不同啤酒酵母在不同發(fā)酵條件下發(fā)酵性能的比較VIP

1、高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 生物技術(shù) （本科）市 地 鄭 州 準(zhǔn)考證號 姓 名 胡劉超 河南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試辦公室高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書一、題目：不同啤酒酵母在不同發(fā)酵條件下發(fā)酵性能的比較 二、本環(huán)節(jié)自2011年6月30日起至2012年 6月30日三、進(jìn)行地點： 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 四、內(nèi)容要求： 綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，實驗正確，分析處理科學(xué)；文字通順 ，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價值。 指導(dǎo)教師： 職稱 批準(zhǔn)日期： 年 月 日目 錄第一章 前言11.1啤酒的種類11.

2、2啤酒釀造技術(shù)21.2.1啤酒釀造工藝流程21.2.2麥芽制備31.2.3啤酒酵母種子的制備31.2.4啤酒發(fā)酵31.2.5發(fā)酵工藝控制41.2.6菌株的選擇和使用51.3啤酒發(fā)酵技術(shù)發(fā)展51.4啤酒的風(fēng)味及成熟61.5啤酒酵母概述61.6響應(yīng)面分析71.7研究意義71.8 研究方案81.9響應(yīng)面分析81.10研究意義8第二章 材料與方法92.1材料92.2主要儀器92.3實驗方法102.3.1酵母計數(shù)儀的使用102.3.2酵母的添加102.3.3不同糖度麥汁制備102.3.4不同鋅離子量麥汁制備112.3.5充氧方式122.3.6酵母的測量122.3.7發(fā)酵度測定122.3.8成熟度檢測12

3、2.4具體操作流程132.5響應(yīng)曲面實驗設(shè)計13第三章 結(jié)果與討論143.1 結(jié)果143.2對發(fā)酵度的分析163.3對麥芽三糖利用量的分析183.4對雙乙酰的分析183.5對戊二酮的分析193.6對乙醛的分析203.7交互作用-因素之間的互相影響20第四章 結(jié)論22參考文獻(xiàn)23第一章 前言啤酒是世界上產(chǎn)量最大的酒種，是世界性飲料酒。啤酒起源于大約在九千年前的中東古巴比倫與古埃及地區(qū)。中國在四五千年前就有古代啤酒，據(jù)尚書記載，中國周朝時期就有了啤酒。啤酒是以大麥麥芽、大米、啤酒花等為主要原料，經(jīng)啤酒酵母和釀造水釀制而成的一種含CO2的低濃度酒精飲料，是酒類中酒精含量最低的飲料酒。啤酒性平和、味甘

4、，具有清爽的苦味，有幫助消化、促進(jìn)循環(huán)，滋補身體的功效。啤酒中不含防腐劑，且是在嚴(yán)格的衛(wèi)生監(jiān)控下，生產(chǎn)設(shè)備全部采用不銹鋼材料，經(jīng)過數(shù)周精心釀造而成。啤酒產(chǎn)品富含營養(yǎng)，是上等的液體食品，適量飲用有益于健康。啤酒產(chǎn)量居世界各種酒類之冠。目前全世界約有130個國家生產(chǎn)啤酒。世界人均年消費啤酒約為22 L左右，其中以德國和捷克等國家消耗水平最高，人均年消費啤酒在160 L以上，約為世界平均消費水平的8倍。英、美等發(fā)達(dá)國家也己經(jīng)達(dá)到了每人每年80 L。而作為世界第一人口大國的中國，人均年占有量僅為世界平均水平。因此，我國的啤酒尚有較大的市場空間?，F(xiàn)在，啤酒在世界許多地區(qū)正以他獨特的方式影響著人們的生活。

5、1.1啤酒的種類 啤酒種類繁多，一般可根據(jù)生產(chǎn)方式，啤酒的濃度、色澤、消費對象、包裝容器和發(fā)酵所用的酵母菌的種類等進(jìn)行分類。 根據(jù)色澤分類是啤酒最常見的分類方法，可分為三類：淡色啤酒，色度在514EBC (European Brewery Convention，歐洲釀造協(xié)會)單位；濃色啤酒，色度在1540EBC單位；黑啤酒，色度大于40EBC單位。 根據(jù)啤酒是否殺菌或殺菌方式的不同，可將啤酒分為鮮啤酒、熟啤酒和生啤酒。鮮啤酒是指啤酒僅經(jīng)過一次粗過濾就進(jìn)行包裝，不經(jīng)過巴氏滅菌而銷售的啤酒，這類啤酒一般就地銷售，在低溫下保存時間一般為一周；熟啤酒是指啤酒灌裝后，經(jīng)過巴氏滅菌的啤酒，保存時間較長，可

6、達(dá)三個月左右，有的可達(dá)到六個月；生啤酒是在生產(chǎn)工藝中不經(jīng)熱處理滅菌，主要采用微孔濾膜過濾的方法除去發(fā)酵液中的微生物，達(dá)到一定生物穩(wěn)定性的啤酒，這種啤酒能保持純正的啤酒自然發(fā)酵形成的風(fēng)味。按啤酒的包裝形式可分為瓶裝啤酒、桶裝啤酒和罐裝(聽裝)啤酒。瓶裝啤酒有玻璃瓶和PET瓶兩種，在容量上有350, 500, 640毫升左右等幾種;罐裝啤酒有330,500毫升等規(guī)格。 按消費對象可將啤酒分為普通型啤酒、無醇（或低醇)啤酒、無糖或低糖啤酒、酸啤酒等。無醇或低醇啤酒適于司機或不會飲酒的人飲用。無糖或低糖啤酒適宜于糖尿病患者飲用。按啤酒發(fā)酵所用的酵母菌在發(fā)酵過程中的沉降性質(zhì)和發(fā)酵的工藝類型，又可將啤酒分

7、為上面啤酒和下面啤酒。1.2啤酒釀造技術(shù)1.2.1啤酒釀造工藝流程 啤酒釀造的基本原料是發(fā)芽的大麥、水、酒花和啤酒酵母。其生產(chǎn)過程包括麥芽的制備，麥芽汁的制備，包括糖化、過濾、煮沸、澄清、冷卻，接種啤酒酵母進(jìn)行的啤酒發(fā)酵，發(fā)酵后進(jìn)行的過濾和澄清、滅菌、啤酒包裝等工序。啤酒的生產(chǎn)過程涉及到兩個主要的生物學(xué)變化過程麥芽制造和啤酒發(fā)酵。啤酒釀造工藝流程如圖1所示。圖1 啤酒釀造工藝流程1.2.2麥芽制備麥芽制備過程稱制麥，啤酒大麥經(jīng)清選、浸麥、發(fā)芽、烘干、焙燥、除根、包裝等，制成具有特定性質(zhì)的啤酒麥芽，其主要目的是將大麥、小麥等谷物原料通過種子的發(fā)芽過程，適度降解種子中的貯藏物質(zhì)，積累足夠量的酶類，

8、并形成麥芽特定的風(fēng)味。大麥浸漬吸水后，在適宜的溫度和濕度下發(fā)芽，發(fā)芽時產(chǎn)生各種水解酶，如蛋白酶、糖化酶、一葡聚糖酶等，這些酶可將麥芽本身的蛋白質(zhì)分解成肽和氨基酸，將淀粉分解成糊精和麥芽糖等低分子物質(zhì)。發(fā)芽到一定程度，中止發(fā)芽得到綠麥芽，經(jīng)過排潮、烘干、焙燥得到成品麥芽。麥芽質(zhì)量的好壞是啤酒質(zhì)量好壞的基礎(chǔ)。麥汁制備是以麥芽為基料，將糊化后的大米等淀粉質(zhì)輔料，與麥芽一同糖化，由麥芽中積累的酶類降解原料中的貯藏物質(zhì)，調(diào)節(jié)糖化麥芽汁的組成和狀態(tài)，加入酒花，經(jīng)過濾、沉淀、蒸發(fā)，再冷卻、充氧，形成具有一定濃度、特定的香氣和口味的定型麥芽汁，這既是啤酒酵母發(fā)酵的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，也是啤酒成品的原料。麥芽經(jīng)適當(dāng)粉碎

9、，加入溫水，在一定的溫度下，利用麥芽本身的酶或外加酶制劑進(jìn)行糖化，主要將麥芽及輔料中的淀粉及蛋白質(zhì)等水解成麥芽糖和氨基酸，便于酵母利用。為了降低生產(chǎn)成本，還可以加入一定比例的大米作輔料，大米需要先粉碎加水煮沸糊化。糖化醪用過濾槽進(jìn)行過濾，得到麥芽汁，將麥芽汁輸送到麥汁煮沸鍋中，加入酒花煮沸，蒸發(fā)多余的水分。酒花是一種稱為蛇麻或忽布的植物的雌花，加入到啤酒中，可使啤酒帶有特有的柔和優(yōu)美的酒花芳香和爽口的微苦味，能加速麥汁中高分子蛋白質(zhì)的絮凝，提高啤酒的起泡性和泡持性，同時，酒花中的一些成份還能抑制某些微生物的生長，增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性，延長啤酒的保質(zhì)期。1.2.3啤酒酵母種子的制備 將啤酒

10、酵母經(jīng)三角瓶、卡氏罐、漢生罐、酒母罐到種子罐的逐級擴大培養(yǎng)，得到足夠量的啤酒酵母種子液，接種到定型麥芽汁中就啟動了啤酒發(fā)酵的過程，或者直接使用啤酒發(fā)酵沉淀的酵母泥經(jīng)一定的處理后接種發(fā)酵。1.2.4啤酒發(fā)酵 啤酒發(fā)酵過程分為主發(fā)酵和后酵貯酒兩個階段。發(fā)酵結(jié)束后再進(jìn)行發(fā)酵后期的澄清、過濾、包裝、滅(除)菌，得到啤酒的成品。啤酒發(fā)酵生產(chǎn)中酵母是啤酒質(zhì)量控制的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的啤酒根據(jù)菌種的沉降性質(zhì)和發(fā)酵工藝不同，分為下面發(fā)酵和上面發(fā)酵啤酒兩種類型，國內(nèi)啤酒的主流工藝類型為下面發(fā)酵啤酒類型，我們平時所說的啤酒發(fā)酵也特指下面發(fā)酵。其工藝特點是:采用下面酵母，主發(fā)酵溫度比較低，發(fā)酵進(jìn)程比較緩慢，發(fā)酵的代謝副產(chǎn)物

11、相對較少。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降發(fā)酵容器底部，其后發(fā)酵和貯酒期比較長，酒液澄清良好，CO2飽和穩(wěn)定，酒的泡沫細(xì)微，風(fēng)味柔和，保存期較長。（1）主發(fā)酵 在主發(fā)酵期間啤酒酵母將麥芽汁中的糖分轉(zhuǎn)化為啤酒發(fā)酵的主要產(chǎn)物乙醇和二氧化碳，并產(chǎn)生一定的風(fēng)味物質(zhì)副產(chǎn)物，如揮發(fā)性醛類、醇類、羰基化合物、酸類、酚基化合物及含硫化合物等，作為啤酒風(fēng)味的基礎(chǔ)物質(zhì)，這一過程通常需要發(fā)酵溫度控制在610，持續(xù)710天。主發(fā)酵前期為酵母繁殖階段，啤酒酵母利用麥芽汁中糖類和氨基酸等營養(yǎng)原料，以及麥汁中的溶解氧，合成酵母細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)行繁殖。此階段發(fā)酵液降糖較慢，-氨基氮迅速被同化，酵母細(xì)胞數(shù)逐步上升。當(dāng)溶解氧消耗完以后，就

12、進(jìn)入發(fā)酵階段。這一階段糖濃度下降較快，麥汁中的糖類(主要是麥芽糖)被轉(zhuǎn)化為酒精，同時發(fā)酵液溫度上升，需進(jìn)行冷卻。（2）后發(fā)酵及貯酒 后發(fā)酵貯酒通常是在約0的低溫條件下貯存310周，完成殘?zhí)前l(fā)酵、去除凝固物、飽和CO2、提高啤酒膠體穩(wěn)定性以及促進(jìn)啤酒風(fēng)味成熟。由于啤酒生產(chǎn)的后發(fā)酵期在啤酒的整個釀造過程中生產(chǎn)期最長，因而是提高啤酒生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。縮短啤酒生產(chǎn)的后發(fā)酵期，可以縮短啤酒發(fā)酵生產(chǎn)周期，從而節(jié)約巨大的貯存容積，提高設(shè)備利用率；同時還可以節(jié)省冷凍容量，降低產(chǎn)品的能源消耗，最終降低啤酒成本。在傳統(tǒng)啤酒生產(chǎn)的后酵中，隨著時間的延長，啤酒中殘留的糖份逐漸被啤酒酵母發(fā)酵完全，啤酒逐步被二氧化碳飽

13、和，酵母、冷凝固形物及酒花樹脂等在低溫和適當(dāng)pH值下緩慢沉淀，酒液逐漸澄清，同時發(fā)酵液中的風(fēng)味成分液逐步改變，形成特定的風(fēng)味體系，啤酒逐漸成熟。在后酵成熟中可以采用人工充二氧化碳，離心分離酵母，添加非生物穩(wěn)定劑(硅膠、單寧酸、蛋白酶等)吸附沉淀及分解高分子蛋白質(zhì)和多酚物質(zhì)等多種成熟工藝方法，縮短發(fā)酵作用時間，達(dá)到后酵貯酒的目的。1.2.5發(fā)酵工藝控制發(fā)酵過程的工藝控制也是啤酒發(fā)酵的主要技術(shù)因素。主要有發(fā)酵溫度、發(fā)酵罐壓力、酵母分離時間和方法、酵母懸浮細(xì)胞密度、后發(fā)酵貯酒的條件和時間等。其中發(fā)酵溫度最為重要，一般啤酒發(fā)酵溫度宜采用較低溫度發(fā)酵，下面啤酒為712，可以防止或減少細(xì)菌的污染，減少代謝

14、副產(chǎn)物的生成，有利于啤酒風(fēng)味的形成，主發(fā)酵溫度的不同也顯著地影響啤酒的風(fēng)格。發(fā)酵罐壓力及C02濃度對發(fā)酵影響也較大。發(fā)酵罐壓力通常是由于發(fā)酵中產(chǎn)生的CO2保壓形成的，因此CO2的濃度隨壓力的增加而增加，造成酵母增殖減少，發(fā)酵遲緩，代謝副產(chǎn)物也減少。另外發(fā)酵其它工藝條件對啤酒發(fā)酵也有較大的影響。1.2.6菌株的選擇和使用發(fā)酵菌株的特性將深刻地影響到微生物發(fā)酵過程的多個方面。對啤酒發(fā)酵也是一樣，菌株特性影響著酵母對糖的利用、氨基酸的同化、主產(chǎn)物酒精的發(fā)酵、副產(chǎn)物的形成、啤酒風(fēng)味的成熟以及啤酒的穩(wěn)定性等。同時還要考慮菌株特性對發(fā)酵過程控制操作最有利。啤酒酵母特性需要注意酵母的發(fā)酵速度、發(fā)酵限度、凝聚

15、性、回收性以及穩(wěn)定性等。在菌種的使用上要根據(jù)菌種的特性制定擴大培養(yǎng)工藝，以保證發(fā)揮最大作用：啤酒酵母的接種量也要適當(dāng)提高，接種量高發(fā)酵速度快，發(fā)酵終了時新增酵母細(xì)胞少，副產(chǎn)物雙乙酞峰值低，高級醇生成也少，對啤酒發(fā)酵整體有利，但接種量過高也會導(dǎo)致發(fā)酵后期酵母活力下降，后發(fā)酵不徹底，造成啤酒品質(zhì)下降。1.3啤酒發(fā)酵技術(shù)發(fā)展世界啤酒工業(yè)總的發(fā)展趨勢是擴大生產(chǎn)規(guī)模，采用大容量發(fā)酵罐;從工藝入手，縮短生產(chǎn)周期。從啤酒發(fā)酵機理出發(fā)，在接近主酵完成之時，提高發(fā)酵溫度，加速了雙乙酞的還原和啤酒的成熟，因為雙乙酰還原是啤酒成熟和縮短酒齡的關(guān)鍵，從而大大縮短了生產(chǎn)時間;設(shè)計并采用了多種型式的大容量發(fā)酵罐;采用一罐

16、發(fā)酵，簡化生產(chǎn)工序，主酵和后酵不再嚴(yán)格區(qū)分，縮短生產(chǎn)時間;研究固定化酵母發(fā)酵技術(shù)，采用連續(xù)發(fā)酵，是目前啤酒發(fā)酵技術(shù)的最大特點。麥汁緩沖性是指麥汁在其pH值范圍內(nèi)具有一定的緩沖能力。麥汁緩沖容量是衡量麥汁緩沖能力大小的尺度。許多研究證實，從麥汁到啤酒這個過程中，雖然緩沖體系的主要緩沖物質(zhì)發(fā)生了變化，但是整個緩沖體系的緩沖容量保持相對不變，因此，麥汁的緩沖性與啤酒的緩沖性息息相關(guān);從另一種角度講，麥汁這種緩沖性在一定程度上，決定了成品啤酒pH值并控制著成品啤酒pH值的變化幅度。啤酒品質(zhì)及其控制技術(shù) 啤酒是一種飲料酒，同時也是一種營養(yǎng)食品。各國對啤酒的需要量很大，而且出現(xiàn)不斷增長的趨勢。中國是世界啤

17、酒生產(chǎn)消費第一大國，隨著啤酒行業(yè)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，人們對啤酒提出了更高的要求，包括啤酒的衛(wèi)生要求、風(fēng)味品質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo)、外觀包裝等多個方面。1.4啤酒的風(fēng)味及成熟啤酒麥汁沒有令人愉快的風(fēng)味，只有通過啤酒酵母的發(fā)酵產(chǎn)生一系列的代謝產(chǎn)物，才能構(gòu)成啤酒特有的香味和口味。主要代謝產(chǎn)物是乙醇、CO2和水，高級醇則是酵母發(fā)酵主要副產(chǎn)物，它和雙乙酰對啤酒風(fēng)味影響較大。啤酒中的高級醇也稱為雜醇油是構(gòu)成啤酒酒體的重要物質(zhì)，是啤酒的風(fēng)味成分之一。啤酒中高級醇類主要有異戊醇、異丁醇、活性戊醇、一苯乙醇、正丙醇等。適宜的含量，會給人以醇厚、豐滿之感，飲后有愉快的感覺。但如果含量偏高，就會造成相反的結(jié)果，不但

18、會給啤酒帶來不愉快的后苦味，還會令飲者有“上頭”的感覺。據(jù)有關(guān)規(guī)定資料介紹，如果以對人體交感神經(jīng)、視覺神經(jīng)等大腦細(xì)胞傷害程度的大小將乙醇對人體的毒性定為1，那么異丁醇為8，異戊醇為19，而異戊醇在啤酒高級醇中的含量最高，約占50%，可見高級醇比乙醇對人的傷害更大。己經(jīng)證實飲啤酒上頭是由于高級醇含量過高引起的。因此，控制啤酒中高級醇的含量對提高啤酒質(zhì)量，改善啤酒風(fēng)味有著十分重要的意義。啤酒成熟的標(biāo)準(zhǔn)是純正、爽口，無異雜味。它的風(fēng)味成分主要來源于啤酒的原料大麥芽及其它谷物輔料、酒花和酵母的發(fā)酵作用，其中，起重要風(fēng)味作用的主要是雙乙酰（diacetyl)。雙乙酰及戊二酮的閾值因啤酒的種類而不同，下面

19、發(fā)酵啤酒中的閾值低于上面發(fā)酵啤酒。某種風(fēng)味物質(zhì)“閾值”是指該風(fēng)味成分能夠被人感覺到的最低濃度。一般說，在發(fā)酵啤酒中雙乙酰的閾值是0.1 mg/L。當(dāng)雙乙酰在啤酒中的濃度超過閾值時，會產(chǎn)生一種令人不愉快的餿酸味(雙乙酰味)，從而破壞了啤酒的風(fēng)味，影響啤酒的質(zhì)量。由于雙乙酰的產(chǎn)生與還原貫穿整個啤酒發(fā)酵過程，其含量已成為啤酒發(fā)酵成熟與否的標(biāo)志。1.5啤酒酵母概述啤酒酵母（S.cerevisiae Hansen）它在麥汁中25培養(yǎng)三天，細(xì)胞為圓形、卵形、橢圓形到臘腸形.按細(xì)胞長與寬之比又可分為三組。第一組細(xì)胞長寬比為12（<2）細(xì)胞為圓形或卵形。此組根據(jù)細(xì)胞大小又可分成大、中、小三型。此組酵母主

20、要用于酒精（淀粉質(zhì)原料）和白酒等蒸餾酒的生產(chǎn)，其中如德國2號、德國12號（Rasse .Rasse ）,應(yīng)用極為廣泛。這組還包括了葡萄酒酵母和魏氏酵母。第二組長寬比為1：2，以長卵形為主。此組酵母細(xì)胞出芽長大后不脫落，再出芽，易形成芽簇-假菌絲。主要用于啤酒、果酒釀造和面包發(fā)酵。第三組長寬比>2,細(xì)胞為長圓形至臘腸形,此類酵母耐高滲透壓,用于糖蜜酒精和朗姆酒生產(chǎn),臺灣396號酵母即屬此組。典型的啤酒酵母短軸與長軸之比為1：（101.5）.而且大多數(shù)優(yōu)良菌株在1：（1.11.3）之間.細(xì)胞拉長是變異的結(jié)果或發(fā)酵后期營養(yǎng)不足造成的。在液體培養(yǎng)時，細(xì)胞是單個的或有一個子細(xì)胞，子細(xì)胞為母細(xì)胞2/

21、3體積即脫落。細(xì)胞大小 ：細(xì)胞可以分成兩類，大型細(xì)胞尺寸為（6.88.0）×（8.09.0）µm,體積大于176µm³中小型(3.66.5)×(6.88.0) µm,體積100160µm³。中、小型酵母雖有的凝聚性很好，但大多數(shù)不如大型的。不過在相同的接種量下，中小型細(xì)胞比表面積大，發(fā)酵速度較快。近幾年人們傾向于挑選中小型細(xì)胞的菌株。1.6響應(yīng)面分析本研究介紹一種較為先進(jìn)的實驗設(shè)計方法響應(yīng)面分析法RSA (Response Surface Analysis) 。RSA 方法以回歸方法作為函數(shù)估算的工具,將多因子試驗

22、中因素與試驗結(jié)果的關(guān)系用多項式近似,把因子與試驗結(jié)果(響應(yīng)值) 的關(guān)系函數(shù)化,依次可對函數(shù)進(jìn)行面分析,定量地分析各因素及彼此之間交互作用對響應(yīng)值的影響。由于采用了合理的實驗設(shè)計,能以最經(jīng)濟的方式,用很少的實驗數(shù)量和時間對實驗進(jìn)行全面研究,科學(xué)地提供局部與整體的關(guān)系,從而取得明確的、有目的的結(jié)論,故近年來越來越為食品界科技人員所重視。1.7研究意義啤酒釀造就是酵母將麥汁中的糖分發(fā)酵成乙醇和二氧化碳的過程。在這個轉(zhuǎn)變過程中，酵母發(fā)揮了極其重要的作用，同時形成了對啤酒的口味、香味及其它特性有重要影響的發(fā)酵副產(chǎn)物，不同的酵母和發(fā)酵工藝對啤酒的口味特點起決定性的作用。同時，我們還發(fā)現(xiàn)同一酵母菌在不同的啤

23、酒生產(chǎn)廠表現(xiàn)出不同的特性，這說明環(huán)境因素的不同會引起酵母基因表達(dá)的變化，因此采用響應(yīng)面實驗設(shè)計了四因素三水平的發(fā)酵參數(shù)實驗，用以確定合適的發(fā)酵條件，發(fā)揮每一株酵母的最佳性能，確保發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和一致性，從而進(jìn)一步保證啤酒質(zhì)量的一致性。1.8 研究方案去生產(chǎn)廠取麥汁，然后根據(jù)要求調(diào)配，經(jīng)過酵母發(fā)酵后測定發(fā)酵液關(guān)鍵性指標(biāo)，最后用Design-Expert軟件分析，方案如下：麥芽汁調(diào)配發(fā)酵檢測Design-Expert軟件分析1.9響應(yīng)面分析本研究介紹一種較為先進(jìn)的實驗設(shè)計方法響應(yīng)面分析法RSA(Response Surface Analysis) 。RSA 方法以回歸方法作為函數(shù)估算的工具,將多

24、因子試驗中因素與試驗結(jié)果的關(guān)系用多項式近似,把因子與試驗結(jié)果(響應(yīng)值) 的關(guān)系函數(shù)化,依次可對函數(shù)進(jìn)行面分析,定量地分析各因素及彼此之間交互作用對響應(yīng)值的影響。由于采用了合理的實驗設(shè)計,能以最經(jīng)濟的方式,用很少的實驗數(shù)量和時間對實驗進(jìn)行全面研究,科學(xué)地提供局部與整體的關(guān)系,從而取得明確的、有目的的結(jié)論,故近年來越來越為食品界科技人員所重視。1.10研究意義啤酒釀造就是酵母將麥汁中的糖分發(fā)酵成乙醇和二氧化碳的過程。在這個轉(zhuǎn)變過程中，酵母發(fā)揮了極其重要的作用，同時形成了對啤酒的口味、香味及其它特性有重要影響的發(fā)酵副產(chǎn)物，不同的酵母和發(fā)酵工藝對啤酒的口味特點起決定性的作用。同時，我們還發(fā)現(xiàn)同一酵母菌

25、在不同的啤酒生產(chǎn)廠表現(xiàn)出不同的特性，這說明環(huán)境因素的不同會引起酵母基因表達(dá)的變化，因此采用響應(yīng)面實驗設(shè)計了四因素三水平的發(fā)酵參數(shù)實驗，用以確定合適的發(fā)酵條件，發(fā)揮每一株酵母的最佳性能，確保發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和一致性，從而進(jìn)一步保證啤酒質(zhì)量的一致性。第二章 材料與方法2.1材料麥汁、嶗啤酵母（圖2）、青啤酵母（圖3）、糖漿、氧氣、硫酸鋅等。圖2 嶗啤酵母 圖3 青啤酵母2.2主要儀器Z1 Counter® Particle Counter計數(shù)儀HZQ-F160恒溫振蕩培養(yǎng)箱REVCO生化培養(yǎng)箱Lambda 2S分光光度計VX100型混勻器ANTON PAAR啤酒分析儀 APS-2HYPE

26、RSIL NH2 柱2695型高效液相色譜分離單元Waters 2414示差折光檢測器250mL發(fā)酵管（2cm×1.2m）4080 SHINVA®滅菌鍋DELTA 320 PH計Milli-QPlus純水制備儀HZQ-F160 HDL®全溫振蕩培養(yǎng)箱CB150 WTB BINDER生化培養(yǎng)箱WBG-0-2 二等標(biāo)準(zhǔn)汞溫度計Clarus 500氣相色譜儀DB-5 色譜柱3K15型低溫高速離心機美國BECKMAN COUNTER公司哈爾濱東聯(lián)公司美國REVCO公司美國PERKIN ELMER公司美國LABNET公司奧地利ANTON PAAR公司美國THERMO公司美國

27、WATERS公司美國WATERS公司青島海洋大學(xué)玻璃儀器廠定制山東新華醫(yī)療器械股份有限公司 瑞士METTLER TOLEDO公司美國MILLIPORE公司哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司 德國WTB BINDER公司上海華辰醫(yī)用儀器有限公司美國PERKIN ELMER公司美國AGILENT公司德國SIGMA公司2.3實驗方法2.3.1酵母計數(shù)儀的使用由于測量時取樣是200l，加入酵母計數(shù)儀的燒杯中，燒杯內(nèi)裝有100ml離子水，所以計算測量結(jié)果時需要將酵母計數(shù)儀上顯示的數(shù)據(jù)乘以500才是真正結(jié)果。在測量之前要放入空白離子水校正酵母計數(shù)儀，使其測量結(jié)果在顯示屏上顯示在300以下最后，這樣測量的結(jié)果才

28、比較準(zhǔn)確。測量結(jié)束后要將酵母計數(shù)儀循環(huán)12次防止酵母或大的其他粒子堵住計數(shù)儀上的計數(shù)管上的小孔。2.3.2酵母的添加根據(jù)測量結(jié)果計算出需要加入的擴培酵母的量，放入50ml離心管中，放入3K15型低溫高速離心機中用4000r/min離心5min，然后將離心后的酵母泥加入SCHOOT瓶中。2.3.3不同糖度麥汁制備從青島啤酒四廠發(fā)酵車間取未充氧麥汁30L，帶回青島啤酒科研所待測。用糖度計測量所取麥汁為13度麥汁，實驗要求所需培養(yǎng)基為13度，15度和18度。13度麥汁需要 3.5L，15度麥汁需要8.5L，18度麥汁需要3.5L。15度麥汁用13度麥汁加一定量的75度糖漿配制，18度麥汁同樣如此。添

29、加糖精的計算方法：15度的計算方法8500×0.15(8500-X)×0.13+X×0.7518度的計算方法3500×0.18(3500-X)×0.13+X×0.75 分別計算得出15度需要13度麥汁8226ml，糖精274ml,18度需要13度麥汁3218ml，糖精282ml.15度麥汁的配置：用1L量筒取8226ml麥汁分別放入兩個5L的三角瓶中，然后用250ml量筒取250ml糖精倒入其中一個三角瓶中，用三角瓶中的麥汁沖洗量筒，再用50ml量筒取24ml糖精倒入同一個三角瓶，同樣用三角瓶中的麥汁沖洗干凈，然后將另一個三角瓶中的麥

30、汁與這個三角瓶中的麥汁混勻。混勻后用20度糖度計校正所配麥汁，適量加減麥汁或糖精。18度麥汁的配置：用1L量筒取3218ml13度麥汁放入5L三角瓶中，再分別用250ml和50ml量筒取282ml糖精加入三角瓶中，用三角瓶中的麥汁反復(fù)沖洗量筒將麥汁混勻。混勻后用20度糖度計校正所配麥汁，適量加減麥汁或糖精。2.3.4不同鋅離子量麥汁制備根據(jù)鋅離子量再將三種麥汁分別配置成0.15ppm，0.35ppm，0.5ppm。由于麥汁中鋅離子含量為0.15ppm，所以只需配0.35ppm，0.5ppm。首先用電子稱取ZnSO4.7H2O 0.442g，放入裝有1L蒸餾水的燒杯中，配置成鋅離子為100ppm

31、的溶液待用。13度麥汁鋅離子含量為0.15ppm需要500ml，0.35ppm需要2000ml，0.5ppm需要500ml。15麥汁鋅離子含量為0.15ppm需要2000ml，0.35ppm需要4000ml，0.5ppm需要2000ml。18度麥汁鋅離子含量為0.15ppm需要500ml，0.35ppm需要2000ml，0.5ppm需要500ml。13度麥汁鋅離子含量為0.35ppm需要100ppm溶液量的計算方法：2000×0.35（2000-X）×0.15+X×100，計算得出需要100ppm溶液4ml。0.5ppm需要100ppm溶液量的計算方法：500&#

32、215;0.5（500-X）×0.15+X×100得出需要100ppm溶液1.75ml。15度麥汁鋅離子含量為0.35ppm需要量的計算方法：4000×0.35（4000-X）×0.15+X×100，計算得出需要100ppm溶液8ml。0.5ppm需要100ppm溶液量的計算方法2000×0.5（2000-X）×0.15+X×100得出需要100ppm溶液7ml。用同樣的計算方法得出18度麥汁鋅離子含量為0.35ppm需要100ppm溶液溶液4ml，0.5ppm需要100ppm溶液1.75ml。取13度麥汁2000

33、ml放入5L三角瓶中，用5ml移液器取4ml 100ppm溶液放入三角瓶中，配置成0.35ppm麥汁。再取13度麥汁500ml放入1L三角瓶中，用200ul移液器取1.75ml100ppm溶液放入三角瓶中，配置成0.5ppm麥汁。分別貼上標(biāo)簽。取15度麥汁4000ml放入5L三角瓶中，用5ml移液器取8ml 100ppm溶液放入三角瓶中，配置成0.35ppm麥汁。再取15度麥汁2000ml放入5L三角瓶中，用5ml移液器取7ml 100ppm溶液放入三角瓶中，配置成0.5ppm麥汁。分別貼上標(biāo)簽。取18度麥汁2000ml放入5L三角瓶中，用5ml移液器取4ml 100ppm溶液放入三角瓶中，配

34、置成0.35ppm麥汁。再取18度麥汁500ml放入1L三角瓶中，用200l移液器取1.75ml 100ppm溶液放入三角瓶中，配置成0.5ppm麥汁。分別貼上標(biāo)簽。2.3.5充氧方式本次實驗充氧分為充氧8ppm，11ppm，和14ppm三種充氧量。充氧在SCHOTT DURAN瓶中進(jìn)行。8ppm的充氧：先用手用力來回?fù)u晃共四十下，過一段時間再搖晃四十下，共搖晃三次。11ppm的充氧：用氧氣瓶往SCHOTT DURAN瓶中沖入氧氣約20秒后，蓋上瓶蓋，用力來回?fù)u晃共四十下，如此再進(jìn)行兩次。14ppm的充氧：用氧氣瓶往SCHOTT DURAN瓶中沖入氧氣約20秒后，蓋上瓶蓋，用力來回?fù)u晃共四十下

35、，如此再進(jìn)行兩次。然后將輸氧管插入培養(yǎng)麥汁中充氧約20秒，蓋上瓶蓋，用力來回?fù)u晃共四十下。2.3.6酵母的測量用注射器從發(fā)酵管中抽取5ml左右培養(yǎng)液，抽取時要先抽取1ml左右，然后將抽取物放掉，再抽取5ml，這樣抽取的培養(yǎng)液比較均勻。然后將抽取的培養(yǎng)液放入10ml離心管中，用微型漩渦振蕩儀振蕩均勻，再用酵母計數(shù)儀測量出酵母數(shù)。2.3.7發(fā)酵度測定將發(fā)酵管中的培養(yǎng)液倒出用過雙層濾紙過濾，取25ml左右，用啤酒分析儀測量發(fā)酵度。2.3.8成熟度檢測將培養(yǎng)液用雙層濾紙過濾后，用高效氣相、液相檢測。2.4具體操作流程第一階段將配好的麥汁按照表1所示分裝在SDHOOT瓶中，每瓶裝240ml，再按如表2、

36、表3所示添加青啤酵母或嶗啤酵母，進(jìn)行充氧。最后裝入發(fā)酵管中，按表所示時間測量酵母數(shù)。待第七天后將發(fā)酵管中的培養(yǎng)液倒出過濾測量發(fā)酵度、成熟度。第二階段除添加酵母為嶗啤酵母外，其余操作與第一階段相同。2.5響應(yīng)曲面實驗設(shè)計通過文獻(xiàn)及以往實驗經(jīng)驗，酵母添加量、充氧量、鋅離子含量、麥汁濃度和發(fā)酵溫度是影響酵母發(fā)酵的關(guān)鍵因素，因此，在此基礎(chǔ)上，本研究采用Box-Behnken模型，以酵母添加量、充氧量、鋅離子含量和麥汁濃度4個外界因子為自變量（independent variable），分別以X1、X2、X3、X4來表示之，并以+1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平，按方程xi=(Xi-X0)/X

37、對自變量進(jìn)行編碼，其中，xi為自變量的編碼值，Xi為自變量的真實值，X0為實驗中心點處自變量的真實值，X為自變量的變化步長。衡量發(fā)酵性能采用五個指標(biāo)麥芽三糖利用量、發(fā)酵度、成熟度（雙乙酰、戊二酮、乙醛）作為響應(yīng)值Y1-Y5, 因子編碼及水平見表1。利用統(tǒng)計軟件Design Expert (StaticMadeEasy,Minneapolis,MN,USA)來進(jìn)行實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析。表1 各因素量及水平自變量水平麥汁濃度/0P充氧量/ppm鋅離子含量/ppm酵母添加量/（×106個/ml）-11380.1515015110.3520118140.525實驗設(shè)計方法：響應(yīng)面實驗設(shè)計里的B

38、OX-Benhnken采用的設(shè)計及數(shù)據(jù)分析軟件：Design-Expert設(shè)計原理：以發(fā)酵度、成熟度等指標(biāo)作為因變量y，麥汁濃度、充氧等因素作為自變量x，通過少量有代表性的實驗將y與x之間的關(guān)系函數(shù)化，從而可以量化它們之間的關(guān)系，預(yù)測出最佳發(fā)酵參數(shù)，并找出因素之間的相互影響趨勢。實驗安排：2株酵母、1種溫度共54次實驗，實驗安排及結(jié)果見表2，表3。其中成熟度（乙醛，戊二酮，雙乙酰）為第七天測，酵母數(shù)為第一天，第三天，第五天，第七天所測。表2為青啤酵母實驗安排及結(jié)果，表3為嶗啤酵母實驗安排及結(jié)果。第三章 結(jié)果與討論3.1 結(jié)果試驗所得結(jié)果如表2表3所示表2 青啤酵母實驗安排及結(jié)果麥汁濃度/0P酵

39、母添加/（×106個/ml）麥汁充氧/ppm麥汁鋅/ppm麥芽三糖含量/（g/L）麥芽三糖含量/（g/L）利用量/（g/L）發(fā)酵度/（%）雙乙酰/ppb戊二酮/ ppb乙醛/ppb第1天酵母數(shù)/（×106個/ml）第3天酵母數(shù)/（×106個/ml）第5天酵母數(shù)/（×106個/ml）第7天酵母數(shù)/（×106個/ml）1320140.3511.702.718.99 70.4278.851.36.0520.0 84.845.99.81315110.3511.703.098.61 69.89106.964.5 6.7716.6 86.034.80.81

40、325110.3511.703.278.43 70.3668.142.9 9.6531.0 58.018.610.41320110.511.702.119.59 70.8778.656.7 6.6920.0 79.347.88.31320110.1511.702.978.73 70.8466.440.3 5.6322.0 95.647.02.2132080.3511.703.428.28 70.7767.944.3 6.0523.0 86.023.81.5152580.3513.184.868.3269.16201.0120.08.2145.490.235.831.41525110.513.1

41、84.468.7268.95176.679.08.4940.790.128.010.31520140.513.186.336.85 57.66226.8153.9 7.6527.0 95.691.716.11515110.1513.184.238.95 69.78170.3108.4 11.2216.0 84.131.11.81525140.3513.183.859.32 69.84195.1102.0 9.843.8 71.641.59.01525110.1513.184.888.30 68.53240.1121.3 8.6539.1 117.745.721.31520110.3513.18

42、4.808.38 69.35235.0132.9 10.0832.3 87.065.411.61520110.3513.183.989.19 69.21219.4106.2 9.643.3 92.751.612.51520110.3513.184.828.36 66.74186.390.4 10.942.0 98.372.98.71520140.1513.185.487.70 67.47166.373.9 10.2730.9 96.444.05.91515140.3513.184.958.23 67.52374.0185.7 11.0125.4 68.844.47.6152080.513.18

43、4.748.43 69.02237.5146.5 7.631.3 94.137.230.3151580.3513.184.928.25 69.3373.0253.5 11.1826.7 87.361.624.81515110.513.185.267.92 66.68497.9319.2 11.6623.6 66.746.514.4152080.1513.185.068.11 67.73197.9102.8 9.5335.1 102.553.915.51825110.3519.387.9311.44 62.03280.0122.0 7.2237.1 118.074.435.31820110.15

44、19.387.1412.24 67.44268.0148.0 8.7123.8 89.233.214.91820110.519.387.0512.32 65.75234.0119.0 8.3725.2 79.756.413.6182080.3519.388.2911.09 64.18332.0232.0 8.4928.3 91.471.325.71820140.3519.389.2210.16 59.3357.0154.0 8.3824.5 91.267.131.41815110.3519.387.1312.24 65.78306.0161.0 920.2 67.968.218.9表3 嶗啤酵

45、母實驗安排及結(jié)果麥汁濃度/0P酵母添加/（×106個/ml）麥汁充氧/ppm麥汁鋅/ppm麥芽三糖含量/（g/L）麥芽三糖含量/（g/L）利用量/（g/L）發(fā)酵度/（%）雙乙酰/ppb戊二酮/ ppb乙醛/ppb第1天酵母數(shù)/（×106個/ml）第3天酵母數(shù)/（×106個/ml）第5天酵母數(shù)/（×106個/ml）第7天酵母數(shù)/（×106個/ml）1320140.3511.701.20 10.5072.0726.910.5 3.84 20.0 148.0 62.732.4 1315110.3511.701.54 10.1671.7662.130.

46、5 3.88 21.0 83.0 50.07.1 1325110.3511.701.00 10.7072.3621.37.1 3.28 19.0 116.0 63.511.1 1320110.511.700.99 10.7172.1723.98.8 3.44 25.0 102.0 57.115.6 1320110.1511.701.44 10.2671.9925.59.5 4.14 23.0 105.6 88.128.8 132080.3511.701.12 10.5872.1622.8.0 3.46 23.6 137.0 82.09.6 152580.3513.182.29 10.8970.

47、9463.5 35.7 5.10 28.0 114.0 87.335.7 1525110.513.181.68 11.5071.0360.9 31.0 5.29 44.6 107.8 68.45.5 1520140.513.182.39 10.7971.3790.0 50.0 5.13 22.0 88.8 91.11.1 1515110.1513.182.22 10.9671.6184.6 45.7 5.08 16.0 99.0 48.831.9 1525140.3513.182.25 10.9371.1252.5 27.3 5.77 28.0 106.8 66.812.6 1525110.1

48、513.182.09 11.0868.8899.4 42.2 5.85 36.2 95.2 61.15.0 1520110.3513.181.59 11.5970.7698.6 49.2 6.02 33.1 197.3 99.819.6 1520110.3513.181.61 11.5771.53115.3 55.5 4.12 33.0 96.4 80.760.1 1520110.3513.181.73 11.4570.9481.2 44.0 6.25 34.9 91.2 77.511.0 1520140.1513.184.87 8.3069.13157.0 77.0 6.44 26.5 94

49、.4 55.814.0 1515140.3513.185.69 7.4967.37221.0 99.9 8.54 20.4 88.9 59.513.4 152080.513.184.62 8.5669.41167.0 98.0 6.10 29.2 91.2 51.813.5 151580.3513.185.91 7.2667.16182.0 99.0 8.55 19.4 92.2 71.414.0 1515110.513.185.60 7.5768.48285.0 158.0 9.33 17.3 67.0 42.913.8 152080.1513.184.78 8.4069.72169.0 8

50、9.0 5.78 24.9 92.4 74.716.1 1825110.3519.386.97 12.4165.63464.0 200.0 7.57 33.5 90.6 62.213.1 1820110.1519.388.14 11.2464.59359.0 167.0 8.19 25.8 88.7 66.727.1 1820110.519.387.89 11.4964.02343.0 179.0 8.69 23.4 73.8 59.619.4 182080.3519.388.95 10.4360.22381.0 190.0 8.69 25.8 81.3 76.540.4 1820140.35

51、19.389.84 9.5459.92444.0 190.0 8.37 25.1 80.7 56.540.9 1815110.3519.3810.24 9.1457.80338.0 172.0 9.03 19.6 84.4 60.636.6 3.2對發(fā)酵度的分析根據(jù)表2，表3中數(shù)據(jù)，采用Design-Expert軟件對青啤酵母和嶗啤酵母發(fā)酵度情況進(jìn)行圖示分析如圖4和圖5所示。以下所有圖中A代表麥汁濃度，B代表酵母添加量，C代表麥汁充氧量，D代表麥汁鋅含量。圖4 青啤酵母發(fā)酵度情況 圖5 嶗啤酵母發(fā)酵度情況相同點：對于兩株酵母來說，麥汁濃度都是影響發(fā)酵度最大的因素。不同點：對于青啤酵母，4個因素對于發(fā)酵度的影響都是線形的，隨著水平由低到高，對于發(fā)酵度來說都是負(fù)面影響，影響因素最大的是麥汁濃度，其它因素的影響力度都比較小；對于嶗啤酵母，除了麥汁鋅，其它三個因素對于發(fā)酵度都有影響，并且是非線性的，在從低水平到中水平，增大酵母添加和麥汁充氧有利于發(fā)酵度的增大，但隨著麥汁濃度的增高，酵母添加量對發(fā)酵度的影響越來越小