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啤酒发酵工艺与啤酒酵母菌种培育

来源: 啤酒网 2014-03-07 00:26:40
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[导读]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

摘要: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。
关键词:啤酒发酵,啤酒酵母,露天锥形发酵罐,菌种培育
啤酒是在二十世纪初传入中国的,在传入中国之后,特别是近几十年,啤酒工业在中国有了飞速发展,现如今,中国已经是世界上第一大啤酒生产国家。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。
啤酒发酵过程是指啤酒酵母在一定条件下,利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动,而啤酒就是啤酒酵母在生命活动之中所产生的产物。由于酵母菌类型的不同,发酵的条件和产品要求、风味等的不同,造成发酵方式也不相同。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。
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。
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限制。(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。
锥形罐发酵方法的组合形式:(1)发酵——贮酒式,两个罐要求不一样,耐压也不同,但对于现代酿酒工艺的应用不大。(2)发酵——后处理式,即一个罐进行发酵,另一个罐为后熟处理。对发酵罐而言,将可发酵性成分一次完成,基本不保留可发酵性成分,发酵产生的CO2全部回收并贮存备用,然后转入后处理罐进行后熟处理。其过程为将发酵结束的发酵液经离心分离,去除酵母和冷凝固物,再经薄板换热器冷却到贮酒温度,进行1~2天的低温贮存后开始过滤。(3)发酵——后调整式,即前一个发酵罐类似一罐法进行发酵、贮酒,完成可发酵性成分的发酵,回收CO2、回收酵母,进行CO2洗涤,经适当的低温贮存后,在后调整罐内对色泽、稳定性、CO2含量等指标进行调整,再经适当稳定后即可开始过滤操作。
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。
锥形发酵罐发酵啤酒对工艺的要求为:(1)有效的控制原料质量和糖化效果,每批次麦汁组成应均匀。(2)大罐的容量应与每次糖化的冷麦汁量以及每天的糖化次数相适应。(3)冷麦汁的温度控制要考虑每次麦汁进罐的时间间隔和满罐的次数.。(4)冷麦汁溶解氧的控制,根据酵母添加量和酵母繁殖情况而定。(5)控制发酵温度应保持相对稳定,避免忽高忽低。(6)应尽量进行CO2回收,以便于进行CO2洗涤、补充酒中CO2和以CO2背压等。   (7)发酵罐最好采用不锈钢材料制作,以便于清洗和杀菌.。
锥形发酵罐发酵的操作步骤一般为:(1)接种,选择已培养好的酵母菌作为种子,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,满罐时间不超过24h,扩培时可根据启发情况而定。(3)主发酵,此时温度控制在十度左右。(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。(5)降温,双乙酰还原结束后降温。(6)贮酒,在零下一摄氏度左右的温度下贮酒,贮酒时间为淡季7天,旺季3天。
在发酵的过程中,如果酵母紧缺的话还可以在双乙酰还原后期进行一步酵母菌的回收操作。
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。
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。
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