啤酒发酵工艺流程概述.doc

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1、啤酒发酵工艺流程概述啤酒过滤回旋沉淀冷却酵母添加 发酵充氧发酵啤酒发酵部分工艺流程图麦汁经过酵母的生化代谢作用生成乙醇和二氧化碳，这一由麦汁转化为啤酒的过程称之为啤酒发酵。啤酒发酵是一个复杂的生化和物质转化过程，酵母的主要代谢产物是乙醇和二氧化碳，但同时也形成了系列发酵副产物如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等物质。这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，赋予啤酒以典型特色。啤酒发酵因所用酵母不同，可分上面发酵和下面发酵两种类型。前者采用上面酵母和较高的发酵温度；后者采用下面酵母和较低的发酵温度。这两类啤酒风味不同，特色各异。 下面发酵是全世界普遍采用的啤酒生产方法

2、。我国98%以上的啤酒都是采用下面发酵方法生产的，下面发酵的啤酒品种有比尔森啤酒，出口啤酒，淡色啤酒等，如我国著名的青岛啤酒就是典型的下面发酵啤酒；而小麦啤酒，阿尔特啤酒，科尔施啤酒等则是上面发酵啤酒，在英国，上面发酵仍是啤酒生产的主要方法。近年来，在我国小麦啤酒受到消费者的普遍欢迎和喜爱，小麦啤酒产量呈明显增长趋势，上面发酵技术也受到人们的重视。 根据传统生产方法，啤酒发酵过程分主发酵（又名前发酵）和后发酵两个阶段。酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的代谢以及发酵产物的形成，均在主发酵阶段完成。后发酵是前发酵的延续，必须在密闭的发酵容器中进行，使残糖分解形成的二氧化碳充分溶于啤酒中，并达到饱和；啤

3、酒在低温下陈贮，使啤酒进一步成熟和澄清。由于科学技术的不断发展，啤酒发酵过程的生化机理已为人们所掌握。为了缩短发酵周期，提高发酵设备利用率，人们在传统发酵技术的基础上，又创造了许多新型发酵方法如高温发酵、搅拌发酵、加压发酵、连续发酵、固定化酵母发酵等，并开发了多种新型发酵容器。采用这些新技术，可以使主发酵和后发酵在同一容器中进行，既保证了啤酒的品质，又简化了管理和操作，为推动我国啤酒工业发展发挥了重要作用。 第一章发酵中的物质转化整个发酵过程可大致分为3个阶段：（1）酵母适应阶段；（2）有氧呼吸阶段；（3）无氧发酵阶段。由于发酵过程连续进行，所以应将主酵和后酵中的发酵变化看作一个相互关联的过程

4、。发酵期间通过酵母新陈代谢形成的副产物起着特殊的作用，这些副产物中的某些物质部分又被重新分解。这些副产物的形成和部分分解与酵母的新陈代谢密切相关，因此要引起注意。第一节 发酵机理酵母属兼性微生物，在供氧和缺氧的条件下都能生存。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性。然后以麦汁中的氨基酸为主要氮源和以可发酵性糖为主要碳源，进行有氧呼吸，并从中获取能量而生长繁殖，同时产生一系列代谢副产物（见表1.9）；麦汁中的氧被耗尽后，酵母即在无氧的条件下进行酒精发酵。酵母生命活动所需要的能量，可通过两方面获得（见图1.1）：2乙醇 +2 CO2EMP途径酒精发酵2乙酰辅酶A2丙酮酸 1葡萄糖 柠檬

5、酸顺乌头酸异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸琥珀酰辅酶A琥珀酸反丁烯二酸苹果酸草酰乙酸H2OH2OCO2CO2H2OH2OTCA循环 图 1.1 酵母获得能量的EMPTCA途径（1）在有氧条件下，酵母行EMPTCA循环（见图1.1），进行有氧呼吸，糖被分解为水和二氧化碳，并释出能量。在呼吸作用下，每氧化1 mol 葡萄糖的燃烧热为2822kJ，大部分能量转移到ATP高能键中，作为酵母繁殖获取能量的来源。 C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP + 热能（有氧呼吸） （2）在无氧条件下，酵母行EMP丙酮酸酒精途径（EMP途径见图1.2），进行无

6、氧发酵，糖被酵解，产生乙醇和二氧化碳，并释出能量。发酵过程是糖的生物氧化过程，每1mol葡萄糖发酵时释出的能量约209kJ，其中约96kJ的热量转移至ATP高能键中，其余部分则以热能形式而散失。葡萄糖的酒精发酵过程共经历12步反应，可划分为4个阶段： 第一阶段：葡萄糖磷酸化生成己糖磷酸酯。葡萄糖经磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖，为分解成两分子丙糖作好准备。这阶段可由3步反应组成，即葡萄糖磷酸化、异构化及磷酸果糖的磷酸化作用。（1）葡萄糖的磷酸化6-磷酸葡萄糖的生成：葡萄糖进入酵母细胞后，在己糖激酶的催化下，先经磷酸化作用，由ATP供给磷酸基及能量，生成6-磷酸葡萄糖。反应需Mg2+激活。

7、葡萄糖 + ATP 6-磷酸葡萄糖 + ADPMg2+已糖激酶（2）6-磷酸葡萄糖与6-磷酸果糖的互变：6-磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶的催化下，转化为6-磷酸果糖。6-磷酸葡萄糖磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖图 1.2 EMP途径（3）6-磷酸果糖生成l，6-二磷酸果糖：6-磷酸果糖在磷酸己糖激酶催化下，由ATP供给磷酸基及能量，进一步磷酸化，生成活泼的l，6-二磷酸果糖。反应需Mg2+激活。6-磷酸果糖 + ATP 1， 6-二磷酸果糖 + ADP磷酸果糖激酶Mg2+ 第二阶段：磷酸己糖分裂为两个磷酸丙糖。（4）1，6-二磷酸果糖分解生成两分子三碳糖：在醛缩酶的催化下，l，6-二磷酸果糖分子在第

8、3与第4碳原子之间断开，分裂成两个磷酸丙糖，即磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。1，6-二磷酸果糖醛缩酶磷酸二羧丙酮 + 3-磷酸甘油醛（5）磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛互变：磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛是同分异构体，两者可在磷酸丙糖异构酶的催化下互相转化。磷酸丙糖异构酶3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮反应达到平衡时，磷酸二羟丙酮占96，3-磷酸甘油醛占4。在正常进行着的生醇发酵途径中，反应倾向于变为3-磷酸甘油醛，因为它在下一步反应中被不断消耗而在逐渐减少。第三阶段：3-磷酸甘油醛生成丙酮酸。3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、高能磷酸键转移、磷酸基变位和分子内重排等若干步反应，生成丙酮酸。 3-磷酸甘油醛

9、 + NAD + H3PO4 1，3-二磷酸甘油酸 + NADH2磷酸丙糖脱氢酶（6）3-磷酸甘油醛在磷酸丙糖脱氢酶催化下，进行脱氢作用并磷酸化生成1，3-二磷酸甘油酸。在这脱氢过程中产生的能量集中在磷酸和羟基结合成的酸酐键上，形成高能磷酸键。所以，生物体通过此反应可以获得能量。1，3-二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸 + ATP磷酸甘油酸激酶Mg2+（7）3-磷酸甘油酸的生成：1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下，将高能磷酸（酯）键转移给ADP，以ATP的形式储藏起来，其本身变为3-磷酸甘油酸。反应需Mg2+激活。3-磷酸甘油酸 + 2，3-二磷酸甘油酸 + 酶-磷酸（磷酸化

10、型）磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶酶（非磷酸化型）酶（磷酸化型） 2-磷酸甘油酸 +（8）3-酸甘油酸与2-磷酸甘油酸的互变：在磷酸甘油酸变位酶催化下，3-磷酸甘油酸变为2-磷酸甘油酸。反应中有2，3-二磷酸甘油酸中间物形成。其反应过程如下： （9）2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成：在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱去1分子水，生成2-磷酸烯醇式丙酮酸。反应需Mg2+激活。2-磷酸甘油酸 2-磷酸烯醇式丙酮酸 + H2O烯醇化酶Mg2+在反应过程中，分子内部的能量经过重新分布，集中到磷酸键上，形成1个高能键。 2-磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 烯醇式丙酮酸 + ATP丙酮酸激酶Mg2+或K+（1

11、0）丙酮酸的生成：在丙酮酸激酶的催化下，2-磷酸烯醇式丙酮酸分子上的高能磷酸键转移到ADP分子上，形成ATP储藏起来，并生成烯醇式丙酮酸。此步反应不可逆。 烯醇式丙酮酸极不稳定，不需酶催化很容易自动变为比较稳定的丙酮酸。烯醇式丙酮酸 丙酮酸 以上10步反应可概括为：C6H12O6 + 2NAD + 2H3PO4+2ADP 2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP 上述由葡萄糖生成丙酮酸的反应过程称为EMP途径。葡萄糖在有氧和无氧条件下，均通过EMP代谢途径，生成丙酮酸。然后，丙酮酸继续降解，在有氧条件下被彻底氧化生成水和二氧化碳；而在无氧条件下可生成不同的代谢产物，如乳酸或酒精和二氧化碳等

12、。第四阶段：丙酮酸生成乙醇。酵母菌在无氧条件下，将丙酮酸继续降解，通过脱羧、还原等反应，生成乙醇。（11）丙酮酸脱羧生成乙醛：丙酮酸经丙酮酸脱羧酶的催化，脱去CO2，生成乙醛。在这个反应中，还需要焦磷酸硫胺（TPP）作为辅酶，并需Mg2+激活。此反应不可逆。丙酮酸 乙醛 + CO2丙酮酸脱羧酶TPP，Mg2+乙醛 + NADH2 乙醇 + NAD乙醇脱氢酶（12）乙醛还原生成乙醇：乙醛通过醇脱氢酶的催化，接受了还原辅酶上的氢，还原成为乙醇。还原辅酶（NADH2）是在第步反应中生成的。由葡萄糖发酵生成乙醇的总反应式为：C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 2CH3CH2OH + 2CO

13、2 + 2ATP + 113kJ葡萄糖酒精发酵的生化机制是酒精制造和酒类酿造最基础的理论。对啤酒酿造来说，除发酵代谢产物酒精和CO2是组成啤酒的最主要成分外，代谢过程中的EMP途径还是许多代谢产物生成的基础，因而熟知这个过程对研究其他啤酒风味成分也十分重要。酵母繁殖阶段，主要属前一种情况，啤酒发酵主要属后一种情况。显然，葡萄糖好气代谢所获的能量，远较厌气代谢所获的多，因此只需少量葡萄糖进行好气代谢，即可满足酵母生长和维持生命所需要的能量。在啤酒发酵过程中，绝大部分可发酵性糖，被分解为最终产物乙醇和二氧化碳。释放出大量能量（放热过程），因此在啤酒发酵过程中若想保持恒温，就需要对发酵罐进行冷却。第

14、二节 发酵过程中物质的转化发酵液中最终的各种成分及其含量，对啤酒的风味有着决定性的作用，而这些成分的生成和变化又与原料及工艺密切相关。因此，了解这些发酵产物的形成和分解十分重要。一、糖类的代谢麦汁营养丰富，为酵母细胞提供了良好的生存环境。酵母在麦汁中吸收营养物质，排泄代谢产物。糖类物质约占麦汁浸出物的90，其中葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖和棉子糖称为可发酵性糖，是啤酒酵母的主要碳素营养物质，也是发酵中可利用的物质。麦汁中的DP9DP12糊精、麦芽四糖、麦芽五糖至麦芽九糖等均为不可发酵性糖，又称非糖。在实际生产中糖与非糖的比例一般控制为7：3较合适，其中生产淡色啤酒，可发酵性糖含量略高，

15、发酵度高，口味清爽；若生产浓色啤酒，其非糖比例略高一些，以增加它的醇厚感。麦汁中可发酵性糖的组成，因工厂使用的原料和工艺方法不同而异，也因辅料不同和辅料添加量不同, 致使各种糖的含量略有差别。一般情况下全麦芽麦汁的可发酵性糖组成见表1.1。 图1.3 营养转化示意图产物：主要代谢产物代谢副产物热能麦汁啤酒酵母营养物质碳水化合物促进生长的物质矿物质维生素,微量元素 表1.1 全麦芽汁可发酵性糖组成成 分含量/%（浸出物）成 分含量/（浸出物）麦 芽 糖麦芽三糖葡 萄 糖461.11.80.51.0果 糖蔗 糖0.10.50.10.5酵母在通风后的冷麦汁中消耗可发酵性糖，约有96的可发酵性糖被酵母

16、酵解为乙醇和CO2，并进行三羧酸循环（有氧呼吸），糖类被分解成水和二氧化碳，获取大量的生物能，使酵母细胞快速增殖，并释放出热量。酵母物质转化过程见图1.3。葡萄糖的发酵过程是比较复杂的，它在酵母多种酶的作用下，经过一系列中间变化，先酵解成丙酮酸，称为EMP途径，再在酵母内丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶等作用下经乙醛，最后生成乙醇和二氧化碳。麦汁中的可发酵性糖最主要的是麦芽糖，此外，麦汁中的糖分并不是同时发酵。多糖首先必须被分解，所以酵母最先作用单糖，然后才能分解多糖。因此将发酵分为：起发酵糖（己糖）；主发酵糖（麦芽糖）；后发酵糖（麦芽三糖）。葡萄糖和果糖首先渗入细胞内，直接进行发酵。蔗糖需经酵母分泌

17、在细胞表面的蔗糖酶转化为葡萄糖和果糖后，才能进入酵母细胞，进行发酵。啤酒酵母对麦芽糖和麦芽三糖。因酵母不同而异。对下面酵母来说，当麦汁中含有较多的葡萄糖时，会抑制酵母细胞分泌麦芽糖渗透酶。没有这种渗透酶的运载，麦芽糖不能进入细胞内，须待葡萄糖和果糖的浓度发酵降至一定程度后，才能消除这种抑制作用，酵母细胞开始分泌麦芽糖渗透酶，使麦芽糖得以进入细胞内，再经-葡萄糖苷酶分解为单糖后，始能酵解。葡萄糖的这种抑制作用称为“分解代谢抑制（catabolife repression）”或“葡萄糖阻遏效应（glucose effect）”。同样地，只有麦芽糖浓度降低至一定程度后，酵母细胞才能分泌麦芽三糖渗透酶

18、，使麦芽三糖进入酵母细胞，进行发酵。在正常麦汁中，这种抑制作用并不突出，但麦汁中如加入多量的葡萄糖或蔗糖，则将严重抑制麦芽糖和麦芽三糖的发酵（克拉勃垂效应，见酵母扩培章）。有些上面酵母，在有葡萄糖的存在下，仍能保持其发酵麦芽糖和麦芽三糖的能力，因此，上面酵母的发酵速度相对较快。蔗糖也可被酵母发酵，因为酵母细胞壁上有转化酶（分解酶），因此蔗糖也可以像起发酵糖一样被酵母利用。发酵过程中糖的转化速度，具体分析受下列因素的影响：（1）麦汁特性 发酵速度首先取决于麦汁中冷凝固物和热凝固物的分离程度、麦汁通氧量以及麦汁的组成。（2）发酵温度 酒精发酵速度随温度上升明显加快，而低温下发酵速度会减慢。（3）酵

19、母浓度 酵母细胞和麦汁之间的接触面积对于物质转化非常重要。接触面积随酵母细胞浓度的增加而扩大。酵母量用细胞数个/ ml表示。酵母细胞数在生长最旺盛阶段可达34107个/ ml，在某些工艺过程中甚至高达108个ml。（4）机械作用 机械运动如循环、搅拌等，可加强酵母细胞和麦汁的接触，使发酵剧烈进行。（5）酵母菌种 发酵速度也是每个酵母菌种的遗传特性，不同酵母菌种的发酵速度也不相同。（6）压力 在发酵过程中，压力不断上升，这会使发酵、酵母增殖和发酵副产物的形成逐渐停止。原因是溶解在啤酒中的CO2量及压力在不断增加。二、氮类物质的代谢生长旺盛的酵母需要吸收氮元素，在发酵起始阶段，酵母直接吸收氨基酸；

20、在发酵阶段主要是氨基酸通过转化而产生新物质，用于合成细胞的蛋白质和其他的含氮化合物。麦汁中含有氨基酸、肽类、蛋白质、嘌呤、嘧啶以及其他多种含氮物质。这些含氮物质很重要，可供酵母繁殖同化之用，并且对啤酒的理化性能和风味特点起主导作用。啤酒酵母对各种氨基酸和亚氨基酸的同化情况是不同的，如天冬氨酸、谷氨酸和天冬酰胺，可以有效地作为唯一氮源被同化，而甘氨酸、赖氨酸、半胱氨酸则不能作为唯一氮源而被啤酒酵母利用。培养基中，两种氨基酸同时存在，较一种单独氨基酸的的同化率可提高10，如用3种氨基酸，同化率可进一步提高8，因此，含有多种氨基酸的麦汁，其氮的同化率较高。酵母对麦汁中氨基酸的转化有下列不同的可能：脱

21、氨，转氨，氧化脱氨（Ehrlich反应），产生高级醇，斯提克（Stickland）反应。酵母吸收麦汁中的氨基酸如吸收可发酵性糖一样，是按顺序吸收的，根据啤酒酵母对氨基酸的不同同化时间和不同同化速率，氨基酸可划分为4类（见表1.2）：表 1.2 酵母同化氨基酸速率分组A组 同化较快B组 中等同化速率C组 同化速率较低D组 极微或不同化天冬氨酸天冬酰胺谷 氨 酸谷氨酰胺丝 氨 酸苏 氨 酸赖 氨 酸精 氨 酸缬 氨 酸蛋 氨 酸亮 氨 酸异亮氨酸组 氨 酸甘 氨 酸苯丙氨酸酪 氨 酸色 氨 酸丙 氨 酸脯 氨 酸注意：以上同化顺序并不因个别氨基酸的浓度改变而受影响。（1）酵母对个别氨基酸的同化速率

22、，与酵母浓度和个别氨基酸的浓度成正比，氨基酸浓度愈低，酵母吸收此氨基酸的速率也愈慢。如果麦汁中含此氨基酸不足以吸收，必然要促使在酵母细胞内从其他途径合成所需的氨基酸，例如由酮酸合成氨基酸。（2）酵母对氨基酸的吸收，主要决定于麦汁中可同化氮的总量，其次是个别氨基酸的浓度。（3）麦汁含氨基酸浓度高，发酵后，啤酒中含有较多量的C组氨基酸和脯氨酸。根据氨基酸的酮酸同类物在酵母代谢中的重要性，将麦汁中氨基酸分为三组（见表1.3）：表 1.3 三组氨基酸分类第 一 组第 二 组第 三 组天冬氨酸天冬酰胺谷 氨 酸谷 酰 胺苏 氨 酸丝 氨 酸蛋 氨 酸异亮氨酸缬 氨 酸苯丙氨酸甘 氨 酸丙 氨 酸酪 氨

23、酸赖 氨 酸组 氨 酸精 氨 酸亮 氨 酸注意：（1）第一组氨基酸在麦汁中的浓度意义不大，酵母对这些氨基酸的合成较容易。（2）第二组氨基酸在麦汁中的浓度比较重要。酵母在发酵后期仅在此类氨基酸不足的情况下才能形成，由酮酸同类物转化改变麦汁中这类氨基酸的浓度，将大大影响成品啤酒的质量。（3）第三组氨基酸在麦汁中的含量更为重要，酵母必须由外界吸收这些氨基酸。如果麦汁中缺乏这些氨基酸，将对发酵以及成品啤酒质量产生不利影响，将会使糖代谢产生酮酸的需求量增大，使高级醇含量上升。（4）麦汁中如果含有超量的氨基酸，会产生大量副产物，将对啤酒产生不利影响。因此，除控制氨基酸的总量外，还应对第二、第三组氨基酸的含

24、量进行控制。但如果麦汁中氨基酸含量不足（见表1.4），也将对啤酒质量造成不利影响。表 1.4 酵母营养物质的作用及其缺乏后的表现营 养 物 质作 用缺乏后的表现可同化性物质（主要氨基酸）构成细胞蛋白质和核酸，细胞质的主要组成，是酵母发育的主要营养酵母生长发育受到影响，发酵降糖能力和双乙酰还原能力下降生长素（嘌呤、维生素）构成酵母细胞酶的活性基的重要成分细胞内代谢活动受影响，细胞活力降低矿物元素：磷酵母从无机磷化物中获得磷较高，进入细胞后迅速合成有机化合物，如组成核酸、磷脂、高能磷酸化合物。磷酸盐对麦汁有缓冲作用酵母细胞生长繁殖减慢，发酵不旺盛，发酵能力下降锌锌是乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基，

25、也是多种酶的激活剂发酵降糖慢，发酵度低，双乙酰还原慢第三节 其他代谢产物啤酒发酵期间，酵母利用麦汁中营养物质，产生代谢产物，分泌到啤酒中。其中最主要的成分是乙醇和二氧化碳，另外还会有一些代谢产物，如双乙酰、高级醇、酸等产生。这些发酵副产物对啤酒有很大影响，它既可使啤酒口味丰满，也能对啤酒的口味、气味和泡持性产生不利影响。这些副产物，数量虽少，除去少数呈异味者外，却是构成啤酒风味不可缺少的物质。但如果它们的浓度超过一定范围，也会造成啤酒口味上的缺陷。啤酒中风味成分的变化，形成了与特定商标和啤酒品种相关的风味特性。啤酒的风味特性是由所用的酿造工艺变化产生的。近年来，由于采用了缩短主酵和后酵的新工艺

26、，因此，对酿造工而言，了解发酵副产物和一些影响发酵副产物形成或分解的因素将越来越重要。图 1.4 主酵和后酵期间发酵副产物的浓度变化芳香物质生青味物质发酵副产物可分为以下两类：（1）生青味物质（双乙酰、醛、硫化物）：这些物质赋予啤酒不纯正、不成熟、不协调的口味和气味。浓度高时对啤酒质量具有不利影响。它们可在主酵和后酵进程中通过生化途径从啤酒中分离去，这也是啤酒后酵的目的。（2）芳香物质（高级醇、酯）：这些物质主要决定啤酒的香味。在一定浓度范围内，它们的存在是优质啤酒的前提条件。与生青味物质相反，芳香物质不能通过工艺技术途径从啤酒中去除。以上两类物质在发酵过程中的浓度变化见图1.4。 一、双乙酰

27、（连二酮）啤酒中的双乙酰和与2，3-戊二酮是在酿造过程中由酵母代谢形成的，属于啤酒的发酵副产物。由于双乙酰和2，3戊二酮都含有邻位双羰基，所以又总称为连二酮。两者同属羰基化合物，化学性质相似，对啤酒的影响也相似。它们赋予啤酒不成熟、不协调的口味和气味。但2，3戊二酮在啤酒中的含量要比双乙酰低的多，且它的口味阈值大约为2mgL，是双乙酰口味阈值的10倍，所以2，3戊二酮对啤酒风味影响不大，起主要作用的仍是双乙酰。 O O O O 双乙酰： H3CCCCH3 2，3戊二酮： H3CCCC2H5 双乙酰是啤酒中最主要的生青味物质，味道有些甜，如奶酪香味，也称为馊饭味，经常同一般的口味不纯联系在一起。

28、双乙酰的口味阈值在0.10.15mgL之间。在啤酒后熟过程中，连二酮的分解与啤酒后熟过程同时进行。目前，双乙酰仍被视为啤酒是否成熟的一项重要指标。双乙酰是乙酰乳酸在酵母细胞外非酶氧化的产物，是酵母在生长繁殖时，在酵母细胞体内用可发酵性糖经乙酰乳酸合成它所需要的缬氨酸、亮氨酸途径中的副产物，中间产物乙酰乳酸部分排出酵母细胞体外，经氧化脱羧作用生成双乙酰。双乙酰的消除又必须依赖于酵母细胞体内的酶来实现。啤酒中双乙酰含量高，一般由工艺原因造成的，原因有二，一是乙酰乳酸分解不完全，可造成双乙酰含量较高，二是当感染了啤酒有害菌如足球菌，也会出现这种结果。迟缓的主发酵或后发酵容易使成品啤酒产生较多的双乙酰

29、。深色和具有麦芽焦香的啤酒双乙酰含量较普通啤酒多一些。双乙酰的前驱体乙酰乳酸通过酵母的新陈代谢形成，无嗅无味。在啤酒中觉察不到。在以往的生产实践中啤酒工程技术人员采取了各种措施，通过减少乙酰乳酸的形成，以便降低双乙酰的生成量，但效果不是很理想。乙酰乳酸随时都有可能转化为双乙酰，它的存在，对啤酒质量来说，是一种潜在的威胁。既然不能通过减少乙酰乳酸的生成量来解决问题，那么只有加速双乙酰的转化过程的方法，来降低双乙酰含量。要实现这一目的，必须要弄清双乙酰的形成机理，才能采取措施。双乙酰的转化大体可分为以下三个阶段，其形成机理见图1.5。第一阶段：前驱体的形成连二酮的前驱体通过酵母的新陈代谢形成，无嗅

30、无味。在啤酒中觉察不到。它在酵母合成氨基酸的过程中产生，由呼吸和发酵过程中形成的中间产物丙酮酸开始这一合成过程。此时形成的乙酰乳酸被酵母细胞传递给发酵底物。乙醇 乙醇 丙酮酸 乙酸乙酸乙酰乳酸乙酰羟基酸缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸乙酰乳酸乙酰羟基酸双乙酰戊二酮 酶法转化被动扩散非酶分解原生质膜糖图1.5 双乙酰与戊二酮的形成机理2第二阶段：前驱体的转化 由于乙酰乳酸通过氧化脱羟形成连二酮双乙酰和戊二酮的反应过程是在酵母细胞外进行，采取外界措施促进这个转化，相对来说就容易一些。实践证明，啤酒发酵过程中双乙酰的高峰值出现在主发酵后期，一般控制外观浓度4555时升温较合适，这样既保证双乙酰峰值没有因升温

31、而提高，又加快了双乙酰的还原。乙酰乳酸的形成取决于下列因素：（1）酵母菌株 酵母的种类对于双乙酰的降解起决定性的作用。我们要选择还原双乙酰能力强的酵母，在发酵结束的双乙酰 尽可能的低。酵母代谢要旺盛，在发酵液中要有足够的酵母细胞数，并保证其悬浮时间，彻底还原啤酒的双乙酰。（2）酵母的接种 通常情况下，较高的接种量和发酵温度有利于双乙酰的降解。由于乙酰乳酸生成且分解较快，双乙酰降解也快，采用加压发酵工艺可缩短发酵时间，加快双乙酰的降解速度，但发酵后期必须进行相应的工艺处理。目前有啤酒厂采用低温大接种量的工艺，以缩短乙酰乳酸的形成过程，加速代谢产物的降解，双乙酰的含量达到质量要求时，才能进行降温处

32、理。（3）麦汁组成 麦汁组成会直接影响酵母的生长和双乙酰的降解。充足的-氨基氮有利于酵母的繁殖。由于缬氨酸对形成双乙酰的前驱体的产生有反馈抑制作用，所以用亚硫酸处理过的麦汁可以降低啤酒中的双乙酰，这是由于麦汁缬氨酸含量高时对双乙酰的生成有抑制作用。另外由浅色麦芽制成的麦汁中缬氨酸的含量高于深色麦芽，其酿制的啤酒中双乙酰含量亦较低。同样使用溶解不良的麦芽和添加大米等辅料酿造的啤酒中双乙酰含量亦较高。（4）麦汁充氧 充氧对双乙酰的形成没有直接影响，但可以促进酵母的生长。发酵前期的麦汁充氧量应控制在810mgL。充氧过少会造成发酵迟缓；反之则造成发酵过速，以致在乙酰乳酸分解以前便将酵母分离出去或是完

33、全降解可发酵性糖，并且造成发酵液中还原物质的过早损失，使啤酒的抗氧化能力衰退。（5）促进前驱体转化的因素a降低pH值：pH值为4.24.4时，转化迅速；随着pH的提高，转化减弱。b提高温度：温度越高，转化越迅速。c氧气吸入：啤酒摄入氧气可导致前驱体迅速向连二酮转化。前驱体向连二酮的转化程度限制了啤酒的成熟速度。3第三阶段：连二酮的还原形成的连二酮只能借助酵母细胞中的酶被进一步还原分解，以减少对啤酒口味不利影响。连二酮的分解通过还原进行：乙酰乳酸 双乙酰 乙偶姻（3羟基丁酮） 2，3丁二醇乙偶姻和丁二醇的味阈值很高，在啤酒中感觉不到，对啤酒影响微小。双乙酰分解速度，取决于一些促进或阻碍酵母啤酒进

34、行充分接触的因素，下列因素有利于双乙酰分解：（1）防止酵母沉降或贮酒期间添加高泡酒，处于发酵期的酵母细胞分解连二酮的能力很强，是双乙酰形成能力的10倍；（2）麦汁要含有足够量的氨基酸（如减少辅料用量、低温下料、适当延长蛋白质休止时间、用溶解良好的麦芽等），缬氨基的含量也就充足，通过反馈作用，抑制酵母菌由丙酮酸生物合成缬氨酸的代谢作用，相应地就抑制了乙酰乳酸和双乙酰的生成（见图1.6）； 反馈丙酮酸 乙酰乳酸 缬氨酸 双乙酰图1.6 缬氨酸对双乙酰的反馈抑制示意图（3）麦汁中Zn离子含量充足及充氧量适中，使酵母活力旺盛，还原双乙酰的能力强；（4）适当提高啤酒后酵温度，双乙酰分解受温度影响强烈，随

35、着温度的升高，双乙酰分解能力增强；（5）发酵前期采取加压发酵工艺，在后期利用CO2进行洗涤。因为双乙酰和戊二酮具有挥发性，发酵期间会通过CO2排出，而乙酰乳酸不具挥发性，不易被清除掉，采取转化的方法。乙酰乳酸 乙偶姻（3羟基丁酮） 2，3丁二醇乙酰乳酸脱羧酶（6）可采取加-乙酰乳酸脱羧酶的方法，使-乙酰乳酸直接脱羧基转化为乙偶姻，没有了双乙酰的转化过程。此方法可行且有效，缺点是生产成本增加，另外对酵母的发酵性能也有影响。总之，在实际生产中一定要注意以下几点：（1）双乙酰（连二酮）的含量是啤酒成熟的标志。随着主酵期和后熟期的缩短，检查双乙酰含量的重要性也在不断增加。（2）乙酰乳酸必须迅速转化为连

36、二酮。为此需快速发酵至接近最终发酵度，低pH值，酵母添加后要避免吸氧，主酵和后熟要在较高温度下进行（下面发酵工艺中，直至18）。（3）后熟需要有活力和有生命力的酵母细胞。通过有效措施防止酵母沉降。具备一定浓度有活力的酵母细胞十分重要。（4）成熟啤酒的双乙酰总量（连二酮和前驱体）的标准值为0.1mg/L以下。（5）发酵晚期吸入氧气是非常危险，会导致乙酰乳酸的生成，这时生成的双乙酰已不可能被酵母完全降解。另外氧气的存在会使原有的乙酰乳酸进一步氧化成双乙酰。二、高级醇所谓高级醇类，就是3个碳原子以上的醇类的总称，俗称杂醇油。高级醇是啤酒发酵过程中的主要副产物之一，是构成啤酒风味的重要物质。适宜的高级

37、醇组成及含量，不但能促进啤酒具有丰满的香味和口味，且能增加啤酒口感的协调性和醇厚性。当高级醇超过一定含量时，会产生明显的杂醇油味，饮用过量还会导致人体不适，且使啤酒产生不细腻的苦味；若高级醇含量过低，则会使啤酒显得较为寡淡，酒体不够丰满所以，啤酒含有过量或过低高级醇都是不利的。所以，在一般的情况下，优质的淡色啤酒，其高级醇含量控制在5090mg/的范围内是比较适宜的。啤酒发酵中生成的高级醇，以异戊醇（3-甲基丁醇）的含量最高，约占高级醇总量的50%以上，其次为活性戊醇（2-甲基丁醇）、异丁醇和正丙醇。此外，还有色醇、酪醇、苯乙醇和糠醇等。对啤酒风味影响较大的是异戊醇和-苯乙醇，它们与乙酸乙酯、

38、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯是构成啤酒香味的主要成分。啤酒中的高级醇含量见本章表1.9。高级醇是引起啤酒“上头” （即头痛）的主要成分之一。当啤酒中高级醇含量超过120mg/L，特别是异戊醇含量超过50mg/L，异丁醇含量超过10mg/L时，饮后就会出现“上头”现象。主要原因是由于高级醇在人体内的代谢速度要比乙醇（酒精）慢，对人体的刺激时间长。因此，啤酒酿造人员及管理者应对此引起足够的重视，加强企业内部检测控制，并密切注意市场信息反馈，并及时对菌种或工艺措施进行改良或改进。 现已知高级醇作为发酵副产物同蛋白质代谢有关系。它们的形成是通过氨基酸调节的，首先通过转氨基反应，氨基酸生成相应的酮酸，再通过脱

39、羧反应和还原反应转变成高级醇。1高级醇代谢途径如下（1）降解代谢途径（Ehrlich反应） 麦汁中约80%以上的氨基酸原封不动地被酵母同化，20%氨基酸经Ehrlich反应氨基酸脱氨、脱羧并还原成比氨基酸少一个碳的高级醇。级醇。转氨酶RCH(NH2)COOH + RCOCOOH RCOCOOH RCHO RCH2OH（高级醇）（2）合成途径 在由糖类生物合成氨基酸的最后阶段，形成了酮酸，经脱羧成醛，醛还原为醇（见图1.7）。 糖代谢生物合成氨基酸RCOCOOH RCH（NH2）COOH（氨基酸）酮酸脱羧酶 CO2 RCHO 乙醇脱氢酶 2H图1.7 高级醇的合成途径RCH2OH （高级醇）高级

40、醇一但形成则无法通过工艺措施消除，因此，必须通过主酵期间的工艺措施来控制高级醇的含量。某些高级醇在啤酒中形成的时间、浓度及与麦汁浓度的关系见图1.9。2影响啤酒中高级醇形成的因素有（1）酵母菌种 粉末型酵母产高级醇水平为6990mg/L，絮状酵母为4922mg/L，高图1.8 某些高级醇的生成与麦汁浓度的关系发酵度菌株形成的高级醇要多，必须选择合适的菌种；（2）麦汁成份 麦汁含有足量氨基酸和易发酵的碳水化合物，因为经过合成系统只产生很少量的高级醇（麦汁中氨基酸含量以控制在18020mg/L较合适），若辅料比太大，加蔗糖多，常导致麦汁中氨基氮缺少，必然导致高级醇增加；（3）酵母添加量 1.51.

41、8107个/ml为适宜，接种量高，新增殖的酵母细胞相对较少，有利于降低高级醇的形成，若酵母细胞繁殖多，易形成较多的高级醇，在实际生产中，酵母的增殖倍数一般控制在4倍以内；（4）发酵温度 麦汁中溶解氧过高和高温发酵都会促进酵母繁殖，也就相应增加了高级醇的生成量，故可采用低温主发酵，高温还原双乙酰的工措施。加压发酵，也有利于降低高级醇的形成；（5）发酵方式 采用联合罐发酵（前酵使用锥形罐发酵，后酵在传统发酵罐中进行），高级醇总量相对于普通发酵方法而言会增加2025。不管采取怎样的方法，所有加速主发酵的措施都将增加高级醇的含量。三、酯酯类是啤酒香味物质的主要成分，其含量虽少，但对啤酒的风味影响很大。

42、适量的酯，使啤酒香味丰满协调；过量的酯，会赋予啤酒不舒适的苦味和香味（果味）。酯在主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生成。酯主要在酵母旺盛繁殖期生成，在啤酒后酵只有微量增加，其含量随着麦汁浓度和乙醇浓度的增加而提高。后熟阶段的增加量取决于后酵情况。若后酵周期较长，酯量可增加一倍左右。1酯的种类在啤酒中已发现有60种不同的酯类物质，其中以下6种对啤酒口味具有重大意义：（1）乙酸乙酯（2）乙酸异戊酯（3）乙酸异丁酯（4）乙酸苯乙酯（5）己酸乙酯（6）辛酸乙酯2影响啤酒中酯含量的主要因素（1）酵母菌种 不同菌种其酯酶活性差异很大。上面酵母较下面酵母产酯多，小麦白啤酒就是利用了上

43、面酵母进行发酵，啤酒的酯香味非常浓郁，形成了一种独特的风味，很受人欢迎；（2）发酵温度 高温发酵有利于酯的形成，发酵温度由12.5提高到25，乙酸乙酯的浓度增加60，乙酸异戊酯增加30；（3）发酵压力 酯含量随发酵压力的升高而增加。也因为罐的升高而产生较高的液体静压力及CO2的增加，酯的含量当然也与发酵罐的高度成正比；（4）麦汁成份 麦汁中氨基酸与可发酵性糖含量比例影响着酯的形成。氨基酸含量高促进酯形成，可发酵性糖含量高却抑制酵母活性，相应减少了酯的形成； （5）工艺措施 所有加速酵母繁殖的措施都会促进酯的形成（如强烈通风、减少酵母添加量等工艺措施）；（6）贮酒时间 长期贮酒能够促进酯的形成。3酯在啤酒中的含量酯在啤酒中的含量取决于原麦汁浓度和啤酒品种（见表1.5）：（1）在上面发酵啤酒中，酯量可达80mg/L；（2）在下面发酵啤酒中，酯量可达60mg/L。表 1.5