啤酒生产技术第五章啤酒发酵

啤酒生产技术,第五章 啤酒发酵,5-1啤酒酵母,一、啤酒酵母的类型和种类 发酵类型：分为上面酵母与下面酵母 凝聚性：分为凝聚性酵母与粉状酵母。,上面酵母与下面酵母主要区别,凝聚性酵母与粉状酵母的区别,下面酵母发酵啤酒,下面酵母发酵法虽出现较晚，但较上面酵母更盛行 世界上多数国家采用下面酵母发酵啤酒 我国也是全部采用下面酵母发酵啤酒,传统下面酵母的几种主要菌株,二、啤酒酵母的主要特性要求,啤酒工厂使用的啤酒酵母是由野生酵母经有系统的长期驯养，经反复使用和考验，具有正常生理状态和特性，适合啤酒生产要求的培养酵母。 对啤酒酵母的基本要求是：发酵力高，凝聚力强、沉降缓慢而彻底，繁殖能力适当，生理性能稳定，酿制出的啤酒风味好。,啤酒酵母的主要特性要求,1.细胞和菌落形态 不同菌株的啤酒酵母有着不同的形态。 优良健壮的啤酒酵母细胞，具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透明均一 啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落呈乳白色至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈波状。,2.主要的生理特性要求,(1)凝聚性 啤酒生产一般选择凝聚性比较强的酵母。(2)发酵度 正常的啤酒酵母能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖等。 一般啤酒酵母的真正发酵度应为5068。(3)酵母死灭温度 可作为鉴别菌株的内容之一。一般啤酒酵母的死灭温度在5253，若死灭温度增高， 则说明酵母变异或污染野生酵母。 (4)产孢能力 一般啤酒酵母生产菌种都不能产生孢子或产孢能力极弱，而某些野生酵母能很好产孢。根据此特性，可判别啤酒酵母是否混入野生酵母。,啤酒酵母与野生酵母的主要区别,三、啤酒酵母扩大培养,培养过程： 斜面种子 生产所用的种子 两个阶段： 实验室扩大培养阶段 生产现场扩大培养阶段,斜面试管,富氏瓶（或试管）培养,富氏瓶（或试管）培养,卡氏罐培养,1.实验室扩大培养阶段,（5）实验室扩大培养的技术要求,应按无菌操作的要求对培养用具和培养基进行灭菌； 每次扩大稀释的倍数约为1020倍； 每次移植接种后，要镜检酵母细胞的发育情况； 随着每阶段的扩大培养，培养温度要逐步降低，以使酵母逐步适应低温发酵； 每个扩大培养阶段，均应做平行培养：试管45个，巴氏瓶23个，卡氏罐2个，然后选优进行 扩大培养。,2.生产现场扩大培养阶段,卡氏罐培养结束后，酵母进入现场扩大培养。啤酒厂一般都用汉生罐、酵母罐等设备来进行生产现场扩大培养。 （1）麦汁杀菌：0.080.10MPa，60min （2）汉生罐空罐灭菌： 灭菌1h，无菌压缩空气保压,2.生产现场扩大培养阶段,（3）汉生罐初期培养 将卡氏罐内酵母培养液以无菌压缩空气压入汉生罐，通无菌空气510min。然后加入杀菌冷却后的麦汁，再通无菌空气10min，保持品温1013，室温维持13。培养3648h左右，在此期间，每隔数小时通风10min。,2.生产现场扩大培养阶段,（4）汉生罐旺盛期培养 当汉生罐培养液进入旺盛期时，一边搅拌，一边将85左右的酵母培养液移植到已灭菌的一级酵母扩大培养罐，最后逐级扩大到一定数量，供现场发酵使用。 （5）汉生罐留种再扩培 在汉生罐留下的约15左右的酵母培养液中，加入灭菌冷却后的麦汁，待起发后，准备下次扩大培养用。保存种酵母的室温一般控制在23，罐内保持正压（0.020.03MPa），以防空气进入污染。,2.生产现场扩大培养阶段,（6）生产现场扩大培养的注意点 每一步扩大后的残留液都应进行有无污染、变异的检查； 每扩大一次，温度都应有所降低，但降温幅度不宜太大； 每次扩大培养的倍数约为510倍。,3.啤酒酵母的质量检验,（1）形态检验 优良健壮的酵母细胞应具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞壁，细胞质透明均一；年幼少壮的细胞内部充满细胞质；老熟的细胞出现液泡，内贮细胞液，呈灰色，折光性强；衰老细胞中液泡多，内容物多颗粒，折光性较强。生产上使用的酵母一般死亡率应在3以下，新培养的酵母死亡率应在1以下。镜检中，不应有杂菌污染。,（2）发酵度检验,在正常情况下， 外观发酵度wa=7587，（不排除酒精测定） 真正发酵度wr=6070， （排除酒精测定） 外观发酵度一般比真正发酵度约高20， wr=wa0.819。 淡色啤酒发酵度的区分可按表5-5来划分。,（2）发酵度检验,另外还有凝聚性、发酵速度、死灭温度、出芽率、耐酒精度、产酸、产酯等生理特性检验。,四、啤酒活性干酵母的应用方法（以 “安琪”牌啤酒活性干酵母为例）,1.低温发酵 发酵起始温度为9或更低（78），主发酵最高温度控制在1112。 啤酒活性干酵母必须活化1.52h，用量为0.5。 复水活化材料要求：容器必须洁净、可密封；活化用水必须是无菌的凉开水；麦汁必须经煮沸后取用。,四、啤酒活性干酵母的应用方法（以 “安琪”牌啤酒活性干酵母为例）,复水活化步骤 取煮沸后的1012Bx的麦汁，加等量的凉开水，迅速冷却至3032，加入可密封的洁净容器中，制成46Bx麦汁： 取所需用量的啤酒活性干酵母加入到46Bx麦汁中，麦汁用量为啤酒活性干酵母用量的510倍。 复水活化过程中，每隔10min摇动2min，活化1.52h。该工艺发酵45天可开始保压，此时糖度在4.5Bx左右。,四、啤酒活性干酵母的应用方法（以 “安琪”牌啤酒活性干酵母为例）,2.中温发酵 发酵起始温度为11，主发酵最高温度为1314。 啤酒活性干酵母用量为0.4，复水活化方法同上述低温发酵。 发酵4872h可开始保压，糖度在4.5Bx左右。 其他控制条件根据工艺要求而定。,四、啤酒活性干酵母的应用方法（以 “安琪”牌啤酒活性干酵母为例）,3.高温发酵 发酵起始温度为17，主发酵最高温度控制在为1920。 在此温度下，啤酒活性干酵母可不活化直接入罐，用量为0.3。 发酵3648h可开始保压，糖度在4.5Bx左右。,5-2、啤酒发酵机理,一、主要物质变化1、糖的变化 96%左右可发酵糖发酵为乙醇和CO2，是代谢的主产物； 2.02.5%转化为其他发酵副产物； 1.52.0%作为碳骨架合成新酵母细胞。 发酵副产物主要有：甘油、高级醇、羰基化合物、有机酸、酯类、硫化合物等。,2、含氮物质的变化 在正常的发酵过程中，麦汁中含氮物约下降1/3，主要是约50%的氨基酸和低分子肽为酵母所同化。酵母分泌出的含氮物的量较少，约为酵母同化氮的1/3。 啤酒中残存含氮物质对啤酒的风味有重要影响。含氮物质高（450 mgL）的啤酒显得浓醇，含氮量为300400 mgL的啤酒显得爽口，含氮物质量300 mgL的啤酒则显得寡淡。,3、其他发酵产物 （1）高级醇类 （2）酯类 （3）硫化物 （4）乙醛 成熟啤酒的乙醛含量一般10mg/L （5）连二酮 双乙酰的味阈值为0.10.15 mg/L；馊饭味,影响和消除双乙酰的方法,(1)减少-乙酰乳酸的生成 酵母菌株； 提高麦汁中-AAN的水平 (2)加速-乙酰乳酸的非酶氧化分解 提高麦汁溶氧水平；发酵前期适当通风搅拌； 酵母在发酵前期有强发酵力和产酸能力；迅速降低pH值 (3)控制和降低酵母的增殖速度 提高酵母接种量；降低酵母在发酵液中的繁殖温度； 控制-AAN水平 (4)加速双乙酰的还原 酵母菌株的影响-促进双乙酰渗透进入酵母细胞体； 双乙 酰还原阶段酵母细胞浓度的影响-高利于还原； 双乙 酰还原阶段温度的影响-高利于还原；,4、苦味物质 发酵过程中，麦汁中近1/3的苦味物质损失掉。主要原因是由酵母细胞的吸附、发酵时间增长等原因造成的。 5、pH值的变化 麦汁发酵后，pH值降低很快 下面发酵啤酒，发酵终了，pH=4.24.4 pH值下降原因：有机酸的形成,二、影响发酵的主要因素,1. 麦汁成分-氨基N、还原糖、锌等。 2. 发酵温度-变温发酵 淡爽型啤酒多采用较高温度发酵。 3. 罐压、CO2浓度 有罐压发酵，酵 母增殖浓度减少，发酵滞缓，代谢副产物减少。,53啤酒发酵技术,复习5-2啤酒发酵机理 1.影响啤酒质量的主要因素有哪些？ 2.在啤酒发酵过程中主要涉及到哪几类物质的变化？ 3.控制发酵过程中双乙酰含量的方法有哪些？,一、传 统 啤 酒 发 酵 主发酵：密闭或敞口的 主发酵池 下面发酵 后发酵：密闭的卧式 发酵罐,传统啤酒下面发酵的工艺特点,（1）主发酵温度比较低，发酵进程缓慢，发酵代谢副产物较少； （2）主发酵结束时，大部分酵母沉降在发酵容器底部； （3）后发酵和贮酒期较长，酒液澄清良好，二氧化碳饱和稳定，酒的泡沫细腻，风味柔和，保存期较长。,（一）、主发酵 （以敞口12麦汁发酵为例）,1.一般工艺过程 （1）麦汁冷却与接种酵 母：冷却至6 左右，接种量为0.5左右； （2）通入无菌空气，使接种后麦汁溶解氧含量在8mg/L左右； （3）酵母繁殖20h左右，麦汁表面形成一层白色泡沫，即行换槽； （4） 进行厌氧发酵，定期检查温度和糖度； （5）发酵23天左右，发酵温度升至最高，维持最高温度23天，然后进行冷却，控制发酵温度逐步回落，主酵结束时，发酵液温度控制在4.04.5。 （6）主发酵最后一天急剧冷却，使大部分酵母沉降槽底，然后将发酵液送至贮酒罐进行后发酵。 （7）酵母的回收。,2.主发酵过程的现象和要求,酵母繁殖期 起泡期 高泡期 落泡期 泡盖形成期,3.主发酵技术条件,（二）后发酵,主发酵结束后的发酵液称嫩啤酒。 后发酵的目的： (1)残糖继续发酵； (2)促进啤酒风味成熟； (3)增加CO2的溶解量； (4)促进啤酒的澄清。,后发酵的工艺操作和要求,1.下酒 下酒定义 下酒方法-多用下面下酒法。 入罐后，液面上应留出1015cm空距，有利于排除液面上的空气，尽量减少与氧的接触。 如果嫩啤酒含糖过低，不足以进行后发酵，可添加发酵度为20的起泡酒，促进发酵。 下酒酵母浓度控制在10106个细胞/mL,后发酵的工艺操作和要求,2.封桶升压 下酒满桶后，正常情况下敞口发酵23天， 以排除啤酒中的生青味物质。 封罐后，罐内二氧化碳压力逐步上升，压力达到5080kPa时保压，让酒中的二氧化碳逐步饱和。,后发酵的工艺操作和要求,3.温度控制 后发酵多控制先高后低的贮酒温度。 前期控制35，而后逐步降温至-11，保持较高温度利于双乙酰的还原，后期保持低温利于CO2饱和酒内和酒的沉淀与澄清。 后发酵室温度的控制：前期35，而后逐步降温至11。,4.后发酵时间,淡色啤酒要求酒花苦味柔和，一般贮酒时间较长； 浓色啤酒要求麦芽香味突出，一般贮酒时间较短； 原麦汁浓度高的啤酒贮酒期长； 低温贮酒的贮酒时间长；外销酒较内销酒贮酒时间长；,5.贮酒期的控制,酒龄：从封罐开始到酒成熟的天数。 传统：6090d，改进后缩短1530d 影响因素：酒的成熟度 保质期 酵母 贮酒罐的特点等,6.后处理,高温双乙酰还原后快速冷却法单宁、蛋白质澄清法酶制剂法：蛋白酶、果胶酶、葡聚糖酶等吸附多酚法：聚酰胺树脂、聚乙烯吡咯烷酮等还原剂法：VC、SO2类物质人工充CO2添加酒花油、异酸法添加Zn2、低聚糖、藻酸酯法等。其他方法：后酵的CO2洗涤法、 后发酵循环冷处理法等。,二、啤酒大型发酵罐发酵,（一）圆柱锥底发酵罐1. 特点(1)设备容量大，国内采用的罐容一般为100600m3。(2)底部为锥形，便于排放酵母。(3)罐身设有冷却装置，便于发酵温度的控制。 (4)采用密闭发酵，便于CO2洗涤和CO2回收； (5)罐内发酵液由于CO2梯度，而使发酵液进行自然对流，有利于酵母发酵能力的提高和发酵周期的缩短。(6)发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。采用CIP自动清洗系统。 圆柱锥底发酵罐的示意图见图5-4。,圆柱 锥底 发酵罐,基本结构,锥顶：CO2、CIP管道，防真空阀、过压阀、压力传感器等 罐体：冷却装置和保温层、测温和测压元件 锥底：冷却层、进出管道、阀门、视镜、测温和测压的传感器等。,主要结构参数,径高比：圆筒部分：1（14）； 罐容量：有效体积：80% 锥角：6090，一般6075。 冷却夹套与冷却面积-二次冷媒冷却。 啤酒冰点：-2.7-2.0 冷媒温度：-3左右 冷媒：2030%酒精水或20%的丙二醇水。,结构参数,隔热层与防护层:隔热层 聚酰胺树脂、聚苯乙烯塑料、聚氨基 甲酸乙酯、膨胀珍珠岩粉、矿渣棉等。 厚度150200mm。防护层 铝合金、马口铁：0.71.5mm； 不锈钢：0.50.7mm 以瓦楞型板材较美观、受欢迎。 罐压：安全阀与真空阀的作用。下酒时注意背压。 罐数：罐数发酵周期每天糖化次数罐容麦汁的批次数3,（4）工艺参数及要求,周期：1224d 接种量： 与酵母性能、代数、衰老情况、产品类型等有关 发酵开始：（1020）106个/ml； 旺盛时：（67）107个/ml； 排放酵母后：（68）106个/ml； 贮酒时：（1.53.5）106个/ml。 发酵最高温度与双乙酰还原温度： 国内低温发酵：8； 国内中温发酵：1012； 双乙酰还原温度发酵温度,工艺参数,罐压：最高0.070.08Mpa。 最高罐压最高温度100（MPa）。CO2（%，w/w）0.2980.04罐压0.008品温 满罐时间：1224h，最好20h。 真正发酵度：低发酵度：4856%； 中发酵度：5963%； 高发酵度：65%； 超高发酵度（干啤酒）75%。,工艺要求,注意原料的质量和糖化效果：每批次组成应均匀。 罐容与麦汁量相适应；最好16h内满罐。 麦汁温度控制有序 麦汁溶氧适度：8ppm。 发酵温控要稳定 尽量回收CO2并综合利用 注意罐的清洗：喷洗压力0.390.49MPa。,思考题,啤酒主发酵有哪几个过程？各有什么要求？ 主发酵过程的主要变化是什么？ 后发酵的目的有哪些？ 怎样进行后发酵的工艺操作？ 啤酒大罐发酵应控制哪些技术参数？ 有什么要求？,一罐法发酵工艺,（1）酵母添加 分次追加满罐。满罐时间最好在20h以内。 酵母接种量要比传统发酵法大些。 接种温度一般控制在满罐时较拟定的主发酵温度低23。 （2）通风供氧 冷麦汁溶解氧的控制可根据酵母添加量和酵母繁殖情况而定，一般要求混合冷麦汁溶解氧不低于8mgL即可。 （3）主发酵温度 多数厂采用低温（67）接种，前低温（910）后升温（1213）的发酵工艺，主要是为了既不形成过多的代谢产物，又有利于加速双乙酰的还原。 为了加速发酵，缩短酒龄，国际上有提高发酵温度的倾向。,（4）双乙酰还原 酵母在接近完成主酵时提高发酵温度一段时间，不会影响啤酒正常风味物质的含量，而有利于双乙酰的还原。 双乙酰还原温度一般控制在1014左右，使连二酮浓度降至0.08mgL以下时，即开始降温。 （5）冷却降温 当双乙酰还原到要求指标时，酒液开始冷却降温。 降至56时，保持2448h，减压回收酵母。 最后再降温至 0-1，贮酒714天。回收的酵母的处理。回收后通入无菌空气，以排除酵母泥中的CO2，再以无菌水洗涤数次。回收酵母在低温无菌水中，只能保存23天。也可在24下低温缓慢发酵，以保存酵母。,（6）罐压控制 发酵开始：采用无压发酵； 二氧化碳回收时：采用微压（0.010.02 MPa）； 发酵后期：外观发酵度达70以上时，封罐，逐渐升压至0.070.08 MPa。,一罐法发酵工艺曲线,（5）酵母的回收,特点： 降温至67后可随时排放酵母。 回收方式：酵母回收泵和计量装置、加压与充氧装置。 贮存方式：不洗涤，贮存温度易调节。,酵母的回收,回收方法： 人工回收；酵母离心机回收 回收酵母的处理和保存： 将回收的酵母泥置于酵地母贮存罐中，迅速添加23倍12 无菌水，使其降温并稀释之。 稀释后的酵母泥过100目筛。 过筛后的酵母静置沉淀，倾去上清液。 再用12 无菌水漂洗，静置12h酵母沉淀后，倾去上清液，再加无菌水保存，以后每天23次/天。,（6）罐的清洗与消毒,微生物的控制 污染途径： 麦汁冷却、输送管道、阀门、接种、发酵空罐等。 检验： 洗涤残水细菌总数5个/ml，每周一次厌氧微生物检测。,罐的清洗与消毒,杀菌剂的选择：ClO2、双氧水、过氧乙酸、甲醛等。 洗涤方法的选择：清水碱水清水清水碱水清水杀菌剂（ClO2、双氧水、过氧乙酸）清水碱水清水消毒剂无菌水清水稀酸（磷酸、硝酸、硫酸）清水碱水清水杀菌剂无菌水,（二）连续发酵,特点： 发酵效率高 操作方便、设备利用率高 生产周期短 啤酒损失少 酵母繁殖量少等优点。,连续发酵的形式,(1)多罐式连续发酵 很少采用。 (2)塔式连续发酵 要求采用高凝聚型酵母，以便保持较高的酵母浓度，在塔底部分形成一个浓集的塞柱。生产中要经常在塔底通入CO2，以使酵母层(塞柱部分)保持多孔流动性。 (3)固定化酵母连续发酵 具有酵母浓度高、活性强、酵母可长时间连续使用、设备利用率高、发酵条件（温度、pH、发酵时间、发酵终点）易于控制、发酵速度快等优点。 酵母固定化的方法有吸附法、包埋法等。,四、异常发酵现象和处理方法,1发酵液翻腾现象 产生原因：冷却不当 对策：中上部温度不要太高，保持罐压稳定。 2发酵罐结冰 啤酒冰点： -（酒精度0.42+原麦汁浓度0.04+0.02） 对策：冷媒温度-4-2.5等。 3酵母自溶 产生原因：罐底温度高，维持时间长等 对策：及时排放酵母泥，贮酒期上、中、下温度保持在-11。冷媒温度-4等。 4啤酒上头 产生原因：高级醇120ppM，异丁醇10ppM，异戊醇50ppM。,5双乙酰还原困难 产生原因：氨基氮低；高温快速发酵法，主酵后酵母沉降过早或酵母质量差、活性差。 6双乙酰回升发酵结束时合格，经低温贮酒或过滤后或杀菌后含量上升。 产生原因：前体多，滤酒后吸氧，后期染菌等。 对策：尽量减少吸氧；抗氧化剂；CO2背 压；灌酒时窜沫；满罐贮酒等。 7发酵中止现象 产生原因：酵母凝聚性强而絮凝；发酵力弱；麦汁成分、质量差等。,四、高浓度麦汁发酵法,浓醪发酵: 采用高浓度麦汁进行发酵，然后再稀释成规定浓度成品啤酒的方法。 它可在不增加或少增加生产设备的条件下提高产量。原麦汁浓度一般为16P 左右。 特点： 在不增加设备的基础上大幅度提高产量，提高设备利用率，并且可以降低生产成本，提高啤酒的风味和非生物稳定性。 不足之处：糖化的原料利用率低、酒花利用率低。,稀释方法：麦汁稀释法、前稀释法、后稀释法。后者对稀释用水的要求高。 高浓度啤酒稀释系统： 脱氧机和混合器两部分组成，微机控制。 高浓度啤酒稀释水处理系统关键设备，其中最关键的是稀释水的脱氧问题。要求稀释水中含氧量应小于0.3mgL。 水脱氧的方法有：热法真空脱氧、C02置换法、冷却真空脱氧等。,操作 杀菌（8085/5min）充CO2备压（0.050.10MPa）调无菌水脱氧并充CO2（真空度-0.095-0.090MPa）取样测试O2含量（0.30mg/L）准备碳酸水（CO20.40%质量分数，水温13）计算并自动混水结束（先关啤酒阀）。 加水比 加水比（高浓啤酒的浓度成品啤酒的浓度） 成品啤酒的浓度,THEEND！,