發(fā)酵工程第12講

第十四章發(fā)酵生產(chǎn)實例

一、啤酒的釀造

凡含有乙醇的飲料均稱為酒。啤酒是酒度最低的酒，營養(yǎng)豐富，有幾千年的生產(chǎn)歷史，起源于中東和古埃及，后跨越地中海傳入歐洲，19世紀(jì)從歐洲傳入亞洲。我國第一家啤酒廠于1900由俄羅斯商人在哈爾濱創(chuàng)建。1903年起在青島由德國釀造師建立英德啤酒廠。1915年在北京由中國人出資建立了雙合盛啤酒廠。從1902年到1949年，年產(chǎn)啤酒1萬噸。從1949年到1993年，我國發(fā)展成為世界啤酒第二大國。

我國2001年產(chǎn)量2273.8萬噸，2003年我國已成為全球第一大啤酒生產(chǎn)國。2009年底，我國啤酒產(chǎn)量約4350萬噸。穩(wěn)居世界第一，2011我國啤酒產(chǎn)量約4898.82萬噸，即489.88億升。其中：華潤集團(tuán)、青啤集團(tuán)、燕京集團(tuán)三巨頭幾乎占據(jù)半壁江山。啤酒發(fā)酵流程71、2356461、2－糖化過濾、回旋沉淀3－麥汁冷卻4－充氧5－酵母添加6－發(fā)酵罐和清酒罐7－啤酒過濾8－灌裝81、原料：1.1主料：大麥。產(chǎn)量僅次于小麥、玉米、稻谷，易發(fā)芽產(chǎn)生大量的水解酶類、種植遍及全球、非人類主糧。大麥包括：胚、胚乳及谷皮三部分主要成分：淀粉約80%，主要為支鏈淀粉

半纖維素和麥膠約10%，是胚乳細(xì)胞壁的組成成分。麥膠是多糖混合物，能溶于熱水。半纖維素不溶于熱水，而溶于稀堿溶液。

蛋白質(zhì)10%，類似于植物蛋白。

多酚類物質(zhì)0.2%：包括簡單酚類物質(zhì)和多酚類物質(zhì)影響大麥發(fā)芽、啤酒風(fēng)味和穩(wěn)定性。

1.2輔助原料：大米、玉米、小麥、淀粉、蔗糖。降低成本，麥芽的價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不發(fā)芽的大麥、大米、玉米、小麥、淀粉、蔗糖。降低麥汁總N，相對減少麥汁中高分子含N化合物的比例，提高啤酒非生物穩(wěn)定性，降低色澤，提高發(fā)酵度。1.3酒花：因其果穗供制啤酒而得名，松果型，長3-6厘米。我國主要產(chǎn)地：新疆、內(nèi)蒙、甘肅、青海、黑龍江、北京地區(qū)，均在北緯400-500

酒花酒花賦予啤酒的芳香和爽口的微苦味，使麥汁中的高分子蛋白絮凝，提高起泡性并穩(wěn)定泡沫，增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性。

三大成分及功能：（1）酒花精油，主要成分：單萜烯、倍半萜烯等200種以上成分，易揮發(fā)，是啤酒香氣來源。（2）苦味物質(zhì)，提供啤酒愉快的苦味物質(zhì)，主要是α-酸，β-酸及其一系列氧化、聚合產(chǎn)物。（3）多酚，丹寧化合物，非丹寧化合物，和麥汁中的高分子蛋白結(jié)合絮凝提高起泡及泡沫穩(wěn)定性

1.4啤酒的釀造用水：影響酶活性，影響啤酒的風(fēng)味和穩(wěn)定性CO32-：和H+結(jié)合具有降酸作用。Mg2+、

Ca2+：等具有增酸作用。使堿性的磷酸氫二鉀轉(zhuǎn)化成酸性磷酸二氫鉀。用離子交換樹脂等方法去除，使其達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。2麥芽制備（商品化）麥芽制備的目的是使大麥生成各種酶，以供制備麥芽汁的催化劑。大麥粗選機(jī)雜谷分離機(jī)分級機(jī)浸麥槽濕大麥（含水43%—48%）地板或發(fā)芽箱（通風(fēng)、控溫）綠麥芽干燥塔除根機(jī)成品麥芽（水分﹤5%）浸麥水中加石灰乳、碳酸鈉、氫氧化鈉、甲醛等，可加速酚類、谷皮酸等有害物質(zhì)的浸出，促進(jìn)發(fā)芽（5d左右）。3麥芽汁制備(糖化）3.1原料的粉碎：麥芽、輔助原料的粉碎3.2糖化：約2小時：調(diào)漿，糊化，液化，糖化3.3麥芽的過濾、洗糟：3小時以內(nèi)完成，制得麥芽汁，測糖度。4麥汁的煮沸與酒花的添加麥汁的煮沸時間一般為1—2小時，壓力為0.2MPa，酒花加入量，目前我國生產(chǎn)的淡色啤酒為：0.18%—0.20%

主要作用：使麥芽汁濃縮到規(guī)定濃度溶出酒花的有效成分，增加麥芽汁的香氣、苦味、防腐能力。α-酸異α-酸促進(jìn)蛋白質(zhì)凝固析出，增加啤酒的穩(wěn)定性破壞全部酶，進(jìn)行熱殺菌。

全麥芽汁可發(fā)酵性糖組成

5啤酒發(fā)酵

5.1菌種：啤酒發(fā)酵的菌種分兩類：上面啤酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）和下面啤酒酵母(S.carlsbergensis)我國許多大型啤酒廠都有自己獨(dú)特的酵母，從分類學(xué)上來看，我國目前使用的啤酒酵母都屬于下面啤酒酵母。

5.2發(fā)酵機(jī)理啤酒發(fā)酵是一個復(fù)雜的生化和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。酵母的主要代謝產(chǎn)物和發(fā)酵副產(chǎn)物：

——乙醇和二氧化碳

——醇類、醛類、酸類、酯類、酮類和硫化物等物質(zhì)。近600種成分這些發(fā)酵產(chǎn)物決定了啤酒的風(fēng)味、泡沫、色澤和穩(wěn)定性等各項理化性能，賦予啤酒以典型特色。5.2.1糖代謝：糖代謝：生成二氧化碳和乙醇，成品啤酒的發(fā)酵度應(yīng)盡可能接近麥汁的發(fā)酵度的極限值，剩余的可發(fā)酵性的糖多，對啤酒的穩(wěn)定性不利。糖類物質(zhì)約占麥汁浸出物的90％，其中葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖和棉子糖稱為可發(fā)酵性糖，是啤酒酵母的主要碳素營養(yǎng)物質(zhì)，也是發(fā)酵中可利用的物質(zhì)。

麥汁中的DP9－DP12糊精、麥芽四糖、麥芽五糖至麥芽九糖等均為不可發(fā)酵性糖，又稱非糖。在實際生產(chǎn)中糖與非糖的比例一般控制為7：3較合適。生產(chǎn)淡色啤酒，可發(fā)酵性糖含量略高，發(fā)酵度高，口味清爽；生產(chǎn)濃色啤酒，其非糖比例略高一些，以增加它的醇厚感。兩個代謝途徑EMP—TCA循環(huán)產(chǎn)生酵母繁殖所需能量

C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+6H2O+38ATP+熱能（有氧呼吸）合2822kJEMP—丙酮酸—酒精發(fā)酵途徑（人們的目的）由葡萄糖發(fā)酵生成乙醇的總反應(yīng)式為：

C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2CH3CH2OH+2CO2+2ATP+113kJ糖類代謝順序麥汁中的可發(fā)酵性糖最主要的是麥芽糖50%

麥汁中的糖分并不是同時發(fā)酵。酵母最先作用單糖，然后才能分解多糖。將可發(fā)酵性糖分為三類：

——起發(fā)酵糖（單糖或己糖）；

——主發(fā)酵糖（麥芽糖）；

——后發(fā)酵糖（麥芽三糖）。

5.2.2氮類物質(zhì)的代謝

麥汁中含有氨基酸、肽類、蛋白質(zhì)、嘌呤、嘧啶以及其他多種含氮物質(zhì)。這些含氮物質(zhì)很重要，可供酵母繁殖同化之用。

酵母除了消耗一部分含氮物外，還要分泌若干氨基酸于啤酒中,對啤酒的理化性能和風(fēng)味特點(diǎn)起主導(dǎo)作用。

5.2.3其他代謝產(chǎn)物

5.2.3.1生青味物質(zhì)雙乙酰、乙醛、硫化物這些物質(zhì)賦予啤酒不純正、不成熟、不協(xié)調(diào)的口味和氣味。濃度高時對啤酒質(zhì)量具有不利影響它們可在主酵和后酵進(jìn)程中通過生化途徑從啤酒中分離去，這也是啤酒后酵的目的雙乙酰連二酮雙乙酰2,3—戊二酮口味閾值0.1~0.15mg/L，口味閾值大約為2mg/L兩者同屬羰基化合物，化學(xué)性質(zhì)相似，對啤酒的影響也相似?？偡Q為連二酮雙乙酰的性質(zhì)雙乙酰是啤酒中最主要的生青味物質(zhì)，味道有些甜，如奶酪香味，也稱為餿飯味，經(jīng)常同一般的口味不純聯(lián)系在一起。雙乙酰的口味閾值在0.1~0.15mg／L之間。在啤酒后熟過程中，連二酮的分解與啤酒后熟過程同時進(jìn)行。目前，雙乙酰仍被視為啤酒是否成熟的一項重要指標(biāo)。成熟啤酒：雙乙酰<0.1mg/L

α－乙酰乳酸脫羧酶α－乙酰乳酸乙偶姻（3－羥基－丁酮）

雙乙酰

2，3－丁二醇醛類啤酒中的醛類，它們的含量隨著發(fā)酵過程快速增長，又隨著啤酒的成熟含量逐漸減少。由于啤酒成熟后期，各種醛類含量大都低于閾值，所以醛類對啤酒口味的影響并不大。醛類的生成：啤酒中被檢出的醛類物質(zhì)有20余種，對啤酒風(fēng)味影響較大的是乙醛和糠醛。成熟啤酒：乙醛<8mg/L

啤酒中醛類含量范圍mg/L硫化物硫化物的形成：主要來源于原料中蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物，如含硫氨基酸。此外，酒花和水也能帶入一部分硫。硫化物對啤酒的風(fēng)味有不良影響，如：硫化氫、甲硫醇、乙硫醇以及二甲硫等。啤酒中主要硫化物

5.2.32.芳香物質(zhì)

高級醇

所謂高級醇類，就是3個碳原子以上的醇類的總稱，酒精和白酒工業(yè)上俗稱雜醇油。

啤酒中的高級醇習(xí)慣稱為是發(fā)酵的副產(chǎn)物，以異戊醇為主，其次是活性戊醇，正丙醇和異丁醇。此外尚有色醇、酪醇、苯乙醇和糠醇等。這些物質(zhì)主要決定啤酒的香味。在一定濃度范圍內(nèi)，它們的存在是優(yōu)質(zhì)啤酒的前提條件。與生青味物質(zhì)相反，芳香物質(zhì)不能通過工藝技術(shù)途徑從啤酒中去除。

發(fā)酵期間兩種主要副產(chǎn)物的濃度變化酯酯類是啤酒香味物質(zhì)的主要成分，其含量雖少，但對啤酒的風(fēng)味影響很大適量的酯，使啤酒香味豐滿協(xié)調(diào)；過量的酯，會賦予啤酒不舒適的苦味和香味（果味）酯在主酵期間通過脂肪酸的酯化形成，少量酯也可通過高級醇的酯化生成。酯主要在酵母旺盛繁殖期生成，在啤酒后酵只有微量增加，其含量隨著麥汁濃度和乙醇濃度的增加而提高

啤酒中的主要酯類乙酸乙酯乙酸異戊酯乙酸異丁酯β—乙酸苯乙酯己酸乙酯辛酸乙酯茅臺酒：乙酸乙酯147mg/100ml，己酸乙酯42.4mg/100ml，乳酸乙酯137mg/100ml酯類在啤酒中的閾值及含量mg/L

5.2.3.3有機(jī)酸啤酒中含有多種酸，約在100種以上。多數(shù)有機(jī)酸都具有酸味，它是啤酒的重要口味成分之一。酸類不構(gòu)成啤酒香味，它是呈味物質(zhì)。酸味和其他成分協(xié)調(diào)配合，即組成啤酒的酒體。有的有機(jī)酸還另具特殊風(fēng)味，如檸檬酸和乙酸有香味，而蘋果酸和琥珀酸則酸中帶苦。啤酒中有適量的酸會賦予啤酒爽口的口感；缺乏酸類，使啤酒呆滯、不爽口；過量的酸，使啤酒口感粗糙，不柔和、不協(xié)調(diào)，意味著污染產(chǎn)酸菌。多數(shù)有機(jī)酸來自于酵母的新陳代謝EMP途徑

pH變化：pH不斷下降，前快后緩，最后穩(wěn)定在4.0左右。啤酒中的有機(jī)酸以醋酸和乳酸為主。5.3主發(fā)酵主發(fā)酵又稱前發(fā)酵，是發(fā)酵的主要階段。麥芽汁冷卻(板式冷卻器)到6.5—8℃，接入酵母，主發(fā)酵開始。主發(fā)酵分低泡期：接種后15—20小時。首先酵母通過呼吸作用獲得生物能量，細(xì)胞大量繁殖。此時，降糖速度較慢，α－氨基氮迅速被同化

高泡期：溶解氧消耗殆盡，進(jìn)入主酵，降糖速度加快，釋放的熱量使酒溫上升，為發(fā)酵最旺盛期，泡沫特別豐盛，達(dá)到20—30厘米厚，此時要注意降溫，此階段可持續(xù)2—3天。

落泡期：溫度開始下降，降糖速度變慢，酵母開始凝聚沉淀，泡沫亦開始收縮，泡沫由棕黃色變?yōu)樽睾稚?，形成褐色泡蓋，厚度為2～4cm。此時，發(fā)酵已進(jìn)入末期，每日降糖0.2～0.4°P，當(dāng)糖度降至3.8—4.8Bx時,即可下酒進(jìn)入后酵，此階段持續(xù)2—3天。泡蓋系由泡沫、蛋白質(zhì)-多酚物質(zhì)復(fù)合物、酒花樹脂、酵母細(xì)胞和其他雜質(zhì)組成，應(yīng)及時撇去，以防沉入酒內(nèi)。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降于發(fā)酵容器底部。5.4后發(fā)酵：即儲酒。目的如下：完成殘?zhí)堑淖詈蟀l(fā)酵，增加啤酒的穩(wěn)定性，飽充CO2；充分沉淀，澄清酒液；消除雙乙酰、醛類、硫化氫等嫩酒味，促進(jìn)成熟；使酒處于還原態(tài)，降低氧含量。6過濾：用板框硅藻土法、離心分離法粗濾。去除殘余酵母和蛋白等，要求CO2損失小，不易污染，不影響風(fēng)味，啤酒不吸收氧等

7分裝：注意無菌，防止CO2泄漏鮮酒：直接裝桶，保質(zhì)期7天，熟?。喊褪蠝缇笱b瓶。

8成品分析：感官指標(biāo)，理化指標(biāo)。糖類、氨基酸、無機(jī)鹽、風(fēng)味成分、酒花苦味值、酯類、酮類、其它（硫化氫，二甲硫，二乙硫）。

外觀：透明、清亮，泡沫潔白細(xì)膩，口感：純正、具酒花香。理化：pH4.1—4.6，酸度/mg.L-12.2，二氧化碳含量/%0.3—0.6，雙乙酰<0.13mg/L

干啤酒又稱為低熱值啤酒，或低糖啤酒，屬于不甜、干凈、在口中不留余味的啤酒，實際上是高發(fā)酵度的啤酒，口味清爽的啤酒新品種。

上世紀(jì)80