发酵过程中异常情况及解决措施

发酵过程中异常情况及解决措施金星集团信阳啤酒有限公司黄华龙465100 发酵液的澄清是一种自然的凝聚、沉降悬浮颗粒（包括酵母、冷凝固物等）的过程，这是一种简单但由耗时比较长的形式，这种自然沉降遵循斯托克斯定律（球形物体在流体中运动所受到的阻力，等于该球形物体的半径、速度、流体的黏度与6π的乘积）。

这个定律叫做斯托克斯定律：如果物体在流体中因自身的重量而下落，根据上面公式，则为最终速度。

）从上式中可以看出，发酵液的澄清即悬浮混浊颗粒的沉降，受混浊颗粒的大小和液体黏度的影响较大，因此，要加速发酵液的澄清，必须设法去减小液体的黏度，增加混浊颗粒相互凝聚成大颗粒的机会。

其次，对自然澄清的形式来说，液体中混浊颗粒的沉降还与沉降的距离、液体的运动程度有关，因为液体的不规则运动和较大的沉降距离都不利于颗粒的沉降，因此贮酒时的静止、罐的直径或高度都是发酵液澄清的重要条件。

1、贮酒期发酵液澄清不好的原因：经过规定时间的静止贮酒以后，发酵液仍然混浊不清，造成这种现象的主要原因有：a)原料质量差（麦芽溶解度差），糖化效果不良，带入后发酵许多胶黏性物质（如葡聚糖、糊精等），导致发酵液的黏度较高，影响颗粒物质的沉降；b)贮酒酒龄太短，凝固物颗粒与酵母沉降时间不足；c)升温糖度提前，导致大量的混浊物质和酵母悬浮，随着温度的不断降低，冷凝固物细粒不断析出，但没有能凝聚成较大颗粒物质沉降；d)封罐糖度偏高，酵母细胞数偏多，导致后发酵持续时间较长，液体处于运动状态，混浊颗粒不易沉降；e)发酵温度偏高，发酵液PH偏高，都会影响冷混浊等颗粒物质的凝聚沉降，较高的PH还会使发酵液黏度有所上升，影响澄清；f)酵母凝聚性能太差，发酵度太低，制麦过程和糖化过程中蛋白质分解程度不足，或是去除冷、热凝固物效率太低，都会影响发酵液的澄清；g)麦汁或发酵液污染杂菌，发酵液酸化，会使部分凝固物颗粒带有相斥电荷，不能凝聚沉降；h)添加高泡酒的发酵液静置时间太短。

发酵液澄清不良一般只能通过延长澄清时间或添加澄清剂如单宁、鱼胶等加以处理，对一些因发酵不旺盛或发酵度偏低造成的后发酵液澄清不良，可以添加10-15%的高泡酒加以改善。

如果能控制好原料质量，特别是麦芽的溶解度（蛋白质和葡聚糖等胶体物质的分解程度），控制好麦汁组成（糖化效果）、酵母质量和微生物，加上对发酵温度等一些工艺条件的控制，发酵液澄清不良的情况是可以减少或避免的。

2、发酵降糖太慢：在主发酵过程中，每天降糖的速度不是完全一致的，在高泡期间降糖速度比较快，在起始发酵和终止发酵前的一段时间内，降糖速度稍慢一些。

所谓降糖速度慢指的是高泡期间降糖值不足1°P。

这种不正常的现象将会影响发酵设备的周转与啤酒的产量。

降糖速度慢大致有以下原因：1)麦汁组成不良a)麦汁可发酵性糖偏低，非糖类物质含量偏高，使酵母起发后即停止发酵或发酵迟缓；b)麦汁a-N偏低；c)溶解氧含量少；d)嘌呤核嘧啶类含量不足，影响酵母发酵的速度；2）酵母质量差b)酵母菌种不良，发酵性能极差；c)酵母使用代数较高，死亡率高；d)酵母衰老，出芽率低，增殖速度慢，或酵母凝聚过早；e)酵母添加量少，添加后混合不均匀，悬浮酵母细胞数少，起发速度慢；f)酵母贮养时间长，在添加前没有进行麦汁活化处理，酵母代谢活性较差，酵母的滞缓期相应延长，或是因贮养时间过长，死亡率增加。

3)发酵温度控制不当a)麦汁冷却温度过低，酵母增殖速度慢，起发速度慢；b)主发酵冷却速度过快，使发酵液迅速降温，酵母过早凝聚沉降；c)麦汁PH控制不当；（PH偏低，酵母易沉降，使悬浮细胞数少；PH偏高，使植酸盐不能充分分解为肌醇和磷酸盐，使酵母生长机能受阻，发酵性能降低。

若出现前期酵母降糖速度慢，有以下处理办法：a)进入高泡期后，降糖速度仍慢，可以暂时不降温，可适当提高温度0.5-1°C或适当追加强壮的酵母和新鲜的麦汁，以维持正常的发酵；b)如降糖速度随着时间的延长和温度的升高仍没有明显的改善，则可以将此发酵液分割2-3罐，分别追加强壮的酵母和新鲜的麦汁，进行适当的调整与补偿；3、发酵过程降糖太快:1)原因：a)酵母添加量过多，繁殖酵母细胞数太高；b)酵母添加时，麦汁温度太高，如超过10°C，使酵母迅速增殖，发酵降糖太快；c)发酵过程温度控制不当，高温持续时间长；d)麦汁组成很好，可发酵性糖和a-N含量高，供氧过于充足，促使酵母发酵过于旺盛；2)处理方法:a)控制酵母添加量；b)合理控制满罐麦汁温度，控制好发酵温度；c)调整原辅料配比，调整糖化工艺，控制麦汁组分中可发酵性糖的比例；d)调整麦汁充氧量，防止充氧过度。

4、发酵罐罐壁结冰1)原因：a)冷媒温度太低；b)发酵罐冷带夹套设计不合理；c)测温点布置不合理，不能真实反映罐内温度，造成控温误差；d)罐内酒液对流差。

2)处理方法：a)控制冷媒温度-4～-6°C,不应低于-8°C；b)冷却面积，冷却段布置合理，冷媒介质的进口部设计在发酵罐的低温区；c)测温点部设在冷却带上；d)低温贮酒时间不宜太长。

5、大罐酵母出现了污染，但生产上又缺少酵母，不能丢弃，应如何处理？大罐回收酵母一般不清洗，如污染杂菌，可采用酸洗。

首先将食用磷酸用无菌水稀释一倍，酵母泥在低温状态下边搅拌边加入稀释磷酸，使酵母泥PH为2.2-2.8，保持0.5-3hr，即直接接种与麦汁中。

酵母泥PH及处理时间随污染状况定，污染严重，PH应低，时间应长些。

酵母泥处理时间应和使用时间配合好，处理后即可使用。

6、贮酒期结束时，双乙酰含量偏高的原因，如何处理？迄今为止，已知的啤酒生产中形成双乙酰的途径可能有3个:i.在酵母合成代谢过程中，当a-酮酸合成缬氨酸的时候会产生一种必然的中间产物，称为a-乙酰乳酸，a-乙酰乳酸通过非酶分解（但需要一定温度条件）即形成双乙酰。

ii.乙酰辅酶A与羟乙基胺素的焦磷酸盐（称活性乙醛）的直接缩合，进一步放出辅酶A而双乙酰。

iii.污染了可以生成双乙酰的杂菌，主要是片球菌。

这三种途径中的第一种产生双乙酰的数量最多，而且不同的酵母菌种，不同的发酵速度，不同的麦汁组成，产生双乙酰及其前驱的数量也不同。

由于双乙酰对酵母菌有毒害作用，所以酵母菌一般具有还原双乙酰的能力，可以把双乙酰还原成丁二醇，从而减少对啤酒口味的影响。

在整个发酵过程中，双乙酰形成和被还原主要在主发酵过程中完成。

这是因为酵母菌在主发酵期间有旺盛的代谢活力，会在合成缬氨酸的同时形成a-乙酰乳酸，而活性乙醛的形成也会产生一定数量的双乙酰。

但是，由于主发酵期间大量的悬浮酵母细胞又会很快将双乙酰还原，所以主发酵是双乙酰大量形成而又大量被还原的过程。

影响和消除双乙酰的方法：1）减少a-乙酰乳酸的生成：a)酵母菌株：现代研究发现，酵母菌株不同，由活性乙醛和酮酸合成a-乙酰乳酸的缩合酶活性差异很大。

在相同发酵条件下，有的双乙酰峰值达0.8～1.2mg/L，有的仅0.3～0.4mg/L，这也证明前驱物质a-乙酰乳酸合成量有很大差别。

这些低双乙酰峰值的菌株，可以用化学诱变法获得，也可以从传统菌株自然变异中优选出来。

b) 提高麦汁中a-N 水平：有实验证实把麦汁中缬氨酸水平从 85mg/L 增加到160mg/L ，双乙酰峰值从0.85 mg/L 降低至0.40mg/L 。

（表1）表1. 麦汁a-N 和双乙酰峰值的关系（mg/L ） 2）加速a-乙酰乳酸的非酶氧化分解：由于a-乙酰乳酸是双乙酰的前驱物质，非酶促氧化分解速度远远低于酵母对双乙酰的酶促还原速度。

a-乙酰乳酸非酶氧化 双乙酰 酶促还原 2,3-丁二醇这总反应速度取决于非酶氧化分解速度，加快速度也能最终加速双乙酰的含量。

若a-乙酰乳酸不能再发酵前期迅速氧化分解，在发酵后期乃至贮酒期，由于发酵液中氧化还原电位降低，a-乙酰乳酸氧化更困难，它就不能彻底转化成双乙酰而残留于啤酒中。

在灌装以后，由于瓶和罐中存在空气和溶氧，氧化分解反应会继续发生，而此时已经不存在酵母还原酶，导致在包装啤酒中，双乙酰含量回升。

加速a-乙酰乳酸氧化分解的技术有：提高麦汁溶氧水平，发酵前期适当进行通风搅拌，酵母在发酵前期有强发酵力（生成CO2）和产酸能力，迅速降低发酵液PH （从PH5.4降低至4.4-4.3）。

3）控制和降低酵母的增殖浓度:a-乙酰乳酸是酵母繁殖细胞的伴随产物，控制增殖浓度是降低a-乙酰乳酸产生的重要因素。

提高酵母接种量，降低酵母在发酵液中的繁殖温度，控制麦汁中a-N水平不高于220mg/L，以抑制酵母增殖浓度，从而控制a-乙酰乳酸的生成量。

现代工艺采用较低接种温度（低于主酵最高温度3～4°C接种），接种后酵母浓度在（1.5-2.0）×107个/ml，主酵中酵母最高浓度控制在（6.0-7.0）×107个/ml，均能有效的降低a-乙酰乳酸的产量。

4）加速双乙酰的还原a)酵母菌株的影响：双乙酰前驱物----a-乙酰乳酸产生后被酵母细胞分泌至发酵液中，非酶氧化形成双乙酰，而双乙酰还原必须依赖于酵母细胞体内的还原酶，也就是双乙酰需进入酵母细胞内才能被还原。

各种啤酒酵母，细胞壁透过双乙酰的能力差异很大，严重影响双乙酰的还原速度。

在双乙酰还原阶段加大罐压（0.14-0.16Mpa），也能促进双乙酰渗透进入细胞被还原。

酵母变异株-----呼吸缺陷型（小菌落变异），由于此酵母缺乏琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶，也会减弱双乙酰的还原。

b)双乙酰还原阶段酵母细胞浓度的影响（表2）：双乙酰还原阶段依赖于酵母分泌的醇脱氢酶，过低的酵母细胞数必然会影响双乙酰还原。

在现代大罐发酵中，外观糖度降至3.8°P时，一般不分离酵母，悬浮在发酵液中的细胞浓度取决于酵母的凝聚性，但不论酵母的凝聚性如何，其细胞浓度可维持在（1.0-4.0）×107个/ml，因此能加速双乙酰的还原。

c)双乙酰还原阶段温度的影响:提高还原温度是促进双乙酰迅速降低的有效措施（表3）5) 二氧化碳洗涤可以促进凝聚酵母细胞重新悬浮，促进发酵液对流，有利于消除双乙酰，同时也可以将一部分挥发性物质带出。

6）α-乙酰乳酸脱羧酶的加入将酶制剂а-乙酰乳酸脱羧酶直接加入至冷麦汁中，一起进入发酵罐。

该酶通过迅速脱羧反应，将α-乙酰乳酸转化为3-羟基-2-丁酮，大大降低了酒液中α-乙酰乳酸的积累，从而减少双乙酰的生成和还原时间，缩短了发酵周期。

7) 采取措施提高酒液的还原性尽量减少酒液与氧接触的机会，以阻止α-乙酰乳酸的氧化。

主要从以下几方面控制：a)滤酒过程中可以添加抗氧化剂等，如添加少量的偏重亚硫酸钾或亚硫酸氢钠等氧化剂，阻止α-乙酰乳酸的氧化。

b)避免清酒在管路中产生涡流现象，这样会使清酒中溶解氧的含量增加。