1、啤 酒 發(fā) 酵,索 江 湖 北 輕 工 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 中 德 啤 酒 學(xué) 院,啤酒發(fā)酵課程主要內(nèi)容,一、發(fā)酵理論 1、發(fā)酵機(jī)理 2、發(fā)酵過程中的變化 二、發(fā)酵技術(shù) 1、發(fā)酵方法的特點 2、發(fā)酵設(shè)備 3、發(fā)酵工藝 4、發(fā)酵操作與控制,發(fā)酵的定義,所謂“發(fā)酵”就是利用微生物的生命活動，來獲取特定產(chǎn)品的一種工藝過程。 什么是啤酒發(fā)酵？ 發(fā)酵的作用（兩個利用；兩個生成）： 兩個利用： 1）酵母利用麥汁中可發(fā)酵性糖為碳源； 2）酵母利用麥汁中低分子氮為氮源；,兩個生成：,1）生成了主要的代謝產(chǎn)物酒精；二氧化碳； 2）生成了其他的代謝產(chǎn)物高級醇、醛類、酯類、雙乙酰、硫化物、酸類 這些產(chǎn)物決定了啤

2、酒的質(zhì)量： 口味、風(fēng)味、泡沫、非生物穩(wěn)定性,在麥汁組成良好的前提下： 酵母的質(zhì)量、數(shù)量、種類、性能、污染程度影響到發(fā)酵能否順利進(jìn)行，影響到啤酒質(zhì)量。 所以，酵母是生產(chǎn)啤酒重要的原料。,第一章 發(fā)酵機(jī)理,發(fā)酵機(jī)理很復(fù)雜，歸納起來，包括以下八個方面：“兩個利用、六個形成” 一可發(fā)酵性糖的利用 二、低分子氮的利用 三、高級醇的形成 四、醛類物質(zhì)的形成 五、酯類物質(zhì)的形成 六、連二酮的形成 七、硫化物的形成 八、酸類物質(zhì)的形成,一、可發(fā)酵性糖的利用,麥汁中的糖類分可發(fā)酵性糖包括：葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖；非發(fā)酵性糖低分子糊精。 葡萄糖 + 氧氣 水 + 二氧化碳 + 熱量（酵母有氧呼吸）

3、葡萄糖 酒精 + 二氧化碳 + 熱量（酵母無氧發(fā)酵）,發(fā)酵反應(yīng)分子式：,C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 180 246=92 244=88 92/180=0.51 88/180=0.49 既：1克葡萄糖完全發(fā)酵時，可得0.51克酒精和0.49克二氧化碳。（理論值） 但在實際中，麥汁中所含可發(fā)酵性糖約占總糖的70%左右，通常以麥芽糖含量表示。,Balling（巴林）研究發(fā)現(xiàn)：麥汁完全發(fā)酵時，,麥汁中浸出物的數(shù)量與其發(fā)酵生成物的數(shù)量有下列關(guān)系： 發(fā)酵 浸出物 C2H5OH + CO2 + 酵母 2.0665g 1g 0.9565g 0.11g （n） （A） 1.0665g 據(jù)此

4、，若已知啤酒中酒精含量為 A（w/w %） 若已知啤酒中真正濃度為 n（w/w %） 經(jīng)過數(shù)學(xué)處理，則：,2.0665A + n 原麥汁濃度 = 100 % 1.0665A + 100 這就是計算原麥汁濃度的著名的“巴林公式”。 A啤酒中酒精含量 n啤酒中真正濃度,可發(fā)酵性糖的發(fā)酵順序為：,葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖 發(fā)酵時：96%的得到酒精、二氧化碳； 2.5%的得到其他代謝產(chǎn)物； 1.5%去合成新的酵母細(xì)胞。,可發(fā)酵性糖的發(fā)酵程度：,用“發(fā)酵度”表示： 外觀發(fā)酵度；（外觀濃度） 真正發(fā)酵度；（真正濃度） 最終發(fā)酵度；（外觀濃度） 發(fā)酵前濃度 - 發(fā)酵后濃度 發(fā)酵度= 100% 發(fā)

5、酵前濃度 真正發(fā)酵度 0.819外觀發(fā)酵度,影響發(fā)酵的因素：,1、優(yōu)良的麥汁組成是前提； 2、優(yōu)秀的酵母菌種是關(guān)鍵； 3、優(yōu)化的發(fā)酵工藝是條件。,二、低分子氮的利用,麥汁中溶解的總氮含量約6501000mg/L（包括高、中、低分子的含氮物質(zhì)）， 啤酒中溶解的總氮含量約300700mg/L。通過發(fā)酵這些含氮物質(zhì)大約下降了1/3。 下降的原因： 1低分子含氮物（氨基酸和二肽），被酵母利用，因為酵母胞外蛋白酶活性很差，不能分解分子量高的含氮物質(zhì)，高分子含氮物不能進(jìn)入酵母細(xì)胞。,2由于發(fā)酵液溫度和pH值的降低，發(fā)液中的可凝固性氮或可凝固性氮和多酚物質(zhì)結(jié)合，形成蛋白-多酚復(fù)合物，沉淀除去。 3酵母細(xì)胞表

6、面也吸附了少量蛋白質(zhì)。 4隨著CO2氣泡上升而進(jìn)入泡蓋。,氮利用的作用：,1)合成酵母細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和酶，構(gòu)成酵母細(xì)胞質(zhì)； 2）提供酵母的營養(yǎng)，有利于酵母的繁殖、生長； 3）抑制發(fā)酵付產(chǎn)物的產(chǎn)生，如：雙乙酰； 4）對啤酒泡沫、醇厚性和穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用。,影響作用的因素：,a：酵母數(shù)量：數(shù)量多，作用快（與酵母繁殖密度有關(guān)）； b：酵母品種：上、下酵母品種不同而作用不同； c：氨基酸濃度：一般濃度高，作用快； d：氨基酸種類：種類多，作用快； 例 兩種氨基酸同時存在，比一種作用速率增加10%；,e：發(fā)酵時間：發(fā)酵時間長，作用數(shù)量多； f：發(fā)酵溫度：溫度高，作用數(shù)量多。 注意：如發(fā)酵溫度大于20，酵

7、母能同化自身的蛋白質(zhì)，產(chǎn)生所謂的“自溶現(xiàn)象”。如酵母在低溫0時，長期保存，沒有營養(yǎng)時，也能同化自身的氮，產(chǎn)生自溶，但較緩慢。,三、高級醇的形成,高級醇是較重要、含量較多的副產(chǎn)物，啤酒中目前檢測出高級醇的種類有30多種。 定義凡是三個或三個以上碳原子組成的醇類（即比乙醇碳原子多的醇），統(tǒng)稱“高級醇”。（又稱“雜醇油”） （醇類的通式：CnH2n+1OH） 啤酒中高級醇含量應(yīng)90mg/L,1、種類：,（1）三個碳：丙醇、異丙醇、丙三醇（甘油） （2）四個碳：丁醇、異丁醇 （3）五個碳：戊醇、異戊醇（約占全部的50%）、活性戊醇 （4）六個碳：-苯乙醇（玫瑰花香） （5）其他：色醇、酪醇、糠醇（麥皮

8、味）,2、高級醇的形成途徑,（1）降解代謝:(“Ehrlich 機(jī)制”)（1905年） 氨基酸 高級醇類 （2）合成代謝途徑（“Harris哈里斯”）（1953年） 糖 氨基酸 高級醇類,3、影響高級醇形成的因素：,1）麥汁組成： 1-N含量：適宜時，形成少，過多或過少，形成高級醇都多，原因 麥汁中-N含量過少：酵母通過糖代謝走酮酸路線合成必需的氨基酸，用于合成細(xì)胞質(zhì)，同時形成較多的高級醇。 麥汁中-N含量過多：造成過多的氨基酸脫氨，形成較多高級醇。,2濃度：一般濃度高，高級醇形成多。（可發(fā)酵性糖多，高級醇代謝多） 3氧含量：如大于9mg/L或通純氧，高級醇多（增加了酵母繁殖，合成細(xì)胞質(zhì)）。

9、4酒花添加量：添加量大，高級醇少。（啤酒花中-酸，異-酸抑制酮酸形成，從而抑制了高級醇）。,2)酵母：,1種類：上面酵母比下面酵母多; 2添加量：添加量少，繁殖新細(xì)胞多，高級醇多; 3）發(fā)酵條件： 1溫度：發(fā)酵溫度高，高級醇多； 2壓力：壓力下，抑制發(fā)酵，高級醇少； 3發(fā)酵夜pH值： pH值高，高級醇多； 4發(fā)酵度：發(fā)酵度高，酒精含量高，高級醇多。,四、醛類物質(zhì)的形成,啤酒中已檢測出20多種醛類物質(zhì)，含量最多的是乙醛。 1）形成途徑： 發(fā)酵中，醛類是醇類的前驅(qū)體，是酵母發(fā)酵的中間產(chǎn)物。因此，沒有醛類的形成，就沒有醇類的形成。 乙醛是形成乙醇的前驅(qū)體； 其它的醛是形成高級醇的前驅(qū)體。,乙醛在前發(fā)

10、酵期大量形成，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，乙醛含量很快下降，被還原成乙醇。 下面酵母、下面發(fā)酵，前發(fā)酵的高泡期（即發(fā)酵度3035%時），是乙醛大量形成期，達(dá)到峰值，繼續(xù)發(fā)酵，逐漸被還原成乙醇。 上面酵母、上面發(fā)酵，形成峰值較下面發(fā)酵早，（即發(fā)酵度10%時），即達(dá)到峰值。,2、影響乙醛形成的因素：,與發(fā)酵工藝條件關(guān)系密切，主要因素有： 1麥汁的pH值，pH值高，有利于乙醛的形成； 2酵母添加量大，發(fā)酵旺盛，有利于乙醛的形成 3發(fā)酵溫度高，乙醛形成量少，后期下降快；（有利于還原酶）。 4發(fā)酵壓力高，乙醛形成量多，后期難下降； 另外：瓶裝啤酒被氧化，乙醛含量略有上升。,3、乙醛含量與啤酒的風(fēng)味,啤酒乙醛含量一般

11、在10mg/L左右（下面發(fā)酵）； 乙醛含量較多時，常給人一種不愉快的辛辣感和粗糙感，啤酒風(fēng)味不成熟。 乙醛含量過多時，超過閾值（15mg/L），啤酒有一種腐爛的青草味，當(dāng)乙醛、雙乙酰、硫化物混合在一起時（加成作用），則構(gòu)成不成熟啤酒的典型味生青味。,五、酯類物質(zhì)的形成,酯類有揮發(fā)性和非揮發(fā)性的兩種，都屬于香味物質(zhì)。啤酒發(fā)酵時酯類物質(zhì)的形成并不多，但對啤酒風(fēng)味影響很大，關(guān)系微妙 含量適中時，能增加啤酒的香味（特別是現(xiàn)在啤酒苦味值較低，啤酒花香味不明顯）。含量過多時，啤酒會帶有酯香味（水果香、花香），失去啤酒典型的啤酒花香味（淺色啤酒），稱“異香”或“香味不正”,1、酯類形成的途徑：,過去的觀點認(rèn)

12、為： 啤酒中酯類的形成是在后發(fā)酵長期貯酒過程中，發(fā)酵液中的酸和醇化合，發(fā)生酯化反應(yīng)而成。 酯化反應(yīng)的通式： 某酸 + 某醇 某酸某酯 + 水 例 乙酸 + 乙醇 乙酸乙酯 + 水 乙酸 + 異戊醇 乙酸異戊酯 + 水,啤酒中的酯類大都在主發(fā)酵期間形成；,現(xiàn)在觀點認(rèn)為： 途徑是依靠酵母中?；o酶A（又稱“酯酰輔酶酶A”）與醇類縮合而成。?；o酶A存在酵母體內(nèi)，因此酯類的形成是在酵母細(xì)胞內(nèi)形成。 形成的酯，一部分透過細(xì)胞膜進(jìn)入發(fā)酵液中，一部分仍然留在酵母細(xì)胞內(nèi)，達(dá)到相對平衡。,2、影響酯類形成的因素：,1）酵母菌種： 1不同的酵母形成酯類的量不同（上酵母多、下酵母少） 2活性強(qiáng)的酵母，形成酯類量多

13、（乙基輔酶A多）； 3細(xì)胞壁薄的酵母，形成酯類量多（容易分泌出來）； 4添加量少，形成酯類量多（繁殖新細(xì)胞多，合成較多的酯）,2）麥汁組成：,1-N 含量高，形成酯類量多； 2濃度：濃度高，形成酯多。 例 麥汁濃度 乙酸乙酯 乙酸異戊酯 （%） mg/L mg/L 6 4.8（8.0） 0.32（0.53） 10.5 14.4（13.7） 0.94（0.89） 13 19.0（14.6） 1.20（0.92） 16 27.0（16.8） 1.85（1.12） 括號內(nèi)數(shù)值為換算成10%濃度的麥汁。, 溶解氧：溶解氧少，酯形成多（酵母繁 殖不正常）。,例 氧含量mg/L 0.9 9.82 乙酸乙酯

14、mg/L 16.6 10.0 3）發(fā)酵溫度：溫度高，形成酯多（酯類形成最適溫度2025） 例 同條件下，發(fā)酵溫度從12.5 提高到25 乙酸乙酯由 12.5 mg/L 到 21.5 mg/L （增加72%） 乙酸異戊酯由0.5 mg/L 到 1.1 mg/L （增加120%）,4）衛(wèi)生條件：,衛(wèi)生工作不好，發(fā)酵液被雜菌污染（特別是醋酸桿菌），會產(chǎn)生較多的醋酸（乙酸），進(jìn)一步會形成較多的乙酸乙酯，除影響啤酒的香味，還會帶來發(fā)酵液渾濁不清。 3、酯類的口味界限值與香味特征： 淺色啤酒中一般酯含量為：2550mg/L,六、雙乙酰的形成,概述 (一)雙乙酰形成的途徑：（三個方面） 1、污染了雜菌（鏈球

15、菌）可以形成雙乙酰。（如衛(wèi)生條件好，不污染雜菌，此途徑不存在）。 2、直接由乙酰輔酶A和活性乙醛縮合而成 乙酰輔酶A + 活性乙醛 雙乙酰 + 輔酶A （不是主要途徑）,3、由-乙酰乳酸（纈氨酸的中間產(chǎn)物）的非酶分解形成。,丙酮酸+活性乙醛-乙酰乳酸纈氨酸 O2 非酶分解 雙乙酰 酵母細(xì)胞外形成。,雙乙酰是酵母合成纈氨酸時，形成-乙酰乳酸，-乙酰乳酸是極不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，在有氧及一定溫度下，氧化分解得到雙乙酰。 因此，雙乙酰的峰值是發(fā)酵液中酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)到最多時，數(shù)小時后出現(xiàn)的。,(二)雙乙酰的控制及還原,經(jīng)過40多年的研究和實踐證明，加快雙乙酰的還原措施有： 1）加大酵母添加量，控制和降低酵母

16、的增殖濃度； -乙酰乳酸是酵母繁殖細(xì)胞的伴隨產(chǎn)物，酵母只能合成-乙酰乳酸，不能直接催化-乙酰乳酸而生成雙乙酰，但是雙乙酰能被酵母還原。,發(fā)酵前期，可發(fā)酵性多，氧含量多，雙乙酰生成量還原量 發(fā)酵后期，可發(fā)酵性少，氧含量少，雙乙酰生成量還原量 （邊生成、邊還原，是一個動態(tài)過程） 酵母還原雙乙酰的速率，比-乙酰乳酸形成雙乙酰的速率快10倍。,2）適當(dāng)提高麥汁中-氨基氮含量（提高纈氨酸含量）,纈氨酸能通過“反饋”抑制-乙酰乳酸的生成，而抑制了雙乙酰的形成。 反饋抑制 丙酮酸 -乙酰乳酸 纈氨酸 + 活性乙醛 雙乙酰,3）提高雙乙酰還原溫度，加快雙乙酰還原：,酵母中的還原酶對雙乙酰的還原速度是溫度的函數(shù)

17、。提高還原溫度是促進(jìn)雙乙酰迅速降低的有效措施。 溫度高，還原速度快，所需還原時間短。,雙乙酰還原溫度和雙乙酰含量的關(guān)系 （單位：mg/L）,時間 溫度 0 4 10 18 0天 0.74 0.74 0.74 0.74 3天 0.68 0.56 0.44 0.20 5天 0.62 0.46 0.32 0.08 10天 0.45 0.31 0.16 0.03 15天 0.36 0.16 0.10 0.03 注：雙乙酰還原階段酵母細(xì)胞數(shù)為： 10106個/ml （以上為實驗數(shù)據(jù)）,4）發(fā)酵罐罐壓控制：,雙乙酰還原期間，發(fā)酵液中的雙乙酰進(jìn)入酵母中，靠酵母還原，控制較高的發(fā)酵罐罐壓，有利于雙乙酰滲透進(jìn)入

18、酵母細(xì)胞膜內(nèi)，加快雙乙酰的還原。 （高溫、高壓加快還原）,5）CO2的洗滌：,在保證發(fā)酵罐壓力下，從罐底通入CO2 氣體，罐頂排除CO2氣體，隨著CO2的排除而帶走發(fā)酵液中揮發(fā)性的雙乙酰。（雙乙酰能聞到，說明具有揮發(fā)性）。 同時，還可排出乙醛、硫化物 洗滌時間一般12小時，CO2可回收。,6、添加-乙酰乳酸脫羧酶（酶制劑）,發(fā)酵時添加-乙酰乳酸脫羧酶（稱俗雙乙酰還原酶）直接將-乙酰乳酸還原成丁二醇。 -乙酰乳酸 -乙酰乳酸脫羧酶 雙乙酰乙偶姻 丁二醇 添加量：丹麥NOVO公司進(jìn)口 0.51L/100M3發(fā)酵液,另外：,發(fā)酵結(jié)束后，如果在濾酒及罐裝接觸O2，發(fā)酵液中的 -乙酰乳酸又會被氧化成雙乙

19、酰，表現(xiàn)為清酒或成品酒雙乙酰含量超過發(fā)酵液，稱之為雙乙酰的“回升”，(借用股票的術(shù)語為“反彈”)。為防止這一現(xiàn)象，也可在清酒罐中添加 -乙酰乳酸脫羧酶。 一般添加量為0.150.20L/100M3清酒。,7）丹麥、芬蘭、美國等國家，利用基因工程改良、培育新的酵母菌種。,（1）選育不產(chǎn)生或少產(chǎn)生雙乙酰的酵母菌株； （2）將-乙酰乳酸脫羧酶酶制劑“克隆”到酵母中。,七、硫化物的形成,硫化物是酵母代謝中不可缺少的成分，一般含量較少，過多會給啤酒帶來“硫臭味”。 1、啤酒中硫化物的來源： （1）一部分來源于啤酒生產(chǎn)原料 麥芽（發(fā)芽、干燥） 水（永久硬度高、CaSO4、MgSO4） 酒花（SO2硫薰）

20、加石膏（CaSO4H2O） （2）一部分發(fā)酵代謝作用產(chǎn)生,2、硫化物的種類、作用：,啤酒中存在多種含硫化合物，分為兩類： （1）非揮發(fā)性占94%，主要是SO4、含硫蛋氨酸 （2）揮發(fā)性占6%，主要是SO2、H2S、DMS、甲基（乙基）硫醇 非揮發(fā)性硫化物對啤酒風(fēng)味影響較小，但它們都是酵母發(fā)酵代謝產(chǎn)生揮發(fā)性硫化物的來源。,作用（雙重性）：,（1）微量存在，隨著硫化物揮發(fā)，對啤酒有增香作用。 （2）含量過多，帶來硫臭味日光臭、酵母臭（酵母自溶，酵母體內(nèi)的硫進(jìn)入啤酒），高溫殺菌味（殺菌機(jī)邊上的味道）。 H2S閾值：10g/L（10g/L洋蔥味、50 g/L臭蛋味） DMS閾值：3050 g/L（50

21、 g/L腐爛的青草味）（垃圾場邊味）,現(xiàn)代研究：,啤酒酵母正常發(fā)酵時，并不形成DMS或者很少。啤酒中DMS除麥芽帶入外，主要由雜菌形成。所以認(rèn)為：控制了麥芽中的DMS就能控制啤酒中的DMS。美國加拿大已經(jīng)把麥芽中的DMS納入麥芽標(biāo)準(zhǔn)，成品麥芽中DMS2mg/L（協(xié)定法麥汁）。 一般：上面發(fā)酵啤酒（Ale）：414g/L 下面發(fā)酵啤酒（國內(nèi)）：2737 g/L,八、酸類物質(zhì)的形成,麥汁的pH值5.25.4，啤酒的pH值4.24.4， pH值為什么下降？ 原因： 1、發(fā)酵形成了較多的脂肪酸、有機(jī)酸等酸性物質(zhì)； 2、發(fā)酵產(chǎn)生了CO2酸性氣體（碳酸氣）。 啤酒中酸性物質(zhì)大約有100多種，啤酒中酸性物質(zhì)

22、的來源： 麥芽等原料帶入，糖化生化反應(yīng)產(chǎn)生，酵母發(fā)酵代謝形成及外加酸（乳酸、磷酸）,影響啤酒脂肪酸含量的因素：,脂肪酸一般在發(fā)酵前4天與相應(yīng)的高級醇同時形成。 （1）原料：大麥脂肪酸含量高，啤酒脂肪酸含量高； （2）麥汁過濾不清亮，麥汁煮沸強(qiáng)度低，熱、冷凝固物分離不徹底，啤酒脂肪酸含量高；,（3）酵母：酵母合成乙酰輔酶A的能力強(qiáng)，啤酒脂肪酸含量高； 酵母自溶后，會從細(xì)胞內(nèi)溶解出大量的中鏈脂肪酸，對啤酒風(fēng)味影響極大。 （4）發(fā)酵工藝：加大酵母添加量，增加麥汁通風(fēng)量，提高發(fā)酵溫度，快速發(fā)酵，啤酒脂肪酸含量少。 啤酒中含有過多的脂肪酸，對啤酒口味和泡沫性能是不利的。,有機(jī)酸：,發(fā)酵過程中，酵母在有氧

23、呼吸階段還形成有機(jī)酸。主要有檸檬酸、琥珀酸、延胡索酸、蘋果酸、草酸 這些酸基本不具有揮發(fā)性。,酸與啤酒：,俗話說：“無醇不是酒，無酸不成酒”。酒都是帶酸性的（pH值7）。酸類物質(zhì)是主要的呈味物質(zhì)，適量的酸能使啤酒口感活潑、爽口。 （1）凡是酸都具有酸性，構(gòu)成啤酒的總酸； （2）影響啤酒的風(fēng)味：1）帶來酸味；2）增加香味（揮發(fā)性酸的揮發(fā)） 3）增加苦味（有些酸，酸而苦）。 麥汁的總酸一般在1.41.7ml 1mol NaOH/L 啤酒的總酸一般要求2.6ml 1mol NaOH/L,發(fā)酵過程中的物質(zhì)變化,1、糖類的變化 麥汁中的可發(fā)酵性糖，被酵母消耗，由多變少。糖類變化減少的數(shù)量，通常以發(fā)酵度表

24、示（外觀發(fā)酵度、真正發(fā)酵度、最終發(fā)酵度）。在發(fā)酵工藝相同的條件下： 啤酒發(fā)酵度的高低，由可發(fā)酵性糖含量多少決定（正比）。 發(fā)酵降糖速度的快慢，隨著發(fā)酵溫度、酵母添加量而變化。,2、含氮物質(zhì)的變化,由多變少的過程。麥汁中的部分氨基酸和低肽被酵母所利用，部分高分子含氮物質(zhì)，受溫度和pH降低的影響而凝結(jié)析出。麥汁中含氮物質(zhì)的總量大約降低1/3左右，可凝固性氮凝固析出，大約減少1/2左右。 例 12度麥汁 發(fā)酵液 減少 總氮mg/L 819.6 554.5 32% 可凝固氮mg/L 42.7 19.9 53%,3、色度的變化,由深變淺的過程。降低的幅度，隨麥汁色度深淺而變動，麥汁色度越深，降低幅度越大

25、。一般淺色啤酒下降：1.52.5EBC。 色度降低的原因： 隨著發(fā)酵溫度、pH的變化，麥汁中的色素物質(zhì)析出沉淀或進(jìn)入泡蓋； 通過酵母細(xì)胞壁的吸附作用。,4、pH值的變化,麥汁的pH值一般為5.25.6；發(fā)酵液的pH值一般4.24.4。發(fā)酵液較低的pH值，有利 蛋白質(zhì)的凝固析出（非生物穩(wěn)定性高）； 酵母的凝聚、沉淀（酒液澄清）； 色度的降低。 酵母添加量多，發(fā)酵溫度高，發(fā)酵速度快，pH值下降快。,例 麥汁pH為5.2，發(fā)酵6天pH的變化,5、苦味物質(zhì)的變化,麥汁加酒花煮沸后，酒花中的-酸等異構(gòu)、溶解于麥汁中，形成一定的苦味值。發(fā)酵后大約有1/3的苦味物質(zhì)損失，苦味值降低。 6、CO2的變化 主發(fā)

26、酵產(chǎn)生的CO2，一部分溶解在發(fā)酵液中，大部分?jǐn)U散的空氣中，嫩啤酒中CO2含量一般為：0.250.27%（W/W）。,7、rH值的變化,rH值是表示溶液的氧化還原電勢。麥汁、發(fā)酵液、啤酒中許多的氧化性和還原性物質(zhì)互相作用，達(dá)到平衡時，反映在電極電位上的數(shù)值，稱“rH值”。 rH值大，氧化性強(qiáng)，還原性弱；rH值小，還原性強(qiáng)，氧化性弱。 麥汁的rH值為2026；發(fā)酵液的rH值為810（隨著酵母的繁殖，氧很快被酵母消耗，因而rH值逐漸降低）。,8、產(chǎn)生“啤酒石”,啤酒石的成分為：草酸鈣（主要成分）、磷酸鈣、有機(jī)物質(zhì)。 啤酒石的形成途徑：草酸是一種有機(jī)酸，是糖類發(fā)酵（有氧呼吸）的中間產(chǎn)物，與發(fā)酵液中的鈣

27、離子結(jié)合，形成草酸鈣沉淀，以晶體狀附著在發(fā)酵容器上。如發(fā)酵容器、管道上的啤酒石不清洗干凈，帶入啤酒中，是引起啤酒的噴涌現(xiàn)象的原因之一。 啤酒石可用酸洗除去。一般用0.5%濃度的硝酸。,第二章 露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵技術(shù),一、大罐發(fā)酵的特點： 1、建筑費用省、上馬快、占地面積小，擴(kuò)建容易，擴(kuò)大生產(chǎn)時可逐個進(jìn)行。生產(chǎn)費用比傳統(tǒng)發(fā)酵節(jié)省45%。 2、有加壓、降溫的條件，可以根據(jù)發(fā)酵各階段溫度要求控制溫度，工藝靈活，“一罐法”、“兩罐法”。,3、發(fā)酵液層較高，發(fā)酵時產(chǎn)生的CO2由罐底上升,起到攪拌作用，加速酵母的的運動，發(fā)酵液循環(huán)對流強(qiáng)烈。 4、由于是密閉罐，發(fā)酵開始產(chǎn)生的CO2能把罐子上部空氣頂出來，隔

28、絕了發(fā)酵液和空氣的接觸，減少了氧化，有利于提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。 5、能回收CO2，用于補(bǔ)充CO2和CO2洗滌，排出生青味物質(zhì)，加快啤酒成熟，啤酒CO2含量高。,6、大罐底部有一夾角，大罐底部沉積物（冷凝固,物等）排放方便，回收酵母方便，減輕了勞動強(qiáng)度。 7、CIP系統(tǒng)，清洗滅菌較徹底，衛(wèi)生條件好，雜菌污染機(jī)會少。 8、如采用“一罐法”，前、后發(fā)酵一個罐內(nèi)完成，省去了下酒操作，酒損降低?？晒?jié)省啤酒花添加量15%左右。 9、有利于自動化、微機(jī)控制，保證啤酒質(zhì)量。,10、由于發(fā)酵時產(chǎn)生大量泡沫，罐子上方留有一定空間（一般占20%），造成設(shè)備利用率降低。 11、高度高，酒液澄清慢，尤其在酵母凝聚性

29、較差時，會影響啤酒過濾。 12、高度高，（一般當(dāng)高度大于8米時），會在罐內(nèi)不同部位產(chǎn)生發(fā)酵液的不均勻性（分層現(xiàn)象）。,1-操作平臺 2-罐頂(安全閥、真空閥) 3-排水管 4-溫度計連接口（3個） 5-6-8-錐體冷卻夾套 7-保溫層 9-冷媒進(jìn)口 9a-冷媒出口 10-錐底冷卻夾套 11-錐底法蘭（人孔） 12-取樣閥 13-與罐頂連接的進(jìn)、出管14-保壓裝置 15-空罐探頭,二、大罐設(shè)備結(jié)構(gòu)：,世界各國大罐容積大小不一，從1001500m3/個、（分有效容積和總?cè)莘e），直徑310m，高度1025m。 1、直徑與高度比（D ：H） 一般1：24 罐底錐角采用6070,2、冷卻方式：,用24段

30、夾套冷卻，為防止冷量損失，罐外需保溫，保溫層厚度1520cm。 直接冷卻：制冷機(jī)的低溫液氨，直接到發(fā) 酵罐夾套冷卻。（冷卻效率高） 間接冷卻：制冷機(jī)的低溫液氨，先對乙二醇降溫，乙二醇再到發(fā)酵罐夾套冷卻。,液氨直接冷卻：,液氨“上進(jìn)下出”水平冷卻夾套： 1液氨分配器；2液氨進(jìn)口閥；3液氨出口,液氨“上進(jìn)下出”垂直冷卻夾套：,乙二醇間接冷卻：,乙二醇“下進(jìn)上出”水平冷卻夾套：,3、發(fā)酵罐罐頂附件：,安全閥：杠桿式； 彈簧式,真空閥 1-閥體，僅以自重落位 2-進(jìn)入罐內(nèi)的進(jìn)口管 3-外界空氣進(jìn)管,安全閥、真空閥,安全閥一般調(diào)整壓力0.0850.125MPa。 真空閥一般調(diào)整真空度100mm汞柱。 產(chǎn)

31、生真空的原因： （1）熱堿洗罐時罐內(nèi)有CO2； （2）快的放料速度； （3）空罐時密閉降溫,4、錐底的進(jìn)料和出料裝置：,錐底進(jìn)料、出料（“三進(jìn)三出”）,進(jìn)料： 麥汁、酵母、CO2 出料： 發(fā)酵液（啤酒）、酵母（冷凝固物）、CIP清洗殺菌液。,三、大罐發(fā)酵工藝：,采用何種發(fā)酵工藝，由于各廠使用酵母的特性，啤酒風(fēng)格有差別，工藝差異比較大，有“一罐法” 和“二罐法”但國內(nèi)大多數(shù)啤酒廠采用露天發(fā)酵罐“一罐法”發(fā)酵，此種發(fā)酵的主要優(yōu)點為： 一是，可以縮短發(fā)酵時間，因為： 1發(fā)酵基質(zhì)（麥汁）和酵母對流獲得強(qiáng)化，可提高發(fā)酵降糖速度。,2主發(fā)酵結(jié)束后，不排放酵母，全部酵母參與后發(fā)酵雙乙酰的還原，縮短了還原時間

32、； 二是，前、后發(fā)酵在一個罐內(nèi)完成，省去了“倒罐”操作，避免了雜菌污染機(jī)會，降低了酒損。,“一罐法”：（常用流程）,麥汁分次進(jìn)罐，滿罐溫度9， 自然升溫到10 （約0.5天）， 控制10發(fā)酵（約4天左右）， （外觀發(fā)酵度60%） 升溫12，升壓0.12MPa， 12還原雙乙酰，（約4天），當(dāng)雙乙酰 0.1mg/L， 以0.3/小時速度，降溫到5（約1天）,維持溫度5 ，保持1天， 排放酵母，（好酵母需回收） 以0.1/小時速度，降溫到5 （約2天） 維持溫度 0 （-1），低溫貯酒5 7天， 在此期間，需多次排放酵母和冷凝固物，理化分析合格，濾酒。 發(fā)酵總時間約1820天。,快速發(fā)酵工藝：,麥

33、汁分次進(jìn)罐，滿罐溫度10， 自然升溫到12 ， 控制12發(fā)酵（共4天）， （外觀發(fā)酵度60%） 升溫16，升壓0.125MPa， 16還原雙乙酰，（共4天）， （還原雙乙酰期間，用CO2洗滌） 當(dāng)雙乙酰0.08mg/L，,以0.65/小時速度，降溫到0 （-1）（降溫時間1天） 維持溫度 0（-1），低溫貯酒4天， （ 0（-1）1天后，回收酵母） 然后充CO2提高啤酒CO2含量，理化分析合格，濾酒（濾酒前排盡酵母和冷凝固物） 發(fā)酵總時間約13天。,丹麥發(fā)酵操作記錄（11度啤酒） 106個/ml mg/L,接上頁：,兩罐法工藝：,1.典型“兩罐法”（前后酵一個罐，貯酒另一個罐） 發(fā)酵完全，雙乙

34、酰降至0.1mg/L以下，發(fā)酵罐自身降溫至46，維持一定時間后排放酵母，使酵母數(shù)降至23106個/ml，啤酒經(jīng)薄板冷卻器冷卻至0（- 1），倒入另一個大罐。 另一個大罐進(jìn)酒前，應(yīng)用CO2背壓，作用： （1）防止啤酒接觸O2，雙乙?；厣?； （2）防止倒酒時，產(chǎn)生大量泡沫； （3）防止啤酒中CO2的溢出損失。,背壓壓力的確定：,貯酒罐背壓壓力 = 發(fā)酵罐酒液高度 發(fā)酵罐頂空壓力 + 1/2 + 0.01 100 例 200 m3大罐，發(fā)酵罐倒酒前壓力0.06MPa，罐高16m， 背壓壓力 = 0.06 + 16/100 1/2 + 0.01= 0.15 MPa 然后在罐中維持0（-1）貯酒，,貯酒

35、時間一般：,普通酒：710天 ； 優(yōu)級酒：820天； 外銷高檔酒：1830天。 貯酒期間，可加澄清劑，充CO2飽和。使酒體更成熟、完美、穩(wěn)定性更好。,2.摸似“兩罐法”：,（前酵一個罐，后酵、貯酒另一個罐） 主發(fā)酵外觀發(fā)酵度大約6065%時，降溫57排放酵母，然后將嫩啤酒倒入另一個大罐。 進(jìn)酒前可用空氣背壓，進(jìn)酒后根據(jù)雙乙酰下降速率，逐步降溫至0（-1），罐壓控制在0.08MPa以上，在此溫、此壓下貯酒825天（開始幾天小心排放罐底的酵母和冷凝固物）。 此法特點：如“傳統(tǒng)發(fā)酵法”，倒酒時，不必嚴(yán)格控制啤酒接觸氧，但后發(fā)酵時間較長。,四、發(fā)酵的操作與控制,（一）麥汁進(jìn)罐： 由于露天發(fā)酵罐容量較大

36、，麥汁都是分次進(jìn)罐，進(jìn)罐麥汁的熱凝固物必須很好地分離，充分供氧，一般前幾次麥汁完全通氧，最后一次不通氧，以免泡沫溢出。 露天發(fā)酵罐滿罐時間最好在12小時以內(nèi)，最長也應(yīng)限制在1620小時以內(nèi)。如滿罐時間過長，發(fā)酵液中雙乙酰含量會顯著增加。還要注意進(jìn)罐麥汁的溫度，應(yīng)后次麥汁溫度比前次麥汁溫度高0.5。,（二）添加酵母：,酵母添加量一般0.81.2%（酵母泥對冷卻麥汁），麥汁中懸浮的酵母細(xì)胞數(shù)大約在1520106個/ml。添加方法一般有： 1根據(jù)每鍋進(jìn)罐麥汁的量按比例分次添加 2第一鍋麥汁進(jìn)罐時，將所需酵母一次全量添加。此種方式操作簡單方便，酵母濃度高，發(fā)酵起發(fā)快，污染機(jī)會少，相對酵母的添加量誤差也

37、少些。,（三）冷凝固物的分離：,麥汁滿罐24小時后，打開錐底閥門，排放沉淀在錐底部的冷凝固物，必要時可再過1224小時，再排放一次。在排放冷凝固物時，應(yīng)緩慢進(jìn)行，以免麥汁過多排出，加大損失。,（四）發(fā)酵控制：,嚴(yán)格根據(jù)發(fā)酵溫度、降糖速度、各階段發(fā)酵時間進(jìn)行，最重要的是發(fā)酵溫度的控制。 由于露天發(fā)酵罐高度較高，發(fā)酵液在罐內(nèi)會形成上、下不一樣的微小差別（一般高度7米，就可發(fā)生分層現(xiàn)象），表現(xiàn)在：,1、形成濃度差：,根據(jù)下面發(fā)酵酵母的性質(zhì)，具有凝聚沉淀作用，因而在發(fā)酵罐底部的酵母濃度高、密度大，發(fā)酵速度相對較快，糖度下降也快，所以發(fā)酵罐底部濃度比發(fā)酵罐上部低，形成濃度梯度。 （上面濃度高，下面濃度低

38、）。,2、形成CO2 分壓差：,根據(jù)濃度梯度的道理，發(fā)酵罐底部降糖快，CO2 必然產(chǎn)生得多。 加上流體力學(xué)的特性，發(fā)酵液液柱高度，引起的靜壓力的作用，又使得發(fā)酵罐底部壓力增加，CO2 溶解度增大（溫度一定時，壓力大，溶解度大），所以形成發(fā)酵罐上、下部CO2 分壓差。 （上面壓力小，下面壓力大）。,3、形成溫度差：,露天發(fā)酵罐外部都有分段（上、中、下）冷卻夾套，可以通過控制各段冷卻介質(zhì)的流量大小，達(dá)到罐內(nèi)發(fā)酵液上、下層溫度的不同（人為調(diào)節(jié)） 由于上述三個差別而形成的對流動力，使得發(fā)酵液在罐內(nèi)更加強(qiáng)烈的對流循環(huán)，加強(qiáng)了酵母與麥汁（發(fā)酵液）的接觸，發(fā)酵速度加快，發(fā)酵均勻。在這三個差別中，溫度的控制好

39、壞更起到重要的作用。如何控制溫度呢？,應(yīng)根據(jù)整個發(fā)酵過程，分四個階段進(jìn)行：,（1）主發(fā)酵降糖階段：由于這時的發(fā)酵液中可發(fā)酵性糖量多，發(fā)酵較旺盛，產(chǎn)生的熱量也較多，為維持發(fā)酵溫度的恒定，需開冰水降溫。此階段以上部降溫為主，中部適當(dāng)降溫，下部不降溫。這樣一來就造成了發(fā)酵罐中發(fā)酵液“下熱上冷”（熱氣上升，冷氣下降），發(fā)酵液在罐內(nèi)強(qiáng)烈對流循環(huán)，使得發(fā)酵迅速均勻。,（2）雙乙酰還原階段：這時可發(fā)酵性糖基本發(fā)酵,完畢，先停止降溫，使溫度升至雙乙酰還原溫度，當(dāng)溫度達(dá)到雙乙酰還原溫度時，溫度控制如同主發(fā)酵降糖階段一樣（上部為主），維持雙乙酰還原溫度，加快還原。 （3）降溫排放酵母階段：通過化驗室檢驗，當(dāng)發(fā)酵液中雙乙酰含量達(dá)到工藝要求0.050.08mg/L時，開始降溫，這時上部降溫關(guān)閉，開大中、下部降溫冷媒流量，使酵母遇冷刺激而積聚下沉到罐底，能夠多排放回收酵