在冷却的麦汁中添加酵母后,啤酒发酵即开始。在整个发酵过程中,酵母先经历有氧呼吸,然后再经历无氧发酵,这两个阶段相互联系,共同构成了复杂的啤酒发酵过程。
啤酒发酵是一个非常复杂的生物化学变化过程,在啤酒酵母所含酶系的作用下,其主要变化是麦汁中的可发酵性糖发酵分解成酒精和CO2,另外还有一系列分解副产物生成,如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。这些发酵产物决定了啤酒的口感、风味、泡沫、色泽和稳定性等理化性能，使啤酒具有独特的电影性。
(1)糖类的变化 糖类是麦汁浸出物的主要成分,一般来说,麦汁中的总糖约占浸出物的90%,而可发酵性糖占总糖的80%左右,其中麦芽糖占45%~50%,麦芽三糖占10%~15%,葡萄糖和果糖约占10%,蔗糖约占5%。啤酒酵母对各种可发酵性糖的发酵顺序是:葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖>麦芽三糖。
大多数可发酵性糖在主发酵阶段为酵母所同化或发酵生成酒精、CO2及其他代谢产物,只残留少量麦芽糖和麦芽三糖于后发酵中分解,其他多糖含量基本不变。在整个啤酒发酵过程中,约有96%的可发酵性糖转化为酒精和CO2,1.5%~2.5%合成新细胞的骨架,2.0%~2.5%转化为其他发酵副产物,如高级醇、甘油、琥珀酸、乙酸、乙醛、双乙酰、乙酸乙酯等。这些副产物虽然含量不多,但对啤酒的风味和口味影响很大。
(2)含氮物质的变化麦汁中含有氨基酸、肽类、蛋白质、嘌呤、嘧啶以及其他多种含氮物质。在发酵初期,啤酒酵母必须通过吸收麦汁中的含氮物质,来合成酵母细胞自身的蛋白质、核酸和其他含氮化合物,以满足自身生长繁殖的需要。
在啤酒发酵过程中,麦汁中的含氮物质约减少1/3,减少的部分主要是氨基酸和低分子肽类。另外,一些凝固性蛋白质和蛋白质-多酚物质复合物会随着pH和温度的降低从发酵液中沉淀出来,有些少量的蛋白质颗粒还会吸附在酵母细胞表面。酵母在发酵过程中还会分泌出一些含氮物质,如氨基酸和低分子肽,约为其同化氮的1/3。因此,啤酒中的含氮物质主要来自麦汁和酵母的分泌物,其中75%来自麦汁。这些含氮物质对啤酒的风味影响很大,当含氮量高于450mg/L时,啤酒才会显出明显的醇厚感。
(3)苦味物质的变化 在啤酒发酵中,苦味物质的损失约为1/3,影响因素有如下几方面。
①麦汁通风量。通风量愈大,酵母繁殖愈旺盛,酵母细胞表面吸附的苦味物质愈多,即苦味物质损失愈大。
②酵母品种。粉状酵母在发酵液中分散比较均匀,有较大的接触面积,所以比高凝聚性酵母吸附的苦味物质多。
③酵母增殖。酵母增殖量愈大,苦味物质损失愈多。
④发酵速度。与低温缓慢发酵相比,高温快速发酵的苦味物质损失较大。
⑤发酵方式。正常情况下,麦汁中10%~11%的苦味物质随泡盖而析出。传统发酵池因酵母强烈繁殖,会形成较多的泡盖,析出较多的苦味物质;而锥形罐发酵,苦味物质的损失量要降低10%。
(4)高级醇的生成 高级醇类是啤酒发酵代谢副产物的主要组分之一,对啤酒风味有着较大影响。啤酒中的绝大多数高级醇是在主发酵期间通过合成代谢途径和降解代谢途径形成,其中以异戊醇含量最高,约占高级醇总量的50%,其次为活性戊醇、异丁醇和正丙醇。对啤酒风味影响较大的是异戊醇和a苯乙醇,它们和乙酸乙酯、乙酸异戊酯及乙酸苯乙酯是构成啤酒香味的主要成分。
高级醇的生成量与多种因素有关,一般情况下,麦汁的浓度高、氨基酸含量高、发酵温度和pH高、增加通风和搅拌、加压发酵等,都可增加高级醇的生成量。
(5)醛和酮的生成 醛类中对啤酒风味影响最大的是乙醛,它是酵母的中间代谢产物,主要是在发酵前期形成。当下面发酵至发酵度为35%~60%时、上面发酵至发酵度为10%时,乙醛含量最高。麦汁pH高,增加麦汁通风量、增加酵母添加量以及加压发酵均有利于乙醛的形成;发酵温度愈高,乙醛生成量愈低,且发酵后期降低也快。
乙醛影响啤酒口味的成熟,当乙醛含量超过界限值时,给人以不愉快的粗糙苦味感觉,含量过高时,有一种辛辣的腐烂青草味。当乙醛与双乙酰和硫化氢并存时,就构成了嫩啤酒那种固有的生青味。因此,应在后发酵期设法大量地排除乙醛。
啤酒中所含的酮类主要是丙酮,其量甚微,它来自乙酰乙酸,可能是异丙醇的前体物质,对啤酒风味影响不大。
(6)酯类的生成酯类在啤酒中的含量虽少,但对啤酒的风味影响很大。酯类大部分在主发酵期生成,尤其是在酵母旺盛繁殖期生成,在啤酒后发酵时只有微量增加。酯类的生成量随麦汁浓度升高、发酵温度增高、通风量减少和酵母接种量减少而增加。上面发酵啤酒的酯含量比下面发酵啤酒要高得多。
适量的乙酸乙酯、乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯能给啤酒带来舒适的芳香味,过量则无益。储藏啤酒中酯的含量约在25~50mg/L之间。
(7)有机酸的生成啤酒中的有机酸是重要的呈味物质,适量的酸能赋予啤酒爽口的感觉,而过量的酸会使啤酒口感粗糙、不柔和。啤酒中含有C1~C18的游离脂肪酸,其中主要是乙酸,其次是C8、C6、异-C5、异-C4、C4、C10等挥发性脂肪酸。这些脂肪酸是在主发酵前期与相应的高级醇同时形成,它们的前体物质都是相应的醛类。
原料、菌种和发酵工艺不同均能影响啤酒中脂肪酸的含量。一般来说,快速发酵方法(提高发酵温度、增加接种量、搅拌通风等)有利于降低游离脂肪酸的含量。我国要求12P淡色啤酒的总酸指标低于2.6mL[系指采用中和法测定啤酒的总酸含量过程中,每滴定100mL啤酒所消耗的1mol/ NaOH的体积(mL)]。
（8)连二酮类的形成及控制连二酮是双乙酰和2,3戊二酮的总称,两者同属羰基化合物,化学性质相似,但2,3戊二酮在啤酒中的含量比双乙酰低得多,对啤酒风味影响甚小,所以受关注最多的连二酮类物质是双乙酰。双乙酰的风味阈值是0.15mg/L,
在啤酒中含量超过此值,就会出现馊饭味,储酒过程中常以此值作为成熟的指标。
双乙酰是由丙酮酸(糖代谢的中间产物)在生物合成缬氨酸(供酵母繁殖所需)时的中间产物a-乙酰乳酸经过非酶氧化作用生成的。a-乙酰乳酸是酵母合成氨酸的中间产物,当麦汁缺乏缬氨酸或氨酸被消耗时,将引起多量的a-乙酰乳酸的形成。a-乙酰乳酸经氧化脱羧反应转化为双乙酰,此反应是在酵母细胞外非酶催化作用下进行，是一种较慢的化学变化过程。而从双乙酰还原为2,3-丁二醇是酵母还原酶的作用,其反应速度是前者的近10倍。
为了尽快降低啤酒中双乙酰的含量,加速啤酒成熟,缩短酒龄,可采取以下措施。
①通过反馈作用,抑制从丙酮酸合成缬氨酸的支路代谢作用。12°P麦汁a-氨基氮的含量应在180mg/L以上。
②提高发酵温度。a-乙酰乳酸的非酶分解和双乙酰的酶还原作用都与温度有关,温度愈高,反应愈快。
③通风搅拌。分解时通风搅拌能加速a乙酰乳酸的非酶分解,虽然同时也加速了a-乙酰乳酸的合成,但总的来说,对降低双乙酰含量是有利的。
④主发酵结束前适当保持较高的分解温度,或者进行后发酵时保存适量的酵母,利用酵母的还原酶经双乙酰还原为乙偶姻或2,3丁二醇。
⑤下酒后,利用后发酵产生的CO2,或人工充CO2进行洗涤,可将挥发性的双乙酰带走。
(9)硫化物的生成硫是酵母代谢过程中不可缺少的微量元素,啤酒中含有多种含硫化合物,其中挥发性含硫化合物仅占6%,虽然含量很低,但是它们的特殊气味会影响啤酒的风味。而其中的硫化氢、二甲基硫、甲基硫醇等对啤酒的风味影响最大。
啤酒发酵是一个非常复杂的生物化学变化过程,在啤酒酵母所含酶系的作用下,其主要变化是麦汁中的可发酵性糖发酵分解成酒精和CO2,另外还有一系列分解副产物生成,如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。这些发酵产物决定了啤酒的口感、风味、泡沫、色泽和稳定性等理化性能，使啤酒具有独特的电影性。
(1)糖类的变化 糖类是麦汁浸出物的主要成分,一般来说,麦汁中的总糖约占浸出物的90%,而可发酵性糖占总糖的80%左右,其中麦芽糖占45%~50%,麦芽三糖占10%~15%,葡萄糖和果糖约占10%,蔗糖约占5%。啤酒酵母对各种可发酵性糖的发酵顺序是:葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖>麦芽三糖。
大多数可发酵性糖在主发酵阶段为酵母所同化或发酵生成酒精、CO2及其他代谢产物,只残留少量麦芽糖和麦芽三糖于后发酵中分解,其他多糖含量基本不变。在整个啤酒发酵过程中,约有96%的可发酵性糖转化为酒精和CO2,1.5%~2.5%合成新细胞的骨架,2.0%~2.5%转化为其他发酵副产物,如高级醇、甘油、琥珀酸、乙酸、乙醛、双乙酰、乙酸乙酯等。这些副产物虽然含量不多,但对啤酒的风味和口味影响很大。
(2)含氮物质的变化麦汁中含有氨基酸、肽类、蛋白质、嘌呤、嘧啶以及其他多种含氮物质。在发酵初期,啤酒酵母必须通过吸收麦汁中的含氮物质,来合成酵母细胞自身的蛋白质、核酸和其他含氮化合物,以满足自身生长繁殖的需要。
在啤酒发酵过程中,麦汁中的含氮物质约减少1/3,减少的部分主要是氨基酸和低分子肽类。另外,一些凝固性蛋白质和蛋白质-多酚物质复合物会随着pH和温度的降低从发酵液中沉淀出来,有些少量的蛋白质颗粒还会吸附在酵母细胞表面。酵母在发酵过程中还会分泌出一些含氮物质,如氨基酸和低分子肽,约为其同化氮的1/3。因此,啤酒中的含氮物质主要来自麦汁和酵母的分泌物,其中75%来自麦汁。这些含氮物质对啤酒的风味影响很大,当含氮量高于450mg/L时,啤酒才会显出明显的醇厚感。
(3)苦味物质的变化 在啤酒发酵中,苦味物质的损失约为1/3,影响因素有如下几方面。
①麦汁通风量。通风量愈大,酵母繁殖愈旺盛,酵母细胞表面吸附的苦味物质愈多,即苦味物质损失愈大。
②酵母品种。粉状酵母在发酵液中分散比较均匀,有较大的接触面积,所以比高凝聚性酵母吸附的苦味物质多。
③酵母增殖。酵母增殖量愈大,苦味物质损失愈多。
④发酵速度。与低温缓慢发酵相比,高温快速发酵的苦味物质损失较大。
⑤发酵方式。正常情况下,麦汁中10%~11%的苦味物质随泡盖而析出。传统发酵池因酵母强烈繁殖,会形成较多的泡盖,析出较多的苦味物质;而锥形罐发酵,苦味物质的损失量要降低10%。
(4)高级醇的生成 高级醇类是啤酒发酵代谢副产物的主要组分之一,对啤酒风味有着较大影响。啤酒中的绝大多数高级醇是在主发酵期间通过合成代谢途径和降解代谢途径形成,其中以异戊醇含量最高,约占高级醇总量的50%,其次为活性戊醇、异丁醇和正丙醇。对啤酒风味影响较大的是异戊醇和a苯乙醇,它们和乙酸乙酯、乙酸异戊酯及乙酸苯乙酯是构成啤酒香味的主要成分。
高级醇的生成量与多种因素有关,一般情况下,麦汁的浓度高、氨基酸含量高、发酵温度和pH高、增加通风和搅拌、加压发酵等,都可增加高级醇的生成量。
(5)醛和酮的生成 醛类中对啤酒风味影响最大的是乙醛,它是酵母的中间代谢产物,主要是在发酵前期形成。当下面发酵至发酵度为35%~60%时、上面发酵至发酵度为10%时,乙醛含量最高。麦汁pH高,增加麦汁通风量、增加酵母添加量以及加压发酵均有利于乙醛的形成;发酵温度愈高,乙醛生成量愈低,且发酵后期降低也快。
乙醛影响啤酒口味的成熟,当乙醛含量超过界限值时,给人以不愉快的粗糙苦味感觉,含量过高时,有一种辛辣的腐烂青草味。当乙醛与双乙酰和硫化氢并存时,就构成了嫩啤酒那种固有的生青味。因此,应在后发酵期设法大量地排除乙醛。
啤酒中所含的酮类主要是丙酮,其量甚微,它来自乙酰乙酸,可能是异丙醇的前体物质,对啤酒风味影响不大。
(6)酯类的生成酯类在啤酒中的含量虽少,但对啤酒的风味影响很大。酯类大部分在主发酵期生成,尤其是在酵母旺盛繁殖期生成,在啤酒后发酵时只有微量增加。酯类的生成量随麦汁浓度升高、发酵温度增高、通风量减少和酵母接种量减少而增加。上面发酵啤酒的酯含量比下面发酵啤酒要高得多。
适量的乙酸乙酯、乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯能给啤酒带来舒适的芳香味,过量则无益。储藏啤酒中酯的含量约在25~50mg/L之间。
(7)有机酸的生成啤酒中的有机酸是重要的呈味物质,适量的酸能赋予啤酒爽口的感觉,而过量的酸会使啤酒口感粗糙、不柔和。啤酒中含有C1~C18的游离脂肪酸,其中主要是乙酸,其次是C8、C6、异-C5、异-C4、C4、C10等挥发性脂肪酸。这些脂肪酸是在主发酵前期与相应的高级醇同时形成,它们的前体物质都是相应的醛类。
原料、菌种和发酵工艺不同均能影响啤酒中脂肪酸的含量。一般来说,快速发酵方法(提高发酵温度、增加接种量、搅拌通风等)有利于降低游离脂肪酸的含量。我国要求12P淡色啤酒的总酸指标低于2.6mL[系指采用中和法测定啤酒的总酸含量过程中,每滴定100mL啤酒所消耗的1mol/ NaOH的体积(mL)]。
（8)连二酮类的形成及控制连二酮是双乙酰和2,3戊二酮的总称,两者同属羰基化合物,化学性质相似,但2,3戊二酮在啤酒中的含量比双乙酰低得多,对啤酒风味影响甚小,所以受关注最多的连二酮类物质是双乙酰。双乙酰的风味阈值是0.15mg/L,
在啤酒中含量超过此值,就会出现馊饭味,储酒过程中常以此值作为成熟的指标。
双乙酰是由丙酮酸(糖代谢的中间产物)在生物合成缬氨酸(供酵母繁殖所需)时的中间产物a-乙酰乳酸经过非酶氧化作用生成的。a-乙酰乳酸是酵母合成氨酸的中间产物,当麦汁缺乏缬氨酸或氨酸被消耗时,将引起多量的a-乙酰乳酸的形成。a-乙酰乳酸经氧化脱羧反应转化为双乙酰,此反应是在酵母细胞外非酶催化作用下进行，是一种较慢的化学变化过程。而从双乙酰还原为2,3-丁二醇是酵母还原酶的作用,其反应速度是前者的近10倍。
为了尽快降低啤酒中双乙酰的含量,加速啤酒成熟,缩短酒龄,可采取以下措施。
①通过反馈作用,抑制从丙酮酸合成缬氨酸的支路代谢作用。12°P麦汁a-氨基氮的含量应在180mg/L以上。
②提高发酵温度。a-乙酰乳酸的非酶分解和双乙酰的酶还原作用都与温度有关,温度愈高,反应愈快。
③通风搅拌。分解时通风搅拌能加速a乙酰乳酸的非酶分解,虽然同时也加速了a-乙酰乳酸的合成,但总的来说,对降低双乙酰含量是有利的。
④主发酵结束前适当保持较高的分解温度,或者进行后发酵时保存适量的酵母,利用酵母的还原酶经双乙酰还原为乙偶姻或2,3丁二醇。
⑤下酒后,利用后发酵产生的CO2,或人工充CO2进行洗涤,可将挥发性的双乙酰带走。
(9)硫化物的生成硫是酵母代谢过程中不可缺少的微量元素,啤酒中含有多种含硫化合物,其中挥发性含硫化合物仅占6%,虽然含量很低,但是它们的特殊气味会影响啤酒的风味。而其中的硫化氢、二甲基硫、甲基硫醇等对啤酒的风味影响最大。
