汇总-啤酒发酵

啤酒发酵技术啤酒酵母•1680年荷兰人“列文虎克”制作了世界上第一台能放大100－150倍的简易显微镜•法国科学家拉图乐Latour和德国科学家施万Schwann等发现能酿酒的微生物具有细胞结构，以出芽方式繁殖，而且酒精发酵和微生物繁殖同时进行，并将它命名为糖真菌Zuckerpilz•生物学家梅因Mayen在分类时把它定名为“Saccharomyces”法国人巴斯德通过一系列实验得出以下结论：1.在含糖溶液中所发生的酒精发酵是由酵母菌引起的2.酒液的变质是杂菌（非酵母菌）污染引起的3.把变质的酒液经适当加温处理（60°C），可杀死其中的不耐热的杂菌（这种方法被称为“巴斯德灭菌法”）在自然界中存在各种各样的酵母，经人工筛育培养的酵母，叫培养酵母，如葡萄酒酵母，酒精酵母，面包酵母，啤酒酵母。非啤酒酵母会影响到啤酒酿造、生产过程、啤酒质量等。啤酒酵母在分类上属：•子囊菌纲原子囊菌亚纲内孢霉目酵母科出芽酵母亚科酵母属啤酒酵母种依据啤酒酵母的发酵表现形式，细胞形态和生理性能的不同，啤酒酵母种又分为上面发酵酵母种和下面发酵酵母种。A.上面发酵酵母种（SaccharomycesCerevisae）•由于易形成8－10个细胞的芽蔟（表面积大），所以会随着发酵的进程而被CO2拖带于液面泡盖中（故回收方式为顶部回收，但在锥罐中，通过激冷仍可在底部回收上面酵母）•易形成孢子，大约需48小时•由于缺乏蜜二糖酶，故只能发酵1/3棉子糖•发酵温度15－25°C，对低温很敏感•发酵代谢强于呼吸代谢，故回收量较少•含酶量多•发酵进程快•产生特有的酯香味•使用时间可达1年以上•所回收的酵母不进行洗涤B.下面发酵酵母种（SaccharomycesUvarum）•发酵结束时，凝聚沉降于发酵容器的底部（故回收方式为底部回收）•不形成芽蔟，在显微镜下呈单细胞或几个细胞连接•形成孢子少，孢子形成时间约72小时•能全部发酵棉子糖•发酵温度5－12°C，低温适应能力强•呼吸代谢强于发酵代谢，故回收量多•含酶量少•发酵进程慢•使用代数达5－8代•回收的酵母可洗涤在下面发酵菌种之间也存在有不同的特性，不同点主要在于凝聚性能不同，由此把下面酵母分为粉状酵母和凝聚酵母。上面发酵酵母不具备凝聚能力。下面发酵酵母分为：•凝聚酵母：凝聚性强，发酵结束会很快沉降于底部，因此发酵度低，酒液清亮、酵母回收量大。啤酒香味细腻。•粉状酵母：细胞分布于发酵液中，长时间悬浮，只在发酵结束时才缓慢沉降于底部，因此和上面酵母一样：酒液混浊，发酵度高。成品啤酒中常常有酵母味。在麦汁组成不合理、营养缺乏、生长环境不合适时，凝聚酵母也会转变成粉状酵母，但粉状酵母很少转变成凝聚酵母。啤酒酵母的性状细胞形态：•啤酒酵母细胞呈圆形或椭圆形，细胞大小一般为：长6－10μm，宽5－6μm，单个细胞平均表面积约150μm2。若酵母添加量为1.5×107个/ml，则对应酵母表面积为225m2/hl，主酵后酵母增殖4倍左右，对应表面积可达900m2/hl左右。在微检中，可通过细胞壁的厚薄、细胞质是否均匀、是否出现颗粒和液泡大小来判断细胞的强壮和衰老。线粒体芽中的液泡芽核高尔基体膜上的孔液泡内质网液泡膜类脂颗粒芽痕细胞膜细胞壁液泡颗粒贮藏颗粒线型线粒体分泌的液泡图5典型酵母细胞的结构两种啤酒酵母的巨大菌落形态图2在麦汁明胶平板上的巨大菌落形态。(A)典型的贮藏(lager)啤酒酵母菌株，(B)典型的爱尔(ale)啤酒酵母菌株(在21℃下培养21天)细胞的化学组成：啤酒酵母细胞含水分在65－85％左右，其中约60％是游离水，其余为结合水。余下的物质为干物质化学组成•含氮物：占干物质的45－60％，其中90％为蛋白质，10％为氨基酸•碳水合物：占干物质的15－37％；主要为细胞壁和颗粒构成物。•类脂物质：占干物质的2－12％，主要是脂肪、磷酯和固醇。•矿物质：占干物质的6－12％；P含量最高，还有Fe，Mg，Zn，S，Ca，K，Na，Mn等。•如果酵母缺乏Zn离子，则会影响到酵母的繁殖和发酵，因为锌会影响到蛋白合成、碳水化合物代谢、ATP与ADP和AMP之间的转化等，Zn还是乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基，是许多酶的激活剂。•维生素：啤酒酵母细胞中含维生素很丰富，特别是水溶性的B族维生素，如B1，B6等，所以人们常常从酵母中制备提取B族维生素。B族维生素是各种酶活性基的组成部份，对酵母的繁殖和发酵十分重要。酵母繁殖和生长在正常情况下，啤酒酵母通过出芽进行繁殖（无性芽殖），很少通过有性子囊孢子进行繁殖。在出芽时，先在母细胞表面上长出一个小突起（小芽孢），通过分配使母细胞中的部分细胞质、部分细胞核进入子细胞中。在下面酵母种中，待子细胞长大成熟后，便和母细胞分开，在母细胞上仍保留分离的芽痕；在上面酵母种中，子细胞和母细胞彼此连接在一起，形成芽族。若把一个新的酵母细胞置于一个新的营养液中（比如：接种麦汁），则酵母细胞会按一定规律进行繁殖。按照各阶段增长速度的不同而划分为：•潜伏期：此时期不发生酵母细胞繁殖，而是细胞适应、活化阶段，一般持续几个小时，时间的长短取决于酵母细胞是否强壮、培养代数、新的生长条件。•加速期：在潜伏期结束时，细胞增殖已开始；在此时期细胞增殖速度加快。•对数期：在此阶段，细胞的增殖速度最大，呈对数曲线进行繁殖，细胞世代繁殖时间最短，约90－120分钟。发酵开始进行。•减速期：随着底物浓度的减少、生长抑制代谢物的积累，使得对数期只在一定时间内进行，而后便进入减速期。•稳定期：在此期，细胞数量保持恒定，新增殖细胞数与死亡细胞数相等。•死亡期：在此期，细胞死亡数多于形成的新细胞数，因此总细胞数在减少。各个时期的时间长短和强度受到以下因素影响：•底物浓度和底物内容物性质•pH值：酵母须在酸性条件下生长•水份：底物水分必须大于15％，否则不能生长•含氧量•温度：酵母的最佳繁殖温度为25°C－30°C，生长温度范围为0－40°C，大于40°C，酵母便停止繁殖而且死亡。低温会抑制生长，但酵母不会死亡。•细胞的生理状况：如代数、营养健壮情况。•抑制物：如CO2、酒精（如果大于6％，则不利于酵母生长）、高级醇、亚硝酸、重金属、清洗灭菌剂。酵母的新陈代谢•有氧时：C6H12O6＋6O2＋38ADP＋38PI→6CO2＋6H2O＋38ATP＋Q•无氧时：C6H12O6＋2ADP＋2PI→2C2H5OH＋2CO2＋2ATP＋Q蛋白质的代谢含氮物占酵母干物质的45－60％左右，因此酵母母细胞必须从胞外吸收低分子含氮物，以合成新增殖细胞中的蛋白质。酵母可利用的氮源有：氨盐（麦汁中很少含有）、低分子氨基酸和低分子肽（麦汁中）。矿物质的代谢：Zn：影响细胞的生化反应功能，如：蛋白质合成、碳水化合物代谢、高能磷酸根的转化（ATP、ADP、AMP）等，因而影响酵母的繁殖和发酵。实践表明：80％的发酵异常与锌缺乏、溶氧量和α－N不足有关。麦汁中的含锌量应为0.15－0.20mg/l。改善麦汁中含锌量不足的办法：•利用麦糟压榨汁或麦糟汁•把麦糟或麦皮进行过煮•在麦汁煮沸中添加ZnCl2或ZnSO4（ZnCl4添加量：20g/hl麦汁）Fe对酵母增殖很重要（促进出芽）。不过，较高的含铁量（比如：500mg/l以上）对发酵不利，使啤酒有持久的金属口感，甚至导致喷涌。酵母对铁的需求量约为0.2mg/l。NO3：对酵母无毒性，但过量时（超过40Mg/l），酵母会把它转化成NO2-。啤酒酵母菌株的选择：在实践生产中，选择及判断一个酵母菌株是否优良，应注意以下几个方面：•要与生产的啤酒类型和产品质量风格相一致•生理性能好•繁殖速度快，以便缩短扩培时间和发酵前期的增殖时间•增殖倍数和最大细胞数。细胞数越多，发酵速度就越快，不过发酵副产物（如高级醇）也越多。若想要发酵速度快、发酵度高、双乙酰还原快，则在生产淡爽型啤酒时应选择增殖倍数大（但不要＞3），最大细胞数高（6－7×107个/ml）的菌株•发酵力强包括起发酵速度、主发酵速度、主酵发酵度、成品发酵度和最终发酵度。•起发酵速度快：从麦汁接种至有白色泡沫产生，这一阶段称为起发酵时间。现代生产喜欢用起发酵快的菌株，因增殖快，酵母生长形成优势，其它杂菌不易污染。•主发酵速度快：它是指旺盛高泡阶段的每天降糖值或释放CO2的速率及维持高泡阶段的天数。现代生产喜欢用发酵降糖快（2.5°BX/天），高泡持续2－3天的菌株。因为发酵快，不但可缩短发酵周期、pH值下降快，而且形成淡爽风格好，啤酒稳定性好。•最终发酵度高：实践表明：在相同麦汁、相同发酵工艺条件下，不同的菌株，其对麦汁的最终发酵利用能力是不同的，关键是对麦芽三糖的利用能力不同。•主酵发酵度高现代淡爽型啤酒倾向于使用主酵发酵度较高的菌株，如65－68％。•最终发酵度与成品啤酒发酵度之差要低。现代生产要求＜1％；差值小的啤酒，生物稳定性好，口味淡爽。•凝聚性合适。凝聚性对于发酵速度、发酵度、酵母回收量、啤酒过滤等影响很大。优良菌株的特征：•双乙酰峰值低，仅0.3－0.4ppm•峰值出现在第2－第3天，而第3－第4天就开始下降，主酵结束＜0.2ppm•后酵双乙酰还原快。•α－乙酰乳酸在成品酒中残留少。•成品啤酒的总体风味质量高当然不同的啤酒类型表现出的总体风味是有差别的，这些差别与酵母菌株有关。因为不同的菌株，所产生的副产物（如醛、高级醇、酯、含硫物质等）有所不同。•要与麦汁组成相一致不同的菌株对麦汁组成要求不同（如溶氧量、FAN含量等）•要与发酵工艺相适应。不同的发酵工艺在菌株要求上有所不同。•要与发酵设备相适应现代发酵越来越多地使用锥形发酵罐，而且罐容越来越大，因此应选择与此相应的菌株。•耐压性强随着锥形罐越来越高，因而对菌株在CO2环境中的压力承受性和适应性要求就越高。•性能稳定性。在7代之内，性能应稳定，不发生退化。酵母性能的退化导致酵母性能退化的原因：•酵母生长繁殖的环境条件变差或不断变化•酵母被污染•酵母菌株本身性能不够稳定•生长繁殖（发酵）的环境条件不利：1.麦汁供氧不足2.麦汁组成不合理（如：FAN含量、糖与非糖之比、碘值、Zn离子含量等）3.酿造用水中含有不适的酵母细胞毒性物质（如：NO2、Cu、As等）4.不合适的发酵温度（菌株选择不当、温度波动太大）5.凝固物的分离很差6.压力发酵（发酵中的压力变化，罐高）7.过高的原麦汁浓度，如高于18％8.原麦汁浓度经常变动9.酒精含量大于5％10.酵母回收后的保存方法不当生产酵母变异所导致的结果：•起发酵很慢•主发酵很长•主发酵突然停止（不降糖）•酵母凝聚性能变差（酵母浮至液面、回收量不足、酒液混浊）•旺盛期的酵母数不足•不均匀的发酵•泡盖下沉•沸腾发酵•降酸很小•酒液色度变浅很慢•回收的酵母泥像稀汤•发酵副产物很高酵母的自溶•酵母自溶常发生在主酵、后酵、贮酒、酵母保存中。•所谓自溶是指酵母细胞本身的酶将细胞内的碳水合化物、含氮物进行分解.由于酵母细胞的自身分解，所以酒液中的氨基酸和其它蛋白分解物（特别是核苷酸）含量增加，尤其是碱性氨基酸的游离、二级碱性磷酸盐和蛋白质与氢离子的化合连接，因此使酒液的pH值上升（PH值上升是酵母自溶的信号）。酵母自溶的原因：•在主酵即将结束时、后熟过程中，温度很高。•低温贮酒时，酵母数很高，贮酒时间很长。•过高压力使细胞破裂•酵母保存不当酵母自溶的结果：•啤酒有酵母味•高级醇含量多•酒液PH值上升（碱性氨基酸的溶出）•酒液浓度会反弹升高。•产品生物稳定性和胶体稳定性变差•啤酒色泽变深•啤酒泡沫性能变差酵母纯种扩大培养影响酵母繁殖的因素：•严格无菌培养酵母所用一切设施（容器、管道、阀门、泵、用具、无菌室）均应呈无菌状态。操作必须严格、灭菌必须彻底。当然原菌株必须纯净。•优良的原菌株要选用经实践证明了的优良原菌株：新鲜、健壮、纯净、生理性能优良、工艺性能合适、质量风格稳定优越的酵母原菌株。•营养丰富的培养基A.麦汁中的溶解氧8－10ppmB.不同阶段选用不同的麦汁：麦汁浓度、α－N含量、酒花添加与否等因素十分重要。•培养酵母所用麦汁应为：实验室阶段：使用未加酒花的头道煮沸麦汁（