啤酒發(fā)酵過程理化指標(biāo)變化規(guī)律研究

馮治平，陳凱，宗緒巖，羅惠波，李麗

（四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院，四川自貢643000）

啤酒發(fā)酵過程理化指標(biāo)變化規(guī)律研究

馮治平，陳凱，宗緒巖，羅惠波，李麗

（四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院，四川自貢643000）

研究啤酒發(fā)酵過程中酵母數(shù)、雙乙酰、PH、還原糖、α-氨基氮、酒精度和發(fā)酵度的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：酵母數(shù)量與雙乙酰含量在發(fā)酵的前三天快速上升，進(jìn)而急劇下降，后期下降趨緩；還原糖和α -氨基氮在發(fā)酵前期被快速消耗，中后期消耗緩慢；PH值發(fā)酵初期會(huì)有明顯下降，隨后趨于穩(wěn)定；酒精度前期上升幅度較大，隨后平穩(wěn)。試驗(yàn)結(jié)果表明啤酒發(fā)酵過程中主要理化指標(biāo)的變化是有一定規(guī)律的，對(duì)啤酒實(shí)際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。

啤酒；發(fā)酵；理化指標(biāo)

啤酒作為一種世界流行的含酒精飲料，其產(chǎn)量穩(wěn)居酒類飲料榜首。雖然酵母應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)已有很悠久的歷史，但酵母的代謝復(fù)雜，對(duì)啤酒發(fā)酵過程的認(rèn)識(shí)較淺［1］。啤酒發(fā)酵過程中工藝的變化關(guān)系到發(fā)酵液中物質(zhì)的變化［2］，發(fā)酵過程中物質(zhì)含量變化直接影響啤酒的口味和質(zhì)量［3］。所以了解啤酒發(fā)酵過程的理化指標(biāo)的變化規(guī)律是十分必要的，而之前并沒有科研工作者對(duì)此有詳盡、系統(tǒng)的研究，本實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)化啤酒生產(chǎn)的整個(gè)發(fā)酵周期進(jìn)行跟蹤測(cè)定，因此對(duì)啤酒發(fā)酵生產(chǎn)和工藝改良具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

啤酒發(fā)酵液：華潤雪花啤酒（自貢）有限責(zé)任公司提供。從麥汁加入酵母滿罐發(fā)酵開始，至倒罐降溫至0℃，即發(fā)酵過程結(jié)束，每天固定時(shí)間取樣一次，重復(fù)3批。

1.2 主要試劑與設(shè)備

試劑：酒石酸鉀鈉、二硝基水楊酸（DNS）、苯酚、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、果糖、碘酸鉀、甘氨酸鹽酸鄰苯二胺、亞硫酸鈉、茚三酮，以上試劑均為分析純，由成都市科龍化工試劑廠提供。

儀器：ALC-210型電子分析天平（北京賽多利斯儀器有限公司），Lambda 35型紫外-可見雙光束分光光度計(jì)（美國PE公司）；PH儀表（美國omega公司）；全自動(dòng)啤酒分析儀（奧地利安東帕公司（Alcolyzer Plus Beer））；雙乙酰發(fā)生裝置、水浴恒溫振蕩器（金壇天竟儀器廠（SHZ-S2））。

1.3 酵母數(shù)的測(cè)定

采用血球計(jì)數(shù)法進(jìn)行酵母計(jì)數(shù)。

1.4 雙乙酰的測(cè)定

采用鄰苯二胺比色法測(cè)定［4］。

1.5 pH的測(cè)定

取一定量發(fā)酵液進(jìn)行過濾，將濾液放入水浴恒溫振蕩器40℃恒溫震蕩30 min，迅速冷卻至15℃～20℃，取50 mL濾液，利用PH測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定［5］。

1.6 還原糖的測(cè)定

采用DNS法測(cè)定［6］。

1.7 α_氨基氮的測(cè)定

采用茚三酮法測(cè)定［7］。

1.8酒精度、發(fā)酵度的測(cè)定

取適量發(fā)酵液于三角瓶內(nèi)，放入20℃恒溫水浴中保溫20 min。搖動(dòng)除氣10 min，濾紙過濾，取濾液40 mL加入全自動(dòng)啤酒分析儀內(nèi)測(cè)得酒精度及發(fā)酵度。

1.9 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為ˉX±Sd，用sPss19 forwindows進(jìn)行分析，其中不同發(fā)酵時(shí)期理化指標(biāo)變化用one way ANO_ VA進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期酵母數(shù)量的變化規(guī)律

酵母是啤酒發(fā)酵中最主要的菌種，在啤酒發(fā)酵過程中起著至關(guān)重要的作用，若能及時(shí)了解其數(shù)量的變化，就能針對(duì)性的改變發(fā)酵條件，如調(diào)整麥汁濃度、增大或降低溶解氧等，從而改善啤酒品質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn)：酵母數(shù)量在發(fā)酵前期快速增加，第3天達(dá)最大值，然后急劇下降，第5天后保持較低水平。前5天不同發(fā)酵時(shí)期酵母數(shù)量差異顯著（P＜0.05），5天后不同發(fā)酵時(shí)期酵母數(shù)量差異不顯著（P＞0.05）（圖1）。酵母數(shù)量在發(fā)酵前3天的快速增加可能是由于發(fā)酵前期酵母利用麥汁中充足的碳源，氮源及其它生長因子，在短暫的適應(yīng)期后隨即進(jìn)入對(duì)數(shù)期，酵母大量增值；3天后酵母數(shù)量的快速減少是由于空間限制，營養(yǎng)物質(zhì)被消耗，及自身抑制作用，酵母進(jìn)入衰亡期，數(shù)量急劇減少。

圖1不同發(fā)酵時(shí)期酵母數(shù)量的變化規(guī)律

2.2 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期雙乙酰含量變化規(guī)律

作為啤酒發(fā)酵過程中重要的副產(chǎn)物，雙乙酰是酵母合成纈氨酸的中間產(chǎn)物，是α-乙酰乳酸氧化生成［S］，其直接影響啤酒風(fēng)味，同時(shí)也是啤酒成熟的限制性指標(biāo)。

研究發(fā)現(xiàn)：雙乙酰含量前5天變化幅度較大，表現(xiàn)為先升高至最大值然后快速下降，中期下降趨緩，后期保持穩(wěn)定。發(fā)酵前10天內(nèi)雙乙酰含量差異顯著，（P＜0.05），10天后雙乙酰含量差異不明顯（P＞0.05）（圖2）。這種變化趨勢(shì)可能是由于發(fā)酵前期酵母大量增殖，α-乙酰乳酸在酵母中大量積累，然后滲透至細(xì)胞外經(jīng)氧化成為雙乙酰，雙乙酰含量快速增加。發(fā)酵中后期雙乙酰在酵母體內(nèi)還原酶作用下被還原成2，3-丁二醇，其含量逐漸降低。

圖2不同發(fā)酵時(shí)間雙乙酰含量變化規(guī)律

2.3 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期pH值變化規(guī)律

PH值是啤酒發(fā)酵過程中一個(gè)重要的理化指標(biāo)，及時(shí)了解其情況，可以針對(duì)性的調(diào)整工藝及原料結(jié)構(gòu)，保證發(fā)酵液的質(zhì)量。

研究表明：發(fā)酵液PH值在發(fā)酵前4天快速下降，中期小幅反彈，后期基本保持不變。發(fā)酵前6天PH值差異顯著（P＜0.05），7至15天變化幅度較小，差異不顯著（P＞0.05）（圖3）。發(fā)酵過程中，PH快速下降主要發(fā)生在酵母起發(fā)階段和對(duì)數(shù)生長階段，這可能是由于酵母生長過程中消耗磷酸鹽、同化氨基等作用，使得PH值在發(fā)酵前期快速下降，后期酵母數(shù)量已降至極低水平，同化異化作用均很微弱，PH基本維持不變。

圖3不同發(fā)酵時(shí)間pH變化規(guī)律

2.4 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期還原糖的變化規(guī)律

還原糖作為啤酒發(fā)酵的一個(gè)理化指標(biāo)，對(duì)啤酒生產(chǎn)的糖化工藝，發(fā)酵度，風(fēng)味口感質(zhì)量有著重要影響［9］。發(fā)酵過程中還原糖的變化，反映了糖化和發(fā)酵的協(xié)和程度。

研究發(fā)現(xiàn)：發(fā)酵前期還原糖含量劇烈減少，幾乎呈直線下降趨勢(shì)，中后期含量減少明顯放緩，趨于穩(wěn)定。發(fā)酵前6天還原糖含量變化顯著（P＜0.05），6天以后含量變化不顯著（P＞0.05）（圖4）。這可能是由于發(fā)酵前期因酵母處于對(duì)數(shù)增長階段，需要大量的碳源，還原糖被急速消耗，發(fā)酵后期酵母進(jìn)入衰亡階段，數(shù)量減少，還原糖消耗趨緩。

圖4不同發(fā)酵時(shí)間還原糖含量變化規(guī)律

2.5 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期α_氨基氮的變化規(guī)律

α-氨基氮是酵母發(fā)酵過程中主要的碳源，麥汁中α-氨基氮含量高，氮源豐富則酵母的代謝就旺盛，發(fā)酵能力強(qiáng)，有利于啤酒生產(chǎn)［10］。

α-氨基氮含量在發(fā)酵前期和中期快速平穩(wěn)下降，此后下降變緩，最后趨于穩(wěn)定。發(fā)酵前9天α-氨基氮含量差異顯著（P＜0.05），9至15天含量差異不顯著（P＞0.05）（圖5）。

圖5不同發(fā)酵時(shí)間α_氨基氮含量變化規(guī)律

2.6 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期酒精度的變化規(guī)律

發(fā)酵過程中，酵母利用還原糖可以產(chǎn)生酒精，控制酒精含量在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)也是啤酒生產(chǎn)所要考慮的一個(gè)因素。

研究表明：發(fā)酵液酒精度在發(fā)酵前6天快速增高，隨后增加趨勢(shì)明顯放緩基本保持不變。發(fā)酵前6天發(fā)酵液酒精度差異顯著（P＜0.05），6至15天酒精度差異不顯著（P＞0.05）（圖6）。發(fā)酵初期酵母大量消耗還原糖，酒精度快速增高；發(fā)酵中后期酵母數(shù)量減少，可利用的還原糖也很少，酒精度基本維持不變。

圖6不同發(fā)酵時(shí)間酒精度變化規(guī)律

2.7 啤酒發(fā)酵不同時(shí)期發(fā)酵度的變化規(guī)律

啤酒發(fā)酵度系指麥汁中浸出物被酵母消耗掉部分與麥汁中浸出物總量之比［11］。啤酒發(fā)酵過程中必須要把發(fā)酵度控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，若發(fā)酵度過高，則酵母發(fā)酵生成酒精和CO2濃度就高，對(duì)啤酒質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而發(fā)酵度過低，則殘?zhí)橇扛?，發(fā)酵液容易滋生雜菌。

研究結(jié)果表明：發(fā)酵度在發(fā)酵前期快速上升；6天后上升速度明顯減慢，最終基本保持不變。發(fā)酵前5天發(fā)酵液發(fā)酵度變化顯著（P＜0.05），5至15天發(fā)酵度變化不顯著（P＞0.05）（圖7）。在酵母含量較高的發(fā)酵初期，麥汁浸出物被大量消耗，發(fā)酵度快速上升，后期發(fā)酵液中酵母急劇減少，消耗的底物量也大大降低，發(fā)酵度增長緩慢。

圖7發(fā)酵度變化誤差分析示意圖

3 討論

本文首次全面系統(tǒng)研究了啤酒發(fā)酵過程中酵母數(shù)、PH、雙乙酰、還原糖、α-氨基氮、酒精度和發(fā)酵度的變化規(guī)律。有前人報(bào)道PH在發(fā)酵期間是一直保持下降趨勢(shì)的，不可逆的［12-13］，但這三批發(fā)酵液的PH在經(jīng)過前期的下降后，又有兩到三天的小幅回升，這有可能是發(fā)酵液中的酵母此時(shí)進(jìn)入衰亡期，部分出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，其借助自身細(xì)胞酶對(duì)自身物質(zhì)進(jìn)行不可逆分解，同時(shí)，自溶后釋放的氨基酸和蛋白質(zhì)等電點(diǎn)較高，導(dǎo)致PH上升，這就要求酒廠在進(jìn)行酵母選種方面要選擇性能優(yōu)良的菌株來減少此現(xiàn)象的發(fā)生。雙乙酰含量均在發(fā)酵7天左右達(dá)標(biāo)，這與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道吻合［14］。酒精度和發(fā)酵度均在發(fā)酵初期快速上升，中后期上升趨勢(shì)明顯放緩。啤酒發(fā)酵所涉及的機(jī)理較為復(fù)雜，本試驗(yàn)只對(duì)幾種重要的理化指標(biāo)進(jìn)行了研究分析，對(duì)啤酒的生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義，若想生產(chǎn)出質(zhì)量更高的啤酒，還需要更深入的研究。

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Study on the Change Rules of Physiochemical Indexes During the Fermentation Process of Beer

FENG Zhiping，CHEN Kai，ZONG Xuyan，LUO Huibo，LILi
（School of Biotechnology Engineering，Sichuan University of Science&Engineering，Zigong 643000，China）

The change rules of six Physiochemical indexes（yeast number，diacetyl，PH，reducing sugar，α_amino nitrogen，alcoholic strength）and what the fermentation degree changes are analyzed in this research.The results show that the numbers of yeast and diacetyl，increase raPidly during the first three days of fermentation，then decrease sharPly，and decline in slow in later Period；the reducing sugar andα_amino nitrogen are decrease raPidly in the early stage，and decline slowly in themiddle and later Periods；at the beginning of fermentation，PH decreases evidently，then tents to be stable later；alcohol strength increases sharPly in the first stage，then rises smoothly.The exPeriment shows that the changes of Primary Physiochemical indexes during the fermentation Process of beer have certain rules，and they contribute Practical significance to the beer Production.

beer；fermentation；Physiochemical index

TS261.4

A

1673_1549(2014)02_0019_04

10.11863/j.suse.2014.02.04

2013_11_25

川酒發(fā)展中心基金項(xiàng)目（CJY12_3S）

馮治平（1966_），男，重慶忠縣人，教授，主要從事食品發(fā)酵及環(huán)境生物學(xué)方面的研究，（E_mail）1327750721@qq.com