啤酒发酵过程中微量成分及酵母影响因素
啤酒发酵过程中的主要微量成分1. 双乙酰(连二酮)双乙酰是最主要的生青味物质。其含量超过味阈值时会导致啤酒口味不纯、有甜味直至馊饭味，浓度高时会给啤酒带来黄油味。由于戊二酮以相同的方式影响着啤酒质量(但其味阈值更高)，而两种物质的化学结构中均拥有处于邻位的两个酮基，所以将它们统称为连二酮。在啤酒后熟过程中，连二酮的分解与其它后熟过程同时进行。因此连二酮如今被视为啤酒成熟度的主要标志(指示性物质)。1.1. 下列因素有利于双乙酰分解:发酵期间的酵母分解连二酮的能力很强。发酵时的酵母细胞分解双乙酰的能力是其形成能力的10倍，双乙酰的分解能力在主酵期间保持恒定，在后酵期间则逐步下降。不同酵母种类的双乙酰分解能力区别很小。双乙酰分解受温度影响强烈，随着温度的升高，双乙酰分解能力增强。双乙酰的分解速度取决于后酵啤酒中的酵母浓度；双乙酰分解速度也受到与酵母充分接触的因素的影响。防止酵母沉降(比如通过倒泵、卸压等)可促进双乙酰分解；通过添加高泡酒可促进双乙酰的分解，因为酵母细胞在增殖期间的还原能力最强。2. 醛(羰基化合物)最重要的醛类物质为乙醛，它是酒精发酵过程中的正常中间产物。在主酵过程的前三天由酵母形成并分泌到嫩啤酒中。它导致嫩啤酒口味不成熟，即常说的典型生青味，也被称为酒窖口味。随着主酵的进行，乙醛浓度因不断分解而降低，嫩啤酒口味也随之衰落直至消失。嫩啤酒中乙醛含量为20-40mg/L,成品啤酒中其含量可降低到8-10mg/L以下。2.1. 下列因素会导致乙醛浓度的升高:① 发酵强烈② 发酵温度高③ 酵母添加量高④ 主酵采用带压发酵⑤ 麦汁通风量过少⑥ 麦汁被染菌⑦ 促进醛分解的因素有2.2. 下列手段促进后酵和后熟的措施① 高温后熟② 麦汁通风充分③ 提高后熟阶段的酵母浓度3. 高级醇与连二酮和醛类物质等生青物质不同，高级醇(或杂醇油)属于芳香物质。形成高级醇的途径有以下几种:① 麦汁中存在的氨基酸在酵母作用下通过脱氨、脱羧以及还原作用被转化成为高级醇② 通过羟酸或酮酸形成高级醇糖通过乙酸酯也可形成高级醇大约80%的高级醇在主酵期间形成，贮酒阶段增加量很少。已形成的高级醇无法通过工艺技术措施再被还原。因此，必须通过控制主酵过程达到调节高级醇含量的目的。3.1. 促进啤酒中高级醇形成的因素有:① 提高发酵温度② 嫩啤酒的运动，例如搅拌或循环③ 麦汁中氨基酸含量的减少④ 接种麦汁的强烈通风⑤ 强烈的麦汁追加操作⑥ 接种温度高于8C⑦ 麦汁浓度提高到13%以上3.2. 抑制高级醇形成的因素有;① 提高酵母接种量② 降低接种温度③ 低温发酵④ 带压发酵⑤ 接种后避免吸氧⑥ 接种麦汁的氨基酸含量充足⑦ 高级醇含量超过100mg/L会使啤酒⑧ 口味和可饮用性明显变差。浅色全啤⑨ 酒中的高级醇含量在60-90mg/L。4. 酯酯类是最重要的啤酒芳香物质,在很大程度上决定了啤酒的香味。但酯含量过高也会赋予啤酒不舒适的苦味和果味。酯在发酵期间通过脂肪酸的酯化形成，少量酯也可通过高级醇的酯化形成。酯含量主要在主酵旺盛阶段大幅增长。后熟阶段的增加量取决于后酵情况，若后酵周期较长，酯量甚至可增加一倍左右。在啤酒中已发现约有60种不同的酯类物质，其中仅有6种对啤酒口味具有重要意义:乙酸乙酯乙酸异戊酯乙酸异丁酯p -乙酸苯酯己酸乙酯辛酸乙酯酯含量取决于啤酒品种和原麦汁浓度:在上面发酵啤酒中，酯含量可达80mg/L；在下面发酵啤酒中，酯含量可达60mg/L。啤酒中的酯含量究竟是多好还是少好仍无定论。酯含量直接受原麦汁浓度影响，原麦汁浓度越高，酯量也就越高。酯含量随罐高的增加而下降，因为罐子越高，液压和二氧化碳含量就越高。酵母的供氧情况也与酯的形成关系密切，它除了影响呼吸和发酵外，还影响着脂肪的合成。只要脂肪酸合成过程仍在进行，就不会生成酯。因此可以说酯的形成过程非常复杂，想有效控制并不容易。4.1. 酯的形成受到以下因素影响4.1.1. 下列因素可促进酯的形成① 高麦汁浓度，大于13%② 高最终发酵度和成品发酵度③ 加强麦汁通风④ 高发酵温度⑤ 增加主酵和后熟中的酒液运动4.1.2. 下列因素可抑制酯的形成① 低麦汁浓度② 低最终发酵度③ 减少或不进行麦汁通风④ 低发酵温度⑤ 发酵时压力增高5. 硫化物酵母的代谢会生成挥发性的硫化物，如硫化氢、硫醇和其它化合物等。这些物质即使含量很低也能强烈影响啤酒的口味和气味，超过了味阈值后这些硫化物会赋予啤酒不成熟的生青味。挥发性硫化物对啤酒口味产生的不利影响也可能是污染了耐热细菌所致，它们也形成同样的代谢产物。5.1. 硫化氢在酒精发酵过程中，含硫的氨基酸会形成硫化氢。当酵母缺乏或损失了生长素时也会导致啤酒中含有过高的硫化氢。硫化氢是一种易挥发的气体物质。一部分硫化氢在主酵和后熟过程中会被不断。上升的二氧化碳气体所吸收，从而被带出酒液。温度越高，液位越高，那么二氧化碳所吸附的硫化氢量越多。啤酒中硫化氢的生化转化应该被视为主酵和后熟的一个重要因素。5.2. 硫醇硫醇类物质会严重影响啤酒的香味并导致啤酒中日光臭的形成。在发酵度达到60% -70%前，硫醇量随发酵进程，逐渐增加，然后开始下降。若与氧气接触，硫醇会被氧化成对啤酒感官质量危害较小的二硫化物。5.3. 二甲基硫(DMS)总体来讲，高温发酵与低温发酵相比，会导致更多的二甲基硫被分离析出，带压发酵时则会减弱析出效果。随着贮酒时间的延长，二甲基硫会出现轻微上升的趋势。一般来讲，成品啤酒中的二甲基硫含量与接种麦汁中的水平基本持平。6. 有机酸啤酒中存在的有机酸大部分是通过酵母由麦汁中的氨基酸转化而来:氨基酸被脱去合成酵母细胞自身蛋白质所需的氨基而形成相应有机酸，脱氨后的有机酸被分泌到酒液中。因此除了由类似代谢途径形成的高级醇外，一系列来自于氨基酸脱氨过程的有机酸也影响着啤酒的口味。有关发酵副产物的形成总结如下:对于来自醛类和硫化物的生青味物质可采取控制连二酮同样的工艺措施来加以调整。在主酵和后熟期间，必须借助工艺手段保证啤酒中含有一定的芳香物质。啤酒中的酯含量很大程度受麦汁质量影响，而高级醇含量则更多地受到工艺操作条件的影响啤酒发酵过程中不同因素对酵母的影响在酵母扩培、发酵和后熟以及储存过程中，会出现众多对酵母细胞不利的影响因素，导致细胞的代谢活力下降， 直至失去生命活力。下列这些因素均会给生产过程带来不利影响，具体包括:（一）高浸出物含量高浓酿造过程中发酵时经常会出现问题，往往因为麦汁中的糖含量太高，氨基酸含量不足而引起。如果发酵停滞，那么只能通过重新添加酵母或高泡酒来加以解决。（二）高酒精含量 一般储藏啤酒中所含有的4.7%-5.0% (体积分数)的酒精对酵母来讲不是问题。即使酒精含量达到6%-7%，绝大多数酵母也能承受。但是酒精含量进一步升高就会带来问题。高酒精含量对酵母的代谢过程带来三个方面的影响:① 抑制细胞生长；② 降低活酵母细胞量；③ 抑制发酵过程随着酒精含量的增加，细胞壁中磷脂膜中的脂肪酸含量会发生明显的变化，从而给酵母质量带来不利影响。啤酒生产过程中一般不会出现特别高的酒精含量。酒精含量最高的啤酒为法国的“Belzebuth" 啤酒，其酒精含量为15%。不过它采用了特别的酵母以及众多**工艺措施。（三）微量元素某些麦汁由于其中的锌离子含量过低而导致发酵迟缓。保证正常发酵的锌离子含量至少应为0.12 mg/L。因为绝大部分锌离子均被麦糟所截留，所以必须采用合适措施对麦汁进行增锌处理。（四）酵母供氧酵母增殖过程需要氧气。吸氧后，形成新细胞所必需的脂质以及不饱和脂肪酸就会被合成。如果供氧不足或完全没有，那么将出现下列问题：① 酵母体内就会缺少这些物质增殖过程提早被终止② 发酵将出现困难，发酵周期延长③ 酵母细胞死亡率大幅升高因此在发酵初期检查酵母的供氧量十分重要。理想供氧量应达到至少8-10 mg/L。此时通入的氧会被酵母在极短的时间内完全消耗掉，所以无需担心会对啤酒口味稳定性带来负面影响。（五）低发酵温度下面发酵过程中常用的温度远低于酵母体内酶系的最佳作用温度。在酵母扩培过程中需不断将扩培温度逐步向发酵温度方向调节。如果酵母突然接触冷麦汁或降温幅度过大，那么酵母受到冷冲击会立即分泌出氨基酸和核苷物。酵母增殖过程将变慢或完全终止，发酵进程也会延缓，直到完全停滞。酵母对降温时的大幅温度波动特别敏感(冷冲击)。（六）高发酵温度将酵母短时加热到37-40℃会给酵母带来热冲击。此时某些特定蛋白质的合成过程将会非常活跃。经过几个小时的冷却后酵母又能恢复原来的正常代谢过程。-般来讲正常生产过程中不会出现酵母热冲击问题。（七）高压借助限压阀门，带压发酵时发酵罐内可以达到20-180kPa的过压压力，这也导致啤酒中二氧化碳含量的上升。此时对酵母产生不利影响的不是压力，而是啤酒中的高二氧化碳分压压力。二氧化碳含量的增加将使酵母细胞形成自身结构物质的过程受到抑制，尽管其分解过程也受到抑制，但是分解受到抑制的程度远不及生成过程。因此，带压时可以在较高温度下进行发酵，而无需考虑由于高温发酵酵母繁殖旺盛而带来过多香味成分如酯和高级醇的问题。通过上面的论述可以看到，许多因素都会对酵母产生不利作用，从而对正常发酵过程带来或多或少的负面影响。
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