡量啤酒成熟与否的决定性的指标，双乙酰的味阈值为0．1～0.15mg/L，在啤酒中超过阈值会出现馊饭味。淡爽型成熟啤酒，双乙酰含量以控制在0.1mg/L以下为宜；高档成熟啤酒最好控制在0.05mg/L以下。影响双乙酰生成的因素①菌种还原能力：强壮＞幼、衰老、营养不良、代数多者。②麦汁成分中AA的种类和含量：α-氨基N↓或Val↑，α-乙酰乳酸生成↓，双乙酰↓。③巴氏灭菌前α-乙酰乳酸的含量：↑，则高温杀菌时，双乙酰↑④染菌↑⑤酵母自溶↑双乙酰的控制与消除方法①菌种双乙酰产量低者；提高接种量，还原期≥7×106个/100ml。②麦汁成分α-氨基N：180～200mg/L，并有适宜的Val含量。溶解O26～9mg/L，锌0.15～0.20mg/L。③酿造用水：残余碱度＜1.78mmol。④还原温度：适当提高。⑤控制酵母增殖⑥外加α-乙酰乳酸脱羧酶使发酵液中的α-乙酰乳酸→乙偶姻（4）硫化物挥发性硫化物对啤酒风味有重大影响，这些成分主要有硫化氢、二甲基硫、甲基和乙基硫醇、二氧化硫等。其中硫化氢、二甲基硫对啤酒风味的影响最大。啤酒中的挥发性硫化氢大都是在发酵过程中形成的。啤酒中的硫化氢应控制在0～10μg/L的范围内；啤酒中二甲基硫浓度超过100μg/L时，啤酒就会出现硫磺臭味。（5）乙醛乙醛是啤酒发酵过程中产生的主要醛类，乙醛是酵母代谢的中间产物。当啤酒中乙醛浓度在10mg/L以上时，则有不成熟的口感、腐败性气味；当乙醛浓度超过25mg/L，则有强烈的刺激性辛辣感。成熟啤酒的乙醛正常含量一般＜10mg/L。4、苦味物质发酵过程中，麦汁中近1/3的苦味物质损失掉。主要原因是由酵母细胞的吸附、发酵时间增长等原因造成的。5、pH值的变化麦汁发酵后，pH值降低很快。下面发酵啤酒，发酵终了时，pH值一般为4.2～4.4。pH值下降主要是由于有机酸的形成，同时也由于磷酸盐缓冲溶液的减少。二、影响发酵的主要因素1．麦汁成分α氨基N、还原糖、锌等。2．发酵温度——变温发酵，指主发酵阶段的最高温度。一般低温发酵。上面：18～22℃，下面：7～15℃。低温发酵的原因：P231下面发酵的类型：低温发酵（接种6～7.5℃，发酵7～9℃）；中温发酵（接种8～9℃，发酵10～12℃）；高温发酵（接种9～10℃，发酵13～15℃）。淡爽型啤酒多采用较高温度发酵。3．罐压↑，则↓4．pH5～65．代谢产物↓。一、传统啤酒发酵传统的下面发酵，分主发酵和后发酵两个阶段。主发酵一般在密闭或敞口的主发酵池（槽）中进行，后发酵在密闭的卧式发酵罐内进行。§5－3啤酒发酵技术传统啤酒下面发酵的工艺特点（1）主发酵温度比较低，发酵进程缓慢，发酵代谢副产物较少；（2）主发酵结束时，大部分酵母沉降在发酵容器底部；（3）后发酵和贮酒期较长，酒液澄清良好，二氧化碳饱和稳定，酒的泡沫细微，风味柔和，保存期较长。（一）、主发酵（以敞口12％麦汁发酵为例）1.一般工艺过程（1）麦汁冷却至接种温度（6℃左右），流入增殖槽，将所需的酵母量（为麦汁量的0．5％（体积分数）左右）加入，混合均匀。通入无菌空气，使溶解氧含量在8mg/L左右。（2）酵母经繁殖20h左右，待麦汁表面形成一层泡沫时，将增殖槽中的麦汁泵入发酵槽内，进行厌氧发酵。（3）发酵2～3天左右，温度升至发酵的最高温度，进行冷却，先维持最高温度2～3天。以后控制发酵温度逐步回落，主酵结束时，发酵液温度控制在4.0～4.5℃。（4）主发酵最后一天急剧冷却，使大部分酵母沉降槽底，然后将发酵液送至贮酒罐进行后发酵。2.主发酵过程的现象和要求①酵母繁殖期麦芽汁添加酵母8～16h以后，液面上出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色、乳脂状的泡沫，酵母繁殖20h以后立即进入主发酵池，与增殖槽底部沉淀的杂质分离。②起泡期入主发酵池4～5h后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间扩散，泡沫洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，发酵液中有二氧化碳小气泡上涌，并将一些析出物带至液面。此时发酵液温度每天上升0.5～0.8℃，每天降糖0.3～0.5％，维持时间1～2天，不需人工降温。③高泡期发酵后2～3天，泡沫增高，形成隆起，高达25～30cm，并因发酵液内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵。高泡期一般维持2～3天每天降糖1.5％左右。④落泡期发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为棕褐色。此时应控制液温每天下降0.5℃左右，每天降糖0.5～0.8％，落泡期维持2天左右。⑤泡盖形成期发酵7～8天后，泡沫回缩，形成泡盖，应即时撇去泡盖，以防沉入发酵液内。此时应大幅度降温，使酵母沉淀。此阶段可发酵性糖已大部分分解，每天降糖0.2～0.4％。（二）后发酵主发酵结束后的发酵液称嫩啤酒。后发酵的目的：残糖继续发酵；促进啤酒风味成熟；增加CO2的溶解量；促进啤酒的澄清。后发酵时间淡色啤酒一般贮酒时间较长，浓色啤酒贮酒时间较短；原麦汁浓度高的啤酒较浓度低的啤酒贮酒期长；低温贮酒较高温贮酒的贮酒时间长。贮酒期的控制酒龄：从封罐开始到酒成熟的天数。传统：60～90d，改进后缩短15～30d。影响因素：酒的成熟度、保质期、酵母、贮酒罐的特点等。二、啤酒大型发酵罐发酵（一）圆柱锥底发酵罐1.特点(1)底部为锥形，便于生产过程中随时排放沉集于罐底的酵母。(2)罐身设有冷却装置，便于发酵温度的控制。罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，减少建筑投资，节省占地面积。(3)采用密闭发酵，便于C02洗涤和C02回收；既可做发酵罐，也可做贮酒罐。(4)罐内发酵液由于液体高度而产生C02梯度，并通过冷却方位的控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。有利于酵母发酵能力的提高和发酵周期的缩短。(5)发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。可采用CIP自动清洗系统，清洗方便。(6)设备容量大，国内采用的罐容一般为100～800m3。圆柱锥底发酵罐的示意图见图5-4。圆柱锥底发酵罐一罐法发酵工艺（1）酵母添加罐容量大，分次追加满罐。满罐时间一般为12～24h，最好在20h以内。酵母接种量要比传统发酵法大些，接种温度一般控制在满罐时较拟定的主发酵温度低2～3℃。一般边加麦汁边加酵母。（2）通风供氧冷麦汁溶解氧的控制可根据酵母添加量和酵母繁殖情况而定，一般要求混合冷麦汁溶解氧不低于8mg／L即可。（3）主发酵温度各厂采用的主发酵温度是不一样的。多数厂采用低温（6～7℃）接种，前低温（9～10℃）后升温（12～13℃）的发酵工艺，主要是为了既不形成过多的代谢产物，又有利于加速双乙酰的还原。为了加速发酵，缩短酒龄，国际上有提高发酵温度的倾向。（4）双乙酰还原双乙酰还原是啤酒成熟和缩短酒龄的关键。酵母在接近完成主酵时提高发酵温度一段时间，不会影响啤酒正常风味物质的含量，而有利于双乙酰的还原。双乙酰还原温度一般控制在10～14℃左右，使连二酮浓度降至0.08mg／L以下时，即开始降温。（5）冷却降温当双乙酰还原到要求指标时，酒液开始冷却降温。降至5～6℃时，保持24～48h，减压回收酵母。最后再降温至0～-1℃，贮酒7～14天。回收的酵母如可作为下一次发酵用的种子，则需进行处理。回收酵母吸附了较多的苦味物质、单宁、色素等，回收后应通入无菌空气，以排除酵母泥中的CO2，再以无菌水洗涤数次。回收酵母在低温无菌水中，只能保存2～3天。也可在2～4℃下低温缓慢发酵，以保存酵母。（6）罐压控制发酵开始，采用无压发酵；二氧化碳回收时，采用微压（0.01～0.02MPa）；至发酵后期，外观发酵度达70％以上时，封罐，逐渐升压至0.07～0.08MPa，减少由于升温所造成的代谢副产物过多的现象，有利于双乙酰的还原，并使二氧化碳逐渐饱和酒内。一罐法发酵工艺曲线罐的清洗与消毒⑴微生物的控制污染途径：麦汁冷却、输送管道、阀门、接种、发酵空罐等。检验：洗涤残水细菌总数＜5个/ml，每周一次厌氧微生物检测。罐的清洗与消毒⑵杀菌剂的选择：ClO2、双氧水、过氧乙酸、甲醛等。⑶洗涤方法的选择：①清水→碱水→清水②清水→碱水→清水→杀菌剂（ClO2、双氧水、过氧乙酸）③★清水→碱水→清水→消毒剂→无菌水④★清水→稀酸（磷酸、硝酸、硫酸）→清水→碱水→清水→杀菌剂→无菌水四、异常发酵现象和处理方法1．发酵液翻腾现象产生原因：冷却不当对策：中上部温度不要太高，保持罐压稳定。2．发酵罐结冰啤酒冰点：＝-（酒精度×0.42+原麦汁浓度×0.04+0.02）对策：冷媒温度-4～-2.5℃等。3．酵母自溶产生原因：罐底温度高，维持时间长等对策：及时排放酵母泥，贮酒期上、中、下温度保持在-1～1℃。冷媒温度-4℃等。4．啤酒上头产生原因：高级醇≥120ppM，异丁醇＞10ppM，异戊醇＞50ppM。5．双乙酰还原困难产生原因：α氨基氮低，高温快速发酵法、主酵后酵母沉降过早或酵母质量差