啤酒酵母资料

 

第一节   概  述

一、发酵的定义

1、广义上说是指利用微生物的生命活动得到或产生特定产品的一个工艺过程。

2、狭义上（啤酒发酵）说是指利用啤酒酵母的生命过程和活动得到啤酒的一个工艺过程。

二、发酵的过程（见图1）

1、两个利用

（1）酵母利用麦汁当中的可发酵性糖作为碳源。

（2）酵母利用麦汁中的低分子N（α-AN）作为N源。

2、两个生成

（1）生成了主要的代谢产物——酒精（3～4%）和CO2（0.3～0.5%）。

（2）生成了其它的代谢产物，但其种类多，数量少。如：高级醇在90ppm左右、醛类为20ppm左右、脂类、酮类（双乙酰为酮类之一，含量要求＜0.15ppm）、酸类物质和硫化物（为ppb量级）。

3、以上主、副产物的数量与性质决定了啤酒的质量。它们影响啤酒质量的方面有：

（1）口味：双乙酰含量高了有馊饭味，乙醛含量高了有生青味，高级醇含量高了有异臭味等。

（2）泡沫：CO2含量高则相应的泡沫要多些。

（3）香味：酯类物质含量高会带来不同的酯香味。

（4）稳定性：包括风味稳定性、生物稳定性和非生物稳定性等方面。

所以啤酒发酵是啤酒生产过程当中的一个重要环节。

三、能否保证发酵顺利进行的条件（酵母方面）

（1）酵母的添加量，即接种麦汁中的酵母数量。

（2）酵母的种类：是上面酵母还是下面酵母。

（3）酵母被微生物污染的程度。

（4）酵母的质量、性能。

酵母是保证啤酒顺利发酵的先决条件，因为麦芽的质量差，可以添加酶制剂进行弥补；酿造水不好也可进行水的处理，但酵母的质量不好却不能随意去处理，所采取的手段和方法非常地少。

第二节   啤酒酵母

一、酵母的定义

酵母是在自然界中广泛存在的、单细胞的微生物；它结构简单、个体微小，且为真核、芽殖繁殖的菌类。

二、酵母的大小、形状和颜色

参见笔记《啤酒微生物》中有关的酵母图片。

1、大小

酵母大小为 （5～8）μm×（6～10）μm，在国内，酵母的大小多在（3～7）μm×（5～10）μm；长:宽=1:1～2:1。

2、形状 

酵母一般为单细胞微生物，多呈圆形（上面酵母）和椭圆形、卵形（下面酵母）。

3、颜色

新鲜酵母呈米色或乳白色，在吸收了树脂、多酚以及色素等物质后会变为淡黄色，而老化的酵母则呈棕色。

三、酵母细胞的结构（见图2）

 

1、说明

（1）细胞壁：其厚度约为100～200nm，作用为固定酵母的形状。                                                                                             

（2）细胞膜：厚度约为100nm，细胞膜具有半渗透性，大分子物质不能进入，而小分子物质则可自由通过。

（3）细胞质：主要由蛋白质组成，是酵母中各种生化反应的场所。

（4）细胞核：不一定在细胞中间，其大小在0.5～1.5μm。

（5）液泡：由各种盐类构成的、透明的水泡。

（6）贮藏颗粒：包括肝糖颗粒、脂肪粒、异染颗粒等。其大小一般 ＜0.2 nm，一般的显微镜看不到。

2、应用

（1）镜检

通过镜检来观察细胞壁的厚薄、细胞质是否均匀、是否出现颗粒和液泡等来判断细胞是否强壮。

① 强壮的酵母：细胞壁较薄，细胞质均匀透明，颗粒少且小一些，液泡小。

② 衰老的酵母：细胞壁厚，细胞质暗淡且不均匀，颗粒多且大，液泡大且有空泡出现。

（2）染色

根据细胞膜的性质，通过美兰染色来判断酵母的死活状况。

一般零代酵母要求死亡率为0%，回收酵母的死亡率要求＜3%，极限值为＜5 %。

四、啤酒酵母的分类

1、酵母的分类

2、上面酵母与下面酵母的区别及各自特点

（1）上面酵母

① 它是啤酒酵母的原始菌种。

② 可形成芽簇（见图3），在旺盛发酵时上升并进入发酵液的泡盖中，其凝聚沉淀性较差。

③ 能形成孢子，可发酵1/3的棉子糖，不能发酵蜜二糖。

④ 发酵温度在15～25℃ ，常用20～25℃，对低温很敏感。

⑤ 产生特有的酯香味。

⑥ 啤酒的发酵度较高。

（2）下面发酵

① 不易形成芽簇，子、母细胞很快分离，主发酵结束时，酵母沉降于容器底部，其凝聚沉淀性较强。

② 不易形成孢子，能全部发酵棉子糖和蜜二糖。

③ 发酵温度为5～12℃，常用9～12℃，对低温能较好的适应。

④ 可进行酵母洗涤，但一般大罐发酵工艺很少回收后进行酵母洗涤。

  

3、粉状酵母与凝聚酵母的区别与联系

（1）粉状酵母与凝聚酵母的区别（见表1）

表1  粉状酵母与凝聚酵母的区别                                                

（2）粉状酵母与凝聚酵母的联系

粉状酵母与凝聚酵母之间也会发生转化。由于麦汁中可发酵性糖、低分子N等的改变，凝聚性酵母会转变成为粉状酵母，而很少有粉状酵母会转变为凝聚性酵母。

酵母凝聚性的不同会影响到啤酒的生产过程及啤酒质量。

4、上面酵母发酵后为何浮在上面？而下面酵母却沉在下面？

（1）生理上：上面酵母易形成芽簇，而下面酵母不易形成芽簇。

（2）物理方面：上面酵母的芽簇会包围CO2气体，使芽簇的比重变小，当其小于啤酒比重时，芽簇就会上浮至液面；下面酵母生成的CO2会很快脱离酵母本体而进入酒中，且下面酵母会凝聚成比重为1.10的团块，因比重大于酒的比重而下沉至底部。

（3）从电离理论方面：上面酵母外围所带电荷为正电荷，而CO2在酒中带负电荷，相互吸附；下面酵母外围所带电荷为负电荷，与CO2相互排斥促使CO2离开酵母本体。由于以上三方面的影响而使上面酵母上浮而下面酵母下沉。

p 硅胶所带电荷为负电荷，而某些蛋白质在啤酒的pH环境下带正电荷（阳离子）在过滤时可相互吸附而将蛋白质除去。

五、酵母的繁殖与生长

1、酵母的繁殖方式

酵母通常以无性繁殖的芽殖形式进行繁殖，而很少通过有性繁殖的孢子方式进行繁殖。

（1）繁殖过程（见图4）

首先在母细胞一定的表面长出芽胞，它们在繁殖后期子、母细胞分开。出芽繁殖后会在母细胞的细胞壁上留下一个可用电子显微镜才能辨别的芽痕（见图5），以判此细胞的年龄。

细胞可单端或多端芽殖，一般可繁殖9～43个，大多平均在24～28个。

（2）生长繁殖阶段

酵母的繁殖必须以合适的培养基为前提，其繁殖过程可划分为以下四个阶段（见图6）

① 迟滞期

大约6～8小时，在此期间酵母数量没有增长。这是因为酵母周围的环境发生了改变如温度的变化以及增多的营养成份等和酵母中酶系的调整，从而产生了调整期。

Ø 影响迟滞期时间的因素：

A.酵母的种类。

B.接种麦汁的温度，成反比关系。

C.接种麦汁的组成，营养，成反比关系。

D.接种麦汁当中的氧含量（7～9mg/L），成反比关系。

② 对数生长期

当酵母渡过了调整期后，酵母开始进行繁殖并转入大量旺盛繁殖阶段。此时酵母的数量呈对数关系进行生长，并且酵母的出芽率最高，最适合于接种扩大培养。

③ 静置期（平衡期）

经前期的大量繁殖耗去了培养基的大量营养，代谢产物也在不断积累增多，从而使酵母的生长繁殖受到抑制，并开始有部分酵母出现了衰老死亡，死亡数量与新生酵母的数量达到了动态平衡；酵母总数不再有大的变化且达到了一个最大值（峰值）。

④ 衰老死亡期

培养基中的营养剩余的更少，代谢产物的量更多，对酵母繁殖的影响则更大；此阶段也会产生新的酵母细胞，但其量比衰老死亡的酵母量少得多，所以活酵母的总量不断下降。

2、影响酵母的繁殖因素

（1）世代时间

是指酵母数增加一倍所必须的时间。

在理想条件下，酵母的世代时间在1.5～2小时，在旺盛生长周期，世代时间一般为6～9小时。 

（2）温度

酵母繁殖的最适温度在25～30℃，＞45℃时停止繁殖；其死灭温度为52～54℃。低温（0℃左右）能阻碍酵母繁殖，但酵母并没死亡，故保存菌种时的温度一般在0～2℃，而发酵温度一般为9～12℃。

（3）当供H2体存在时，酵母繁殖必须有O2，否则繁殖逐渐停止。CO2会抑制酵母繁殖，O2会使其加快。

（4）乙醇

当培养基中乙醇的含量＞6%m/m时，对酵母的繁殖不利。

（5）其它因素

当培养基中的高级醇、亚硝酸、重金属（Pb、Cu、Zn等）以及消毒剂（Cl2）等的浓度达到一定值后，会对酵母的繁殖不利。

六、酵母的化学组成

1、酵母中物质的分类

（1）以酵母整体为100%时的分类

（2）以干物质为100%时的分类

（3）用元素表示组成，以干物质为100%时的分类

2、锌对酵母的重要性

（1）酵母缺乏锌会影响其代谢与繁殖，同时锌又是乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基；故麦汁中锌的含量应控制在0.15～0.20mg/L，以确保酵母良好的繁殖和发酵作用；但锌含量＞0.25mg/L时会毒害酵母，影响繁殖。

（2）锌主要来源于酿造用水，麦芽中也会带入一部分，还可以加入ZnCl₂和ZnSO₄来补充Zn²⁺的含量，据经验添加量为ZnSO₄15～25g/40T麦汁。

（3）实例

福州一家啤酒厂的定型麦汁为35T，加入的ZnCl2为20g；直接从煮沸锅中加入。

3、回收利用酵母

酵母中不但含有大量的蛋白质和碳水化合物，还富含多种维生素及矿物质，其营养相当丰富。所以将不再用于生产的酵母回收，经济效益可观，又可减轻污水处理负担。一般回收方式有：

（1）制成干酵母粉，用于饲料和医药方面。

（2）制成核酸，用于医药。

（3）制成酵母浸膏，用于食品行业。

（4）在高辅料（＞40%）生产啤酒时，利用酵母浸出液作为麦汁中α-氨基酸的另一来源，增加麦汁的营养。（见笔记《糖化工艺》中的方法）

（5）做调味品，如用酵母泥酱油等。

4、酵母中的酶系

酵母中大约有20多种酶系，其中重要的有13种。

酵母中的酶是由有生命的细胞产生的，但并不是在细胞有生命时起作用，根据酶的位置不同可分为：

（1）外酶：位于细胞壁上，能在胞外起作用，量较少。

（2）内酶：位于细胞膜、液泡、细胞核和线粒体中，是主要的酶系，对酵母的生长、繁殖、代谢等起着重要的作用。

七、酵母的自溶与退化

1、酵母自溶

（1）自溶的时刻

一定条件下，在啤酒的发酵和后酵贮酒期间或不合适的贮存酵母时发生。

（2）自溶的原因和现象

① 酵母自溶的原因

当环境条件不合适时，酵母本身的酶会将细胞本身的碳水化合物及含N物质分解，如类胰蛋白酶分解细胞质和细胞壁中的蛋白质；从而破坏了酵母的内在结构或使酵母细胞破裂，酵母中的内容物质外泄或细胞中的液泡变大。

② 自溶的现象

培养基或啤酒中的蛋白分解物质及氨基酸的含量上升，pH上升（由碱性氨基酸或碱性磷酸盐的生成所致）。啤酒中出现有酵母味甚至杂醇味。

（3）自溶的条件

① 当温度＞20℃或＜0℃时会加快酵母的自溶，营养缺乏时尤甚。

② 发酵或贮存时，α-AN含量低会加快自溶。故酵母应贮存到冷麦汁中而不应在冷水中贮存。

③ 酵母本身差的生理活性、贫瘠的麦汁成份、高的发酵度、高的发酵压力和压差变化、过足或不足的溶解氧、高的酵母添加量、回收酵母过晚及杂菌污染等均会使酵母自溶。

④ 贮存或发酵时间过长，酵母长期在CO2环境中或缺氧贮存可加速自溶。所以当双乙酰合格后应尽早排出酵母，避免酵母与发酵液接触时间过长。

（4）自溶的危害

① 啤酒中有酵母味（癸酸乙酯）、硫臭味（H2S）、后苦味（AA和高级醇）及双乙酰味，口味明显变差、变淡，啤酒泡沫性能差。

② 由于酵母自溶物中的蛋白分解物影响了啤酒的胶体平衡，啤酒非生物稳定性大大降低。

③ 由于碱性氨基酸的析出，啤酒的pH值升高。分解的自溶物还为各种有害菌提供了营养物质，啤酒更易受微生物的感染，生物稳定性变差。

④ 啤酒中有高级醇味，并易“上头”。

⑤ 啤酒的色泽改变。

（5）酵母自溶的检测

① 因为酵母自溶后其体内的高级酯类物质外泄，形成啤酒中特有的酵母味；故可通过检测啤酒中癸酸乙酯（酵母味的主要呈味物质）的含量是否超标来判断。

② 酵母细胞内的pH值多在5.4～6.5之间。发酵后期，由于细胞衰老、死亡自溶等均能引起细胞变形或细胞壁的渗漏；细胞内碱性物质的渗出会造成细胞周围啤酒的pH值升高。因此可用pH值的变化作为啤酒中酵母衰老、发酵能力减弱的指标。

检测方法如下：

A.测定啤酒的pH值pH1。

B.取该啤酒的酵母泥，用离心机在10000r.p.m的速度下离心20分钟，离心液测pH值pH2。

C.按以下计算公式算出两pH值之差

D.标准要求为

△pH＜0.2～0.3，酵母死亡率低，活力强。

△pH≥0.4～0.6，死亡率中等（＜5%），活力中等。

△pH＞0.7，死亡率高，活力低，不宜做种酵母。

2、酵母的退化

当啤酒中有过多的冷凝固物时会使酵母细胞壁玷污，引起物质交换困难，发酵力减弱，使酵母发生退化。

生产中加入的酵母必须绝对不含啤酒有害菌，酵母死亡率要求＜3%，极限＜5%；传统发酵的酵母使用代数＜8代，大罐发酵＜5代；酵母添加量一般为0.5～0.8L或1～1.2L/hL麦汁；代数高的酵母（死亡率高）则要酌情多加。

（1）酵母退化的表观现象

① 缓慢的发酵。

② 不合适的泡盖表面。

③ 低的发酵度。

④ 缓慢的后酵。

⑤ 较少的产酸。

⑥ 不合适的色度下降。

⑦ 较少的酵母回收量。

⑧ 酵母泥层疏松。

⑨ 凝聚性能的改变。

（2）影响发酵的因素

① 优良的酵母菌株是关键。

② 良好的麦汁组成是基础。

③ 最佳的发酵工艺是条件。

八、优良酵母菌株的选择

1、优良菌种的要求

（1）繁殖力强，起发快，发酵速度高。

① 繁殖力强：指菌种的世代时间短，适应性强，调整期短。

无锡轻大实验不同菌种在10℃和15℃时接种的不同世代时间（见表2）

表2  不同菌种在10℃和15℃时接种的不同世代时间                  

如果10℃和15℃之间的世代时间差值越小，可证明此酵母的繁殖能力越强，对温度的适应性就越强。

② 发酵速度高的要求

A.要起发快。

B.在高泡期间单位时间的降糖速度约为1.5～2.5°R/天。

C.啤酒的最终发酵度高。

（2）酵母的凝聚力强

① 与酵母本身的生理特性有关。

② 与凝聚时的温度等因素有关。

③ 与酵母的细胞大小有关。

A.大型酵母的大小为：（6.8～8）×（8～9）μm，V体＞176μm³。

B.中小型酵母的大小为：（3.6～6.5）×（6～8）μm，V体在100～160μm³。

C.大型酵母比中小型酵母的凝聚力强，但发酵速度、能力弱。

Ø 凝聚点：指酵母开始凝聚时的发酵度。

凝聚点低的酵母（发酵度为30～40%），不适合做高发酵度的啤酒。

（3）形成双乙酰的峰值低，还原双乙酰的速度快。

（4）能赋予啤酒良好的口味和香味。

（5）抗染菌能力强，能适应高温、高压发酵，性能稳定。

2、获得优良菌株的途径

（1）本厂自己酵母的纯种扩大培养。

（2）外购纯种培养酵母的原始菌管，再在工厂中进行扩大培养。

（3）直接从其他啤酒厂购买新鲜酵母泥（极易染菌），然后直接用于生产或再分离、纯化、鉴定后作原菌种。此方法多用于小型啤酒厂、啤酒屋或工厂刚刚生产的情况。