第五章啤酒发酵

第五章啤酒发酵第一节啤酒酵母第二节啤酒发酵技术第三节传统啤酒发酵技术第四节啤酒锥形罐发酵技术第五节高浓酿造法第一节啤酒酵母广义讲，凡是单细胞、时代时间较长的低等真核生物，统称为酵母。酿造酵母分类学上属：子囊菌纲—原子囊亚纲—内孢霉目—酵母科—出芽酵母亚科—酵母属。有两种：啤酒酵母（S.CerevisiaeHansen）能发酵葡萄糖、麦芽糖、蔗糖。因无蜜二糖酶，不发酵蜜二糖、乳糖、发酵1/3棉子糖。按在麦芽汁25℃培养三天，繁殖细胞形状长和宽的比例分为三组:1长宽比1~2＜2，圆形或卵形，此组用于酒精（淀粉）、白酒等蒸馏酒生产。RasseⅡ、RasseⅫ。2长宽比＞2，长卵形。用于啤酒、果酒和面包。酿造易漂浮在泡沫层，液面发酵和收集。称为上面发酵酵母（TopFermentationYeast）。英国式的Ale型啤酒。3长宽比＞2，长圆形-腊肠形。耐高渗透压，用于糖蜜酒精和朗姆酒生产。葡萄汁酵母（S.uvaumBeiyernch)1970年，Lodder将卡尔酵母、类哥酵母和葡萄汁酵母合并成一种称为葡萄汁酵母。啤酒界习惯称卡尔酵母。糖类发酵特征相同，均能全部发酵棉子糖。制造Lager型啤酒，发酵结束沉于器底，称为下面发酵酵母（BotormFermentationYeast）。我国常用菌种有浓啤1号和5号、青岛酵母、首啤酒母2595和2597等。酵母的凝聚性：对于卡尔酵母1.粉末型酵母：2.凝聚性酵母：发酵初期，酵母是分散在发酵液中，达到某发酵度发酵液细胞浓度突然降低，器底逐渐沉结酵母凝块，即使打散，短时静置，立即形成凝块。聚凝点：发酵液中酵母细胞密度突然降低时的发酵度。凝聚点太小35~40%的酵母不能酿造高发酵度的啤酒。3.絮凝性酵母：优良啤酒酵母菌株评估1.形态学的要求：选择长宽比1:1.1~1.3，细胞大小：6.8~8.0×8.0~9.0μm2.生理要求：⑴繁殖速度：快，15℃：繁殖迟缓期＜2.0h，平均世代时间＜8.0h15℃和10℃：平均世代时间差值小。⑵增殖倍数和细胞浓度：接种后细胞浓度1×106经2~3级培养浓度达到60~70×106。⑶发酵力的要求：酵母麦汁极限发酵度：25~27℃，80±3%起酵速度快，起酵时间短（从接种到起白沫时间称起酵时间。）发酵速度：高泡期降糖速度（2.5oP/d）2-3d啤酒主酵发酵度：淡爽型12oP，65~68%麦汁极限发酵度F极和啤酒发酵度F啤：＜1.0%⑷凝聚力和沉淀能力⑸双乙酰峰值和还原速度:⑹挥发性物质⑺酵母对压力的耐受能力：⑻酵母的稳定性啤酒发酵的机理：麦芽汁浸出物中糖类占90%，其中葡萄糖和果糖占糖类的10%，蔗糖占5%，麦芽糖占40~50%，麦芽三糖占10~15%低聚寡糖20~30%，少量的戊糖、戊聚糖等3~5%。啤酒酵母的可发酵糖和发酵顺序：葡糖＞果糖＞蔗糖＞麦芽糖＞麦芽三糖啤酒酵母发酵可发酵糖类经EMP途径生成丙酮酸，丙酮酸无氧酵解产生酒精和CO2、同时还形成高级醇、挥发酯、醛类和酸类、连二酮类(VDK)、含硫化合物等一系列代谢产物，构成啤酒特有的香味和口味。第二节啤酒发酵技术啤酒发酵方法：分批发酵传统发酵大罐发酵（单罐、多罐）连续发酵固定化菌体发酵（连续、分批）啤酒发酵工艺控制啤酒发酵工艺技术控制多数停留在外界影响因素的选择性控制，它包括以下几个方面。1．酵母菌株的选择啤酒酵母菌特性深深影响糖类的发酵、氨基酸的同化、酒精和副产物的形成、啤酒的风味、啤酒的稳定性等方面，所以，在选择酵母时，应考虑酵母发酵速度、发酵度、凝聚性、回收性、稳定性等方面。2麦汁组成啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此，麦汁的颜色，芳香味、麦汁组成有一些会直接影响啤酒的风味，有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。麦汁组成中影响发酵的主要因子是：原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、α-氨基氮、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。原麦汁浓度：10~15%正常，＜9%，＞15%。溶氧水平：溶氧高增殖快，在正常溶氧水平3~9mg/L下，酵母浓度差50%；溶氧缺乏时，繁殖前期受到麦汁中不饱和脂肪酸含量的调节，从0.5mg/L—10mg/L，明显促进酵母增殖。3．接种量啤酒在生产过程中常用上一批回收酵母泥接种，接种量是以每百升中的千克数表示，一般为0.4～1.0kg／(100L)，酵母泥中细胞浓度为(15～20)×108个/g。提高接种量，分批发酵的营养成分不变，发酵时酵母最高细胞浓度相应增加，新生细胞浓度反尔减少，VDK峰值降低，高级醇生成减少。但接种量过高，新生细胞过少，导致后酵不彻底。4．发酵工艺条件控制⑴发酵温度发酵温度是指主发酵阶段的最高发酵温度。传统原因，啤酒发酵温度远低于啤酒酵母的最适温度。上面啤酒发酵采用8～22C，下面啤酒发酵采用7～15C。采用低温发酵可以防止或减少细菌的污染，代谢副产物减少，有利于啤酒的风味。下面啤酒发酵，习惯上按主发酵最高温度(即发酵温度)分为三类：发酵类型接种温度主酵温度传统主酵天数低温发酵6~7.57~98~12中温发酵8~910~126~7高温发酵9~1013~154~5低温发酵，酵母增殖慢，最高浓度低，发酵中形成高级醇等代谢副产物少，同化氨基氮少，pH降低缓慢，酒花香气和呈味物质损失少，酿制的啤酒细腻，柔和，溶醇性好。酵母自溶少，酵母使用代数高。发酵温度较高，酵母增殖浓度高，氨基氮同化率高，pH降低迅速，高分子蛋白质、多酚和酒花树脂沉淀较多，易酿制淡爽型啤酒，且，相同的贮酒期，啤酒的非生物稳定性好。淡爽型啤酒多采用较高发酵温度（10~12℃）较低的接种温度8~9℃，控制副产物的生成。⑵罐压、CO2浓度对发酵的影响：为了回收CO2，主酵采用带压发酵，发现绝大多数啤酒酵母菌株，增殖浓度减少，发酵迟缓，代谢产物减少。主要是CO2浓度的影响。发酵初，CO2浓度对发酵速度略有影响，但明显会抑制风味物质乙酸乙脂和异戊醇的生成，这是加压发酵的基础。连二酮类（VDK）：啤酒发酵成熟的一个指标。双乙酰（丁二酮、CH3COCOCH3）和戊二酮（CH3CH2COCOCH3）都具有强烈的刺激性气味。双乙酰是多种香味物质的前驱物质，是黄油、奶酪等制品、蒸馏酒主要的香味物质。啤酒中双乙酰味阈值在0.1~0.2mg/L，戊二酮1mg/L。来源：双乙酰是在酵母繁殖阶段形成。旁路代谢α-乙酰乳酸-----氧化脱羧----双乙酰。但在酵母还原酶的作用下，双乙酰进一步还原成2.3丁二醇，它的阈值远大于双乙酰。可消除不愉快气味。影响和消除双乙酰的方法：1.减少α-乙酰乳酸的生成：a选育优良菌株：基因修饰技术不形成双乙酰。b提高麦汁中的α-氨基氮水平：麦汁缬氨酸85mg/L↑160mg/L，双乙酰峰值0.85mg/L↓0.40mg/L。2.加速双乙酰的还原：提高温度α-乙酰乳酸双乙酰2，3丁二醇3.控制和降低酵母的增殖浓度：提高接种量；降低酵母在发酵液的繁殖温度；控制麦汁α氨基氮不高于220mg/L，均能抑制酵母的增殖，控制α-乙酰乳酸的形成。酶促还原非酸氧化第三节传统啤酒发酵技术一、流程和设备二、酵母的添加和前发酵三、传统啤酒的主发酵四、主发酵沉淀酵母收集和饲养五、后酵和贮酒一、流程和设备酵母麦汁——前发酵——主发酵——后发酵和贮酒设备：添加酵母器、密闭或敞口前发酵池、主发酵池、密闭式后发酵罐和贮酒罐。建筑:一般发酵室有绝热保护层，靠室温调节温度,也可在槽内加冷却管。分为前酵室（7~8℃）、主酵室（6~7℃）、后酵和贮酒室（0~2℃）等部分。，№二、酵母的添加和前发酵1.酵母接种量分批发酵采用低温、缓慢发酵。接种后细胞浓度控制在5~12×106个/ml压榨酵母30~40亿/g自然沉降酵母泥18~25亿/g按20亿计每kg麦汁接种4g，即0.4%2酵母添加方法⑴干道和湿道添加法a.干道添加法：传统发酵采用b.湿道添加法：大罐发酵有些工厂采用⑵倍量添加法⑶分割法⑷递加法3.前发酵实际上是接种酵母泥处于休眠阶段，有数到十h的生长延滞期，才能进入出芽繁殖，当出芽细胞浓度达到20×106个/ml，表面开始起沫，此阶段称前发酵。前酵时间随接种温度、接种量变化，一般低温发酵16~20h，中温12~14h。降糖外观糖度0.5~1.0oP，温度自然升高0.7~1.0℃。前发酵室在主酵室的上方，下酒用压差法。三、传统啤酒的主发酵低温主发酵温度：6~9℃时间10d前期，酵母增殖，达到最高浓度时，糖降最快，外观浓度1.5~2.0oP/d。VDK峰值在最高酵母浓度后12~24h。此阶段大量释放发酵热，必须冷却。当发酵度达到酵母凝聚点时(发酵度在35％~45％)，酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，发酵糖降速率也随之降低。为促进凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期逐步降低温度，使发酵温度逐步趋近于后酵温度。当主发酵后期每日糖降小于0.3oP时，发酵缓慢，泡沫消失，逐步形成泡盖。泡盖是由CO2带至发酵液表面的多酚、酒花树脂、高分子蛋白质接触空气氧化、聚合而形成的。在主酵结束前，捞去泡盖，下酒至后发酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。主发酵下酒的工艺条件：根据酵母发酵能力和后发酵时间。12oP浅色啤酒：外观浓度3.6~4.0oP，温度为4.2~5.5℃。四、主发酵沉淀酵母收集和饲养当发酵糖降小于0.2～0.3oP/d，发酵液比较澄清，无明显气泡产生，小心捞去泡盖，用位差法将嫩啤酒送入后发酵。主发酵池底沉结一层酵母泥沉淀。酵母泥数量，随酵母最高浓度和凝聚性而有差别，通常每百升发酵液1.75～2.5L酵母泥。中层是正常凝聚酵母，分层刮出酵母，留中层酵母(约占75％)作为种酵母。酵母在1～2℃冰水下保存称做“饲养”传统酵母泥回收方法：中层酵母泥——齿轮泵——无菌酵母饲养室——同时加1～2℃无菌水酒花树脂和热凝固蛋白质过100目振荡筛酵母泥———漂洗2~3次(2~3h换水一次)。饲养1～3d(不超过5d)。每天换1～2次冰水。注意：无菌冰水，必须具有适宜离子浓度(＞300mg/L总无机离子)，特别Ca+2浓度应大于50mg/L。缺乏无机离子会加速酵母死亡，缺乏钙离子会影响酵母的凝聚特性。应尽可能缩短酵母在水中(0～2℃)的饲养时间(不超过3d)。l～2℃无菌水五、后酵和贮酒传统式发酵在主发酵结束后，下酒至密闭式后发酵罐，前期进行后发酵，后期进行低温贮藏。后发酵和贮酒目的是：糖类继续发酵、促进啤酒风味成熟、增加CO2的溶解、促进啤酒的澄清。1．糖类继续发酵后期大量酵母凝聚沉淀于器底，虽然有较多的可发酵性糖，发酵滞缓。通过下酒，发酵液受到冲击，悬浮于发酵液中的酵母凝聚团，受到分散，重新均匀分布于发酵液，发酵又可获得加强。2.增加CO2的溶解CO2是啤酒的重要组成分，它能赋予啤酒起泡性泡沫和杀口性，也能增加啤酒的防腐性和抗氧化，CO2在啤酒中溢出能拖带啤酒芳香味散发。近代优质的瓶装酒CO2的质量分数L常达0.45~0.53%，CO2密度为1.977g/L，啤酒中CO2的体积为2.2~2.7L/L。随着贮酒时间的延长，CO2在啤酒中愈稳定。每克麦芽糖发酵可形成0.511gCO2，啤酒在后酵中发酵1.0％～1.2％糖类，罐压保持0.078MPa，啤酒中CO2就可0.5％。3．促进啤酒的成熟啤酒风味成熟是复杂过程，它包括还原、氧化、酯化、聚合等过程。研究对风味有明显影响的物质变化。(1)联二酮类的还原联二酮类物质包括：双乙酰(2,3—丁二酮)、2,3—戊二酮,及它们的前驱物质—a-乙酰乳酸和a-乙酰丁酸。啤酒发酵成熟指标之一：双乙酰0.1mg/L，或更低0.05mg/L发酵完全停止后，醇脱氢酶存在，双乙酰会继续缓慢还原，在0℃也能进行。(2)游离乙醛降低(3)酯化长期后发酵和贮酒会增加啤酒的贮藏香味，挥发酯将增加30％~100％，其中乙酸乙酯增加最多。(4)挥发性含硫物质的变化挥发性含硫物质，包括H2S、SO2等，它们超过味阈值含量，是啤酒风味的有害物质，成熟啤酒指标是：H2S50μg/LSO220mg／L挥发性含硫化合物在后发酵中，主要靠排出CO2或CO2洗涤的拖带而减少。4．促进啤酒的澄清在