啤酒技术

啤酒生产技术江苏大学食品与生物工程学院讲课老师：张志才E.Mail:[e-mail]一、啤酒酵母的类型和种类发酵类型：分为上面酵母与下面酵母凝聚性：分为凝聚性酵母与粉状酵母。上面酵母与下面酵母主要区别凝聚性酵母与粉状酵母的区别下面酵母发酵啤酒下面酵母发酵法虽出现较晚，但较上面酵母更盛行。世界上多数国家采用下面酵母发酵啤酒，我国也是全部采用下面酵母发酵啤酒。传统下面酵母的几种主要菌株二、啤酒酵母的主要特性要求啤酒工厂使用的啤酒酵母是由野生酵母经有系统的长期驯养，经反复使用和考验，具有正常生理状态和特性，适合啤酒生产要求的培养酵母。对啤酒酵母的基本要求是：发酵力高，凝聚力强、沉降缓慢而彻底，繁殖能力适当，生理性能稳定，酿制出的啤酒风味好。•啤酒酵母的主要特性要求1.细胞和菌落形态不同菌株的啤酒酵母有着不同的形态。优良健壮的啤酒酵母细胞，具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透明均一。啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落呈乳白色至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈波状。2.主要的生理特性要求(1)凝聚性凝聚性不同，酵母的沉降速度不同，发酵度也有差异。啤酒生产一般选择凝聚性比较强的酵母。(2)发酵度反应酵母对麦芽汁中各种糖的利用情况，正常的啤酒酵母能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖等。一般啤酒酵母的真正发酵度应为50％～68％左右。(3)酵母死灭温度是指一定时间内使酵母死灭的最低温度，可作为鉴别菌株的内容之一。一般啤酒酵母的死灭温度在52～53℃，若死灭温度增高，则说明酵母变异或污染野生酵母。（4）产孢能力一般啤酒酵母生产菌种都不能产生孢子或产孢能力极弱，而某些野生酵母能很好产孢。根据此特性，可判别啤酒酵母是否混入野生酵母。啤酒酵母与野生酵母的主要区别三、啤酒酵母扩大培养啤酒酵母扩大培养是指从斜面种子到生产所用的种子的培养过程，这一过程又分为实验室扩大培养阶段和生产现场扩大培养阶段。1.实验室扩大培养阶段（1）斜面试管一般为工厂自己保藏的纯粹原菌或由科研机构和菌种保藏单位提供。（2）富氏瓶（或试管）培养富氏瓶或试管装入10mL优级麦汁，灭菌、冷却备用。接入纯种酵母在25～27℃保温箱中培养2～3天，每天定时摇动。平行培养2～4瓶，供扩大时选择。（3）茄氏瓶培养取500～1000mL的茄氏瓶（也可用大三角瓶或平底烧瓶），加入250～500mL优级麦汁，加热煮沸30min，冷却备用。在无菌室中将富氏瓶中的酵母液接入，在20℃保温箱中培养2～3天。（4）卡氏罐培养卡氏罐容量一般为10～20L，放入约半量的优级麦汁，加热灭菌30min后，在麦汁中加入1L无菌水，补充水分的蒸发，冷却备用。再在卡氏罐中接入1～2个巴氏瓶的酵母液，摇动均匀后，置于15～20℃下保温3～5天，即可进行扩大培养，或可供1000L麦汁发酵用。（5）实验室扩大培养的技术要求①应按无菌操作的要求对培养用具和培养基进行灭菌；②每次扩大稀释的倍数约为10～20倍；③每次移植接种后，要镜检酵母细胞的发育情况；④随着每阶段的扩大培养，培养温度要逐步降低，以使酵母逐步适应低温发酵；⑤每个扩大培养阶段，均应做平行培养：试管4～5个，茄氏瓶2～3个，卡氏罐2个，然后选优进行扩大培养。2.生产现场扩大培养阶段卡氏罐培养结束后，酵母进入现场扩大培养。啤酒厂一般都用汉生罐、酵母罐等设备来进行生产现场扩大培养。（1）麦汁杀菌取麦汁200～300L加入杀菌罐，通入蒸汽，在0.08～0.10MPa汽压下保温灭菌60min，然后在夹套和蛇管中通入冰水冷却，并以无菌压缩空气保压。待麦汁冷却至10～12℃时，先从麦汁杀菌罐出口排出部分沉淀物，再用无菌压缩空气将麦汁压入汉生罐内。2.生产现场扩大培养阶段（2）汉生罐空罐灭菌在麦汁杀菌的同时，用高压蒸汽对汉生罐进行空罐灭菌1h，再通无菌压缩空气保压，并在夹套内通冷却水冷却备用。（3）汉生罐初期培养将卡氏罐内酵母培养液以无菌压缩空气压入汉生罐，通无菌空气5～10min。然后加入杀菌冷却后的麦汁，再通无菌空气10min，保持品温10～13℃，室温维持13℃。培养36～48h左右，在此期间，每隔数小时通风10min。2.生产现场扩大培养阶段（4）汉生罐旺盛期培养当汉生罐培养液进入旺盛期时，一边搅拌，一边将85％左右的酵母培养液移植到已灭菌的一级酵母扩大培养罐，最后逐级扩大到一定数量，供现场发酵使用。（5）汉生罐留种再扩培在汉生罐留下的约15％左右的酵母培养液中，加入灭菌冷却后的麦汁，待起发后，准备下次扩大培养用。保存种酵母的室温一般控制在2～3℃，罐内保持正压（0.02～0.03MPa），以防空气进入污染。2.生产现场扩大培养阶段在下次再扩培时，汉生罐的留种酵母最好按上述培养过程先培养一次后再移植，使酵母恢复活性。汉生罐保存的种酵母，应每月换一次麦汁，并检查酵母是否正常，是否有污染、变异等不正常现象。正常情况下此种酵母可连续使用半年左右。（6）生产现场扩大培养的注意点①每一步扩大后的残留液都应进行有无污染、变异的检查；②每扩大一次，温度都应有所降低，但降温幅度不宜太大；③每次扩大培养的倍数约为5～10倍。3.啤酒酵母的质量检验（1）形态检验液态培养中的优良健壮的酵母细胞应具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞壁，细胞质透明均一；年幼少壮的细胞内部充满细胞质；老熟的细胞出现液泡，内贮细胞液，呈灰色，折光性强；衰老细胞中液泡多，内容物多颗粒，折光性较强。生产上使用的酵母一般死亡率应在3％以下，新培养的酵母死亡率应在1％以下。镜检中，不应有杂菌污染。（2）发酵度检验在正常情况下，外观发酵度一般为75％～87％，真正发酵度为60％～70％，外观发酵度一般比真正发酵度约高20％，可按下式粗略换算：wr=wa×0.819。淡色啤酒发酵度的区分可按表5-5来划分。w-w1wr(%)=-----------×100w式中：w—发酵前麦汁浓度（％）；w1—发酵后，排除酒精后的发酵液浓度（％）；wr—真正发酵度（％）。w–w2wa(%)=-----------×100w式中：w—发酵前麦汁浓度（％）；w2—发酵后，不排除酒精后的发酵液浓度（也称外观浓度）（％）；wa—外观发酵度（％）。（2）发酵度检验另外还有凝聚性、发酵速度、死灭温度、出芽率、耐酒精度、产酸、产酯等生理特性检验。四、啤酒活性干酵母的应用方法（以湖北安琪酵母股份有限公司生产的“安琪”牌啤酒活性干酵母为例）1.低温发酵发酵起始温度为9℃或更低（7～8℃），主发酵最高温度控制在11～12℃。啤酒活性干酵母必须活化1.5～2h，用量为0.5‰。复水活化材料要求：容器必须洁净、可密封；活化用水必须是无菌的凉开水；麦汁必须经煮沸后取用。复水活化步骤取煮沸后的10～12ºBx的麦汁，加等量的凉开水，迅速冷却至30～32℃，加入可密封的洁净容器中，制成4～6ºBx麦汁：取所需用量的啤酒活性干酵母加入到4～6ºBx麦汁中，麦汁用量为啤酒活性干酵母用量的5～10倍。复水活化过程中，每隔10min摇动2min，活化1.5～2h。该工艺发酵4～5天可开始保压，此时糖度在4.5ºBx左右。2.中温发酵发酵起始温度为11℃，主发酵最高温度为13～14℃。啤酒活性干酵母用量为0.4‰，复水活化方法同上述低温发酵。发酵48～72h可开始保压，糖度在4.5ºBx左右。其他控制条件根据工艺要求而定。3.高温发酵发酵起始温度为17℃，主发酵最高温度控制在为19～20℃。在此温度下，啤酒活性干酵母可不活化直接入罐，用量为0.3‰。发酵36～48h可开始保压，糖度在4.5ºBx左右。§5-2、啤酒发酵机理一、主要物质变化1、糖的变化在啤酒发酵过程中，可发酵糖约有96%发酵为乙醇和CO2，是代谢的主产物；2.0％～2.5%转化为其他发酵副产物；1.5％～2.0%作为碳骨架合成新酵母细胞。发酵副产物主要有：甘油、高级醇、羰基化合物、有机酸、酯类、硫化合物等。2、含氮物质的变化在正常的发酵过程中，麦汁中含氮物约下降1/3，主要是约50%的氨基酸和低分子肽为酵母所同化。酵母分泌出的含氮物的量较少，约为酵母同化氮的1/3。啤酒中残存含氮物质对啤酒的风味有重要影响。含氮物质高（450mg／L）的啤酒显得浓醇，含氮量为300～400mg／L的啤酒显得爽口，含氮物质量300mg／L的啤酒则显得寡淡。3、其他发酵产物（1）高级醇类高级醇（俗称杂醇油）是啤酒发酵代谢产物的主要成分，对啤酒风味有重大影响，超过一定含量时有明显的杂醇味。对于一般的啤酒，多量的高级醇是不受欢迎的。啤酒中的绝大多数高级醇是在主发酵期间酵母繁殖过程中形成的。（2）酯类啤酒中的酯含量很少，但对啤酒风味影响很大，啤酒含有适量的酯，香味丰满协调，但酯含量过高，会使啤酒有不愉快的香味或异香味。酯类大都在主发酵期间形成。（3）连二酮连二酮是双乙酰和2，3-戊二酮的总称，其中对啤酒风味起主要作用的是双乙酰。双乙酰被认为是衡量啤酒成熟与否的决定性的指标，双乙酰的味阈值为0．1～0.15mg/L，在啤酒中超过阈值会出现馊饭味。淡爽型成熟啤酒，双乙酰含量以控制在0.1mg/L以下为宜；高档成熟啤酒最好控制在0.05mg/L以下。影响双乙酰生成的因素①菌种还原能力：强壮＞幼、衰老、营养不良、代数多者。②麦汁成分中AA的种类和含量：α-氨基N↓或Val↑，α-乙酰乳酸生成↓，双乙酰↓。③巴氏灭菌前α-乙酰乳酸的含量：↑，则高温杀菌时，双乙酰：↑④染菌：↑⑤酵母自溶：↑双乙酰的控制与消除方法①菌种双乙酰产量低者；提高接种量，还原期≥7×106个/100ml。②麦汁成分α-氨基N：180～200mg/L，并有适宜的Val含量。溶解O:26～9mg/L，锌0.15～0.20mg/L。③酿造用水：残余碱度＜1.78mmol。④还原温度：适当提高。⑤控制酵母增殖⑥外加α-乙酰乳酸脱羧酶使发酵液中的α-乙酰乳酸→乙偶姻（4）硫化物挥发性硫化物对啤酒风味有重大影响，这些成分主要有硫化氢、二甲基硫、甲基和乙基硫醇、二氧化硫等。其中硫化氢、二甲基硫对啤酒风味的影响最大。啤酒中的挥发性硫化氢大都是在发酵过程中形成的。啤酒中的硫化氢应控制在0～10μg/L的范围内；啤酒中二甲基硫浓度超过100μg/L时，啤酒就会出现硫磺臭味。（5）乙醛乙醛是啤酒发酵过程中产生的主要醛类，乙醛是酵母代谢的中间产物。当啤酒中乙醛浓度在10mg/L以上时，则有不成熟的口感、腐败性气味；当乙醛浓度超过25mg/L，则有强烈的刺激性辛辣感。成熟啤酒的乙醛正常含量一般＜10mg/L。4、苦味物质发酵过程中，麦汁中近1/3的苦味物质损失掉。主要原因是由酵母细胞的吸附、发酵时间增长等原因造成的。5、pH值的变化麦汁发酵后，pH值降低很快。下面发酵啤酒，发酵终了时，pH值一般为4.2～4.4。pH值下降主要是由于有机酸的形成，同时也由于磷酸盐缓冲溶液的减少。二、影响发酵的主要因素1．麦汁成分α氨基N、还原糖、锌等。2．发酵温度——变温发酵，指主发酵阶段的最高温度。一般低温发酵。上面：18～22℃，下面：7～15℃。低温发酵的原因：下面发酵的类型：低温发酵（接种6～7.5℃，发酵7～9℃）；中温发酵（接种8～9℃，发酵10～12℃）；高温发酵（接种9～10℃，发酵13～15℃）。淡爽型啤酒多采用较高温度发酵。3．罐压↑，则↓4．pH5～65．代谢产物↓。§5－3啤酒发酵技术一、传统啤酒发酵传统的下面发酵，分主发酵和后发酵两个阶段。主发酵一般在密闭或敞口的主发酵池（槽）中进行，后发酵在密闭的卧式发酵罐内进行。传统啤酒下面发酵的工艺特点（1）主发酵温度比较低，发酵进程缓慢，发酵代谢副产物较少；（2）主发酵结束时，大部分酵母沉降在发酵容器底部；（3）后发酵和贮酒期较长，酒液澄清良好，二氧化碳饱和稳定，酒的泡沫细微，风味柔和，保存期较长。（一）、主发酵（以敞口12％麦汁发酵为例）1.一般工艺过程（1）