第六章典型發(fā)酵類型與發(fā)酵工藝 典型厭氧固體發(fā)酵 白酒和黃酒的發(fā)酵生產工藝 酵母菌發(fā)酵產品 典型厭氧液體深層發(fā)酵 啤酒和葡萄酒的發(fā)酵生產工藝 酵母菌發(fā)酵產品 典型好氧固體發(fā)酵 醬油 食醋和食用菌生產發(fā)酵工藝 分別為霉菌 細菌 食用真菌發(fā)酵產品 典型好氧液體深層發(fā)酵 高活性干酵母 檸檬酸 谷氨酸 抗生素發(fā)酵生產工藝 分別為酵母菌 霉菌 細菌 放線菌發(fā)酵產品 典型耐氧液體深層發(fā)酵 發(fā)酵乳及其飲料的生產工藝 乳酸細菌發(fā)酵產品 典型厭氧液體深層發(fā)酵 一 啤酒發(fā)酵生產工藝二 葡萄酒發(fā)酵生產工藝 一 啤酒發(fā)酵生產工藝 發(fā)展概況 啤酒屬于外來酒種 其英文名稱 beer 我國譯作 啤酒 自18世紀下葉至19世紀中葉 啤酒工業(yè)從手工業(yè)生產跨入大規(guī)模機械化生產 為現(xiàn)代啤酒釀造業(yè)奠定了堅實的基礎 啤酒是當今世界產量最高 發(fā)展速度最快的飲料酒 目前 世界啤酒工業(yè)發(fā)展的顯著特點是 生產規(guī)模大型化 釀造工藝快速化 生產管理自動化 產品結構規(guī)范化和科學研究專業(yè)化 當今世界啤酒生產技術的發(fā)展趨勢是 以優(yōu)質原材輔料保證產品質量 用現(xiàn)代科學技術生產傳統(tǒng)產品 我國啤酒工業(yè)自改革開放之后發(fā)展迅猛 2002年 啤酒年產量達到2386 86萬噸 超過美國而成為世界啤酒第一生產大國 目前仍以平均年增長率5 的速度增長 營養(yǎng)價值與保健功能1972年在墨西哥召開的第九屆 國際營養(yǎng)食品會議 上 啤酒被正式選定為營養(yǎng)食品 成為廣大消費者普遍喜愛的大眾型飲料 其營養(yǎng)價值和保健功能表現(xiàn)為 豐富的氨基酸 維生素和礦物質 含有17種氨基酸 包括人體8種必需氨基酸 11種維生素和豐富的礦質元素 含熱量高 1L12度啤酒 相當于5 6個雞蛋 0 75L牛奶 250g面包 500g土豆 650g奶油 因此 啤酒素有 液體面包 之美譽 極易被人體吸收 啤酒中的營養(yǎng)物質大都是酵母菌經過發(fā)酵后形成的小分子物質 并以可溶狀態(tài)存在 人體吸收率90 以上 啤酒中含有少量的酒精 飲后可促進人體血液循環(huán) 啤酒中的苦味物質和CO2可刺激人體胃液分泌 促進消化吸收 酒液中的可溶性磷酸鹽可維持人體鹽類平衡和滲透壓 酒花中的苦味物質具有利尿 健胃 殺菌作用 也可輔助治療胃病 高血壓 心臟病 結核 慢性腎炎等疾病 啤酒釀造的基本工藝原理啤酒釀造是以大麥 水為主要原料 以大米或者其他未發(fā)芽的谷物 酒花為輔助原料 大麥經過發(fā)芽產生多種水解酶類制成麥芽 麥芽和未發(fā)芽的谷物原料再經過糖化 借助麥芽本身多種水解酶類將淀粉和蛋白質等大分子物質分解為可溶性糖類 糊精以及氨基酸 肽 胨等低分子物質制成麥芽汁 麥芽汁通過酵母菌的發(fā)酵作用生成酒精和二氧化碳以及多種營養(yǎng)和風味物質 最后經過過濾 包裝 殺菌的等工藝制成二氧化碳含量豐富 酒精含量僅為3 6 富含多種營養(yǎng)成分 酒花芬芳 苦味爽口的飲料酒即成品啤酒 類型 按酵母品種分類上面發(fā)酵啤酒 利用浸出糖化法制備麥芽汁 接種上面發(fā)酵酵母釀制而成 其特點是 發(fā)酵溫度高 發(fā)酵度高 發(fā)酵周期短 成數(shù)快 其主要代表有 英國的愛爾 Ale 淡色啤酒和濃色啤酒 司陶特 Stout 黑啤酒 波特 Porter 黑啤酒 近年來 由于消費習慣的改變 此類啤酒逐漸減少 下面發(fā)酵啤酒 利用煮出糖化法制備麥芽汁 接種下面發(fā)酵酵母釀制而成 其特點是 發(fā)酵溫度低 發(fā)酵度低 發(fā)酵周期長 成數(shù)慢 其代表是 捷克的比爾森 Pilsener 啤酒 目前世界各國大多生產此類啤酒 稱為比爾森型啤酒 占世界啤酒總量的99 左右 按顏色分類淡色啤酒 由淡色麥芽制備的麥芽汁釀制而成 要求有濃郁的酒花香氣 濃色啤酒和黑啤酒 由濃色麥芽和焦香麥芽制備的麥芽汁釀制而成 要求有明顯的麥芽香氣 按濃度分類 低濃度啤酒 原麥汁濃度在2 5 9 0B 的啤酒 中濃度啤酒 原麥汁濃度在10 12B 的啤酒 高濃度啤酒 原麥汁濃度在13 22B 的啤酒 按生產方式分類鮮啤酒 又稱生啤酒 系指啤酒包裝后不經過巴氏殺菌的啤酒 其特點是 口感新鮮 但保藏期短 20 以下7d左右 熟啤酒 又稱貯藏啤酒 系指啤酒包裝后經過巴氏殺菌的啤酒 其特點是 不如鮮啤酒新鮮 但保藏期長 20 以下2 4個月 醇鮮啤酒 又稱扎啤 系指啤酒包裝前經過膜過濾除菌 而包裝后又不經過巴氏殺菌的啤酒 其特點是 既保持了啤酒固有的新鮮風味 又可貯藏一定時間 按消費對象分類 兒童啤酒 又稱營養(yǎng)啤酒或小啤酒 其特點是 原麥汁濃度低 2 5 5 0B 酒精含量少 0 5 1 8 營養(yǎng)豐富 婦女啤酒 又稱甜啤酒 系指添加蔗糖或甜味劑的啤酒 其特點是 發(fā)酵度低 酒精含量少 口味濃甜 苦味很輕 低醇啤酒 適合汽車司機飲用 原麥汁濃度為10B 左右 酒精含量1 5 2 0 如果酒精含量低于1 則稱無醇啤酒 低糖啤酒 適合糖尿病人飲用 原麥汁濃度為8 10B 含糖量極低 如果含糖量低于1 則稱干啤酒 特點是 發(fā)酵度高 產熱量低 按生產原料分類 全麥芽啤酒 系指不添加任何淀粉質或糖質輔料 而全部采用麥芽原料釀制的啤酒 其特點是 口感醇厚 但色澤略深 小麥啤酒 系指采用小麥為原料釀制的啤酒 其特點是 色澤淺 泡沫豐富 口味純正 穩(wěn)定性強 白啤酒 系指以大麥和小麥為原料制備麥芽汁 經酵母菌和乳酸菌共同發(fā)酵而成 德國柏林的白啤酒 比利時的藍比克白啤酒 其特點是 酒體混濁 CO2豐富 酒精含量低 口感有酸味 一 啤酒厭氧液體深層釀造的一般工藝流程1 麥芽制造大麥 預處理 清選 粗選 精選 分級 浸漬 發(fā)芽 干燥 除麥根 成品麥芽貯藏2 麥汁制造麥芽及輔料粉碎 麥芽糖化及輔料糊化 麥汁過濾與洗糟 麥汁煮沸與酒花添加 麥汁沉淀與熱凝固物分離 麥汁冷卻與冷凝固物分離3 酵母擴培試管液體菌種的培養(yǎng) 500 1000mL三角瓶液體菌種 10 20L卡氏罐液體菌種 150 250L種子罐液體菌種 2t擴大種子罐液體菌種 15t酵母繁殖槽液體菌種4 啤酒發(fā)酵繁殖槽液體菌種入發(fā)酵池 傳統(tǒng)工藝 或者冷卻麥汁和繁殖槽液體菌種入錐形發(fā)酵罐 現(xiàn)代一罐法工藝 前發(fā)酵 后發(fā)酵5 啤酒后處理后發(fā)酵成熟啤酒的過濾 包裝 殺菌 貼標 裝箱 入庫 二 啤酒厭氧液體深層釀造的技術控制1 麥芽制造 大麥在人工控制的條件下 經過清選 浸漬 發(fā)芽 干燥 除根等工藝制成麥芽的過程稱為麥芽制造 簡稱制麥 其中 浸漬 發(fā)芽 干燥是制麥的三大主要工序 發(fā)芽后的新鮮麥芽稱為綠麥芽 綠麥芽干燥后稱為干麥芽 制麥的目的 大麥經過發(fā)芽使其固有的酶活化并產生各種水解酶 為糖化麥芽汁的制造提供分解淀粉 蛋白質等大分子物質所需要的酶類 大麥經過發(fā)芽使胚乳物質適當溶解 分解 為糖化麥芽汁的制造提供有效浸出物 通過干燥除去綠麥芽中多余的水分和生青味 產生干麥芽特有的色 香 味 從而賦予啤酒特有的風味 2 麥汁制造 略 3 酵母擴培 略 4 啤酒發(fā)酵 啤酒發(fā)酵根據(jù)啤酒酵母的特性不同可分為上面發(fā)酵和下面發(fā)酵 二者的發(fā)酵工藝 發(fā)酵設備 啤酒風味等均不相同 下面發(fā)酵的工藝過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段 生產時間比較長 而上面發(fā)酵的工藝過程大都只有主發(fā)酵 不采用后發(fā)酵 生產時間相對較短 目前 世界各國的啤酒生產廠家絕大多數(shù)均采用下面發(fā)酵工藝 對于下面發(fā)酵的淡色啤酒工藝而言 又分為 傳統(tǒng)前發(fā)酵和后發(fā)酵工藝 現(xiàn)代一罐法發(fā)酵工藝 傳統(tǒng)前發(fā)酵和后發(fā)酵 前發(fā)酵在開放式前發(fā)酵池 槽 中進行 后發(fā)酵在臥式后發(fā)酵罐中進行 現(xiàn)代一罐法發(fā)酵 在大型露天圓柱椎底形密閉發(fā)酵罐中進行前后酵一罐法發(fā)酵 1 前發(fā)酵和后發(fā)酵技術控制 前發(fā)酵 主發(fā)酵 定義 前發(fā)酵又稱主發(fā)酵 是啤酒發(fā)酵的主要階段 系指冷卻麥汁經酵母菌在酵母繁殖槽增殖后 入主發(fā)酵池 此時麥汁中的溶解氧已基本被酵母菌所消耗 開始進行厭氧發(fā)酵 在此過程中 麥汁中大部分可發(fā)酵性糖類進行發(fā)酵生成乙醇和二氧化碳 一些主要代謝產物也在此間合成 這種厭氧發(fā)酵成為主發(fā)酵或前發(fā)酵 后發(fā)酵 目的和作用 主發(fā)酵后的嫩啤酒中尚殘留以麥芽糖 麥芽三糖為主的部分糖類 這些糖類在后發(fā)酵期繼續(xù)緩慢發(fā)酵 促使CO2的充分溶解和飽和 利用后發(fā)酵產生的CO2排出酒液中揮發(fā)性的生青物質 如乙醛 硫化氫 雙乙酰等 促進啤酒的成熟 利用后發(fā)酵酵母細胞內酶的作用充分還原雙乙酰 加速啤酒的成熟 充分沉降有蛋白質和多酚物質聚合物形成的冷凝固物及懸浮物 死酵母及酒花樹脂等 促使啤酒的澄清 提高啤酒的非生物穩(wěn)定性 5 啤酒的過濾 包裝與殺菌 1 啤酒的過濾 目的和要求經后發(fā)酵貯藏后的啤酒中 酵母菌和部分冷凝固物沉于罐底 而其中極輕微的雜質粒子仍懸浮于酒液中 因此必須通過過濾即讓啤酒通過分離介質 把啤酒液的固體物質經介質分離出去 達到使啤酒澄清透明 富有光澤的程度 同時改善啤酒的生物穩(wěn)定性和非生物穩(wěn)定性 過濾方式 濾棉過濾硅藻土過濾紙板過濾微孔薄膜過濾 2 啤酒的包裝 重要性包裝是啤酒生產的最后一大工序 它對保證成品酒的質量和外觀十分重要 對包裝材料的技術控制 我國啤酒包裝容量為640mL與350mL兩種規(guī)格 其尺寸及主要技術指標須符合要求 特別是耐內壓力不低于1 76MPa 瓶色分為綠色和棕色兩類 以棕色瓶為好 3 啤酒的殺菌 殺菌的目的 保證啤酒的生物穩(wěn)定性 有利于貯藏 殺菌要求 在最低的殺菌溫度和最短的殺菌時間內 殺死酒液內可能存在的有害為微生物 巴斯德滅菌單位 Pu 由熱力引起的滅菌效應可用巴斯德滅菌單位 Pu 表示 在60 1min引起的啤酒滅菌效應稱為一個巴斯德滅菌單位 即1個Pu值 生產中的啤酒滅菌一般控制在15 30Pu值 瓶裝啤酒的殺菌設備 隧道式噴淋殺菌機 殺菌過程 包括預熱 殺菌和冷卻3個步驟 常見瓶裝啤酒殺菌技術控制 預熱 35 5min 50 7 5min 殺菌 65 27 5min 冷卻 50 7 5min 35 7 5min 18 5min 典型耐氧液體深層發(fā)酵 發(fā)酵乳及其飲料的生產工藝 發(fā)酵乳制品 系指良好的原料乳經一定處理后 通過乳酸菌的發(fā)酵作用制成具有特殊風味 較高營養(yǎng)價值和一定保健功能的乳制品 發(fā)酵乳制品的種類 發(fā)酵乳飲料 酸牛乳和酸豆乳及其飲料 乳酒 干酪 酸制奶油 本節(jié)主要以酸牛乳為例介紹耐氧液體深層發(fā)酵生產工藝 酸牛乳的發(fā)展概況 20世紀初 俄國諾貝爾生理學和醫(yī)學獎獲得者梅契尼柯夫提出 酸牛乳長壽說 一個世紀以來 酸牛乳及其飲料促進人體健康的機制逐漸被人們所揭示 酸牛乳及其飲料產業(yè)在世界范圍內得到迅速發(fā)展 特別是近年來 隨著人民生活水平的提高和健康意識的增強 我國的酸牛乳及其飲料產量以每年25 的速度遞增 酸牛乳的定義 系指新鮮牛乳經一定處理后 通過乳酸菌發(fā)酵后制成的發(fā)酵乳飲料 酸牛乳的類型 根據(jù)生產方式可分為凝固型 攪拌型 飲料型三種 一 凝固型酸奶的發(fā)酵生產工藝 一 凝固型酸奶發(fā)酵生產的基本工藝原理以新鮮牛乳為主要原料 經過凈化 標準化 均質 殺菌 冷卻 接種生產發(fā)酵劑 分裝后 通過乳酸菌的發(fā)酵作用 使乳糖分解為乳酸 導致乳的pH值下降 酪蛋白凝固 同時產生醇 醛 酮等風味物質 再經冷藏和后熟制成乳凝狀的酸牛乳 二 凝固型酸奶發(fā)酵生產的工藝流程原料鮮乳 凈化 標準化調制 均質 殺菌 冷卻 接種生產發(fā)酵劑 分裝 發(fā)酵 冷卻 冷藏后熟 成品 注 在上述工藝流程中 乳酸菌液體菌種的擴大培養(yǎng)即生產發(fā)酵劑的制備工藝 已在 第四章 第二節(jié) 九 三 1 中介紹 三 凝固型酸奶發(fā)酵生產的技術控制 原料鮮乳的選擇 必須選擇合格的鮮牛乳 不能選用初乳 未乳 乳房炎乳 病牛乳 酒精陽性乳和高酸度乳 乳中不得含有抗生素 乳中也不能添加非食品級添加劑 凈化 利用離心機除去牛乳中的白細胞及其異物 標準化調制 目的 為了增加非脂乳固體含量 不得低于12 改善風味 提高粘度 有利于酸牛乳凝固性和硬度 技術控制 一般在凈化后的鮮乳中添加脫脂乳粉0 25 0 5 蔗糖4 8 均質 目的 原料乳經過均質后 可使酸牛乳質地細膩 凝固均勻 防止乳脂肪上浮 工藝條件 采用均質機在60 8 10Mpa條件下進行均勻 殺菌 目的 原料乳加熱處理可殺死乳中微生物 特別是致病菌 還有鈍化酶 調節(jié)粘度的作用 工藝條件 可采用90 95 5 10min或135 2 3S進行殺菌 冷卻 殺菌后立即冷卻至40 45 接種生產發(fā)酵劑 工藝條件 向40 45 殺菌冷卻后的原料乳中接入生產發(fā)酵劑 兩菌混和培養(yǎng)的發(fā)酵劑接種2 3 兩菌單獨培養(yǎng)的發(fā)酵劑各接種1 1 5 技術調控 一般接種量大 有利于保加利亞乳桿菌生長 接種量小 則有利于嗜熱鏈球菌生長 分裝 接種后立即分裝 分裝后迅速封蓋發(fā)酵 發(fā)酵 設施設備 在帶有床架的發(fā)酵室中進行 工藝條件 發(fā)酵溫度控制在42 3 5h后 pH降至4 2 4 5 乳酸含量達0 85 0 95 酸度為65 75 T 酸牛乳凝固狀態(tài)良好 即為發(fā)酵終點 技術調控一般發(fā)酵前期 嗜熱鏈球菌生長旺盛 代謝產生L 型乳酸 發(fā)酵后期 保加利亞乳桿菌旺盛生長 代謝產生D 型乳酸 溫度控制偏低 有利于嗜熱鏈球菌生長 發(fā)酵時間延長 溫度控制偏高 有利于保加利亞乳桿菌生長 發(fā)酵時間縮短 冷卻 目的 抑制乳酸菌生長 防止產酸過度 技術控制 當酸牛乳冷卻至10 左右即可轉入冷庫進行低溫后熟 低溫后熟 目的 低溫后熟后熟過程中 形成香味物質和光滑細膩的質地 防止乳清析出和過度產酸 技術控制 后熟溫度0 5 后熟期12 24h 二 攪拌型酸奶 純酸奶 的發(fā)酵生產工藝 一 攪拌型酸奶 純酸奶 發(fā)酵生產的基本工藝原理新鮮牛乳經過凈化 標準化 均質 殺菌 冷卻 接種生產發(fā)酵劑后 通過乳酸菌發(fā)酵至凝乳 再進行攪拌破乳 使凝乳粒子保持0 01 0 04mm大小 然后經過冷卻 分裝 后熟 制成半流動粥糊狀的酸牛乳 二 攪拌型酸奶 純酸奶 發(fā)酵生產的工藝流程原料鮮乳 凈化 標準化調制 均質 殺菌 冷卻 接種生產發(fā)酵劑 發(fā)酵 攪拌破乳 冷卻 分裝 冷藏后熟 成品 注 在上述工藝流程中 乳酸菌液體菌種的擴大培養(yǎng)即生產發(fā)酵劑的制備工藝 已在 第四章 第二節(jié) 九 三 1 中介紹 三 攪拌型酸奶 純酸奶 發(fā)酵生產的技術控制 攪拌型酸奶即純酸奶與凝固型酸奶生產工藝基本相似 所不同的是 前者為先發(fā)酵 再攪拌 后分裝 后者為先分裝 后發(fā)酵 不攪拌 發(fā)酵 設備 在發(fā)酵罐中進行 發(fā)酵罐具有夾層加熱 溫度計 pH計等 技術控制 42 發(fā)酵3 5h 當發(fā)酵乳pH達4 5 5 0時 終止發(fā)酵 如果終止發(fā)酵時的pH在5 3以上時 進行攪拌破乳 則引起乳清分離 攪拌破乳 工藝條件 發(fā)酵結束后 將品溫降至38 進行攪拌 若使用寬葉輪攪拌器 則要求轉速為1 2r min 攪拌時間4 8min 使凝乳粒子的直徑達到0 01 0 04min 技術控制 如果攪拌激烈 不僅會降低酸乳的粘度 而且由于大量空氣的混入 導致凝乳層下面形成乳清層的分層現(xiàn)象