啤酒發酵過程理化指標變化規律研究

馮治平，陳凱，宗緒巖，羅惠波，李麗

（四川理工學院生物工程學院，四川自貢643000）

啤酒發酵過程理化指標變化規律研究

馮治平，陳凱，宗緒巖，羅惠波，李麗

（四川理工學院生物工程學院，四川自貢643000）

研究啤酒發酵過程中酵母數、雙乙酰、PH、還原糖、α-氨基氮、酒精度和發酵度的變化規律。結果發現：酵母數量與雙乙酰含量在發酵的前三天快速上升，進而急劇下降，后期下降趨緩；還原糖和α -氨基氮在發酵前期被快速消耗，中后期消耗緩慢；PH值發酵初期會有明顯下降，隨后趨于穩定；酒精度前期上升幅度較大，隨后平穩。試驗結果表明啤酒發酵過程中主要理化指標的變化是有一定規律的，對啤酒實際生產有指導意義。

啤酒；發酵；理化指標

啤酒作為一種世界流行的含酒精飲料，其產量穩居酒類飲料榜首。雖然酵母應用于啤酒生產已有很悠久的歷史，但酵母的代謝復雜，對啤酒發酵過程的認識較淺［1］。啤酒發酵過程中工藝的變化關系到發酵液中物質的變化［2］，發酵過程中物質含量變化直接影響啤酒的口味和質量［3］。所以了解啤酒發酵過程的理化指標的變化規律是十分必要的，而之前并沒有科研工作者對此有詳盡、系統的研究，本實驗對工業化啤酒生產的整個發酵周期進行跟蹤測定，因此對啤酒發酵生產和工藝改良具有一定的指導意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

啤酒發酵液：華潤雪花啤酒（自貢）有限責任公司提供。從麥汁加入酵母滿罐發酵開始，至倒罐降溫至0℃，即發酵過程結束，每天固定時間取樣一次，重復3批。

1.2 主要試劑與設備

試劑：酒石酸鉀鈉、二硝基水楊酸（DNS）、苯酚、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、果糖、碘酸鉀、甘氨酸鹽酸鄰苯二胺、亞硫酸鈉、茚三酮，以上試劑均為分析純，由成都市科龍化工試劑廠提供。

儀器：ALC-210型電子分析天平（北京賽多利斯儀器有限公司），Lambda 35型紫外-可見雙光束分光光度計（美國PE公司）；PH儀表（美國omega公司）；全自動啤酒分析儀（奧地利安東帕公司（Alcolyzer Plus Beer））；雙乙酰發生裝置、水浴恒溫振蕩器（金壇天竟儀器廠（SHZ-S2））。

1.3 酵母數的測定

采用血球計數法進行酵母計數。

1.4 雙乙酰的測定

采用鄰苯二胺比色法測定［4］。

1.5 pH的測定

取一定量發酵液進行過濾，將濾液放入水浴恒溫振蕩器40℃恒溫震蕩30 min，迅速冷卻至15℃～20℃，取50 mL濾液，利用PH測定儀進行測定［5］。

1.6 還原糖的測定

采用DNS法測定［6］。

1.7 α_氨基氮的測定

采用茚三酮法測定［7］。

1.8酒精度、發酵度的測定

取適量發酵液于三角瓶內，放入20℃恒溫水浴中保溫20 min。搖動除氣10 min，濾紙過濾，取濾液40 mL加入全自動啤酒分析儀內測得酒精度及發酵度。

1.9 數據分析

實驗結果表示為ˉX±Sd，用sPss19 forwindows進行分析，其中不同發酵時期理化指標變化用one way ANO_ VA進行分析。

2 試驗結果與分析

2.1 啤酒發酵不同時期酵母數量的變化規律

酵母是啤酒發酵中最主要的菌種，在啤酒發酵過程中起著至關重要的作用，若能及時了解其數量的變化，就能針對性的改變發酵條件，如調整麥汁濃度、增大或降低溶解氧等，從而改善啤酒品質。

研究發現：酵母數量在發酵前期快速增加，第3天達最大值，然后急劇下降，第5天后保持較低水平。前5天不同發酵時期酵母數量差異顯著（P＜0.05），5天后不同發酵時期酵母數量差異不顯著（P＞0.05）（圖1）。酵母數量在發酵前3天的快速增加可能是由于發酵前期酵母利用麥汁中充足的碳源，氮源及其它生長因子，在短暫的適應期后隨即進入對數期，酵母大量增值；3天后酵母數量的快速減少是由于空間限制，營養物質被消耗，及自身抑制作用，酵母進入衰亡期，數量急劇減少。

圖1不同發酵時期酵母數量的變化規律

2.2 啤酒發酵不同時期雙乙酰含量變化規律

作為啤酒發酵過程中重要的副產物，雙乙酰是酵母合成纈氨酸的中間產物，是α-乙酰乳酸氧化生成［S］，其直接影響啤酒風味，同時也是啤酒成熟的限制性指標。

研究發現：雙乙酰含量前5天變化幅度較大，表現為先升高至最大值然后快速下降，中期下降趨緩，后期保持穩定。發酵前10天內雙乙酰含量差異顯著，（P＜0.05），10天后雙乙酰含量差異不明顯（P＞0.05）（圖2）。這種變化趨勢可能是由于發酵前期酵母大量增殖，α-乙酰乳酸在酵母中大量積累，然后滲透至細胞外經氧化成為雙乙酰，雙乙酰含量快速增加。發酵中后期雙乙酰在酵母體內還原酶作用下被還原成2，3-丁二醇，其含量逐漸降低。

圖2不同發酵時間雙乙酰含量變化規律

2.3 啤酒發酵不同時期pH值變化規律

PH值是啤酒發酵過程中一個重要的理化指標，及時了解其情況，可以針對性的調整工藝及原料結構，保證發酵液的質量。

研究表明：發酵液PH值在發酵前4天快速下降，中期小幅反彈，后期基本保持不變。發酵前6天PH值差異顯著（P＜0.05），7至15天變化幅度較小，差異不顯著（P＞0.05）（圖3）。發酵過程中，PH快速下降主要發生在酵母起發階段和對數生長階段，這可能是由于酵母生長過程中消耗磷酸鹽、同化氨基等作用，使得PH值在發酵前期快速下降，后期酵母數量已降至極低水平，同化異化作用均很微弱，PH基本維持不變。

圖3不同發酵時間pH變化規律

2.4 啤酒發酵不同時期還原糖的變化規律

還原糖作為啤酒發酵的一個理化指標，對啤酒生產的糖化工藝，發酵度，風味口感質量有著重要影響［9］。發酵過程中還原糖的變化，反映了糖化和發酵的協和程度。

研究發現：發酵前期還原糖含量劇烈減少，幾乎呈直線下降趨勢，中后期含量減少明顯放緩，趨于穩定。發酵前6天還原糖含量變化顯著（P＜0.05），6天以后含量變化不顯著（P＞0.05）（圖4）。這可能是由于發酵前期因酵母處于對數增長階段，需要大量的碳源，還原糖被急速消耗，發酵后期酵母進入衰亡階段，數量減少，還原糖消耗趨緩。

圖4不同發酵時間還原糖含量變化規律

2.5 啤酒發酵不同時期α_氨基氮的變化規律

α-氨基氮是酵母發酵過程中主要的碳源，麥汁中α-氨基氮含量高，氮源豐富則酵母的代謝就旺盛，發酵能力強，有利于啤酒生產［10］。

α-氨基氮含量在發酵前期和中期快速平穩下降，此后下降變緩，最后趨于穩定。發酵前9天α-氨基氮含量差異顯著（P＜0.05），9至15天含量差異不顯著（P＞0.05）（圖5）。

圖5不同發酵時間α_氨基氮含量變化規律

2.6 啤酒發酵不同時期酒精度的變化規律

發酵過程中，酵母利用還原糖可以產生酒精，控制酒精含量在一個合理的范圍之內也是啤酒生產所要考慮的一個因素。

研究表明：發酵液酒精度在發酵前6天快速增高，隨后增加趨勢明顯放緩基本保持不變。發酵前6天發酵液酒精度差異顯著（P＜0.05），6至15天酒精度差異不顯著（P＞0.05）（圖6）。發酵初期酵母大量消耗還原糖，酒精度快速增高；發酵中后期酵母數量減少，可利用的還原糖也很少，酒精度基本維持不變。

圖6不同發酵時間酒精度變化規律

2.7 啤酒發酵不同時期發酵度的變化規律

啤酒發酵度系指麥汁中浸出物被酵母消耗掉部分與麥汁中浸出物總量之比［11］。啤酒發酵過程中必須要把發酵度控制在一個合理的范圍之內，若發酵度過高，則酵母發酵生成酒精和CO2濃度就高，對啤酒質量產生不利影響，而發酵度過低，則殘糖量高，發酵液容易滋生雜菌。

研究結果表明：發酵度在發酵前期快速上升；6天后上升速度明顯減慢，最終基本保持不變。發酵前5天發酵液發酵度變化顯著（P＜0.05），5至15天發酵度變化不顯著（P＞0.05）（圖7）。在酵母含量較高的發酵初期，麥汁浸出物被大量消耗，發酵度快速上升，后期發酵液中酵母急劇減少，消耗的底物量也大大降低，發酵度增長緩慢。

圖7發酵度變化誤差分析示意圖

3 討論

本文首次全面系統研究了啤酒發酵過程中酵母數、PH、雙乙酰、還原糖、α-氨基氮、酒精度和發酵度的變化規律。有前人報道PH在發酵期間是一直保持下降趨勢的，不可逆的［12-13］，但這三批發酵液的PH在經過前期的下降后，又有兩到三天的小幅回升，這有可能是發酵液中的酵母此時進入衰亡期，部分出現自溶現象，其借助自身細胞酶對自身物質進行不可逆分解，同時，自溶后釋放的氨基酸和蛋白質等電點較高，導致PH上升，這就要求酒廠在進行酵母選種方面要選擇性能優良的菌株來減少此現象的發生。雙乙酰含量均在發酵7天左右達標，這與相關文獻報道吻合［14］。酒精度和發酵度均在發酵初期快速上升，中后期上升趨勢明顯放緩。啤酒發酵所涉及的機理較為復雜，本試驗只對幾種重要的理化指標進行了研究分析，對啤酒的生產有一定的指導意義，若想生產出質量更高的啤酒，還需要更深入的研究。

［1]竇少華，趙長新，董亮.啤酒發酵過程中酵母代數對風味物質的影響［J].食品工業科技，2006，27(1):52_ 54.

［2]孫付保，任洪艷，趙長新.啤酒酵母發酵產有機酸的生理代謝機制［J].食品工業科技，2005，26(5):70_72.

［3]萬小環，夏延斌.啤酒發酵中發酵度影響因素的研究［J].食品與機械，2008，24(5):107_110.

［4]宗緒巖.啤酒分析檢測技術［M].成都:西南交通大學出版社，2012.

［5]韓龍.啤酒釀造過程pH之分析［J].啤酒科技，2012 (9):24_26.

［6]李環，陸佳平，王登進.DNS法測定山楂片中還原糖含量的研究［J].食品工業科技，2013，34(18):75_77.

［7]宗緒巖，李麗，劉清斌，等.連續流動化學分析儀在發酵液在線監測上的應用［J].食品與機械，2011，27(6): 127_130.

［8]管敦儀.啤酒工業手冊［M].北京:中國輕工業出版社，2007.

［9]高建民.淺談還原糖的測定［J].啤酒科技，2001(3): 31_33.

［10]魯歡喜.麥汁α-氨基氮與雙乙酰的關系［J].啤酒科技，2010(12):63_65.

［11]孟領剛，王志堅.提高啤酒發酵度的工藝途徑［J].山東食品發酵，1998(4):88_90.

［12]王志堅.啤酒釀造過程中作用及控制［J].山東食品發酵，2010(4):34_36.

［13]張玉芝.影響啤酒發酵液pH值偏高因素探討［J].赤峰學院院報，2003(1):35_37.

［14]李絨.啤酒生產過程中雙乙酰的控制［J].釀酒科技，2002(2):67_69.

Study on the Change Rules of Physiochemical Indexes During the Fermentation Process of Beer

FENG Zhiping，CHEN Kai，ZONG Xuyan，LUO Huibo，LILi
（School of Biotechnology Engineering，Sichuan University of Science&Engineering，Zigong 643000，China）

The change rules of six Physiochemical indexes（yeast number，diacetyl，PH，reducing sugar，α_amino nitrogen，alcoholic strength）and what the fermentation degree changes are analyzed in this research.The results show that the numbers of yeast and diacetyl，increase raPidly during the first three days of fermentation，then decrease sharPly，and decline in slow in later Period；the reducing sugar andα_amino nitrogen are decrease raPidly in the early stage，and decline slowly in themiddle and later Periods；at the beginning of fermentation，PH decreases evidently，then tents to be stable later；alcohol strength increases sharPly in the first stage，then rises smoothly.The exPeriment shows that the changes of Primary Physiochemical indexes during the fermentation Process of beer have certain rules，and they contribute Practical significance to the beer Production.

beer；fermentation；Physiochemical index

TS261.4

A

1673_1549(2014)02_0019_04

10.11863/j.suse.2014.02.04

2013_11_25

川酒發展中心基金項目（CJY12_3S）

馮治平（1966_），男，重慶忠縣人，教授，主要從事食品發酵及環境生物學方面的研究，（E_mail）1327750721@qq.com