啤酒發(fā)酵過程

  當(dāng)被冷卻的麥汁添加入酵母后，就是意味著發(fā)酵已經(jīng)開始。在整個發(fā)酵過程中，酵母經(jīng)歷有氧呼吸和無氧發(fā)酵兩個主要階段。這兩個階段相互聯(lián)系，密不可分。

  啤酒發(fā)酵過程充分地利用了酵母的特性，在發(fā)酵開始時，讓酵母在溶氧麥汁中大量繁殖，并積累能量，保證了在無氧條件下產(chǎn)生乙醇所需要的菌體數(shù)量和能量需要。控制麥汁溶氧和酵母添加量是啤酒發(fā)酵過程工藝控制的關(guān)鍵因素。

（1） 糖類發(fā)酵 在麥汁浸出中糖類約占90%左右。這些糖大部分是低分子糖，酵母可以利用許多單糖，雙糖和寡糖，而對聚糖，淀粉，纖維素則不能利用，酵母酵解糖類是按下列順序進(jìn)行的。

  單糖，葡萄糖，果糖，
  雙糖，麥芽糖，蔗糖（不同酵母利用程度不同）
  三糖，棉籽糖，麥芽三糖（不是所有酵母都能利用）

  葡萄糖和果糖能直接滲透過酵母細(xì)胞壁并受酵母酸化酶作用而磷酸化。蔗糖則需要經(jīng)由酵母細(xì)胞壁分泌出來的蔗糖轉(zhuǎn)化酶水解成葡萄糖和果糖后，才能進(jìn)入酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵。麥芽糖和麥芽三糖需與細(xì)胞壁分泌出的麥芽糖滲透酶結(jié)合才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。

  進(jìn)入到酵母細(xì)胞內(nèi)的各種可發(fā)酵糖，在有氧或無氧條件下均代謝生成丙酮酸。在有氧條件下，丙酮酸有氧分解為兩個階段，首先丙酮酸經(jīng)過氧化脫形成乙酰輔酶A，然后乙酰輔酶A經(jīng)TCA三酸循環(huán)，獲得生物能量（38個ATP），生成CO2和H2O，在循環(huán)中形成的多種有機(jī)酸排泄于發(fā)酵液中。乙酰輔酶A也可經(jīng)其他支路代謝作用，生成酶類和脂肪酸等。丙酮酸在缺氧情況下生成乙醇和二氧化碳。

 在啤酒發(fā)酵過程中，約有96%可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，1.2%—1.5%合成新細(xì)胞的碳骨架，2.0%---2.5%轉(zhuǎn)化為其他發(fā)酵副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物主要有甘油，琥珀酸，高級醇，乙醛，雙乙酰，乙酸，乙酸乙酯等。雖然副產(chǎn)物的量不大，但對啤酒的風(fēng)味及口味影響卻很大，這是特別需要注意的。

（2） 含氧物質(zhì)的同化與轉(zhuǎn)化  酵母細(xì)胞的繁殖，必須通過吸收和同化麥汁中的含氧物質(zhì)來實現(xiàn)，正常的酵母細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)酶的能力很弱，對蛋白質(zhì)很難利用，酵母所需要的氮源，主要依靠從麥汁中吸收氨基酸和低分子肽來獲取。酵母對氨基酸吸收也同酵母吸收糖一樣，依賴于細(xì)胞壁分泌出的氨基酸輸送酶來完成，并且是按照一定的順序來進(jìn)行的。
啤酒發(fā)酵技術(shù)

（1） 傳統(tǒng)啤酒發(fā)酵 傳統(tǒng)啤酒發(fā)酵，一般分為前發(fā)酵，主發(fā)酵，后發(fā)酵，儲酒兩個階段，

①   前發(fā)酵。接入酵母的麥汁（7-8℃）進(jìn)入前發(fā)酵后，酵母經(jīng)過數(shù)小時生長帶緩期后，才能開始進(jìn)入生長繁殖，當(dāng)細(xì)胞濃度達(dá)到2×107個/ML。麥汁表面開始?xì)馀�，這個階段被稱為前發(fā)酵。
前發(fā)酵時間隨接種溫度，接種量變化而變化。低溫發(fā)酵約為16-20h，中溫發(fā)酵12—14h。前發(fā)酵階段，酵母降糖較緩慢，由于酵母代謝作用，發(fā)酵液溫度會自然升高0.6—1.0℃.前發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液打入主發(fā)酵室。

② 主發(fā)酵。主發(fā)酵在絕熱良好，清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)安裝通風(fēng)系統(tǒng)。主發(fā)酵多采用開放式方形或圓形，有木制，鋼制，鋁制和混凝土制發(fā)酵容器，主發(fā)酵階段發(fā)酵室溫度為5—6度。發(fā)酵室和儲酒室均設(shè)有良好的降溫設(shè)施，通常采用氨直接蒸發(fā)的冷排式，也有采用集中空調(diào)和吊頂式冷風(fēng)機(jī)的。

   主發(fā)酵前期為酵母繁殖階段。酵母通過呼吸作用利用可發(fā)酵糖，當(dāng)達(dá)到一定發(fā)酵度后，發(fā)酵速度逐漸減慢，表現(xiàn)在乙醇含量迅速增加。而降糖速率減慢，PH值變化減小，二氧化碳產(chǎn)量減小，此時酵母開始凝聚并開始沉淀，懸浮的酵母細(xì)胞密度逐漸下降。

a 主發(fā)酵工藝過程，接種，將麥汁冷卻至接種6度左右，待部分麥汁流入酵母繁殖槽，將所需的酵母按麥汁量的0.5%（體積分?jǐn)?shù)）加入，也可以將酵母在冷卻麥汁管用定量泵直接加入麥汁中，加入的酵母要與麥汁混合均勻，有利于酵母起作用。

  麥汁通風(fēng)，用無氧器將無菌空氣通入冷卻麥汁中，為了使溶氧達(dá)到要求，通過特殊噴嘴或用微孔鈦棒和陶瓷棒，使空氣盡可能地分散進(jìn)入麥汁，并與麥汁充分混合，也可讓冷卻麥汁與空氣接觸后經(jīng)過文丘里管，達(dá)到麥汁與空氣充分接觸的目的，麥汁溶氧應(yīng)控制在8mg/L左右。

  麥汁加滿后，酵母經(jīng)繁殖20h，發(fā)酵麥汁中釋放大量的二氧化碳，并在麥汁表面形成一層白色泡沫，這時需要換槽，將發(fā)酵麥汁泵入發(fā)酵槽，目的是將沉淀在槽底部的酵母細(xì)胞，蛋白質(zhì)凝固物和酒花樹脂等雜質(zhì)與發(fā)酵麥汁分離開。

  換槽后，麥汁中的溶氧基本上被酵母所消耗，酵母開始進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵階段，發(fā)酵進(jìn)行至2—3d，發(fā)酵液的溫度升至規(guī)定的發(fā)酵最高溫度，此時啟動槽內(nèi)的冷卻管，通入2度左右的冰水，使之不超過規(guī)定的最高溫度，并維持2—3d，此時為發(fā)酵的旺盛期，降糖很快，每日酒液外觀濃度下降1.5%—2.0%。

  經(jīng)過降糖高峰期后，冷卻量開始逐步加大，使發(fā)酵溫度回降，降糖也逐漸減慢。按工藝要求發(fā)酵溫度下降應(yīng)與降糖情況相一致，主發(fā)酵結(jié)束時，一般.12%的麥汁下酒外觀濃度控制在4.0%—4.2%，下酒溫度控制在4.0%—4.5%度，在主發(fā)酵最后一天要急劇降溫，這有利于酵母的沉降和酵母的回收。

b。主發(fā)酵過程控制，溫度和降糖速度是主發(fā)酵需要控制的技術(shù)參數(shù)，溫度的高低對發(fā)酵影響很大，而降糖速度可以反映出發(fā)酵是否正常及發(fā)酵進(jìn)行的程度。

I． 溫度控制。接種溫度一般控制在5—8度，接種溫度的確定主要是根據(jù)酵母，酵母添加量以及制造啤酒的類型來確定。
 發(fā)酵溫度的高低是相對而言的，最高溫度8—9度為低溫發(fā)酵，而10—13度高溫發(fā)酵，

   采用低溫發(fā)酵所產(chǎn)生的啤酒質(zhì)量較好，主要是在發(fā)酵過程所形成的副產(chǎn)物，特別是高級醇和酯較多，泡沫狀況良好，口味醇厚性比較突出。而高溫發(fā)酵，發(fā)酵周期被縮短，設(shè)備利用率高，經(jīng)濟(jì)上比較合理，但發(fā)酵產(chǎn)生的副產(chǎn)物較多，口味較低溫發(fā)酵差。

   主發(fā)酵結(jié)束溫度一般控制在4—5度，從最高發(fā)酵溫度向主發(fā)酵溫度結(jié)束的降溫過程中，應(yīng)采用緩慢降溫的方法，由于酵母對急劇降溫很敏感，所以每天降溫不得超過1度，而且降溫要均勻，降低溫度使酵母開始凝聚并沉淀，但酒液中還有一定量的懸浮酵母細(xì)胞，它們對雙乙酰還原及后發(fā)酵至關(guān)重要。

II．降糖速度。在酵母添加量及通風(fēng)景一定的條件下，酵母降糖速度是受發(fā)酵溫度控制的，發(fā)酵工藝確定后，正常發(fā)酵降糖速度呈有規(guī)律的變化。利用糖度計測定發(fā)酵不同階段糖的變化情況，可以得到降糖曲線，了解發(fā)酵過程降糖規(guī)律，對指導(dǎo)生產(chǎn)非常重要。在工藝條件正常的情況下降糖速度出現(xiàn)異常，主要是酵母因使用代數(shù)過多，死酵母增加，酵母衰老，酵母變異或出現(xiàn)污染雜菌情況引起的。

③ 后發(fā)酵和儲酒。經(jīng)主發(fā)酵后，酒液仍不夠成熟，還有一部分浸出物需要繼續(xù)發(fā)酵，尤其生產(chǎn)淡爽型啤酒，應(yīng)盡可能減少可發(fā)酵糖的含量，在主發(fā)酵階段，二氧化碳被排掉或被收回，使酒液中二氧化碳含量不足，這需要過后發(fā)酵使啤酒中所含二氧化碳達(dá)到飽和水平，而由主發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)如雙乙酰，硫化氫等也經(jīng)過后發(fā)酵和儲酒液使其含量減少至規(guī)定的范圍內(nèi)，另外懸浮在酒液中的酵母凝聚和沉降以及發(fā)酵液析出物質(zhì)的沉淀，也是在后發(fā)酵和儲酒過程中完成的。

   后發(fā)酵的工藝要求：下酒應(yīng)盡可能避免酒液與氧接觸，酒應(yīng)從存器底部進(jìn)入，防止酒液氧化，下酒時酒液中應(yīng)保持一定酵母濃度，控制在1×10個ML左右，過高或過低均會對后發(fā)酵帶來不良的影響，獲得較均勻啤酒質(zhì)量，可把一個主發(fā)酵池中的酒分裝于多個后發(fā)酵罐中；酒后發(fā)酵相對比較劇烈，不應(yīng)立刻封罐，經(jīng)過2—3d后再封罐。

   下酒后，經(jīng)過2—3d敞口發(fā)酵，采用先高后低的溫控方法。后發(fā)酵開始溫度控制在3—5度，當(dāng)雙乙酰減少后逐步降低溫度—1---1度，有利于二氧化碳溶解。

（2） 錐底發(fā)酵罐發(fā)酵20世界50年代，隨著啤酒工業(yè)的不斷發(fā)展，啤酒產(chǎn)量聚增，傳統(tǒng)發(fā)酵方法和設(shè)備已經(jīng)很難滿足要求，目前新建和擴(kuò)建啤酒廠全部采用了錐底罐發(fā)酵。

① 錐底發(fā)酵罐發(fā)酵工藝分類。錐底發(fā)酵罐工藝分為一罐法發(fā)酵和兩罐法發(fā)酵。一罐法發(fā)酵：主發(fā)酵，后發(fā)酵和儲酒成熟，整個生產(chǎn)過程在一個罐內(nèi)完成。兩罐法發(fā)酵又可分為兩種，一種是主發(fā)酵，在發(fā)酵罐中完成，后發(fā)酵和儲酒成熟，在儲酒罐中完成；另一種是主發(fā)酵，后發(fā)酵在發(fā)酵罐中進(jìn)行，儲酒成熟在儲酒罐中完成。

② 錐底罐一罐法發(fā)酵工藝。由于錐底罐所用的廠家眾多，所采用的工藝條件差異性也較大，以下僅就工藝主要參數(shù)進(jìn)行討論。

a． 酵母的接種量及添加方法。為了縮短發(fā)酵周期，錐底罐發(fā)酵一般采用較高接種量，接種量為0.8%左右，酵母添加的方法有兩種，分批接種和一次性接種。

   分批接種就是在幾批次進(jìn)罐的麥汁中，第一批麥汁添加少量的酵母，麥汁溶氧量為8mg/L，剩余酵母全部加入到第一批進(jìn)罐麥汁，麥汁溶氧量不變，以后繼續(xù)進(jìn)罐的麥汁采取少通風(fēng)或不通風(fēng)。
一次性接種就是將添加酵母直接加入第一批麥汁中，在進(jìn)罐時采用文丘里管，使空氣酵母和麥汁充分混合。

b. 通風(fēng)供氧。酵母生長繁殖需要類脂（甾醇，不飽和脂肪酸），類脂的合成需要氧的參與，麥汁正常通風(fēng)量為8mg/L，過高會使酵母繁殖過多，減少乙醇的生成量，酵母繁殖減少，影響發(fā)酵速度。在幾批次滿罐的情況下，前兩批次麥汁按正常通風(fēng)量通風(fēng)，以后幾批可以采取少通或不通風(fēng)達(dá)到控制酵母繁殖數(shù)量的目的。

c. 發(fā)酵溫度控制與雙乙酰還原。啤酒發(fā)酵溫度與雙乙酰的生成和還原是密切相關(guān)的。錐底罐發(fā)酵溫度控制工藝大體上可分為以下三種。

      1.低溫發(fā)酵，低溫后熟工藝。此工藝沿用傳統(tǒng)的發(fā)酵溫度控制方法，麥汁6—7度時接種，2d后溫度升至8—9度，保持2—3d，然后緩慢降至5—6度，由于主發(fā)酵溫度較低，生成的烈乙酰及其他副產(chǎn)物數(shù)量減少，但后發(fā)酵溫度低，使雙乙酰還原速度減慢，延長了發(fā)酵周期。目前，采用此工藝的工廠很少。

      2.低溫發(fā)酵，高溫后熟工藝。麥汁在6—7度接種，3d后升溫至9—10度，保持3—4d，然后升溫至12—13度，保溫直至雙乙酰還原降至0.mg/L，開始降溫。此方法主發(fā)酵采用低溫，酵母所生成的雙乙酰及副產(chǎn)物較少。當(dāng)酵母停止繁殖后，提高后發(fā)酵溫度，即不會生成更多的副產(chǎn)物，又有利于雙乙酰還原，發(fā)酵時間可縮短2—4d，是目前較為普遍使用的發(fā)酵方法。

      3.恒溫發(fā)酵后熟工藝。主發(fā)酵和雙乙酰還愿采用了同一個溫度，實際上此工藝沒有主后發(fā)酵之分，發(fā)酵溫度控制方便，雙乙酰還原時間短，許多工廠在旺季采用此工藝。
 
    進(jìn)入儲酒罐的酒液中所含酵母細(xì)胞數(shù)應(yīng)控制在3×10個/mL，倒罐時應(yīng)嚴(yán)格隔絕酒液與空氣的接觸，以防止雙乙酰反彈，儲酒時間8—25d。