酵母 在啤酒發酵過程中的應用

張徐 張合林 張新

發酵工序是啤酒釀造的重要環節之一，在啤酒發酵過程中的一系列的復雜的生化反應均系酵母營養代謝作用所致，故酵母對啤酒發酵質量、理化性能及其風味典型性，均有重要的影響。在啤酒發酵過程中，主要代謝產物是乙醇和二氧化碳，另含有如醇類、醛類、酸類、酯類、酮類、硫化物等其他副產物。這些發酵產物決定了啤酒的風味、泡沫、色澤和穩定性等各項理化性能，賦予啤酒以典型特色。本文對酵母在啤酒發酵過程中所起到的作用及影響因素等方面做出闡述和分析，以供討論學習。

1、酵母類型

發酵型啤酒因所用酵母性質，可分為上面發酵和下面發酵兩種類型。上面發酵啤酒是利用浸出糖化法制備麥汁，經上面酵母發酵而制成，有著名的愛爾淡色、愛爾濃色、司陶特以及波特黑色等類型。下面發酵啤酒是利用煮出糖化法制取麥汁，經下面酵母發酵而制成，有皮爾遜淡色、多特蒙德淡色、慕尼黑黑色等知名類型。我國生產的工業啤酒大多以下面發酵為主，近幾年因消費者口感需求趨于多樣，上面發酵生產的渾濁或其他特色品種逐漸增多。

2、發酵過程

整個發酵過程可大致分為3 個階段：酵母適應階段使酵母適應生存環境；有氧呼吸階段進行繁殖；無氧發酵階段生成酒精和二氧化碳。由麥汁中的主要成分葡萄糖在酵母的作用下，無氧發酵生成乙醇和二氧化碳的總反應式為：

在發酵的過程中，麥汁接種后8 個小時內發生并快速進行，積聚一種被稱作“皺沫”的高密度泡沫。這種泡沫在第3 或第4 天達到它的最高階段。從第5 天開始，發酵的速度有所減慢，皺沫開始散布在麥芽汁表面或殘留到罐體上蓋內壁。酵母在發酵完麥芽汁中所有可供發酵的物質后，就開始在容器底部形成一層稠狀的沉淀物。隨之溫度逐漸降低，在8-10 天后發酵就完全結束了。整個過程中，需要對溫度和壓力做嚴格控制。當然啤酒的不同、生產工藝的不同，導致發酵的時間也不同。通常，貯藏啤酒的發酵過程需要大約6 天，淡色啤酒為5 天左右。

發酵結束以后，下面發酵酵母絕大部分酵母沉于罐底，可將這部分酵母回收起來，在溫度3-5℃進行保種，供下一罐使用。而上面發酵酵母性質特殊，沉淀較少，一般對該類型酵母除去后，不再循壞利用。此后，剩余酵母和不溶性蛋白質進一步沉淀，使啤酒的風格逐漸成熟。成熟的時間隨啤酒品種的不同而異，一般在10-21 天。

3、酵母的新陳代謝

3.1 糖類的代謝。麥汁營養豐富，為酵母細胞提供了良好的生存環境。酵母在麥汁中吸收營養物質，排泄代謝產物。糖類物質約占麥汁浸出物的90%，其中葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖和棉子糖稱為可發酵性糖，是啤酒酵母的主要碳素營養物質，也是發酵中可利用的物質。麥汁中的DP9－DP12 糊精、麥芽四糖、麥芽五糖至麥芽九糖等均為不可發酵性糖，又稱非糖。在實際生產中糖與非糖的比例一般控制為7:3 較合適。生產淡色啤酒，可發酵性糖含量略高，發酵度高，口味清爽；生產濃色啤酒，其非糖比例略高一些，以增加它的醇厚感。

3.2 氮類物質的代謝。生長旺盛的酵母需要吸收氮元素，在發酵起始階段，酵母直接吸收氨基酸；在發酵階段主要是氨基酸通過轉化而產生新物質，用于合成細胞的蛋白質和其他的含氮化合物。麥汁中含有氨基酸、肽類、蛋白質、嘌呤、嘧啶以及其他多種含氮物質。這些含氮物質很重要，可供酵母繁殖同化之用，并且對啤酒的理化性能和風味特點起主導作用。

3.3 啤酒發酵的副產物。第一類為生青味物質（雙乙酰、醛、硫化物等）賦予啤酒不純正、不成熟、不協調的口味和氣味。濃度高時對啤酒質量具有不利影響。它們可在主酵和后酵進程中通過生化途徑從啤酒中分離去，這也是啤酒發酵的目的。第二類為芳香物質（高級醇、酯等）主要決定啤酒的香味。在一定濃度范圍內，它們的存在是優質啤酒的前提條件。與生青味物質相反，芳香物質不能通過工藝技術途徑從啤酒中去除。其中，高級醇是啤酒發酵代謝產生的副產物的主要成分，目前檢測出的高級醇有30 多種。對啤酒風味影響較大的是異戊醇和β-苯乙醇，易引起喝酒“上頭”的主要是異戊醇和異丁醇。而乙酸乙酯是啤酒中含量最高、最重要的酯類，它和乙酸異戊酯兩者之和，占啤酒中總酯量的80%以上。乙酸乙酯的閾值約為30mg/L，啤酒中的含量一般在14-25mg/L，它能賦予啤酒強烈的刺激感、果香味、溶劑味。

4、影響啤酒降糖和發酵速度的因素

4.1 麥汁組分。發酵速度首先取決于麥汁中冷凝固物和熱凝固物的分離程度、麥汁充氧量以及麥汁組分。麥汁的營養成分對啤酒中的酵母代謝非常重要，如果麥汁中營養成分不合理，會導致酵母營養缺乏代謝緩慢酵母衰老，引起酵母死亡或者自溶現象。麥芽汁中的銅被酵母吸收積累至一定程度，將使酵母衰退而減緩發酵速度，酵母在麥芽汁中發酵糖分的最適PH 值是4-6，超出這一范圍，對發酵速度將產生影響。

4.2 發酵溫度。酒精發酵速度隨溫度上升明顯加快，而低溫下發酵速度會減慢。溫度將直接影響酵母的繁殖和發酵力，發酵液溫度不穩定會促進啤酒酵母退化，增加死亡率，且發酵雙乙酰還原結束后要及時排放錐形罐底酵母泥，防止溫度反升導致酵母死亡自溶。同時，低溫條件下酵母也會發生自溶不過速度緩慢，隨著溫度上升，啤酒中的酵母細胞自溶增加。提高發酵溫度雖然可以加快酵母代謝、縮短發酵時間，但是容易產生有害副產物，而且加速啤酒中酵母的衰老。通常生產中，上面發酵啤酒采用合適的發酵溫度在16-22℃，下面發酵啤酒采用合適的發酵溫度在7-12℃。

4.3 酵母濃度。酵母細胞和麥汁之間的接觸面積對于物質轉化非常重要，接觸面積隨酵母細胞濃度的增加而擴大。在充分攪拌并使酵母細胞均勻分布于發酵液中的情況下，發酵速度與酵母的濃度成正比例關系，列舉：

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當然，在實際生產中無需采用過高的酵母接種量，因為過高接種量易使酵母衰退，發酵現象也不易控制。在規定的接種量范圍內，其所欲添加的酵母泥稀稠程度要適中，并根據麥芽汁濃度、數量、酵母使用代數及性能、接種溫度等因素，適當增減。

4.4 酵母發酵力。發酵力用來衡量酵母發酵的能力，因環境條件的影響而有很大變化，如貯存條件、細胞表面的附著物等對發酵力均有影響。麥芽汁中可被同化氮源的含量也影響發酵速度，一般情況下酵母發酵力隨含氮量的增加而提高。而酵母的菌齡、菌株性質的不同，其發酵力也不同。新陳代謝產物的原生質毒素以及酵母微生物污染，也會抑制其發酵力，當發酵生成酒精超過8.5%時，發酵也被抑制，進而降低酵母及酵力。

4.5 酵母菌種。發酵速度也是每個酵母菌種的遺傳特性，不同酵母菌種的發酵速度不盡相同。不同酵母菌種有很大的差別，對于淺色的啤酒，通常使用高發酵能力的酵母，因為快速的主發酵對啤酒的香氣、口味、殺口力和泡沫性能有利，再通過后發酵過程中CO2 的洗滌作用,將有害的揮發性發酵副產物排出，以生產優質淺色啤酒。對于深色的啤酒、出口啤酒和烈性啤酒，多使用中等發酵能力的酵母,以保證酒液中仍含有足夠的可發酵性糖用于后發酵。而酵母凝聚性是酵母菌種的另一重要特性，酵母的凝聚性直接影響啤酒的發酵度和酒液澄清。如果酵母凝聚性過強，酵母易于沉降，主發酵會過早結束，較多的浸出物進入后酵，這會導致發酵不充分,嚴重的還會造成啤酒的穩定性問題；相反，如果酵母的凝聚性能較差，則會有過多的酵母進入后酵，使啤酒產生酵母味。

4.6 貯存壓力。在發酵過程中，隨著二氧化碳的生產釋放，壓力會不斷上升，溶解在啤酒中的CO2 量及壓力在不斷增加，這會使發酵、酵母增殖和發酵副產物的形成逐漸停止，間接導致酵母出現死亡，因此，在啤酒前期主酵期間，必須做好二氧化碳的回收，嚴禁出現罐體容器憋壓。

總之，在啤酒發酵的過程中，酵母作用不可替代，發酵速度是生產的重要指標之一。在一定的工藝技術條件下，酵母對麥芽汁順利地完成發酵，為啤酒的質量提供了保證，在保證發酵質量的前提下，充分發揮酵母細胞內在的潛力，可加快生產周期，提高生產能力。研究新型的酵母并應用于實踐，對工業生產將有十分巨大的作用，是在啤酒發酵研究當中所不可缺少的。其中，二氧化硫在啤酒中具有抗氧化的功能，所以控制其產量對降低啤酒的氧化作用，提高啤酒的風味就有十分重要的作用，通過克隆 MET14 基因，重組表達質粒在啤酒工業酵母中表達，產生高二氧化硫產量啤酒酵母工業菌株，對構建新型優良啤酒酵母工程菌有十分重大的意義。