啤酒发酵机理

CHO CHOH
CH2OPO3H2 3 －磷酸甘油醛
4、第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮酸
O COH C OPO3H2 CH2 磷酸烯醇式丙酮酸 Mg
2+
O 丙酮酸激酶 ADP Mg
2+
COH CHOH A TP CH2 烯醇式丙酮酸
烯醇化酶
O COH CHOPO3H2 CH2OH 2 - 磷酸甘油酸 COOH C O CH3 丙酮酸
• d.蛋白质—多酚复合物：此物质是形成成品 啤酒混浊沉淀的前体物质。其多酚部分因 不断氧化聚合，相对分子质量增大，遇冷 则析出，成雾状混浊（又名冷混浊），加 热至20℃复溶。再进一步氧化聚合，相对 分子质量大到一定程度，便成永久性混浊， 加热不能复溶，长时间放置后，即沉淀下 来。
• 上述悬浮物质均随贮藏温度降低和贮藏时 间延长而逐渐沉降下来，使酒变得比较澄 清。但是，单纯依靠贮酒期间的自然沉降， 只能使酒达到一定程度的澄清。 • 要使啤酒达到清澈透明，有光泽，最后需 经过机械处理（离心分离和过滤等方法）， 除去最小的微细粒子。
• CO2作用： • 赋予啤酒以杀口的刺激感，可防止酒的氧 化； • 有利于被胶体物质吸附和与酒内某些成分 结合，在酒中更趋稳定； • 有利于泡沫的形成和泡沫的持久性及稳定 性； • 有助于降低啤酒pH值，使啤酒更显淡爽； • 析出部分酒花树脂，使啤酒苦味更加柔和； 有利于防止杂菌污染。
• 为弥补发酵自身二氧化碳不足，在啤酒灌 装前采用人为添充二氧化碳的技术和设备。 • 最近，还出现了一项新技术，即在主发酵 期将可发酵性糖完全耗尽，没有后发酵期。 在酒液中充入二氧化碳，使之饱和。这样 当然可以大大缩短生产时间。
• EMP反应方程式：
葡萄糖+2ADP+2Pi +2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2（NADH+H+）
1葡萄糖
EMP途径
2丙酮酸 2乙酰辅酶A
H2 O
草酰乙酸 苹果酸 柠檬酸
H2O 顺乌头酸 H2O
异柠檬酸
反丁烯二酸 H2O
TCA循环
草酰琥珀酸 CO2 α-酮戊二酸
琥珀酸
琥珀酰辅酶A
CO2
• 三羧酸循环总反应式
啤酒发酵机理
• 一、发酵过程
• 啤酒发酵因所用酵母不同，可分上面发酵和下面 发酵两种类型。前者采用上面酵母和较高的发酵 温度；后者采用下面酵母和较低的发酵温度。这 两类啤酒风味不同，特色各异。
• 下面发酵是全世界普遍采用的啤酒生产方法，我 国98%以上的啤酒都是采用下面发酵方法生产的。
• 根据传统生产方法，啤酒发酵过程分主发 酵（又名前发酵）和后发酵两个阶段。
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五、发酵单胞菌：在较广的pH范围内生长。 污染后会使啤酒变味。对酒花不敏感，耐 酸耐酒精强。 六、其他杂菌：如啤酒巨形球菌等都会 给啤酒带来难闻的气味。
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因此，在啤酒酿造过程中,保证啤酒种酵 母的绝对主导地位，以及尽可能加大对其 他微生物的控制,是保证啤酒品质的关键。
• (三) 有氧及无氧阶段发酵现象 • 1.酵母繁殖期：添加酵母8～16h后，液面上 出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色、乳状泡 沫。酵母繁殖20h左右，沉淀于繁殖罐底部。
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三、乳酸菌：是啤酒工厂污染的主要细菌， 其中包含乳酸菌和足球菌两个属。它们广 泛存在于发酵罐、管道、阀门、啤酒残液 中。前者不耐酒花且在低温下生长缓慢， 所以不污染啤酒发酵过程；后者会导致啤 酒酸化，产生双乙酰味，同时会分泌荚膜 多糖，使啤酒粘稠、浑浊。（厌氧菌 ）
四、醋酸菌：可以通过空气污染啤酒。 污染后会使啤酒有明显的酸味且浑浊。对 酒花不敏感，耐酸耐酒精强。（醋酸菌有 好氧的，如氧化醋酸杆菌，巴氏醋酸杆菌 等和厌氧的，如热醋酸杆菌）
• ② 后发酵初期产生的CO2，在排至贮酒罐 外的同时，还将酒中的生青味和挥发性物 质如双乙酰、硫化氢和乙醛等大量排出， 减少了啤酒的不成熟口味，促使啤酒成熟。
• ③ 发酵维持7～10天后，逐步降低酒温至 0～1℃，进入贮酒成熟期。在贮酒期较低 的温度和pH值环境下，酒中悬浮的酵母、 冷凝固物和酒花树脂等物质缓慢沉淀下来， 使酒液逐渐澄清，酒的口感愈趋成熟。大 大改善了啤酒的非生物稳定性，延长了成 品啤酒的保质期。
• 主发酵阶段：酵母繁殖和大部分可发酵性 糖类的代谢以及发酵产物的形成。
• 后发酵阶段：是前发酵的延续，必须在密 闭的发酵容器中进行，使残糖分解形成的 二氧化碳充分溶于啤酒中，并达到饱和； 在低温下陈贮，使啤酒进一步成熟和澄清。
• 由于科学技术的不断发展，啤酒发酵过程的生化 机理已为人们所掌握。为了缩短发酵周期，提高 发酵设备利用率，人们在传统发酵技术的基础上， 又创造了许多新型发酵方法如一罐发酵、高温发 酵、搅拌发酵、加压发酵、连续发酵、固定化酵 母发酵等，并开发了多种新型发酵容器。其中最 常用的是一罐发酵法。
• （一）有氧呼吸阶段 • 在有氧条件下，酵母进行EMP—TCA循 环，进行有氧呼吸，属酵母繁殖阶段。
• 糖除被分解为水和二氧化碳外，代谢过 程中EMP途径还是许多代谢产物生成的 基础，因而熟知这个过程对研究其他啤 酒风味成分也十分重要。
1、第一阶段：葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖
CH2OPO3H2 H O H OH H OH OH H OH 6 －磷酸葡萄糖 ADP Mg 己糖磷酸激酶 H2O3PO Mg H2O3PO 磷酸己糖异构酶 CH2 O H OH CH2OH OH OH H ADP Mg 己糖激酶 HO ATP CH2OH OH OH OH H
• ② 影响啤酒澄清的主要悬浮物质 • a.酵母细胞：啤酒澄清与酵母菌种有关。凝聚 性酵母易沉淀，有利于酒的澄清；粉状酵母则 沉淀很慢或根本不沉淀，需要采取其它措施如 加胶吸附，使其沉淀，或经离心机离心分离。
• b.冷凝固性蛋白质：随着贮酒温度和pH的降低， 一些冷凝固性蛋白质逐渐析出而沉淀。 • c.酒花树脂：已溶解的酒花树脂，在温度和pH 不断降低情况下，部分又析出而沉淀下来。
• 采用这一新技术，可以使主发酵和后发酵在同一 容器中进行（即一罐发酵），发酵过程连续进行， 既保证了啤酒的品质，又简化了管理和操作，为 推动我国啤酒工业发展发挥了重要作用。
现整个发酵过程可大致分为4个阶段： （1）酵母适应阶段； （2）有氧呼吸阶段（即酵母增殖阶段）； （3）无氧发酵阶段； （4）啤酒后熟阶段。
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• 葡萄糖彻底氧化分解反应方程式：
• C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP +
4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP
共产生10个NADH、2个FADH2、4个ATP
简写如下： 葡萄糖+38ADP+38H3PO4 6CO2+6H2O+38ATP
• 2.起泡期： 24～25h后，在麦汁表面出现更多 的泡沫，由四周渐渐拥向中间，洁白细腻，厚 而紧密，如菜花状。此阶段发酵液的温度每天 上升0.5～0.8℃，降糖0.3～0.5°P，维持时 间1～2天，不需人工降温。
• 3.高泡期：发酵2～3天后，泡沫增高，形成 卷曲状隆起，高达25～30cm，并因酒中酒 花树脂和蛋白质-单宁复合物析出而逐渐变 为棕黄色。高泡期一般维持2～3天，每日降 糖1.5°P左右。 • 4.落泡期：发酵5天以后，发酵力逐渐减弱， 二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒中析出物 增多，泡沫由棕黄色变为棕褐色。此时应控 制酒温每日下降0.5℃左右，每日消糖0.5～ 0.8°P，落泡期一般维持2天左右。
磷酸丙糖异构酶 CHO CHOH CH2OPO3H2 3－ 磷 酸 甘 油 醛 4％
3、第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷 酸甘油酸
O COPO3H2 CHOH CH2OPO3H2 1,3- 二磷酸甘油酸 NADH + H+ NAD
+
O 磷酸甘油酸激酶 ADP Mg A TP COH CHOH CH2OPO3H2 3- 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 O COH CHOPO3H2 CH2OH 2- 磷酸甘油酸
• 在后发酵期内，啤酒应绝对防止接触空气。 否则，不但啤酒的风味、泡沫、色泽和非 生物稳定性会因氧化而受到影响，并且易 感染杂菌，影响啤酒的生物稳定性。
• 2. 啤酒的澄清 • ① 啤酒澄清的作用 • 啤酒澄清是在贮酒期间，将酒中的悬浮物 沉淀下来。 • 澄清的目的是使滤酒顺利，过滤损失低； 过滤后的酒浊度低（浊度<0.3EBC单位）， 酒的稳定性好，保质期长。
• （二）无氧发酵阶段 • 在无氧条件下，酵母进行EMP—丙酮 酸—酒精途径，进行无氧发酵，糖被 酵解，产生乙醇和二氧化碳，属生产 乙醇阶段。 • 此过程释放出大量能量（放热过程）， 因此在啤酒发酵过程中若想保持恒温， 就需要对发酵罐进行冷却。
酒精生产反应式： G +2ADP+ 2Pi ———— 2乙醇 ＋2ATP+2水
• 5.泡盖形成期：发酵7～8天后，泡沫回缩， 形成一层褐色苦味的泡盖，覆于液面，厚 度为2～4cm。此时，发酵已进入末期，每 日降糖0.2～0.4°P。急剧降温后，酵母大 量凝集沉淀。此时，液面呈静止的暗褐色 状。
• （四）啤酒后熟阶段 • 1.啤酒后熟阶段主要物质变化及作用 • 后发酵过程中，一些生物和理、化的变化 仍在缓慢进行，其主要作用如下： • ① 后发酵温度仍维持在3～5℃，使残留的 可发酵糖（主要是麦芽糖和麦芽三糖）继 续发酵，产生的CO2在密闭的贮酒容器中， 不断溶解于酒内，使CO2达到饱和状态。 同时，在比较高的后发酵温度下，双乙酰 仍可较快地还原。
• 第一阶段：酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下， 恢复其生理活性。 • 第二阶段：然后以麦汁中的氨基酸为主要氮源和以 可发酵性糖为主要碳源，进行有氧呼吸，并从中获 取能量而生长繁殖，同时产生一系列代谢副产物；
• 第三阶段：麦汁中的氧被耗尽后，酵母即在无氧的 条件下进行酒精发酵。 • 第四阶段：发酵后的酒液再经过后熟阶段，会使酒 液中的沉淀等杂质析出，使啤酒的风味更好。 • 其中第二、三、四阶段比较复杂，详述如下。
6- 磷酸果糖 ATP
CH2 O H
磷酸果糖激酶 ADP
ATP CH2OH H O H OH H OH OH H OH 葡萄糖
CH2 O H OH
CH2OPO3H2 OH OH H
果糖
1,6- 二磷酸果糖
2、第二阶段：1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛
CH2OPO3H2 C O H2O3PO CH2 O H CH2OPO3H2 OH OH OH H 1,6- 二 磷 酸 果 糖 醛缩酶 CH2OH 磷酸二羟丙酮 96 ％
* 引自葛可佑总主编《中国营养科学全书》
• 日常生产中易污染啤酒的微生物 • 在啤酒的日常生产中，发酵时被杂菌污染时有发生，这 些有害微生物对啤酒的品质有很大的影响。按照对氧气的 需求，常见的杂菌分为：好氧微生物、微好氧微生物、兼 性好氧微生物、绝对好氧微生物四大类群。具体主要种类 有：
• 一、肠道细菌：发酵车间经常可以检测到如欧式杆菌属、 克式杆菌属、多变杆菌属等，它们存在于植物、土壤和水 中。肠道细菌在大麦中繁殖迅速，能产生烂白菜的气味， 甚至有H2S的味道。在麦汁和发酵初期，也极易迅速繁殖， 危害到啤酒的风味。但它在pH4.0以下，2.0%乙醇啤酒中 不能繁殖。（一般是厌氧） 二、变形肥大杆菌：污染后会使啤酒产生二甲基硫味。 它在pH低于3.9时不能生长，但耐6.0%乙醇。（均有）
• 3.影响啤酒澄清的因素 • ① 悬浮物的性质：蛋白质和酒花树脂的析出物， 开始都很微小，这些微粒互相接触、吸附和凝聚， 形成较大的颗粒，最后沉淀下来。
• 其沉降速度除与本身所形成的颗粒大小有关外， 还受酒液的pH值、温度、粘度和对流状态等条件 的影响。
体液中的乙醇含量与症状关系
体液乙醇含量 （mg/100ml） 20头胀、愉快而健谈 40精神振作、说话流利、行动稍笨、手微震颤 60- 100 谈话絮絮不休、行动笨拙 80- 100 情感冲动、自言自语、反应迟钝、步履蹒跚 120- 135 倦睡，呈明显酒醉状态 200- 250 意识朦胧，言语含糊，大多数呈木僵状 400- 500 深度麻醉，少数致死亡