发酵工艺学试题库

发酵工程发展史包括:传统发酵技术: 自然发酵、纯培养技术的建立、深层培养技术的建立、人工诱变育种、基因工程菌、发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术的建立

反馈调节包括：反馈抑制和反馈阻遏

在通气不充足时，糖和脂肪的氧化不完全，产生有机酸类的中间产物,这些都使培养基的pH 值下降。

如果无机氮源被同化，则培养基pH值会发生不同变化:生理酸性盐(被微生物利用后生酸的盐)的铵盐利用后，与其结合的酸游离，使pH值下降;生理碱性盐的硝酸盐(或有机酸盐)被利用后，则释放碱使其pH值上升。

啤酒按灭菌方式分

◆熟啤酒：经过巴斯德灭菌不含活体酵母（瓶，3-6个月；易拉罐，1年）

◆鲜啤酒：不经过巴斯德灭菌含活体酵母（存不大于7天）

◆纯生啤酒：特殊过滤以除去活体酵母（可长达1年）

啤酒发酵的原料包括: 麦芽、辅料（德、挪不加）、酒花、水

麦芽粉碎方法

1 干法粉碎

2 回潮干法湿法 4 连续浸渍湿法粉碎(70年代)

发芽力：发芽三天发芽麦粒百分率, 96%

活性物质产生菌的筛选的步骤：

筛选步骤：

样品采集样品预处理增殖培养菌种初筛菌种复筛性能鉴定传代稳定性实验菌株终选

代谢控制发酵：

利用遗传学或其他生化方法，人为的在DNA水平上来改变和控制微生物的代谢，使得有用的产物大量积累的发酵称为代谢控制发酵。

诱导作用

定义：生物与一种化学物质--诱导物接触的结果大大地增加了酶合成的速度。

分解代谢物阻遏

1、定义：培养基中某种基质的存在会减少（阻遏）细胞中相应酶的合成速率。如葡萄糖、精氨酸等受分解代谢物阻遏的酶.

反馈抑制：是一生物合成途径的最终代谢物抑制那一途径的前面第一或第二个酶的活性。反馈阻遏：终产物或其结构类似物阻止了催化途径中一个或几个酶的合成。

能荷

能荷= {[ATP]+ [ADP]}/ {[ATP]+ [ADP] + [AMP]}

能荷不仅调节形成ATP的分解代谢酶类的活性，而且调节利用ATP的生物合成酶类的活性。异柠檬酸脱氢酶和磷酸果糖激酶受高能荷的抑制，而丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶等在同一高能荷下被激活。

巴士德效应：啤酒酵母对各种可发酵性糖类的发酵均是通过EMP途径代谢生成丙酮酸后，进入无氧酵解或有氧循环，酵母在有氧TCA循环可获得更多生物能（38ATP），此时无氧发酵代谢就会抑制，这种抑制厌氧发酵代谢称为“巴士德效应”。

临界氧浓度：一般指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。

浸麦度（%）

浸麦后大麦的含水率即浸麦度(%)

浸后大麦总含水量

= ———————×100%

浸后大麦质量

库尔巴哈值=可溶氮/总氮35~41%

蒸发强度

ψ= ｛（V前－V后）／（V前×T小时）｝×100 %

( 8.0%～15.0%）

单位时间以小时计,所蒸发的水分占混合麦汁总量的百分比例，单位（%/小时）

巴氏热消毒单位，是消毒时间(min)和温度对数函数值的乘积：

Pu＝T×1.393(t-60)

式中T——在某消毒温度下维持时间min、

1.393——温度每增加7．1℃热致死率可以增加10倍的常数

真核微生物代谢调节部位

（1）溶质摄入（2）酶活力（3）核内转录（4）细胞质中转译

（5）代谢物摄取和脱离细胞器

诱导作用分子水平机制：

一、温度控制

(一)、温度对发酵的影响

1、温度对微生物生长的影响

2、温度对发酵的影响

3、温度还会影响生物合成的方向。

●从酶动力学来看，温度升高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于衰老，发酵周期的缩短，影响产物的最终产量。

●温度除了直接影响发酵过程中各种反应速率外，还通过改变发酵夜的物理性质，间接影响菌的生物合成。

(一)、pH对生长的影响

1、每种微生物都有自己的生长最适pH值。

2、不仅不同种类的微生物对pH值的要求不同，就是一同种微生物，由于pH值的不同，也可能会形成不同的发酵产物。

3、微生物生长的最适pH值和发酵的最适pH值往往不一定相同。

酒花的品种

（1）优秀香花（10%）精油>2.0~2.5%

α- 酸4.5~5.5%。如捷Saaz，德Spalter

（2）普及酒花（15%）精油0.85~1.6%

α- 酸 5.0~7.0% ，α：β=1.2 ~ 1.3

中国（新疆），德Hallerlang Golding ，美Fuggle

（3）兼型（25%）

（4）苦型（50%）α> 6.5~10.0% α：β=2以上

酒花制品

1、酒花粉(1mm以下)

2、颗粒酒花(酒花粉压成直径2~8mm，长15mm的短棒) 使用广泛

3、酒花浸膏

啤酒花作用：

使口味更加爽口，抑制杂菌污染，和蛋白质形成泡沫膜主要物质，促进高分子蛋白质分子沉淀。缺点：颜色加深，单宁、多酚类稳定性差。

大麦种含有的蛋白质种类包括:

蛋白溶解性分子量占大麦Pr%

水溶性—清蛋白溶于水和稀

中性盐及酸碱中7 万46%

盐溶性—球蛋白溶于稀中性盐及酸碱中21.5万30-32%

醇溶性—醇溶蛋白溶于50-90%乙醇中27.5万32-36%

不溶性—谷蛋白溶于稀碱中>30万25-30%

大麦发芽中变化

◆物理及表观变化

1）糖类变化多糖水解，可溶性糖积累

2）蛋白质变化蛋白质分解，用于合成新根芽和叶芽

3）半纤维素和麦胶物质的变化，即细胞壁分解

4）胚乳溶解

5）酸度的变化

发芽（人工）条件

（1）温度：5-350C（如>450C，胚芽损伤、死亡；<450C，发芽力降低）

（2）水分：25%（25-30%）43-48%（实际含水量）

（3）O2：前期需足够的O2，后期限制O2量。

（4）光线：紫外线对皮层色素影响，产生叶绿素有影响。

浸麦

目的：洗涤除尘，除微生物，提高麦粒含水量，浸去麦皮中有害成分

（1）除菌：加漂白粉、石灰乳、NaOH(pH10.5-11)

（2）调节pH减少多酚, pH升高，多酚溶解增加, 一般水pH 6.3-7.3，减少涩性，增强啤酒的稳定性。

3）促进发芽: GA3 (赤霉酸，脱落酸)

加GA3可使发芽周期由7天缩到4-5天，浸出物高12%

（4）空气调节

最旺盛期14-16oC,加空气。

作用：1）供应O2；2）带走热量；3）排CO2

麦芽的干燥Kilning malt

1、目的

（1）为了易于保藏，水降到2-5%，麦芽停止生长和胚乳继续溶解

（2）酶不活泼（水少）

（3）通过干燥使大麦中的臭味去掉，使大麦产生香味

（3）82oC加热三小时，使酶分解；Pr异构，变性凝固；使啤酒有长的保质期

焙烤过程中酶和物质变化

（1）酶

酶对干燥温度的抵抗力，不但取决于温度的高低，还依赖于麦芽中水分含量。一般酶损失量40-50%

淀粉酶余60-80%（淡）麦芽糖酶余90-94%

蛋白酶余90% β-葡聚糖酶余100%

（2）碳水化合物物

类黑精：本身作用抑制酶。害大于利，颜色加深。

其好处：1）保护其他物质（它有还原性）2）泡持性3）酸性4）增香性

5）胶体负电，稳定性升

（3）麦芽酚：增香剂，香气乘积效应。

（4）有害二甲基硫CH3SCH3 <10ppb 焙焦过程

糖化流程分为：

（1）粉碎麦芽和谷物（2）经糖化制成麦芽汁

（3）浸出物与麦糟经过滤分离（4）麦汁加酒花煮沸（5）麦汁冷却好的麦芽质量，是整个麦芽汁制备流程正常进行的前提。

麦汁制备所遵循的原则：

（1）原料中有用物质得到最大的萃取。

1T混合原料——>12°p 6.0-6.2m3

（2）有害物质，对啤酒风味、稳定性有副作用的物质最少进入。

（3）物质的绝对数量和配伍符合啤酒规范。

如：淀粉——>各种糖类、糊精的配比

（4）在啤酒酿造中，应用最短时间和最小的能量。

麦芽粉和微粉是溶解特别好的胚乳，糖化时极容易被酶分解成麦芽糖，如这部分比例大，浸出物收率就商，但由于蛋白质过度分散可能造成过滤困难或麦汁不澄清。

溶解良好的良好麦芽，胚乳组织疏松、胚乳物质已经得到良好和恰当的分解，并且富含水解酶，糖化时十分方便，因此，这种麦芽可以粉碎得粗一些。

溶解不良的麦芽，胚乳坚硬，含水解酶少，糖化比较困难，这种麦芽粉碎时，应适当细一些。但如果过细(细粉、微粉太多)，糖化虽容易，而麦芽醪过滤困难，甚至会降低总收率。·

刚出炉的麦芽或贮存吸水不足(低于6.0％)；的麦芽，太脆，粉碎时很容易把皮壳粉碎得太细，影响过滤。水分超过10％的麦芽，粉碎时胚乳易压成片状，达不到适宜的粉碎度。采用过滤槽法，其推动力是液体静压，过滤介质是麦芽皮壳等不溶性物质，它对麦芽粉碎的要求严格，要求皮壳尽可能完整。胚乳部分以粗、细粒为主，粉和徽粉比例适当小些，这样才能顺利过滤。

采用压滤机过滤，过滤推动力是泵送压力，，比静压大得多。过滤介质主要是涤纶滤布和皮壳，因此，对粉碎的要求低，麦芽粉碎细一些。并不影响过滤速度，反而可提高浸出物收率

啤酒麦汁的浸出物中糖类占90%，其中单糖约占糖类10％、蔗糖占5％、麦芽糖40—50％、麦芽三糖10-15%、DP4－DP8的寡糖20－25％，还有少量的戊糖、戊聚糖、β-葡聚糖、异麦芽糖。

▓啤酒酵母的可发酵糖和发酵顺序是：

葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖>麦芽三糖

糖化时的主要物质变化

1、非发芽谷物中淀粉的糊化和液化

淀粉的糖化

3、糖化过程蛋白的水解

糖化过程的其他变化

影响淀粉水解工艺的因素

◆麦芽的选择:（麦芽/辅料比）

◆非发酵谷物的添加:非发酵谷物种类、糊化液化程度及添加数量影响到糖化

◆粉碎度的调节

◆糖化温度的影响

糖化方法与设备

(一)、种类

三次煮出糖化法

煮出糖化法两次煮出糖化法

一次煮出糖化法

升温浸出糖化法

糖化方法浸出糖化法

降温浸出糖化法

复式一次煮出糖化法

其他复式浸出糖化法

谷皮分离糖化法

外加酶制剂糖化法

特殊糖化法

糖化过程控制方式

(1)酸休止：利用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲汀(植酸钙镁盐)的水解，产生酸性磷酸盐;利用乳酸菌繁殖产乳酸，此工艺条件是：温度为35～37℃，pH5.2～5.4，时间为30～90min。

(2)蛋白质休止：利用麦芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸(α-氨基氮)和利用内切肽酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸。蛋白质休止最佳pH为5.2～5.3，最适温度：形成α-氨基氮为45—50℃，形成可溶性多肽为50～55℃，作用时间为10～120min

(3)糖化分解：淀粉水解成可溶性糊精和可发酵性糖，对麦芽中β—淀粉酶催化形成可发酵性糖，最适温度为60～65℃(62.5℃)。α—淀粉酶最适活性温度为70℃。这两个酶共同作用，最适pH为5.5～5.6，作用时间为30～120 min。

(4)糖化终了：无论哪一种糖化方法，糖化终了，必须使醪中除了α—淀粉酶以外，其他水解酶均失活(钝化)，此温度为70一80℃。在此温度范围内主要依据需保留α—淀粉酶的量及考虑到过滤的需要。

采用上限温度，醪粘度小，过滤加快，有害物质溶解多，α—淀粉酶残留少。

(5)100℃煮出:部分糖化醪加热至100℃，主要利用热力作用，促进物料的水解，特别是使生淀粉彻底糊化、液化，提高浸出物收率。

三次煮出糖化方法

◆麦水混合:将每锅所需的麦芽粉送入糖化槽与糖化水混合,使温度保持35-37℃,30-60min ◆第一次煮沸：将三分之一浓醪液泵入糊化锅,其余三分之二留在糖化锅。加热到50 ℃，休止20S,升温到70 ℃，休止15-20min,最后以1℃/min的速率升温到100 ℃,使糊化锅内浓醪液煮沸。

◆一次浓醪泵回糖化槽，温度升至50-55℃，进行蛋白质休止，时间20-90min,注意搅拌。第二次煮沸:三分之一泵入糊化锅，升温至70 ℃，保温10min,以1℃/min的速率升温到100 ℃煮沸。

◆二次泵回糖化锅: 升至62-70℃,糖化30-60min。糖化所需要的时间，用0.1mol/L碘和碘化钾测试,液体无色或浅红色。

◆第三次煮沸: 静置，将上面清醪泵入糊化锅,迅速升温,煮沸。

◆三次泵回糖化：75-78℃终止糖化，10min结束

麦汁煮沸意义

①浓缩、蒸发(滤后浓度比定型麦汁低1-1.5°P ) ②高分子热凝固性蛋白质变性紊凝

③麦汁消毒④改善气味⑤增加香气⑥酒花成分的萃取

麦汁煮沸中的变化

1、酒花组分的溶解和转变

2、蛋白质多酚复合物的形成和分离

3、水分蒸发

4、灭菌、灭酶

5、麦汁色度上升(浓缩、焦糖及类黑精多酚氧化成醌及多聚酚)

6、酸度增加

7、还原物质形成

还原糖及其生成物、类黑精(易氧化),多酚、酒花苦味物质及少数带羰基的蛋白

8、其他物质变化：二甲基硫(DMS)含量变化，由褐变生成的糠醛、甲基糠醛、丙醛、异丁醛等气味物质挥

凝聚性（Flocculation）

啤酒酵母的凝聚特性是重要的生产特性，它会影响酵母回收再利用于发酵的可能，影响发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法选择乃至影响到啤酒风味。

粉末型酵母：发酵结束时，酵母单个或数个悬浮在液体中，即使轻微震荡，沉淀浮起。

凝聚型酵母：达到某发酵度酵母凝结沉淀，即使打散结块，短时间又结块。(不能酿造高发酵度啤酒)

弱凝聚型酵母：或絮凝性酵母，介于上述两者之间。

二、啤酒发酵机理

影响啤酒质量的主要因素：

⑴麦汁组成成分：

⑵啤酒酵母的品种和菌株特性：

⑶投入的酵母数量和质量状况，以及在整个发酵过程中酵母细胞生长状况。

⑷发酵容器的几何形状、尺寸和材料，它会影响到发酵流态和酵母的分布、二氧化碳排出。

⑸发酵工艺条件―PH、温度、溶氧水平、发酵时间。

⑹灌装、灭菌过程，（风味的改变）。、

传统啤酒主发酵

1、主发酵过程

▓前期：主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，利用糖类发酵释放自由能合成酵母细胞。此阶段糖降比较缓慢，而α－氨基氮下降迅速，由于有机酸产生和麦汁缓冲物质（磷酸盐和氨基酸）减少，麦汁pH下降迅速。

▓中期：酵母达到最高密度时，糖降最快。每天外观浓度下降可达1.5~2.0°p，VDK峰值出现在最高酵母密度后12~24小时。此阶段大量释放发酵废热，必须冷却保持最高发酵温度。

当发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度35~40％）酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，发酵糖度速率也随之降低，为了促进凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期逐步趋近于后酵温度。

▓后期：当主酵后期每日糖降小于0.3 °p时，发酵缓慢，泡沫消失，逐步形成泡盖，泡盖是由二氧化碳带至发酵液表面的多酚、酒花树脂、高分子蛋白质、接触空气氧化聚合而成的。在主酵结束前，小心捞去泡盖，即可下酒至后发酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。大罐发酵的特点

1.加速发酵——加速发酵理论

2.节省厂房投资，节省冷耗。

▓传统发酵在冷藏库内发酵和贮酒；而大罐发酵可部分或全部在室外，而且总面积少，厂房投资省。

▓传统发酵冷量多消耗在冷却厂房、空气、人、机器（泵、电机）；而大罐发酵直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高，大罐比传统节省50%左右冷耗。

3.CIP原位自动程序清洗消毒

4.大罐发酵弱点

⑴、罐体高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一般比传统低（只能使用5－6代）

⑵、贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化，如现在一般啤酒厂使用硅藻土、PVPP（聚乙酰聚吡咯烷酮）

⑶、由于大罐体积大，罐壁温度很难在短时间内达到一致，这样给发酵控制带来困难