啤酒发酵过程理化指标变化规律研究

冯治平，陈凯，宗绪岩，罗惠波，李丽

（四川理工学院生物工程学院，四川自贡643000）

啤酒发酵过程理化指标变化规律研究

冯治平，陈凯，宗绪岩，罗惠波，李丽

（四川理工学院生物工程学院，四川自贡643000）

研究啤酒发酵过程中酵母数、双乙酰、PH、还原糖、α-氨基氮、酒精度和发酵度的变化规律。结果发现：酵母数量与双乙酰含量在发酵的前三天快速上升，进而急剧下降，后期下降趋缓；还原糖和α -氨基氮在发酵前期被快速消耗，中后期消耗缓慢；PH值发酵初期会有明显下降，随后趋于稳定；酒精度前期上升幅度较大，随后平稳。试验结果表明啤酒发酵过程中主要理化指标的变化是有一定规律的，对啤酒实际生产有指导意义。

啤酒；发酵；理化指标

啤酒作为一种世界流行的含酒精饮料，其产量稳居酒类饮料榜首。虽然酵母应用于啤酒生产已有很悠久的历史，但酵母的代谢复杂，对啤酒发酵过程的认识较浅［1］。啤酒发酵过程中工艺的变化关系到发酵液中物质的变化［2］，发酵过程中物质含量变化直接影响啤酒的口味和质量［3］。所以了解啤酒发酵过程的理化指标的变化规律是十分必要的，而之前并没有科研工作者对此有详尽、系统的研究，本实验对工业化啤酒生产的整个发酵周期进行跟踪测定，因此对啤酒发酵生产和工艺改良具有一定的指导意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

啤酒发酵液：华润雪花啤酒（自贡）有限责任公司提供。从麦汁加入酵母满罐发酵开始，至倒罐降温至0℃，即发酵过程结束，每天固定时间取样一次，重复3批。

1.2 主要试剂与设备

试剂：酒石酸钾钠、二硝基水杨酸（DNS）、苯酚、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、果糖、碘酸钾、甘氨酸盐酸邻苯二胺、亚硫酸钠、茚三酮，以上试剂均为分析纯，由成都市科龙化工试剂厂提供。

仪器：ALC-210型电子分析天平（北京赛多利斯仪器有限公司），Lambda 35型紫外-可见双光束分光光度计（美国PE公司）；PH仪表（美国omega公司）；全自动啤酒分析仪（奥地利安东帕公司（Alcolyzer Plus Beer））；双乙酰发生装置、水浴恒温振荡器（金坛天竟仪器厂（SHZ-S2））。

1.3 酵母数的测定

采用血球计数法进行酵母计数。

1.4 双乙酰的测定

采用邻苯二胺比色法测定［4］。

1.5 pH的测定

取一定量发酵液进行过滤，将滤液放入水浴恒温振荡器40℃恒温震荡30 min，迅速冷却至15℃～20℃，取50 mL滤液，利用PH测定仪进行测定［5］。

1.6 还原糖的测定

采用DNS法测定［6］。

1.7 α_氨基氮的测定

采用茚三酮法测定［7］。

1.8酒精度、发酵度的测定

取适量发酵液于三角瓶内，放入20℃恒温水浴中保温20 min。摇动除气10 min，滤纸过滤，取滤液40 mL加入全自动啤酒分析仪内测得酒精度及发酵度。

1.9 数据分析

实验结果表示为¯X±Sd，用sPss19 forwindows进行分析，其中不同发酵时期理化指标变化用one way ANO_ VA进行分析。

2 试验结果与分析

2.1 啤酒发酵不同时期酵母数量的变化规律

酵母是啤酒发酵中最主要的菌种，在啤酒发酵过程中起着至关重要的作用，若能及时了解其数量的变化，就能针对性的改变发酵条件，如调整麦汁浓度、增大或降低溶解氧等，从而改善啤酒品质。

研究发现：酵母数量在发酵前期快速增加，第3天达最大值，然后急剧下降，第5天后保持较低水平。前5天不同发酵时期酵母数量差异显著（P＜0.05），5天后不同发酵时期酵母数量差异不显著（P＞0.05）（图1）。酵母数量在发酵前3天的快速增加可能是由于发酵前期酵母利用麦汁中充足的碳源，氮源及其它生长因子，在短暂的适应期后随即进入对数期，酵母大量增值；3天后酵母数量的快速减少是由于空间限制，营养物质被消耗，及自身抑制作用，酵母进入衰亡期，数量急剧减少。

图1不同发酵时期酵母数量的变化规律

2.2 啤酒发酵不同时期双乙酰含量变化规律

作为啤酒发酵过程中重要的副产物，双乙酰是酵母合成缬氨酸的中间产物，是α-乙酰乳酸氧化生成［S］，其直接影响啤酒风味，同时也是啤酒成熟的限制性指标。

研究发现：双乙酰含量前5天变化幅度较大，表现为先升高至最大值然后快速下降，中期下降趋缓，后期保持稳定。发酵前10天内双乙酰含量差异显著，（P＜0.05），10天后双乙酰含量差异不明显（P＞0.05）（图2）。这种变化趋势可能是由于发酵前期酵母大量增殖，α-乙酰乳酸在酵母中大量积累，然后渗透至细胞外经氧化成为双乙酰，双乙酰含量快速增加。发酵中后期双乙酰在酵母体内还原酶作用下被还原成2，3-丁二醇，其含量逐渐降低。

图2不同发酵时间双乙酰含量变化规律

2.3 啤酒发酵不同时期pH值变化规律

PH值是啤酒发酵过程中一个重要的理化指标，及时了解其情况，可以针对性的调整工艺及原料结构，保证发酵液的质量。

研究表明：发酵液PH值在发酵前4天快速下降，中期小幅反弹，后期基本保持不变。发酵前6天PH值差异显著（P＜0.05），7至15天变化幅度较小，差异不显著（P＞0.05）（图3）。发酵过程中，PH快速下降主要发生在酵母起发阶段和对数生长阶段，这可能是由于酵母生长过程中消耗磷酸盐、同化氨基等作用，使得PH值在发酵前期快速下降，后期酵母数量已降至极低水平，同化异化作用均很微弱，PH基本维持不变。

图3不同发酵时间pH变化规律

2.4 啤酒发酵不同时期还原糖的变化规律

还原糖作为啤酒发酵的一个理化指标，对啤酒生产的糖化工艺，发酵度，风味口感质量有着重要影响［9］。发酵过程中还原糖的变化，反映了糖化和发酵的协和程度。

研究发现：发酵前期还原糖含量剧烈减少，几乎呈直线下降趋势，中后期含量减少明显放缓，趋于稳定。发酵前6天还原糖含量变化显著（P＜0.05），6天以后含量变化不显著（P＞0.05）（图4）。这可能是由于发酵前期因酵母处于对数增长阶段，需要大量的碳源，还原糖被急速消耗，发酵后期酵母进入衰亡阶段，数量减少，还原糖消耗趋缓。

图4不同发酵时间还原糖含量变化规律

2.5 啤酒发酵不同时期α_氨基氮的变化规律

α-氨基氮是酵母发酵过程中主要的碳源，麦汁中α-氨基氮含量高，氮源丰富则酵母的代谢就旺盛，发酵能力强，有利于啤酒生产［10］。

α-氨基氮含量在发酵前期和中期快速平稳下降，此后下降变缓，最后趋于稳定。发酵前9天α-氨基氮含量差异显著（P＜0.05），9至15天含量差异不显著（P＞0.05）（图5）。

图5不同发酵时间α_氨基氮含量变化规律

2.6 啤酒发酵不同时期酒精度的变化规律

发酵过程中，酵母利用还原糖可以产生酒精，控制酒精含量在一个合理的范围之内也是啤酒生产所要考虑的一个因素。

研究表明：发酵液酒精度在发酵前6天快速增高，随后增加趋势明显放缓基本保持不变。发酵前6天发酵液酒精度差异显著（P＜0.05），6至15天酒精度差异不显著（P＞0.05）（图6）。发酵初期酵母大量消耗还原糖，酒精度快速增高；发酵中后期酵母数量减少，可利用的还原糖也很少，酒精度基本维持不变。

图6不同发酵时间酒精度变化规律

2.7 啤酒发酵不同时期发酵度的变化规律

啤酒发酵度系指麦汁中浸出物被酵母消耗掉部分与麦汁中浸出物总量之比［11］。啤酒发酵过程中必须要把发酵度控制在一个合理的范围之内，若发酵度过高，则酵母发酵生成酒精和CO2浓度就高，对啤酒质量产生不利影响，而发酵度过低，则残糖量高，发酵液容易滋生杂菌。

研究结果表明：发酵度在发酵前期快速上升；6天后上升速度明显减慢，最终基本保持不变。发酵前5天发酵液发酵度变化显著（P＜0.05），5至15天发酵度变化不显著（P＞0.05）（图7）。在酵母含量较高的发酵初期，麦汁浸出物被大量消耗，发酵度快速上升，后期发酵液中酵母急剧减少，消耗的底物量也大大降低，发酵度增长缓慢。

图7发酵度变化误差分析示意图

3 讨论

本文首次全面系统研究了啤酒发酵过程中酵母数、PH、双乙酰、还原糖、α-氨基氮、酒精度和发酵度的变化规律。有前人报道PH在发酵期间是一直保持下降趋势的，不可逆的［12-13］，但这三批发酵液的PH在经过前期的下降后，又有两到三天的小幅回升，这有可能是发酵液中的酵母此时进入衰亡期，部分出现自溶现象，其借助自身细胞酶对自身物质进行不可逆分解，同时，自溶后释放的氨基酸和蛋白质等电点较高，导致PH上升，这就要求酒厂在进行酵母选种方面要选择性能优良的菌株来减少此现象的发生。双乙酰含量均在发酵7天左右达标，这与相关文献报道吻合［14］。酒精度和发酵度均在发酵初期快速上升，中后期上升趋势明显放缓。啤酒发酵所涉及的机理较为复杂，本试验只对几种重要的理化指标进行了研究分析，对啤酒的生产有一定的指导意义，若想生产出质量更高的啤酒，还需要更深入的研究。

［1]窦少华，赵长新，董亮.啤酒发酵过程中酵母代数对风味物质的影响［J].食品工业科技，2006，27(1):52_ 54.

［2]孙付保，任洪艳，赵长新.啤酒酵母发酵产有机酸的生理代谢机制［J].食品工业科技，2005，26(5):70_72.

［3]万小环，夏延斌.啤酒发酵中发酵度影响因素的研究［J].食品与机械，2008，24(5):107_110.

［4]宗绪岩.啤酒分析检测技术［M].成都:西南交通大学出版社，2012.

［5]韩龙.啤酒酿造过程pH之分析［J].啤酒科技，2012 (9):24_26.

［6]李环，陆佳平，王登进.DNS法测定山楂片中还原糖含量的研究［J].食品工业科技，2013，34(18):75_77.

［7]宗绪岩，李丽，刘清斌，等.连续流动化学分析仪在发酵液在线监测上的应用［J].食品与机械，2011，27(6): 127_130.

［8]管敦仪.啤酒工业手册［M].北京:中国轻工业出版社，2007.

［9]高建民.浅谈还原糖的测定［J].啤酒科技，2001(3): 31_33.

［10]鲁欢喜.麦汁α-氨基氮与双乙酰的关系［J].啤酒科技，2010(12):63_65.

［11]孟领刚，王志坚.提高啤酒发酵度的工艺途径［J].山东食品发酵，1998(4):88_90.

［12]王志坚.啤酒酿造过程中作用及控制［J].山东食品发酵，2010(4):34_36.

［13]张玉芝.影响啤酒发酵液pH值偏高因素探讨［J].赤峰学院院报，2003(1):35_37.

［14]李绒.啤酒生产过程中双乙酰的控制［J].酿酒科技，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

川酒发展中心基金项目（CJY12_3S）

冯治平（1966_），男，重庆忠县人，教授，主要从事食品发酵及环境生物学方面的研究，（E_mail）1327750721@qq.com