第二节 啤酒发酵机理 第三节 啤酒发酵技术
第四节 传统啤酒发酵 第五节 大型啤酒罐发酵
【复习】啤酒酿造工艺流程图
辅料糊化 麦芽醪 麦芽汁 麦糟 酒花糟＋热凝固物 游戏 第一节 啤酒酵母
一、啤酒酵母的特性 1、酵母是什么？
1680年，列文·虎克（荷兰），啤酒发酵液中“小小圆形物” 1818年，爱文斯本（捷克），“小小圆形物是活的生物， 由它引起发酵”。
1837年，施旺（德国）等，发酵微生物具有细胞结构， 发酵和繁殖同时进行，“糖真菌”
1860年，巴斯德（法国），确立发酵生物学说
随后，汉逊（德国），在实验室中成功地对啤酒酵母进行单细胞分离和纯种培养，纯种发酵技术才在啤酒中推广
酵母：能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳
和酒精的单细胞低等真核生物。(一般)
二、啤酒酵母的种类（据发酵特征分2种） 对棉子糖发酵 发酵结束时 上面啤酒酵母 1/3 漂浮在液面 下面啤酒酵母 全部 沉集于器底
我国大多数啤酒厂使用下面啤酒酵母。
三、啤酒酵母的扩大培养
1. 要点：
出发菌株的选择：单细胞分离和性能鉴定 扩培过程的无菌操作：扩培成败的关键 优良的培养基：扩培专用麦汁
恰当的扩大比例：高温比例大，低温比例小 恰当的移种时间：对数生长期（如何判断？） 严格控制培养条件：温度 逐级递减 通风 适当
汉森罐留种：保留15％酵母液，更换麦汁， 可连续使用半年左右
2. 扩培流程和操作方法：P19
接种
琼脂斜面 无菌空气
10ml麦汁28℃
100ml麦汁25℃
1L麦汁23℃
发酵灌10℃
繁殖罐11～12℃
汉生罐100L麦汁13～15℃ 卡氏罐5L麦汁20℃
扩培目的： ①菌体数量增加 ②训化酵母菌
扩大培养采用逐级递降温度、逐级添加酒花的培养方法。 扩大比遵循原则：培养温度较高时,采用1:10-20 低温培养时:1:4-5
最后一步的培养条件要与生产条件完全一致（为什么？）
麦糟
酒花糟＋热凝固物
【复习】最终麦汁质量
透明、少量棕色凝固物； 甜香、麦芽香、酒花香； 香甜味和苦味； 淡黄色、金黄色、琥珀色、棕褐色；粘度略大于水； 溶解氧＝6.5～8.5mg/L、pH＝5.3～5.5
化学组成（可溶性浸出物成分）：
可发酵性糖％：70～75 非发酵性糖％：15～25 含氮化合物％：3.5～5.5 矿 物 质 ％：1.0～2.5 其 他 ％：1.0
总 结 第二节 啤酒发酵机理
麦芽汁中某些组分
纯种啤酒酵母 一系列代谢过程
酒精 各种风味物质
啤酒
影响啤酒质量的主要因素： 麦汁的组成成分
啤酒酵母的品种、特性、质量、数量和生活状况 发酵工艺条件：pH、温度、溶氧水平、发酵时间、发酵罐的形状、大小、材料等
一、糖类的发酵（麦汁浸出物中糖类占90％左右）
啤酒酵母的可发酵糖及发酵顺序
葡萄糖＞果糖＞蔗糖＞麦芽糖＞麦芽三糖
非发酵糖：麦芽四糖以上的寡糖、戊糖、异麦芽糖等均不能发酵，成为啤酒浸出物的主体。 发酵代谢途径：EMP途径和无氧酶解等
糖的去路 ⅰ酒精（大部分的可发酵糖转化而来）
ⅱ副产物（高级醇、有机酸、酯等） ⅲ构成酵母的碳骨架
实际酒精转化率：1.859÷96％＝1.937g麦芽糖/g酒精
【复习】酒精发酵机制
（一）酵母的酒精发酵（EMP途径，酵母菌的Ⅰ型发酵） C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2C2H5OH+2CO2+2ATP，即：
2CO2 EMP途径 G 2乙醇 2丙酮酸 2乙醛 丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶
（二）巴斯德效应
在好氧条件下，酵母的发酵能力降低，即由于呼吸作用的进行使酒精产量大为降低。 （三）关于EMP途径
一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，净生成2ATP 三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶，不可逆步骤，起调节作用。 广泛存在于各种细胞，它的任何一个反应均不需要氧
二、麦汁含氮物质的转化
啤酒发酵过程中，麦汁中含氮物质约下降1/3。
酵母利用氮源合成自身细胞物质：吸收麦汁中的氨基酸＋同时经EMP途径、还原氨基化自己合成氨基酸
由于pH下降，高肽和蛋白质吸附沉淀而减少 泡沫及酵母表面吸附少量蛋白质颗粒
酵母自溶：发酵后期由于酵母衰老，胞内蛋白酶被活化（20℃以上更明显），分解细胞蛋白质形成多肽而进
入发酵液。 如酵母死亡太多，会造成啤酒消毒混浊。
麦汁发酵后残留的含氮化合物对啤酒风味影响极大
1. 残留肽类和中分子蛋白质含量的影响：提高啤酒浓醇性
啤酒中总氮、α－氨基酸和风味特性的比较
青岛 北京五星 丹麦嘉士伯 美国百威 德国斯巴顿 国内某厂 120P 120P 110P 120P 120P 120P
总氮
630 320 305 mg/L
α-氨基酸
mg/L 85 65 45
520
720
250
65 较淡
爽
啤酒风味特性
浓醇
淡爽 淡爽
95 极浓醇 75 寡淡
2.残留氨基酸含量的影响：啤酒生物稳定性↓;口味改变;爽口性↓
三、啤酒中的风味物质及发酵代谢途径
*
1.高级醇 * 最主要的风味物质之一
促进酒类具有丰满的香味和口味，增加酒的 协调性。过量使酒产生异杂味。 代谢途径 影响因素 2.挥发酯 使啤酒香味丰满协调。醇＋羧酸
酯化反应
酯
3.醛类（乙醛和糠醛等）＞10mg/L有不成熟口感，腐败
性气味和类似麦皮的不愉快苦味。＞50mg/L无法下咽
来自于麦汁煮沸中美拉德反应和发酵中醇类的还原 4.酸类(有机酸)“无酸不成酒”，主要的呈味物质，适量使
啤酒口感活泼、爽口。来自于麦芽、麦汁、发酵过程
5.连二酮（接19页）
*
6.含硫化合物（接23页）
高级醇代谢途径
A．氨基酸的氧化脱氨作用（1907年，德.化学家Ehrlish）
α－酮酸
氨基酸
α－酮戊二酸
谷氨酸等
正丙醇等 丙酮酸
脱羧.加氢
EMP
高级醇
葡萄糖
B．由葡萄糖直接生成 （1953年，Harris）
酵母通过糖代谢生成的中间产物丙酮酸，再经脱羧、加氢形成少一个碳原子的高级醇。
影响高级醇含量的主要因素
接29页 酵母品种：高发酵度菌株形成高级醇多
酵母在发酵中的增殖倍数：倍数↑，高级醇↑ 一般地，控制增殖倍数≤4。（想一想：为什么？） 高级醇是酵母合成细胞蛋白质的副产物 麦汁α－氨基氮：不足时，高级醇↑
麦芽溶解不良；辅料比过大；氨不足；酵母合成氨基酸能力不足时，都会引起 α-氨基氮不足。 此时，酵母必须通过糖代谢合成必需氨基酸，导致高级醇↑ 主发酵温度：温度↑，酵母繁殖↑，高级醇↑
麦汁充氧或发酵通风过度：酵母繁殖↑，高级醇↑
降低高级醇的方法： 控制酵母繁殖（但不能影响酵母发酵力）
控制麦汁α－氨基氮水平等
* 5. 连二酮类（VDK）
主要有戊二酮和丁二酮（双乙酰）
双乙酰是啤酒口味成熟的限制性指标，已列入标准中
双乙酰：
特性：具挥发性、强烈刺激性的化合物；是多种香
啤酒中双乙酰含量＞0.5mg/L ，似馊米饭的刺激味
含量＞0.2mg/L ，似烧焦的麦芽味。
味物质的前体，也是乳制品、白酒等蒸馏酒
的重要香味物质。
淡啤中含量＞0.15mg/L，也能辨别出不愉快的刺激味
酵母双乙酰代谢图 （双乙酰是酵母合成含氮物质的副产物） 转氨酶 异丁醇 α－酮乙戊酸 还原异构酶 异丁醇 缬氨酸 糖 EMP ＋NH3 （－） 丙酮酸 ＋ 醛酮缩合酶 α－乙酰乳酸 氧化（非酶氧化） 脱羧 α－乙酰乳酸 （非酶氧化） 乙醛 丁二醇 丁二醇 醇脱氢酶 脱氢酶 α-羟基丁酮 双乙酰 双乙酰 醇脱氢酶：发酵液大量形成酒精时酶活性才强化 起点物质：丙酮酸 关键酶：醛酮缩合酶 前驱物质：α－乙酰乳酸 消除双乙酰的方法
减少α-乙酰乳酸的生成
选育不形成双乙酰的菌株： （人工诱变、基因工程等）
提高麦汁中α-氨基氮的水平： （如增加缬氨酸的量） 控制和降低酵母增殖浓度：α-乙酰乳酸是酵母繁殖细胞的伴随产物(提高酵母接种量；降低酵母在发酵液中的繁殖温度)
加速 α-乙酰乳酸 的非酶氧化分解
发酵前期迅速氧化分解；否则其将残留在啤酒中，罐装后由于瓶中氧的存在使非酶反应继续发生，导致双乙酰产生
提高麦汁溶氧水平：即发酵前期适当进行通风搅拌，促使其在加速双乙酰的还原
加大罐压：促进双乙酰渗透进入细胞而被还原 ；
主发酵结束，不分离酵母：可加速双乙酰还原； 提高双乙酰还原阶段的温度：醇脱氢酶的活性加强
返回16页 酵母双乙酰代谢图 （双乙酰是酵母合成含氮物质的副产物） 转氨酶 异丁醇 α－酮乙戊酸 还原异构酶 异丁醇 缬氨酸 糖 EMP ＋NH3 （－） 丙酮酸 ＋ 醛酮缩合酶 脱羧酶 α－乙酰乳酸 氧化（非酶） 脱羧 ×α－乙酰乳酸 （非酶） 乙醛 丁二醇 丁二醇 醇脱氢酶 脱氢酶 α-羟基丁酮 双乙酰 双乙酰 基因工程啤酒酵母菌株（有α－乙酰乳酸脱羧酶） 6.含硫化合物
啤酒中有多种含硫化合物，94％不挥发性，与气味无关6％挥发性，虽然量少，但气味特殊，影响啤酒风味 来源：麦芽、酒花、辅料、酿造水、酵母发酵代谢等 H2S：＞10μg/L有生酒味（洋葱味）；＞50μg/L有坏鸡蛋味
其它：SO2、乙硫醇（臭鼬味）、二甲硫（腐烂包菜味）等，量极少，一般对啤酒风味影响不大
第三节 啤酒发酵技术
典型上面、下面发酵技术比较
上面发酵法 下面发酵法
菌种 S.cerevisiae S.carlsbergensis 糖化方法 以浸出法为主 以煮出法为主 起发酵温度/ 15-16 6-8 主酵最高温度/ 20-23 8-12
啤酒风味特点 发酵度高，酯香大 细腻、柔和、泡沫好 酒花用量 较少 较多
典型淡色啤酒类型 Ale Pilsener, Dortmundoe，Bock （爱尔） （比尔森，多特蒙德，博克） 典型浓色啤酒类型 Stout, Porter Munich （司陶特、波特黑啤） （慕尼黑）
一、啤酒发酵方法
传统发酵
分批式发酵 单酿罐发酵 大罐式发酵
多罐式发酵 连续式发酵
返回P34 二、啤酒发酵工艺技术控制(外界因素)
酵母菌株选择 除啤酒风味、稳定性外，发酵速度、发酵限度、凝聚性、回收性、稳定性均影响发酵过程的控制。 2.麦汁组成
0 原麦汁浓度P (10%~15%):【复习】什么是～？
1.
发酵前麦汁中含可溶性浸出物的质量分数（浸出物g/100g麦汁）
麦汁溶氧水平(3～9mg/L)
3.接种量（0.4～1.0kg酵母泥/100L）如何控制？ 4.发酵工艺条件控制 （变温发酵过程） 发酵温度：指主发酵阶段最高温度。分三类： 罐压：传统为敞口式发酵（主），现均采用密闭式 发酵，且主酵采用带压发酵(为了回收CO2)
【思考问题】 下面啤酒发酵温度分类
发酵接种温主发酵主发酵
特点
类型 度/℃ 温度/℃ 天数
酵母增殖慢，代谢副产物低温 6～7.5 7～9 8～12
少；酒花损失少；酵母自
中温 8～9 10～12 6～7 溶少，使用代数高；啤酒
细腻、柔和，浓醇性好
高温 9～10 13～15 4～5 酵母增殖快，高分子蛋白
质、多酚和酒花树脂沉淀较多，易酿成淡爽啤酒
近代崇尚淡爽啤酒，又因为啤酒副产物主要在酵母
增殖阶段大量形成，所以大多采用中温发酵，这样既保持啤酒原有风格，又可酿成淡爽啤酒。
结论：随着罐压↑，CO2↑，酵母浓度↓，副产物↓
问 题
为什么啤酒发酵温度远低于啤酒酵母的
最适温度?
最适温度：指细胞增殖的最适温度条件 1.温度低，酵母增殖少，副产物生成量少
2.避免杂菌污染(多数微生物的最适温度为20～30℃)
3.温度低，CO2量高，使啤酒的杀口感更强
4.温度低，同化氨基酸少，pH降低慢，酒花香气和苦味物质损失少，酿成的啤酒细腻、柔和、浓醇性好. 5.温度低，酵母自溶少，酵母使用代数高
第四节 传统啤酒发酵（下面发酵）
一、流程：（分批发酵）
每批定型麦汁（一或二锅） 前酵室7～8℃ 8～16h 添加酵母 酵母添加器 前发酵(酵母增殖) 前发酵池(密闭或敞口) 泡盖：由CO2带至液面的多酚、酒花树脂、高分子蛋白接触空气氧化、聚合形成的棕褐色泡沫层
贮酒室0～2℃
贮酒 贮酒罐(密闭)
后酵室0～2℃ 主酵室6～7℃ 30～40d或更长 6～7d 下酒 P158 主发酵(大量放热后发酵 回收酵母 后期产生泡盖) 后发酵灌(密闭) 主发酵池(密闭或敞口)有冷却排管
二、特 点
低温、缓慢发酵，接种量较小，周期长
下酒时保留一定的可发酵糖（用于后发酵） 下酒时保留一定的酵母浓度(加速双乙酰还原)
下酒温度可适当提高(2℃→6℃左右,缩短后发酵时间) 后酵和贮酒目的：
1.糖类继续发酵（产生足够CO2，排除异杂味） 2.增加CO2溶解；（啤酒中的CO2有何作用？5点） 3.促进啤酒成熟（双乙酰还原，乙醛降低，挥发性 含硫物质减少，酯化反应增多）
4.促进啤酒澄清（可同时采用添加单宁、明胶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等措施） ↓
提高啤酒非生物稳定性，特别是抗冷雾浊，澄清作用不明显
后发酵贮酒罐今昔
第五节 大型啤酒罐发酵
大型啤酒罐型式有：
圆筒体锥底发酵罐(常用) 塔式发酵灌
联合发酵灌（三罐、四罐） 上世纪20年代，德国酿造师发明立式圆筒体锥底发酵罐（奈当罐）H︰D＝2︰1， 夹套冷却，密闭式，从锥底排放酵母、充CO2洗涤啤酒 50年代开始，发酵灌从小型(10～30m3)→大型(100～1000m3以上)；从冷库→室外，逐步取代传统发酵
一、圆筒体锥底发酵罐(C.C.T)
1.发酵方法分类：
单酿罐发酵：前、主、后发酵、贮酒全部在一个罐中完成
两罐法发酵 ： 发酵灌：前、主发酵、有的包括后发酵
2.设备结构特点：
贮酒罐：（后发酵）、贮酒
大型化，圆筒体，锥形底，有冷却夹套；罐材料用不锈钢或碳钢＋涂料，防腐；有隔热层和防护层；温度传感器、取样阀、安全阀、视镜、灯镜、排气管、CIP执行机构
3.露天罐发酵的优点：
加速发酵；节省厂房投资
节省冷耗；发酵罐自动清洗消毒
温度分布
二、圆柱锥底罐发酵工艺
1.进罐方法
直接进罐法（不用繁殖罐），即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入圆柱锥底罐发酵。
2.接种量和起酵温度
例如某大罐，四批麦汁满罐，每批间隔4h，接种量为0.7%（满罐体积百分数），主酵温度12 ℃，接种量控制如下：
麦汁批数
麦汁温度（℃）
1 2 3 4 9.0 9.3 9.5 9.7
接种量 （%） 0.15 0.25 0.3 /
溶氧 （mg/L) 8～9 8～9 5～6
3(自然溶氧量)
发酵车间（燕京啤酒厂） ←啤酒发酵过程中表明泡沫的变化，酵母与CO2的分解情形
3.发酵温度：多采用低温（9-11℃）和中温发酵（11-12
℃）。生产淡爽型啤酒适宜用中温发酵。
4.VDK还原：一般在后发酵进行。还原温度可与主发酵相
同，也可低于主酵温度2-3 ℃。温度高，VDK还原时间短，但要根据酵母的特性决定VDK还原的温度。
5.冷却、降温：当VDK还原至终点时（VDK＜0.1mg/L）
降温（0.2~0.3℃/h），促使酵母聚集，排酵母。
6.罐压控制：主酵期间在无罐压或微压下进行，主酵后期
封罐逐步升压，还原阶段1～2d至最高值（0.07～0.08MPa），保持(或略降)至啤酒成熟。
7.酵母排放和收集：间断排放，速度缓慢，每组3只罐
(种罐2，废酵母罐1)。取中层酵母泥至种酵母罐（小型锥罐）＜4℃，低温无菌水1～2℃洗涤可保存1～2d
双座阀酵母添加器
酵母添加泵
啤酒和啤酒酵母回收系统
酵母接收罐
酵母储存系统
单罐法发酵
两罐法发酵
三、单罐法发酵与两罐法发酵
单罐法发酵 两罐法发酵
前、主、后发酵、贮酒前、主发酵、(后发酵)在发酵灌完
成；后发酵、贮酒在贮酒罐完成。 全部在一个罐中完成 接种量大，发酵周期短
（14～20d），贮酒期短（2～7d）适宜酿造淡爽型啤酒，口感新鲜 有两种技术：P159
贮酒期（陈贮后熟期）长（50～90d），啤酒有陈酿香味，口味柔和、醇厚、泡沫细腻、稳定，属中高级啤酒 有两种技术：P160 典型两罐法： 模拟传统两罐法：
单罐低温发酵：起酵温度9℃，主酵温度12℃，周期14d 单罐高温发酵：起酵温度11℃主酵温度14℃，周期20d
本章小结
啤酒酵母：特性、种类、扩大培养
啤酒发酵机理：发酵过程中糖的发酵、含
氮物质的转化、风味物质及发酵代谢途径 啤酒发酵技术：接种量、发酵温度、罐压 传统啤酒发酵：流程、特点
大型啤酒罐发酵：圆筒体锥底发酵罐、发酵工艺、单罐法、两罐法
名词概念：
泡持性、酵母自溶、单酿罐发酵、两罐式发酵、泡盖、 下酒、前发酵、主发酵、后发酵 简述题：
思考题
1.上面啤酒酵母与下面啤酒酵母的生理特点？ 2.啤酒酵母的扩大培养的目的、遵循的原则？
3. 发酵副产物对啤酒品质的影响。 4.影响高级醇含量的主要因素有哪些？
5.根据啤酒中双乙酰的形成与消失过程，说明生产中如何降低啤酒中的双乙酰含量，加速啤酒成熟？
6.啤酒低温和高温发酵对啤酒品质有何影响？为什么啤酒发酵温度远低于啤酒酵母的最适温度?
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