锥形罐啤酒快速发酵的工艺措施

f _，z J 杭州童品器i甄1997 尊3 4 B 渴 发醣二 ．15． 杭州食品科袭 隼第期 总第 期 J ’， Ⅳ＼ 一 · · 。番 。 ， ： 缘颤 尝鬟龋绔镰学鬈慧 孽譬譬 鳞 磋萎爨 0棼棼棼舞砖瑚 孕：tj：：害≮譬 毒 ： 赫善歪 ：}3l萌磷 巷 0芬 淳《菇尝棼芬 芬尊t≥《《 ；≥棼 z兰 z 。 = ． l二：：i ￡ r= 了S26 岁 生产能力2—3万吨／年左右，特别是经过小厂改造后年产近3万吨的啤酒生产企业，由于 受到原有设备及发酵罐容积的限制，从而制约了生产能力。在商品竞争激烈的时代．这些企业 的竞争力已无法与年产5万吨以上的啤酒生产厂家相抗衡。此类啤酒厂正面临被淘汰的危险； 在没有大资金投入进行扩大再生产的情况下．其唯一的出路只有充分挖掘现有设备的潜力，从 生产上采取必要的措施，在确保质量的前提下增加产量，降低可变成本及能源消耗，以争 得一部分市场，获取一定的经济效益。 原先在 9℃常压发酵，再升温到 12"C进行双乙酰还原的锥形罐啤酒的通用发酵工艺具有 降糖较慢．还原双乙酰时间过长等不足之处。其与传统发酵的周期相比较虽然已大为缩短，但 整个的发酵周期仍然需要四周左右。由此可见：既保证啤酒质量，又不增加设备投资的前提下， 如何进一步缩短啤酒的发酵周期，研究《锥形罐啤酒快速发酵的工艺措旅》已成为众多中小啤 酒厂最为关注的课题。 本文试图通过阐述调整发酵工艺的粗浅见解，对进一步缩短锥形罐啤酒发酵周期的工艺 措旅作一初步探讨。 1．酵母的选择 麦汁的发酵是通过酵母的渗透 扩散和转移作用来实现的。常言道： 酵母即发酵之母也 酵母的性质如同发酵条件一样，均为改变啤酒风味的原因 适合锥形罐啤酒快速发酵的酵母必 须符合以下几个条件： (1)能耐 l2～14℃的主发酵温度。由于锥形罐是采用较高温度进行加速发酵的，因此应选 用对温度具有较强耐受性的酵母 (2)凝聚力适当 为了啤酒的澄清和早期成熟，希望酵母为凝聚力强；但为了后期还原双乙 酰．又必须仍有部分酵为悬浮于酒液中，所以选用酵母的凝聚力应适中。 (3)增殖速度适宜。发酵温度较高，酵母增殖速度较快。但增殖速度过快时，高级醇、酯等 发酵副产物的古量就会I煎之增多，从而影响啤酒的风味。通常酵母增殖的最多倍数以不超过 3 倍为宜。 2 麦汁质量的控制 糖化麦汁的成分主要取决于麦芽的质量．而发酵的要求与成品啤酒的风味、泡沫及理化指 标则均建立在糖化麦汁的基础上。锥形罐啤酒快速发酵的麦汁质量具有如下要求： (1)舍有足够的a一氮基氨 麦汁中的 a一氯基氮不足．缬氨酸的含量得不到保证，酵母就 会沿着：丙酮酸一 一乙酰乳酸一缬氨酸这条支路代谢途径来合成 自身所需的缬氯酸，导致双 乙酰的峰值增高，酵母细胞的活力下降，甚至产生酵母早衰自溶．给啤酒带来双乙酰噱及酵母 自溶味。所以对于麦汁中 一氯基氮的含量必须具有一定的要求。糖化中麦芽蛋白的分解如果 采甩45～50℃温度，作用时间为 50～80rain，PH值处于 5．0～j．2之问(理论值为 4．6～5．0) 簿她笼薹蔓蔓 维普资讯 http://www.cqvip.com ·16· 杭州食品科技 1997年第3期 总第46期 可获得最高的 一 氨基氮。但应该指出．过分追求 一 氨基氮的含量会导致麦汁中蛋白质的比 例失调，成品啤酒口妹淡薄、泡持性差；并通过埃利史反应~Ehrlich reaction)生成较多的高级 醇．出现饮后上头等缺点。因为锥形罐啤酒快速发酵过程中的酵母增殖倍数降低，所以酵母对 冷麦汁内缬氨酸的需求量亦可随之减少。实践证明 根据经验公式。麦汁 ～N(mg／D=12× 麦汁浓度“确定麦汁中 一氨基氮的含量较为合理(试验数据见表 1)。 表 1 麦汁中的 —N与啤酒中双乙靛的含量对照 最高发酵温度(℃) } 14 L4 14 L4 l 14 l4 麦汁浓度( ) ；11．87 n．92 11 90 11．89 l 11．88 l】．9l 麦汁中a—N( g／1) l l42 l48 145 149 1 146 l 5O 啤酒中双乙酰( g／1) l 0．072 j 0．062 0．060 j 0．059 1 0．058 0．O57 (2)具有较高的还原糖比例。这里的还原糖主要是指麦时中的麦芽糖。糖化时注重 63～ 64℃、30min的工艺，是为了使 一淀粉酶充分发挥作用．以利于提高麦汁中的还原糖含量。锥 形罐发酵中宜将麦汁的还原糖含量控制在 9．3 左右。这是因为麦汁的发酵过程是糖类的生 物氧化过程．所以还原糖是影响啤酒发酵度的主要参数(试验致据见表 2) 表 2 麦汁中还原糖含量与啤酒真正发酵度的关系 麦汁中还原糖含量( ) 8．4 8．6 8．8 9．0 9．2 9．4 成品啤酒的真正发酵度( ) 56．0 59．5 61．6 63．2 {64．7 l 66．1 3．控制满罐温度 锥形罐发酵中麦汁满罐温度的波动将直接影响到发酵工艺路线的准确性和稳定性 满罐 温庭过低．使自然升温时间延长．酵母前期增殖迟缓，不利于快速发酵，而且啤酒的发酵度也比 较低。满罐温度过高．酵母前期增殖过快，降糖幅度太大，导致 期酵母因缺乏足够的营养而代 谢功能减弱，影响其对双乙酰的还原以及封罐后的二氧化碳的产生和溶解量，使啤酒的rn味及 泡沫性能下降 通常宜将麦汁的满罐温度控制在比主发酵温度低2'C左右。为了廷缓开始添加 酵母的出芽时间，使其第一次出芽相对整齐．可将第一、二两批麦汁的品温冷却到比满罐温度 低 5 C左右。从第三批起，每批麦汁进罐后疫凄内的平衡温度逐渐升高 0．8～1．2"C t最后达到 工艺要求的满罐温度。生产中如果对新进麦汁需控制的温度把握不妥．就会使满罐温度的渡动 幅度增大。新进麦汁需控制的温度可通过薪进麦汁鼓出的热量等于已进罐麦汁吸收热量的热 平衡来计算； 单批麦汁的质量(新进麦汁需控制的温度一本次进罐后的平衡温度)=巳进罐麦汁的质量 (本次进罐后的平衡温度一进罐前的罐温) 则 新进麦汁需控制的温度 已进罐麦汁的质量t本次进罐后的壬煎量壁二垂堂煎塑堡量 单批麦汁的质量 一 太次进罐后的平衡温度=已进罐麦汁的批教(本次进罐后的平衡温度一进罐前的躇温)一本 次进罐后的平衡温度 假如把本次进罐后的平衡温度与进罐前的罐温之差设定为l C-则上述算式可简化为： 新进麦汁需控制的温度=已进罐麦汁的批效y C+本次进罐后的平衡温度 维普资讯 http://www.cqvip.com 杭州食品科技 1997年第3期 总第46期 倒如：进第三批麦汁前的罐温为 7℃．要求进罐后的平衡温度为 8℃，则第三批麦汁需控制 的温度为 2×i=10℃。同时第四批为 3×i+9=1 2c 第五批为 4×i+i0=14℃。 又如因某种原因，第四批麦汁进罐前的罐温已达 8．5 C，但工艺要求第四批麦汁进罐后的 平衡温度为 9℃。则第四批麦汁需控制的温度可修正为3(9--8．5)十9 10．5℃，而第五批麦汁 需控制的温度仍然为 4×l+i0=14c。 4．麦汁的适廑充氧 麦汁中的溶解氧受到空气含量、空气分散程度和麦汁浓度的影响。“有氧繁殖、厌氧发酵”+ “有氧 能增加单位麦汁中的酵母数——酵母浓度．增强酵母的发酵能力及还原双己酰的能力。 溶解氧不足，酵母增殖缓慢，啤酒中的双乙酰含量高．且发酵度低；溶解氧过多，双乙酰的峰值 增高，酵母代谢产物的浓度增大，影响啤酒的质量。发酵前期，溶解氧被酵母吸收，并在磷酸化 作用中产生 ATP，为酵母细胞的繁殖提供所需的能量。酵母对麦汁中溶解氧的需求量应随其 种属而异，通常宜将每升麦汁的平均溶解氧控制在8毫克左右。由于每升麦汁中溶解氧的饱和 量约为 4O毫克，而经过强烈煮沸后麦汁中的溶解氧含量已经很少，根车满足不了酵母正常繁 殖的需要。所以一般可对采用密闭式薄板热交抉器冷却的前一、二批麦汁用无菌空气充分通风 供氧 5．分批连续添加酵母及适当增加酵母的添加量 因为麦汁的发酵速度不但取决于麦汁中的酵母浓度+而且还取决于酵母的分散状态。所以 可采用边进麦汁边从锥底过滤管中连续添加酵母的方法 ．以便酵母更均匀地分散到麦汁中。 酵母的添加量是按照泥状酵母占冷却麦汁的体积百分率来计算的．传统发酵中为 0．50～ 0．65 (v／v)。生产中应根据麦汁浓度．发酵温度，酵母的新鲜度、稀稠度、使用代数及添加方 法等适当调节 若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度低．酵母泥稠度稀．非分批连续添加+ 则添加量应适当增加。反之则反，必须强调指出：无论是锥形罐发酵还是传统发酵，酵母细胞的 最终浓度与其添加量无关。因此添加量小．发酵朝间增殖的建壮酵母多，回收酵母活力强。但 由于新繁殖的酵母细胞量大 ．消耗麦汁中缬氮酸的量增加 ．导致降低了缬氨酸耐 一乙酰乳酸 的反馈抑制作用(Inhibition feed bank)，进而使 一乙酰乳酸经非酶氧化生成双乙酰数量的增 加 添硼量大，由于种内竞争而大量消耗麦汁中的营养物质．造成自身的营养不足，酵母的死细 胞率增加，回收酵母为活力下降，甚至在啤酒中产生明显的酵母自溶味 传统发酵起发前麦汁 的酵母细胞浓度为 8×10 ～12×10‘个／m[。锥形形罐发酵中要求发酵速度快，双乙酰形成迅 速，且快速还原。这就要求在较短时期内，发酵液中悬浮的酵母细胞效能够达到一定的数量．因 此必须适当增加酵母的添加量。虽然按酵母细胞最终浓度数 60×10 ～70×10 个／ml的三分 之一计算为 20x10 ～23×10 个／m L 但从提高回收酵母的活性，防止酵母快速衰老．降低酵 母死亡率，增加酵母使用代数等方面考虑 ，通常可将锥形接种酵母细胞的浓度控制在 12×10 ～ 15×10 个／m1．其对应的酵母添加量在 0．75～o．80％(V／V)之间。 6．适当提高主发酵温度 麦汁通过酵母的发酵，主要生成了酵母细胞及蓉精、二氧化碳，这就形成了特定的生物化 学变亿一酵母代谢。除了麦汁组成条件以外+代谢产物、中间产物及副产物含量的多少是根据 酵母代谢条件不同而异的。在较高的发酵温度下．利用罐内发酵液的温度变化来调整所需时期 内发酵液中酵母代谢条件，从而缩短发酵期是一种行之有效的工艺措施。其主发醪的温度可由 维普资讯 http://www.cqvip.com · 18· 撬闸食品科技 1997年第 3期 总第46期 9～IO'C提高到 12～l4℃．从丽促使酵母保持更旺盛的发酵能力。生产中，在主发酵旺盛期时 罐内的麦汁应保持一个稳定的降糖速度 这群既可保持较快的发酵速度，从而缩短主发酵期， 又不致产生影响啤酒质量的刮作用。从实际的生产情况来看，虽然发酵温度较高，但通过降糖 速度来，啤酒酵母的代谢作用仍属正常。实践证明，并没有因嫩啤酒中发酵副产物的大量 产生而影响成品啤酒风味．田高级醇含量增加而引起啤酒饮后“上头 的现象也没有出现。 7．罐内温度的合理调节 锥形罐发酵中，我们采用的是下面酵母，其比重为1．O7～I．10，大于麦汁的比重。所以罐 中的酵母密度呈底部>中部>顶部的悬浮分布状态 因为这种密度呈上小下大梯度分布的酵 母代谢作用，就使罐内发酵液的温度及二氧化碳产生的压力出现底部>中部>顶部，而浓度却 为顶部>中部>底部 由于锥形罐的冷却带分段设置在圆柱体及圆锥体的外壁，所以对于同一 水平面上的发酵液来说，其中心的温度较高。这就使温度呈上低下高、外低内高分布的发酵液 出现了如图 I(对于五层冷却夹套可现两层为上、两层为中、一层为下)所示的温差场 二氧化 冒 1 罐内发酵液对流示意图 前期发酵阶段，麦汁中可发酵性糖被酵母丹解．释放出热量，使发酵液温度自然上升。当温 度升到发酵工艺要求时，只打开上段冷却阀门(中段与下段冷却阀门仍然关闭)，调节冷媒流 量，用供冷量去平衡发酵时产生的热量。使用上段冷却带的目的是为了强化温度呈上低下高的 分布梯度，增强图 I所示的对流状态 这样能使酵母充分分散在发酵液中，以加快发酵速度，直 到残糖降到工艺要求为止。 因为前期发酵阶段中麦汁的大部分糖已被消耗，所以相对来讲，在双乙酰还原阶段发酵产 生的热量不多，温度升幅不大 此阶段只需打开锥底冷却阀门(上段与中段冷却阀门关闭)，即 从锥底供冷，向锥形罐中的发酵液提供一个上高下低的温差场。这样可对图I所示的对流给于 适当的控制·减弱罐内发酵液的对流强度．使其逐步处于平稳，以有利于酵母的 自然下沉，直到 双乙酰还原达到要求 ． 双乙酰还原一结束．立即以0．3 C／hr的速度将酒温快速降到 3℃ 快速降温阶段中，必须 严格控制各段冷却带中冷媒的流量．度底部的温度低于中部，中部的温度低于顶部。这样不但 可以有效她抑制图 1所示的对漉状态．有利于罐内酒液的平 稳和酵母的快速沉降，而且能提 维普资讯 http://www.cqvip.com 杭州食品科技 lgg?年第3期 总第4fi期 ·l9· 高再次使用酵母的质量。 酵母排放后，以0．1"C／hI的速度把酒液的温度从3_c缓慢降到一1uc的贮酒锰壁：缓慢晦 温阶段中，冷却带的控制情况与快速降温阶段类同，但应使罐冉酒液的温差梯度逐渐减小。 贮酒阶段应尽可能缩小罐内滔液的温差。即应向锥形罐中的酒液提供一lc的等温场 ．使 酒液保持相对平稳 其有使酒液处于相对平稳的状态，才能较彻底地排除酵母和冷凝固物 8．采用加压发酵 除了温度之外，压力亦是双乙酰还原的重要工艺参数，控制好罐压能使双乙酰在发酵期内 得到有效的还原。这是因为压力虽然制约了酵母繁殖与发酵速率，但却有利于双乙酰的还原， 而且能明显抑制乙酸乙酯、异戊酵等口味阈值较低的发酵副产物的生成。生产中可根据酵母出 芽情况逐级加压，发酵终了解除压力时应缓慢减压。具体的操作方法为： (1)主酵前期由于硬乙酰已经开始生成．因此在麦汁人罐后先行敞口，以排除前期产生的 部分双乙酰。待外观发酵度为 30 左右，即酵母第一次出芽已全都长成时才开始封罐升压。 (2)当外观发酵度为 60 左右时，酵母第二次出芽长成，发酵开始进入最旺盛阶段，此时 应将罐压升到最大值。罐压最大值Pmax(MPa)为最高发酵温度Tmax(℃)的百分之一，即 Pmax=—1 ili a x 。 在发酵最旺盛阶段应稳定 Pmax不变，以便大量的双乙酰迅速破还原。 (3)主酵后期，双乙酰的还原基本结束，所以压力应缓慢下降，直到完成。这样不但有利于 排除一部分未被还原的双乙酰，而且可防止酵母细胞内含物的大量渗出及对酵母细胞的压差 损伤 9．黍加 a一乙酰乳酸脱羧酶 迅速彻底分解 一乙酰乳酸与双乙酰是缩短发酵周期和提高啤酒质量的关键。由于发酵 厨期的缩短，必然会有相当部分的a一乙酰乳酸不可能通过缓慢的自然氧化脱羧后转化为双 乙酰而进一步被还原成乙偶姻。这是因为a一乙酰乳酸非酶促氧化脱羧反应的速率远远低于 酵母对双乙酰酶促还原成乙偶姻的速率，所以加速 一乙酰乳酸的去除戚了降低啤酒中双乙 酰含量的关键。啤酒的成熟过程中添加双乙酰还原酶对降低啤酒中的双己酰含量不起多大的 作 用可充分证实这一点，ALDC能在酵母细胞内按酶促反应遵循的米他 说明书

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