微生物工程 周正红 第五章-啤酒发酵工艺-习题

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第五章-啤酒发酵工艺-习题

1.叙述你学过的饮料酒分类方法有哪些？国家轻工部近年来强调酿酒工业要发生哪几个转变？其中哪几类酒是今后的发展趋势? 答：

按酒精含量分（低、中、高度酒）、 按含糖浓度分（甜、半甜、干型酒）、 按制造方法分（发酵、蒸馏、配置酒）、

按国际性分类法分（啤酒、葡萄酒、天然蒸馏酒、高度蒸馏酒、利口酒、其他酒精性饮料） 以我国的习惯分类分（黄酒、果酒、啤酒、蒸馏酒、配制酒）。

国家有关部门要求酿酒工业要从生产高度白酒?粮食酒?调配酒转向生产低度白酒?果露酒?发酵酒方面三个转变。其中发展啤酒?果酒和黄酒是一种不可逆转的趋势。

2.何谓上面酵母与下面酵母（写出“Latin”名）？叙述下面酵母有哪些重要特性? 优秀的下面酵母必需具备哪些条件? 答：

*上面酵母是在发酵时随CO2飘浮在液面上，发酵终了形成酵母泡盖，经长时间放置，酵母也很少下沉。例如，Sac.cerevisiae。 *下面酵母是在发酵时悬浮在发酵液内，发酵终了，酵母很快凝结成块并沉积在器底。例如，Sac. carlsbergensis。 下面酵母的特性： 1.凝聚性：下面酵母的凝集性一般较强。发酵终了，大部分酵母凝集而沉淀至器底，酵母在液体培养基中会在液体表面产生泡沫，常因菌体悬浮在液体培养基中而呈混浊状态。在发酵后期其沉积于底部。

2.碳源的利用：能全部发酵棉籽糖（raffinose，由半乳糖?葡萄糖和果糖等组成的三糖，存在于棉籽与甜菜中）。 3.发酵的顺序：下面酵母一般能按顺序发酵葡萄糖?果糖?蔗糖?麦芽和麦芽三糖。 4.发酵的速度：

A. 与菌种有关，如酵母的麦芽糖?麦芽三糖渗透酶活性是控制麦芽糖?麦芽三糖发酵的重要因素，对发酵速度关系很大。 B. 与酵母凝集性有关，凝集力强，影响酵母在麦汁中均匀分散，势必降低发酵糖速度； C. 与培养条件有关，包含麦汁成分?发酵温度?通风条件?发酵容器等。

5.发酵的温度：下面酵母的啤酒发酵温度相对较低，发酵温度一般在5-10℃，贮酒温度-1 ℃。 6.真正的发酵度较低：仅55-60%

优良酵母必需具备的条件：

一般认为优良的下面酵母菌株必需具备： 1. 酵母生长快，收率高； 2. 发酵速率和发酵度高；

3. 具有强凝集力和沉降速率（针对下面酵母）； 4. 抗变异稳定性好:

? a.遗传性能稳定； ? b.抗环境条件波动；

? c.抗野生酵母的污染或嗜杀酵母。

5. 发酵啤酒的风味好。 ?

3.论述啤酒发酵的机理（提示：从糖的同化和发酵及啤酒花对啤酒生产质量的作用和影响角度来考虑）? 答：

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一、糖的同化和发酵： 1.机理： (1)菌体生长 冷却的麦汁添加酵母后，便是发酵的开始。酵母开始在充氧的条件下，以麦汁中的氨基酸为主要氮源和以可发酵性糖类为主要碳源，营呼吸作用，并从中获得能量而生长。 C6H12O6+6O2+36pi→6CO2+6H2O+36ΑTP+热能 （有氧呼吸）辅酶I(NAD+)要穿透线粒体膜需消耗2ATP)。 (2) 酒精发酵 在菌体生长后便在缺氧的条件下，进行酒精发酵。 C6H12O6+2ADP+2pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP+热能 （无氧发酵） 葡萄糖经过EMP途径发酵成为了乙醇

2.发酵度： 糖?氨基酸以及无机盐等的比重大于水，随着发酵的进行，糖分逐渐被低比重的CO2和乙醇所取代，所以麦汁比重逐渐下降，亦即浸出物浓度逐渐下降，下降的百分率称为发酵度。

3. 发酵度极限： 全部可发酵性糖都被发酵完毕所测出的外观发酵度称为最大外观发酵度（发酵度极限）。

*发酵的主要变化是糖生成二氧化碳和乙醇。成品啤酒的发酵度应尽可能接近麦汁的发酵度极限值，使麦汁中的可发酵性糖尽量减少，发酵度大，但实际生产中很难接近麦汁的发酵度极限值。

*如果啤酒中剩余可发酵糖太多，则对啤酒的生物稳定性不好。例如： 菠萝啤的保存期肯定比珠啤要短。 *在啤酒发酵过程中可发酵性糖约96%的被发酵为CH3CH2OH?CO2，2.5%生成副产物，1.5%合成新酵母细胞。

4.乙醇和二氧化碳的生成： 是在无氧呼吸下的乙醇发酵途径。

乙醇和二氧化碳的产生虽是啤酒发酵过程的主要生化反应，但人们并不像对酒精发酵那样将注意力集中提高乙醇产量方面，而却对乙醇以外的某些微量风味物质非常重视（例如，酯?酸等）。

5.糖的利用问题：

糖类的发酵是按下列顺序进行——葡萄糖→果糖→蔗糖→麦芽糖→麦芽三糖。 (1) 单糖?葡萄糖和果糖首先渗入酵母细胞内，直接进行发酵；

(2) 蔗糖需经由酵母细胞壁的蔗糖酶转化为葡萄糖和果糖后，才能进入酵母细胞进行发酵；

(3) 麦芽糖及麦芽三糖的发酵两种糖在以下面啤酒酵母（Saccharomyces carlsbergensis）进行的发酵过程中，由于葡萄糖的抑制作用，酵母细胞不易合成麦芽糖和麦芽三糖的渗透酶。没有这种渗透酶的运载，麦芽糖和麦芽三糖就不能进入细胞内。只有葡萄糖和果糖的浓度降至一定程度后，才能诱导形成这两种糖的渗透酶。也只有当这两种糖进入细胞后，才能经α-葡萄糖苷酶（α-amylase、Glucoamylase及γ－amylase）分解成单糖后，才能被发酵。

二、氮的同化：

1.氮的变化（降低）：发酵过程，麦汁中含氮物质大约下降1/3 , 厡因如下： a. 主要是由于氨基酸和低分子肽被酵母同化； b.由于pH值下降，引起复合蛋白质的沉淀；

c. 泡沫以及酵母细胞表面作用也能吸附少量的蛋白质颗粒。 2.酵母的自溶：

根据研究证明（如果啤酒含氮量都按麦汁氮的百分数计算），啤酒中的氮大约有75%来自麦汁，25%来自酵母分泌物（来自酵母分泌物的氮主要是酵母的自溶）。

a. 20℃以上，酵母的蛋白酶就能缓慢降解自身的细胞蛋白质，产生自溶现象，使啤酒产生酵母味。 b. 接近0℃的低温，也能自溶。

这便是啤酒发酵工业采用低温发酵的原因之一。 2 / 14

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微生物工程习题集 需结合PPT一起复习 3.啤酒种氨基酸的残留量： 发酵过程中，据氨基酸同化的快慢分三类：

第一组氨基酸：是天门冬氨酸?天冬酰氨、丝氨酸、谷氨酸?苏氨酸、谷氨酰氨?赖氨酸?精氨酸等，它们在发酵过程中同化最快；

第二组氨基酸：蛋氨酸和组氨酸在24小时之后才被吸收。缬氨酸和异亮氨酸残存至20-28小时后才被吸收；

第三组氨基酸：是酪氨酸?色氨酸?苯丙氨酸?脯氨酸、丙氨酸，它们消失最慢。所以啤酒中残留微量酪氨酸、色氨酸?丙氨酸(11-139ppm)?苯丙氨酸(5-95ppm)和大量的脯氨酸（152-284ppm）；脯氨酸极微同化或不同化。

麦汁中的氨基酸的含量不足，影响酵母的生长繁殖，也促使酵母细胞内从其它途径合成氨基酸。

例如：由丙酮酸合成氨基酸，这不利糖的利用。同时，由此也可形成某些种类对啤酒质量不利的副产物，如双乙酰。

三、酵母代谢—发酵副产物的产生：

? 麦芽汁变为啤酒，必须在麦芽中含有适量的可发酵的糖，经酵母中酶的作用使之转变为乙醇和二氧化碳，同时形成发酵副产

物。这类副产物对啤酒的香气?口味、口味的醇厚性以及泡沫性能都有明显的影响。

? 发酵副产物的形成和分解与酵母代谢过程有密切关系，但首先必须考虑所用的酵母品种。酵母品种不仅影响发酵速度，而且

还影响发酵副产物的含量。

? 外资啤酒公司，非常重视自己的菌种，这关系到它的品牌的风味。

1.双乙酰：

a.双乙酰对酒精的影响：双乙酰是一个重要的发酵副产物，它的口味界限值很低，为0.10-0.15mg/L(根据啤酒的类型而定)，超过此阈值时便对啤酒口味产生明显的坏影响，会产生一种稍带黄油臭或烧焦了的饭锅巴味。双乙酰是由酵母形成的，并被酵母又重分解，因此从啤酒中的双乙酰含量可以看出啤酒的成熟度。 b.双乙酰的形成：其在啤酒生产中形成的途径有3条如下 △由α-乙酰乳酸的非酶分解形成 1? 双乙酰是在酵母的合成代谢过程中产生，当以α-酮酸合成缬氨酸的时候，会产生一种必然的中间产物，称为α-乙酰乳酸，α-乙酰乳酸的非酶分解(但需一定的温度条件)即形成双乙酰。 ? 当麦汁缺乏缬氨酸或缬氨酸被大量消耗时，将引起多量α-乙酰乳酸的形成。 △ 直接由乙酰辅酶A和活性乙醛缩合而成 2乙酰辅酶Α与活性乙醛（又称羟乙基硫胺素的焦磷酸盐）的直接缩合，进一步释放出辅酶Α而形成双乙酰 丙酮酸＋TPP*→活性乙醛（CH3CHO ～ TPP) +CO2 CH3CHO～TPP + CH3CO～ScoA→双乙酰＋ HScoA *TPP： 辅羧酶（Co-Carboxylase) , 即硫胺素焦磷酸盐 △污染了产双乙酰的杂菌 3主要是联球菌（Pediococcus）。 总之，这三种途径中的第一种产生双乙酰的数量最多，而且不同的酵母菌种，不同的发酵速度，不同的麦汁组成，产生双乙酰及其前驱体的数量也是不同的。 c.双乙酰在啤酒发酵过程中的消长规律：

*由于双乙酰是不良的风味物质；且双乙酰对酵母有毒害作用，所以酵母一般都具有还原双乙酰的能力（酵母本身含有双乙酰还原酶），可以把双乙酰还原成丁二醇，从而减少了对啤酒口味的影响。

*一进入发酵，便开始了双乙酰的合成和分解。主发酵前期，双乙酰前驱体α-乙酰乳酸的合成超过了双乙酰的分解。当达到最高 3 / 14

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值后，随着发酵和成熟的继续进行，双乙酰的分解远超过其合成。则双乙酰越过乙偶姻还原为2，3-丁二醇。 *丁二醇带有酯样的甜味，口味界限值很高，为50mg/L（也有说是400-500mg/L的）。 d.降低双乙酰的措施：双乙酰的形成和降解受很多因素的影响 △提高麦汁α-氨基氮 1? 保持α-氨基氮/总氮的合适比率。 ? 麦芽α-氨基氮高，麦芽汁的α-氨基氮也高。麦芽溶解性能（尤其麦芽蛋白分解）对双乙酰的生成量起重要作用。 ? 麦芽中掺入不发芽的谷物(例如：大米?玉米等)时，随着不发芽谷物比例的提高，麦汁中的缬氨酸及α-氨基氮含量都会下降，则主发酵完的嫩啤酒中的总双乙酰含量（乙酰乳酸+双乙酰）也相对地增加 （参见表5.2）。 △pH与温度的改变对降解双乙酰的影响 2发酵温度越高，降解双乙酰的速度越快。 在发酵液可能产生的pH值下，pH越低降解双乙酰的速度越快；此外在糖化操作中pH起到重要作用，醪液pH5.0-5.2时生成α-氨基氮比较高。 △ 酵母的品种 3酵母品种不同，生成双乙酰也不相同，现在举两个酵母作比较：W34和W120菌株都是德国工厂现用的酵母菌种，根据L.Narziss的试验，W120在主发酵期间形成的α-乙酰乳酸比W34高一倍，而贮藏期间降低得也慢，以致两者的总双乙酰含量都达0.15mg/L以下时，W120约比W34长一周时间。 △麦汁通风 4B.M?ndl?E.Geiger等研究麦汁中的含氧量对乙酰乳酸形成的影响，采取向基质中吹入二氧化碳?空气和氧而调整麦汁含氧量的方法。 在凝集性酵母（下面酵母）和悬浮性酵母（上面酵母）的两种试验安排中，使定型麦汁得到如下三组的含氧量： 0.2和0.6mg/L， 8.0和9.1mg/L； 17.4和16.8mg/L。 其结果如下： 缺乏氧的麦汁，形成乙酰乳酸最快。且尤其为凝集酵母时，得出最高水平； 悬浮酵母则是“过通风”的发酵形成乙酰乳酸量达最高水平。 两种酵母都是正常通风得到比较低的数值。 2.其他风味物质： a.α-乙酰乳酸: 无臭?无味，在主酵期间会大量产生。当基质的氧化还原电位rH在10以下时，α-乙酰乳酸很少受到氧化，在主发酵短时期内实际上只有很少的双乙酰出现，即使形成了双乙酰也被迅速地还原为乙偶姻和2,3-丁二醇。而嫩啤酒中所含α-乙酰乳酸在贮酒完结束时还不能充分分解。在倒酒?过滤或灌装时，啤酒中获得了氧，当rH超过10时，在细胞外，α-乙酰乳酸通过氧化脱羧基而转变为双乙酰，则使双乙酰含量增高。经过几天后，有可能产生了双乙酰味。因此，同一啤酒常常是经巴氏杀菌后才产生了双乙酰味。

b.乙偶姻： 乙偶姻是在双乙酰还原至2,3-丁二醇时的中间阶段形成的。 其口味界限值文献上报道的数字各不相同，低的3mg/L，高的10-50mg/L。而啤酒中可存有0.5-5mg/L。乙偶姻可以引起突出的不愉快的苦味，并有郁闷的窖霉气味，是嫩啤酒味的主要担体。 乙偶姻界限值由于双乙酰的存在而明显降低，0.1mg/L双乙酰和2-3mg/L乙偶姻会呈现一种霉气味。

3.高级醇（杂醇油）： a.高级醇的概念： 4 / 14

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