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啤酒中乙醛的形成及控制(干货)

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孙黎琼:福建燕京惠泉啤酒股份有限公司

【摘要】   本文阐述了啤酒生产过程中乙醛的形成及影响啤酒中乙醛残留量的因素,并提出如何通过合理的工艺操作来控制啤酒中乙醛的含量。

【关键词】  啤酒  乙醛  风味物质  酵母  工艺条件

1. 乙醛的特性及对啤酒风味、人体的影响

1.1  乙醛的特性

乙醛分子式为CH3CHO,在常温常压下为具有刺鼻水果气味的无色液体。密度比水小,沸点是 20.8OC,能放出刺激性蒸气,极易挥发和燃烧,能和水、乙醇、乙醚、氯仿待互溶,用作防腐剂、防毒剂、显像剂、溶剂、还原剂等。蒸气能与空气形成爆炸性混合物和不稳定的过氧化物。化学性质很活泼,容易氧化或还原,能与卤素和胺类化合,并能与醇、酮、酐、酚等形成缩合物。氰化氢、硫化氢、氨、磷、强碱等也都容易与乙醛进行猛烈反应。乙醛在空气中放置,能自行氧化生成不稳定的过氧化物。

1.2  乙醛对人体的影响

乙醛为微毒物质,刺激作用比甲醛弱,对中枢神经的抑制作用比甲醛强。对人的毒作用主要是刺激皮肤和粘膜。吸入高浓度蒸气可引起麻醉作用,并出现头痛、嗜睡、神志 不清、支气管炎、肺水肿、腹泻、蛋白尿等。低浓度蒸气可引起眼、鼻、上呼吸道的刺激,以及支气管炎、皮肤过敏、皮炎等。 误服时出现恶心、呕吐、腹泻、麻醉、呼吸衰竭等。慢性中毒还出现体重减轻、贫血、谵妄、视听幻觉、智力丧失和精神障碍。 乙醇和乙酸代谢生成的乙醛,对肝细胞具有直接毒性,可导致肝细胞坏死或变性,同时也影响肝脏对蛋白质、糖原、脂质、胆红素、激素、药物等代谢的功能。喝太多酒后会呕吐头痛的首要元凶就是乙醛,酒精分解形成的乙醛,会刺激自律神经,使血管扩张或肌肉萎缩,而引起头痛。

1.3  乙醛对啤酒风味的影响

啤酒发酵过程中酵母代谢产生了很多发酵副产物,这些副产物对啤酒有很大的影响,它即可使啤酒口味丰满,也能对啤酒的口味、气味和泡持性产生不利影响。发酵副产物可分为两类,一类是芳香物质,如酯、高级醇,这些物质决定着啤酒的香味,若能把这类物质含量控制在一定范围内,它们的存在就是优质啤酒的前提条件;另一类是生青类物质,这些物质赋予啤酒不纯正、不成熟、不协调的口味和气味,它们的存在对啤酒没有任何的好处,只有不利的影响,在啤酒中含量越少对啤酒越有利,醛就是这类物质其中的一类,乙醛为醛类中最重要、含量最多的醛类物质,乙醛的存在影响着啤酒口味的成熟,它在啤酒中的阀值为10mg/L,当啤酒中乙醛含量超过阀值时,会给人一种不愉快的粗糙苦味感觉,含量过高时,给啤酒一种辛辣的的腐烂的青草味或青苹果味,因此啤酒生产中,要尽可能把乙醛含量降低。

2. 啤酒中乙醛的形成

啤酒中乙醛的来源有多种途径,主要是通过微生物的代谢途径而来的。微生物的代谢一方面是生产中使用的酵母正常代谢生产的,另一方面是发酵过程卫生控制不好引起厌氧菌污染,由污染的厌氧菌代谢产生的。

2.1  酵母代谢乙醛的形成途径

酵母在发酵过程中经EMP途径把麦汁中的糖转化为乙醇和二氧化碳。糖的发酵过程是复杂的,系在酵母多种酶的作用下,经一系列中间变化,先酵解生成丙酮酸,再在酵母丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶等作用下经乙醛,最后生成乙醇和二氧化碳。代谢分解过程见图1。

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从图1可以看出,乙醛是酵母从糖到乙醇的代谢途径中的一个代谢分支点,酵母代谢形成的乙醛既能还原成乙醇又能氧化成乙酸。在发酵过程中,酵母细胞通过EMP途径将糖类分解成丙酮酸,然后丙酮酸在酵母产生的丙酮酸脱羧酶的催化下产生乙醛和二氧化碳。乙醛在主酵过程的前三天由酵母产生,一般在满罐第二天达到高峰,发酵过程中乙醛含量的峰值为20—50mg/l,会导致啤酒口味不成熟,随着主酵的进行,乙醛浓度会不断分解而降低,因此嫩啤酒生青口味也在不断减少并消失,最后啤酒中的乙醛含量减少到8—10mg/l以下,优质的啤酒乙醛含量控制在5mg/l以下。乙醛在发酵过程中浓度的变化见图2。

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2.2  污染厌氧菌(发酵单胞菌)乙醛的形成途径

在发酵过程中若卫生管理不好,会引起污染,在发酵后期厌氧菌会生长繁殖,若污染到一种严格厌氧菌发酵单胞菌,会产生乙醛,使啤酒中的乙醛含量大大增加。发酵单胞菌为革兰氏阴性菌,有鞭毛、会运动,能耐酒精。发酵单胞菌在发酵液中能经ED代谢途径把糖发酵形成酒精和二氧化碳及乙醛、硫化氢等产物。其代谢途径见图3。

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3. 影响啤酒中乙醛含量的因素及试验结果

3.1  酵母菌株对啤酒中乙醛含量的影响

采用相同麦汁营养成分及相同的发酵工艺,使用5株不同酵母菌株进行发酵试验,用顶空技术检测不同酵母发酵过程乙醛含量的峰值及成品酒最终的乙醛含量,结果见表1。

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从表1可以看出:采用相同的发酵工艺,使用不同的酵母菌株,酵母产生的乙醛量不同,发酵液中乙醛峰值越高,成品酒最终的乙醛含量也高;发酵液中乙醛峰值低,成品酒最终的乙醛含量也低。

3.2 麦汁的PH值对啤酒中乙醛含量的影响

采用相同的发酵工艺、相同的酵母菌种、相同麦汁营养成分,但麦汁的PH值不同进行发酵试验,成品酒最终的乙醛含量见表2。

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从表2可以看出:采用相同的发酵工艺、相同的酵母菌种,麦汁的PH值不同,成品酒最终的乙醛含量不同,麦汁的PH值越高,成品酒最终的乙醛含量高;麦汁的PH值越低,成品酒最终的乙醛含量也低,但当麦汁的PH值低于5.0以下, 成品酒最终的乙醛含量又高。

3.3  麦汁充氧量对啤酒中乙醛含量的影响

采用相同的的酵母菌种、相同的酵母接种量、相同的糖化、发酵工艺,但麦汁的通氧量不同进行发酵试验,检测不同充氧量发酵过程乙醛含量的峰值、成品酒最终的乙醛含量及主酵酵母数峰值,结果见表3。

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从表3可以看出:采用相同的酵母菌种、相同的酵母接种量、相同的糖化、相同的发酵工艺,麦汁充氧量不同,主酵酵母数峰值不同、酵母产生的乙醛量也不同。麦汁充氧量越高,主酵酵母数峰值及乙醛含量的峰值也高;当麦汁充氧量低于一定量,虽然乙醛含量的峰值低,成品酒最终的乙醛含量反而高。

3.4  酵母接种量对啤酒中乙醛含量的影响

采用相同的的酵母菌种、相同的糖化、发酵工艺,酵母接种量(满罐酵母数)不同进行发酵试验,检测不同酵母接种量发酵过程乙醛含量的峰值、成品酒最终的乙醛含量及主酵酵母数峰值,结果见表4。

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从表4可以看出:采用相同的酵母菌种、相同的糖化、相同的发酵工艺,酵母接菌量不同,主酵酵母数峰值不同、酵母产生的乙醛量也不同。酵母接菌量越高,主酵酵母数峰值及乙醛含量的峰值也高,成品酒最终的乙醛含量也高。

3.5 发酵温度对啤酒中乙醛含量的影响

采用相同的的酵母菌种、相同的糖化、双乙酰还原温度不同其它发酵工艺相同进行发酵试验,检测不同还原温度,发酵过程乙醛含量的峰值及成品酒最终的乙醛含量,结果见表5。

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从表5可以看出:采用相同的酵母菌种、相同的糖化、相同的酵母接菌量、双乙酰还原温度不同,其它发酵工艺相同,成品酒最终的乙醛含量不同。双乙酰还原温度越高,成品酒最终的乙醛含量越低。

3.6  加压发酵与不加压发酵对啤酒中乙醛含量的影响

采用相同的的酵母菌种、相同的糖化、发酵后期带压与不带压,其它发酵工艺相同进行发酵试验,检测成品酒最终的乙醛含量,结果见表6。

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3.7  抗氧化剂对啤酒中乙醛含量的影响

在啤酒发酵结束后进行过滤时,在过滤过程添加15PPM的含硫化合物抗氧化物,对添加含硫化合物抗氧化物及添加前清酒中乙醛含量进行检测比较,结果见表7。

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从表7可以看出:啤酒发酵结束后,在清酒过滤时添加一定量的含硫化合物抗氧化剂,可以降低啤酒中乙醛的含量,抗氧化剂添加量为15ppm,啤酒中乙醛的含量平均可以降2.2 mg/l。

3.8  发酵后期用二氧化碳冲洗发酵液对啤酒中乙醛含量的影响

在啤酒发酵结束后,用二氧化碳冲洗发酵液,对冲洗前及冲洗后发酵液中乙醛含量进行检测比较,结果见表8。

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从表8可以看出:啤酒发酵结束后,用二氧化碳冲洗发酵液,可以降低啤酒中乙醛的含量,二氧化碳冲洗后,啤酒中乙醛的含量平均可以降2.6 mg/l。

4. 结论与讨论

4.1  不同的啤酒酵母菌株,产生乙醛的能力不同,还原乙醛的能力也不同,若要使啤酒中乙醛含量低,在选用酵母时,就要选产乙醛量少,即乙醛含量峰值低而还原乙醛能力强的酵母。产乙醛量低且还原能力强的啤酒酵母可以通过诱变或基因控制筛选获得。

4.2  麦汁的PH值不同,成品酒最终的乙醛含量不同,麦汁的PH值越高,成品酒最终的乙醛含量高;麦汁的PH值越低,成品酒最终的乙醛含量也低,但当麦汁的PH值低于5.0以下,就不适于于酵母生长繁殖,酵母活性就差,发酵后期酵母数少,还原乙醛能力就差, 成品酒最终的乙醛含量又高。因此,麦汁的PH值要控制在一定的范围内,即要保证发酵的正常进行,同时又能隆低啤酒中乙醛的含量,麦汁的PH一般控制在5.4-5.8。

4.3  麦汁的充氧量大小影响着成品酒最终的乙醛。麦汁充氧量高,有利于酵母的生长繁殖,主酵酵母数峰值就高,产生的乙醛含量也高。当麦汁充氧量低于一定量,氧不能满足酵母的生长繁殖,虽然酵母的峰值低,产生的乙醛少,但后期酵母数少活性差,还原乙醛的能力也差,成品酒最终的乙醛含量就会高,因此,麦汁的通风量一般控制在5—10ppm。

4.4  酵母接种量影响着成品酒最终的乙醛含量。酵母接菌量不同,主酵酵母数峰值不同、酵母产生的乙醛量也不同。酵母接菌量越高,酵母大量繁殖,产生的乙醛就多,成品酒最终的乙醛含量也高。但酵母接种量也不能太少,接种量太少,主酵时间长,酵母繁殖代数多、酵母参差不齐、活性差,还原乙醛的能力也差,成品酒最终的乙醛含量也不会低。因此,酵母接种量要控制在一定范围内。

4.5  温度影响着成品酒最终的乙醛。若适当提高主酵双乙酰还原阶段的温度,会加速乙醛的还原,从而降低啤酒中乙醛的含量。

4.6  加压和不加压发酵影响着成品酒最终的乙醛。主酵结束后,若采用封罐加压,酵母会大量沉降,发酵液中酵母数就少,还原乙醛就慢,成品酒最终的乙醛含量就会高;但主酵结束后若没有封罐加压,发酵液中的酵母数多,虽有利于乙醛的还原,但发酵后期酵母数太多,不利于酒的过滤。一般封罐后压力不高于0.1Mpa,封罐后,发酵液酵母数控制在800—1000万个/ml。

4.7  在啤酒过滤时添加一定量的含硫化合物抗氧化剂,可以降低啤酒中乙醛的含量。抗氧化剂既可以去除啤酒中的氧,防止啤酒老化,同时产生的二氧化硫会与啤酒中的乙醛结合形成一种复合物而降低啤酒中乙醛的含量。

4.8  发酵后期用二氧化碳冲洗发酵液,可以降低啤酒中的乙醛含量。由于乙醛沸点较低,极易挥发,若发酵后期用二氧化碳冲洗发酵液,可以去除发酵液中的乙醛、硫化氢等挥发性物质,降低啤酒中乙醛含量,提高啤酒的质量。

4.9  加强发酵过程的卫生管理,防止微生物污染,尤其是厌氧单胞菌污染,对于控制啤酒中乙醛含量、保证啤酒风味的稳定性也是很重要的。

备注:本文摘自发表在07年《啤酒科技》第1期

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