啤酒酿造工艺学(啤酒发酵)概述

温度对酵母分解双乙酰的影响
-乙酰乳酸和联二酮与发酵周期的关系
-乙酰乳酸和联二酮与啤酒外观发酵度的关系
发酵总结
■双乙酰(联二酮)的含量是啤酒成熟的标志。随着主酵期和
后熟期的缩短，检查双乙酰含量的重要性也在不断增加。 ■ -乙酰乳酸必须迅速转化为联二酮。为此需快速发酵至 接近最终发酵度；低pH值；酵母添加后要避免吸氧，主酵 和后熟要在较高温度下进行(下面发酵工艺中，直至18℃)。 ■后熟需要有活力和有生命力的酵母细胞。通过有效措施 防止酵母沉降。具备一定浓度有活力的酵母细胞十分重要。 ■成熟啤酒的双乙酰总量(连二酮和前驱体)的标准值为 0.1mg/L以下。
硫醇(RHS)和二甲基硫(DMS)
• 硫醇类化合物中，醇的一OH基被一SH基取代。它 属于严重损害啤酒香味的化合物。并会导致啤酒 有日光臭。硫醇量逐渐增加直至发酵度达到60～ 70％，然后下降。吸入的氧会使其氧化成对口味 和香味损害较小的二硫化物。
• 在制麦焙焦和麦汁煮沸时，我们已谈到了DMS。 酵母没有改变二甲基硫含量的能力，所以麦汁中 的DMS会一成不变地带入啤酒中。
第一节 啤酒发酵过程中的物质转化
酵母将麦汁中的糖分发酵成乙醇和二氧 化碳这一过程最为重要。发酵期间通过酵母 新陈代谢形成的副产物起着特殊的作用，这 些副产物中的某些物质部分又被重新分解。 这些发酵副产物同酒花成分一起对啤酒的口 味和香味起着决定性的作用。因此，了解这 些副产物的形成和分解十分重要。
（六）有机酸
啤酒中存在的有机酸大部分是通过酵 母由麦汁中的氨基酸转化而来；从氨基酸 中脱去合成酵母细胞自身蛋白质所需的氨 基(-NH2)形成有机酸。有机酸进入啤酒中， 除了由类似的新陈代谢形成的高级醇外， 还产生一系列影响啤酒口味的物质。
(七)其它的过程和转化
除形成副产物外，发酵时还会出现一系列对生产很有 意义的其它过程和转化： ■蛋白质组成的变化(酵母消耗140-200mg/L)； ■pH值下降（5.3-5.6 4.3-4.6）； ■啤酒的氧化还原势的变化(rH20-308-12)； ■啤酒色泽变浅,下降3EBC； ■苦味物质和多酚物质的分离析出，-酸溶解度下降； ■CO2的溶解，啤酒：0.43-0.48%, 损失0.03%，滤前0.470.52%； ■啤酒的澄清，滤前酵母数二百万/毫升。
●起发酵糖(己糖)； ●主发酵糖(麦芽糖)； ●后发酵糖(麦芽三糖)。 蔗糖也可被酵母发酵，因为酵母细胞壁上有 转化酶(分解酶)，因此蔗糖也可以像起发酵糖一 样被酵母利用。
发酵度
发酵度：浸出物浓度下降的百ห้องสมุดไป่ตู้数 发酵度%=（发酵前的浓度-发酵后的浓度）
×100/发酵前的浓度 外观发酵度：直接用糖度计测定发酵前后的浓度
卡氏罐
(1) 无菌空气过滤器 (2) 取样阀 (3) 带橡皮腆的接种头 (4) 螺纹密封圈 (5) 螺纹密封圈 (6) 手柄
连续增殖的酵母扩培设备
扩培过程注意事项
1.车间扩培时，酵母种液量与添加麦汁量 之比不要超过1：3或l：4。
2.在追加法中，追加麦汁的温度应与酵母 种液温度相适应,因为骤然冷却会导致酵 母因急冷作用而不再继续发酵。
（二）醛类的形成
主酵过程前三天形成，嫩啤酒2030mg/L,成品酒8-10mg/L。
– 发酵强烈 – 发酵温度升高 – 酵母添加量过高 – 加压发酵 – 麦汁通风不足 – 麦汁感染杂菌
醛类分解
• 所有促进后酵和后熟的措施 • 高温后酵 • 麦汁充分通风 • 提高后酵阶段的酵母浓度
（三）高级醇的形成途径
计算而得。 真正发酵度：将酒液中的酒精和二氧化碳蒸发后，
再用水补充至原来体积，测定其浓度再计算 而得。 真正发酵度=外观发酵度×0.819
影响发酵中转化速度的因素
(1)麦汁特性：发酵速度首先取决于麦汁中冷凝固物和热 凝固物的分离程度、麦汁通风情况以及麦汁组成是否 符合酵母要求。
(2)发酵温度：酒精发酵速度随着温度上升明显加快，而 低温下发酵速度会减慢。
然而，这些因素的影响并不十分突出。即使采取 专门措施也几乎不能有效影响-乙酰乳酸的形成。
前驱体的转化
通过氧化脱羧由-乙酰乳酸形成联二酮一双乙酰和戊二 酮，此转化过程在酵母细胞之外进行，且不受其影响。相 对来说很容易。下列因素可促进这个转化： • 降低pH值：pH值为4.2—4.4时，转化迅速；随着pH的提高， 转化减弱。 • 提高温度：温度越高，转化越迅速。 • 氧气吸入：啤酒摄入氧气可导致前驱体迅速向联二酮转化。 前驱体向联二酮的转化限制了啤酒成熟速度。
第二节 酵母扩大培养
酵母的纯种培养分为以下3个阶段： (1)获得合适的酵母细胞； (2)实验室扩培，直至达到20L高泡嫩啤酒； (3)车间扩培，直至达到接种所需添加量。
斜面试管（原菌种）富氏瓶培养（或 试管培养）巴氏瓶培养（或三角瓶培养）卡 氏罐培养汉森罐培养酵母繁殖罐培养发酵 罐。
酵母扩大培养的时间、温度和扩大培养量
3.扩培温度应与发酵温度相适应，以便酵 母提前适应生产条件。
第三节 主发酵（前发酵）
麦汁接种后开始进入主酵。主酵期 间的发酵通过温度和发酵周期进行控制。 啤酒下酒到后酵间之前须计算发酵度。
一、接种
• 所谓接种是指将酵母添加到麦汁中，开始进入发酵。 即将添加酵母的麦汁叫接种麦汁，接种麦汁浓度的高 低决定着成品啤酒分析得到的原麦汁浓度。原麦汁浓 度为理论上的接种麦汁浓度。接种麦汁的实际浓度通 常高于所期望的啤酒原麦汁浓度，因为从酵母接种到 灌装，原麦汁浓度总在发生变化(比如：酒头酒尾的稀 释，附着水或酒液混合)。
联二酮的还原
形成的联二酮只能借助酵母细胞被进一 步分解，以减少对啤酒口味的不利影响。联 二酮的分解通过还原进行：
-乙酰乳酸→双乙酰 （氧化过程） 双乙酰 → 乙偶姻(3-羟基-2-丁酮) → 丁二 醇
促使双乙酰还原
• 发酵期间酵母活力。（10倍） • 主酵期分解能力恒定，后酵期下降。 • 不同酵母菌种的还原能力区别不大 • 温度 • 后酵期酒液中的酵母浓度 • 促进或阻碍酵母与酒液的接触 • 防止酵母沉降 • 加高泡酒
硫化氢
在酒精发酵过程中，含硫的氨基酸形成硫化氢。 当酵母缺乏或损失了生长素时也会导致啤酒中含有 过高的硫化氢。硫化氢是一种易挥发的气体物质。 在主酵和后熟过程中部分会被含量不断增加的CO2 吸收。下列因素可导致此吸收量增加： – 温度升高； – 液位升高。
啤酒中硫化氢的生化转化被视为主酵和 后熟的重要因素。
一、糖发酵成酒精和二氧化碳
糖分发酵根据Gay-Lussac反应式为:
C 6 H 1O 2 6 2 C 2 H 5 O 2 H C 2 O
H 2K 3 0 J
在标准状态下，1mol葡萄糖释放出169kJ的能量(放 热过程)，因此若想保持恒温，就需要冷却。
麦汁中的糖分并不是同时发酵。多糖首先必 须被分解，所以酵母最先作用单糖然后才能分 解多糖。因此将发酵分为：
（四）酯类的形成
酯类是最重要的啤酒芳香物质，主要决定啤酒 的香味。但酯的含量过高也会赋予啤酒不舒适的苦 味和果味。酯在主酵期间通过脂肪酸的酯化形成， 少量酯也可通过高级醇的酯化形成。
酯含量主要在主酵旺盛阶段增长。后熟 阶段的增加量取决于后酵情况。若后酵周期较长， 酯量可增加一倍左右。
酯含量取决于啤酒品种和原麦汁浓度： • 在上面发酵啤酒中，酯量可达80mg/L； • 在下面发酵啤酒中，酯量可达60mg/L。
试管培养 三角瓶培养 卡氏罐培养
汉森罐培养
容器容积
0.5~1L
10~20L
200~300L或 以上(有效容积)
麦汁装填量 10ml
培养温度 培养时间
25~27℃ 2~3天
0.25~0.5L 25℃ 2天
5~10L(接种1~2 三角瓶酵母) 15~20℃
3~5天
200~300L 10~13℃ 1.5~2天
(3)酵母量：酵母细胞和麦汁之间的接触面积对于物质转 化来说非常重要。接触面积随酵母细胞浓度的增加而 扩大。酵母量用细胞数／mL表示。酵母细胞数在生长 最旺盛阶段可达(3～4)×107个／mL，在某些工艺中甚 至可达108个／mL。酵母接种量一般为2×107个酵母细 胞/mL麦汁，约0.6～0.7L浓酵母泥/hL麦汁。
(4)运动：通过运动(循环、搅拌等)可加强细胞和 麦汁的接触，使发酵剧烈。
(5)酵母菌种：发酵速度也是每个酵母菌种的遗传 特性，不同酵母种的发酵速度不同。
(6)压力：压力不断上升会使发酵、酵母增殖和发 酵副产物的形成逐渐停止。原因是溶解在啤酒 中CO2量在不断增加。
二、发酵副产物的形成和分解
发酵副产物可分为以下两类： • 生青味物质(双乙酰、醛、硫化物)：这些物质赋予啤酒
啤酒中酯的种类
在啤酒中已发现约有60种不同的酯类物质， 其中以下6种对啤酒口味具有重大意义：
■乙酸乙酯 ■乙酸异戊酯 ■乙酸异丁酯 ■β-乙酸苯脂 ■己酸乙酯 ■辛酸乙酯
促进酯形成的因素
■麦汁浓度高于13％ ■最终发酵度和成品发酵度高 ■麦汁通风减少 ■主发酵温度较低 ■主酵和后熟中的运动增加
抑制酯形成的因素
啤酒酿造工艺学
2013
第五章 啤酒发酵
为使麦汁向啤酒转化，麦汁中所含的糖分必 须被酵母中的酶发酵成乙醇和二氧化碳。在这个 转变过程中，也形成了对啤酒口味、香味及其它 特性有重要影响的发酵副产物。这些副产物的形 成和部分分解与酵母的新陈代谢密切相关，因此 要引起注意。
主酵、后酵和过滤 (1)发酵池 (2)后酵罐 (3)锥形罐 (4)过滤机 (5)高温瞬时杀菌机
影响高级醇形成的因素
• 主酵温度过高 • 嫩啤酒的运动，如搅动或循环等 • 麦汁氨基酸含量偏低 • 接种麦汁的强烈通风 • 强烈的麦汁追加 • 发酵起始温度过高（8度以上） • 麦汁浓度过高（13%以上）
抑制高级醇形成的措施
• 提高酵母接种量 • 降低发酵起始温度 • 降低发酵温度 • 带压发酵 • 添加酵母以后避免吸氧 • 麦汁氨基酸含量充足
不纯正，不成熟、不协调的口味和气味。浓度高时， 对啤酒质量具有不利影响。它们可在主酵和后酵进程 中通过生化途径从啤酒中分离出去；这也是啤酒后酵 的目的。 • 芳香物质(高级醇、酯)：这些物质主要决定啤酒的香味。 在一定浓度范围内，它们的存在是优质啤酒的前提条 件。与生青味物质相反。芳香物质不能通过工艺技术 途径从啤酒中去除。
高级醇含量超过100mg/L，啤酒口味和受欢迎 程度明显下降。一般控制在100mg/L以内，下面啤 酒应控制在60-90mg/L以内。。 – 氨基酸脱氨、脱羧并还原 – 通过羟酸或酮酸形成 – 通过乙酸酯形成
80%高级醇在主酵阶段形成，后酵阶段 增加很少。已形成的高级醇不能通过工艺措施使之 还原。必须通过主酵期间的控制来调节高级醇的含 量。
主酵和后酵期间发酵副产物的浓度变化 a)芳香物质 b)生青味物质
（一）双乙酰(联二酮)
联二酮被视为啤酒成熟度的标志
双乙酰： 2,3一戊二酮：
O H3C C
O H3C C
O C CH3
O C C2H5
双乙酰是最主要的生青味物质。其含量超过味阈值时 会导致啤酒口味不纯、有甜味直至馊饭味，浓度高时会使 啤酒具有奶油香味。由于戊二酮以相同的方式影响着啤酒 质量(以较高味阈值影响啤酒口味)，所以称它们为联二酮， 因为这两种联二酮物质都有邻位双羰基。
前驱体的形成
联二酮的前驱体-乙酰乳酸通过酵母的新陈代谢形成， 无嗅无味。在啤酒中觉察不到。它在酵母合成氨基酸的过程 中产生，由呼吸和发酵过程中形成的中间产物——丙酮酸开 始这一合成过程。此时形成的-乙酰乳酸被酵母细胞传递给 发酵底物。 -乙酰乳酸的形成取决于下列因素： • 酵母菌种：形成时机和形成数量是各酵母菌种的典型特征； • 酵母量：酵母添加越多， -乙酰乳酸形成就越多，分解也 越迅速和强烈； • 氧含量：氧含量高使酵母作用产生大量的-乙酰乳酸。
■麦汁浓度低 ■最终发酵度低 ■麦汁通风提高 ■主酵温度较高 ■发酵时压力增高
（五）硫化物
通过酵母新陈代谢，形成了挥发性的硫化 物，如硫醇 (RSH)和其它化合物。这些物质即 使含量很低也能强烈影响啤酒的口味和气味。 超过了味阈值，这些硫化物会使啤酒有一种不 成熟的生啤酒味。
挥发性硫化物对啤酒口味产生的不 利影响也可能是污染了耐热细菌所致。它们也 形成同样的副产物。