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1、第五章啤酒发酵n第一节啤酒酵母n第二节啤酒发酵技术n第三节传统啤酒发酵技术n第四节啤酒锥形罐发酵技术n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.Cerevisiae Hansen）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。n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12 2，圆形或卵形，此组用于酒精（淀粉）、白酒等蒸馏酒生产。Rasse、Rasse。2 长宽比2，长卵形。用于啤酒、果酒
2、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（Top Fermentation Yeast）。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.uvaum Beiyernch)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（Botorm Fermentation Yeast）。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。n酵母的凝聚性：对于卡尔酵
3、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3540%的酵母不能酿造高发酵度的啤酒。3.絮凝性酵母：n优良啤酒酵母菌株评估 1.形态学的要求：选择长宽比1:1.11.3，细胞大小：6.88.0 8.09.0m 2.生理要求：繁殖速度：快，15：繁殖迟缓期2.0h，平均世代时间8.0h 15和10：平均世代时间差值小。增殖倍数和细胞浓度：接种后细胞浓度1106 经23级培养浓度达到6070 106。发酵力的要求：酵母麦汁极限
4、发酵度：2527，803%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，6568%麦汁极限发酵度F极和啤酒发酵度F啤：1.0%凝聚力和沉淀能力双乙酰峰值和还原速度:挥发性物质酵母对压力的耐受能力：酵母的稳定性 n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4050%，麦芽三糖占1015%低聚寡糖2030%，少量的戊糖、戊聚糖等35%。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
5、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）n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，
6、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、-氨基氮、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。原麦汁浓度：1015%正常，9%，15%。溶氧水平：溶氧高增殖快，在正常溶氧水平39mg/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/L10mg/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0.41.0kg(100L)，酵母泥中细胞浓度为(1520)108个/g。提高接种量，分批发酵
7、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 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822C，下面啤酒发酵采用715C。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 67.5 79 812中温发酵 89 1012 67高温发酵 910 1315 45n低温发酵，酵母增
8、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。n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。n淡爽型啤酒多采用较高发酵温度（1012）较低的接种温度89，控制副产物的生成。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
9、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。n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0.10.2mg/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-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。n影响和消除双乙酰的方法：1.减少-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
10、提高麦汁中的-氨基氮水平：麦汁缬氨酸85mg/L160mg/L，双乙酰峰值0.85mg/L0.40mg/L。2.加速双乙酰的还原：提高温度 -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；控制麦汁氨基氮不高于220mg/L，均能抑制酵母的增殖，控制-乙酰乳酸的形成 。酶促还原酶促还原非酸氧化非酸氧化 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
11、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（78）、主酵室（67）、后酵和贮酒室（02）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512106个/ml 压榨酵母3040亿/g 自然沉降酵母泥1825亿/g 按20亿计每kg麦汁接种4g，即0.4%2酵母添加方法 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 倍量添加法 分割法 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20106个/ml，
12、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1620h，中温1214h。降糖外观糖度0.51.0oP，温度自然升高0.71.0。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：69 时间10d 前期，酵母增殖，达到最高浓度时，糖降最快，外观浓度1.52.0oP/d。VDK峰值在最高酵母浓度后1224h。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3545)，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
13、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3.64.0oP，温度为4.25.5。四、主发酵沉淀酵母收集和饲养 当发酵糖降小于0.20.3oP/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1.752.5L酵母泥。中层是正常凝聚
14、酵母，分层刮出酵母，留中层酵母(约占75)作为种酵母。酵母在12冰水下保存称做“饲养”传统酵母泥回收方法：中层酵母泥中层酵母泥齿轮泵齿轮泵无菌酵母饲养室无菌酵母饲养室 同时加同时加12无菌水无菌水 酒花树脂和热凝固蛋白质酒花树脂和热凝固蛋白质 过过100目振荡筛目振荡筛 酵母泥酵母泥 漂洗漂洗23次次(23h换水一次换水一次)。饲养饲养13d(不超过不超过5d)。每天换。每天换12次冰水。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(02)的饲养时
15、间(不超过3d)。l2无菌水无菌水五、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0.450
16、.53%，CO2密度为1.977g/L，啤酒中CO2 的体积为2.22.7L/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0.511g CO2，啤酒在后酵中发酵1.01.2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
17、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30100，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：H2S50g/L SO2 20mgL 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 在发酵全部结束后，啤酒中还存在悬浮酵母、大分子蛋白质、酒花树脂、多酚、葡聚糖等悬浊物质。过去啤酒的过滤 简单的粗滤，包装后啤酒的透明度 稳定性主要取决于过滤前啤酒的澄清度。因此，啤酒在后发酵和贮藏过程的澄清极为重要。现
18、在有各种高技术澄清方法，相对来说，在后发酵和贮藏过程 自然澄清 意义小。加速澄清的措施 :贮酒工序促进澄清方法添加五倍子单宁(鞣酸)：在啤酒中加入单宁的量为2080g/m3，常用2535g/m3，在过滤前3d以上加入，最佳澄清温度为02。添加明胶或鱼膘胶：在pH4.4以下，带有大量正电荷和负电荷，并在啤酒中形成无规律线形(网状)，可以吸附带负电荷的酵母细胞和高分子蛋白质，形成较大颗粒，自然沉降于贮酒罐底。添加蛋白酶：在贮酒温度下，分解大分子蛋白质，加入量和作用时间 根据酶的性质和活性，过高或过低，会使啤酒更浑浊。国外作为啤酒澄清剂的蛋白酶有：美国，胃蛋白酶等复合酶 英国，木瓜酶等复合酶 德国，
19、麦芽蛋白酶 日本，霉菌蛋白酶 我国常用：单一酶制剂 菠萝蛋白酶 木瓜蛋白酶 用量为0.51.0g/m3。作用温度较高 最适温度45、pH5.0 贮酒期加入效果更佳，作用只巴氏消毒过程中。两酶制剂使用对澄清无明显作用，但能提高啤酒非生物稳定性，特别是抗冷雾浊。第四节 啤酒大型发酵罐发酵一、概述 早在80年前，德国酿造师(L.Nathan)发明了立式圆筒体锥底发酵罐，称为奈坦罐.H:D=2:1,夹套冷却,加压发酵0.05MPa.二、圆筒体锥底发酵罐(C.C.T)发酵发酵方法分类:单酿罐发酵:前、主、后、贮酒全在一个罐中。两罐法发酵:1.前、主、在发酵罐;后、贮酒在贮酒罐.2.前、主、后在发酵罐,贮
20、酒全在贮酒罐.n设备特点：容积容积100600m3 1.外型：外型：D:H 单酿罐单酿罐1:12 两罐法：发酵罐两罐法：发酵罐1:34 贮酒罐贮酒罐1:12 2.罐材料罐材料:碳钢碳钢 不锈钢不锈钢 3.冷却：扣半管冷却：扣半管 米勒板米勒板 4隔热层：聚酰氨树脂隔热层：聚酰氨树脂 防护层：合金铝板防护层：合金铝板 不锈钢板不锈钢板 5附件：温度传感器附件：温度传感器 安全阀安全阀 真空阀真空阀 视镜视镜 灯镜灯镜 空气空气CO2排除管排除管锥型罐发酵优点：1.加速发酵：对流 2.节省厂房：3.节省冷耗：强制回流、冷媒直接冷却 4.发酵罐清洗消毒自动化 缺点：酵母层厚度大，使用代数低，澄 清较
21、困难，短时温度温度不能一致。三、圆筒体锥底发酵罐发酵工艺 由于各厂酵母特性、啤酒风格有差别，工艺差异比较大，只讨论一些共性。1.进罐方法.以前采用冷却麦汁混合酵母后，每二批到三批麦汁用一繁殖罐，使酵母克服滞缓期，进入对数生长期(一般要1620h)再泵CCT。现在采用直接进罐法。即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入发酵。如酵母凝聚性强，在进罐时用文丘里管或静态混合器，使空气、酵母、麦汁混合均匀。2.接种量和起酵温度 直接进罐法，缩短起酵时间，采用较高接种量，0.60.8，接种后细胞浓度为(153)106个/m1。直接进罐法，麦汁是分批进入CCT，为 减少VDK前驱物质-乙酰乳酸的
22、生成量，要求满罐时间在1218h之内。麦汁接种温度 一般低于主发酵温度23。使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。3主发酵温度 国内菌株：低温(910)中温(1112)低温发酵：用于65)，外观浓度3.63.4oP；中发酵度啤酒(6264)，外观浓度3.93.7oP，认为主发酵结束。4VDK还原 大罐发酵后发酵一般称做VDK还原阶段。VDK还原初期一般不排酵母，全部酵母参与VDK还原，缩短还原时间。还原阶段温度控制有三种方式：(1)低于主发酵温度23 模拟传统发酵控制，有利于改善啤酒风味，还原时间较长，一般要710d。酵母也不易死亡和自溶。(2)和主发酵相同温度 实际上发酵不
23、分主、后发酵，操作容易，还原时间短 旺季大多采用此法。(3)高于主发酵温度24 高温还原，还原时间可以缩短至24d，此法是近代快速发酵法的一大特点。5.冷却、降温 VDK还原阶段的终点，根据成品啤酒控制VDK的含量 定。优质啤酒希望VDK含量为0.06mg/L，要求VDK低于0.1mg/L，才称还原阶段基本结束，可降温。在降温、排酵母、贮酒中，VDK有少量下降，则可达到要求。降温速度控制在0.20.3/h。6.罐压控制 大多数采用微压0.010.02，主发酵结束后期才封罐逐步升压，还原12d才升至最高值。由于罐耐压强度和实际需要，罐压一般最大控制在0.070.08MPa，以后保持(或略有下降)
24、至啤酒成熟。7酵母的排放和收集 凝聚性啤酒酵母，发酵度达到凝聚点(一般在发酵度3545)，啤酒酵母就逐步凝聚沉淀于器底，而且沉淀紧密。温度和压力影响不大。当VDK还原至 规定值(如0.1mg/L)时，可从锥底排放泥状酵母。酵母的存放：用酵母泥的11.5倍的无菌低温酿造水(12)覆盖，存放温度不超过2，每天换一次无菌水。8单酿罐发酵贮酒 单酿罐发酵 适宜制造淡爽型啤酒，追求新鲜口感，贮酒期较短。在36左右排放酵母，罐内继续降温至0，(约需ld)，在0 贮酒27d，理化和感官指标达到标准，可过滤、包装。单酿罐 罐内啤酒酵母常常排放不够彻底，罐内啤酒的品温、罐壁和中心不均衡。容易引起酵母自溶，增加杂
25、味，不宜长时间贮酒。四、两罐法发酵 典型比尔森型啤酒常称作Lager Beer，陈贮啤酒。特点：较长后熟期(传统发酵5090d)，风味有陈酿香味，口味柔和、醇厚、细腻，泡沫细腻和稳定，啤酒浓度一般为1l13 oP，在啤酒中属高级酒。大罐酿造LagerBeer，国内外多采用两罐法发酵技术。分为两种：n典型两罐法：VDK还原至0.1mg/L以下，发酵结束，品温-46 凝聚性酵母排放，浓度到23106/m1 粉末性酵母 离心 浓度53105个/m1 板式换热器急冷 贮酒罐。贮酒罐：在CO2背压0.15MPa，导入啤酒贮存n模拟传统两罐法：主酵结束，提前11.5d降温 发酵度5055%，57，排放酵母 后贮罐 710dVDK还原情况，降温 0，罐压逐步升高至0.070.1MPa，开始几天排放酵母贮酒825d。啤酒在低温(0-1.5)下贮酒期，可分三类：710d 普通型 820d 国内销售高级酒 1830d 外销高级酒 长贮酒期是它们的共同特点，在贮酒期中，酒的化学和生物化学变化并不大，而物理化学变化很大，促使酒体更成熟、完美、稳定性更好。成品啤酒一、啤酒的过滤：硅藻土、离心机二、啤酒的灌装：等压三、啤酒杀菌：四、啤酒标准：GB4927-2001