發(fā)酵食品工藝第5章-啤酒釀造工藝-啤酒發(fā)酵

第五章啤酒發(fā)酵第一節(jié)啤酒酵母二.啤酒酵母優(yōu)良特性的評估和篩選方法（1）形態(tài)學上的要求（2）生理學要求（3）發(fā)酵力的要求（4）凝聚性和沉淀能力（5）雙乙酰峰值和還原速度（6）揮發(fā)性風味物質(zhì)（7）酵母對壓力的耐受性（8）酵母的穩(wěn)定性（9）主酵液和成品啤酒的風味品嘗（10）啤酒泡沫特性第一節(jié)啤酒酵母形態(tài)學上的要求：（1）細胞形態(tài)：典型的啤酒酵母短軸與長軸之比為1：1.0～1.5，大多數(shù)優(yōu)良菌株在1：1.1～1.3之間。細胞拉長是變異的結(jié)果或發(fā)酵后期營養(yǎng)不足造成的。（2）細胞大小：中、小型酵母凝聚性不如大型的。中小型細胞，在相同接種量下，細胞比表面積大，發(fā)酵速度較快。第一節(jié)啤酒酵母生理學要求：若想發(fā)酵速度快、發(fā)酵度高、雙乙酰還原快、啤酒較淡爽的應(yīng)選擇增殖級數(shù)大（但不能超過3）、發(fā)酵液中細胞濃度高[（60～70）×106個/ml]的菌株。第一節(jié)啤酒酵母發(fā)酵力的要求①酵母麥汁極限發(fā)酵度：反映酵母對麥汁中可發(fā)酵性糖類的最大可能發(fā)酵程度②起酵速度：酵母起酵快，容易在麥汁中形成生長優(yōu)勢③發(fā)酵速度：快速發(fā)酵，縮短發(fā)酵周期，有利于獲得淡爽風格的啤酒④啤酒主酵發(fā)酵度：優(yōu)良啤酒大多在65％～68％⑤麥汁極限發(fā)酵度（F極）和啤酒發(fā)酵度（F?。篎極－F?。健鱂<1.0％第一節(jié)啤酒酵母凝聚性和沉淀能力：啤酒酵母凝絮性分類（1）粉末型酵母：發(fā)酵結(jié)束，大量酵母分散于液體中（2）絮凝性酵母：發(fā)酵結(jié)束，器底形成較多沉淀，經(jīng)振蕩，酵母較快分散（3）凝聚性酵母：發(fā)酵結(jié)束，即使強烈振動打散凝塊，靜置短時間也立即形成凝塊第一節(jié)啤酒酵母凝聚性和沉淀能力：我國傳統(tǒng)啤酒生產(chǎn)常用凝聚性菌株，發(fā)酵后便于收集酵母，啤酒過濾快，但凝聚性太強的菌株，一般發(fā)酵慢，發(fā)酵度偏低，雙乙酰還原慢。酵母在發(fā)酵麥汁中凝聚時間是指達到多少發(fā)酵度開始凝聚，開始凝聚的發(fā)酵度稱“凝聚點”。近代優(yōu)良凝聚性酵母的凝聚點希望在45％以上。第一節(jié)啤酒酵母優(yōu)良酵母雙乙酰特點（1）雙乙酰峰值低（2）雙乙酰峰值出現(xiàn)在發(fā)酵第二至第三天，第三至第四天雙乙酰迅速下降（3）在8～12℃后酵時，雙乙酰還原快（4）雙乙酰前驅(qū)物質(zhì)（α-乙酰乳酸）在啤酒中很少殘留，因此，啤酒瓶裝消毒以后，不會因為乙酰乳酸氧化形成雙乙酰第一節(jié)啤酒酵母酵母的穩(wěn)定性：在篩選優(yōu)良酵母時最后應(yīng)測定比較該酵母10～12代，若在7代酵母中，發(fā)酵速度。發(fā)酵度、雙乙酰含量沒有十分顯著的的變化，可以認為此酵母是十分穩(wěn)定的。若6代以內(nèi)發(fā)酵度明顯降低，雙乙酰含量升高，此酵母是不穩(wěn)定、易退化的。第一節(jié)啤酒酵母生產(chǎn)菌的篩選方法（1）底物和處理：一般用斜面保藏菌株（2）單細胞分離（3）第一級篩：菌株形態(tài)和大小測量（4）第二級篩：低溫發(fā)酵能力的測定（5）第三級篩：凝聚性測定（6）第四級篩：EBC管發(fā)酵性能測定第一節(jié)啤酒酵母三.啤酒酵母擴大培養(yǎng)第一節(jié)啤酒酵母啤酒酵母的擴大培養(yǎng)（1）選擇優(yōu)良的單一細胞出發(fā)菌株（2）整個擴培過程保證酵母品種、強壯、無污染（3）恰當?shù)臄U大比例（4）恰當?shù)囊品N時間（5）嚴格控制培養(yǎng)條件：溫度、通風第一節(jié)啤酒酵母恰當?shù)臄U大比例：在漢生罐以前各級，由于采用較高培養(yǎng)溫度（25～27℃），酵母倍增時間短，無菌操作條件好，可采用1：10～20；反之，漢生罐以后各級，采用低溫培養(yǎng)（不大于13℃），酵母倍增時間長，雜菌污染機會多，擴大比宜小，一般1：4～5。第一節(jié)啤酒酵母恰當?shù)囊品N時間：（1）培養(yǎng)時間估算法：在10℃培養(yǎng)約需38h，如12℃培養(yǎng)26h移種。（2）降糖判別法：啤酒酵母在11～12°P麥汁中通風培養(yǎng)，當酵母使麥汁還原糖降至1/3~2/5時，酵母增殖曲線一般在對數(shù)的中期，或中偏后，此時外觀泡沫最高并開始下降。第一節(jié)啤酒酵母溫度：卡爾酵母最適生長溫度是31.6~34℃，實際生產(chǎn)的擴大培養(yǎng)過程中，還需考慮到減少酵母的死亡率、減少染菌的可能及讓酵母逐步適應(yīng)發(fā)酵溫度。因此，酵母擴大培養(yǎng)采用逐級遞降溫度培養(yǎng)法。例：液體試管（28℃）小錐形瓶（25℃）大錐形瓶（23℃）卡爾罐（20℃）漢生罐（13～15℃）一級繁殖罐（12～13℃）二級繁殖罐（11～12℃）發(fā)酵（10℃）第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理影響啤酒質(zhì)量的主要因素（1）麥汁組分（2）啤酒酵母的品種和菌株特性（3）投入發(fā)酵的酵母數(shù)量和質(zhì)量狀況（4）發(fā)酵容器的幾何形狀、尺寸和材料，它會影響到發(fā)酵流態(tài)和酵母的分布、CO2的排出（5）發(fā)酵工藝條件：pH、溫度、溶氧水平、發(fā)酵時間等第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理一.糖類發(fā)酵葡萄糖和果糖能直接透過酵母細胞壁，并受到酵母細胞壁中磷酸化酶作用而磷酸化。蔗糖必須先受到酵母細胞壁分泌的轉(zhuǎn)化酶水解成葡萄糖和果糖后才能滲透進入細胞。麥芽糖和麥芽三糖要與細胞壁分泌的麥芽糖滲透酶、麥芽三糖滲透酶結(jié)合后才能輸送至酵母體內(nèi)，再通過細胞壁分泌的水解酶水解，然后再進入代謝途徑。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理一.糖類發(fā)酵當麥汁中含有高于0.2％～0.5％葡萄糖濃度時，葡萄糖會抑制酵母分泌麥芽糖滲透酶，抑制麥芽糖的發(fā)酵，只有當葡萄糖濃度低于0.2％時，抑制解除，麥芽糖才能開始發(fā)酵，這稱“葡萄糖阻遏效應(yīng)”。酵母在有氧下經(jīng)TCA循環(huán)可獲得更多的生物能（38個ATP），此時無氧發(fā)酵代謝就會受到抑制，這種氧抑制嫌氧發(fā)酵代謝稱“巴士德效應(yīng)”。在發(fā)酵基質(zhì)（麥芽汁）中含有較高的葡萄糖濃度（0.4％～1.0％以上）時，分子氧存在不能抑制發(fā)酵，有氧呼吸反而受到一定抑制，這稱“反巴士德效應(yīng)”（或稱“克拉勃脫效應(yīng)”）。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理二.含N物質(zhì)氨基酸含N量>180mg/L滿足酵母需求含N物質(zhì)先下降后上升第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理二.含N物質(zhì)麥汁經(jīng)發(fā)酵后，其中50％的麥汁氮保留下來轉(zhuǎn)移到啤酒中，另外50％麥汁氮被酵母同化，其中約16.5%的麥汁氮又分泌到發(fā)酵液中，所以麥汁中含氮物質(zhì)大約減少了30％左右，這主要是由于氨基酸和低分子肽被酵母菌吸收消耗。此外，由于pH值和溫度的降低，引起部分凝固性蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-多酚物質(zhì)復(fù)合物的沉淀，泡沫及酵母細胞表面作用也吸附少量蛋白質(zhì)顆粒。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理二.含N物質(zhì)啤酒中殘存含氮化合物對啤酒風味影響極大。啤酒中含氮化合物（特別是肽和蛋白質(zhì)），在飲用者口腔中，很容易浸潤口舌、口腔、喉頭，使之有濕潤感，這種高含氮量的啤酒（>450mg/L），就顯得濃醇，而含氮量在300～400mg/L就顯得爽口，若低于300mg/L會顯得寡淡如水。啤酒濃醇性主要依賴于啤酒中含氮化合物的量。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理二.含N物質(zhì)啤酒酵母不能全部吸收麥汁中氨基酸，對α-氨基酸的吸收率，隨酵母品種和發(fā)酵條件的不同有較大的差異，波動在50％～75％之間。殘存于啤酒中的氨基酸量還取決于酵母分泌氨基酸的情況。高氨基酸含量的啤酒，不但會影響啤酒的生物穩(wěn)定性，而且大多數(shù)氨基酸呈甜味或苦味，有的呈鮮味，高氨基酸含量能降低啤酒的爽口性。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理三.風味物質(zhì)啤酒麥汁只有通過發(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。各種副產(chǎn)物的數(shù)量和配伍關(guān)系是造成啤酒之間風味差異的主要原因。啤酒發(fā)酵中副產(chǎn)物如超過某一限量范圍，也成為人們不能接受的異雜味的主要來源。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理三.風味物質(zhì)1.高級醇2.揮發(fā)酯3.醛類4.酸類5.酮類（連二酮類）第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理高級醇代謝途徑：（1）氨基酸在發(fā)酵時酵母將氨基轉(zhuǎn)移到α-酮戊二酸上，形成谷氨酸和α-酮酸，后者經(jīng)脫羧、還原，形成比原氨基酸少一個碳的高級醇（2）由糖代謝通過丙酮酸的合成的途徑高級醇對啤酒風味的影響：高級醇是各種酒類的主要香味和口味物質(zhì)之一，它能促進酒類具有豐滿的香味和口味，并增加酒的協(xié)調(diào)性。但高級醇過量存在也是酒主要異雜味的來源之一。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理影響啤酒中高級醇含量的主要因素（1）酵母品種：高發(fā)酵度酵母傾向于形成高級醇多。（2）酵母在啤酒發(fā)酵中增殖的影響（3）麥汁α-氨基氮的影響：當麥汁中缺乏可同化的α-氨基氮時，酵母通過糖代謝走酮酸路線去合成必需的氨基酸，當缺乏合成能力或氨不足時，就會導致由酮酸形成高級醇（4）啤酒酵母對α-氨基氮同化率的影響：同化率強的酵母增殖密度也大，可能使啤酒中高級醇增加（5）主發(fā)酵溫度的影響：提高酵母溫度，必然促進酵母的繁殖，相應(yīng)也會增加高級醇的產(chǎn)生（6）麥汁充氧水平或發(fā)酵中通風攪拌的影響：麥汁充氧水平過高如大于9mg/L，會增加酵母的繁殖，導致高級醇的增加第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理揮發(fā)酯代謝途徑：由酵母先形成酯酰輔酶A，在酵母酯酶催化下和醇化合形成酯揮發(fā)酯對啤酒風味的影響：揮發(fā)性酯是啤酒香味的主要來源之一，也是主要風味物質(zhì)，啤酒中含有適量的揮發(fā)酯，能使啤酒香味豐滿協(xié)調(diào)。過高的酯含量或超過閾值酯含量，會使啤酒具有不愉快的香味第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理影響啤酒酯含量的主要因素（1）酯酶：由酵母產(chǎn)生，在pH4.5～6.5有利于酯合成（2）?；o酶A（3）酵母菌種（4）發(fā)酵溫度：對酯類積累沒有明顯影響（5）麥汁濃度和麥汁含氮量：濃度越高，酯合成也增加（6）麥汁通風：麥汁含氧量高，促進酵母生長，消耗了輔酶A，能抑制乙酸酯的合成（7）發(fā)酵方法：連續(xù)發(fā)酵比分批式發(fā)酵形成更多的酯類。主發(fā)酵加壓有利于抑制低碳鏈揮發(fā)酯的合成。（8）貯酒：啤酒在低溫貯酒中由于化學酯化反應(yīng)，會使啤酒酯含量升高第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理乙醛產(chǎn)生途徑：丙酮酸在丙酮酸脫羧酶作用下，不可逆形成乙醛和CO2。大部分乙醛受酵母乙醇脫氫酶作用還原成乙醇乙醛對啤酒風味的影響：乙醛在啤酒中含量如>25mg/L，有強烈的刺激性辛辣感；>10mg/L有不成熟口感。優(yōu)質(zhì)啤酒乙醛含量一般在3～8mg/L以下第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理影響啤酒乙醛含量主要因素乙醛在正常發(fā)酵后期迅速減少，而且后酵溫度愈高，后發(fā)酵愈強烈，發(fā)酵度愈高，殘留啤酒中乙醛愈少。發(fā)酵后期采用CO2洗滌，可以促進乙醛揮發(fā)在瓶裝啤酒中由于瓶中溶氧和瓶頸空氣中氧的氧化，乙醛含量會有輕微上升第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理啤酒中總酸來源：（1）來自于麥芽和麥汁（2）來自于發(fā)酵的酸總酸物質(zhì)對啤酒風味的影響酸類物質(zhì)雖然并不構(gòu)成啤酒的香味，但它是主要呈味物質(zhì)。啤酒中適量的酸使啤酒口感活潑、爽口。缺乏酸類，啤酒呆滯、粘稠、不爽口。而過量的酸又使啤酒口感粗糙、不柔和、不協(xié)調(diào)，同時過量的酸也意味著啤酒發(fā)酵不正常，是污染產(chǎn)酸菌的標志第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理啤酒中總酸的控制：（1）控制啤酒總酸，首先要控制麥汁總酸（2）發(fā)酵產(chǎn)酸量和發(fā)酵溫度有關(guān)，高溫發(fā)酵產(chǎn)酸多（3）非正常發(fā)酵、污染雜菌的發(fā)酵將導致啤酒酸敗。發(fā)酵前期主要是醋酸菌和野生酵母，發(fā)酵后期和貯酒階段主要是乳酸菌（4）有些啤酒，總酸不高，但飲用時，酸刺激感強，經(jīng)常是因為啤酒中揮發(fā)性酸太高第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理連二酮類代謝途徑：連二酮類化合物的生物合成是酵母的含氮物質(zhì)生物合成的旁路產(chǎn)物。α-乙酰乳酸是雙乙酰的前驅(qū)物質(zhì)。α-乙酰乳酸是酵母合成纈氨酸時形成的，只有酵母在大量出芽繁殖時，需要合成酵母細胞蛋白質(zhì)原料纈氨酸時才合成較多的α-乙酰乳酸，因此，雙乙酰形成峰值是在發(fā)酵液中酵母達到最高濃度數(shù)小時后出現(xiàn)的。雙乙酰的消除依賴酵母的醇脫氫酶的還原。當發(fā)酵液中大量形成酒精時，雙乙酰才會迅速還原。雙乙酰是揮發(fā)性的、有強烈刺激性的化合物，它是多種香味物質(zhì)的前驅(qū)物質(zhì)。當啤酒中雙乙酰含量>0.5mg/L時有明顯不愉快的刺激味；當含量>0.2mg/L時有似燒焦的麥芽味；淡爽型啤酒中當含量>0.15mg/L時，也能辨別出不愉快的刺激味。第二節(jié)啤酒發(fā)酵機理影響消除雙乙酰的方法：（1）減少α-乙酰乳酸的生成：選擇低雙乙酰峰值菌株；提高麥汁中α-氨基氮水平（2）加速α-乙酰乳酸的非酶氧化分解：發(fā)酵前期適當通風攪拌（3）控制和降低酵母的增殖濃度：提高酵母接種量、降低酵母在發(fā)酵液中繁殖溫度、控制麥汁中α-氨基氮水平不高于220mg/L，均能抑制酵母增殖濃度，從而控制α-乙酰乳酸的生成量（4）加速雙乙酰的還原：取決于酵母菌株、酵母細胞濃度、雙乙酰還原階段溫度第三節(jié)啤酒發(fā)酵技術(shù)啤酒發(fā)酵方法傳統(tǒng)發(fā)酵分批式發(fā)酵單釀罐發(fā)酵大罐式發(fā)酵多罐式發(fā)酵連續(xù)式發(fā)酵（較適宜于制造上面啤酒）第三節(jié)啤酒發(fā)酵技術(shù)啤酒發(fā)酵工藝技術(shù)控制1.啤酒酵母的菌株選擇2.麥汁組成分3.酵母接種量和接種技術(shù)4.起酵溫度和發(fā)酵溫度5.發(fā)酵設(shè)備和酵母在發(fā)酵中的流態(tài)6.后酵條件選擇7.酵母分離時間和方法8.貯酒條件和時間9.發(fā)酵中壓力或CO2濃度第三節(jié)啤酒發(fā)酵技術(shù)麥汁組成中影響發(fā)酵的主要因子：（1）原麥汁濃度：過低（<9％），麥汁中氨基酸、核苷酸、酵母生長素不足，酵母增殖受到抑制；過高（>15％），由于滲透壓太高和代謝產(chǎn)物積累太快，會減弱酵母的增殖，降低發(fā)酵強度（2）麥汁溶氧水平和不飽和脂肪酸含量：溶氧水平影響發(fā)酵過程中酵母的增殖速度和增殖量，影響發(fā)酵速率，影響VDK前驅(qū)物質(zhì)α-乙酰乳酸的生成量和氧化速度，影響高級醇、揮發(fā)酯等代謝產(chǎn)物的生成量第三節(jié)啤酒發(fā)酵技術(shù)酵母接種量和接種技術(shù)提高酵母接種量即起酵濃度，可以加快發(fā)酵，但酵母營養(yǎng)成分不變，因此發(fā)酵時酵母最高細胞濃度增加，但新生酵母細胞濃度反而減少，增殖倍數(shù)顯著降低。提高酵母接種量，由于新細胞增值減少，所以，VDK峰值降低，高級醇生成減少，乙酸乙酯增加。接種量過高，由于新生細胞減少，導致后發(fā)酵不徹底，酵母增殖倍數(shù)減少。第三節(jié)啤酒發(fā)酵技術(shù)啤酒發(fā)酵溫度遠遠低于啤酒酵母的最適溫度采用低溫發(fā)酵可以防止或減少細菌的污染；低溫發(fā)酵，酵母增殖慢，最高濃度低，發(fā)酵中形成高級醇等代謝副產(chǎn)物少，有利于啤酒風味pH降低緩慢，酒花香氣和苦味物質(zhì)損失少酵母自溶少，酵母使用代數(shù)高可多溶解CO2，增加殺口性第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵單釀罐發(fā)酵：前發(fā)酵、主發(fā)酵、后發(fā)酵、貯酒全部在一個罐中完成前發(fā)酵、主發(fā)酵在發(fā)酵罐完成，后發(fā)酵和貯酒在貯酒罐完成前、主、后發(fā)酵在發(fā)酵罐完成，貯酒在另一貯酒罐完成兩罐法發(fā)酵C.C.T發(fā)酵第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵的優(yōu)點（1）加速發(fā)酵：與傳統(tǒng)發(fā)酵相比，麥汁和酵母對流獲得強化，可加速發(fā)酵（2）廠房投資節(jié)?。捍蟛糠衷趹敉猓?）冷耗節(jié)省：直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，比傳統(tǒng)節(jié)省40％～55％冷耗（4）發(fā)酵罐清洗、消毒：可依賴CIP自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵C.C.T發(fā)酵罐發(fā)酵液對流的三個推動力（1）發(fā)酵罐底部產(chǎn)生CO2氣泡上升，對發(fā)酵液拖曳力大（2）在發(fā)酵階段，由于底部酵母細胞濃度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部間密度差而造成對流（3）在發(fā)酵時控制罐下部溫度高于上部（差1～2℃），由于溫差引起熱對流第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵C.C.T發(fā)酵的缺點：由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低（只能使用5～6代）；貯酒時，澄清比較困難（特別在使用非凝聚性酵母），過濾必須強化；若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要5～7d以上，短期貯酒不能保證溫度一致。第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵C.C.T發(fā)酵罐發(fā)酵工藝（1）進罐方法：直接進罐法（2）接種量和起酵溫度：較高接種量，低于主發(fā)酵溫度發(fā)酵（3）主發(fā)酵溫度：大多采用低溫（9～10℃）發(fā)酵和中溫（11～12℃）發(fā)酵（4）VDK還原（5）冷卻、降溫（6）罐壓控制（7）酵母的排放和收集（8）單釀罐發(fā)酵貯酒第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵還原階段溫度控制（1）低于主發(fā)酵溫度2～3℃：模擬傳統(tǒng)發(fā)酵控制，有利于改善啤酒風味，但還原時間較長，一般要7～10d。酵母也不易死亡和自溶（2）和主發(fā)酵相同溫度：發(fā)酵不分主、后發(fā)酵，操作容易，還原時間短（3）高于主發(fā)酵溫度2～4℃：高溫還原，還原時間可以縮短至2～4d第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵第五節(jié)啤酒大型發(fā)酵罐發(fā)酵能否采用高溫還原，主要取決于酵母的特性：（1）若為發(fā)酵度偏低的酵母菌株，在主發(fā)酵后糖降很少，放熱少，溫度升不起來。（2）某些酵母菌在主發(fā)酵后，由于嫩啤酒中營養(yǎng)物質(zhì)大幅度消耗，酵母比較衰弱，還原階段高