《啤酒发酵工艺》PPT课件

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1、第五章啤酒发酵,第一节啤酒酵母 第二节啤酒发酵技术 第三节传统啤酒发酵技术 第四节啤酒锥形罐发酵技术 第五节高浓酿造法,第一节 啤酒酵母,广义讲，凡是单细胞、时代时间较长的低等真核生物，统称为酵母。 酿造酵母分类学上属： 子囊菌纲原子囊亚纲内孢霉目酵母科出芽酵母亚科酵母属。 有两种： 啤酒酵母（S.Cerevisiae Hansen）能发酵葡萄糖、麦芽糖、蔗糖。因无蜜二糖酶，不发酵蜜二糖、乳糖、发酵1/3棉子糖。,按在麦芽汁25培养三天， 繁殖细胞形状长和宽的比例分为三组: 1 长宽比12 2，圆形或卵形，此组用于酒精（淀粉 ）、白酒等蒸馏酒生产。Rasse、 Rasse 。 2 长宽比2，长

2、卵形。用于啤酒、果酒和面包。 酿造易漂浮在泡沫层，液面发酵和收集。称为 上面发酵酵母（Top Fermentation Yeast）。英国式的Ale型啤酒。 3 长宽比2，长圆形-腊肠形。耐高渗透压，用于糖蜜酒精和朗姆酒生产。,葡萄汁酵母（ S.uvaum Beiyernch ) 1970年，Lodder将卡尔酵母、类哥酵母和葡萄汁酵母合并成一种称为葡萄汁酵母。啤酒界习惯称卡尔酵母。糖类发酵特征相同，均能全部发酵棉子糖。制造Lager型啤酒，发酵结束沉于器底，称为下面发酵酵母（Botorm Fermentation Yeast）。 我国常用菌种有浓啤1号和5号、青岛酵母、首啤酒母2595和25

3、97等。,酵母的凝聚性：对于卡尔酵母 1.粉末型酵母： 2.凝聚性酵母：发酵初期，酵母是分散在发酵液中，达到某发酵度发酵液细胞浓度突然降低，器底逐渐沉结酵母凝块，即使打散，短时静置，立即形成凝块。 聚凝点：发酵液中酵母细胞密度突然降低时的发酵度。 凝聚点太小3540%的酵母不能酿造高发酵度的啤酒。 3.絮凝性酵母：,优良啤酒酵母菌株评估 1.形态学的要求：选择长宽比1:1.11.3， 细胞大小：6.88.0 8.09.0m 2.生理要求： 繁殖速度：快， 15：繁殖迟缓期2.0h， 平均世代时间8.0h 15和10：平均世代时间差值小。 增殖倍数和细胞浓度：接种后细胞浓度1106 经23级培养

4、浓度达到6070 106 。,发酵力的要求： 酵母麦汁极限发酵度：2527，803% 起酵速度快，起酵时间短 （从接种到起白沫时间称起酵时间。） 发酵速度：高泡期降糖速度（2.5oP/d） 2-3d 啤酒主酵发酵度：淡爽型12oP，6568% 麦汁极限发酵度F极和啤酒发酵度F啤： 1.0%,凝聚力和沉淀能力 双乙酰峰值和还原速度: 挥发性物质 酵母对压力的耐受能力： 酵母的稳定性,啤酒发酵的机理： 麦芽汁浸出物中糖类占90%，其中 葡萄糖和果糖占糖类的10%，蔗糖占5%，麦芽糖占4050%，麦芽三糖占1015% 低聚寡糖2030%，少量的戊糖、戊聚糖等35%。 啤酒酵母的可发酵糖和发酵顺序：

5、葡糖果糖蔗糖麦芽糖麦芽三糖 啤酒酵母发酵可发酵糖类经EMP途径生成丙酮酸，丙酮酸无氧酵解产生酒精和CO2、同时还形成高级醇、挥发酯、醛类和酸类、连二酮类(VDK)、含硫化合物等一系列代谢产物，构成啤酒特有的香味和口味。,第二节 啤酒发酵技术,啤酒发酵方法： 分批发酵 传统发酵 大罐发酵（单罐、多罐） 连续发酵 固定化菌体发酵（连续、分批）,啤酒发酵工艺控制 啤酒发酵工艺技术控制多数停留在外界影响因素的选择性控制，它包括以下几个方面。 1酵母菌株的选择 啤酒酵母菌特性深深影响糖类的发酵、氨基酸的同化、酒精和副产物的形成、啤酒的风味、啤酒的稳定性等方面，所以，在选择酵母时，应考虑酵母发酵速度、发酵

6、度、凝聚性、回收性、稳定性等方面。,2麦汁组成 啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此，麦汁的颜色，芳香味、麦汁组成有一些会直接影响啤酒的风味，有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。 麦汁组成中影响发酵的主要因子是： 原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、-氨基氮、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。 原麦汁浓度： 1015%正常，9% ，15% 。 溶氧水平：溶氧高增殖快，在正常溶氧水平39mg/L下，酵母浓度差50%；溶氧缺乏时，繁殖前期受到麦汁中不饱和脂肪酸含量的调节，从0.5mg/L10mg/L，明显促进酵母增殖。,3接种量 啤酒在生产过程中常用上一批回收酵母泥接种，接种量是以每百升中的

7、千克数表示，一般为0.41.0kg(100L)，酵母泥中细胞浓度为(1520)108个/g。 提高接种量，分批发酵的营养成分不变，发酵时酵母最高细胞浓度相应增加，新生细胞浓度反尔减少，VDK峰值降低，高级醇生成减少。但接种量过高，新生细胞过少，导致后酵不彻底。,4发酵工艺条件控制 发酵温度 发酵温度是指主发酵阶段的最高发酵温度。传统原因，啤酒发酵温度远低于啤酒酵母的最适温度。上面啤酒发酵采用822C，下面啤酒发酵采用715C。采用低温发酵可以防止或减少细菌的污染，代谢副产物减少，有利于啤酒的风味。,下面啤酒发酵，习惯上按主发酵最高温度(即发酵温度)分为三类： 发酵类型 接种温度 主酵温度 传统

8、主酵天数 低温发酵 67.5 79 812 中温发酵 89 1012 67 高温发酵 910 1315 45,低温发酵，酵母增殖慢，最高浓度低，发酵中形成高级醇等代谢副产物少，同化氨基氮少，pH降低缓慢，酒花香气和呈味物质损失少，酿制的啤酒细腻，柔和，溶醇性好。酵母自溶少，酵母使用代数高。 发酵温度较高，酵母增殖浓度高，氨基氮同化率高，pH降低迅速，高分子蛋白质、多酚和酒花树脂沉淀较多，易酿制淡爽型啤酒，且，相同的贮酒期，啤酒的非生物稳定性好。 淡爽型啤酒多采用较高发酵温度（1012）较低的接种温度89，控制副产物的生成。,罐压、CO2浓度对发酵的影响： 为了回收CO2 ，主酵采用带压发酵，发

9、现绝大多数啤酒酵母菌株，增殖浓度减少，发酵迟缓，代谢产物减少。主要是CO2浓度的影响。 发酵初， CO2浓度对发酵速度略有影响，但明显会抑制风味物质乙酸乙脂和异戊醇的生成，这是加压发酵的基础。,连二酮类（VDK）：啤酒发酵成熟的一个指标。 双乙酰（丁二酮、CH3COCOCH3）和戊二酮（CH3CH2COCOCH3）都具有强烈的刺激性气味。双乙酰是多种香味物质的前驱物质，是黄油、奶酪等制品、蒸馏酒主要的香味物质。 啤酒中双乙酰味阈值在0.10.2mg/L， 戊二酮1mg/L。 来源：双乙酰是在酵母繁殖阶段形成。 旁路代谢-乙酰乳酸-氧化脱羧-双乙酰。 但在酵母还原酶的作用下，双乙酰进一步还原成2

10、.3丁二醇，它的阈值远大于双乙酰。可消除不愉快气味。,影响和消除双乙酰的方法： 1.减少-乙酰乳酸的生成： a选育优良菌株：基因修饰技术不形成双乙酰。 b提高麦汁中的-氨基氮水平： 麦汁缬氨酸85mg/L160mg/L， 双乙酰峰值0.85mg/L0.40mg/L。 2.加速双乙酰的还原：提高温度 -乙酰乳酸 双乙酰 2，3丁二醇 3.控制和降低酵母的增殖浓度：提高接种量；降低酵母在发酵液的繁殖温度；控制麦汁氨基氮不高于220mg/L，均能抑制酵母的增殖，控制-乙酰乳酸的形成 。,酶促还原,非酸氧化,第三节 传统啤酒发酵技术,一、流程和设备 二、酵母的添加和前发酵 三、传统啤酒的主发酵 四、主

11、发酵沉淀酵母收集和饲养 五、后酵和贮酒,一、流程和设备 酵母 麦汁前发酵主发酵后发酵和贮酒 设备：添加酵母器、密闭或敞口前发酵池、主发酵池、密闭式后发酵罐和贮酒罐。 建筑: 一般发酵室有绝热保护层，靠室温调节温度, 也可在槽内加冷却管。分为前酵室（78）、主酵室（67）、后酵和贮酒室（02）等部分。,，,二、酵母的添加和前发酵 1.酵母接种量 分批发酵采用低温、缓慢发酵。 接种后细胞浓度控制在512106个/ml 压榨酵母3040亿/g 自然沉降酵母泥1825亿/g 按20亿计每kg麦汁接种4g，即0.4%,2酵母添加方法 干道和湿道添加法 a.干道添加法：传统发酵采用 b.湿道添加法：大罐发

12、酵有些工厂采用 倍量添加法 分割法 递加法,3.前发酵 实际上是接种酵母泥处于休眠阶段，有数到十h的生长延滞期，才能进入出芽繁殖，当出芽细胞浓度达到20106个/ml，表面开始起沫，此阶段称前发酵。 前酵时间随接种温度、接种量变化，一般低温发酵1620h，中温1214h。降糖外观糖度0.51.0oP，温度自然升高0.71.0。 前发酵室在主酵室的上方，下酒用压差法。,三、传统啤酒的主发酵 低温主发酵温度：69 时间10d 前期，酵母增殖，达到最高浓度时，糖降最快，外观浓度1.52.0oP/d。VDK峰值在最高酵母浓度后1224h。此阶段大量释放发酵热，必须冷却。 当发酵度达到酵母凝聚点时(发酵

13、度在3545)，酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，发酵糖降速率也随之降低。为促进凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期逐步降低温度，使发酵温度逐步趋近于后酵温度。,当主发酵后期每日糖降小于0.3oP时，发酵缓慢，泡沫消失，逐步形成泡盖。泡盖是由CO2带至发酵液表面的多酚、酒花树脂、高分子蛋白质接触空气氧化、聚合而形成的。 在主酵结束前，捞去泡盖，下酒至后发酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。 主发酵下酒的工艺条件： 根据酵母发酵能力和后发酵时间 。 12oP浅色啤酒： 外观浓度3.64.0oP，温度为4.25.5。,四、主发酵沉淀酵母收集和饲养 当发酵糖降小于0.20.3oP/d，发酵液比较

14、澄清，无明显气泡产生，小心捞去泡盖，用位差法将嫩啤酒送入后发酵。主发酵池底沉结一层酵母泥沉淀。 酵母泥数量，随酵母最高浓度和凝聚性而有差别，通常每百升发酵液1.752.5L酵母泥。中层是正常凝聚酵母，分层刮出酵母，留中层酵母(约占75)作为种酵母。 酵母在12冰水下保存称做“饲养”,传统酵母泥回收方法： 中层酵母泥齿轮泵无菌酵母饲养室 同时加12无菌水 酒花树脂和热凝固蛋白质 过100目振荡筛 酵母泥 漂洗23次( 23h换水一次)。 饲养13d(不超过5d)。每天换12次冰水。 注意：无菌冰水，必须具有适宜离子浓度(300mg/L总无机离子)，特别Ca+2浓度应大于50mg/L。缺乏无机离子

15、会加速酵母死亡，缺乏钙离子会影响酵母的凝聚特性。应尽可能缩短酵母在水中(02)的饲养时间(不超过3d)。,l2无菌水,五、后酵和贮酒 传统式发酵在主发酵结束后，下酒至密闭式后发酵罐，前期进行后发酵，后期进行低温贮藏。后发酵和贮酒目的是：糖类继续发酵、促进啤酒风味成熟、增加CO2的溶解、促进啤酒的澄清。 1糖类继续发酵 后期大量酵母凝聚沉淀于器底，虽然有较多的可发酵性糖，发酵滞缓。通过下酒，发酵液受到冲击，悬浮于发酵液中的酵母凝聚团，受到分散，重新均匀分布于发酵液，发酵又可获得加强。,2.增加CO2的溶解 CO2是啤酒的重要组成分，它能赋予啤酒起泡性泡沫和杀口性，也能增加啤酒的防腐性和抗氧化，

16、CO2在啤酒中溢出能拖带啤酒芳香味散发。近代优质的瓶装酒CO2的质量分数L 常达0.450.53%， CO2密度为1.977g/L，啤酒中CO2 的体积为2.22.7L/L。随着贮酒时间的延长， CO2在啤酒中愈稳定。 每克麦芽糖发酵可形成0.511g CO2 ，啤酒在后酵中发酵1.01.2糖类，罐压保持0.078MPa，啤酒中CO2 就可0.5。,3促进啤酒的成熟 啤酒风味成熟是复杂过程，它包括还原、氧化、酯化、聚合等过程。研究对风味有明显影响的物质变化。 (1)联二酮类的还原 联二酮类物质包括：双乙酰(2,3丁二酮)、2,3戊二酮,及它们的前驱物质a-乙酰乳酸和a-乙酰丁酸。,啤酒发酵成熟

17、指标之一： 双乙酰0.1mg/L，或更低0.05mg/L 发酵完全停止后，醇脱氢酶存在，双乙酰会继续缓慢还原，在0也能进行。 (2)游离乙醛降低 (3)酯化 长期后发酵和贮酒会增加啤酒的贮藏香味，挥发酯将增加30100，其中乙酸乙酯增加最多。,(4)挥发性含硫物质的变化 挥发性含硫物质，包括H2S、SO2等，它们超过味阈值含量，是啤酒风味的有害物质，成熟啤酒指标是： H2S50g/L SO2 20mgL 挥发性含硫化合物在后发酵中，主要靠排出CO2或CO2洗涤的拖带而减少。,4促进啤酒的澄清 在发酵全部结束后，啤酒中还存在悬浮酵母、大分子蛋白质、酒花树脂、多酚、葡聚糖等悬浊物质。 过去啤酒的过

18、滤 简单的粗滤，包装后啤酒的透明度 稳定性主要取决于过滤前啤酒的澄清度。因此，啤酒在后发酵和贮藏过程的澄清极为重要。 现在有各种高技术澄清方法，相对来说，在后发酵和贮藏过程 自然澄清 意义小。,加速澄清的措施 :贮酒工序促进澄清方法 添加五倍子单宁(鞣酸)： 在啤酒中加入单宁的量为2080g/m3，常用2535g /m3，在过滤前3d以上加入，最佳澄清温度为02。 添加明胶或鱼膘胶：在pH4.4以下，带有大量正电荷和负电荷，并在啤酒中形成无规律线形(网状)，可以吸附带负电荷的酵母细胞和高分子蛋白质，形成较大颗粒，自然沉降于贮酒罐底。,添加蛋白酶： 在贮酒温度下，分解大分子蛋白质， 加入量和作用

19、时间 根据酶的性质和活性，过高或过低，会使啤酒更浑浊。 国外作为啤酒澄清剂的蛋白酶有： 美国，胃蛋白酶等复合酶 英国，木瓜酶等复合酶 德国，麦芽蛋白酶 日本，霉菌蛋白酶,我国常用：单一酶制剂 菠萝蛋白酶 木瓜蛋白酶 用量为0.51.0g /m3。 作用温度较高 最适温度45、pH5.0 贮酒期加入效果更佳， 作用只巴氏消毒过程中。 两酶制剂使用对澄清无明显作用，但能提高啤酒非生物稳定性，特别是抗冷雾浊。,第四节 啤酒大型发酵罐发酵 一、概述 早在80年前，德国酿造师(L.Nathan)发明了立式圆筒体锥底发酵罐，称为奈坦罐. H:D=2:1, 夹套冷却, 加压发酵0.05MPa.,二、圆筒体锥

20、底发酵罐(C.C.T)发酵 发酵方法分类: 单酿罐发酵: 前、主、后、贮酒全在一个罐中。 两罐法发酵: 1.前、主、在发酵罐; 后、贮酒在贮酒罐. 2.前、主、后在发酵罐, 贮酒全在贮酒罐.,设备特点： 容积100600m3 1.外型：D:H 单酿罐1:12 两罐法：发酵罐1:34 贮酒罐1:12 2.罐材料:碳钢 不锈钢 3.冷却：扣半管 米勒板 4隔热层：聚酰氨树脂 防护层：合金铝板 不锈钢板 5附件：温度传感器 安全阀 真空阀 视镜 灯镜 空气CO2排除管,锥型罐发酵优点： 1.加速发酵：对流 2.节省厂房： 3.节省冷耗：强制回流、冷媒直接冷却 4.发酵罐清洗消毒自动化 缺点：酵母层厚

21、度大，使用代数低，澄 清较困难，短时温度温度不能一致。,三、圆筒体锥底发酵罐发酵工艺 由于各厂酵母特性、啤酒风格有差别，工艺差异比较大，只讨论一些共性。 1.进罐方法 . 以前采用冷却麦汁混合酵母后，每二批到三批麦汁用一繁殖罐，使酵母克服滞缓期，进入对数生长期(一般要1620h)再泵CCT。 现在采用直接进罐法。即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵。如酵母凝聚性强，在进罐时用文丘里管或静态混合器，使空气、酵母、麦汁混合均匀。,2.接种量和起酵温度 直接进罐法，缩短起酵时间，采用较高接种量，0.60.8，接种后细胞浓度为(153)106个/m1。 直接进罐法，麦汁是

22、分批进入CCT ，为 减少VDK前驱物质-乙酰乳酸的生成量，要求满罐时间在1218h之内。 麦汁接种温度 一般低于主发酵温度23。使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。,3主发酵温度 国内菌株： 低温(910) 中温 (1112) 低温发酵：用于65)，外观浓度3.63.4oP； 中发酵度啤酒(6264)，外观浓度3.93.7oP，认为主发酵结束。,4VDK还原 大罐发酵后发酵一般称做VDK还原阶段。VDK还原初期一般不排酵母，全部酵母参与VDK还原，缩短还原时间。 还原阶段温度控制有三种方式： (1)低于主发酵温度23 模拟传统发酵控制，有利于改善啤酒风味，还原时间较长，一

23、般要710d。酵母也不易死亡和自溶。,(2)和主发酵相同温度 实际上发酵不分主、后发酵，操作容易，还原时间短 旺季大多采用此法。 (3)高于主发酵温度24 高温还原，还原时间可以缩短至24d，此法是近代快速发酵法的一大特点。,5.冷却、降温 VDK还原阶段的终点，根据成品啤酒控制VDK的含量 定。 优质啤酒希望VDK含量为0.06mg/L， 要求VDK低于0.1mg/L，才称还原阶段基本结束，可降温。在降温、排酵母、贮酒中，VDK有少量下降，则可达到要求。 降温速度控制在0.20.3/h。,6.罐压控制 大多数采用微压0.010.02，主发酵结束后期才封罐逐步升压，还原12d才升至最高值。由于

24、罐耐压强度和实际需要，C.C.T罐压一般最大控制在0.070.08MPa，以后保持(或略有下降)至啤酒成熟。,7酵母的排放和收集 凝聚性啤酒酵母，发酵度达到凝聚点(一般在发酵度3545)，啤酒酵母就逐步凝聚沉淀于器底，而且沉淀紧密。温度和压力影响不大。当VDK还原至 规定值(如0.1mg/L)时，可从锥底排放泥状酵母。 酵母的存放：用酵母泥的11.5倍的无菌低温酿造水(12)覆盖，存放温度不超过2，每天换一次无菌水。,8单酿罐发酵贮酒 单酿罐发酵 适宜制造淡爽型啤酒，追求新鲜口感， 贮酒期较短。 在36左右排放酵母，罐内继续降温至0 ，(约需ld)，在0 贮酒27d，理化和感官指标达到标准，可

25、过滤、包装。 单酿罐 罐内啤酒酵母常常排放不够彻底，罐内啤酒的品温、罐壁和中心不均衡。容易引起酵母自溶，增加杂味，不宜长时间贮酒。,四、两罐法发酵 典型比尔森型啤酒常称作Lager Beer， 陈贮啤酒。 特点：较长后熟期(传统发酵5090d)， 风味有陈酿香味，口味柔和、醇厚、细腻，泡沫细腻和稳定，啤酒浓度一般为1l13 oP，在啤酒中属高级酒。 大罐酿造LagerBeer，国内外多采用两罐法发酵技术。 分为两种：,典型两罐法： VDK还原至0.1mg/L以下，发酵结束，品温-46 凝聚性酵母排放，浓度到23106/m1 粉末性酵母 离心 浓度53105个/m1 板式换热器急冷 贮酒罐。 贮酒罐：在CO2背压0.15MPa，导入啤酒贮存,模拟传统两罐法： 主酵结束，提前11.5d降温 发酵度5055%，57，排放酵母 后贮罐 710dVDK还原情况，降温 0，罐压逐步升高至0.070.1MPa，开始几天排放酵母贮酒825d。,啤酒在低温(0-1.5)下贮酒期，可分三类： 710d 普通型 820d 国内销售高级酒 1830d 外销高级酒 长贮酒期是它们的共同特点，在贮酒期中，酒的化学和生物化学变化并不大，而物理化学变化很大，促使酒体更成熟、完美、稳定性更好。,成品啤酒,一、啤酒的过滤：硅藻土、离心机 二、啤酒的灌装：等压 三、啤酒杀菌： 四、啤酒标准：GB4927-2001,