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1、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。 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
2、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。 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。,第一阶段：酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生
3、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。,（一）有氧呼吸阶段 在有氧条件下，酵母进行EMPTCA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
4、,2、第二阶段：1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛,3、第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸,4、第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮酸,EMP反应方程式： 葡萄糖+2ADP+2Pi +2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2（NADH+H+）,三羧酸循环总反应式,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
5、,（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,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
6、木僵状400- 500 深度麻醉，少数致死亡 * 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
7、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）,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）,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
8、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。 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816h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。 2.起泡期： 2425h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0.50.8，降糖0.30.5P，维持时间12天，不需人工降温。,3.高泡期：发酵23天后，泡沫增高，形成卷曲状隆
9、起，高达2530cm，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23天，每日降糖1.5P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0.50.8P，落泡期一般维持2天左右。,5.泡盖形成期：发酵78天后，泡沫回缩，形成一层褐色苦味的泡盖，覆于液面，厚度为24cm。此时，发酵已进入末期，每日降糖0.20.4P。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、
10、化的变化仍在缓慢进行，其主要作用如下： 后发酵温度仍维持在35，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。,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，
11、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。, 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。, 发酵维持710天后，逐步降低酒温至01，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。,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
12、，并且易感染杂菌，影响啤酒的生物稳定性。,2. 啤酒的澄清 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。, 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。,d.蛋白质多
13、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。,3.影响啤酒澄清的因素 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
14、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。 冷混浊物和永久性混浊物不容易在短时间内析出，但这些物质早期析出，并在滤酒时除去，对成品啤酒的保存期非常有利。, 贮酒温度： 高温（3以上）贮藏的酒，比低温（0以下）贮藏的酒澄清得快。因为在较高温度下，冷混浊物析出较少。但这样的酒装出后，保存期短。 贮酒温度愈低，遇冷析出的物质愈多，澄清度虽不及高温者好，但在滤酒时可将悬浮混浊物除去，对成品啤酒的保存期是极为有利的。 因此，滤酒前利用冷却器将酒温降至1.5（接近啤酒的冰点），尽量使冷混浊物较多地析出再过滤，这对啤酒的非生物稳定
15、性来说比较有利。, pH值： 酒液的pH值在4.24.4时，有利于酒的沉淀和澄清。 下面发酵啤酒的pH值一般在4.04.5，澄清较快；上面发酵啤酒的pH值低一些，可达4.0以下，澄清较慢。, 容器大小： 贮酒罐直径过大者，内部酒温不易很快下降，影响悬浮物质的析出、凝聚和沉淀； 液柱高的贮酒罐，沉淀物不易很快沉降罐底，较液柱低者澄清慢。 因此，小贮酒罐有利于酒的澄清。对于容量过大的贮酒罐，采用室冷法降低酒温是不合理的，应采用带降温或利用热交换器进行体外循环冷却，或冷却后进入另一贮酒罐中进行贮酒。, 酒液粘度： 粘度高的啤酒澄清较慢。粘度过高时还会影响啤酒的过滤。 造成粘度高的原因主要是酒内含-葡
16、聚糖过多，这与原料和糖化方法直接有关。采用溶解不良的麦芽和-葡聚糖分解不足的糖化方法，往往会产生这种情况。,4.加速啤酒澄清的措施 除去对酵母菌种、大麦品种、制麦和酿造加工工艺进行研究和选择外，行之有效的措施是添加吸附剂和胶体物质。,二、发酵过程中物质的转化 发酵液中最终的各种成分及其含量，对啤酒的风味有着决定性的作用，而这些成分的生成和变化又与原料及工艺密切相关。因此，了解这些发酵产物的形成和分解十分重要。,（一）糖类的代谢 糖类物质约占麦汁浸出物的90，其中葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖和棉子糖可被酵母利用，称为可发酵性糖，是啤酒酵母的主要碳素营养物质，也是发酵中可利用的物质。 麦汁中糊精、麦芽四糖、麦芽五糖至麦芽九糖等不能被酵母利用，均为不可发酵性糖，又称非糖。 在实际生产中糖与非糖的比例一般控制为7:3较合适，其中生产淡色啤酒，可发酵性糖含量略高，发酵度高，口味清爽；若生产浓色啤酒，其非糖比例略高一些，以增加它的醇厚感。,酵母在通风后的冷麦汁中消耗可发酵性糖，约有96的可发酵性糖被酵母酵解为乙醇和CO2，并进行三羧
