啤酒高濃釀造技術的研究進展

啤酒高濃釀造技術的研究進展

作為一種低酒精飲料，啤酒隨著人們生活水平的提高而增加。在發(fā)展中國家，尤其是第三世界國家，啤酒產(chǎn)量顯著增加，啤酒行業(yè)的競爭也越來越激烈。因此,如何在保證啤酒質量的前提下,提高其生產(chǎn)效率,成為啤酒生產(chǎn)企業(yè)賴以生存和發(fā)展的關鍵。啤酒高濃釀造技術便由此應運而生。啤酒高濃釀造是指在啤酒生產(chǎn)中采用比正常濃度更高的麥汁濃度進行發(fā)酵,并在發(fā)酵后期用水稀釋成常規(guī)濃度啤酒的技術。采用高濃釀造技術可以在不增加糖化、發(fā)酵等相關生產(chǎn)設備的基礎上,能夠大大提高企業(yè)的啤酒生產(chǎn)能力,減少能源消耗,進一步降低生產(chǎn)成本。盡管啤酒高濃釀造技術經(jīng)過了多年的應用和發(fā)展,但隨著高濃釀造麥汁濃度的逐步提高,在生產(chǎn)過程中存在的一系列問題也越來越突出。近幾年來,國內外許多學者針對啤酒高濃釀造技術進行了研究,主要集中在對高濃釀造用啤酒酵母、高濃釀造工藝以及高濃釀造啤酒風味和泡持性等方面。本研究詳細闡述了啤酒高濃釀造技術的特點及其存在的問題,并對啤酒高濃釀造酵母選育、高濃麥汁制備過程、高濃發(fā)酵過程及高濃釀造啤酒風味、泡沫穩(wěn)定性等方面的研究進展進行了系統(tǒng)分析。1高濃釀造的特點在啤酒行業(yè)中,高濃釀造通常是指當麥汁濃度在18～25莓P時,酵母可以正常發(fā)酵,并且能夠回收再次利用。高濃釀造較常規(guī)濃度發(fā)酵具有許多的優(yōu)勢:(1)麥汁制備、啤酒發(fā)酵和貯存等生產(chǎn)設備的利用率得到顯著提高;(2)啤酒生產(chǎn)過程中的能耗減少,勞動力及清洗、排污處理成本降低,進一步實現(xiàn)了啤酒生產(chǎn)成本的降低;(3)高濃釀造啤酒較之常規(guī)濃度發(fā)酵啤酒,其非生物穩(wěn)定性及風味穩(wěn)定性明顯提高;(4)高濃發(fā)酵產(chǎn)生的酒精濃度較高,有利于抑制微生物的生長,減少雜菌污染,使得發(fā)酵更安全;(5)采用高濃釀造技術可實現(xiàn)更高比例輔料的添加,適合高輔料比啤酒的生產(chǎn);(6)高濃釀造后稀釋的啤酒,其口味更加淡爽,適應消費者需求;(7)根據(jù)輔料添加及稀釋工藝等的不同,可生產(chǎn)出多種不同風味的啤酒,賦予啤酒品種的多樣化。然而,隨著高濃釀造麥汁濃度的進一步提高,高濃釀造會產(chǎn)生一系列的問題,如發(fā)酵不完全、發(fā)酵緩慢或受阻、酵母活力下降、酵母回用代數(shù)減少、成品酒泡持性差、啤酒風味不協(xié)調等。高濃釀造由于麥汁濃度的提高,其對釀造酵母及生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。高濃釀造中,酒精毒性及滲透壓的增大對酵母生長產(chǎn)生一定的抑制,使得酵母活力下降,發(fā)酵緩慢或受阻。因此,高濃釀造要求啤酒酵母對酒精及滲透壓具有很好的耐受性。另外,高濃釀造對于高濃麥汁的制備及過濾稀釋工藝有更嚴格的要求。為提高麥汁濃度,通常采取增加投料量并在煮沸終了前添加糖漿,以減少浸出物損失并克服過濾問題。稀釋工藝對于稀釋用水有特定的要求,應具有和啤酒相同的質量特性,如生物穩(wěn)定性、無異味和異臭、具有一定量的二氧化碳、與被稀釋啤酒具有相同的溫度和pH值等。基于以上特點,高濃釀造特別適于生產(chǎn)高輔料啤酒和低濃度啤酒,已成為釀造淡爽型啤酒的成熟工藝。采用高濃麥汁發(fā)酵,其浸出物含量增加,由此形成的副產(chǎn)品較多,適于后期稀釋;高濃發(fā)酵產(chǎn)生的酒精濃度較高,高酒精濃度環(huán)境有利于抑制微生物的生長,減少雜菌污染,使發(fā)酵更安全,雜味更少。此外,采用后稀釋技術可用同一麥汁釀造出不同濃度、不同風格特色的啤酒,有利于發(fā)展啤酒的多樣化。2連續(xù)培養(yǎng)選擇啤酒酵母菌是啤酒釀造的根本,其優(yōu)劣對啤酒質量起著至關重要的作用。高濃釀造由于麥汁濃度的提高,發(fā)酵液滲透壓相應增大,酒精濃度也升高。因此,高濃釀造要求啤酒酵母菌種具有良好的發(fā)酵性能、較高的耐酒精和耐滲能力,這樣才能保持啤酒風味的穩(wěn)定性。啤酒酵母的選育可采用物理或化學誘變方法、連續(xù)培養(yǎng)選擇、原生質體融合技術、雜交以及基因工程技術等。目前,國內外有關高濃釀造啤酒酵母選育的研究報道較少,主要使用物理或化學誘變及連續(xù)培養(yǎng)選擇的方法。任海波等利用He-Ne激光和氯化鋰復合誘變,配合高濃馴化手段,獲得1株能較好適應高濃發(fā)酵的高濃啤酒酵母菌株,并經(jīng)連續(xù)8代培養(yǎng),且其性狀穩(wěn)定。祖國仁等以啤酒酵母泥X作為出發(fā)菌株,采用生化方法,經(jīng)過篩選得到高耐滲、高耐酒精的酵母菌Y,該菌株耐酒精度18%vol,耐糖度60%,將其在28°P麥汁中發(fā)酵,發(fā)酵度較出發(fā)菌株提高3.3%,且風味物質組成更協(xié)調,可很好的適用于啤酒高濃釀造;LiesBlieck等從工業(yè)啤酒發(fā)酵池中分離得到發(fā)酵性能較好的突變菌株,其發(fā)酵速度快,對酒精有更好的耐受性,并初步研究確定了影響酵母發(fā)酵性能的基因,為構建適合高濃釀造的基因工程菌提供了一定的理論依據(jù);AnneHuuskonen等對剛結束厭氧發(fā)酵的酵母進行EMS誘變并結合連續(xù)培養(yǎng)選擇的方法,獲得發(fā)酵能力較親代大幅提高的酵母突變菌株,經(jīng)中試試驗,發(fā)酵速率提高10%～30%,發(fā)酵更完全(殘?zhí)呛繛?～8g/L),而酵母的絮凝性及活性與親代相似。盡管上述研究通過物理或化學誘變以及連續(xù)培養(yǎng)選擇等方法,獲得了較好適應高濃釀造的啤酒酵母菌株,但是到目前為止,還沒有完全適合于高濃啤酒生產(chǎn)的專用啤酒酵母。因此,應該改變傳統(tǒng)的菌種誘變選育方法,采用基因工程技術,致力于構建適合高濃釀造的基因工程菌的研究,以期得到1株在耐滲透壓、耐酒精度、副產(chǎn)物的產(chǎn)率、各種風味物質生成能力、穩(wěn)定性等各方面都適合于高濃啤酒大規(guī)模生產(chǎn)的酵母菌株。3用糖漿、糖漿制備高濃麥汁高濃釀造工藝采用高濃度麥汁進行糖化、發(fā)酵,并結合后稀釋技術生產(chǎn)啤酒,可有效降低能耗,在不增加糖化、發(fā)酵和貯存等生產(chǎn)設備的基礎上,滿足擴大產(chǎn)量的需要。高濃釀造工藝從麥汁的制備、過濾到稀釋、后修飾過程中,均需要嚴格控制每階段的各項參數(shù)。高濃麥汁的制備對原料有較高的要求,應選用糖化力高、庫值適中、溶解度較好的麥芽,以使淀粉中的糖得到更好的分解,獲得α-N含量較高的麥汁。高濃麥汁的制備方法有兩種:一種是加大投料量,按常規(guī)方法制備高濃麥汁;另一種是使用蔗糖或糖漿制備高濃麥汁。前者存在明顯的技術缺陷,過高的提高投料量會造成糖化、糊化醪液粘度增大,造成攪拌、過濾困難,以及過濾時間延長,過濾殘?zhí)呛扛?。后者采用煮沸終了前添加糖漿的方法,可有效避免攪拌、過濾等問題,但添加糖漿的種類與添加量等可能會對麥汁的質量產(chǎn)生一定的影響。為提高麥汁濃度并克服高濃麥汁的過濾問題,需增加投料量并控制料水比在適當范圍,并在煮沸終了前添加糖漿?，F(xiàn)在高濃麥汁的制備廣泛采用添加糖漿的方法。啤酒釀造用糖漿要求含有較多的麥芽糖和α-氨基氮,而葡萄糖含量較少。如果糖漿中葡萄糖含量較高,發(fā)酵過程中酵母會優(yōu)先利用葡萄糖,產(chǎn)生大量酒精,使得對酵母的抑制作用增大,導致發(fā)酵緩慢。用于啤酒釀造的糖漿主要有大麥糖漿、玉米淀粉糖漿和復合糖漿等。大麥糖漿由飼料大麥及少部分麥芽制造,α-N含量較高,色度深;玉米淀粉糖漿由玉米淀粉制成,含有較高的麥芽糖,α-N含量較少,適合與全麥汁搭配使用;復合糖漿由大麥、麥芽和部分玉米淀粉而制成,α-N含量適中。對于啤酒高濃釀造來說,最好使用大麥糖漿,但其成本相對較高。玉米淀粉糖漿來源廣泛且成本較低,但其α-N含量較少,不適于高濃釀造。復合糖漿較大麥糖漿成本低,且α-N含量適中,是啤酒高濃釀造較為理想的選擇。此外,還有許多特色啤酒專用糖漿,如用于低醇啤酒生產(chǎn)的低聚糖漿、生產(chǎn)雙歧因子啤酒的異麥芽糖糖漿等。高濃釀造隨著麥汁濃度的增加,酒花的利用率變低,導致稀釋到常規(guī)濃度后啤酒的風味欠缺。因此,可適當增加酒花的添加量,也可在發(fā)酵后添加酒花制品進行補充,以保持啤酒所需的酒花香氣、風味和苦味值。4高濃釀造對酵母代謝的影響高濃釀造技術對啤酒發(fā)酵過程的影響主要表現(xiàn)為:發(fā)酵前期,高濃麥汁引起的高滲透壓對啤酒酵母具有抑制作用;發(fā)酵后期,高濃發(fā)酵產(chǎn)生的高酒精濃度對啤酒酵母具毒害作用;高濃發(fā)酵麥汁濃度的增加,引起麥汁溶氧水平的降低,其對釀造酵母可產(chǎn)生影響;高濃麥汁營養(yǎng)組成的變化對酵母活力及代謝的影響。目前,國內外關于高濃釀造對啤酒酵母影響的研究報道很多,主要集中于對酵母發(fā)酵能力、酵母本身及其代謝的影響研究。高濃釀造產(chǎn)生的高滲透壓、高酒精度被認為是影響酵母活力的主要原因。有研究表明,高滲透壓、高酒精度對酵母活力的抑制,其實是營養(yǎng)缺乏所導致的,向麥汁中添加營養(yǎng)物質可增加酵母新細胞的合成強度和水平。高濃釀造對酵母代謝影響的研究,主要是對碳氮源物質代謝、風味物質代謝及能源物質代謝影響的研究。研究顯示,高濃釀造對酵母代謝影響的原因,仍是高濃環(huán)境所引起的高滲透壓、高酒精度對酵母造成的脅迫以及高濃麥汁營養(yǎng)組成的變化對酵母本身的影響。近年來,國內外許多學者針對高濃釀造對啤酒酵母代謝的影響做了研究,但對酵母代謝情況及代謝機理的影響仍缺乏系統(tǒng)的分析,該方面還有待進一步的研究。在啤酒發(fā)酵過程中,麥汁中的氧含量對酵母的生理活性及發(fā)酵能力有很大的影響。氧的主要功能是促進不飽和脂肪酸和甾醇的合成。而酵母細胞膜的主要成分是甾醇,充足的麥角甾醇,對促進細胞生長、保持細胞膜的流動性、滲透性及細胞膜功能完整性等方面起著至關重要的作用。此外,據(jù)報道,酵母對酒精的耐受性與線粒體基質中的含錳超氧化物歧化物有關,而氧與其合成有密切關系。如果發(fā)酵過程中對酵母供氧不足,會使其增殖受到限制,酵母對高滲透壓、高酒精度的耐受性降低,從而導致發(fā)酵速度降低或延緩。高濃釀造由于麥汁濃度的增加,使得麥汁的飽和溶氧量降低,而高濃釀造中酵母對氧的需求量較常規(guī)發(fā)酵高。因此,在高濃發(fā)酵中,應當提高麥汁溶氧量,以保證酵母增殖期間有充足的供氧。HeatherL.Jones等研究發(fā)現(xiàn),合理控制供氧時間及供氧濃度可有效縮短發(fā)酵時間,提高效率,節(jié)約成本;孫向軍等的研究結果顯示,向麥汁中充入純氧可顯著提高麥汁的飽和溶氧量,且采用二次充氧可大大提高啤酒發(fā)酵度,縮短發(fā)酵時間。另外,高濃發(fā)酵較常規(guī)發(fā)酵產(chǎn)生的泡沫更多,導致發(fā)酵罐的容積率降低,引起不必要的泡沫損失。相關研究表明,可在發(fā)酵過程中采用變溫控制來解決這一問題,即發(fā)酵開始時便采用低溫發(fā)酵直到高泡期,高泡期過后,升至正常發(fā)酵溫度。5高濃釀造啤酒主要原料及最佳配方的確定啤酒風味是啤酒中各種風味物質相互加成影響的結果。適宜的高級醇含量及相互間的比例,可使酒體豐滿圓潤、口感柔和協(xié)調;適量的有機酸給予啤酒愉快的酸味和爽口的苦味;酒花油中多揮發(fā)性成分共同產(chǎn)生“酒花香”。高濃釀造啤酒的風味與常濃釀造啤酒相比,酒體較淡。Anderson等研究發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)麥汁相比,高濃麥汁發(fā)酵產(chǎn)生更多的酯類,尤其是乙酸乙酯和乙酸異戊酯,但與原麥汁濃度的增加不成比例。此外,高濃釀造產(chǎn)生的其他副產(chǎn)物,如風味物質高級醇、雙乙酰、戊二酮等,其含量也均高于常濃釀造啤酒,但各副產(chǎn)物的增加量與原麥汁濃度的增加量也不成比例。高濃發(fā)酵后,將其稀釋到常規(guī)啤酒濃度,就會使得啤酒的風味不協(xié)調。因此,在高濃釀造過程中,有效控制副產(chǎn)物生成量將是保證啤酒質量的重要手段。高級醇和酯是啤酒中含量最多的兩類風味物質,其生成水平的改變對啤酒風味有重大的影響。啤酒中含量最豐富的高級醇和酯類是戊醇、異丁醇、乙酸乙酯和乙酸異戊酯。發(fā)酵過程中,高級醇和酯的生成受多種因素的影響,如酵母菌株、發(fā)酵溫度、壓力、酵母接種量、麥汁凝固物、麥汁中氧含量、脂肪酸和氨基酸含量以及某些金屬離子的含量等。為保證高濃稀釋后啤酒的風味,應當有效控制酵母接種量、發(fā)酵溫度、壓力、麥汁中氧含量等。高濃釀造啤酒較之于常規(guī)濃度釀造啤酒,其風味穩(wěn)定性及非生物穩(wěn)定性均大幅提高,但其泡沫穩(wěn)定性卻大大降低。蛋白質在啤酒泡沫的形成及穩(wěn)定方面起著十分重要的