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PPT内容
啤酒的生产工艺简介
孙孝文
啤酒生产工艺流程图
啤酒生产工艺流程图
主要内容
啤酒的定义
啤酒的生产原料
啤酒的酿造工艺简介
麦芽的制备
麦汁的制备
发酵罐的清洗和灭菌
啤酒发酵
啤酒的澄清与装罐
啤酒酿造遇到的几个问题及解决方法
二、啤酒的定义
以大麦和水为主料，大米或其它谷物、酒花为辅料，经制麦、糖化、酵母发酵酿造而成的一种含有CO2、低酒精度和多种营养成分的饮料酒。
纯生啤酒是建立在整个酿造、过滤、包装全过程对污染微生物严格控制的基础上，其特点体现在纯和生这两个字上。纯生啤酒通过严格的过程控制，实现了无菌酿造，杜绝了杂菌污染，保证了酵母的纯种发酵，使啤酒拥有最纯正的口感和风味
1、大麦 为什么大麦是酿造啤酒的主要原料？
分布广，价格廉。
皮壳是良好的麦汁过滤介质。
发芽力较强、酶系统较完全，丰富的可浸出物。
大麦是非主要直接食用作物，用大麦酿酒不会影响人类的口粮供应，这也是现代为什么还一直用大麦的一大原因。
大麦发芽的作用：
发芽大麦含有各种水解酶和丰富的大分子物质，且这些酶可以将大分子物质分解，以供酵母生长。
产生色香味物质。
2、啤酒花
啤酒花在啤酒酿造中的作用总结
赋予啤酒特有的香气和清爽的苦味；
形成啤酒优良的泡沫，增加啤酒的泡沫性和稳定性；
使蛋白质沉淀，有利于麦汁的澄清；
酒花有抑菌作用，能增强麦芽和啤酒的防腐能力；
酒花对啤酒酿造的不利影响是，酒花的花色苷能引起啤酒的非生物性浑浊。
3、酵 母
酵母的生物学特性
啤酒酵母的种类：
上面发酵啤酒酵母：在发酵时随CO2漂浮在液面上，发酵终了形成泡盖，经长时间放置，酵母也很少下沉。
下面发酵啤酒酵母：在发酵时，酵母悬浮在发酵液内，发酵终了，酵母很快凝结成块并沉积在容器底，形成紧密的沉淀层。
上面酵母和下面酵母的区别
啤酒按酵母性质分类
上面发酵啤酒：采用上面酵母。发酵过程中，酵母随CO2浮到发酵面上，发酵温度15-20℃。啤酒的香味突出。
下面发酵啤酒：采用下面酵母。发酵完毕，酵母凝聚沉淀到发酵容器底部，发酵温度5-10℃ 。啤酒的香味柔和。世界上绝大部分国家采用下面发酵啤酒。
啤酒酵母的主要特性要求
1.细胞和菌落形态
不同菌株的啤酒酵母有着不同的形态。优良健壮的啤酒酵母细胞，具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透明均一。 啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落呈乳白色至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈波状。
2.主要的生理特性要求
(1)凝聚性 凝聚性不同，酵母的沉降速度不同，发酵度也有差异。啤酒生产一般选择凝聚性比较强的酵母。 (2)发酵度 反应酵母对麦芽汁中各种糖的利用情况，正常的啤酒酵母能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖等。一般啤酒酵母的真正发酵度应为50％～68％左右。 (3)酵母死灭温度 是指一定时间内使酵母死灭的最低温度，可作为鉴别菌株的内容之一。一般啤酒酵母的死灭温度在52～53℃，若死灭温度增高，则说明酵母变异或污染野生酵母。 （4）产孢能力 一般啤酒酵母生产菌种都不能产生孢子或产孢能力极弱，而某些野生酵母能很好产孢。根据此特性，可判别啤酒酵母是否混入野生酵母。
4、辅助原料
（一）种类
未经发芽的谷物，如大米、玉米、小麦、黑麦、燕麦和大麦。用量20-30%。
可发酵性糖，如蔗糖、糖浆等。用量10%左右。
（二）啤酒生产中使用辅助原料的意义
1、降低啤酒生产成本；
2、降低麦汁总氮，提高啤酒稳定性；
3、调整麦汁组分，提高啤酒某些特性
5、水
酿造用水：糖化用水、洗涤麦糟用水。
去硬和酸度改良处理。
其它用水：酵母洗涤（杀菌水）、冷却和锅炉用水（自来水）。
四、 啤酒的酿造工艺
(一)麦 芽 制 备
通过大麦发芽，根芽和叶芽适当生长，使麦粒中形成大量的各种酶，一部分非活化酶（酶原）得到活化和增长，同时使麦粒的部分淀粉蛋白质和半纤维素等高分子物质得到分解，达到一定的溶解度，以满足酿造啤酒中糖化工艺的需要。
发芽中产生的水解酶：
α-淀粉酶
β-淀粉酶
支链淀粉酶
蛋白分解酶
半纤维素酶
麦芽制备干燥的目的
终止绿麦芽的生长和酶的分解作用，便于贮存、粉碎。
麦芽经过焙焦产生色、香、味物质；且根较脆，易于除去。
(二)麦汁制备
1、麦芽的粉碎的目的
比表面积增大；
可溶性物质的浸出；
有利于酶的作用。
2、糖化
糖化是利用麦芽中所含有的各种水解酶，在适宜的条件下将麦芽和辅助原料中的不溶性大分子物质（淀粉、蛋白质、半纤维素及其中间分解产物等）逐步分解为可溶性的低分子物质的分解过程。
糖化最主要的目的就是把淀粉分解为酵母所能利用的可发酵糖以及低分子糊精等。
麦芽中的淀粉分解酶包括：α-淀粉酶、β-淀粉酶、R酶等。
淀粉水解包括三个过程，即糊化、液化、糖化。
糊化：热水溶液中，水分子大量进入淀粉分子中，体积膨胀，淀粉颗粒吸水膨胀到一定程度，颗粒破裂溶于水中，形成粘稠的溶液，此过程称为糊化。
液化：由许多葡萄糖残基组成的淀粉长链（支链淀粉和直链淀粉）被α-淀粉酶迅速分解为许多短链（糊精）。因而使糊化醪液的粘度迅速下降，此过程即液化。
由于酶的存在，糊化和液化两个过程几乎同时发生。
麦芽淀粉酶的性质和作用方式
糖化温度的控制
3、麦芽醪láo过滤
目的：获得澄清的麦汁。
方法：过滤槽法、压滤机法。
第一麦汁：用过滤法提取的糖化醪中的麦汁。
第二麦汁：用热水洗出的第一麦汁过滤后残留于麦槽中的麦汁。
作用：
——蒸发掉多余水分，使麦汁浓缩；
——灭菌和灭酶作用（固定麦汁成分）；
——溶出酒花的有效成分；
——使蛋白质凝固析出，增加啤酒的稳定性。
（1）酒花糟的分离
（2）热凝固物的分离
热凝固物又称粗凝固物，它是以蛋白质和多酚物质为主的复合物，煮沸的麦汁在冷却到60℃前均可析出
（3）麦汁冷却充氧
作用：
冷却到适于酵母发酵的温度（6-8℃）；
通入无菌空气，氧浓度6-10 mg/L；
将麦汁中的冷凝固物分离出来。
（三）罐的清洗与消毒
⑴微生物的控制
污染途径：
麦汁冷却、输送管道、阀门、接种、发酵空罐等。
检验：
洗涤残水细菌总数＜5个/ml，每周一次厌氧微生物检测。
罐的清洗与消毒
⑵杀菌剂的选择：ClO2、双氧水、过氧乙酸、甲醛等。
⑶洗涤方法的选择： ①清水→碱水→清水 ②清水→碱水→清水→杀菌剂（ClO2、双氧水、过氧乙酸） ③★清水→碱水→清水→消毒剂→无菌水 ④★清水→稀酸（磷酸、硝酸、硫酸）→清水→碱水→清水→杀菌剂→无菌水
1、啤酒发酵机理
一、主要物质变化 1、糖的变化
在啤酒发酵过程中，可发酵糖约有96%发酵为乙醇和CO2，是代谢的主产物；2.0％～2.5%转化为其他发酵副产物；1.5％～2.0%作为碳骨架合成新酵母细胞。发酵副产物主要有：甘油、高级醇、羰基化合物、有机酸、酯类、硫化合物等。
2、含氮物质的变化
在正常的发酵过程中，麦汁中含氮物约下降1/3，主要是约50%的氨基酸和低分子肽为酵母所同化。酵母分泌出的含氮物的量较少，约为酵母同化氮的1/3。 啤酒中残存含氮物质对啤酒的风味有重要影响。含氮物质高（>450 mg／L）的啤酒显得浓醇，含氮量为300～400 mg／L的啤酒显得爽口，含氮物质量<300 mg／L的啤酒则显得寡淡。
3、其他发酵产物
（1）高级醇类
高级醇（俗称杂醇油）是啤酒发酵代谢产物的主要成分，对啤酒风味有重大影响，超过一定含量时有明显的杂醇味。对于一般的啤酒，多量的高级醇是不受欢迎的。啤酒中的绝大多数高级醇是在主发酵期间酵母繁殖过程中形成的。
（2）酯类
啤酒中的酯含量很少，但对啤酒风味影响很大，啤酒含有适量的酯，香味丰满协调，但酯含量过高，会使啤酒有不愉快的香味或异香味。酯类大都在主发酵期间形成。
（3）连二酮
连二酮是双乙酰和2，3-戊二酮的总称，其中对啤酒风味起主要作用的是双乙酰。
双乙酰被认为是衡量啤酒成熟与否的决定性的指标，双乙酰的味阈值为0．1～0.15 mg/L，在啤酒中超过阈值会出现馊饭味。
淡爽型成熟啤酒，双乙酰含量以控制在0.1mg/L以下为宜；高档成熟啤酒最好控制在0.05mg/L以下。
（4）硫化物
挥发性硫化物对啤酒风味有重大影响，这些成分主要有硫化氢、二甲基硫、甲基和乙基硫醇、二氧化硫等。其中硫化氢、二甲基硫对啤酒风味的影响最大。啤酒中的挥发性硫化氢大都是在发酵过程中形成的。啤酒中的硫化氢应控制在0～10μg/L的范围内；啤酒中二甲基硫浓度超过100μg/L时，啤酒就会出现硫磺臭味。
（5）乙醛 乙醛是啤酒发酵过程中产生的主要醛类，乙醛是酵母代谢的中间产物。当啤酒中乙醛浓度在10mg/L以上时，则有不成熟的口感、腐败性气味；当乙醛浓度超过25mg/L，则有强烈的刺激性辛辣感。成熟啤酒的乙醛正常含量一般＜10mg/L。
4、苦味物质
发酵过程中，麦汁中近1/3的苦味物质损失掉。主要原因是由酵母细胞的吸附、发酵时间增长等原因造成的。
5、pH值的变化
麦汁发酵后，pH值降低很快。下面发酵啤酒，发酵终了时，pH值一般为4.2～4.4。pH值下降主要是由于有机酸的形成，同时也由于磷酸盐缓冲溶液的减少。
二、影响发酵的主要因素
1．麦汁成分 α氨基N、还原糖、锌等。
2．发酵温度——变温发酵，指主发酵阶段的最高温度。一般低温发酵。
下面发酵的类型：
低温发酵（接种6～7.5℃，发酵7～9℃）；
中温发酵（接种8～9℃，发酵10～12℃）；
高温发酵（接种9～10℃，发酵13～15℃）。淡爽型啤酒多采用较高温度发酵。
3．罐压
4．pH 5～6
5．代谢产物
传统的下面发酵法工艺
1、主发酵
2、后发酵
主发酵（以敞口12％麦汁发酵为例） 一般工艺过程
（1）麦汁冷却至接种温度（6℃左右），流入增殖 槽，将所需的酵母量（为麦汁量的0．5％（体积分数）左右）加入，混合均匀。通入无菌空气，使溶解氧含量在8mg/L左右。 （2）酵母经繁殖20h左右，待麦汁表面形成一层泡沫时，将增殖槽中的麦汁泵入发酵槽内，进行厌氧发酵。 （3）发酵2～3天左右，温度升至发酵的最高温度，进行冷却，先维持最高温度2～3天。以后控制发酵温度逐步回落，主酵结束时，发酵液温度控制在4.0～4.5℃。 （4）主发酵最后一天急剧冷却，使大部分酵母沉降槽 底，然后将发酵液送至贮酒罐进行后发酵。
2.主发酵过程的现象和要求
①酵母繁殖期 麦芽汁添加酵母8～16h以后，液面上出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色、乳脂状的泡沫，酵母繁殖20 h以后立即进入主发酵池，与增殖槽底部沉淀的杂质分离。 ②起泡期 入主发酵池4～5h后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间扩散，泡沫洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，发酵液中有二氧化碳小气泡上涌，并将一些析出物带至液面。此时发酵液温度每天上升0.5～0.8℃，每天降糖0.3～0.5％，维持时间1～2天，不需人工降温。
影响主发酵的因素：
酵母菌种
酵母菌使用状况
酵母接种量
麦汁组成
通风供氧
发酵温度
发酵压力
后发酵
主发酵结束后的发酵液称嫩啤酒。
后发酵的目的：
残糖继续发酵；
促进啤酒风味成熟；
增加CO2的溶解量；
促进啤酒的澄清。
后发酵时间
淡色啤酒一般贮酒时间较长，浓色啤酒贮酒时间较短；原麦汁浓度高的啤酒较浓度低的啤酒贮酒期长；低温贮酒较高温贮酒的贮酒时间长。
贮酒期的控制
酒龄：从封罐开始到酒成熟的天数。传统：60～90d，改进后缩短15～30d。
影响因素：酒的成熟度、保质期、酵母、贮酒罐的特点等。
二、啤酒大型发酵罐发酵
（一）圆柱锥底发酵罐 1. 特点 (1)底部为锥形，便于生产过程中随时排放沉集于罐底的酵母。 (2)罐身设有冷却装置，便于发酵温度的控制。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。 (3)采用密闭发酵，便于C02洗涤和C02回收；既可做发酵罐，也可做贮酒罐。 (4)罐内发酵液由于液体高度而产生C02梯度，并通过冷却方位的控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。有利于酵母发酵能力的提高和发酵周期的缩短。 (5)发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。可采用CIP自动清洗系统，清洗方便。 (6)设备容量大，国内采用的罐容一般为100～800m3。 圆柱锥底发酵罐的示意图见图5-4。
圆柱锥底发酵罐
圆柱锥底发酵罐
（五）澄清与灌装
1、啤酒的澄清
贮酒期间，酒液达到了一定程度的澄清；
要使成品啤酒达到清亮透明、富有光泽，需要使用机械方法除去啤酒中的酵母和细菌及细小混浊颗粒。
啤酒机械澄清方法大致分为过滤和离心分离两类。
啤酒过滤方式：滤棉过滤、硅藻土过滤、板框过滤、滤膜过滤等。
（1）硅藻土过滤
天然硅藻土煅烧粉碎后在转炉以800－1100℃煅烧，再旋风分离不同粒级，得到容易渗透的助滤剂。实际是无定形硅，惰性，对啤酒风味无影响。
硅藻土具有结构形状不同的微粒，能滤除0.1-1.0μm以下的粒子。
（2）滤膜过滤
使用多种功能的薄膜滤芯和深层滤芯，加上在线薄膜完整性检测手段，使无菌过滤成为现实，多用于生产纯生啤酒。
啤酒澄清设备组合使用
根据啤酒在贮酒期的澄清情况和对啤酒澄清度的需要，各种澄清设备可组合使用。如硅藻土过滤机与板式过滤机组合使用等等。
2、啤酒的包装
啤酒包装是啤酒生产的最后一道工序，对啤酒质量和外观有直接影响。
啤酒包装过程要达到以下要求：
包装后的啤酒应符合卫生标准；
过程中应尽量减少二氧化碳的损失，以保证啤酒口味和泡沫性能；
应尽量避免与空气接触，防止氧化作用影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。
五、啤酒发酵中遇到的问题及解决方法
1、大麦的β-葡聚糖在啤酒工业的负面影响：
麦汁过滤困难、得率降低；
影起啤酒的非生物性浑浊。
2、酵母发酵时存在的问题
啤酒泡沫稳定性差，尤其是纯生啤酒。
原因：
—啤酒泡沫的成分： CO2、起泡蛋白、酒花树脂。
—酵母菌可产生蛋白酶A，分解起泡蛋白。
解决方法：
选含起泡蛋白高的大麦；
加入一些抑制蛋白酶A活性的物质；
用基因工程的方法敲除编码蛋白酶A的基因。
3、双乙酰
双乙酰是衡量啤酒风味成熟与否的决定性指标,其含量超过其味阈值,会给啤酒带来不愉快的馊饭味,影响啤酒风味。双乙酰超标的事例却在此次抽检中暴露出来。作为制约啤酒香气与口味的关键项目，啤酒国家标准规定，优级品的双乙酰含量应≤0.10mg／L。双乙酰超标可产生“饭馊味”，严重影响啤酒的口感。这一问题在少数中小型啤酒厂未能完全解决，在销售旺季，问题更为突出。
影响双乙酰生成的因素
①菌种 还原能力：强壮＞幼、衰老、营养不良、代数多者。
②麦汁成分中AA的种类和含量：α-氨基N↓或Val↑，α-乙酰乳酸生成↓，双乙酰↓。
③巴氏灭菌前α-乙酰乳酸的含量：↑，则高温杀菌时，双乙酰↑
④染菌 ↑
⑤酵母自溶 ↑
双乙酰的控制与消除方法
①菌种 双乙酰产量低者；提高接种量，还原期≥7×106个/100ml。
②麦汁成分 α-氨基N：180～200mg/L，并有适宜的Val含量。溶解O26～9mg/L，锌0.15～0.20mg/L。
③酿造用水：残余碱度＜1.78mmol。
④还原温度： 适当提高。
⑤控制酵母增殖
⑥外加α-乙酰乳酸脱羧酶 使发酵液中的α-乙酰乳酸→乙偶姻
4、为什么不能用大麦直接生产？
缺乏麦芽特有的香味
胚乳内的物质不易溶于水中
啤酒酵母菌种
麦汁组成成分
酵母接种量和接种技术
起酵温度、发酵时间、还原温度
发酵设备 D:H 罐容积、酵母发酵流态
酵母凝聚性
酵母分离时间和残留酵母
低温（0℃下）贮酒条件和时间
发酵罐压控制和CO2在酒中浓度
酵母在就中死亡、衰退，是一切杂味来源之一
6、异常发酵现象和处理方法
1．发酵液翻腾现象
产生原因：冷却不当 对策：中上部温度不要太高，保持罐压稳定。
2．发酵罐结冰
啤酒冰点：＝-（酒精度×0.42+原麦汁浓度×0.04+0.02）
对策：冷媒温度-4～-2.5℃等。
3．酵母自溶
产生原因：罐底温度高，维持时间长等 对策：及时排放酵母泥，贮酒期上、中、下温度保持在-1～1℃。冷媒温度-4℃等。
4．啤酒上头
产生原因：高级醇≥120ppM，异丁醇＞10ppM，异戊醇＞50ppM。
5．双乙酰还原困难
产生原因：α氨基氮低，高温快速发酵法、主酵后酵母沉降过早或酵母质量差、活性差。
6．双乙酰回升——发酵结束时双乙酰合格，经低温贮酒或过滤后或杀菌后含量上升。
产生原因：前体多，滤酒后吸氧，后期染菌等。
对策：尽量减少吸氧；抗氧化剂；CO2背压；灌酒时窜沫；满罐贮酒等。
7．发酵中止现象
产生原因：酵母凝聚性强而絮凝；发酵力弱；麦汁成分、质量差等。
