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第一节酵母及发酵机理一、啤酒酵母(一)、啤酒酵母种类上面酵母：多特蒙德酵母、E酵母、776酵母、荷兰酵母等。如啤酒酵母：15－22℃长卵形、椭圆形等，长宽比1：2，易形成假菌丝下面酵母：啤酒酵母、萨士型啤酒酵母、弗罗倍尔型啤酒酵母、青岛酵母等。如卡尔斯伯酵母6.5－13℃圆形、卵圆形、椭圆形，8.56.5μm，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)、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，即使沉淀轻震荡浮起。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：或絮凝性酵母，介于上述两者之间。(三)、酵母性能的评估指标1、形态要求：细胞形态大小等。2、生理学要求：▓繁殖速度：与酵母种类、培养温度有关。▓增殖倍数和细胞浓度。3、发酵力要求▓麦汁极限发酵度(指最有利发酵温度25~27℃时可发酵糖的最大发酵程度)。▓起酵速度(接种后度过滞缓期的速度，指出现白沫的快慢)▓发酵速度(主发酵期每天的降糖速度，一般为2~3°p/d)▓啤酒主酵发酵度▓麦汁极限发酵度和啤酒发酵度(F极-F啤)：△F1%的啤酒口味清爽，生物稳定性好，△F5%的啤酒口味粘稠不爽口，有甜味。4、凝聚性和沉淀能力5、双乙酰峰值（好的为0.3~0.4mg/L，高的达0.7~1.0mg/L）和还原速度6、挥发性风味物质7、酵母对压力的耐受性8、酵母的稳定性(传代)9、主酵液和成品啤酒的风味10、啤酒的泡沫特性(起泡性、颜色、细密度、持久性、粘着力等)(四)、酵母的培养(最适温度31~34℃)例酵母扩培过程：斜面种子液体试管三角瓶液体培养小卡氏罐培养大卡氏罐(或汉生罐)培养一级繁殖罐二级繁殖罐发酵28℃10℃4000L11~12℃1000L12~13℃250L13~15℃15L20℃25℃卡氏罐螺纹密封圈接种头取样阀手柄空气过滤器体积为10L~25L卡氏罐酵母培养流程冷却接种(100~200ml)间隔通无菌空气培养装50%-80%连续增殖的酵母扩培设备培养过程：将1/3麦汁送入灭菌繁殖罐，借无菌空气经取样阀把卡氏罐的酵母压入繁殖罐，通风、冷却、培养至高泡期，补入1/3麦汁继续培养，再次培养至高泡期再补入1/3麦汁，培养48h结束后，大部分打入发酵罐，留下少量做下一次培养的接种酵母。特点：简单经济，投资少，生长快，但有染菌风险。二、啤酒发酵机理影响啤酒质量的主要因素：⑴麦汁组成成分⑵啤酒酵母的品种和菌株特性⑶投入发酵的酵母数量和质量状况，以及在整个发酵中酵母细胞生活状况。⑷发酵容积的几何形状、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。⑸发酵工艺条件——pH、温度、溶氧水平、发酵时间。这些影响因素的重要次序受啤酒类型和各工厂酿造情况而显著差别。⑹灌装、灭菌过程、风味的改变（一）糖类发酵▓啤酒麦汁的浸出物中糖类占90%，其中单糖（葡、果）约占糖类10％、蔗糖占5％、麦芽糖40—50％、麦芽三糖10-15%、DP4－DP8的寡糖20－25％，还有少量的戊糖、戊聚糖、β-葡聚糖、异麦芽糖。▓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▓葡萄糖阻遏效应：当麦汁中含有高于0.2－0.5％葡萄糖浓度时，葡萄糖会抑制酵母分泌麦芽糖渗透酶，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“葡萄糖阻遏效应”。▓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，进入无氧酶解或有氧TCA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）（0.4－1.0%），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，繁殖细胞，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。其吸收是依赖于细胞壁分泌一系列的氨基酸输送酶，氨基酸的利用按一定顺序。（三）发酵副产物的形成和分解包括：▓生青味物质：双乙酰、醛、硫化物，这类物质使啤酒不纯正、不成熟、不协调。▓芳香物质：高级醇、酯，决定啤酒的香味。风味物质强度(Fu)=物质在啤酒中含量/该物质风味阈值Fu1.0，感到强烈，Fu=0.5~1.0，能接受Fu0.5，不会影响风味1、双乙酰(联二酮VDK)致啤酒口味不纯、有甜味甚至馊饭味，浓度高时有奶油味，与2，3-戊二酮共称为联二酮，2，3-戊二酮在啤酒中的含量比双乙酰低很多，且它的口味阈值大约为2mg/L，是双乙酰的10倍，故它对啤酒风味影响不大。a芳香物质b生青味物质酵母氨合成和联二酮生物合成缩合酶转氨酶脱氢酶还原异构酶正常酵母VDK代谢图EMP氧化脱羧醇脱氢酶还原细胞膜被动扩散被动扩散氧化脱羧基因工程酵母VDK代谢图脱羧酶▓联二酮的合成和分解过程前驱体的形成降低pH、提高温度(丙酮酸到乙酰乳酸)氧气吸入可促进与酵母菌种、酵母量麦汁组成(α-N含量180±20)、氧含量，酵母增殖量氧化脱羟成双乙酰、戊二酮联二酮还原(双乙酰乙偶姻(3-羟基-2-丁酮)丁二醇)▓影响双乙酰还原的因素：酵母量及凝聚性：前期强后期弱，故后酵酵母多还原快；与酵母与双乙酰接触的因素有关，故应防止酵母沉降。温度：高有利，加速后熟可用12-13℃压力：推迟升压时间，压力高不利还原；过滤后避免与氧接触：减少残留乙酰乳酸的氧化使双乙酰回升2、醛(主要为乙醛，为酒精发酵的正常中间物)▓导致口味不成熟，嫩啤酒含量为20~40mg/L，成品啤酒为8~10mg/L▓使乙醛浓度提高的因素有▓发酵强烈▓发酵温度升高▓酵母增加量多▓主酵用带压发酵▓麦汁通风量过少▓麦汁染菌▓促进乙醛分解的因素：所有促进后酵和后熟的措施、高温后熟、麦汁通风充分、提高后酵阶段的酵母浓度3、高级醇▓高级醇对啤酒风味的影响：促进啤酒有丰满的香味和口味，增加酒的协调性，但过量有各种不愉快的味道及“上头”，如：汗臭味、腐败味等。▓形成途径▓酵母使氨基酸脱氨、脱羧并还原，从而转化为醇▓通过羟酸和酮酸形成▓糖通过乙酸酯形成▓促进高级醇形成的因素：发酵温度升高、嫩啤酒运动、氨基酸减少、接种时强烈通气、强烈的麦汁追加、接种温度8℃，麦汁浓度13%▓高级醇含量：下面法：60~90mg/L上面法：100mg/L(口味差)4、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上面法：80mg/L▓促进酯含量的因素：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、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)硫醚等：有臭鼬味，严重影响啤酒的风味，并使啤酒有日光臭，气味阈值5~10µg/L。▓DMS(二甲硫)：烂卷心菜味，为生酒味之一。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，气味阈值30~50µg/L。6、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，缺酸则呆滞、粘稠、不爽口，但过多，则粗糙、不柔和、不协调，过量也即污染杂菌。12度啤酒总酸2.6ml(1mol/LNaOH/100ml)7、其它的过程和转化▓pH值下降(5.3~5.6到4.3~4.6)▓氧化还原势的变化▓色泽变浅(pH下降导致某些物质脱色，酵母的吸附或色泽强烈的物质析出)▓苦味物质和多酚物质的分离析出▓CO2的溶解▓啤酒的澄清第二节啤酒发酵技术发酵种类分批发酵多罐发酵大罐发酵低温主酵-低温后熟低温主酵-高温后熟单罐发酵低温发酵-高温后熟高温主酵-快速后熟无压高温主酵-高温后熟连续发酵：主要用于上面发酵菌体固定化发酵传统发酵珠江啤酒厂区图珠啤集团本部年产一百五十万吨，是全球单厂最大的啤酒酿造中心，珠江啤酒是全国三大啤酒品牌之一，单一品牌销量位居全国同行第二，在啤酒行业中享有“南有珠江”的美誉。2007年青岛啤酒实现啤酒销售量505万千升，在中国市场占有率达13%。据2006年、2007年产量排名，青岛啤酒为世界第八大啤酒厂商。一、啤酒发酵工艺控制1、菌株的选择从：发酵速度、发酵限度、凝聚性、回收性、稳定性等方面控制2、麦汁组成▓原麦汁浓度：8~15%▓溶氧水平：3~9mg/L▓其它：pH、麦汁发酵性糖、α–氨基氮、不饱和脂肪酸等。3、接种量德国：20~30×106/mL麦汁中国：15±3×106/mL麦汁接种量（A）（×106个/ml）发酵最高浓度（B）（×106个/ml）增殖量B-A(×106个/ml)增殖倍数(B-A)/A5.049.044.08.810.055.045.04.520.056.036.01.830.058.028.00.93接种量和细胞增殖的关系4、发酵工艺(下面发酵)条件控制▓温度温度高：外观浓度降低快，VDK还原快；氨基氮利用快，高分子物质沉淀多，非生物稳定好。不易酿成淡爽型啤酒。温度低：副产物少，香味及苦味物质损失少，啤酒细腻、柔和、浓醇性好，酵母使用代数多。发酵类型接种温度/℃主发酵温度/℃传统主发酵天数/d低温发酵6~7.57~98~12中温发酵8~910~126~7高温发酵9~1013~154~5罐压/MPaCO2浓度g.(100g)-1发酵麦汁中酵母最高浓度(×106个/ml)00.25770.30.31670.60.37610.90.44530.9(N2压）0.1735、罐压、CO2浓度对发酵的影响CO2浓度/g.(100g)-1风味物质/mg.L-10.20.40.56乙酸乙酯56.244.238.5正丙醇16.116.316.6异丁醇23.723.423.5活性戊醇6.45.65.1异戊醇102.090.081.0二、传统啤酒发酵传统式分批发酵：每批定型麦汁，经过酵母添加、前酵、主酵、后酵、贮酒等阶段。需要设备是：酵母添加器、密闭或敞口式前发酵池和主酵池、密闭后发酵和贮酒缸。各阶段发酵均有绝热保护层，并有室温调节装置在厂房内进行，一般为前酵室（7~8℃），主酵室（6~7℃）后酵和贮酒室（2~0℃）。(一)、酵母的添加和前发酵1、酵母接种量接种后细胞密度常控制在（5~12）×106个/ml，压榨酵母每克有30~40亿细胞，凝聚性、自然沉降酵母泥中每克有18~25亿细胞。▓接种量计算：若酵母泥密度为20×108个/g，工艺规定接种后密度为8×106个/ml则每公斤麦汁接种酵母泥克数n=（8×106×1000）/20×108＝4克即0.4％2、酵母添加方法(1)、干道和湿道添加法▓干道添加法：酵母添加器中加入每批麦汁的酵母泥，加二倍的冷麦汁，压缩空气混合，进前酵池与麦汁用空气混合。▓湿道添加法：酵母泥加5倍的冷麦汁，保温培养10~12h，出芽后混入麦汁，进入主酵。(2)、倍量添加法：第一锅用干道添加，发酵6~8h，加第二锅麦汁，无菌空气搅拌后发酵10~15h，进入主酵。充气进口及酵母出口压气进口移转角度45°酵母接种器(3)、分割法(4)、递加法3、前发酵：指接种酵母泥后，处于休眠阶段。此酵母和麦汁接触后，有数小时至十小时的生长滞缓期，才进入出芽繁殖。当酵母克服生长滞缓期，出芽繁殖细胞密度达到20×106个/ml，发酵麦汁表面开始起沫。▓前酵时间：随接种温度、接种量变化。一般低温发酵常在16~20小时，中温：12~14小时▓特点：糖降不明显，外观浓度降0.5~