啤酒发酵实验报告

实验一啤酒生产的认知与简单操作

啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。

一、传统发酵技术

生产工艺流程：

充氧冷麦汁→发酵→前发酵→主发酵→后发酵→贮酒→鲜啤酒

↑

菌种

二、现代发酵技术

现代发酵技术主要包括大容量发酵罐发酵法（其中主要是圆柱露天锥形发酵罐发酵法）、高浓糖化后稀释发酵法、连续发酵法等。

（一）锥形发酵罐发酵法

传统啤酒是在正方形或长方形的发酵槽（或池）中进行的，设备体积仅在5～30m3，啤酒生产规模小，生产周期长。20世纪50年代以后，由于世界经济的快速发展，啤酒生产规模大幅度提高，传统的发酵设备以满足不了生产的需要，大容量发酵设备受到重视。所谓大容量发酵罐是指发酵罐的容积与传统发酵设备相比而言。大容量发酵罐有圆柱锥形发酵罐、朝日罐、通用罐和球形罐。圆柱锥形发酵罐是目前世界通用的发酵罐，该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，具有相当的高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。圆柱锥形发酵罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵，加工十分方便。德国酿造师发明的立式圆柱锥形发酵罐由于其诸多方面的优点，经过不断改进和发展，逐步在全世界得到推广和使用。我国自20世纪70年代中期，开始采用室外圆柱体锥形底发酵罐发酵法（简称锥形罐发酵法），目前国内啤酒生产几乎全部采用此发酵法。

1．锥形罐发酵法的特点

（1）底部为锥形便于生产过程中随时排放酵母，要求采用凝聚性酵母。

（2）罐本身具有冷却装置，便于发酵温度的控制。生产容易控制，发酵周期缩短，染菌机会少，啤酒质量稳定。

（3）罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，减少建筑投资，节省占地面积，便于扩建。

（4）采用密闭罐，便于CO2洗涤和CO2回收，发酵也可在一定压力下进行。即可做发酵罐，也可做贮酒罐，也可将发酵和贮酒合二为一，称为一罐发酵法。

（5）罐内发酵液由于液体高度而产生CO2梯度（即形成密度梯度）。通过冷却控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。由于强烈对流的存在，酵母发酵能力提高，发酵速度加快，发酵周期缩短。

（6）发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。

（7）锥形罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵。

（8）可采用CIP自动清洗装置，清洗方便。

（9）锥形罐加工方便（可在现场就地加工），实用性强。

（10）设备容量可根据生产需要灵活调整，容量可从20～600m3不等，最高可达

1500m3。

2. 锥形罐工作原理与罐体结构

（1）锥形发酵罐工作原理

锥形罐发酵法发酵周期短、发酵速度快的原因是由于锥形罐内发酵液的流体力学特性和现代啤酒发酵技术采用的结果。

接种酵母后，由于酵母的凝聚作用，使得罐底部酵母的细胞密度增大，导致发酵速度加快，发酵过程中产生的二氧化碳量增多，同时由于发酵液的液柱高度产生的静压作

用，也使二氧化碳含量随液层变化呈梯度变化（见表4-3-1），因此罐内发酵液的密度也呈现梯度变化，此外，由于锥形罐体外设有冷却装置，可以人为控制发酵各阶段温度。在静压差、发酵液密度差、二氧化碳的释放作用以及罐上部降温产生的温差（1～2℃）这些推动力的作用下，罐内发酵液产生了强烈的自然对流，增强了酵母与发酵液的接触，促进了酵母的代谢，使啤酒发酵速度大大加快，啤酒发酵周期显著缩短。另外，由于提高了接种温度、啤酒主发酵温度、双乙酰还原温度和酵母接种量也利于加快酵母的发酵速度，从而使发酵能够快速进行。

（2）锥形发酵罐基本结构

①罐顶部分

罐顶为一圆拱形结构，中央开孔用于放置可拆卸的大直径法兰，以安装CO2和CIP管道及其连接件，罐顶还安装防真空阀、过压阀和压力传感器等，罐内侧装有洗涤装置，也安装有供罐顶操作的平台和通道。

②罐体部分

罐体为圆柱体，是罐的主体部分。发酵罐的高度取决于圆柱体的直径与高度。由于罐直径大耐压低，一般锥形罐的直径不超过6m。罐体的加工比罐顶要容易，罐体外部用于安装冷却装置和保温层，并留一定的位置安装测温、测压元件。罐体部分的冷却层有各种各样的形式，如盘管、米勒扳、夹套式，并分成2～3段，用管道引出与冷却介质进管相连，冷却层外覆以聚氨酯发泡塑料等保温材料，保温层外再包一层铝合金或不锈钢板，也有使用彩色钢板作保护层。

③圆锥底部分

圆锥底的夹角一般为60o～80o，也有90o～110o，但这多用于大容量的发酵罐。发酵罐的圆锥底高度与夹角有关，夹角越小锥底部分越高。一般罐的锥底高度占总高度的1/4左右，不要超过1/3。圆锥底的外壁应设冷却层，以冷却锥底沉淀的酵母。锥底还应安装进出管道、阀门、视镜、测温、测压得传感元件等。

此外，罐的直径与高度比通常为1：2～1：4，总高度最好不要超过16m，以免引起强烈对流，影响酵母和凝固物的沉降。制罐材料可用不锈钢或碳钢，若使用碳钢，罐内壁必须涂以对啤酒口味没有影响的且无毒的涂料。发酵罐工作压力可根据罐的工作性质确定，一般发酵罐的工作压力控制在0.2～0.3MPa。罐内壁必须光滑平整，不锈钢罐内壁要进行抛光处理，碳钢罐内壁涂料要均匀，无凹凸面，无颗粒状凸起。

3．锥形罐发酵工艺

（1）锥形罐发酵的组合形式

锥形罐发酵生产工艺组合形式有以下几种：

①发酵－贮酒式此种方式，两个罐要求不一样，耐压也不同，对于现代酿造来说，此方式意义不大。

②发酵－后处理式即一个罐进行发酵，另一个罐为后熟处理。对发酵罐而言，将可发酵性成分一次完成，基本不保留可发酵性成分，发酵产生的CO2全部回收并贮存备用，然后转入后处理罐进行后熟处理。其过程为将发酵结束的发酵液经离心分离，去除酵母和冷凝固物，再经薄板换热器冷却到贮酒温度，进行1～2天的低温贮存后开始过滤。

③发酵-后调整式即前一个发酵罐类似一罐法进行发酵、贮酒，完成可发酵性成分的发酵，回收CO2、回收酵母，进行CO2洗涤，经适当的低温贮存后，在后调整罐内对色泽、稳定性、CO2含量等指标进行调整，再经适当稳定后即可开始过滤操作。

（2）发酵主要工艺参数的确定

①发酵周期

由产品类型、质量要求、酵母性能、接种量、发酵温度、季节等确定，一般12～24天。通常，夏季普通啤酒发酵周期较短，优质啤酒发酵周期较长，淡季发酵周期适当延长。

②酵母接种量

一般根据酵母性能、代数、衰老情况、产品类型等决定。接种量大小由添加酵母后的酵母数确定。发酵开始时：10～20×106个/ml；发酵旺盛时：6～7×107个/ml；排酵母后：6～8×106个/ml；0℃左右贮酒时：1.5～3.5×106个/ml。

③发酵最高温度和双乙酰还原温度

啤酒旺盛发酵时的温度称为发酵最高温度，一般啤酒发酵可分为三种类型：低温发酵、中温发酵和高温发酵。低温发酵：旺盛发酵温度8℃左右；中温发酵：旺盛发酵温度10～12℃；高温发酵：旺盛发酵温度15～18℃。国内一般发酵温度为：9～12℃。双乙酰还原温度是指旺盛发酵结束后啤酒后熟阶段（主要是消除双乙酰）时的温度，一般双乙酰还原温度等于或高于发酵温度，这样既能保证啤酒质量又利于缩短发酵周期。发酵温度提高，发酵周期缩短，但代谢副产物量增加将影响啤酒风味且容易染菌；双乙酰还原温度增加，啤酒后熟时间缩短，但容易染菌又不利于酵母沉淀和啤酒澄清。温度低，发酵周期延长。

④罐压

根据产品类型、麦汁浓度、发酵温度和酵母菌种等的不同确定。一般发酵时最高罐压控制在0.07～0.08MPa。一般最高罐压为发酵最高温度值除以100（单位MPa）。采用带压发酵，可以抑制酵母的增殖，减少由于升温所造成的代谢副产物过多的现象，防止产生过量的高级醇、酯类，同时有利于双乙酰的还原，并可以保证酒中二氧化碳的含量。啤酒中CO2含量和罐压、温度的关系为：

CO2（%，m/m）=0.298+0.04p－0.008t

其中 p --罐压（压力表读数）（MPa）

t --啤酒品温（℃）

⑤满罐时间

从第一批麦汁进罐到最后一批麦汁进罐所需时间称为满罐时间。满罐时间长，酵母增殖量大，产生代谢副产物α-乙酰乳酸多，双乙酰峰值高，一般在12～24h，最好在20h以内。

⑥发酵度

可分为低发酵度、中发酵度、高发酵度和超高发酵度。对于淡色啤酒发酵度的划分为：低发酵度啤酒，其真正发酵度48%～56%；中发酵度啤酒，其真正发酵度59%～63%；高发酵度啤酒，其真正发酵度65% 以上，超高发酵度啤酒（干啤酒）其真正发酵度在75%以上。目前国内比较流行发酵度较高的淡爽性啤酒。

实验二啤酒发酵原料预处理

一、麦芽制造的目的：

1．通过制造麦芽的操作，使大麦中的酶活化并产生各种水解酶，并使大麦胚乳中的成分在酶的作用下，达到适度的溶解。

2．通过绿麦芽的干燥和焙焦除去多余的水分，去掉绿麦芽的生腥味，产生啤酒特有的色、香和风味成分，从而满足啤酒对色泽、香气、味道、泡沫等的特殊要求。

3．制成的麦芽经过除根，使麦芽的成分稳定，便于长期贮存。

二、大麦的预处理的理论依据：

原料大麦一般含有各种有害杂质，如：杂谷、秸秆、尘土、砂石、麦芒、木屑、铁屑、麻绳及破粒大麦、半粒大麦等，均会妨碍大麦发芽，有害于制麦工艺，直接影响麦芽的质量和啤酒的风味，并直接影响制麦设备的安全运转，因此在投料前须经处理。利用粗选机除去各种杂物和铁，再经大麦精选机除去半粒麦和与大麦横截面大小相等的杂谷。由于原料大麦的麦粒大小不均，吸水速度不一，会影响大麦浸渍度和发芽的速度均匀性，造成麦芽溶解度的不同。所以，对精选后的大麦还要进行分级。

（一）粗选

1．粗选的目的：是除去糠灰、各种杂质和铁屑。

2．粗选的方法：有风析和振动筛析二种方法。

风析主要是除尘及其他轻微尘质，风机在振动筛上面的抽风室将大麦中的轻微尘质吹入旋风分离器中进行收集。

振动筛析主要是为了提高筛选效果，除去夹杂物。振动筛共设三层，第一层筛6.5×20mm，主要筛除砂石、麻绳、秸秆等大夹杂物。第二层筛子(3.5×20mm)，筛除中等杂质。进入第三层筛子(2.0×20mm)，筛除小于2mm的小粒麦和小杂质。

3．大麦粗选设备：包括去杂、集尘、除铁、除芒等机械。

除杂集尘常用振动平筛或园筒筛配离心鼓风机、旋风分离器进行。除铁用磁力除铁器，麦流经永久磁铁器或电磁除铁器除去铁质。脱芒用除芒机，麦流经除芒机中转动的翼板或刀板，将麦芒打去，吸入旋风分离器而被去除。

4．分离的原理：粗选机是通过园眼筛或长眼筛除杂，园眼筛是根据横截面的最大尺寸，即种子的宽度；长眼筛是根据横截面的最小尺寸，即种子的厚度进行分离。

（二）精选

1．精选的目的：是除掉与麦粒腹径大小相同的杂质。包括荞麦、野豌豆、草籽、半粒麦等。

2．分离的原理：是利用种子不同长度进行的，使用的设备为精选机（又称杂谷分离机）。3．精选机的主要结构：它由转筒、蝶形槽和螺旋输送机组成。转筒直径为400～700mm，转筒长度为1～3m，其大小取决于精选机的能力，转筒转速为20～50r/min，精选机的处理能力为2.5～5t/h，最大可达15t/h。转筒钢板上冲压成直径为6.25～6.5mm的窝孔，分离小麦时，取8.5mm。

4．操作：粗选后的麦流进入精选机转筒，转筒转动时，长形麦粒、大粒麦不能嵌入窝孔，升至较小角度即落下，回到原麦流中，嵌入窝孔的半粒麦、杂谷等被带到一定高度才落入收集槽道内，由螺旋输送机送出机外被分离。合格大麦与半粒麦、杂谷之间的分离界限，可通过窝眼大小和收集槽的高度来调节。过高易使杂粒混入麦流，导致质量下降；过低又会将部分短小的大麦带入收集槽，造成损失。此外，还要根据大麦中夹杂物的多少，调节进料流量，以保证精选效果。

（三）分级

1．分级的目的：是得到颗粒整齐的麦芽，为浸渍均匀、发芽整齐、以及获得粗细均匀的麦芽粉创造条件，并可提高麦芽的浸出率。

2．分级的原理：大麦的分级是把粗精选后的大麦，按腹径大小用分机筛分级。

3．分级的标准

一般将大麦分成3级，其标准如表2-1-3所示

①园筒分级筛

在旋转的圆筒筛上分布不同孔径的筛面，-般设置为2.2×25mm和2.5×25mm两组筛。麦流先经2.2mm筛面，筛下小于2.2mm的粒麦，再经2.5mm筛面，筛下2.2mm以上的麦粒，未筛出的麦流从机端流出，即是2.5mm以上的麦粒。从而将大麦分成2.5mm以上、2.2mm以上和2.2mm以下三个等级。为了防止与筛孔宽度相同腹径的麦粒被筛孔卡住，滚筒内安装有一个活动的滚筒刷，用以清理筛孔。

②平板分级筛

重叠排列的平板筛用偏心轴转动(偏心轴矩45mm，转速120～130r／min)，筛面振动，大麦均匀分布于筛面。平板分级筛由三层筛板组成，每层筛板均设有筛框、弹性橡皮球和收集板。筛选后的大麦，经两侧横沟流入下层筛板，再分选。

上层为4块2.5×25mm筛板，中层为两块2.2×25mm筛板，下层为两块2.8×25mm 筛板。麦流先经上层2.5mm筛，2.5mm筛上物流入下层2.8mm筛，分别为2.8mm以上的麦粒和2.5mm以上的麦粒，2.5mm筛下物流人中层2.2mm筛，分别为小粒麦和2.2mm以上的麦粒。

三、具体操作流程

①设备检查：查看粉碎机内是否有杂质，磨盘，电线，其他附件是否正常，如无异常准备粉碎。

②原料检查：麦芽粉碎前仔细检查麦芽外观质量，有无霉烂现象，大麦啤酒：大麦芽60千克。特别注意：大麦芽应当即粉即用，不宜长时间保存，更不可过夜。

③润水：粉碎前，提前5—10分钟，加适量水湿润大麦表面，达到麦芽粉“破而不碎”的要求。

④粗细粒之比：粉碎过程中，随时取样检查麦芽粉碎情况，根据麦芽粉的粗细，适当调整手轮和进料量，粗细比为1：2.5

⑤后处理：粉碎结束后，切断电源，回收内存物件，清理设备上的粉尘及地面卫生。

实验三麦芽汁的糖化及过滤

一、糖化的目的与要求

所谓糖化是指利用麦芽本身所含有的酶(或外加酶制剂)将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质（淀粉、蛋白质、半纤维素等）分解成可溶性的低分子物质（如糖类、糊精、氨基酸、肽类等）的过程。由此制得的溶液称为麦芽汁。麦汁中溶解与水的干物质称为浸出物，麦芽汁中的浸出物对原料中所有干物质的比称为"无水浸出率"。

糖化的目的就是要将原料(包括麦芽和辅助原料)中可溶性物质尽可能多的萃取出来，并且创造有利于各种酶的作用条件，使很多不溶性物质在酶的作用下变成可溶性物质而溶解出来，制成符合要求的麦芽汁，得到较高的麦芽汁收得率。

二、糖化时主要酶的作用

糖化过程酶的来源主要来自麦芽，有时为了补充酶活力的不足，也外加酶制剂。这些酶以水解酶为主，有淀粉酶（包括包括α－淀粉酶、β－淀粉酶、界限糊精酶、R－酶、麦芽糖酶、蔗糖酶），蛋白酶(包括内肽酶，羧基肽酶，氨基肽酶、二肽酶)，β－葡聚糖酶(内β-1，4葡聚糖酶、内β-1，3葡聚糖酶、β－葡聚糖溶解酶)和磷酸酶等。

（一）淀粉酶

1．α－淀粉酶

是对热较稳定、作用较迅速的液化型淀粉酶。可将淀粉分子链内的α－1，4葡萄糖苷键任意水解，但不能水解α－1，6葡萄糖苷键。其作用产物为含有6～7各单位的寡糖。作用直链淀粉时，生成麦芽糖、葡萄糖和小分子糊精；作用支链淀粉时，生成界限糊精、麦芽糖、葡萄糖和异麦芽糖。淀粉水解后，糊化醪的粘度迅速下降，碘反应迅速消失。

2．β－淀粉酶是一种耐热性较差、作用较缓慢的糖化型淀粉酶。可从淀粉分子的非还原性末端的第二个α－1，4葡萄糖苷键开始水解，但不能水解α－1，6葡萄糖苷键，而能越过此键继续水解，生成较多的麦芽糖和少量的糊精。

3．R－酶

R－酶又叫异淀粉酶，它能切开支链淀粉分支点上的α－1，6葡萄糖苷键，将侧链切下成为短链糊精、少量麦芽糖和麦芽三糖。此酶虽然没有成糖作用，却可协助α－淀粉酶和β－淀粉酶作用，促进成糖，提高发酵度。

4．界限糊精酶

界限糊精酶能分解界限糊精中的α－1，6葡萄糖苷键，产生小分子的葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖和直链寡糖等。由于α－淀粉酶和β－淀粉酶不能分解界限糊精中的α－1，6葡萄糖苷键，所以界限糊精酶可以补充α－淀粉酶和β－淀粉酶分解的不足。

5．蔗糖酶

蔗糖酶主要分解来自麦芽的蔗糖，产生葡萄糖和果糖。虽然其作用的最适温度低于淀粉分解酶，但在62℃～67℃条件下仍具有活性。

（二）蛋白分解酶

蛋白分解酶是分解蛋白质和肽类的有效物质，其分解产物为眎、胨、多肽、低肽和氨基酸。按分子量大小可分高分子氮、中分子氮和低分子氮，所占比例的大小取决于分解温度的高低，并对啤酒的质量产生重要的影响。蛋白分解酶类主要包括内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶。

（三）β－葡聚糖酶

麦芽中β－葡聚糖酶的种类较多，但在糖化时最主要的是内切型β－葡聚糖酶和外切型β－葡聚糖酶。它是水解含有β-1，4葡萄糖苷键和β-1，3葡萄糖苷键的β－葡聚糖的一类酶的总称。可将粘度很高的β－葡聚糖降解，从而降低醪液的粘度，提高麦汁和啤酒的过滤性能以及啤酒的风味稳定性。

三、过滤的目的

糖化结束后，应尽快地把麦汁和麦糟分开，以得到清亮和较高收得率的麦汁，避免影响半成品麦汁的色香味。因为麦糟中含有的多酚物质，浸渍时间长，会给麦汁带来不良的苦涩味和麦皮味，麦皮中的色素浸渍时间长，会增加麦汁的色泽，微小的蛋白质颗粒，可破坏泡沫的持久性。

麦芽汁过滤分为两个阶段：首先对糖化醪过滤得到头号麦汁；其次对麦糟进行洗涤，用78～80℃的热水分2～3次将吸附在麦糟中的可溶性浸出物洗出，得到二滤和三滤洗涤麦汁。

四、麦汁过滤方法（过滤槽法）

过滤槽既是最古老的又是应用最普遍的一种麦汁过滤设备。是一园柱形容器，槽底装有开孔的筛板，过滤筛板即可支撑麦糟，又可构成过滤介质，醪液的液柱高度1.5～

2.0m，以此作为静压力实现过滤。

1．过滤槽法的过滤原理及影响因素

利用过滤槽过滤麦芽汁，与其它过滤过程相同，筛分、滤层效应和深层过滤效应综合进行，其过滤速度受以下各种因素的影响。

（1）穿过滤层的压差

指麦汁表面与滤板之间的压力差。压差大，过滤的推动力大，滤速快。

（2）滤层厚度

滤层厚，相对过滤阻力增大，滤速降低。它与投料量、过滤面积、麦芽粉碎的方法及粉碎度有关。

（3）滤层的渗透性

麦汁渗透性与原料组成、粉碎方式、粉碎度及糖化方法有关。渗透性小，阻力大，会影响过滤速度。

（4）麦汁粘度

麦汁粘度与麦芽溶解情况、醪液浓度及糖化温度有关。麦芽溶解不良，胚乳细胞壁的β－葡聚糖、戊聚糖分解不完全，醪液粘度大。温度低、浓度高，粘度亦大。如过大会造成过滤困难。相反，浓度低，温度高，则粘度低。

（5）过滤面积

相同质量的麦汁，过滤面积愈大，过滤所需时间愈短，过滤速度愈快。反之，所需时间愈长，过滤速度愈慢。

五、具体操作规程

（一）麦芽糖化操作流程

①设备检查：检查煮沸锅，过滤槽（小型设备糖化，煮沸为一体锅），管件，阀门，仪表及水，电气供应是否异常，若无异常，清洗干净，准备投料。

②制备投料水：在煮沸锅中加自来水300kg开始加热，电加热过程中要开启旋涡阀和麦汁泵3—5分钟，以便混合均匀，升温至68摄氏度，停止加热；打开有关阀门，启动麦汁泵，将投料水自过滤槽底部泵入176kg。

③投料55摄氏度：先启动过滤槽搅拌，将大麦芽投入过滤槽内，搅拌均匀，停止搅拌，开始记时。

④杀菌：煮沸锅内继续加水至300kg，开始加热，升温至80摄氏度以上，停止加热，将麦芽汁管路和换热器麦汁出口及糖化管路的杀菌循环口连接，启动麦汁泵，控制泵的流量，

防止形成旋涡；循环杀菌20分钟，杀菌时稍微开充氧阀，对充氧管同时杀菌；杀菌结束，关闭阀门。

⑤制备兑醪水：煮沸锅内升温至100摄氏度，停止加热；开启有关阀门，准备兑醪。

⑥兑醪66摄氏度（淀粉糖化）：启动过滤槽进行搅拌，把醪液搅起，搅拌的同时把100摄氏度的热水从过滤槽底部泵入，兑醪温至66摄氏度，停止进水。

⑦清洗煮沸锅：打开排污阀，煮沸锅内残余热水倒掉，用清水清洗掉锅内的水垢等污物后，关闭所有阀门，等待煮沸。

⑧静置：糖化结束，启动过滤槽搅拌5—8分钟，待醪液均匀后，静置10—15分钟，等待回流过滤。

（二）麦汁过滤操作流程

①麦汁回流：注意静止时间，到时要及时回流，开启有关阀门，将麦汁在过滤槽系统内回流5—10分钟，观察境内麦汁清亮后，切换回流阀到过滤阀，将麦汁泵入煮沸锅。

②测头遍麦汁：过滤20分钟后，取样原麦汁，测浓度—

A、热麦汁处理：从煮沸锅内取一测量筒麦汁，慢慢放入事先备好的自来水的筒内，降温至30摄氏度以下，摇匀，放稳。

B、糖度测量：取量程为0—20BX的糖度表一只，将有水银包的一端慢慢插入，接近预计读数值时再松手，5分钟后读取麦汁凹液面处糖度表的数值。轻轻取糖度表，检查表上麦汁温度值，对应查出糖度修正值，获得远麦汁浓度值，糖度计要轻拿轻放，用后用清水冲洗干净，擦干，妥善保管。

③洗槽：原麦汁过滤至将近露出槽面时进行洗槽，依据原麦汁浓度估算洗槽水量，加水洗槽，一般洗槽2—3次。

④混合浓度：洗槽1—2次，混合麦汁浓度达到9.0—9.5BX时，停止过滤，排槽，清洗过滤槽。

实验四麦芽汁的灭菌及入灌

一、麦芽汁煮沸灭菌目的与作用

糖化后的麦汁必须经过强烈的煮沸，并加入酒花制品，成为符合啤酒质量要求的定型麦汁。

1．蒸发多余水分，使混合麦汁通过煮沸、蒸发、浓缩到规定的浓度。

2．破坏全部酶的活性，防止残余的α－淀粉酶继续作用，稳定麦汁的组成成分。

3．通过煮沸，消灭麦汁中存在的各种有害微生物，保证最终产品的质量。

4．浸出酒花中的有效成份(软树脂、单宁物质、芳香成分等)，赋予麦汁独特的苦味和香味，提高麦汁的生物和非生物稳定性。

5．使高分子蛋白质变性和凝固析出，提高啤酒的非生物稳定性。

6．降低麦汁的pH值，麦汁煮沸时，水中钙离子和麦芽中的磷酸盐起反应，使麦芽汁的pH 降低，利于球蛋白的折出和成品啤酒pH值的降低，对啤酒的生物和非生物稳定性的提高有利。

7．还原物质的形成，在煮沸过程中，麦汁色泽逐步加深，形成了一些成分复杂的还原物质，如类黑素等。对啤酒的泡沫性能以及啤酒的风味稳定性和非生物稳定性的提高有利。8．挥发出不良气味，把具有不良气味的碳氢化合物，如香叶烯等随水蒸汽的挥发而逸出，提高麦汁质量。

二、麦汁煮沸过程中的变化

1．水分蒸发

麦汁经过煮沸使水分蒸发，麦汁浓度亦随之增大。蒸发的快慢与麦汁的煮沸强度有关，煮沸强度大，水分蒸发就快，反之就慢。此外，还与煮沸时间有关，煮沸时间长，说明洗糟水使用量大，需要蒸发的水分多，在一定煮沸强度下，意味着消耗的热能多，尽管洗糟水多会一定程度提高浸出物收得率，但并不经济，这是需要认真考虑的问题，一般啤酒厂家都将混合麦汁浓度控制在低于终了麦汁浓度的2～3%。

2．蛋白质的凝聚析出

蛋白质的凝聚是麦汁在煮沸过程中最重要的变化。蛋白质的凝聚质量直接影响麦汁的组成，进而影响酵母发酵以及啤酒的口味、醇厚性和稳定性。

蛋白质的凝聚可分为蛋白质的变性和变性蛋白质的凝聚二个过程。

麦汁中的蛋白质在未经煮沸前，外围包有水合层，有秩序地排列着，具有胶体性质，处于一定的稳定状态。当麦汁被煮沸时，由于温度、pH、多元酚和多价离子的作用，蛋白质外围失去了水合层，由有秩序状态变为无秩序状态，仅靠自身的电荷维持其不稳定的胶体状态。当带正电荷的蛋白质与带负电荷的蛋白质相遇时，两者聚合，先以细小的形式，继而不断增大而沉淀出来，使麦汁中的可凝固性蛋白质变性并凝聚析出。

3．麦汁酸度增加

煮沸时形成的类黑素和从酒花中溶出的苦味酸等酸性物质，以及磷酸盐的分离和

Ca2+、Mg2+的增酸作用，使麦汁的酸度上升，pH值下降。其下降幅度与麦芽溶解度、麦芽焙焦温度以及酿造用水有关，一般下降幅度为0.1～0.2。pH值值的降低，有利于丹宁蛋白质复合物的析出，可使麦汁色度上升，使酒花苦味更细腻、纯正，它有利于酵母的生长，但会使酒花苦味的利用率降低。

4．灭菌、灭酶

糖化过程中一些细菌进入麦汁中，如果不杀灭这些细菌，一旦进入发酵罐会使麦汁变酸，麦汁煮沸过程可以杀灭麦汁中残留的所有微生物。

5．还原物质的形成

麦汁煮沸过程中，生成了大量还原性物质，如类黑素、还原酮等。还原物质的生成量与煮沸时间成正相关增加。由于还原性物质能与氧结合而防止氧化，因此对保护啤酒的非生物稳定性起着重要的作用。

6．酒花组分的溶解和转变

酒花中含有酒花树脂，酒花苦味物质，酒花油和酒花多酚物质。α－酸通过煮沸被异构化，形成异α－酸，而比α－酸更易溶解于水，煮沸时间越长，α－酸异构化得率越高。β－酸在麦汁煮沸时部分溶解于麦汁中，溶解度及苦味力均较α－酸弱，但其氧化产物却赋予啤酒以可口的香气。酒花油的溶解性很小、挥发性很强，在煮沸的初期就有80%以上的酒花油损失，煮沸时间越长，酒花油挥发量就越大。为使酒花油发挥作用，一般在麦汁煮沸结束前15～20min加入酒花油或香型酒花。

三、具体操作规程

1、糖化锅内麦汁煮沸操作流程

①加热：过滤麦汁盖加热夹套或电热管后，开始加热升温，电加热过程中每隔十分钟打开旋涡阀，开启麦汁泵1—2分钟。

②麦汁煮沸：麦汁煮沸时开始记时，煮沸时间60分钟，麦汁始终处于沸腾状态，控制麦汁沸腾浓度，9.5—10.5BX，若在规定时间内未达到9.5BX，可适当延时。

③添加酒花：麦汁煮沸开锅5分钟和沸终前5分钟，分别添加苦型和香型酒花，加量方便为120g和60g。

2、糖化锅内麦汁旋涡沉淀操作规程

开启煮沸锅回旋管路及各阀门，将麦汁在煮沸锅内打漩3—5分钟，静置沉淀30分钟，然后排掉热凝固物，进行麦汁冷却。

3、麦汁的冷却

①检查：换热器管件，阀门，仪表及冰水，自来水，氧气供应是否正常。

②冷却：依次开启自来水，冰水阀和冰水泵，然后再开启麦汁阀，麦汁泵，氧气阀，进行麦汁冷却。

③排残留洗液：麦汁冷却初期，必须用麦汁将换热器内的残留洗液完全顶出后，方可将麦汁通过发酵罐。

④充氧：麦汁冷却的同时，对麦汁进行不间断充氧，剂量为麦汁量的1-2倍。

⑤回收：麦汁冷却完毕，用氧气把管道中麦汁顶入发酵罐，关闭发酵罐物料阀。然后，用水冲洗糖化锅、过滤槽及所用管路、换热器10分钟。

4、冰水罐操作

①检查：制冷机安装完毕，试机，正常运转后进行下一步工作。

②洗罐：打开罐底排污阀，用软管引自来水将罐内壁、蒸发器清洗干净，排净污水后，关闭排污阀。

③加冷媒：选择工业酒精或食用酒精（不得含Cl-）,用自来水稀释到25%浓度，液位高度为蒸发器最上层铜管。

④控温：冰水泵控制开关推到“自动”位置，温度设定为-6±0.2℃，启动制冷机控制开关。

实验五、啤酒发酵后处理

一、啤酒发酵的基本理论

冷麦汁接种啤酒酵母后，发酵即开始进行。啤酒发酵是在啤酒酵母体内所含的一系列酶类的作用下，以麦汁所含的可发酵性营养物质为底物而进行的一系列生物化学反应。通过新陈代谢最终得到一定量的酵母菌体和乙醇、CO2以及少量的代谢副产物如高级醇、酯类、连二酮类、醛类、酸类和含硫化合物等发酵产物。这些发酵产物影响到啤酒的风味、泡沫性能、色泽、非生物稳定性等理化指标，并形成了啤酒的典型性。啤酒发酵分主发酵（旺盛发酵）和后熟两个阶段。在主发酵阶段，进行酵母的适当繁殖和大部分可发酵性糖的分解，同时形成主要的代谢产物乙醇和高级醇、醛类、双乙酰及其前驱物质等代谢副产物。后熟阶段主要进行双乙酰的还原使酒成熟、完成残糖的继续发酵和CO2的饱和，使啤酒口味清爽，并促进了啤酒的澄清。

(一) 发酵主产物--乙醇的合成途径

麦汁中可发酵性糖主要是麦芽糖，还有少量的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽三糖等。单糖可直接被酵母吸收而转化为乙醇，寡糖则需要分解为单糖后才能被发酵。由麦芽糖生物合成乙醇的生物途径如下：

总反应式

1/2C12H22O12+1/2H2O→C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP+226.09kJ

麦芽糖葡萄糖乙醇

理论上每100g葡萄糖发酵后可以生成51.14g乙醇和48.86gCO2。实际上，只有96%的糖发酵为乙醇和CO2，2.5%生成其它代谢副产物，1.5%用于合成菌体。

发酵过程是糖的分解代谢过程，是放能反应。每1mol葡萄糖发酵后释放的总能量为226.09mol，其中有61mol以ATP的形式贮存下来，其余以热的形式释放出来，因此发酵过程中必须及时冷却，避免发酵温度过高。

葡萄糖的乙醇发酵过程共有12步生物化学反应，具体可分为4个阶段：

第一阶段：葡萄糖磷酸化生成己糖磷酸酯。

第二阶段：磷酸已糖分裂为两个磷酸丙酮

第三阶段：3-磷酸甘油醛生成丙酮酸

第四阶段：丙酮酸生成乙醇

（二）发酵过程的物质变化

1．糖类的发酵

麦芽汁中糖类成分占90%左右，其中葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖和棉子糖等称为可发酵性糖，为啤酒酵母的主要碳素营养物质。麦芽汁中麦芽四糖以上的寡糖、戊糖、异麦芽糖等不能被酵母利用称为非发酵性糖。啤酒酵母对糖的发酵顺序为：葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖>麦芽三糖。葡萄糖、果糖可以直接透过酵母细胞壁，并受到磷酸化酶作用而被磷酸化。蔗糖要被酵母产生的转化酶水解为葡萄糖和果糖后才能进入细胞内。麦芽糖和麦芽三糖要通过麦芽糖渗透酶和麦芽三糖渗透酶的作用输送到酵母体内，再经过水解才能被利用。当麦汁中葡萄糖质量分数在0.2%～0.5% 以上时，葡萄糖就会抑制酵母分泌麦芽糖渗透酶，从而抑制麦芽糖的发酵，当葡萄糖质量分数降到0.2%以下时抑制才被解除，麦芽糖才开始发酵。此外，麦芽三糖渗透酶也受到麦芽糖的阻遏作用，麦芽糖质量分数在1%以上时，麦芽三糖也不能发酵。不同菌种分泌麦芽三糖渗透酶的能力不同，在同样麦芽汁和发酵条件下发酵度也不相同。

啤酒酵母在含一定溶解氧的冷麦汁中进行以下两种代谢，总反应式如下：

有氧下 C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6H2O+6CO2+38ATP+281kJ

无氧下 1/2C12H22O12+1/2H2O→C6H12O6+2ADP+2Pi→

2C2H5OH+2CO2+2ATP+226.09kJ

啤酒酵母对糖的发酵都是通过EMP途径生成丙酮酸后，进入有氧TCA循环或无氧分解途径。酵母在有氧下经过TCA循环可以获得更多的生物能，此时无氧发酵被抑制，称为巴斯德效应。但在葡萄糖（含果糖）质量分数在0.4%～1.0%以上时，氧的存在并不能抑制发酵，而有氧呼吸却受大抑制，称反巴斯德效应。实际酵母接入麦汁后主要进行的是无氧酵解途径（发酵），少量为有氧呼吸代谢。

2．含氮物质的转化

麦芽汁中的α-氨基氮含量和氨基酸组成对酵母和啤酒发酵有重要影响，酵母的生长和繁殖需要吸收麦汁中的氨基酸、短肽、氨、嘌呤、嘧啶等可同化性含氮物质。啤酒酵母接入冷麦汁后，在有氧存在的情况下通过吸收麦汁中的低分子含氮物质如氨基酸、二肽、三肽等用于合成酵母细胞蛋白质、核酸等，进行细胞的繁殖。酵母对氨基酸的吸收情况与对糖的吸收相似，发酵初期只有A组8种氨基酸（天冬酰氨、丝氨酸、苏氨酸、赖氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷酰氨）很快被吸收，其它氨基酸缓慢吸收或不被吸收。当上述8种氨基酸浓度下降50%以上时，其它氨基酸才能被输送到细胞内。当合成细胞时需要8种氨基酸以外的氨基酸时，细胞外的氨基酸不能被输送到细胞内，这时酵母就通过生物合成所需的氨基酸。麦汁中含氮物质的含量及所含氨基酸的种类、比例不同对酵母的生长、繁殖和代谢副产物高级醇、双乙酰等的形成都有很大影响。一般情况下，麦汁中含氮物质占浸出物的4%～6%，含氮量800～1000mg/L左右，α-氨基氮含量在150～210mg/L左右。

啤酒发酵过程中，含氮物质约下降1/3左右，主要是部分低分子氮（α-氨基氮）被酵母同化用于合成酵母细胞，另外有部分蛋白质由于pH和温度的下降而沉淀，少量蛋白质被酵母细胞吸附。发酵后期，酵母细胞向发酵液分泌多余的氨基酸，使酵母衰老和死亡，死细胞中的蛋白酶被活化后，分解细胞蛋白质形成多肽，通过被适当水解的细胞壁进入发酵液，此现象称为酵母自溶，其对啤酒风味有较大影响，会造成"酵母臭"。

3．其它变化

在发酵过程中，麦芽汁的含氧量越高，酵母的繁殖越旺盛，酵母表面以及泡盖中吸附的苦味物质就越多。大约有30%～40%的苦味物质在发酵过程中损失。另外，啤酒的色度随着发酵液PH值的下降，溶于麦汁中的色素物质被凝固析出，单宁与蛋白质的复合物以及酒花树脂等吸附于泡盖、冷凝固物或酵母细胞表面，使啤酒的色度也有所下降。此外，啤酒酵母在整个代谢过程中，将不断产生CO2，一部分以吸附、溶解和化合状态存在于酒液当中，另一部分CO2被回收或逸出罐外，最终成品啤酒的CO2质量分数为0.5%左右。从总体来看，CO2在酒液中的产生、饱和及逸出等变化，对提高啤酒质量是具有重要作用的。具体的情况将在后续的相关内容中再做介绍。

二、具体操作规程

①检查：发酵罐管件、阀门、仪表及冰水、氧气供应是否正常，如无异常准备洗涤、进料。

②洗涤：（4步法）

（1）水洗：发酵罐进料前，先用自来水间歇冲洗15分钟

（2）火碱洗：排净残留水后，用45-50℃、浓度5%的火碱溶液循环清洗20分钟（碱液浓度降低是要及时补充），循环完毕，回收碱液。CIP碱罐添加比例：每100L水加纯碱

5.2kg溶解后加热升温至45-50℃，无加热装置时使用糖化锅热水。

（3）水洗：排净残留碱液后，再用自来水间歇冲洗15分钟。

（4）双氧水洗：排净残留水后，再用浓度0.5%的双氧水循环清洗20分钟，将罐内残余双氧水排放干净，关闭排气阀，进出料阀和出酒阀。

*注意：a、洗涤期间，必须打开出酒阀。

b、发酵罐洗涤禁止用热水、次氯酸、氯气等含有Cl-的消毒剂杀菌。

③接种：发酵罐进麦汁前，先加酵母泥，剂量为麦汁量的1%（干酵母为0.1%）。

*特别注意：使用干酵母，必须在麦汁冷却前半小时活化完毕，活化器具必须用开水或双氧水严格消毒，确保无菌，并封闭。

④充氧：麦汁冷却过程中，必须从换热器充氧口不断充氧。罐内压力始终保持0.03Mpa至封罐。

⑤排杂：投料后第二天排冷凝固物---慢开物料阀，杂质排出即可。

⑥测糖：投料后第二天取样测糖（至封罐前每天必测）

(1)发酵液处理：先排出酒管内杂质，去一测量筒发酵液，用两杯子反复倾倒100次（杯间距不低于50cm），倒入测量筒，放稳。

(2)测量糖度：取量程为0-10BX的糖度表一支，将有水银包的一端慢慢插入麦汁，其它同原麦汁浓度“B糖度测量”法。

⑦前发酵：

(1)酵母泥：大麦啤酒保持温度9.0±0.2℃、压力0—0.03Mpa至封罐,时间约3—4天,小麦酒保持温度13.0±0.2℃、24小时后升至18℃、压力0-0.03Mpa至封罐，时间约2-3天。

(2)干酵母：大麦酒接种温度11.0～12.0±0.2℃，发酵温度保持温度11±0.2℃、压力0.01至封罐，时间约3-4天；小麦酒保持温度18.0±0.2℃、压力0～0.03Mpa至封罐，时间约2-3天。

⑧封罐

(1)大麦啤酒：糖度降到4.2±0.2BX时，自然升温至12℃并保持，同时封罐、压力升至0.14Mpa，并保持，时间为4天。

(2)小麦啤酒：糖度降到4.2±0.2BX时，保持18℃，同时封罐、升压至0.14Mpa，并保持，时间为4

天

(3)检双乙酰：封罐3～4天后，取样品尝，若无明显双乙酰味，可降温，若有明显双乙酰味，可推迟1～3天降温。

*特别注意：若发酵罐内压力降低，可充CO2至0.14Mpa，充CO2前，必须用75%的酒精擦洗、杀菌所用充气头、软管、阀门。

⑨后发酵(贮酒)：还原结束后，应当在24小时内按规定降温至0℃（表温2℃）、并保持，同时保持罐内压力0.14Mpa，时间：大麦啤酒3-5天，小麦啤酒1-3天。

*特别注意：降温规定，以前，以0.5-0.7℃/小时的速率降温；5℃以后，以0.1-0.3℃/小时的速率降温至0℃（表温2℃）；

⑩酵母处理：啤酒降至2℃时，酵母可回收使用。使用前，将最先排出的约1升酵母排放地沟，酵母的使用代数不超过6代；储酒时间超过1周时，每天排放酵母1次。若酵母不使用，啤酒降至2℃时应排掉。发酵罐的自动控制：

(1)温度：按照上述3-9项的工艺要求，和XMT、AL-501T、PCL操作规程的要求设定；

(2)压力：按照工艺要求，及时将电接点压力表上下限设置到规定值。