啤酒主发酵过程控制参数变化趋势分析

刘丽艳，赵金安，王大忠（太原工业学院环境与安全工程系，山西太原030008）

啤酒主发酵过程控制参数变化趋势分析

刘丽艳，赵金安，王大忠
（太原工业学院环境与安全工程系，山西太原030008）

摘要：通过对啤酒主发酵过程进行试验，控制发酵过程的相关参数，找出最优的发酵工艺条件，并进一步摸索这些参数的变化规律。结果表明：糖度下降速度和还原糖含量差异明显，酒精含量和色度的差异较小，pH在发酵结束时保持恒定，而酵母在发酵周期结束时依然保持较高的活性。糖度随着发酵温度的升高而升高，在达到一定温度后糖度下降速度开始减缓；当酵母开始沉降，糖度下降速度也开始减缓；发酵液中初始糖度越高那么最终发酵的酒精含量越高，发酵结束时酒精含量大约在2%～4%。还原糖含量可以反映出发酵液中菌体生长情况，为发酵过程控制提供依据。

关键词：啤酒；主发酵；控制参数；变化趋势

啤酒是一种由谷物、酵母、酒花和水发酵而成的含酒精饮料，其产量稳居酒类饮料榜首。尽管酵母应用于啤酒生产已有悠久的历史，但是酵母的代谢过程复杂，对啤酒发酵过程的认识也不够深入。啤酒发酵过程中采用的工艺关系到最终发酵成品的质量，也会影响啤酒的口味和品质。所以了解啤酒发酵过程中控制参数变化规律与趋势是十分必要的，可以有效控制发酵进程，而之前对于发酵过程参数控制的研究也比较少[1]。本文就是通过对啤酒发酵过程进行跟踪测定，揭示发酵过程中主要控制参数的变化规律，为啤酒工业生产提供理论参考。

1　材料与方法

1.1试验材料

小麦（新疆小麦）、大麦（澳洲大麦）、酵母（德国慕尼黑拉曼啤酒酵母）、酒花（美国雅基玛酒花公司）。

1.2主要仪器

糖度计：上海林誉贸易有限公司；MP523型pH计：上海三信仪表厂；752N型紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；SPX-250B-D型生化培养箱：上海博讯实业有限公司。

1.3试验方法

试验测定的指标包括还原糖含量、酵母、酒精度，糖度和色度。1）还原糖含量采用甘油铜测定法；2）酵母的测定主要是酵母总数、出芽率和死亡率，测定方法选择血细胞计数法；3）酒精度测定方法选择的是国标法进行测定；4）色度测定方法选择分光光度法进行测定。

2　结果与分析

2.1啤酒发酵过程中还原糖含量的变化规律

还原糖含量在啤酒发酵过程中是一个非常重要的理化指标，对啤酒生产的糖化工艺，发酵度，风味口感质量有重要影响[2]。发酵过程中还原糖含量的变化也能反映糖化和发酵的协同程度[3]。

啤酒发酵过程中还原糖含量的变化规律如图1所示。

图1　啤酒发酵过程中还原糖含量变化Fig.1　The variation of reducing sugar content during beer fermentation

在发酵周期开始时还原糖含量是一定的，接种酵母后酵母开始利用发酵液中还原糖进行生长繁殖，进入酵母活化阶段。此时还原糖含量呈直线下降趋势，酵母开始大量繁殖。当酵母生长到稳定期后酵母开始沉底，进入酒精发酵阶段。此时酵母开始利用发酵液中的还原糖进行酒精发酵[4]。还原糖消耗趋势开始减缓，当酒精含量达到要求时可以终止发酵。

2.2啤酒发酵过程中酒精度的变化规律

啤酒发酵过程中，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过程中值得关注的一个因素[5]。在啤酒发酵过程中酒精度的变化规律如图2所示。

酒精发酵开始在接种酵母后12 h～36 h，此时酵母细胞生长繁殖状态处在对数生长期，酵母细胞大量繁殖。由于发酵液的表面与空气接触面积一定，这就导致发酵液中少数酵母细胞未能进行有氧呼吸进行生长繁殖，直接进入无氧呼吸阶段，开始产生发酵产物乙醇。当酵母生长繁殖进入稳定期后，发酵液中的乙醇开始大量合成，同时发酵液中的糖含量开始快速消耗。由于发酵力的减弱主发酵的结束，发酵液中的乙醇合成速度开始减缓。

图2　啤酒发酵过程中酒精含量变化Fig.2　The variation of alcohol content during beer fermentation

2.3啤酒发酵过程中色度的变化规律

色度是啤酒的表观表现，它反映的是颜色的色调和饱和度。啤酒液体的外观颜色。将取得的发酵液在3 000 r/min条件下离心15 min，同时将分光光度计开启调节波长调节至430 nm下进行预热20 min，然后将离心完成的发酵液装入比色皿中测定430 nm下的吸光度值，然后再调至700 nm下测定，看发酵液是否澄清。啤酒发酵过程中色度的变化规律如图3所示。

图3　啤酒发酵过程中色度变化Fig.3　The variation of chroma during beer fermentation

在发酵开始前麦汁由于糖度偏高与麦芽中色素物质的作用使得麦汁呈棕黄色，当接种后，酵母开始有氧呼吸和利用发酵液中的还原糖进行生长繁殖，使得发酵液显得浑浊颜色变深，之后开始逐渐变的不太浑浊。

2.4啤酒发酵过程中酵母数的变化规律

酵母是啤酒发酵过程中最主要的菌种，通过其复杂的代谢获得产物，及时了解其数量变化，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，从而改善发酵产物的品质。啤酒发酵过程中酵母数量的变化规律如图4所示。

酵母数量在发酵前期快速增加，发酵48 h达到最大值，之后开始下降，到发酵120 h基本保持稳定。酵母数量在前期快速增加可能是由于发酵前期酵母利用麦汁充足的碳源、氮源与其它生长因子，在短暂的适应期后随即进入对数生长期，酵母大量增殖；后期，酵母数量的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，数量减少。

2.5啤酒发酵过程中糖度的变化规律

糖度是表示糖液中固形物浓度的单位，工业上一般用白利度（°BX）表示糖度，指的是100 g糖溶液中，所含固体物质的溶解克数。发酵过程中糖度的变化规律如图5所示。

图4　啤酒发酵过程中酵母数的变化Fig.4　The variation of the number of yeast during beer fermentation

图5　啤酒发酵过程中糖度的变化Fig.5　The variation of sugar degree during beer fermentation

发酵初期发酵液中糖度是一定的，随着酵母的生长繁殖利用发酵液中的糖，酵母消耗糖分使得发酵液中糖浓度下降。当酵母完成生长繁殖阶段后，糖度下降趋势开始减缓。

2.6啤酒发酵过程pH变化

啤酒发酵过程中pH的变化规律如图6所示。

图6　啤酒发酵过程中pH变化Fig.6　The variation of pH value during beer fermentation

在按比例添加原料、酒花后发酵液的pH基本是处于一个稳定的状态，初始的pH为5.0～5.2直到主发酵周期的完成时pH的下降趋势也开始放缓，最终会稳定在pH4.3～4.4。当发酵完成后如果没有及时进行下一步发酵，由于主发酵阶段发酵液没有达到封罐要求，所以基本都在进行通氧发酵，空气中的细菌或多或少都会进入发酵液中[6-8]。当主发酵结束后发酵力减弱发酵液中的酒精产生开始减慢，此时空气中的杂菌醋酸菌就会在发酵液中大量繁殖。醋酸菌繁殖使得发酵液表面产生白色的薄膜，开始产生醋酸，使得发酵液pH再次开始下降。

3　讨论

本文以小麦和大麦为主要原料全面系统研究了啤酒发酵过程中还原糖含量、酒精度、色度、酵母数、糖度和pH得变化规律，为啤酒发酵过程控制提供参考。

啤酒主发酵周期为4 d～6 d，发酵完成后的小麦主发酵液糖度值在4°～5°，主发酵期间完成后酒精度在2.7%～3.2%，EBC色度值在4～5之间，还原糖消耗量7 g/100 mL～10 g/100 mL，酵母在发酵完成后仍然具有较高的活性，发酵结束后取出发酵液后，酵母完全沉底，易于回收，经过制备培养基的观察发现酵母菌菌落数较多，说明发酵液中酵母菌总数较多，具有较高的活性，具备继续发酵的能力。

参考文献：

[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]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

[3]宗绪岩.啤酒分析检测技术[M].成都:西南交通大学出版社,2012

[4]高建明.浅谈还原糖的测定[J].啤酒科技,2001(3):31-33

[5]管敦仪.啤酒工业手册[M].北京:中国轻工业出版社,2007

[6]韩龙.啤酒酿造过程中pH值分析[J].啤酒科技,2012(9):24-26

[7]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

[8]冯治平.啤酒发酵过程理化指标变化规律研究[J].四川理工学院学报(自然科学版),2014,27(2):19-22

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.023

收稿日期：2014-10-16

基金项目：生物工程专业综合性实验项目改革与研究（省级教改，教改编号：J2014117）

作者简介：刘丽艳（1976—），女（汉），讲师，硕士研究生，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