啤酒发酵
内容摘要 啤酒已成为大众消费的必不可少的一部分。啤酒的工艺也不断在得到改善啤酒的风味视其发酵方式而异，而且国土不同，作为原料的大麦和酵母不同，发酵方式也不同。大致上来说发酵方法可分上酵和下酵，现在各国都采用下酵法，也就是发酵时，温度较低，在发酵后期，酵母沉淀。下酵法所产生的啤酒呈淡金色，口味较重，富有蛇麻草的香味；上酵法是说，发酵的温度较高，酵母不沉而上浮，上酵法的啤酒，因掺入烧焦的麦芽，色泽较深，酒精含量较高，如英国的产品。啤酒生产工艺流程可以分为制麦、糖化、发酵、包装四个工序。现代化的啤酒厂一般已经不再设立麦芽车间，因此制麦部分也将逐步从啤酒生产工艺流程中剥离。）
一个典型的啤酒生产工艺流程图如下（不包括制麦部分）：
注：本图来源于中国轻工业出版社出版 管敦仪主编《啤酒工业手册》一书。
图中代号所表示的设备为：
1、原料贮仓
2、麦芽筛选机
3、提升机
4、麦芽粉碎机
5、糖化锅
6、大米筛选机
7、大米粉碎机
8、糊化锅
9、过滤槽
10、麦糟输送
11、麦糟贮罐
12、煮沸锅/回旋槽
13、外加热器
14、酒花添加罐
15、麦汁冷却器
16、空气过滤器
17、酵母培养及添加罐
18、发酵罐
19、啤酒稳定剂添加罐 20、缓冲罐
21、硅藻土添加罐
22、硅藻土过滤机
23、啤酒精滤机
24、清酒罐
25、洗瓶机
26、灌装机
27、杀菌机
28、贴标机
29、装箱机
（一） 制麦工序
大麦必须通过发芽过程将内含的难溶性淀料转变为用于酿造工序的可溶性糖类。大麦在收获后先贮存2-3月，才能进入麦芽车间开始制造麦芽。
为了得到干净、一致的优良麦芽，制麦前，大麦需先经风选或筛选除杂，永磁筒去铁，比重去石机除石，精选机分级。
制麦的主要过程为：大麦进入浸麦槽洗麦、吸水后，进入发芽箱发芽，成为绿麦芽。绿麦芽进入干燥塔/炉烘干，经除根机去根，制成成品麦芽。从大麦到制成麦芽需要10天左右时间。
制麦工序的主要生产设备为：筛（风）选机、分级机、永磁筒、去石机等除杂、分级设备；浸麦槽、发芽箱/翻麦机、空调机、干燥塔（炉）、除根机等制麦设备；斗式提升机、螺旋/刮板/皮带输送机、除尘器/风机、立仓等输送、储存设备。
（二） 糖化工序
麦芽、大米等原料由投料口或立仓经斗式提升机、螺旋输送机等输送到糖化楼顶部，经过去石、除铁、定量、粉碎后，进入糊化锅、糖化锅糖化分解成醪液，经过滤槽/压滤机过滤，然后加入酒花煮沸，去热凝固物，冷却分离
麦芽在送入酿造车间之前，先被送到粉碎塔。在这里，麦芽经过轻压粉碎制成酿造用麦芽。糊化处理即将粉碎的麦芽/谷粒与水在糊化锅中混合。糊化锅是一个巨大的回旋金属容器，装有热水与蒸汽入口，搅拌装置如搅拌棒、搅拌桨或螺旋桨，以及大量的温度与控制装置。在糊化锅中，麦芽和水经加热后沸腾，这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物，称作\"麦芽汁\"。然后麦芽汁被送至称作分离塔的滤过容器。麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳，并加入酒花和糖。煮沸：在煮沸锅中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去处不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。
糊化锅：首先将一部分麦芽、大米、玉米及淀粉等辅料放入糊化锅中煮沸。 糖化槽：往剩余的麦芽中加入适当的温水，并加入在糊化锅中煮沸过的辅料。此时，液体中的淀粉将转变成麦芽糖。
麦汁过滤槽：将糖化槽中的原浆过滤后，即得到透明的麦汁（糖浆）。 煮沸锅：向麦汁中加入啤酒花并煮沸，散发出啤酒特有的芳香与苦味。
（三） 发酵工序
发酵罐成熟罐：在冷却的麦汁中加入啤酒酵母使其发酵。麦汁中的糖分分解为酒精和二氧化碳，大约一星期后，即可生成\"嫩啤酒\"，然后再经过几十天使其成熟。
啤酒过滤机：
将成熟的啤酒过滤后，即得到琥珀色的生啤酒。
冷却、发酵：洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。在发酵的过程中，人工培养的酵母将麦芽汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作\"皱沫\"的高密度泡沫。这种泡沫在第3或第4天达到它的最高阶段。从第5天开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。随之温度逐渐降低，在8~10天后发酵就完全结束了。整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。当然啤酒的不同、生产工艺的不同，导致发酵的时间也不同。通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底。酿酒师们将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。除去酵母后，生成物\"嫩啤酒\"被泵入后发酵罐（或者被称为熟化罐中）。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟。成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7~21天。经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。
（四）包装工序
装瓶、装罐机：酿造好的啤酒先被装到啤酒瓶或啤酒罐里。然后经过目测和液体检验机等严格的检查后，再被装到啤酒箱里出厂。 洗瓶机：洗净回收的啤酒瓶。
空瓶检验机：极其细小的伤痕也不会放过。
感官检查：每天新酿制的啤酒，由专门的负责人员进行实际品尝。只有在确保其品质后，才将鲜美可口的啤酒呈送给您。
每一批啤酒在包装前，还会通过严格的理化检验和品酒师感官评定合格后才能送到包装流水线。成品啤酒的包装常有瓶装、听装和桶装几种包装形式。再加上瓶子形状、容量的不同，标签、颈套和瓶盖的不同以及外包装的多样化，从而构成了市场中琳琅满目的啤酒产品。瓶装啤酒是最为大众化的包装形式，也具有最典型的包装工艺流程，即洗瓶、灌酒、封口、杀菌、贴标和装箱。
即麦芽过程→糖化过程→发酵过程→灌装过程
啤酒的工艺流程：
常见的啤酒类型：
啤酒生产的主要原料：
一、麦芽：
麦芽由大麦制成。大麦是一种坚硬的谷物，成熟比其他谷物快得多，正因为用大麦制成麦芽比小麦、黑麦、燕麦快，所以才被选作酿造的主要原料。没有壳的小麦很难发出麦芽，而且也很不适合酿酒之用。
二、酒花： 酒花是属于荨麻或大麻系的植物。酒花生有结球果的组织，正是这些结球果给啤酒注入了苦味与甘甜，使啤酒更加清爽可口，并且有助消化。
啤酒花是啤酒生产不可缺少的原料之一,其主要作用是为啤酒提供苦味,另外还有杀菌防腐的作用。这些作用均来自于酒花中α-酸的异构体异α-酸。传统的啤酒发酵工艺是在麦汁煮沸时添加全酒花,酒花中的α-酸要经过长时间煮沸才能溶出并异构化生成异α-酸,同时受蛋白质等物质影响,最终转化率也只有1/3左右。本文采用超临界CO2萃取仪萃取啤酒花得到α-酸浸膏,并将α-酸浸膏在沸水浴中提前异构化,同时利用乙醇溶液提取出酒花多酚,然后把两者在麦汁煮沸时加入。旨在提高α-酸的异构化程度,进而提高啤酒花的利用率,降低啤酒生产成本。结果表明：超临界CO2萃取α-酸浸膏的最佳条件为：压力25MPa,温度40℃,时间150min,CO2流量45 kg/h,得率为6.47%；α-酸提前异构化的最佳条件为：膏水比1：3000；回流时间45min；pH=10,异构化率为69.65%。乙醇溶液提取酒花多酚最佳条件为：乙醇浓度60%；料液比1：60；回流时间60min；温度70℃,得率为4.79%。应用异α-酸改进啤酒发酵工艺后,α-酸转化率是添加全酒花的2.4倍,并且啤酒的主要理化指标均符合国家标准。[1]
三、酵母：
酵母是真菌类的一种微生物。我国啤酒工业用的基本都是酿酒酵母Saccharomyces cerevisia 属于子囊菌亚门半子囊菌纲内孢霉目酵母科酵母属酿酒酵母种种就是一种，但有很多亚种，各个厂家不一样
（一）从自然界中直接筛选目的菌株
菌种筛选时靠考虑多种因素，如发酵速度，酵母的凝集性， 胶木的生长速度，酵母的稳定性几产生的风味物质等。筛选程 序如下：
30-50株菌株 → 150ml发酵试验（发酵力，酵母收获量 和凝集性比较，选出12株）→500ml发酵试验重复4次（发酵 力，酵母收获量，凝集性，酵母活性和风味物质的分析，选出 4株）→ 1L发酵试验再净尽扩大规模实验 → 选出1-2优良啤酒 酵母菌株
（二）诱变育种
（三）原生质体融合
（四）基因工程方法
优良啤酒酵母应具备的特点
①能从麦汁中有效地摄取生长和代谢所需的营养物质。
②酵母繁殖速度快，双乙酰峰值低、还原速度快。
③代谢的产物能赋予啤酒良好的风味。
④发酵结束后能顺利地从发酵液中分离出来。 （6）啤酒酵母扩大培养的方法
⑴实验室扩大培养阶段（示例） （由斜面试管逐步扩大到卡氏罐菌种） 斜面原菌种天 → 斜面活化(25℃，3～4 ) → 10ml液体试 管 (25℃，24～36h) → 100ml培养瓶 (25℃，24h) → 1L培养瓶 ( 20℃,24～36h)→ 5L培养瓶(16～18℃,24～36h ) → 25L卡氏罐 (14～16℃，36～48h)
⑵生产现场扩大培养阶段（由卡氏罐逐步扩大到酵母繁殖罐中的零代酵母） 25L卡氏罐 (12～14℃，2～3天 ) → 250L汉生罐(10～12℃，3天 )→ 1500L培养罐 (9～11℃，3天)→ 100hL（百升）培养罐 (8～9℃，7～8天)→ 20m3繁殖罐 →0代酵母
在啤酒酿造过程中，酵母是魔术师，它把麦芽和大米中的糖分发酵成啤酒，产生酒精、二氧化碳和其他微量发酵产物。这些微量但种类繁多的发酵产物与其它那些直接来自于麦芽、酒花的风味物质一起，组成了成品啤酒诱人而独特的感官特征。有两种主要的啤酒酵母菌：\"顶酵母\"和\"底酵母\"。用显微镜看时，顶酵母呈现的卵形稍比底酵母明显。\"顶酵母\"名称的得来是由于发酵过程中，酵母上升至啤酒表面并能够在顶部撇取。\"底酵母\"则一直存在于啤酒内，在发酵结束后并最终沉淀在发酵桶底部。\"顶酵母\"产生淡色啤酒，烈性黑啤酒，苦啤酒。\"底酵母\"产出贮藏啤酒和Pilsner。
四、水：
水：每瓶啤酒90%以上的成份是水，水在啤酒酿造的过程中起着非常重要的作用。啤酒酿造所需要的水质的洁净外，还必须去除水中所含的矿物盐（一些厂商声称采用矿泉水酿造啤酒，则是出于商业宣传的目的）成为软水。早先的啤酒厂建造选址得要求非常高，必须是有洁净水源的地方。随着科技的发展，水过滤和处理技术的成熟，使得现代的啤酒厂地点选择的要求大为降低，完全可以通过对自来水、地下水等经过过滤和处理，使其达到近乎纯水的程度，再用来酿造啤酒。
影响啤酒特性的因素：
麦汁特性:发酵速度首先取决于麦汁中冷凝固物和热凝固物的分离程度,麦汁通氧量以及麦汁的组成.2.发酵温度:酒精发酵速度随温度上升明显加快,而低温下发酵速度会减慢.3.酵母浓度:酵母细胞和麦汁之间的接触面积对于物质转化非常重要.接触面积随酵母细胞浓度的增加而扩大.酵母量用细胞数个/ ml表示.酵母细胞数在生长最旺盛阶段可达3~4×107个/ ml,在某些工艺过程中甚至高达108个/ml.影响糖代谢速度的因素
4.机械作用:机械运动如循环,搅拌等,可加强酵母细胞和麦汁的接触,使发酵剧烈进行.5.酵母菌种:发酵速度也是每个酵母菌种的遗传特性,不同酵母菌种的发酵速度也不相同.6.压力:在发酵过程中,压力不断上升,这会使发酵,酵母增殖和发酵副产物的形成逐渐停止.原因是溶解在啤酒中的CO2量及压力在不断增加。 啤酒发酵技术的发展
主要是缩短发酵时间(原90天,现45天青岛出口啤酒;原30天,现12～15天),采用一罐法
1、高温发酵
2、加压发酵
3、固定化酵母法 将载体包埋啤酒酵母运用于啤酒发酵，并用气相色谱-质谱联用仪测定啤酒中风味物质，利用壳聚糖-海藻酸钠胶珠，首先考察海藻酸钠浓度、壳聚糖浓度、固化时间、覆膜时间对胶珠硬度的影响，得出壳聚糖-海藻酸钠胶珠的优化工艺条件为：当海藻酸钠浓度为3％、固化时间为2h、壳聚糖浓度为0.5％和覆膜时间为30min时胶珠硬度最大。其次研究了载体耐浸泡性和固定化条件，结果表明包埋0.4mL菌液有利于啤酒发酵以及壳聚糖-海藻酸钠胶珠能进行连续发酵。经济性好、效率高。【2】
4、连续发酵法(多罐法和塔式法)上面发酵技术受青睐(酯香味浓)酵母属兼性微生物,在有氧和厌氧的条件下都能生存
因所用酵母菌种不同, 可分为上面发酵和下面发酵两种类型.上面发酵型啤酒采用上面酵母和较高的发酵温度16～22℃;下面发酵型啤酒采用下面酵母和较低的发酵7～12℃。
掌握啤酒发酵罐中发酵液的温度分布，是啤酒发酵过程控制工艺优化的基础，对啤酒罐的温度控制有非常重要的作用。目前针对啤酒发酵过程具有时变性、时滞性和非线性的特点 ,采用模糊积分控制器对啤酒发酵过程中的温度进行控制 ,从而构成模糊积分控制方法。实际运行结果表明该方法不仅优于传统的 PID 控制和常规的模糊控制方法 ,而且具有灵活性好 ,控制适应性强、动态性能好等
【3】优点。整个设计过程显示该方法编程简单、容易实现。除此之外通过分析啤酒发酵罐传热机理，为大空间自然对流传热，在此基础上建立封闭腔内二维非稳态自然对流换热的物理模型，应用Navier—Stocks数学模型，采用控制容积法对方程以及边界条件进行离散化处理，对控制体划分均匀交错网格，运用Visual Fortran自行开发锥形啤酒发酵罐温度分布数值计算程序，对离散方程进行迭代求解。 运用FLUENT软件，划分多重网格，对锥形啤酒发酵罐冷却过程中发酵液的速度场、温度场进行计算，对所得的不同时间的罐内温度变化进行记录，进而更加准确控制罐的温度，从而改善啤酒风味和口感。【4】
.参考文献
[1]《应用异α-酸改进啤酒发酵工艺的研究》黑龙江大学， 微生物学， 2010， 硕士； 【网络出版年期】2010年 11期 ，【分类号】TS262.5 [2]《酵母固定化及其在啤酒发酵中的应用》 李金蔓，广东工业大学， 食品科学， 2007， 硕士；【网络出版投稿人】 广东工业大学 【网络出版年期】2007年 06期
[3]《啤酒发酵温度的模糊控制与实现》
于浩洋 黑龙江工程学院
2007 年 第37 卷 第12 期；李士勇.模糊控制神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 ,1998 [4] 《锥形啤酒发酵罐传热机理研究》岳婷；浙江大学， 制冷与低温工程， 2006， 硕士；【网络出版投稿人】 浙江大学 【网络出版年期】2006年 12期
