啤酒发酵 （1） 啤酒酵母

啤酒发酵 冷麦汁添加酵母后，开始啤酒发酵过程。 麦汁中的可发酵性糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞的酶转化成酒精和CO2 ，另外还有一系列发酵副产物产生的过程。

啤酒发酵 啤酒 酵母 麦汁 基础物质: 低分子碳水化合物 低分子含氮物质 矿物质 维生素，微量元素 热量 产物: 发酵主要产物（酒精、CO2） 发酵副产物 麦汁 热量

啤酒酵母 酵母菌是一类自然界中广泛存在的单细胞微生物 结构简单，个体微小，只能借助显微镜才能观察其细胞 肉眼能见到的酵母泥，是无数个酵母细胞的结合体

Antonio van Leeuwenhoek 啤酒酵母－历史 荷兰人Leeuwenhoek 1680年 显微镜的发明 第一台100－150倍的简易显微镜 通过显微镜观察到发酵液中存在很多“微动体” 1818年 前捷克科学家Erxleben指出微动体是活的生物，由它引起发酵 Antonio van Leeuwenhoek (1632-1723)

啤酒酵母－历史 德国人 Schwann 1837年前后 与法国科学家 Charles Cagniard de la Tour (1777-1859)等发现 酿酒的微生物具有细胞结构 以出芽方式繁殖，而且酒精发酵和繁殖同时进行 命名为Zuckerpilz（糖真菌） 由生物学家Mayen分类定名为Saccharomyces Theodor Schwann (1810-1882)

啤酒酵母－历史 法国人 Pasteur 研究发现 食品低温杀菌保藏方法 发酵是由微生物进行的，不同的发酵通过不同的微生物进行 啤酒发酵总含有活的酵母菌，在厌氧环境下进行发酵 啤酒的变质是由其它杂菌污染所引起 食品低温杀菌保藏方法 巴斯德灭菌 Louis Pasteur (1822-1895)

啤酒酵母－历史 丹麦人 Hansen 1883年 从苏格兰“爱丁堡啤酒厂”分离出上面发酵的纯粹培养的酵母 后在丹麦的“Carlsberg 啤酒厂”分离出下面发酵的纯粹培养的酵母 开始了啤酒酵母纯种培养 Emil Christian Hansen (1842-1909)

啤酒酵母的命名 啤酒酵母根据国际命名法则命名 各种微生物均有一个学名，由属名和种名组成，属名在前，种名在后，这种命名法称双名制。 啤酒酵母的学名(Saccharomyces cerevisiae) 拉丁文cerevisiae意为麦酒，所以译为啤酒酵母

啤酒酵母的命名 啤酒酵母 Hansen将酵母进行纯粹分离后命名 上面发酵酵母：Saccharomyces cerevisiae Hansen 下面发酵酵母：Saccharomyces carlsbergensis Hansen 也称为：Saccharomyces uvarum 现也有将 Saccharomyces uvarum归类于 Saccharomyces cerevisiae种中。 啤酒酵母总称 Saccharomyces cerevisiae，种类较多，不同品种的菌株，在形态及生理上都有明显的区别。

啤酒酵母在分类学上的位置 啤酒酵母 门：真菌门(Eumycophyta) 纲：子囊菌纲(Ascomycetes) 亚纲：原子囊菌亚纲(Protoascomycetes) 目：内孢霉目(Endomycetales) 科：内孢霉科(Endemycetaceae) 亚科：酵母亚科(Saccharomyceotdeae) 属：酵母属(Saccharomyces) 种：啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)

酵母的分类 酵母 根据其培养形式不同 培养酵母 野生酵母 是将野生酵母经过长期驯养、反复使用和考验，具有正常的生理形态和特性，适合于某一产品生产的酵母。 野生酵母 不能生产某一产品的酵母称为野生酵母。

酵母的分类 异类酵母 啤酒生产酵母

啤酒酵母的分类 啤酒酵母 根据其发酵表现形式、细胞形态和生理特性的不同 根据发酵度的高低不同 上面发酵酵母 下面发酵酵母 低发酵度酵母 较高发酵度酵母 很高发酵度酵母

上面酵母和下面酵母的巨大菌落形态 在麦汁明胶平板上的巨大菌落形态。 (A)典型的贮藏(lager)啤酒酵母菌株，（下面发酵酵母） (B)典型的爱尔(ale)啤酒酵母菌株(在21℃下培养21天) （上面发酵酵母）

上面酵母与下面酵母的区别 区别内容 上面啤酒酵母 下面啤酒酵母 细胞大小 细胞形态 多呈圆形，多数细胞集结在一起 多呈卵圆形，酵母较分散 （5－10）×（5－12） µm （5－10） × （5－12） µm 细胞形态 多呈圆形，多数细胞集结在一起 多呈卵圆形，酵母较分散 出芽方式 与长轴相同,易形成芽蔟 与长轴成30o夹角,单个 含酶量 多 少 风味 产生特有的酯香味 酯香味少

很难形成孢子，只有用特殊培养方法才有可能（72小时） 上面酵母与下面酵母的区别 区别内容 上面啤酒酵母 下面啤酒酵母 棉子糖发酵 发酵1/3 全部发酵 蜜二糖发酵 不能 能 甘油醛发酵 产生硫化氢 较低 较高 37 ℃培养 能生长 不能生长 孢子的形成 培养时相对较易形成孢子（48小时） 很难形成孢子，只有用特殊培养方法才有可能（72小时）

上面酵母与下面酵母的区别 区别内容 上面啤酒酵母 下面啤酒酵母 发酵温度(℃) 主酵时间 发酵速度 使用代数 收集方式 回收数量 最适1525 ℃ 最适6 14 ℃ 主酵时间 3天 6－7天 发酵速度 快 慢 使用代数 可达1年 5－8代 收集方式 悬浮于液面,从液面收集 沉于器底, 从底部收集 回收数量 回收量少 回收量多 酵母回收处理 不能洗涤 可以洗涤

啤酒酵母的分类 下面发酵酵母 根据其在凝聚性能上的不同 凝聚酵母 粉状酵母 在麦汁组成不合理、营养缺乏、生长环境不合适时，凝聚酵母也会转变成粉状酵母，但粉状酵母很少转变成凝聚酵母。

凝聚酵母和粉状酵母的区别 区别内容 凝聚酵母 粉状酵母 发酵时情况 发酵终了 发酵液澄清情况 发酵度 啤酒口味 酵母易于凝集沉淀 不易凝集 很快凝集，沉淀密致 长时间悬浮在发酵液中，很难沉淀 发酵液澄清情况 较快 不易 发酵度 较低 较高 啤酒口味 香味细腻 有酵母味

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的形态 呈圆形或卵圆形 细胞大小宽3－7) µm ×(5－10)µm 培养酵母平均直径4－5µm 下面发酵酵母（暗场，1800倍） 上面发酵酵母（相衬，1100倍）

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 细胞壁 细胞膜 细胞核 细胞质 液泡 颗粒 线粒体

酵母细胞的结构图 线粒体 芽中的液泡 分泌的液泡 芽 核 高尔基体 膜上的孔 液泡 内质网 液泡膜 类脂颗粒 芽痕 细胞膜 细胞壁 液泡颗粒 贮藏颗粒 线型线粒体 分泌的液泡 酵母细胞的结构图

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 细胞壁 细胞最外围具有弹性，能保护细胞的物质，它决定了细胞的形态和稳定性。 约占细胞质量的30％ 壁厚100－200nm，随着酵母细胞的衰老细胞壁会增厚 细胞壁由许多高分子物质所组成，其化学组成随发酵进程而不断变化。

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 细胞膜 紧贴细胞壁的内面 厚约150nm 具有半渗透性，可调节细胞内的渗透压 向细胞外分泌胞外酶 摄取周围环境的养分及发酵必需的物质进入细胞内，并将一些代谢产物排出细胞外 死细胞的细胞膜染料可以透入

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 细胞核 直径0.5－1.5 µm 被核膜所包围 控制细胞的新陈代谢 是遗传物质的承载体

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 细胞质 细胞内充满细胞质，为蛋白质类物质 对维护细胞的生命活动很重要 当细胞发育时，细胞质的变化很大 幼细胞的细胞质浓缩而均匀 衰老的细胞中细胞质呈现许多颗粒和液泡

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 液泡 主要是水溶液和偏聚磷酸盐颗粒 可短暂贮存代谢产物 细胞衰老或缺乏营养时，液泡逐渐变大

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 颗粒 自身贮藏物质和细胞代谢产物 在细胞营养出现缺乏时，便分解向细胞提供能量

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的主要结构 线粒体 直径0.2 µm 主要功能是通过呼吸向细胞提供能量

啤酒酵母的形态和结构 啤酒酵母的结构 细胞的化学组成 水分含量65－85％ 余下来为干物质 约60％游离水 剩下为结合水 含氮物质 45－60％ 碳水化合物 15－37％ 脂肪 2－12％ 灰分（矿物质） 6－12％ 维生素 少量

啤酒酵母的酶系 在酵母的细胞膜、细胞质、液泡和细胞核中含有丰富的酶类 根据酶作用的部位不同分为 胞外酶 胞内酶 它们是细胞分泌的，位于细胞壁外侧，并且能在酵母细胞外起作用，，但啤酒酵母的胞外酶活力较低 胞内酶 在啤酒酵母细胞内含有丰富的胞内酶，是主要的酵母酶系

酵母的繁殖和生长 繁殖方式 无性繁殖 有性繁殖 啤酒酵母主要是以出芽方式进行繁殖（也称为芽殖） 一般，野生酵母易形成孢子 啤酒厂利用这一特性鉴别培养酵母是否被污染 利用子囊孢子进行杂交选育新品种

酵母的繁殖 正在出芽的酵母细胞(电子显微镜下）

酵母的繁殖和生长过程 稳定期 减速期 对数期 死亡期 潜伏期 加速期

酵母的繁殖和生长过程 调整期（潜伏期、停滞期） 加速期 此时期不发生酵母细胞繁殖，而是细胞适应和活化阶段 一般持续几个小时，时间的长短取决于酵母细胞是否强壮、培养代数、新的生长条件 加速期 在潜伏期结束时，细胞增殖已开始 此时期细胞增殖速度加快

酵母的繁殖和生长过程 对数期 减速期 细胞增殖速度最快，最旺盛时期 呈对数曲线进行繁殖 随着底物浓度的减少、生长抑制代谢物的积累 增殖速度逐渐减少

酵母的繁殖和生长过程 稳定期（静止期） 死亡期 细胞数保持恒定 新增殖细胞数与死亡细胞数达到动态平衡 随着营养物质基本消耗尽，pH值下降，代谢产物的积累致使酵母死亡数超过新细胞数 活细胞总数减少

酵母的繁殖和生长过程 影响酵母繁殖生长的因素 麦汁浓度和麦汁质量 pH值 水分 麦汁浓度越低，酵母营养物质不足 麦汁营养成分的组成不但直接影响酵母的繁殖和生长，还会影响发酵。 pH值 酵母须在酸性条件下生长 水分 底物水分必需大于15％，否则不能生长

酵母的繁殖和生长过程 影响酵母繁殖生长的因素 含氧量 温度 压力 麦汁中的溶解氧含量在7－9mg/l 无氧生长的细胞，其繁殖速度、酵母活性降低，致使发酵能力低 温度 酵母最佳繁殖温度25－30℃ 超过40 ℃时，酵母便停止生长而且死亡 低温会抑制酵母繁殖，但不会死亡 压力 在压力环境下，酵母的繁殖受到抑制

酵母的繁殖和生长过程 影响酵母繁殖生长的因素 麦汁澄清度 细胞的生理状况 抑制物 混浊麦汁会影响酵母对营养物质的吸收 酵母代数以及是否健壮情况 抑制物 当酒精浓度>6％对酵母繁殖有抑制 大量发酵副产物和重金属、清洗剂残留物质都对酵母生长有影响。

啤酒酵母 优良酵母菌种的要求 要与生产的啤酒类型和产品质量风格相一致 生理性能好 发酵能力强 繁殖能力强 要求起发速度和主酵速度快 最终发酵度和主酵发酵度高，最终发酵度与成品发酵度之差要低

啤酒酵母 优良酵母菌种的要求 凝聚性适合 双乙酰峰值低还原快 成品啤酒的总体风味质量高 凝聚性对于发酵速度、发酵度、酵母回收量、啤酒过滤等影响很大 双乙酰峰值低还原快 形成双乙酰少，还原速度快 成品啤酒的总体风味质量高 不同菌株，所产生的副产物有所不同

啤酒酵母 优良酵母菌种的要求 要与麦汁组成相一致 要与发酵工艺相适应 要与发酵设备相适应 耐压性强和性能稳定性好 不同菌株对麦汁组成要求不同（溶氧量和FAN含量） 要与发酵工艺相适应 不同发酵工艺在菌株要求上不同 要与发酵设备相适应 耐压性强和性能稳定性好

啤酒酵母 酵母性能退化的表现 起发发酵很慢 主发酵很慢 泡盖下沉 沸腾发酵 主发酵突然停止 降酸很小 酵母凝聚性能变差 酒液色度变浅很慢 旺盛期的酵母数不足 不均匀的发酵 泡盖下沉 沸腾发酵 降酸很小 酒液色度变浅很慢 较少的酵母回收 发酵副产物很高

啤酒酵母 导致酵母性能退化的因素 酵母生长繁殖（发酵）的环境条件不利 酵母被污染 酵母菌株本身性能不够稳定

啤酒酵母 导致酵母性能退化的因素 酵母生长繁殖（发酵）的环境条件不利 麦汁供氧不足 麦汁组成不合理 酿造用水中含有对酵母不利物质 不合适的发酵温度 压力发酵 麦汁浓度过高过低 酒精含量大于5％ 酵母回收后保存方法不当

啤酒酵母 导致酵母性能退化的因素 酵母被污染 发酵必需由纯净的单一菌株进行 酵母菌株本身性能不够稳定 必需选择性能稳定的菌株

啤酒酵母 酵母的自溶 酵母自溶是指酵母细胞本身的酶将酵母细胞内的碳水化合物、含氮物质进行分解，破坏酵母细胞结构，最终使细胞内容物进入酒液。

啤酒酵母 酵母的自溶 酵母自溶后果 使酒液pH值上升 使啤酒具有明显的酵母味 使啤酒脂肪含量上升，影响啤酒口味和泡沫性能 使啤酒中高分子含氮物质增加，影响啤酒的非生物稳定性 使啤酒脂肪含量上升，影响啤酒口味和泡沫性能 使啤酒中残留蛋白分解酶，影响啤酒泡沫性能，甚至啤酒的生物稳定性 使啤酒色度改变 使酒液浓度反弹升高 高级醇含量多

啤酒酵母 酵母的自溶 酵母自溶的原因 后熟过程温度过高 低温贮酒时间长酵母数高 过高压力使细胞破裂 酵母保存不当 酵母回收时，酵母回收罐备压太低或没有备压

ATP的作用 ATP 分解代谢 分解物质时，获得能量，由无机磷物质贮藏。 P 能量 ADP 能量 P AMP

ATP的作用 ATP 合成代谢 合成新细胞时，需要能量，由无机磷物质释放。 P 能量 ADP 能量 P AMP

酵母的新陈代谢 酵母的生长、繁殖和发酵都需要能量，否则新陈代谢会终止进行。 主要通过生物氧化而获得能量 好氧呼吸 厌氧呼吸 发酵

酵母的新陈代谢 巴斯德效应 酵母是唯一一种能从呼吸转变到发酵的微生物 呼吸抑制发酵的现象，称为巴斯德效应。 需氧能量代谢过程抑制厌氧能量代谢过程

酵母的新陈代谢 好氧呼吸 以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程，称为好氧呼吸。 ATP ADP + H3PO4 Delta G = 31.8 kJ（49KJ/mol) 生物能 1mol葡萄糖燃烧热为2822KJ，大部分转移到ATP高能键，作为酵母繁殖获取能量的来源。

酵母的新陈代谢 厌氧呼吸 以无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程，称为厌氧呼吸。 能起到这种作用的化合物有硫酸盐、硝酸盐和碳酸盐。

酵母的新陈代谢 发酵 如果电子供体是有机化合物，而最终电子受体也是有机化合物的生物氧化过程，称为发酵。 1mol葡萄糖发酵时释放出的能量为209KJ，其中约96KJ的热量转移至ATP高能键中，其余部分则以热能形式而散发。

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 严格的无菌操作 优良的菌种 营养丰富的培养基 合适的各级培养温度 合适的扩大倍数 合适的移种时间

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 严格的无菌操作 培养酵母所用一切设施均应呈无菌状态 操作必需严格 灭菌必需彻底

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 优良的菌种 新鲜、健壮、纯净、生理优良 工艺性能合适 质量风格稳定优越

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 营养丰富的培养基 麦汁中的溶解氧 8-10mg/l 不同阶段选用不同的麦汁 实验室阶段：未加酒花的头道煮沸麦汁（稀释至8－9％°P） 车间扩培阶段：冷却后的生产麦汁

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 合适的各级培养温度 啤酒酵母最适繁殖温度为28℃ 考虑适合生产需要，酵母培养需逐步降低温度

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 合适的扩大倍数 扩大倍数影响扩培时间、染菌机会等 实验室阶段：1：10-20 生产车间阶段：1：2－4

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的要求 合适的移种时间 追加时间一般考虑在对数生长期的后期 悬浮酵母数较多，酵母繁殖旺盛 出芽率在35－40％ 悬浮细胞数在5－10×107个/ml 细胞数太低，不是追加过早就是太迟

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 传统的酵母扩大培养过程 → → → → → → 酵母细胞挑选阶段 实验室扩培阶段 车间扩培阶段 斜面试管（菌种） 富氏瓶培养 巴氏瓶培养 卡氏罐培养 → 酵母细胞挑选阶段 实验室扩培阶段 → → 主发酵罐 酵母繁殖槽 汉生罐培养 车间扩培阶段

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 酵母细胞挑选阶段 在显微镜下挑选出健壮的酵母细胞 置于5ml 无菌麦汁试管中于8－10℃培养 若需保存置于麦汁琼脂斜面在0－5 ℃保存，一般6－9个月

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 实验室扩培阶段（举例） → → → → 液体试管（10ml） 小三角瓶（50ml） 25℃ 24－36h 25℃ 24h 22－25℃ 24h → → 卡氏罐（10L） 大三角瓶（3L） 20－22℃ 24h 18－20℃ 24-36h

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 实验室扩培阶段（举例） 注意事项 扩大倍数：<10 培养温度：逐步降温25℃→18℃ 追加麦汁：8－9°P头道无酒花煮沸麦汁 移种时间：出芽率20－30％，细胞数7－8×107个/ml 2-4个平行样，选择优者进行扩大 每次移植后需镜检，观察酵母发育情况 所有用具必需灭菌呈无菌状态（热空气170℃，1小时） 麦汁灭菌后贮存2－3天，证明无污染后使用

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 设置种子罐 每次无需从实验室开始，能很快满足生产需求！ 实验室扩培完接入种子罐 75－80％进入车间扩培 20－25％作为种子留存，追加灭菌麦汁在1－2℃保存 每次无需从实验室开始，能很快满足生产需求！

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 连续汉生罐 同化法 一罐法

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段（举例） → → → → → → → → → 500L种子罐， 1－2℃保存 15－20℃卡氏罐 7℃ 1-2天 → 追加8m3麦汁 20℃ 2天 → 50m3发酵罐 分100L 2500L扩培罐（兼灭菌罐）内装2500L麦汁，灭菌通风 500L种子罐，内装100L灭菌通风麦汁 → 9℃ 1-2天 追加40m3麦汁 10m3扩培罐 → → 18℃ 2天 分400L → → 分2000L 分2000L 500L种子罐追加至满 → → 2500L扩培罐 2500L酵母液 15℃ 1－2天 12℃ 1-2天

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 连续增殖 设备由麦汁灭菌罐和增殖罐所组成

连续增殖－汉生罐

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 要求 进入增殖罐中的酵母种液必需： 杂菌数＝0，死亡率<1％，出芽率：30－40％，处于高泡期 在增殖罐中必需强烈通入无菌空气 使用生产麦汁（酒花抑制、酵母适应） 扩培倍数：1:3－4 追加麦汁的温度应与酵母种液温度相一致 逐步降温，适应生产

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 连续增殖 也称为追加法 优点： 起发发酵迅速 可缩短发酵期 pH－值降低迅速 双乙酰分解更快更多 能酿造口味纯净、圆润的啤酒

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 同化法

酵母同化技术的特点 酵母细胞完全处在对数生长期 不需要对麦汁进行额外处理 可采用一罐或多罐工艺 具有循环装置 具有通风装置 可以实现追加批次生产 可实现自动化控制

酵母增殖－同化法

不同麦汁入罐角度 a b 以a角度入罐能够带来充分的混合效果。混合彻底是确保所有细胞均能得到足够营养成分和氧气的必要前提条件。 举例：外加热煮沸锅、同化设备 b:到切线角度 举例：回旋沉淀槽 23° - 25° a b 23° - 25° 以a角度入罐能够带来充分的混合效果。混合彻底是确保所有细胞均能得到足够营养成分和氧气的必要前提条件。

同化罐的技术参数 锥罐 斜角 : ca.大约60° 上升空间 : 40-50% 泵送能力 : 罐容量/ 1-1.5 小时 上升空间 : 40-50% 泵送能力 : 罐容量/ 1-1.5 小时 循环速度 :  1 m/s 空气输入量 :理论0.01 m³/ h.hl 实际上通风量根据泡沫生成情况控制

同化罐的工艺参数 酵母起始浓度 : 10-20*106 Zellen/ml 酵母最终浓度 : ca. 100*106 Zellen/ml 降糖幅度 : ES 3 GG% 最终浸出物含量 : ES 7 GG% 同化与发酵温度温差 :  5 °C 酵母生理特性 : 死细胞含量  1%

酵母增殖－同化法增殖

酵母的纯种扩大培养 酵母扩大培养的方法 车间扩培阶段 一罐法增殖

酵母增殖－一罐法增殖

实验室阶段到卡氏罐

冷麦汁杀菌 Flush & steam

接种 Flush & steam

小罐在增殖大罐麦汁杀菌 Flush & steam

小罐接种到大罐 CIP + Steam Flush & steam

大罐接种至生产 CIP + Steam Flush & steam

大罐麦汁灭菌和冷却 Flush & steam