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汉化claasiclambic-酿造过程(发酵和窖藏)

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仅在啤桨 发表于 2020-9-12 01:58:00 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
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这次更新的是发酵过程中微生物的部分,原书中比较复杂(主要是专业术语),名称部分参考了两本书籍,感兴趣的朋友可以找来参考一下。相对统一的名称能快速明白和理解。这也是推进行业发展的一个重要因素

《基础食品微生物学》(第四版),中国轻工业出版社。

《啤酒生产有害微生物检验与控制》,化学工业出版社。



汉化:


兰比克的窖藏与发酵Lambic fermentation and cellaring

兰比克发酵的微生物学microbiology of the lambic fermentation

兰比克啤酒的独特之处在于它的微生物学。兰比克啤酒经过“自发spontaneous”或者“自然natural”发酵,也就是说,它们是由在酒厂周围和空气中发现的微生物菌群发酵完成的。这种做法本身并不是那么独特,在许多著名的酿酒地区,如波尔多或者勃艮第,许多伟大的葡萄酒现在仍然是这么做的。兰比克发酵是由微生物参与的独特组合。它由酵母和细菌组成,这对大多数能识别酵母的酿酒来说是一个令人惊讶的事实——但并不仅仅只是酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae或卡式酵母Saccharomycescarlsbergensis——它们是唯一能将麦汁变成优质啤酒的物质,同时也害怕细菌会造成啤酒的污染或变质。

事实上,如果我们回顾一下酿造历史,就会发现用于酿造艾尔的上面酵母和用于酿造拉格的下面发酵卡式酵母是酿酒厂唯一令人满意的品种。其他酵母可能属于酵母属Saccharomyces,酒香酵母属Brettanomyces,德克酵母属Dekkera,克勒克酵母属Kloeckera,汉逊酵母属Hansenula,假丝酵母属Candida,毕赤酵母属Pichia,有孢汉逊酵母属Hanseniaspora,隐球酵母属Cryptococcus,红酵母属Rhodotorula,被认为是污染物,通常归类于“野生酵母wild yeast”一词,“酿酒师无法控制”。同样的,在啤酒中少数能忍受PH值,酒精和啤酒花树脂等极端条件的细菌——和用于发酵的酵母——都是令人畏惧的污染物。它们包括乳酸菌属lactic acid bacteria(小球菌Pediococcus和乳酸菌Lactobacillus),醋酸菌属acetic acid bacteria(醋酸杆菌Acetobacter和醋单细胞菌Acetomonas),肠原杆菌enteric bacteria(克雷伯氏菌Klebsiella和哈夫尼亚菌Hafnia),发酵单胞菌Zymomonas。这些细菌会破坏啤酒的风味。但它们不会危害消费者的健康,也就是说,它们不具有致病性。幸运的是,由于啤酒的PH值低,酒精含量高,致病性微生物不能在啤酒中生长或长期存活。

虽然我们会把发酵称为“可控的腐败”,因为我们现在理解这个重要的由微生物引起的过程,并开发了现代技术来控制它,但兰比克的发酵仍是一个例外,我们经常失去对它的控制。然而,本文的目的之一是提供一种通过“控制”发酵过程来生产类似兰比克的啤酒。如果我们快速回顾一下列出的兰比克发酵过程中涉及的主要微生物(酵母菌,酒香酵母,德克酵母,克勒克酵母,小球菌和肠原杆菌),我们会发现除了第一种微生物以外,其他都与啤酒的腐败变质有关。因此,作为酿酒师,如果不能完全“管理控制”它,应该把兰比克发酵视为“令人满意的”腐败的结合和续发事件。作为兰比克的饮用者,我们应该避免使用“腐败变质”这个词,因为我们尊重生产这种啤酒的有经验的(敏感的)酿酒师。

如前文所述,传统的兰比克发酵大约需要两年时间。基于比利时鲁汶大学Verachtert教授和他的合作者深入细致的研究,我们知道几种微生物按顺序依次工作产生了兰比克啤酒独特的味道。下面是观察到的微生物发展的模式,麦汁冷却后的3-7天,可以从大气中获取收集微生物,发酵始于麦汁中肠原杆菌和柠檬型克勒克菌株的发育。3-4周后,这些微生物就会被过度生长的酿酒酵母S.cerevisiae和贝型酵母S.Bayanus所覆盖,它们负责主要的酒精发酵,持续3-4个月。随后观察到强烈的细菌活动。有害片球菌Pediococcus damnosus,乳酸菌接管了发酵。这些微生物在夏季的几个月达到最大密度,导致乳酸浓度增加五倍,PH值大幅下降。它们还可能引起一些酒桶的粘稠成丝状。在这个阶段,酒桶内空气的存在可能促成醋酸菌,醋菌属Acetobacter的发展,并导致啤酒的污染。

8个月后,在啤酒中发现了新的酵母细胞群。它们是布鲁塞尔酒香酵母Brettanomyces bruxellensis和兰比克酒香酵母Brettanomyceslambicus。它们负责进一步减少残留的提取物,发展特殊风味。在主发酵后还可检测到假丝酵母属,毕赤酵母属,汉逊酵母属和隐球酵母属的氧化酵母菌,并可在啤酒表面形成生物薄膜

总之,多达十几种微生物可能参与了兰比克啤酒的发酵!读者现在应该开始意识到这种啤酒的复杂性。它需要处理比拉格或艾尔更多的微生物,而这些微生物必须按照特定的顺序工作。而且也存在腐败变质,这对酿酒师来说是一个挑战!因此需要讨论兰比克发酵过程中有机物的顺序,它们的主要特征和特性以及它们对兰比克啤酒特性的贡献。(兰比克发酵过程中微生物的发展模式如图3所示)。

 

肠原杆菌Enteric bacteria(3-7天)

  冷却后的麦汁在随后的几天内肠原杆菌达到很高的细胞浓度。2周后浓度达到108cells/mL是常见的。这些肠原杆菌的生存能力迅速下降,两个月后,它们通常从发酵麦汁中消失。肠原杆菌或肠杆菌科Enterobacteriaceae是革兰阴性细菌。在兰比克发酵中发现的一些菌株与该家族最著名的例子——大肠杆菌,有密切关系,这种菌株在哺乳动物的肠道中大量存在。它们可能包括柠檬酸杆菌属Citrobacter,肠杆菌属Enterobacter,克雷伯氏杆菌,哈夫尼亚菌属。

  在麦汁中,它们产生多种多样的味道和香气,从甜的,蜂蜜,水果的,蔬菜到排泄物。肠原杆菌很容易利用麦汁中的葡萄糖来生长。然而,它们不能利用麦汁中的主要糖,麦芽糖或麦芽三糖。它们通过所谓的“混合酸发酵mixed-acid fermentation”将葡萄糖代谢成乳酸,醋酸和二氧化碳。在最终产品中发现的大多数醋酸是在发酵的早期阶段,主要是由这些肠道杆菌合成的。混合酸发酵(导致二氧化碳的排放)是这一阶段泡沫形成的原因。肠原杆菌消耗量兰比克麦汁中可获得的大部分氨基酸并产生多种氨和肽。给予兰比克特殊风味(暂时的)。氨基酸的耗尽被认为是主要的酒精发酵非常缓慢开始的原因

  由于已知麦汁中肠原杆菌能产生几种硫化物,羰基化合物和酚类物质,明确对兰比克的风味有贡献,尽管这些早期发酵产物中一部分在晚期阶段消失,被来自于主发酵过程中的二氧化碳气泡捕获(截留)entrapped。二甲基硫醚(DMS)是这种现象很好的一个例子,发酵前两周,肠原杆菌产生大量DMS,高达450ppb(VanOevelen等;1978)。大部分DMS被发酵气体剥离后,其浓度下降到100ppb。

 

Kloeckeraapiculate柠檬型克勒克酵母(3-7天)

  在麦汁中发现柠檬型克勒克酵母菌株,与肠原杆菌同时存在,即最初的两周。两周后,克勒克酵母Kloeckera被过度生长的酵母菌株Saccharomyces覆盖而消失,同样的现象在自然发酵的葡萄酒和苹果酒中也观察到。这种相似性可以理解为兰比克啤酒中一些葡萄酒和苹果酒的特征。克勒克酵母发酵葡萄糖,不发酵麦芽糖。这是一种混合酸发酵,观察到与肠原杆菌相似但不完全一样。柠檬型克勒克酵母和麦汁肠杆菌科的快速增长,醋酸和乳酸的合成,PH值从5.1下降到4.6。

  这种酵母一个有趣的特性是能分泌蛋白酶(分解蛋白质的酶)到它们生长的培养基中。虽然酵母在麦汁中不能存活很长时间(最多两周),也没有达到很高的细胞浓度(麦汁中105cells/mL),但我们认为它有助于分解大量在煮沸过程中没有沉淀的蛋白质。用于糖化的谷物中含有小麦,所以麦汁中蛋白质含量比全麦芽的更高。事实上,小麦是一种蛋白质含量特别高的谷物。蛋白质是啤酒冷浑浊的部分原因,因此,在发酵过程中的某些时间,有一些蛋白质水解活性的酵母是有益的。柠檬型克勒克酵母对最终产品风味贡献很少,只有少量花和水果特征的酯类物质,可能在主要发酵过程中由于挥发性高而被剥离。

  

Saccharomycesspecies酵母菌种(2周)

  两周后,柠檬型克勒克酵母被过度生长的酵母属,酵母菌种覆盖。这些菌株主要进行酒精发酵,并对麦汁的大部分衰减attenuation起作用。它们在麦汁发酵的头七个月占主导地位,在三到四个月后到达最大细胞密度5×106cells/mL这种细胞密度远低于商业上面发酵或下面发酵的108cells/mL密度。

  在兰比克中发现并分离的物种属于贝型酵母S.bayanus或酿酒酵母S.cerevisiae两者之一。根据Kreger Van Rij(1984)最新的酵母分类,贝型酵母现在被认为是酿酒酵母的一个属种。这两个品种都是非常活跃的发酵麦汁中的主要糖分,葡萄糖,麦芽糖,某些情况下的麦芽三糖。另一个分支品种是酿酒酵母属球形酵母S.globosus,在发酵中被发现的频率较低,密度也低很多(不超过103cells/mL)。它不发酵麦芽糖,这一限制可能解释了其在兰比克发酵中的次要作用。尽管兰比克麦汁中的大部分糖由酿酒酵母完成发酵,但他们不是兰比克啤酒中特征风味的主要促成因素。

 

Lacticacid bacteria乳酸菌(3-4个月)

  经过三到四个月,主要发酵完成。酵母种群减少,细菌种群数量增加。在此期间发现的大多数细菌分离物是片球菌属Pediococcus genera的乳酸菌。其中通常占主导的是有害片球菌P.damnosus,一些分离的乳酸杆菌Lactobacillus也可能被发现。七个月后乳酸菌达到最大值,此时正值立夏。一年的这个时候,酒窖温度上升,这似乎是乳酸菌生长必需的。事实上,兰比克发酵的相同现象在第二年观察到,也就是说,乳酸菌的数量在第二年夏季开始时达到顶峰。我们猜想,加速兰比克发酵的一个方法是一旦主要酒精发酵完成,就马上把酒桶温度调至较高的温度,要做到这一点,只需要有可调温的酒窖就可以,但由于酒窖年代久远(通常情况下,酒窖的建筑隔热性能都不是很好)。很少有兰比克酿造商能为此承担昂贵费用。

  有害片球菌对酒花的防腐性能是有耐受性的,其他乳酸菌在投放啤酒花的麦汁中生长会受到抑制。作为乳酸菌,有害片球菌在不释放二氧化碳的情况下将葡萄糖发酵成乳酸。它们的存在与随后几个月观察到的乳酸浓度大幅增加是一致的。乳酸是造成兰比克酸味的主要原因。它明确也是兰比克风味的关键成分之一。然而,在细菌增殖过程中乳酸浓度的增加是相当缓慢的,因为这些细菌非常挑剔(生长缓慢,营养需求复杂),在兰比克麦汁中也绝不会达到很高的细胞密度。有害片球菌很容易产生乙偶姻acetoin和双乙酰,可能给啤酒带来一种类似黄油的香味。片球菌属产生的双乙酰浓度大于200ppb,然而,这个值后期下降到约45ppb。

  通常,兰比克发酵到这一阶段会产生紊乱disorder,啤酒变得油状oily甚至粘稠状ropy。这种粘稠可能伴随发生不能通过过滤消除的浑浊haze或与此同时发生。在1900年,VanLaer发表了第一篇兰比克麦汁中形成粘稠的细菌的文章。这种细菌当时被称为布鲁塞尔黏质杆菌Bacillus viscosusbruxellensis,被认为是一些酒桶出现粘稠状的原因。这种紊乱是由一些来自麦汁中葡萄糖或麦芽糖产生的有害片球菌(原先是啤酒片球菌P.cerevisiae)引起的(Van Oevelen和Verachtert;1979)。粘稠状粘液由碳水化合物,核酸和蛋白质组成。其影响的仅是美观,对消费者无害。辛运的是,如果产生了黏液,它通常会在随后兰比克发酵中被生长的酒香酵母细胞水解。

  值得一提的是,在主发酵期间,偶尔会有一些醋酸菌存在,时间不定,数量可变。我们怀疑,酒桶的操作处理不当,导致兰比克麦汁暴露在空气中,除了氧气对啤酒的损害,还会引起醋酸菌的污染。事实上,醋酸菌是严格需氧菌strict aerobes,也就是说,它们没有氧气就不能生长。换句话说,它们在兰比克发酵过程中的存在并不被认为是令人讨厌的特征,可以通过保持酒桶注满的方式来避免。

 

Yeastof the Brettanomyces genus酒香酵母属的酵母(8个月)

  经过大约八个月的发酵,酵母种群数量再次增加。这时的优势菌种属于布鲁塞尔酒香酵母和兰比克酒香酵母。这些菌种一直留在兰比克麦汁中,是兰比克啤酒香气的主要来源。它们的生长与残留萃取物进一步的缓慢减少相符。在不同时期,酒香酵母属的微生物曾是酿酒历史的一部分。有关酒香酵母最早的文献是一部关于在英国啤酒二次发酵中使用这些微生物的专利,它是1903年由哥本哈根嘉士伯啤酒厂的酿造微生物学家N.Hjelte Claussen提出的。不幸的是,英国啤酒的烈度由于酒精含量的税收增加开始下降。英国酿酒商并没有对Claussen的杰出工作而表示出应有的尊重,相反,他们认为酒香酵母生产的这种风味不再受欢迎。谁说酿酒商不切实际

  酒香酵母在上面发酵酒厂仍是常见的生物,但它们属于不光彩的污染物。这些生物很难从啤酒厂清除,尤其是相当古老的啤酒厂。它们存在于啤酒厂的空气中,也存在于拉比克发酵使用酒桶的木质纤维中。法国葡萄酒行业也存在着一个有趣的情况。一些声誉很好的葡萄酒受到酒香酵母的污染,然后会说它增加了风味的复杂性和精致性delicacy。在1899年,健力士酒厂的Tullo已经从爱尔兰世涛中分离出两种“二次发酵酵母”。这种出口型的啤酒确实依赖这些酵母,不仅是它们独特的风味,还有它们显然有能力发酵多糖(我们今天称之为糊精dextrins)。而这些是“主发酵母(酵母属)”无法发酵的。1940年,Custers发表了一篇关于酒香酵母的杰出专著,报道首次对该属的系统调查研究,他总共研究了从英式艾尔eglish ale,世涛和兰比克啤酒中分离出来的17种不同品系。

  在这点上,有必要回顾酵母中糖的代谢调节(大部分研究是酵母属),以了解是什么导致酒香酵母是如此独特的微生物。碳水化合物的代谢在酵母中受到严格的控制。由于葡萄糖利用比通过酒精发酵产生更多的收益量,所以每当它们能,特别是在高氧和低糖浓度的情况下,酵母就会呼吸,从而增加微生物数量和细胞浓度。这种现象被称为“巴斯德效应Pasteur effect”。例如商业中从糖蜜生产面包酵母,当发酵(实际上是一种呼吸作用)在高曝容器中进行时,糖蜜会被少量脉冲注入到容器中,从而使可发酵糖的浓度保持或者低于0.5%。另一方面,葡萄糖浓度超过0.5%,即使有氧气存在,也会被酵母发酵为乙醇和二氧化碳;这种现象被称为“葡萄糖效应(反巴斯德效应)Crabtree effect”。

  酒香酵母最有趣的特点之一是,年轻的好氧菌表现出一种负面巴斯德效应(阴性巴斯德效应negative Pasteur sffect),也就是说它们在好氧条件下比厌氧条件下有更强的发酵能力,不像其他所有酵母。这种特性与它们在酒桶内表面形成薄层film或菌膜pellicle的能力是相符的。所有的兰比克酿造者都非常清楚,在发酵过程中,这层菌膜(可能由毕赤酵母属,假丝酵母属还有酒香酵母属组成的)不能被打碎,否则,啤酒可能被氧化损坏。

  酒香酵母的另一个重要特征是发酵产生的副产物比酵母积累得更多,这些副产物对兰比克的特性至关重要。尽管它们仍然只占总发酵糖的一小部分,但它们包含许多不同种类的化合物,每种化合物的浓度都很低,但其检测阈值更低(在低浓度时很容易闻到或者尝到)。这些化合物中最主要的是酯类,醋酸乙酯,乳酸乙酯。这些酯类可以通过有机酸与酒精之间的反应,化学或酶促形成(通过称为酯酶esterase的酶类)。与克勒克酵母属和酿酒酵母属不同,酒香酵母具有较高的酯酶活性esterase activity(Spaepen和Verachtert;1982)。酯酶活性可以双向作用,它可以引发有机酸和酒精合成酯,或者将酯类水解得到酸和酒精。

  酒香酵母对兰比克风味的特殊贡献,由乙醇,醋酸和乙酸通过酯酶高度化合形成醋酸乙酯,乳酸乙酯,还有酵母属在发酵早期产生的醋酸异戊酯在相同酯酶的水解作用的结果。同一发酵阶段,酒香酵母会产生一些醋酸。也会形成强烈的马的风味。浓度高时让人非常反感。这种现象在受到微生物污染的葡萄酒中尤其严重。然而在兰比克啤酒中,马的风味可强可弱,这取决于发酵时的环境条件。但是什么原因导致这个特征的出现还没有被很好的理解明白。对此负有一定责任的是四氢吡啶tetrahydropyridines(Heresztyn;1986)。它似乎只有当乙醇,氨基酸,赖氨酸存在于生长培养基中才能产生。因为麦汁在发酵过程中含有赖氨酸和乙醇,当酒香酵母是兰比克麦汁中的主要种类时,就为产生马的风味创造了环境条件。然而,在较低含量时,马的风味是兰比克风味中令人满意可取的部分。

  尽管酒香酵母属对兰比克风味的贡献极其重要,但就像片球菌属一样,非常缓慢。原因是相同的,酒香酵母是需要复杂营养的生长者,就算是发酵的后期阶段,它在兰比克麦汁中的细胞密度也相对较低。布鲁塞尔及其周围地区的微生物菌落是不同的。布鲁塞尔酒香酵母是城市的主要酵母,而兰比克酒香酵母是乡村的主要酵母。它们各自对兰比克的风味贡献是不同的。勒内·林德曼René Lindemans评论说“在乡村的野生酵母(酒香酵母)比布鲁塞尔的更好——后者被城市烟尘污染了”。这也可能与上述菌落的构成有关。

 

Yeastof the genera Pichia,Candida,Hansenula and Cryptococcus

毕赤酵母属,假丝酵母属,汉逊酵母属,隐球酵母属(8个月)

毕赤酵母属,假丝酵母属,汉逊酵母属和隐球酵母属的氧化酵母在兰比克发酵较晚时期被发现,它们(与酒香酵母一起)在主发酵后,在啤酒表面形成生物薄膜。据信,它们会产生少量的酯类和其他挥发物,为兰比克啤酒中轻微水果/苹果酒的特征做出贡献。汉逊酵母和毕赤酵母通过有氧发酵产生大量醋酸乙酯。占主导地位的菌种是兰比克假丝酵母Canida lambica和与之完美对应的发酵毕赤酵母Pichiafermentans。这些酵母在啤酒的表面发现,因为它们是氧化的,且构成了一个假菌丝体(由拉长的细菌分支链构成的半固态网络),这使它们能够漂浮。

 

A SpecificSequence一个特定顺序

  主要的研究结论来自于比利时,鲁汶大学Verachtert教授和他的合作者,以及我们在加州大学戴维斯分校对于兰比克发酵的微生物研究,是与兰比克发酵有关的主要微生物物种(按这个顺序排列):

●麦汁肠杆菌科(细菌)wort Enterobacteriaceae

●柠檬型克勒克酵母属(酵母)Kloeckera apiculate

●酵母属(酵母)Saccharomyces species

●有害片球菌(细菌)Pediococcus damnosus

●酒香酵母属(酵母)Brettanomyces species

 

由于是自然发酵,兰比克的发酵非常难控制,由此导致兰比克差异很大。实际上,相同酿造,冷却,相同环境接种后装满酒桶,可以生产出差异巨大的兰比克。这表明,酒桶中来自木质纤维潜在的微生物感染,酿酒师对于酒桶的处理,酒桶中氧气水平,这些都是兰比克发酵的关键因素。酒桶放在干燥的地方或震动机器旁边,都有被醋酸菌腐败损坏的风险,因为氧气可以通过木材和/或通过破损的微生物薄膜进入到兰比克中。一些极端类型的兰比克是在不受控制的条件下获得的。包括:硬兰比克,其特点是尖锐的酸味和水果香气,联合来源于醋酸菌腐败的高浓度醋酸和醋酸乙酯;软兰比克,其特点是酸度低,口感涩,收敛感,由于细菌播种和生长不足而产生类似芹菜的味道;粘稠兰比克的特点是大量片球菌引起的油状质地。



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——我不是懒,我只是懒得签名而已。PS:汽泡菌
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