啤酒高浓酿造研究

啤酒高浓酿造研究

近年来, 随着精酿啤酒消费需求的日益增长和产量的不断扩大, 高浓酿造工艺正在被越来越多的精酿啤酒生产厂家所采用。与常浓酿造相比, 啤酒高浓酿造的优势在于, 它可在不增加糖化发酵设备的基础上大幅度提高啤酒产量, 节约设备投资和操作费用。然而, 该工艺也存在明显的缺陷, 如原料利用率降低、啤酒泡持性较差、风味不协调以及高浓麦汁对啤酒酵母性能的不利影响等[ 1] 。本文综述高浓酿造啤酒在泡持性、风味、酵母、供氧等方面的研究进展。

    泡持性

高浓酿造啤酒往往比常浓酿造啤酒的泡持性要差。Cooper 等[ 2] 发现, 高浓酿造麦汁的疏水多肽水平比低浓酿造麦汁要低, 利用过滤槽生产的 20bP 麦汁比 10bP 麦汁的疏水多肽含量要低 8% ( 未稀释基准) 。对10bP 和20bP 麦汁的整个酿造过程的疏水多肽水平进行分析, 发现在酿造过程中疏水多肽水平是降低的, 尤其是在煮沸和发酵过程中; 同时发现高浓酿造啤酒疏水多肽的损失更大, 其最终啤酒的疏水多肽水平比常浓酿造啤酒低 40% 左右。这说明, 高浓糖化浸出高分子量多肽( 包括泡沫活性多肽) 的效率不如低浓糖化高, 且在酿造过程中损失更大, 这是高浓酿造啤酒泡特性较差的重要原因。

酵母对啤酒泡持性产生重要影响。麦汁在接种 酵母之前并无蛋白酶活性, 但发酵的麦汁和最终啤酒中存在蛋白酶, 这些蛋白酶必定来源于酵母。酵母在高浓酿造中分泌到麦汁中的蛋白酶较常浓酿造要高得多[ 3] 。在高浓酿造中蛋白酶的水平是稳定增加的, 这一点证明释放蛋白酶是酵母细胞的一种正常生理活动, 并非酵母自溶所致。高浓发酵中酵母蛋白酶活性比常浓发酵中要高, 研究发现, 高浓发酵第3~ 11 天的酵母蛋白酶的水平至少为低浓发酵的二倍。降低施加于酵母细胞上的应力可减少蛋白酶的释放。因此, 高浓酿造中渗透压的增大和乙醇浓度的提高使酵母所承受的应力增大, 是酵母释放蛋白酶水平高的原因。研究证实, 酵母分泌蛋白酶的量与其活力有关, 低活力酵母往往分泌较多的蛋白酶。Cooper 等[ 3] 发现, 低浓( 10bP) 麦汁在发酵的整个过程中, 疏水多肽水平是稳定下降的, 而高浓( 20bP) 麦汁在发酵的初期( 最初8天) 疏水多肽急剧下降, 之后变化很小。高浓酿造麦汁的疏水多肽含量较低, 且在酿造中遭受到的损失更大, 这可能是高浓酿造啤酒泡持性相对较差的原因。

风味

高浓酿造啤酒的一个缺陷是风味难以与常浓酿造啤酒相比。原因在于高浓酿造啤酒在稀释至与常浓酿造啤酒乙醇浓度相当时酒体较淡, 风味物质含量改变了。麦汁中的碳水化合物经酵母发酵代谢之后, 除生成主要产物乙醇和CO2 外, 还生成其它一系列化合物, 其中许多是风味活性物质。酯和高级醇是含量最多的两类风味物质, 其生成水平的改变对啤酒风味产生重要影响[ 4, 5, 6] 。啤酒中含量最丰富的酯类和高级醇是乙酸乙酯、乙酸异戊酯、戊醇和异丁醇。酵母菌株、发酵温度、压力、酵母接种量、麦汁凝固物、氧、脂肪酸、氨基酸含量以及某些金属离子等因素能够影响发酵中酯和高级醇的生成。麦汁中碳水化合物组成不同, 经酵母代谢后生成的挥发物成分也有差异, 发酵麦芽糖比发酵己糖( 葡萄糖、果糖) 生成的酯和高级醇要低[ 6] 。Younis 等[ 7] 发现, 酵母发酵高浓辅料麦汁( 含 30% 麦芽糖浆) 较发酵高浓全麦芽麦汁生成的挥发物要少, 乙醇的生成未受到影响。由此可见, 仅仅通过改变麦汁中碳水化合物的配比似乎不能得到风味恰好匹配的啤酒。但得到重要有机挥发物匹配较好的啤酒还是可能的。研究表明, 高浓酿造啤酒的乙酸乙酯水平较高, 可通过增加麦汁中麦芽糖含量降低之。当然, 挥发物的生成不仅与糖的种类有关, 还与酵母菌种和发酵参数有关。比如, 添加某些金属离子可刺激某些高级醇的生成, 提高发酵温度可提高高级醇水平, 添加一定的氨基酸会增加相应高级醇的生成。

酵母

Cahill 等[ 8] 研究发现, 繁殖酵母用麦汁的浓度深刻影响酵母细胞的体积, 细胞体积随麦汁浓度的增加而增大。当麦汁浓度由 7.5bP 增至 17.5bP 时, 酵母细胞平均体积增大 30%。高浓麦汁发酵中酵母细胞体积的增大并不是由渗透压的增加和发酵末期 乙醇浓度的增加而引起的( 增大渗透压和增加乙醇浓度都会使酵母细胞体积减小) , 而是酵母在繁殖过程中对由麦汁原浓增加引起的环境条件变化的一种 生理响应。麦汁原浓增加会使细胞所受到的应力增 大, 这可能是酵母细胞体积增大的原因。增大发酵期间发酵罐内CO2 的压力可引起酵母细胞体积的增大[ 9] , 增加对酵母的温度应力能够导致细胞体积的增大, 而乙醇应力会使细胞体积减小。

啤酒高浓酿造中, 麦汁浓度影响酵母的存活率、活力及发酵性能。Cahill 等[ 8] 证实, 酵母细胞活性与其繁殖和发酵用麦汁的浓度紧密相关, 高浓麦汁对酵母性能产生不利影响。在 7.5、12.5 和 17.5bP 麦汁繁殖的上面酵母, 进行 17.5bP 麦汁高浓发酵后, 酵母存活率分别为 93% 、90% 和 85%, 而对下面酵母存活率分别为 98% 、95% 和 89% 。该研究结果具有实际意义, 说明由第一代发酵回收的酵母质量最好, 而且酵母质量受麦汁高浓度的不利影响, 用于繁殖酵母的最佳麦汁浓度在 7.5~  12.5bP 之间。Casey 等[ 10] 研究指出, 在发酵最初 12h, 酵母活力随麦汁原浓的提高而降低, 但增加高浓麦汁的酵母接种量可显著降低发酵最初数小时内细胞的死亡率。

供氧

在高浓麦汁发酵中, 酵母对氧的需求量比常浓发酵要高。因此在酵母繁殖阶段, 当供氧受到限制时, 酵母受高浓条件的影响更加显著。酵母一旦接入麦汁就会迅速利用麦汁中的氧合成不饱和脂肪酸 ( 在麦汁中处于亚适浓度) 和固醇, 这些物质为构成细胞质膜结构和维持其完整结构所必需, 并能影响酵母对酸洗、热刺激、乙醇等不利环境的耐受力[ 11] 。氧的限制会使酵母质膜固醇含量降低并限制细胞的分裂, 结果会降低悬浮细胞数及总的生物量。向麦汁中补加油酸和麦角甾醇可削弱酵母对氧的需求[ 2] 。有人[ 12] 认为, 有氧下较厌氧下生成的酵母对 环境应力具有更大的抗性。Cunningham 等[ 11] 证实了这一点。由于麦汁中不饱和脂肪酸浓度处于亚适浓度, 且其合成需氧的参与, 所以在酵母繁殖期必须为酵母供应充足的氧。细胞膜内充分的脂肪酸不饱和度使酵母忍耐潜在毒性乙醇浓度等不利环境因素成为可能。

[参考文献]

[ 1] Ree EMR, Stewart GG. J Inst Brew[ J] , 1997, ( 103) : 287- 2911

[ 2] Cooper DJ, Stewart GG , Bryce JH. J, Inst Brew[ J] . 1998, ( 104) : 83- 871  

[ 3] Cooper DJ, Stewart GG, Brye JH. J Inst Brew [ J ] 1 2000, ( 106) : 197-2011

[ 4] Renger RS,Van Haterern SH, Lauyber KCAM ,J Inst Brew [ J] 1 1992, ( 98) : 509- 5131

[ 5] Peddie HAB, J Inst Brew[ J] 1 1990, ( 96) : 327- 3311

[ 6] Younis OS, Stewart GG, J Inst Brew[ J] 1 1998, ( 104) : 255- 2641

[ 7] Younis OS, Stewart GG, J Am Soc Brew Chem[ J] 1 1999, ( 57) : 39- 451   

[ 8] Cahill G, Murray DM, Walsh PK, et al. J Am Soc Brew Chem[ J] 1 2000,( 58) : 14- 201

[ 9] Knatchbull FB, Slaughter JC, J Inst Brew[ J] 1 1987, ( 93) : 420- 4241

[ 10] Casey GP, Ingledew WM. J Am Soc Brew Chem[ J] 1 1983, ( 41) : 148- 1521

[ 11] Cunningham S , Stewart G. J Inst Brew[ J] 12000, ( 106) : 38- 4021

[ 12] Steels EL, Learmonth RP, Watson K, Microbiology[ J] 1 1994, ( 140) : 569- 5761