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精酿啤酒的麦汁发酵方法

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啤酒酵母:啤酒酵母属真核生物,细胞结构类似高等生物,包括细胞比、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体以及各种贮藏物质。
啤酒酵母的化学成分:啤酒酵母的细胞以含水分为主,为75%~85%。干物质只占15%~25%,主要由碳、氢、氧、氮和少量矿物质组成,其中碳占49.8%,氢占6.17%,氧占31.1%,氮占12.7%,这些元素组成了酵母细胞内各种有机物质和无机物质。
啤酒酵母的菌落:啤酒酵母的菌落特征与细菌相似,但比细菌菌落大而厚,菌落表面光滑、湿润、粘稠,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都和均一,啤酒酵母的菌落为乳白色。
啤酒酵母的繁殖:酵母菌的繁殖方式可分为无性繁殖和有性繁殖两大类:无性繁殖包括芽殖、裂殖和产生无性孢子:有性繁殖主要是产生子囊孢子。在正常的营养状态下,啤酒酵母都是无性繁殖。主要以芽殖为主。
啤酒酵母的生活史:啤酒酵母的生活史是单双倍体型,,单倍体及双倍体营养细胞都是可以进行芽殖繁殖。通常双倍体营养细胞大,生活能力强,在一个群体内的单倍体随时间的推移而逐渐减少,啤酒酵母发酵都利用培养的双倍体细胞。

啤酒酵母的成长

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发酵罐灭菌

“灭菌”指的是用化学或物理的方法杀灭或除去物料及设备中所有的有生命物质的技术或工艺流程。
灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种,前者指菌体虽死,但形体尚存,后者则指菌体杀死后,其细胞发生溶化、消失的现象。
工业上常用的方法有:干热灭菌、湿热灭菌、化学药剂灭菌、射线灭菌和介质过滤除菌等几种。

在啤酒生产中,发酵罐主要采用化学药剂即火碱、双氧水等灭菌,禁止采用热水、次氯酸、氯气等含Cl-的灭菌剂灭菌。

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啤酒发酵机理

糖类的发酵:
啤酒酵母的可发酵性糖和发酵顺序是:
葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖>麦芽三糖
酵母发酵糖类生成乙醇和CO2的总反应方程式如下:
C6H12O6+2ADP+2H3PO4…………2C2H5OH+2CO2 +2ATP+113kJ
含氮物质的同化或转化:酵母发酵初期,啤酒酵母必须通过吸收麦汁中的含氮物质,来合成酵母细胞自身的蛋白质、核酸和其他含氮化合物,以满足自身生长繁殖的需要。
发酵副产物:麦汁经过酵母发酵除了生成乙醇和二氧化碳外,还会产生一系列的代谢副产物。,这些副产物是构成啤酒风味和口味的主要物质

啤酒发酵技术:

主发酵工艺
主发酵主要分为:起泡期、高泡期和落泡期三个阶段

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主发酵过程控制:
1、主发酵过程控制-温度的控制
控制不同的发酵温度由各自的优缺点,采用低温发酵,酵母在发酵过程中生成的副产物较少,使啤酒的口味较好,泡沫状况良好,但发酵时间长;采用高温发酵,酵母的发酵速度较快,发酵时间短,设备的利用率高,但生成副产物较多,啤酒口味较差。

2、主发酵过程控制-浓度的控制

麦汁浓度的变化受发酵温度和发酵时间的影响。发酵旺盛,将糖速度快,则可适当降低发酵温度和缩短最高温度的保持时间;反之,这应适当提高发酵温度或延长最高温度的保持时间
3、主发酵过程控制-时间的控制
发酵时间主要取决于发酵温度的变化,发酵温度高,则发酵时间短;发酵温度低,则发酵时间长。

一般简单的操作(一罐法)

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①接种 选择已培养好的0代酵母或生产中发酵降糖正常,双乙酰还原快、微生物指标合格的发酵罐酵母作为种子,后者可采用罐-罐的方式进行串种。接种量以满罐后酵母数在(1.2~1.5)×10个/ml为准。

②满罐时间 正常情况下,要求满罐时间不超过24h,扩培时可根据启发情况而定。满罐后每隔1天排放一次冷凝固物,共排3次。

③主发酵 温度10℃,普通酒10±0.5℃,优质酒9±0.5℃,旺季可以升高0.5℃。当外观糖度降至3.8%~4.2%时可封罐升压。发酵罐压力控制在0.10~0.15MPa。

④双乙酰还原 主发酵结束后,关闭冷媒升温至12℃进行双乙酰还原。双乙酰含量降至0.10mg/L以下时,开始降温。

⑤降温 双乙酰还原结束后降温,24h内使温度由12℃降至5℃,停留1天进行酵母回收。亦可在12℃发酵过程中回收酵母,以保证更多的高活性酵母。旺季或酵母不够用时可在主发酵结束后直接回收酵母。

⑥贮酒 回收酵母后,锥形罐继续降温,24h内使温度降至-1℃~-1.5℃,并在此温度下贮酒。贮酒时间:淡季7天以上,旺季3天以上。

冷却后的麦汁添加酵母以后,便是发酵的开始,整个发酵过程可以分为:酵母恢复阶段,有氧呼吸阶段,无氧呼吸阶段。酵母接种后,开始在麦汁充氧的条件下,恢复其生理活性,以麦汁中的氨基酸为主要的氮源,可发酵糖为主要的碳源,进行呼吸作用,并从中获取能量而发生繁殖,同时产生一系列的代谢副产物,此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。
  酵母恢复阶段: 酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇,当酵母在上一`轮繁殖完毕后,甾醇含量降的很低,因此当酵母再次接种的时候,首先要合成甾醇,产生新的细胞膜,恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行,合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。在次阶段,酵母细胞基本不繁殖,所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成,恢复渗透性,营养物质进入,酵母立即吸收糖类提供的能量,肝糖再行积累,供下一次接种使用。
有氧呼吸阶段: 此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源,在氧的作用下进行繁殖。
无氧呼吸阶段: 在此发酵过程中,绝大部分可发酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收,进行酵解的顺序是葡萄糖,果糖,蔗糖,麦芽糖,麦芽三糖。

下面发酵:
  主发酵:
  发酵阶段 外观状态和要求
1.酵母繁殖期 麦汁添加酵母8-16个小时以后,液面上出现二氧化碳小气泡,逐渐形成白色的,乳脂状的泡沫,酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。
2.起泡期 还槽4-5小时后,在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫,由四周渐渐向中间,洁白细腻,厚而紧密,如花菜状,有二氧化碳小气泡上涌,并且带出一些析出物。
3.高泡期 发酵后2-3天,泡沫增高,形成隆起,并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色,此时为发酵旺盛期,需要人工降温,但是不能太剧烈,以免酵母过早沉淀,影响发酵作用。
4.落泡期 发酵5天以后,发酵力逐渐减弱,二氧化碳气泡减少,泡沫回缩,酒内析出物增加,泡沫变为棕褐色。
5.泡盖形成期 发酵7-8天后,泡沫回缩,形成泡盖,撇去所析出的多酚复合物,酒花树脂,酵母细胞和其他杂质,此时应大幅度降温,使酵母沉淀。
  后发酵以及储藏:麦汁经主发酵后的发酵液叫嫩啤酒,此时酒的二氧化碳含量不足,双乙酰,乙醛,硫化氢等挥发性物质没有减低到合理的程度,酒液的口敢不成熟,不适合饮用。大量的悬浮酵母和凝结析出的物质尚未沉淀下来,酒液不够澄清,一般还要几个星期的后发酵和贮酒期,啤酒的成熟和澄清均在后发酵和贮酒期。

上面发酵:
  上面发酵的主要方法:传统的撇去法,落下法,巴顿联合法,约克夏法。
  上面发酵采用上面发酵酵母,在15-20摄氏度下进行发酵,细胞形成量较多,酵母回收比较复杂,代数远远超过下面发酵酵母,长久没有衰退现象。
  上面发酵的啤酒成熟快,设备周转快,啤酒有独特的风味,但保质期短。一般不采用后发酵期,而是加胶处理,澄清一阶段后,采用人工充二氧化碳,使达到饱和。
上面发酵和下面发酵的技术参数比较:

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