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发酵罐中的酵母生长

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数以百计的化合物的最终混合决定了啤酒的口味。有些化合物的量很少,但也会严重影响啤酒的整体风味。麦汁的成分确定了最终产品中化合物可能的比例,但发酵是产生化合物并且适当混合以酿造出优质啤酒的过程。简言之,发酵就是将糖转化为酒精和二氧化碳,但是发酵实际上是产生许多化合物的非常复杂的过程。通过将酵母这种有生命的微生物加入到麦汁来完成这个转化过程。

    酵母细胞通过所谓“芽殖”过程进行繁殖。在此过程中,酵母细胞在细胞壁上形成许多气泡状的突起。母细胞上的突起形成子细胞,并且某些母细胞的细胞质和细胞核物质可以穿过细胞壁到达子细胞。根据酵母菌株的不同,母细胞和子细胞可能连在一起,或者明确地分成独立的细胞。子细胞继续用同样的方式繁殖,并导致酵母细胞总数的增长。

    主发酵过程分为两个阶段:一个简短的起发期或休眠期和一个对数生长期。从微生物学的观点看,还有一些阶段与酵母生长有关,但是它们不属于啤酒酿造工艺的一部分。

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                                                    酵母生长阶段
起发期

通氧发酵的麦汁在进入发酵罐后,就开始准备细胞生长的第一步。在起发阶段,也称为潜伏期或诱导期,不存在直观的活动或酵母生长。在此期间,酵母开始吸收细胞生长所需的氧气、养分和矿物质。此时不产生其他细胞。酵母使用麦汁中的氧气和养分产生繁殖所需的化合物。

起发期通常非常简短,但是可持续24小时,具体依赖于酵母细胞的健康程度和发育能力以及开始时的温度。起发期在细胞第一次分化时结束。此时,细胞开始加速分化,而且酵母细胞总数随时间增加。然后,酵母进入称为对数生长期的快速生长期。

对数生长期

酵母开始繁殖时,发酵速度随着新细胞的形成而快速增加。每个原始酵母细胞分化产生2个细胞。然后每个细胞分化,总共形成4个细胞。4个细胞再次分化,产生8个细胞,如此循环往复。

在对数生长期,酵母细胞的数量成对数增加。在加速的初期后,如图图17所示,生长速度基本为常数。发酵罐中的酵母细胞数从开始时的约每毫升2千万上升到最高每毫升8千万至1亿2千万。根据发酵温度,在80-100小时内达到峰值细胞数。对数生长期受限于麦汁中可消耗的养分数量。按照设计,制约的养分为氧气。

其它阶段

如果毫无干预地继续发酵过程,则酵母生长在固定期后将经历减速期,并最后经历一个细胞总数下降的阶段。

紧随着对数生长期后,当死亡细胞数和新形成的细胞数近似相等时,细胞总数会达到平衡状态。最后,由于发酵副产品中毒素的浓度增大,死亡细胞数超过生成的细胞数,细胞总数就会下降。由于我们有意在对数生长末期去掉酵母并将啤酒从发酵罐转移,所以这些阶段不是啤酒酿造主发酵工艺的组成部分。

主酵阶段

下表总结了大约5天中所发生的主发酵过程。在此期间,酵母细胞开始从麦汁中吸取营养,并将可发酵糖转化成酒精和CO2。如前所述,该反应为产热反应,需要外部冷却源来维持所需的发酵温度。本单元以后的章节将讨论这个过程。每次酵母细胞将糖分子转化为酒精时,啤酒中的表观浸出物的数量会减少。

开始时间

发酵活动

第一个12小时

无明显活动。

细胞总数不增长。

酵母开始吸收养分和氧气。


12 – 24小时

细胞开始分化和生长。

开始排放有机酸。

pH 值开始下降。

首次看到发酵信号。

发酵罐温度从接种温度开始增加。

细胞开始对数增长(18-24小时)。

24 – 36小时

通过控制通往发酵罐的乙二醇冷却液,达到和维持发酵温度。


36 – 72小时

高Kraeusen –发酵最激烈的阶段。

糖度减少最迅速的时期。

强有力的发酵。

大量泡沫。

继续维持发酵温度。


72 – 96小时

细胞总数达到峰值并开始减少。

停止吸收自由氨基酸  (FAN) 。

双已酰浓度达到峰值。

发酵罐锥底冷却打开。

96 – 110小时

快速降温以后转移到后酵罐。

    酵母细胞数达到峰值约3天后,发酵速度达到最大值。当可发酵性浸出液的供给耗尽后,酵母细胞开始絮凝并沉淀到发酵罐底部,发酵速度下降。

    浸出物转化为酒精的程度称为发酵度。该值通常用糖度值来表示(°B),它表示加酵母的麦汁中实际已经开始发酵的浸出液数量。有3个特定的发酵程度值对监控主发酵和后酵工艺非常重要:

·      最终发酵糖度

·      主酵糖度

·       发酵终了外观糖度
最终发酵糖度

对于给定的加酵母用麦汁样品,可用于转化的浸出物最大理论值。最终发酵糖度是浸出液中可通过发酵所有可发酵物质达到的最高的表观发酵程度。可通过酿造过程中产生的麦汁和实验室分析来确定其特征。通过主发酵和后酵来达到最终发酵糖度。

主酵糖度

主酵表观糖度是主发酵结束后,主发酵啤酒中保留的表观浸出物的数量。如图 18所示,在发酵期间,主发酵啤酒中的糖度不断减少。只要发酵罐中有啤酒,而且活性酵母细胞可用来支持发酵,则浸出物的数量将会继续减少。但是,需要将一定数量的可发酵性浸出液和酵母带入后酵罐中,以提高后酵的活力。

因此,当主发酵啤酒中的糖度达到最终发酵糖度以上的预定值时(通常为1.5 – 2.5°B 以上),就认为主发酵已经完成。在发酵序列的这个时刻,酵母开始絮凝,细胞数下降。在理想情况下,当啤酒在目标糖度时,而且细胞数下降到约每毫升6千万时,应该转移到后酵。当通过控制发酵罐冷却的方法来转移时,有可能影响酿造。

发酵终了外观糖度

发酵终了外观糖度是后酵结束后,啤酒中保留的表观浸出物的数量。过程如图19所示,外推到后酵罐发酵结束。可以观察到糖度慢慢减少,但是持续到最终的低值。发酵终了外观糖度应尽可能接近最终发酵糖度。由于经济原因,我们需要确保转化所有可用的发酵性浸出物。同时也需要防止将浸出液带到可能产生微生物和啤酒透明度问题的过滤过程中。本单元有关下面发酵的部分将详细讨论发酵终了外观糖度和后酵工艺。
——我不是懒,我只是懒得签名而已。PS:汽泡菌
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