啤
酒
工
艺
学
论
文
食品与生物工程学院
生物工程 08-01 班
卢振坤
[1**********]2
乳酸菌在啤酒发酵中的影响
摘 要:在啤酒工业中应用的发酵菌种为啤酒酵母, 但乳酸菌作为辅助菌也同样影响着啤酒的酿造过程。本论文综述了乳酸菌在生物酸化技术中的应用同时也对乳酸菌对啤酒酿造的有害影响进行了综述。 关键词: 乳酸菌; 生物酸化技术; 影响因素；
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。啤酒是根据英语Beer 译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。其生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。而且还有维护心脏健康，保护血管，降低糖尿病风险，提高认知能力，使骨骼强壮，喝剩的啤酒可用来清除煤气灶上的污垢除此之外啤酒可用来美容。
1 乳酸菌的生物酸化技术
1. 1 生物酸化技术的工艺流程
生物酸化技术是指从麦芽表面分离的非腐败型啤酒乳酸杆菌为菌种, 以啤酒厂未添加酒花过滤后的头道麦芽汁为培养基发酵生产乳酸, 调节糖化过程中糖化醪和麦芽汁的pH 值以满足啤酒酿造的需要, 而无需再添加额外酸。生物酸 化技术主要应用在麦汁制备阶段, 其主要工艺流程如图1。
应用生物酸化技术生产的啤酒达到绿色食品的标准, 生产实践已经证明乳酸菌生物酸化法生产的啤酒在品质上与传统方法生产的啤酒无明显差异。
1. 2 生物酸化技术中用到的乳酸菌菌种
生物酸化技术需要从麦芽表面分离的非腐败型啤酒乳酸杆菌或优秀乳酸生产菌为菌种, 其中, 德氏乳酸杆菌能很好地适应未加酒花的麦汁的生长环境, 生长速度快, 基本只产L- 乳酸, 很少生成双乙酰、胺类物质其他影响啤酒风味与口味的不利成分。此外该菌种还能适应较高温度的生长环境, 利于乳酸菌更旺盛地生长繁殖, 达到产酸快、多产酸的目的, 是理想的麦汁酸化菌种[ 5] 。
1. 3 生物酸化技术的工艺要点
在生物酸化技术中采用头道麦汁进行生产, 麦汁糖度14oP, 德氏杆菌接种量30% , 酸化温度42~ 45 , 培养时间24h 左右。制得的酸麦汁双乙酰含量低, 合理添
加不会对成品啤酒的品质造成不良影响。生物酸化法麦汁糖化工艺中, 酸麦汁用量为25mL/ L 麦汁, 对麦汁成分影响不大, 制成的啤酒品质符合国家标准, 在品质上与传统调酸法生产的啤酒无明显差异。
2 乳酸菌在啤酒生产中的有利影响
2. 1 乳酸菌可提高啤酒发酵液的酸度
通常在啤酒酿造过程中, 糖化醪的pH 值在5.7~ 5.8 之间, 不利于糖化生产, 在糖化生产中主要酶发挥最佳酶解的pH 值为5.4。为降低pH 值, 可添加盐酸、磷酸等来调酸。但盐酸和磷酸的H+解离度大, 会使醪液和麦汁pH 值波动较大。所以啤酒厂利用适宜的乳酸杆菌进行生物酸化调节麦汁pH 值具有现实意义, 而且更符合目前人们对自身健康的关注及开发绿色啤酒的趋势[ 6- 8] 。美国啤酒酿造业已全部用乳酸调节pH, 禁止再使用磷酸。
2. 2 乳酸菌对啤酒生产中其它杂菌的抑制
在啤酒发酵的过程中, 除了酵母菌的主发酵之外, 还存在着其它很多有害的杂菌, 对啤酒质量的好坏影响很大。乳酸菌在进行乳酸同型发酵时, 会产生许多抗菌活性物质, 如乳酸、二氧化碳、过氧化氢, 还有乳酸菌素( Nisin) 等, 抑制其它微球菌素( Nisin)是短乳杆菌分泌的一种热稳定性细菌素, 是重要的天然抗菌剂, 也是唯一的允许在食品上使用的安全生物( CRAS) 细菌素。现在广泛应用于轻工、食品和医疗等许多行业。在啤酒酿造中, Nisin 对于生长和发酵阶段的啤酒酵母活率没有影响, 在低pH 、酒花物质的环境,Nisin 活性也不受影响, 但是却几乎能够有效地抑制啤酒中已发现的所有的革兰氏阳性腐败菌, 从而提高啤酒的生物稳定性[ 12- 14] 。此外, 利用乳酸菌素还可以避免巴氏杀菌所带来的杀菌味和老化味, 从而保持啤酒的新鲜度。
2. 3 降低啤酒色度, 改善啤酒风味
众所周知, 口味柔和的淡色啤酒深受大众的喜爱。利用乳酸菌的生物酸化技术可降低麦芽醪pH 值, 从而减少了多酚类色素物质的溶出; 生物酸化麦有更多的还原物质, 可防止多酚氧化, 因此生物酸化可以赋予啤酒更加良好的色[ 15] 。生物酸化技术使羧肽酶活性提高, 可以加速-氨基氮的形成, 而可溶性氮含量的提高可以赋予啤酒醇厚丰满的口感, 使啤酒的风味更加宜人, 并且在乳酸菌的发酵过程中会产生各种维生素，使啤酒中增添了一些益生元素, 营养更加丰富[16-17] 。
2. 4 乳酸菌可以优化啤酒生产过程
乳酸菌生物酸化法可以提高蛋白酶、淀粉酶的活性, 使所有的分解过程进行的更快更彻底, 提高原料的利用率, 改善麦汁的组成成分和麦汁与啤酒的过滤性能, 提高啤酒的非生物稳定性。大麦中含有一定量的大麦树胶, 占大麦干物质的2%~ 2.5% , 它由戊聚糖和己聚糖组成。这种多聚糖具有较高的粘度。采用乳酸菌生物酸化技术一方面能够提高葡聚糖酶的活性, 大大降低葡聚糖、戊聚糖及总麦胶物质的含量, 从而降低麦汁粘度, 改善麦汁与啤酒的过滤性能及糖化收得率。另一方面乳酸菌生物酸化技术降低了麦汁pH, 不仅有利于活性单宁等物质的浸出, 从而在煮沸时有利于大分子蛋白质的凝聚沉淀, 而且更加接近啤酒混浊物的主要成分-球蛋白的等电点。由此可以大大提高啤酒的非生物稳定性及口味稳定性。生物酸化法还可以提高产品的最终发酵度。其中羧肽酶活性的提高可以加速-氨基氮的形成, 以-氨基氮为主的低分子氮作为酵母菌的主要氮源, 其含量的提高可以促进酵母菌的繁殖, 降低双乙酰峰值, 加快发酵液成熟。生物酸化可以 3 乳酸菌在啤酒生产中的不利影响
3. 1 啤酒生产过程中的污染乳酸菌
啤酒发酵工业中污染的乳酸菌, 大多是兼性好氧或厌氧的细菌, 在有氧和无氧条件下均能生长, 且适合在酸性环境下生长, 其中, 啤酒腐败的乳酸菌, 基本属于乳酸异型发酵, 产生不协调的气味、生物性混浊和沉淀, 它们对啤酒危害很大。乳酸菌可以通过冷却麦汁、空气、发酵罐及阀门等容器、酵母泥、各种添加剂、包装容器和瓶盖等途径进入到啤酒中。造成啤酒污染的乳酸菌目前发现的有十多种, 大多是乳杆菌和片球菌属, 还有少数微球菌属。植物乳杆菌和片
球菌是最常见的啤酒污染乳酸菌。
3. 2 乳酸菌对发酵液pH 变化的影响
发酵液中由于存在乳酸菌, 所以发酵液酸度增加, 当乳酸菌所造成的发酵液的酸度在适宜的范围内会促进发酵过程的进行。当菌浓度为104个/ mL 时, 就对啤酒发酵工业产生不利影响, 当菌明显降低。这主要是因为乳酸菌产生乙酸、乳酸污染率越高, 产酸量越大, 因而总酸值高,pH 值低[ 18] 。
3. 3 乳酸菌对酵母菌增殖和代谢的影响
适量的有益乳酸菌可以与酵母菌共存, 并不影响酵母菌的生长。但是发酵液中的过多的污染乳酸菌会使酵母菌的增殖和代谢受到抑制, 这是因为乳酸菌与酵母菌同时繁殖, 大量耗糖, 从而使降糖加快, 污染乳酸菌会与酵母菌进行营养竞争, 造成发酵过程中糖分解利用的浪费。并且乳酸菌生长所需营养繁多, 污染乳酸菌的大量繁殖使得麦汁中缺乏足够的氨基酸, 酵母合成细胞的速度减慢, 酵母菌的数目减少, 影响了啤酒发酵的正常进行。
3. 4 乳酸菌对啤酒主要风味物质的影响
在啤酒酵母的作用下, 其主要代谢产物是酒精和二氧化碳, 此外还有一系列的发酵副产物, 如戊醇、异戊醇、异丁醇及其酯类[ 19] 。啤酒中生成的杂醇油含量不能过高, 否则会使啤酒口味变差, 甚至引起头痛。双乙酰具有啤酒中最不受欢迎的黄油香气和口味, 它是由某些酵母生成的, 酿造时, 应防止双乙酰的累积量超标。污染乳酸菌后, 酒液中的风味物质组成发生较大变化, 其中正丙醇、丁酸乙酯的生成量减少, 而双乙酰、乙醛、等在增多。
参考文献:
[ 1] 栾金水. 这乳酸菌的研究应用进展[ J ] . 江苏调味副食品, 2001,16( 01) : 4~ 6.
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[ 3] 孔维宝, 冯凌蕾, 林小荣. 我国保健啤酒的研究进展[ J] . 啤酒科技, 2005(01) : 8~ 9.
[ 4] 龚庆芳, 孙军勇, 顾国贤. 生物酸化技术在啤酒生产中的应用[ J] . 酿酒科技, 2005, 17( 11) : 2~ 5 .
[ 5] 金世琳. 乳酸菌的科学与技术[ J] . 中国乳品工业, 1998, 26( 2) : 14~ 16, 20.
[ 6] 赵文静, 刘文俊, 李 妍. 乳酸菌定量分析方法研究进展[ J] .食品与发酵工业, 2009 ( 02) : 5, 24.
[ 7] 赵文静, 李 妍, 高鹏飞. 实时荧光定量PCR 技术在乳酸菌定量检测中的应用[ J] . 食品与生物技术学报, 2009( 04) : 3~ 11.
[ 8] 杨大伟, 田 晶, 徐龙权. 一种嗜碱菌微生物发酵法生产乳酸的条件优化
[ J] . 大连工业大学学报, 2010( 01) : 4~ 7.
[ 9] 刘庆玮. 乳酸菌产生的抑菌物质[ J] . 食品工业科技, 1990( 6) :33~ 36.
[ 10] 吴 敬. 奶酒中乳酸菌的分离及抗菌特性的研究[ J] . 内蒙古农业大学学报, 2002 ( 11) : 5~ 9.
[ 11] 易华西, 张兰威, 韩 雪. 乳酸菌细菌素抗菌潜力挖掘研究进展[ J] . 中国食品添加剂, 2010( 01) : 73~ 76.
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[ 14] 靳 烨, 兰凤英. 微生物防腐剂的研究与应用[ J] . 中国食品工业, 1998(03) : 3~ 9.
[ 15] 郝秋娟. 啤酒色泽及其影响因素[ J] . 啤酒科技, 2005( 02) : 7~ 11.
[ 16] 罗珍兰. 酵母菌在发酵乳制品中的有益作用[ J] . 中国乳品工业, 2004(06) : 105~ 109.
[ 17] 张瑞霖. 酸乳酪中的乳酸菌作用[ J] . 食品科学, 1980( 06) : 3~ 8.
[ 18] 成 成. 啤酒中的有害产酸细菌[ J] . 山东轻工业学院学报,2007(11) : 8~ 9.
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食品与生物工程学院
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卢振坤
[1**********]2
乳酸菌在啤酒发酵中的影响
摘 要:在啤酒工业中应用的发酵菌种为啤酒酵母, 但乳酸菌作为辅助菌也同样影响着啤酒的酿造过程。本论文综述了乳酸菌在生物酸化技术中的应用同时也对乳酸菌对啤酒酿造的有害影响进行了综述。 关键词: 乳酸菌; 生物酸化技术; 影响因素；
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。啤酒是根据英语Beer 译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。其生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。而且还有维护心脏健康，保护血管，降低糖尿病风险，提高认知能力，使骨骼强壮，喝剩的啤酒可用来清除煤气灶上的污垢除此之外啤酒可用来美容。
1 乳酸菌的生物酸化技术
1. 1 生物酸化技术的工艺流程
生物酸化技术是指从麦芽表面分离的非腐败型啤酒乳酸杆菌为菌种, 以啤酒厂未添加酒花过滤后的头道麦芽汁为培养基发酵生产乳酸, 调节糖化过程中糖化醪和麦芽汁的pH 值以满足啤酒酿造的需要, 而无需再添加额外酸。生物酸 化技术主要应用在麦汁制备阶段, 其主要工艺流程如图1。
应用生物酸化技术生产的啤酒达到绿色食品的标准, 生产实践已经证明乳酸菌生物酸化法生产的啤酒在品质上与传统方法生产的啤酒无明显差异。
1. 2 生物酸化技术中用到的乳酸菌菌种
生物酸化技术需要从麦芽表面分离的非腐败型啤酒乳酸杆菌或优秀乳酸生产菌为菌种, 其中, 德氏乳酸杆菌能很好地适应未加酒花的麦汁的生长环境, 生长速度快, 基本只产L- 乳酸, 很少生成双乙酰、胺类物质其他影响啤酒风味与口味的不利成分。此外该菌种还能适应较高温度的生长环境, 利于乳酸菌更旺盛地生长繁殖, 达到产酸快、多产酸的目的, 是理想的麦汁酸化菌种[ 5] 。
1. 3 生物酸化技术的工艺要点
在生物酸化技术中采用头道麦汁进行生产, 麦汁糖度14oP, 德氏杆菌接种量30% , 酸化温度42~ 45 , 培养时间24h 左右。制得的酸麦汁双乙酰含量低, 合理添
加不会对成品啤酒的品质造成不良影响。生物酸化法麦汁糖化工艺中, 酸麦汁用量为25mL/ L 麦汁, 对麦汁成分影响不大, 制成的啤酒品质符合国家标准, 在品质上与传统调酸法生产的啤酒无明显差异。
2 乳酸菌在啤酒生产中的有利影响
2. 1 乳酸菌可提高啤酒发酵液的酸度
通常在啤酒酿造过程中, 糖化醪的pH 值在5.7~ 5.8 之间, 不利于糖化生产, 在糖化生产中主要酶发挥最佳酶解的pH 值为5.4。为降低pH 值, 可添加盐酸、磷酸等来调酸。但盐酸和磷酸的H+解离度大, 会使醪液和麦汁pH 值波动较大。所以啤酒厂利用适宜的乳酸杆菌进行生物酸化调节麦汁pH 值具有现实意义, 而且更符合目前人们对自身健康的关注及开发绿色啤酒的趋势[ 6- 8] 。美国啤酒酿造业已全部用乳酸调节pH, 禁止再使用磷酸。
2. 2 乳酸菌对啤酒生产中其它杂菌的抑制
在啤酒发酵的过程中, 除了酵母菌的主发酵之外, 还存在着其它很多有害的杂菌, 对啤酒质量的好坏影响很大。乳酸菌在进行乳酸同型发酵时, 会产生许多抗菌活性物质, 如乳酸、二氧化碳、过氧化氢, 还有乳酸菌素( Nisin) 等, 抑制其它微球菌素( Nisin)是短乳杆菌分泌的一种热稳定性细菌素, 是重要的天然抗菌剂, 也是唯一的允许在食品上使用的安全生物( CRAS) 细菌素。现在广泛应用于轻工、食品和医疗等许多行业。在啤酒酿造中, Nisin 对于生长和发酵阶段的啤酒酵母活率没有影响, 在低pH 、酒花物质的环境,Nisin 活性也不受影响, 但是却几乎能够有效地抑制啤酒中已发现的所有的革兰氏阳性腐败菌, 从而提高啤酒的生物稳定性[ 12- 14] 。此外, 利用乳酸菌素还可以避免巴氏杀菌所带来的杀菌味和老化味, 从而保持啤酒的新鲜度。
2. 3 降低啤酒色度, 改善啤酒风味
众所周知, 口味柔和的淡色啤酒深受大众的喜爱。利用乳酸菌的生物酸化技术可降低麦芽醪pH 值, 从而减少了多酚类色素物质的溶出; 生物酸化麦有更多的还原物质, 可防止多酚氧化, 因此生物酸化可以赋予啤酒更加良好的色[ 15] 。生物酸化技术使羧肽酶活性提高, 可以加速-氨基氮的形成, 而可溶性氮含量的提高可以赋予啤酒醇厚丰满的口感, 使啤酒的风味更加宜人, 并且在乳酸菌的发酵过程中会产生各种维生素，使啤酒中增添了一些益生元素, 营养更加丰富[16-17] 。
2. 4 乳酸菌可以优化啤酒生产过程
乳酸菌生物酸化法可以提高蛋白酶、淀粉酶的活性, 使所有的分解过程进行的更快更彻底, 提高原料的利用率, 改善麦汁的组成成分和麦汁与啤酒的过滤性能, 提高啤酒的非生物稳定性。大麦中含有一定量的大麦树胶, 占大麦干物质的2%~ 2.5% , 它由戊聚糖和己聚糖组成。这种多聚糖具有较高的粘度。采用乳酸菌生物酸化技术一方面能够提高葡聚糖酶的活性, 大大降低葡聚糖、戊聚糖及总麦胶物质的含量, 从而降低麦汁粘度, 改善麦汁与啤酒的过滤性能及糖化收得率。另一方面乳酸菌生物酸化技术降低了麦汁pH, 不仅有利于活性单宁等物质的浸出, 从而在煮沸时有利于大分子蛋白质的凝聚沉淀, 而且更加接近啤酒混浊物的主要成分-球蛋白的等电点。由此可以大大提高啤酒的非生物稳定性及口味稳定性。生物酸化法还可以提高产品的最终发酵度。其中羧肽酶活性的提高可以加速-氨基氮的形成, 以-氨基氮为主的低分子氮作为酵母菌的主要氮源, 其含量的提高可以促进酵母菌的繁殖, 降低双乙酰峰值, 加快发酵液成熟。生物酸化可以 3 乳酸菌在啤酒生产中的不利影响
3. 1 啤酒生产过程中的污染乳酸菌
啤酒发酵工业中污染的乳酸菌, 大多是兼性好氧或厌氧的细菌, 在有氧和无氧条件下均能生长, 且适合在酸性环境下生长, 其中, 啤酒腐败的乳酸菌, 基本属于乳酸异型发酵, 产生不协调的气味、生物性混浊和沉淀, 它们对啤酒危害很大。乳酸菌可以通过冷却麦汁、空气、发酵罐及阀门等容器、酵母泥、各种添加剂、包装容器和瓶盖等途径进入到啤酒中。造成啤酒污染的乳酸菌目前发现的有十多种, 大多是乳杆菌和片球菌属, 还有少数微球菌属。植物乳杆菌和片
球菌是最常见的啤酒污染乳酸菌。
3. 2 乳酸菌对发酵液pH 变化的影响
发酵液中由于存在乳酸菌, 所以发酵液酸度增加, 当乳酸菌所造成的发酵液的酸度在适宜的范围内会促进发酵过程的进行。当菌浓度为104个/ mL 时, 就对啤酒发酵工业产生不利影响, 当菌明显降低。这主要是因为乳酸菌产生乙酸、乳酸污染率越高, 产酸量越大, 因而总酸值高,pH 值低[ 18] 。
3. 3 乳酸菌对酵母菌增殖和代谢的影响
适量的有益乳酸菌可以与酵母菌共存, 并不影响酵母菌的生长。但是发酵液中的过多的污染乳酸菌会使酵母菌的增殖和代谢受到抑制, 这是因为乳酸菌与酵母菌同时繁殖, 大量耗糖, 从而使降糖加快, 污染乳酸菌会与酵母菌进行营养竞争, 造成发酵过程中糖分解利用的浪费。并且乳酸菌生长所需营养繁多, 污染乳酸菌的大量繁殖使得麦汁中缺乏足够的氨基酸, 酵母合成细胞的速度减慢, 酵母菌的数目减少, 影响了啤酒发酵的正常进行。
3. 4 乳酸菌对啤酒主要风味物质的影响
在啤酒酵母的作用下, 其主要代谢产物是酒精和二氧化碳, 此外还有一系列的发酵副产物, 如戊醇、异戊醇、异丁醇及其酯类[ 19] 。啤酒中生成的杂醇油含量不能过高, 否则会使啤酒口味变差, 甚至引起头痛。双乙酰具有啤酒中最不受欢迎的黄油香气和口味, 它是由某些酵母生成的, 酿造时, 应防止双乙酰的累积量超标。污染乳酸菌后, 酒液中的风味物质组成发生较大变化, 其中正丙醇、丁酸乙酯的生成量减少, 而双乙酰、乙醛、等在增多。
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