啤酒主發(fā)酵過(guò)程控制參數(shù)變化趨勢(shì)分析

劉麗艷，趙金安，王大忠（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西太原030008）

啤酒主發(fā)酵過(guò)程控制參數(shù)變化趨勢(shì)分析

劉麗艷，趙金安，王大忠
（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西太原030008）

摘要：通過(guò)對(duì)啤酒主發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，控制發(fā)酵過(guò)程的相關(guān)參數(shù)，找出最優(yōu)的發(fā)酵工藝條件，并進(jìn)一步摸索這些參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：糖度下降速度和還原糖含量差異明顯，酒精含量和色度的差異較小，pH在發(fā)酵結(jié)束時(shí)保持恒定，而酵母在發(fā)酵周期結(jié)束時(shí)依然保持較高的活性。糖度隨著發(fā)酵溫度的升高而升高，在達(dá)到一定溫度后糖度下降速度開(kāi)始減緩；當(dāng)酵母開(kāi)始沉降，糖度下降速度也開(kāi)始減緩；發(fā)酵液中初始糖度越高那么最終發(fā)酵的酒精含量越高，發(fā)酵結(jié)束時(shí)酒精含量大約在2%～4%。還原糖含量可以反映出發(fā)酵液中菌體生長(zhǎng)情況，為發(fā)酵過(guò)程控制提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：啤酒；主發(fā)酵；控制參數(shù)；變化趨勢(shì)

啤酒是一種由谷物、酵母、酒花和水發(fā)酵而成的含酒精飲料，其產(chǎn)量穩(wěn)居酒類飲料榜首。盡管酵母應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)已有悠久的歷史，但是酵母的代謝過(guò)程復(fù)雜，對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程的認(rèn)識(shí)也不夠深入。啤酒發(fā)酵過(guò)程中采用的工藝關(guān)系到最終發(fā)酵成品的質(zhì)量，也會(huì)影響啤酒的口味和品質(zhì)。所以了解啤酒發(fā)酵過(guò)程中控制參數(shù)變化規(guī)律與趨勢(shì)是十分必要的，可以有效控制發(fā)酵進(jìn)程，而之前對(duì)于發(fā)酵過(guò)程參數(shù)控制的研究也比較少[1]。本文就是通過(guò)對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行跟蹤測(cè)定，揭示發(fā)酵過(guò)程中主要控制參數(shù)的變化規(guī)律，為啤酒工業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

小麥（新疆小麥）、大麥（澳洲大麥）、酵母（德國(guó)慕尼黑拉曼啤酒酵母）、酒花（美國(guó)雅基瑪酒花公司）。

1.2主要儀器

糖度計(jì)：上海林譽(yù)貿(mào)易有限公司；MP523型pH計(jì)：上海三信儀表廠；752N型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；SPX-250B-D型生化培養(yǎng)箱：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)包括還原糖含量、酵母、酒精度，糖度和色度。1）還原糖含量采用甘油銅測(cè)定法；2）酵母的測(cè)定主要是酵母總數(shù)、出芽率和死亡率，測(cè)定方法選擇血細(xì)胞計(jì)數(shù)法；3）酒精度測(cè)定方法選擇的是國(guó)標(biāo)法進(jìn)行測(cè)定；4）色度測(cè)定方法選擇分光光度法進(jìn)行測(cè)定。

2　結(jié)果與分析

2.1啤酒發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的變化規(guī)律

還原糖含量在啤酒發(fā)酵過(guò)程中是一個(gè)非常重要的理化指標(biāo)，對(duì)啤酒生產(chǎn)的糖化工藝，發(fā)酵度，風(fēng)味口感質(zhì)量有重要影響[2]。發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的變化也能反映糖化和發(fā)酵的協(xié)同程度[3]。

啤酒發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的變化規(guī)律如圖1所示。

圖1　啤酒發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量變化Fig.1　The variation of reducing sugar content during beer fermentation

在發(fā)酵周期開(kāi)始時(shí)還原糖含量是一定的，接種酵母后酵母開(kāi)始利用發(fā)酵液中還原糖進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)入酵母活化階段。此時(shí)還原糖含量呈直線下降趨勢(shì)，酵母開(kāi)始大量繁殖。當(dāng)酵母生長(zhǎng)到穩(wěn)定期后酵母開(kāi)始沉底，進(jìn)入酒精發(fā)酵階段。此時(shí)酵母開(kāi)始利用發(fā)酵液中的還原糖進(jìn)行酒精發(fā)酵[4]。還原糖消耗趨勢(shì)開(kāi)始減緩，當(dāng)酒精含量達(dá)到要求時(shí)可以終止發(fā)酵。

2.2啤酒發(fā)酵過(guò)程中酒精度的變化規(guī)律

啤酒發(fā)酵過(guò)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)過(guò)程中值得關(guān)注的一個(gè)因素[5]。在啤酒發(fā)酵過(guò)程中酒精度的變化規(guī)律如圖2所示。

酒精發(fā)酵開(kāi)始在接種酵母后12 h～36 h，此時(shí)酵母細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖狀態(tài)處在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，酵母細(xì)胞大量繁殖。由于發(fā)酵液的表面與空氣接觸面積一定，這就導(dǎo)致發(fā)酵液中少數(shù)酵母細(xì)胞未能進(jìn)行有氧呼吸進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，直接進(jìn)入無(wú)氧呼吸階段，開(kāi)始產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物乙醇。當(dāng)酵母生長(zhǎng)繁殖進(jìn)入穩(wěn)定期后，發(fā)酵液中的乙醇開(kāi)始大量合成，同時(shí)發(fā)酵液中的糖含量開(kāi)始快速消耗。由于發(fā)酵力的減弱主發(fā)酵的結(jié)束，發(fā)酵液中的乙醇合成速度開(kāi)始減緩。

圖2　啤酒發(fā)酵過(guò)程中酒精含量變化Fig.2　The variation of alcohol content during beer fermentation

2.3啤酒發(fā)酵過(guò)程中色度的變化規(guī)律

色度是啤酒的表觀表現(xiàn)，它反映的是顏色的色調(diào)和飽和度。啤酒液體的外觀顏色。將取得的發(fā)酵液在3 000 r/min條件下離心15 min，同時(shí)將分光光度計(jì)開(kāi)啟調(diào)節(jié)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至430 nm下進(jìn)行預(yù)熱20 min，然后將離心完成的發(fā)酵液裝入比色皿中測(cè)定430 nm下的吸光度值，然后再調(diào)至700 nm下測(cè)定，看發(fā)酵液是否澄清。啤酒發(fā)酵過(guò)程中色度的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3　啤酒發(fā)酵過(guò)程中色度變化Fig.3　The variation of chroma during beer fermentation

在發(fā)酵開(kāi)始前麥汁由于糖度偏高與麥芽中色素物質(zhì)的作用使得麥汁呈棕黃色，當(dāng)接種后，酵母開(kāi)始有氧呼吸和利用發(fā)酵液中的還原糖進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，使得發(fā)酵液顯得渾濁顏色變深，之后開(kāi)始逐漸變的不太渾濁。

2.4啤酒發(fā)酵過(guò)程中酵母數(shù)的變化規(guī)律

酵母是啤酒發(fā)酵過(guò)程中最主要的菌種，通過(guò)其復(fù)雜的代謝獲得產(chǎn)物，及時(shí)了解其數(shù)量變化，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，從而改善發(fā)酵產(chǎn)物的品質(zhì)。啤酒發(fā)酵過(guò)程中酵母數(shù)量的變化規(guī)律如圖4所示。

酵母數(shù)量在發(fā)酵前期快速增加，發(fā)酵48 h達(dá)到最大值，之后開(kāi)始下降，到發(fā)酵120 h基本保持穩(wěn)定。酵母數(shù)量在前期快速增加可能是由于發(fā)酵前期酵母利用麥汁充足的碳源、氮源與其它生長(zhǎng)因子，在短暫的適應(yīng)期后隨即進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，酵母大量增殖；后期，酵母數(shù)量的減少是由于空間限制，營(yíng)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)量減少。

2.5啤酒發(fā)酵過(guò)程中糖度的變化規(guī)律

糖度是表示糖液中固形物濃度的單位，工業(yè)上一般用白利度（°BX）表示糖度，指的是100 g糖溶液中，所含固體物質(zhì)的溶解克數(shù)。發(fā)酵過(guò)程中糖度的變化規(guī)律如圖5所示。

圖4　啤酒發(fā)酵過(guò)程中酵母數(shù)的變化Fig.4　The variation of the number of yeast during beer fermentation

圖5　啤酒發(fā)酵過(guò)程中糖度的變化Fig.5　The variation of sugar degree during beer fermentation

發(fā)酵初期發(fā)酵液中糖度是一定的，隨著酵母的生長(zhǎng)繁殖利用發(fā)酵液中的糖，酵母消耗糖分使得發(fā)酵液中糖濃度下降。當(dāng)酵母完成生長(zhǎng)繁殖階段后，糖度下降趨勢(shì)開(kāi)始減緩。

2.6啤酒發(fā)酵過(guò)程pH變化

啤酒發(fā)酵過(guò)程中pH的變化規(guī)律如圖6所示。

圖6　啤酒發(fā)酵過(guò)程中pH變化Fig.6　The variation of pH value during beer fermentation

在按比例添加原料、酒花后發(fā)酵液的pH基本是處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，初始的pH為5.0～5.2直到主發(fā)酵周期的完成時(shí)pH的下降趨勢(shì)也開(kāi)始放緩，最終會(huì)穩(wěn)定在pH4.3～4.4。當(dāng)發(fā)酵完成后如果沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行下一步發(fā)酵，由于主發(fā)酵階段發(fā)酵液沒(méi)有達(dá)到封罐要求，所以基本都在進(jìn)行通氧發(fā)酵，空氣中的細(xì)菌或多或少都會(huì)進(jìn)入發(fā)酵液中[6-8]。當(dāng)主發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵力減弱發(fā)酵液中的酒精產(chǎn)生開(kāi)始減慢，此時(shí)空氣中的雜菌醋酸菌就會(huì)在發(fā)酵液中大量繁殖。醋酸菌繁殖使得發(fā)酵液表面產(chǎn)生白色的薄膜，開(kāi)始產(chǎn)生醋酸，使得發(fā)酵液pH再次開(kāi)始下降。

3　討論

本文以小麥和大麥為主要原料全面系統(tǒng)研究了啤酒發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量、酒精度、色度、酵母數(shù)、糖度和pH得變化規(guī)律，為啤酒發(fā)酵過(guò)程控制提供參考。

啤酒主發(fā)酵周期為4 d～6 d，發(fā)酵完成后的小麥主發(fā)酵液糖度值在4°～5°，主發(fā)酵期間完成后酒精度在2.7%～3.2%，EBC色度值在4～5之間，還原糖消耗量7 g/100 mL～10 g/100 mL，酵母在發(fā)酵完成后仍然具有較高的活性，發(fā)酵結(jié)束后取出發(fā)酵液后，酵母完全沉底，易于回收，經(jīng)過(guò)制備培養(yǎng)基的觀察發(fā)現(xiàn)酵母菌菌落數(shù)較多，說(shuō)明發(fā)酵液中酵母菌總數(shù)較多，具有較高的活性，具備繼續(xù)發(fā)酵的能力。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.023

收稿日期：2014-10-16

基金項(xiàng)目：生物工程專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革與研究（省級(jí)教改，教改編號(hào)：J2014117）

作者簡(jiǎn)介：劉麗艷（1976—），女（漢），講師，碩士研究生，研究方向：生物工程。

Analysis of Variation Trend on Control Parameters in Beer Main Fermentation Process

LIU Li-yan，ZHAO Jin-an，WANG Da-zhong
（Department of Environment and Safety Engineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，Shanxi，China）

Abstract：This article study the variation trend of control parameters in beer main fermentation process.By controlling the related parameters in the fermentation process，we aim to found out the optimal fermentation conditions and explore the varying pattern.The results show that different parameters control the fermentation process are different.Sugar degree dropt speed and reducing sugar content was obvious.Alcohol and chromaticity difference wasn't obvious.At the end of the fermentation process yeast still kept higher activity.The variation trend of control parameters in beer main fermentation process.When the fermentation temperature trend higher，the faster decline in sugar degree，after reach a certain temperature drop speed slows down，When the yeast begin to settlement，sugar degree drop speed slows down.The fermented liquid sugar degree higher，the higher alcohol content at the end of fermentation.Alcohol content around 2%-4%.Under the condition of high fermentation temperature，the content of reducing sugar was lower，reducing sugar content can reflect the growth of yeast in fermentation medium.

Key words：beer；main fermentation；control parameters；variation trend