啤酒发酵工艺论文jts 2

啤酒发酵工艺及其发展方向

啤酒发酵工艺及其发展方向

摘要   啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。根据工业啤酒发酵生产过程及方法，粗略的介绍其生产流程及现状，同时介绍对一些发酵啤酒的啤酒酵母的培育的选择情况，各种经过培育之后的啤酒酵母和传统啤酒酵母相比之间所具有的优势等。并简单介绍实验室啤酒发酵。

关键词  啤酒发酵，啤酒酵母，菌种培育

啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。在2009年，亚洲的啤酒产量约5867万升，首次超越欧洲，成为全球最大的啤酒生产地。作为第一，我国更应该将这项技术进行深刻的研究，是这项技术得到发展。

啤酒一般典型特征：表现在多方面。在色泽方面，大致分为淡色﹑浓色和黑色3种，不管色泽深浅，均应清亮﹑透明无浑浊现象；注入杯中时形成泡沫，应洁白﹑细腻﹑持久﹑挂杯；有独特的酒花香味和苦味 淡色啤酒较明显 且酒体爽而不淡 柔和适口 而浓色啤酒苦味较轻 具有浓郁的麦芽香味 酒体较醇厚；含有饱和溶解的CO2，有利于啤酒的起泡性，饮用後有一种舒适的刺激感觉；应长时间保持其光洁的透明度，在规定的保存期内，不应有明显的悬浮物。

啤酒酿造的原料为大麦﹑酿造用水﹑酒花﹑酵母以及淀粉质辅助原料(玉米﹑大米﹑大麦﹑小麦等)和糖类辅助原料等。其生产大致可分为麦芽制造﹑啤酒酿造﹑啤酒灌装3个主要过程。

啤酒发酵机制   啤酒的生产是依靠纯种啤酒酵母利用麦芽汁中的糖、氨基酸等可发酵性物质通过一系列的生物化学反应，产生乙醇、二氧化碳及其他代谢副产物，从而得到具有独特风味的低度饮料酒。啤酒发酵过程中主要涉及糖类和含氮物质的转化以及啤酒风味物质的形成等有关基本理论。

发酵主产物--乙醇的合成途径

   麦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。单糖可直接被酵母吸收而转化为乙醇，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如下：

总反应式  1/2C12H22O12+1/2H2O→C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP+226.09kJ 

1.工业生产啤酒的方法

现在啤酒生产的方法主要有七种，分别是：（1）浓醪发酵：1967年开始应用于生产。是采用高浓度麦汁进行发酵，然後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16°P左右。（2）快速发酵：通过控制发酵条件﹐在保持原有风味的基础上，缩短发酵周期，提高设备利用率，增加产量。快速发酵法工艺控制条件为：在发酵过程某阶段提高温度；增加酵母接种量；进行搅拌。（3）连续发酵：1906年已有啤酒连续发酵的方案，但直到1967年才得到工业化的应用。主要应用国家有新西兰﹑英国等。由于菌种易变异和杂菌的污染以及啤酒的风味等问题，使啤酒连续发酵工艺的推广受到。（4）圆柱圆锥露天发酵罐：目前最常用的啤酒生产方法，1966年起开始应用于生产。其主要优点为：可缩短发酵周期，节约投资，回收CO2和酵母简便，有利于实现自动控制。目前单罐容积在600Kl的已很普遍，材质一般为不锈钢。（5）纯生啤酒的开发：随著除菌过滤﹑无菌包装技术的成功，自70年代开始开发了不经巴氏杀菌而能长期保存的纯生啤酒。由于口味好，很受消费者欢迎。目前有的国家纯生啤酒已占整个啤酒产量的50％。

（6）低醇﹑无醇啤酒的开发：为汽车司机﹑妇女﹑儿童和老年人饮用的一种清凉饮料。它的特点是酒精含量低。无醇啤酒酒精含量一般在0.5～1％，泡沫丰富，口味淡爽，有较好的酒花香味，保持了啤酒的特色。（7）固定化酵母生产啤酒的研究：70年代开始研究，目的在于大幅度缩短发酵周期。实质上是为了克服菌种变异﹑杂菌污染问题，而且是更为快速的连续发酵工艺。已取得的成果为：前发酵由传统法的5～10日缩短为1日，可连续稳定运行3个月。

圆柱露天锥形发酵罐发酵是目前世界上最常用的发酵方法，该发酵方法的罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，具有相当的高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。圆柱锥形发酵罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵，加工十分方便。德国酿造师发明的立式圆柱锥形发酵罐由于其诸多方面的优点，经过不断改进和发展，逐步在全世界得到推广和使用。我国自20世纪70年代中期，开始采用这种方法，目前国内啤酒生产几乎全部采用此发酵法。

圆柱露天锥形发酵罐发酵有以下特点（1）底部为锥形便于生产过程中随时排放酵母，要求采用凝聚性酵母。（2）罐本身具有冷却装置，便于发酵温度的控制。生产容易控制，发酵周期缩短，染菌机会少，啤酒质量稳定。（3）罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，减少建筑投资，节省占地面积，便于扩建。（4）采用密闭罐，便于CO2洗涤和CO2回收，发酵也可在一定压力下进行。即可做发酵罐，也可做贮酒罐，也可将发酵和贮酒合二为一，称为一罐发酵法。（5）罐内发酵液由于液体高度而产生CO2梯度。通过冷却控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。由于强烈对流的存在，酵母发酵能力提高，发酵速度加快，发酵周期缩短。（6）发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。（7）锥形罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵。（8）可采用CIP自动清洗装置，清洗方便。（9）锥形罐加工方便，实用性强。（10）设备容量可根据生产需要灵活调整。

啤酒发酵的工艺参数包括：（1）发酵周期，由产品类型、质量要求、酵母性能、接种量、发酵温度、季节等确定，一般12～24天。（2）酵母接种量，一般根据酵母性能、代数、衰老情况、产品类型等决定。（3）发酵最高温度和双乙酰还原温度，啤酒旺盛发酵时的温度称为发酵最高温度，双乙酰还原温度是指旺盛发酵结束后啤酒后熟阶段（主要是消除双乙酰）时的温度，一般双乙酰还原温度等于或高于发酵温度，这样既能保证啤酒质量又利于缩短发酵周期。（4）罐压，根据产品类型、麦汁浓度、发酵温度和酵母菌种等的不同确定。（5）满罐时间，从第一批麦汁进罐到最后一批麦汁进罐所需时间称为满罐时间。（6）发酵度，可分为低发酵度、中发酵度、高发酵度和超高发酵度。

啤酒酵母的培育的选择

在发酵的过程当中，啤酒酵母所起到的作用是不可替代的，同时，研究新型的啤酒酵母之后应用于实践，对工业生产啤酒将有十分巨大的作用，所以，对新型啤酒酵母的发展也是在啤酒发酵研究当中所不可缺少的。

在啤酒发酵过程中，乙醇脱氢酶是酿酒的一种阻碍酶，敲出编码它的基因可以是酿酒成品量获得提高，在敲出了sfa1基因后，可以获得乙醇合成量得到提高的基因突变株。突变株的乙醇产率可以提高8%。

破坏啤酒酵母工业菌株YSF31的adh2基因，在其基因位点插入来源于YSF31的GSH1基因和铜抗性筛选标记CUP1基因。通过铜抗性筛选转化子，经PCR和乙醇脱氢酶Ⅱ活性测定，可获得一种啤酒酵母工程菌，实验表明，自克隆菌株乙醇脱氢酶Ⅱ活性是受体菌的65%，谷胱甘肽含量比受体菌高34%，其他发酵指标没有明显变化，这一技术有十分重要的应用价值。可以参考作为啤酒酿造菌。

将啤酒酵母的ECM25基因进行敲除，在有氧条件下GSH分泌量在对数生长期比原菌高21%（11度时）和15%（28度时），同时，在锥形瓶中连续发酵后，转化菌成品酒中GSH含量分别提高32%和14%，其它常规指标没有明显的差别，说明这是一种有抗老化能力的优良啤酒酵母菌种，可以提高啤酒风味的稳定性。

二氧化硫在啤酒中具有抗氧化的功能，所以控制其产量对降低啤酒的氧化作用，提高啤酒的风味就有十分重要的作用，通过克隆MET14基因，重组表达质粒在啤酒工业酵母中表达，产生高二氧化硫产量啤酒酵母工业菌株，对构建新型优良啤酒酵母工程菌有十分重大的意义。

双乙酰是啤酒中的重要风味物质，它的形成与消除是啤酒风味成熟的重要限速步骤。通过基因工程手段修饰异亮氨酸-结氨酸生物合成途径，可以降低双乙酰的形成，从而构建出一种新型的啤酒酵母菌种。

2.实验室啤酒发酵

在实验室啤酒发酵过程中主要包括：啤酒酵母扩大培养、麦芽汁糖度测定、啤酒主发酵、酒精度测定及原麦汁浓度计算和啤酒后发酵及品质评价这几个关键的过程。

第一步：啤酒酵母的扩大培养流程如下：

第二步：麦芽汁糖度测定，操作如下：

取100mL麦汁，放于100mL量筒中，放入糖锤度计，待稳定后，从糖锤度计与麦汁液面的交界处读出糖度，同时测定麦汁温度，根据校准值，计算20℃时的麦汁糖度。若糖度较低，糖度计不能浮起来，可多加一些麦汁，直至糖度计浮在液体中。

第三步：啤酒主发酵

方法如下：1.将麦汁加水，使糖度达到10 Bx，0.05 Mpa灭菌30分钟。冷却后摇动充氧，沉淀。2.将50mL酵母菌种接入，在10℃生化培养箱中发酵，每天观察发酵情况。3.主发酵： 10℃，7天→至4.0 plato时结束（嫩啤酒）。

一般主发酵整个过程分为酵母繁殖期，起泡期、高泡期、落泡期和泡盖形成期等五个时期。仔细观察各时期的区别。

1、酒精度的测定

重量法：（1）称取试样100克，全部移入500ml已知质量的蒸馏瓶中，加水50ml和数粒玻璃珠，装上蛇形冷凝器（或冷却部分的长度不短于400mm的直型冷凝器），开启冷却水，用已知质量的100ml容量瓶接收馏出液（外加冰浴），缓缓加热蒸馏（冷凝管出口水温不得超过20℃），收集约96ml馏出液（蒸馏应在30-60分钟内完成），取下容量瓶，调液温至20℃，然后补加水，使馏出液质量为100克（此时总质量为100+容量瓶质量），混匀。

（2）测量A：将附温比重瓶洗净，干燥，称量，反复操作，直至恒重，得C。将煮沸冷却至15℃的水注满恒重的比重瓶中，插上带温度计的瓶塞（瓶中应无气泡），立即浸于20℃±1℃的水浴中，待内容物温度达20℃，并保持5min不变后取出，用滤纸吸去溢出支管的水，立即盖好小帽，擦干后，称量得A。

（3） 测量B：将水倒去，用试样馏出液反复冲洗比重瓶三次，然后装满，按测量A同样操作，得B。

（4）计算： 试样馏出液的相对密度计算：查表

         d2020 =（B-C）/（A-C）

（5）查比重和酒精对照表，求得酒精含量。

我国颁布标准规定：11度啤酒的酒精含量不低于3.2%，12度啤酒的酒精含量不低于3.5％。

2、原麦芽汁浓度的计算

根据巴林氏的研究，在完全发酵时，每2.0665g浸出物可生成1g酒精，0.9565g CO2和0.11g酵母。若测得啤酒的酒精含量（重量百分比）为A．实际浓度为n，则100克啤酒发酵前含有浸出物的克数应为：  A×2．0665十n

生成A克酒精，即从原麦汁中减少A×1.0665克浸出物（CO2和酵母沉淀物）。 

我国部颁标准规定：11度啤酒原麦汁浓度为10.8~11．2％，12度啤酒为11.8~12.2%。

若计算所得的原麦汁浓度与发酵之前的麦汁浓度相符，说明发酵正常；

若计算所得的原麦汁浓度与发酵之前的麦汁浓度不符，说明发酵不正常，可能有野生酵母或细菌污染。 

3、发酵度的计算

麦芽汁经发酵后浸出物减少的百分数称为发酵度。发酵度随麦汁中可发酵糖与总糖的比例而变化。一般说来，可发酵糖含量越高，发酵度也越高。发酵度还因酵母菌种的不同而变化。有些酵母菌，其分解代谢抑制（catabolite repression）活性很强，在有葡萄糖和果糖时，不分泌麦芽糖渗透酶，在有麦芽糖存在的情况下，麦芽三糖渗透酶被阻遏，因此发酵度低；还有些酵母菌，如糖化酵母（S.diastaticus）能分泌胞外淀粉葡萄糖苷酶，能分解四糖以上的寡糖，因此发酵度高。发酵度常有两种表示方法： 

（1）外观发酵度＝（P - m）/P ×100％

式中  P——原麦芽汁浓度

m——啤酒的外观浓度

（2）实际发酵度＝（P - n）/P ×100％，    ·

n——啤酒的实际浓度

浅色啤酒根据其实际发酵度可分为三个类型

低发酵度 ： 50％左右。往往使啤酒保存性差。

中发酵度 ： 60％左右。较合适。

高发酵度 ： 65％左右。较合适

发展方向

节能：随着国内外能源日趋紧张，可用资源随着时间的推移不断减少，煤、油、电、水价格不断攀升，节能既是摆在每一个行业面前的重要任务，也是未来技术发展的方向。

生产线系统节能

⑴啤酒包装生产线是一个消耗水、电、汽比较多的系统。部分生产用水循环利用，作为杀菌机及洗瓶机碱槽用水，这点国内有个别厂家已经在考虑。

⑵洗瓶机的溢流热水可作为洗箱机用水。现在国内外少数厂家已经采用。

⑶加热器的蒸汽冷凝水集中回收，返送给锅炉作为蒸发用水，这点国外已普遍采用。

⑷加强回收瓶管理，改善回收瓶存放条件，从而降低洗瓶机的碱耗及水耗。

节能型设备研究开发

前几年，国外开发出一种节能型杀菌机，其耗水量比普通杀菌机要少一半，国外已经推广使用。在国内有两个厂家使用这种进口杀菌机，效果很好，现在国内的设备厂家也正在研究开发这种设备。相信今后随着技术的不断进步，会开发出更多、更好的节能型国产啤酒设备。

近几年，大多数厂家采购都倾向于选择36,000瓶/时和40,000瓶/时啤酒灌装生产线。从市场销售情况看，36,000瓶/时和40,000 瓶/时啤酒灌装生产线的销售量已经超过24,000瓶/时啤酒灌装生产线，购买20,000瓶/时啤酒灌装生产线的厂家更少。这是一个理性的趋势，今后还会朝着这个方向发展，因为，中国的人才成本不断攀升，厂房所用的土地及建筑用材价格不断提升。除此之外，国内的技术及制造水平也不断提高，36,000瓶/时和40,000瓶/时啤酒灌装生产线技术已相对成熟，国内的瓶、箱等产品的质量也相应提高，所以这种选择是必然的，今后的下一个发展目标是48,000瓶/时、56,000瓶/时啤酒灌装生产线。

人性化设计：要保证一条包装生产线或者一台机器良好运行，除了其本身的质量外，还有一个重要因素，就是操作者。设计者在研发时除了要考虑机器本身，也应该考虑提供给操作者一个舒适、方便的操作环境，这样才能把操作者的主观能动性调动起来，实现机器效率最大化。在这方面的研究国内要比先进国家落后很多，有待我们今后进一步研究和解决。

在现今的社会之中，啤酒被人们所广泛接受，如何让啤酒对人类健康有所帮助，将啤酒变的更加具有风味和便于生产等等工业方面的难题，都在等着人们去一步步的发掘，在研究生产方法和新型菌株构建方面，这是不可缺少的，所以，在以后这方面技术将得到更大的发展。

参考文献

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