啤酒主發酵過程控制參數變化趨勢分析

劉麗艷，趙金安，王大忠（太原工業學院環境與安全工程系，山西太原030008）

啤酒主發酵過程控制參數變化趨勢分析

劉麗艷，趙金安，王大忠
（太原工業學院環境與安全工程系，山西太原030008）

摘要：通過對啤酒主發酵過程進行試驗，控制發酵過程的相關參數，找出最優的發酵工藝條件，并進一步摸索這些參數的變化規律。結果表明：糖度下降速度和還原糖含量差異明顯，酒精含量和色度的差異較小，pH在發酵結束時保持恒定，而酵母在發酵周期結束時依然保持較高的活性。糖度隨著發酵溫度的升高而升高，在達到一定溫度后糖度下降速度開始減緩；當酵母開始沉降，糖度下降速度也開始減緩；發酵液中初始糖度越高那么最終發酵的酒精含量越高，發酵結束時酒精含量大約在2%～4%。還原糖含量可以反映出發酵液中菌體生長情況，為發酵過程控制提供依據。

關鍵詞：啤酒；主發酵；控制參數；變化趨勢

啤酒是一種由谷物、酵母、酒花和水發酵而成的含酒精飲料，其產量穩居酒類飲料榜首。盡管酵母應用于啤酒生產已有悠久的歷史，但是酵母的代謝過程復雜，對啤酒發酵過程的認識也不夠深入。啤酒發酵過程中采用的工藝關系到最終發酵成品的質量，也會影響啤酒的口味和品質。所以了解啤酒發酵過程中控制參數變化規律與趨勢是十分必要的，可以有效控制發酵進程，而之前對于發酵過程參數控制的研究也比較少[1]。本文就是通過對啤酒發酵過程進行跟蹤測定，揭示發酵過程中主要控制參數的變化規律，為啤酒工業生產提供理論參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

小麥（新疆小麥）、大麥（澳洲大麥）、酵母（德國慕尼黑拉曼啤酒酵母）、酒花（美國雅基瑪酒花公司）。

1.2主要儀器

糖度計：上海林譽貿易有限公司；MP523型pH計：上海三信儀表廠；752N型紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；SPX-250B-D型生化培養箱：上海博訊實業有限公司。

1.3試驗方法

試驗測定的指標包括還原糖含量、酵母、酒精度，糖度和色度。1）還原糖含量采用甘油銅測定法；2）酵母的測定主要是酵母總數、出芽率和死亡率，測定方法選擇血細胞計數法；3）酒精度測定方法選擇的是國標法進行測定；4）色度測定方法選擇分光光度法進行測定。

2　結果與分析

2.1啤酒發酵過程中還原糖含量的變化規律

還原糖含量在啤酒發酵過程中是一個非常重要的理化指標，對啤酒生產的糖化工藝，發酵度，風味口感質量有重要影響[2]。發酵過程中還原糖含量的變化也能反映糖化和發酵的協同程度[3]。

啤酒發酵過程中還原糖含量的變化規律如圖1所示。

圖1　啤酒發酵過程中還原糖含量變化Fig.1　The variation of reducing sugar content during beer fermentation

在發酵周期開始時還原糖含量是一定的，接種酵母后酵母開始利用發酵液中還原糖進行生長繁殖，進入酵母活化階段。此時還原糖含量呈直線下降趨勢，酵母開始大量繁殖。當酵母生長到穩定期后酵母開始沉底，進入酒精發酵階段。此時酵母開始利用發酵液中的還原糖進行酒精發酵[4]。還原糖消耗趨勢開始減緩，當酒精含量達到要求時可以終止發酵。

2.2啤酒發酵過程中酒精度的變化規律

啤酒發酵過程中，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過程中值得關注的一個因素[5]。在啤酒發酵過程中酒精度的變化規律如圖2所示。

酒精發酵開始在接種酵母后12 h～36 h，此時酵母細胞生長繁殖狀態處在對數生長期，酵母細胞大量繁殖。由于發酵液的表面與空氣接觸面積一定，這就導致發酵液中少數酵母細胞未能進行有氧呼吸進行生長繁殖，直接進入無氧呼吸階段，開始產生發酵產物乙醇。當酵母生長繁殖進入穩定期后，發酵液中的乙醇開始大量合成，同時發酵液中的糖含量開始快速消耗。由于發酵力的減弱主發酵的結束，發酵液中的乙醇合成速度開始減緩。

圖2　啤酒發酵過程中酒精含量變化Fig.2　The variation of alcohol content during beer fermentation

2.3啤酒發酵過程中色度的變化規律

色度是啤酒的表觀表現，它反映的是顏色的色調和飽和度。啤酒液體的外觀顏色。將取得的發酵液在3 000 r/min條件下離心15 min，同時將分光光度計開啟調節波長調節至430 nm下進行預熱20 min，然后將離心完成的發酵液裝入比色皿中測定430 nm下的吸光度值，然后再調至700 nm下測定，看發酵液是否澄清。啤酒發酵過程中色度的變化規律如圖3所示。

圖3　啤酒發酵過程中色度變化Fig.3　The variation of chroma during beer fermentation

在發酵開始前麥汁由于糖度偏高與麥芽中色素物質的作用使得麥汁呈棕黃色，當接種后，酵母開始有氧呼吸和利用發酵液中的還原糖進行生長繁殖，使得發酵液顯得渾濁顏色變深，之后開始逐漸變的不太渾濁。

2.4啤酒發酵過程中酵母數的變化規律

酵母是啤酒發酵過程中最主要的菌種，通過其復雜的代謝獲得產物，及時了解其數量變化，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，從而改善發酵產物的品質。啤酒發酵過程中酵母數量的變化規律如圖4所示。

酵母數量在發酵前期快速增加，發酵48 h達到最大值，之后開始下降，到發酵120 h基本保持穩定。酵母數量在前期快速增加可能是由于發酵前期酵母利用麥汁充足的碳源、氮源與其它生長因子，在短暫的適應期后隨即進入對數生長期，酵母大量增殖；后期，酵母數量的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，數量減少。

2.5啤酒發酵過程中糖度的變化規律

糖度是表示糖液中固形物濃度的單位，工業上一般用白利度（°BX）表示糖度，指的是100 g糖溶液中，所含固體物質的溶解克數。發酵過程中糖度的變化規律如圖5所示。

圖4　啤酒發酵過程中酵母數的變化Fig.4　The variation of the number of yeast during beer fermentation

圖5　啤酒發酵過程中糖度的變化Fig.5　The variation of sugar degree during beer fermentation

發酵初期發酵液中糖度是一定的，隨著酵母的生長繁殖利用發酵液中的糖，酵母消耗糖分使得發酵液中糖濃度下降。當酵母完成生長繁殖階段后，糖度下降趨勢開始減緩。

2.6啤酒發酵過程pH變化

啤酒發酵過程中pH的變化規律如圖6所示。

圖6　啤酒發酵過程中pH變化Fig.6　The variation of pH value during beer fermentation

在按比例添加原料、酒花后發酵液的pH基本是處于一個穩定的狀態，初始的pH為5.0～5.2直到主發酵周期的完成時pH的下降趨勢也開始放緩，最終會穩定在pH4.3～4.4。當發酵完成后如果沒有及時進行下一步發酵，由于主發酵階段發酵液沒有達到封罐要求，所以基本都在進行通氧發酵，空氣中的細菌或多或少都會進入發酵液中[6-8]。當主發酵結束后發酵力減弱發酵液中的酒精產生開始減慢，此時空氣中的雜菌醋酸菌就會在發酵液中大量繁殖。醋酸菌繁殖使得發酵液表面產生白色的薄膜，開始產生醋酸，使得發酵液pH再次開始下降。

3　討論

本文以小麥和大麥為主要原料全面系統研究了啤酒發酵過程中還原糖含量、酒精度、色度、酵母數、糖度和pH得變化規律，為啤酒發酵過程控制提供參考。

啤酒主發酵周期為4 d～6 d，發酵完成后的小麥主發酵液糖度值在4°～5°，主發酵期間完成后酒精度在2.7%～3.2%，EBC色度值在4～5之間，還原糖消耗量7 g/100 mL～10 g/100 mL，酵母在發酵完成后仍然具有較高的活性，發酵結束后取出發酵液后，酵母完全沉底，易于回收，經過制備培養基的觀察發現酵母菌菌落數較多，說明發酵液中酵母菌總數較多，具有較高的活性，具備繼續發酵的能力。

參考文獻：

[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]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

[3]宗緒巖.啤酒分析檢測技術[M].成都:西南交通大學出版社,2012

[4]高建明.淺談還原糖的測定[J].啤酒科技,2001(3):31-33

[5]管敦儀.啤酒工業手冊[M].北京:中國輕工業出版社,2007

[6]韓龍.啤酒釀造過程中pH值分析[J].啤酒科技,2012(9):24-26

[7]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

[8]馮治平.啤酒發酵過程理化指標變化規律研究[J].四川理工學院學報(自然科學版),2014,27(2):19-22

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.023

收稿日期：2014-10-16

基金項目：生物工程專業綜合性實驗項目改革與研究（省級教改，教改編號：J2014117）

作者簡介：劉麗艷（1976—），女（漢），講師，碩士研究生，研究方向：生物工程。

Analysis of Variation Trend on Control Parameters in Beer Main Fermentation Process

LIU Li-yan，ZHAO Jin-an，WANG Da-zhong
（Department of Environment and Safety Engineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，Shanxi，China）

Abstract：This article study the variation trend of control parameters in beer main fermentation process.By controlling the related parameters in the fermentation process，we aim to found out the optimal fermentation conditions and explore the varying pattern.The results show that different parameters control the fermentation process are different.Sugar degree dropt speed and reducing sugar content was obvious.Alcohol and chromaticity difference wasn't obvious.At the end of the fermentation process yeast still kept higher activity.The variation trend of control parameters in beer main fermentation process.When the fermentation temperature trend higher，the faster decline in sugar degree，after reach a certain temperature drop speed slows down，When the yeast begin to settlement，sugar degree drop speed slows down.The fermented liquid sugar degree higher，the higher alcohol content at the end of fermentation.Alcohol content around 2%-4%.Under the condition of high fermentation temperature，the content of reducing sugar was lower，reducing sugar content can reflect the growth of yeast in fermentation medium.

Key words：beer；main fermentation；control parameters；variation trend