影响酵母自溶的因素及控制措施

编辑 大曲
发布于: 2011-07-27 00:00
 

啤酒酿造中啤酒酵母是至关重要的。啤酒厂的酵母管理事关啤酒质量和过程的有效性,酵母细胞必须保持完整,无论是在发酵期间、啤酒液还是酵母回收和贮存过程中。由于酿造过程中许多环境因素的影响,会有部分酵母死亡甚至产生自溶。当啤酒中有5%以上的啤酒酵母自溶时,啤酒会产生明显的酵母味、苦味和涩味,并伴随出现其他方面的质量问题。自溶酵母都是衰老的死酵母,实际酿造中不可能完全防止酵母细胞的自溶,只有控制自溶限度,减轻酵母自溶对啤酒质量的影响。

    “自溶”一词源自英文“autolysis”,意即“自动(自我、自发)分解作用”。自溶并非啤酒酵母独有,而是细菌、酵母等微生物普遍存在的一种生理现象。酵母细胞中含有较多的酶,在正常条件下,健壮的酵母胞内酶不会外泄,在不利的环境(如温度较高、营养缺乏等),酵母活力下降,衰老以至死亡,酵母细胞自身的各种水解酶类(如蛋白水解酶、核糖核酸酶、腺苷酸激酶等)作用于各自相应的特定底物,从而发生细胞的自我分解作用,即自溶,俗称酵母“内耗”。自溶可以看作是酵母受损过程的最终了结。

一、影响酵母自溶的因素

1.麦汁组分

(1)麦汁营养

麦汁的营养成分对啤酒酵母的代谢非常重要。麦汁中可发酵性糖含量及各种糖的比例、α-氨基酸、pH值、无机盐及生长素等营养成分缺乏或不合理,均会导致酵母增殖所需物质合成不畅,代谢缓慢,酵母衰老,从而增加酵母的死亡及自溶的可能性。

(2) 无机离子

锌是酵母发酵代谢的主要微量元素,是乙醇和醛的脱氢酶的辅助因子,锌离子于乙醇生成量有直接关系。锌离子的存在对酵母的生长繁殖有促进作用,新生细胞所占比例高,酵母细胞活力增强。麦汁中锌离子的含量不得小于0.20mg/L,但也不要超过2mg/L。锌离子浓度过高,虽然促进酵母生长,但酵母易衰老、自溶,凝聚性也表现较差。镁离子是核酸合成中起主导作用的阳离子,是超过300种酶的辅助因子。镁离子于酵母生长、新陈代谢和发酵能力密切相关。酵母对镁的需求是绝对的。镁离子缺乏,酵母不能通过最佳代谢途径新陈代谢。镁离子还可以保护酵母免受一些应力如温度、渗透压等的损伤。提高镁的浓度对提高最初发酵速度、有效利用麦汁以及乙醇的生成和酵母的存活率都有益处。钙离子参与控制酵母细胞的生理状态,适量浓度的钙离子,可以保证酵母的凝聚性。麦汁中铜离子含量高于0.1 mg/L时,易诱变酵母,抑制酶的活性。铅离子、二价锡离子、六价铬离子等金属离子对酵母有毒性,会使酵母细胞失去活性。麦汁中铁离子含量高于1.0mg/L时也会使酵母早衰,增加死亡及自溶的概率。亚硝酸根离子对酵母细胞有强烈的毒性,它会改变酵母的遗传和发酵,甚至抑制发酵。麦汁中有效磷含量不足时,啤酒酵母的整个生活过程都会受到不良影响。

(3) 溶解氧

 当麦汁中溶解氧过低时,会使酵母提前进入静止期,酵母活力下降,容易造成酵母细胞的衰老死亡及自溶。在汉生罐或啤酒酵母储存罐保存酵母时,酵母接触氧,会加剧酵母的死亡及自溶。

2.麦汁浓度

酵母细胞内的渗透压必须大于麦汁/啤酒的渗透压,酵母才能出芽。酵母在高浓度麦汁中(>16°P)发酵,由于高浓带来的高渗透压,高酒精度,酵母对营养的吸收和正常的新陈代谢都受到影响,酵母也难于完成一些正常生理功能如出芽,不仅影响酵母的增殖,而且,如果发酵终了时酵母出芽不完全,这些酵母在后酵更易自溶。

3.温度

温度是影响酵母自溶最重要的因素之一。温度可以影响酵母细胞质膜的液晶结构以及酶的活性,从而引起酵母细胞的衰老、死亡、自溶。温度越高,酵母越易自溶。

(1)大罐发酵,若温度控制不好,经常会发生下温>中温<上温,即上部发酵液不参与对流,上部发酵温度会升高,使高级醇升高,酵母衰退,衰老的酵母较长时间悬浮于高温酒液中,易产生自溶。若下温<中温,底部不对流,特别是凝聚点早的菌株,酵母结沉,营养供应中断,酵母早衰,增加酵母自溶几率。

(2)发酵温度忽高忽低,还原期升温升压过迟,发酵过程高温持续时间长,都会促进酵母死亡率。发酵双乙酰还原结束后,应及时排放锥形罐底部的啤酒酵母,如果排放不净,底部降温困难,温度上升易引起酵母死亡、自溶。

(3)在低温条件下酵母也能发生自溶,只是速度缓慢。0℃贮酒时间长,酵母死亡率增加,过多自溶在酒中。随着温度的上升,啤酒酵母细的自溶增加。提高发酵温度,可以使酵母代谢作用加快,缩短发酵时间。但是容易导致有害副产物的增加,而且加速啤酒酵母的衰老、死亡和自溶。

(4)发酵罐降温慢,温度在规定的时间降不下来,加之现在很多啤酒厂发酵罐锥底没有冷排或冷却夹套,致使锥底酵母长时间处于高温下,极大的增加了酵母的死亡率和自溶率。

4.压力

在等渗或近似等渗的溶液环境中,酵母细胞可与外界进行正常的物质交换,进行正常的新陈代谢,酵母细胞保持正常的细胞结构和功能。在低渗溶液中,水分向细胞内转移,细胞膨胀甚至胀破,引起死亡、自溶。而在高渗溶液中,细胞便会脱水,以致引起质壁分离,导致细胞死亡自溶。

(1)当发酵液急剧冷却时,操作不当,有可能导致罐内酒液剧烈对流,使已沉淀于罐底的衰老酵母再次悬浮,在升到上部,压力骤降而导致酵母破壁自溶。

(2)发酵封罐压力过高,一些酵母细胞会死亡。压力突然降低,可能造成凝固物及沉降酵母二次悬浮,致使冷凝固物回溶,酵母回溶。酵母回收添加时,压差变化太大,会引起酵母细胞壁的爆裂,增加酵母的死亡率。

5. pH

PH过高或过低都不利于酵母的正常生长与发酵,而往往会加速酵母的衰老、死亡和自溶。

6.酵母使用代数和酵母添加量
     酵母使用代数过高(>5),将会将大量衰老死亡以及污染度高的酵母带入下一批发酵液,酵母生理机能衰退,自溶率会显著升高。酵母添加量过大,发酵罐中满罐酵母数过高,麦汁中α-氨基氮迅速被同化,会造成酵母繁殖生长代数相对较少,即新增酵母浓度过低,后期缺乏营养,酵母“内耗”,极易衰老死亡。如果自溶酵母再接种使用,则会引起恶性循环。

7.待滤酒细胞数

    待滤酒细胞数过高,酵母自溶率亦高,酵母自溶亦多。

8.酵母回收、贮存、使用、排放

酵母回收、贮存、使用时处理不当也会造成酵母自溶增加。酵母排放不及时,易造成酵母及冷凝固物沉降慢,酵母死亡率高,自溶多。

9.杂菌污染

酵母的污染,必然使啤酒酵母受到伤害,酵母活力下降,极易导致自溶增加。

10.酒花

麦汁中添加酒花浓度过高,也会使酵母活性受到影响。
11.酶制剂

酿造中添加的酶制剂如α—乙酰乳酸脱羧酶等会造成酵母的提前衰退,造成酵母自溶增加。

12.消毒剂残留

 消毒剂排不干净,残留罐内,会抑制酵母生长,酵母老化、活力下降,死亡率和自溶率将会增加。而且对发酵速度、双乙酰还原等都有直接影响。因此在刷罐时应严格按照刷洗规程操作,最后一遍冲洗水不可过短(15分以内)。如所用消毒剂不用水冲,消毒剂循环结束后,放置1小时,再打开罐底,排净残液,可有效减少消毒剂残留。

二、酵母自溶对啤酒质量的影响

酵母自溶释放的物质对啤酒的某些特性危害极大,包括风味、口感、色泽、和泡沫质量等。但是也应该看到,在酿造的很多方面,酵母自溶的影响并不完全都是负面的,小分子的释放如氨基酸和核苷,在某些情况下可改善啤酒风味和口感。

1.对啤酒风味稳定性的影响

酵母自溶后,大量胞内物质溶入啤酒,使啤酒色泽变差,甚至失光。葵酸已酯的溶入,使啤酒具有“酵母味”。酵母自溶后释放出的氨基酸,有很多是呈味物质,如组氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、鸟氨酸等,加重啤酒苦味、涩味,使啤酒具有“酵母苦”。酵母自溶也会使酵母细胞中的双乙酰及其前体物质溶入啤酒,使啤酒产生双乙酰味。这都必然削弱啤酒的爽口感。

2.对啤酒泡沫稳定性的影响

酵母自溶时释放的游离脂肪酸,除了影响啤酒风味外,还会破坏啤酒泡沫的平衡。低水平的酵母自溶可对啤酒泡沫有显著危害,尤其是经膜过滤的啤酒危害更甚,而且对于巴氏杀菌的啤酒也有危害,因为酵母释放的蛋白水解酶在发酵、后贮及巴氏杀菌前可作用于敏感蛋白,降解对泡沫有利的蛋白质,导致泡沫稳定性损失。脂肪酸直接影响泡沫的形成和稳定性。

3.对啤酒胶体稳定性的影响

随着酵母自溶的增加,啤酒的胶体稳定性会越来越差,啤酒浊度不断上升,甚至有悬浮物和沉淀析出,致使过滤困难,增加过滤成本。

4.对啤酒生物稳定性的影响

酵母自溶将部分碳水化合物、氨基酸、小分子肽等营养物质释放至啤酒,有助于细菌特别是乳酸菌等微好氧菌的生长,从而加大了发酵液的污染。生物稳定性变差。

5.对总酸、pH的影响

(1) 对总酸的影响

①酵母自溶液中的核酸类物质增加了啤酒的总酸量。

②以蛋白质为主的物质在总酸滴定中与NaOH反应而变性,使总酸计算结果偏高。

(2)对pH的影响

自溶释放的蛋白质、氨基酸等当点较高(一般5~8),使啤酒pH相对升高。但啤酒的缓冲能力较强,PH值变化不会太大,且不呈线性关系。

三、预防酵母自溶的措施

1. 选育优良的酵母菌种

    这是预防酵母自溶的根本。啤酒厂应每年至少一次进行酵母菌种的筛选。优良酵母菌株菌落特征:直径5mm以上,乳白色,表面光滑,有光泽,有少量皱纹,易被接种针挑起,菌落向中央突起,边缘较整齐。镜检:细胞形态均一,大小一致,细胞壁平滑,细胞质透明均一。然后进行二级、三级、四级筛选,选择发酵性能好,凝聚性适中的酵母作为生产用菌株。

2.制备组分合理的麦汁

根据所用原料状况,调整糖化工艺,尽量使麦汁组分合理,满足酵母生长需求。酵母扩培用麦汁可酌情添加酵母营养盐。

3.控制好麦汁、发酵液的pH

4.严格发酵工艺

(1)控制最高发酵温度,缩短高温时间。均匀控制好发酵各时间段的温度、时间,避免温度有大幅度波动,适当控制对流强度。大罐不特别高(如<15m)各段温差△t=0.3℃(≯0.5℃),降糖速度在第二天控制在<2°P/天,这样不仅能有效的预防酵母自溶,而且,酿成的啤酒风味也较协调、柔和。

(2)控制酵母使用代数,掌握好酵母接种量。

(3)选用凝聚性较好的酵母,以降低后酵液中酵母浓度,减轻自溶隐患。

(4)在后贮阶段,应注意将发酵罐的废酵母及时排掉。

5.严格酵母管理酵母。包括酵母回收、储存、使用、排放。

(1)酵母回收

酵母发酵完后,沉降于罐底(下面酵母),就应及时回收。过晚,酵母在罐底高温(温度通过乙醇毒性而加速细胞死亡)、高渗透压、高CO2浓度、高酒精度、营养缺乏的恶劣环境中活力将下降,这样的酵母不大适用接种。因为在下一轮发酵中麦汁开始明显降糖之前,酵母可能早早表现出发酵能力不足。酵母回收应采用“掐头去尾”回收工艺,尽量减少衰老酵母的回收量。对从锥形罐回收的酵母进行处理,以提高活性酵母的比例和活力。酵母回收应在主酵结束后,在等压条件下进行,控制酵母流速,不可过快,避免损伤酵母。回收结束后应立即降温(也可边回收边降温)和缓慢释压,将CO2驱赶出去(可通过搅拌)。

(2)酵母储存

①发酵罐储存

应保持好锥底温度,主酵结束后锥底可先行降温,确保酵母泥的低温储存。同时避免温度的回升和发酵液的对流。

②酵母罐储存

酵母的保存必须遵循“低温保存,短期保存、单一品系保存”的原则,温度控制2~4℃,时间不超过48小时,因为储存酵母活性每天损失约1%。储存方式有添加发酵液的,有添加麦汁的,有添加无菌水的,其目的都是稀释酵母泥,利于降温和保持酵母休眠的基本营养,有利于保持酵母的活性和活力。贮存时间尽可能短,贮存期间尽可能避免接触氧。

(3)酵母使用

①使用强壮、活性高的酵母则降糖、双乙酰还原快,酵母处于高温时期相对短,自溶相对较少,也有利于啤酒稳定性的提高。储存的酵母在使用前,应检测活性和活力以及浓度等指标,确定酵母添加的数量,保证满罐酵母数符合工艺要求。

② 再次接种前(2~3小时),应对酵母进行充氧,加速酵母出芽,使接种后不会推迟发酵。

(4)酵母排放

    废弃不用的酵母应尽早排放掉。贮酒期间锥底沉降的废酵母每周应排放两次。

6.严格卫生管理

(1)从酵母扩培开始,就要建立一套完整有效的微生物控制系统,严格控制各个环节的酵母不被杂菌污染。

(2) 与酵母直接接触的物料、容器、工具等都必须努力控制在无菌状态,扩培阶段要比生产过程更严格,使用低代酵母要比高代酵母更严格。

(3)加强环境管理,尽可能的保持地面干净。

(4)按照无菌操作的要求严格控制生产过程的杂菌污染。

(5)酵母使用过程始终注意保持无菌条件,进行较为彻底的消毒杀菌。

7.加强一线技术工人的培训

    啤酒是酿造出来的,一线技术工人的技术素质决定着啤酒的口感和质量。加强一线技术工人的培训,提高其质量意识和操作水平,这是实现啤酒向更高质量迈进的重要环节。

参考文献(略)

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