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1、实验 58 啤酒酿造实验啤酒是以大麦芽、酒花、 水为主要原料，经酵母发酵作用酿造而成的包含二氧化碳的低酒精度酒。 啤酒具有独特的苦味和香味，营养成分丰富， 含有各种人体所需的氨基酸及多种维生素、泛酸以及矿物质等。啤酒有多种分类方法，以发酵方式可分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒；以色泽可分为淡色啤酒、浓色啤酒、以及黑啤酒；以灭菌方式可分为鲜啤酒、生啤酒以及熟啤酒。人类使用谷物制造酒类饮料已有8000 多年的历史， 中国啤酒业的发展是由19 世纪末传入中国。一 、啤酒酿造原料啤酒的原料为大麦、酿造用水、酒花、酵母以及辅料（玉米、大米、大麦、小麦等）。1大麦：大麦是一种坚硬的谷物，成熟比其他谷物快得多
2、，正因为用大麦制成麦芽比小麦、黑麦、燕麦快，所以才被选作酿造的主要原料。没有壳的小麦很难发出麦芽，而且也很不适合酿酒之用。大麦的主要化学成分是淀粉、蛋白质、纤维素、半纤维素和脂肪等。啤酒酿造工艺中使用大麦芽作为制麦芽汁的原料是因为，大麦在发芽过程中产生的各种水解酶对糖化过程中淀粉的转化能起到很好的作用，通过大麦的发芽，激活的这些酶同时在发芽过程中也能使淀粉及蛋白质，发生轻度的水解（麦芽的溶解），使出糖效果更好。2啤酒花：啤酒花作为工业的原料开始使用于德国。中国人工栽培酒花的历史始于东北，目前在新疆、甘肃、内蒙、黑龙江、辽宁等地都建立了较大的酒花原料基地。使用的主要目的是： 利用其苦味香味，赋予
3、啤酒香味和爽口的苦味；提高啤酒泡沫的持久性；使蛋白质沉淀澄清麦汁；提高啤酒的防腐能力。3酵母是真菌类的一种微生物。在啤酒酿造过程中，酵母是魔术师，它把麦芽和大米中的糖分发酵成啤酒，产生酒精、 二氧化碳和其他微量发酵产物。这些微量但种类繁多的发酵产物与其它那些直接来自于麦芽、酒花的风味物质一起，组成了成品啤酒诱人而独特的感官特征。有两种主要的啤酒酵母菌：“顶酵母 “（saccharomyces cerevisiae 也称上面酵母或啤酒酵母）和 “底酵母 “（saccharomyces carlsbergensis 也称下面酵母或卡尔酵母）。上面啤酒酵母和下面啤酒酵母，两者在细胞形态、发酵能力、
4、凝聚性以及啤酒发酵温度等方面有明显的差异。用于生产上的啤酒酵母种类繁多，造成啤酒风味各异。用显微镜看时， 顶酵母呈现的卵形稍比底酵母明显。“顶酵母 “名称的得来是由于发酵过程中，酵母上升至啤酒表面并能够在顶部撇取；“底酵母 “则一直存在于啤酒内，在发酵结束后并最终沉淀在发酵桶底部。4辅料：在酿造啤酒中为了降低生产成本，提高出酒率，改善啤酒风味和色泽，增强啤酒的保存性， 在糖化操作时， 常用大米、 大麦、 玉米和蔗糖等其中的一种来代替部分麦芽。在我国一般习惯都使用大米，而欧美国家普遍使用玉米。二、试验设备本实验采用的是山东中德CGs-0.2，生产能力为200L 的啤酒试验设备，本装置的流程示意图
5、见图8-1。该设备按功能可分为以下几个部分：1粉碎设备；2糖化设备（糖化锅、糊化锅）；3发酵设备（发酵罐、接种器）4CIP 系统（洗涤 /杀菌罐、移动泵）5制冷设备（冷凝器、蒸发器、换热器、冰水罐）6控制设备按外观可分为：1罐体部分2管路阀门及泵3移动部分（洗车、接种器等）4控制部分图 8-1 啤酒酿造工艺流程图三、啤酒发酵机理1发酵主产物乙醇的合成途径麦芽汁中可发酵性糖主要是麦芽糖，还有少量的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽三糖等。单糖可以直接被酵母吸收，转化为乙醇， 寡糖则需要分解为单糖后才能被发酵。由麦芽糖生物合成乙醇的生物途径，总反应如式（8-1） ：KJ09.226ATP2CO2OHHC2P
6、i2ADP2)(OHCOH 21)(OHC 2125261262122212葡萄糖麦芽糖（8-1）式中： ADP二磷酸腺苷；Pi磷酸根；ATP三磷酸腺苷。从理论上讲， 每 100g 葡萄糖发酵后可以生成51.14g 乙醇和 48.86 g CO2。实际上， 只有96的糖发酵为乙醇和CO2，2.5%用于生成其他代谢副产物，剩余的 1.5%用于菌体的合成。发酵过程是糖的分解代谢过程，是放能反应。每1mol 葡萄糖发酵后释放的总能量为226.09 mol，其中 61 mol 以 ATP 形式贮存下来，其余的以热的形式释放出来，因此发酵过程中必须及时冷却，避免发酵温度过高。葡萄糖的乙醇发酵过程共有12
7、 步生物化学反应，具体分为4 个阶段：（1）葡萄糖磷酸化生成己糖磷酸酯（3 步反应）；（2）磷酸己糖分裂为2 个磷酸丙酮（2 步反应）；（3）3-磷酸甘油醛生成丙酮酸（5 步反应）；（4）丙酮酸生成乙醇。2啤酒发酵副产物的形成在发酵过程中还有副产物的形成，如：连二酮类，高级醇，有机酸，醛类等。这些副产品对于啤酒的成熟和产品的口味有很大的影响，如双乙酰具有馊饭味，是造成啤酒不成熟的主要原因；高级醇含量高，饮用后容易出现“上头”，啤酒口味也变差。（1）双乙酰的形成双乙酰是由丙酮酸在生物合成缬氨酸时的中间代谢产物 - 乙酰乳酸转化得到的，是啤酒发酵的必然产物。其合成机理为：丙酮酸与TPP （焦磷酸硫
8、胺素，为辅羧酶，能催化氧化脱羧反应） 结合，使丙酮酸转化为活性丙酮酸；脱羧后变成活性乙醛，再与丙酮酸缩合成 -乙酰乳酸。 - 乙酰乳酸经过酵母体外非酶氧化生成双乙酰。（2）高级醇的形成高级醇主要由氨基酸氧化脱氨形成，其代谢过程包括：氨基酸被转化为 - 酮酸；酮酸脱羧成醛；醛还原为醇。四、原料处理及工艺流程1制麦芽刚收获的大麦经过储存、精选、浸麦、发芽、焙燥、去根六道工序之后制成大麦芽供给后续工序使用。 大麦必须通过发麦芽过程将内含难溶性淀粉转变为用于酿造工序的可溶性糖类。大麦的主要化学成分是淀粉，其次是蛋白质、纤维素、半纤维素和脂肪等。麦芽制造的过程见图8-2。大麦精选 浸麦 发芽 干燥 干燥
9、麦芽 除根贮藏图 8-2 麦芽制备流程图2粉碎粉碎前对大麦芽进行增湿，要求粉碎的麦芽谷皮破而不碎，粗粉与细粉的比例为1：2.5以上。 如果谷皮粉碎过细，不仅会造成麦芽汁过滤困难，而且谷皮中的单宁、色素等不良成分的溶出量也会增加。粉碎的操作在粉碎机中进行。3糖化 糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下， 将麦芽中不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中间分解产物），逐步分解成低分子可溶性物质的过程。另外，用于添加的辅料中的淀粉也是在麦芽糖化阶段被最后水解成葡萄糖的。即用于酿制啤酒的麦芽汁， 其含有的葡萄糖、氨基酸等营养成分，主要是通过麦芽糖化获得的。整个过程主要包括：淀粉分解，蛋
10、白质分解， 葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。糖化的方法采用煮出糖化法。糖化的操作在糖化锅中进行，具体操作：（1）在糖化锅中按与麦芽1:2 的比例加入水，升温至37。（2）开启糖化锅搅拌，把粉碎好的麦芽加入糖化锅中，静置20 分钟。（3）开启搅拌，同时升温至45，升温速度控制在1.5/min。此时进行有机磷酸盐的分解， 葡聚糖的分解，蛋白质的分解等过程。静置40 分钟。（4）开启搅拌，同时升温至65，升温速度控制在1.5 /min。静置 70 分钟。这个温度区间有利于含氮物质的形成以及 淀粉酶的作用，大量麦芽糖形成。（5）开启搅拌，同时升温至78，升温速度控制在1.5/min。此时糖化工序
11、基本结束了。4过滤啤酒过滤澄清的原理主要是通过过滤介质的阻挡作用（或截留作用）、深度效应（介质空隙网罗作用） 和静电吸附作用等使啤酒中存在的微生物、冷凝固物等大颗粒固形物被分离出来，而使啤酒澄清透亮。常用的过滤介质有：硅藻土、滤纸板、微孔薄膜和陶瓷芯等。（1）阻挡作用：啤酒中比过滤介质空隙大的颗粒，不能通过空隙而被截留下来。对于硬性颗粒将附着在过滤介质表面形成粗滤层，而软性颗粒会黏附在过滤空隙中甚至使空隙堵塞，降低过滤效能，增大过滤压差。（2）深度效应：过滤介质中长且曲折的微孔通过对悬浮颗粒产生一种阻挡作用，对于比过滤介质空隙小的微粒，由于微孔结构的作用而被截留。（3）静电吸附作用：有些比过滤
12、介质空隙小的颗粒以及具有较高表面活性的高分子物质，如蛋白质、酒花树脂、色素等，因为自身所带电荷与过滤介质不同，则会通过静电吸附作用而截留其中。将糖化醪采用过滤槽法用于发酵的麦芽汁与其它杂质分离。过滤在过滤槽中进行。具体操作：把糖化好的麦芽汁用泵打入过滤槽中，静置20 分钟后，用回流过滤的方法，过滤麦汁。过滤20 分钟后，取样测原麦汁浓度。原麦汁过滤至将近露出糟面时进行洗糟，依据原麦汁浓度估算洗糟水量，用糖化锅内的80热水洗糟，洗糟三次。5煮沸经过滤得到的原麦芽汁须经煮沸，并在煮沸过程中添加酒花，其目的是：（1）将原麦芽汁蒸发、浓缩，使达到所要求的浓度。（2）通过加热，使麦芽蛋白质在微酸性条件和
13、酒花存在下成片析出，其成分主要是蛋白质、 多酚物质的复合物、被复合物吸附的酒花树脂和铁、铜等金属离子。这种片状的复合物沉淀，一部分在60以上析出，另一部分在麦芽汁冷却过程中析出。（3）使酒花的成分溶出。（4）破坏 淀粉酶及其他酶的活性。（5）杀灭麦芽汁中的乳酸菌等杂菌，以免发酵时产生酸败现象。（6）蒸发去除如酒花油、香叶烯等挥发性的异味物质。（7）在麦芽焙焦和麦芽汁煮沸时形成的糖蛋白聚合物，是构成啤酒泡沫的主要成分之一。（8）麦芽汁在加热煮沸过程中生成类黑精等还原性物质，它们能增强啤酒的香气、泡沫持久性及胶体稳定性。原麦芽汁的煮沸在煮沸锅中进行。具体操作： 用泵将过滤好的麦芽汁打入煮沸锅，调节
14、升温速度， 麦芽汁沸腾时开始计时，煮沸时间90 分钟，煮沸10 分钟、 30 分钟和沸终前10 分钟，分别添加苦型、苦型和香型酒花，加入量分别为0.01%、0.03%和 0.02%。控制沸终麦汁浓度。6麦芽汁热凝固物的去除在麦芽汁用于发酵之前，先要去除热凝固物和冷凝固物。现在都使用回旋沉淀槽除热凝固物。 用麦芽汁泵将使用酒花的麦芽汁煮沸，以较高的线速度沿回旋沉淀槽的槽壁切线方向泵入槽内， 使形成一个快速旋转的旋涡，任何颗粒物质都会快速沉积于槽底中央，使固液分离，得到清麦芽汁。 被除去的固形物，主要是变性凝固的蛋白质、多酚与蛋白质的不溶性复合物、酒花树脂、无机盐和其他有机物。麦芽汁进口管的位置设
15、在距槽底1/3 处。槽内收集到的清麦芽汁，其积聚高度允许为槽身圆柱体直径的0.81 倍。在离槽底2/3 处、 1/3 处和底部各有1 个放料，送麦芽汁去冷却时，应自上而下从各放料口排放麦芽汁。7麦芽汁冷却麦芽汁冷却的目的主要是使麦芽汁达到主发酵最适宜的温度，同时， 使大量的冷凝固物析出。 麦芽汁冷却， 使用薄板冷却器。冷却结束后， 可用无菌压缩空气将薄板冷却器中的麦芽汁顶出。整个冷却操作，要防止外界杂酒污染。8麦芽汁冷凝固物的去除冷凝固物又称细凝固物，其成分与热凝固物相似，但是以 球蛋白及其分解产物多酚物质等的复合物为主，这种热溶性的复合物，在低温下则会逐步析出、沉淀，温度越低，其析出量越大。
16、冷凝固物的去除，采用自然沉降法。从添加酵母开始，经发酵直至贮酒结束，分段依靠冷凝固物的自然析出和沉淀，而将冷凝固物除去。麦芽汁通氧： 在啤酒的发酵过程中，前期是有氧呼吸，主要是酵母细胞的增殖，后期则是厌氧发酵， 酵母细胞利用麦芽汁中的营养成分生成酒精、杂醇油和有机酸等。在 6以下，对 12 P 冷麦芽汁通入无菌空气使之饱和溶解。在通常情况下，溶解氧达到8mg/L 就可满足酵母增殖需要。溶解氧不足，会阻滞酵母的增殖，导致发酵缓慢，发酵不完全；溶解氧量太高，发酵过于旺盛，会消耗大量的还原性物质。冷麦芽汁中溶解氧的量与以下因素有关：（1）温度低的比温度高的吸氧多。（2）暴露于空气的表面积越大，吸氧越多。（3）麦芽汁浓度低的比麦芽汁浓度高的吸氧多。（4）充气时注入压力高，麦芽汁吸氧就多。用于充氧的空气必须经过无菌处理。通氧操作也带来不良的后果：啤酒花树脂、 啤酒油以及单宁等多酚物质被氧化，使啤酒苦味变得粗糙并产生后苦，同时麦芽汁色度也变深。五
