經冷卻吸氧後的麥汁，添加啤酒酵母後就開始了發酵過程。啤酒發酵是一項非常複雜的生化過程。
何謂發酵，廣義上是利用微生物的生命活動，得到一種特定產品的工藝過程。
啤酒酵母的發酵作用是啤酒酵母利用麥汁中的可發酵性糖作碳源，利用麥汁中的低分子氮作氮源，通過生理代謝，生成了主要的代謝產物（如C2H5OH、CO2），以及其他的代謝產物（如高級醇、雙乙酰、醛、酸、酯、硫化物等），這些產物的種類和數量決定了啤酒質量，使啤酒具有獨特的典型性。
啤酒發酵的本質是啤酒酵母的生理代謝。不同的釀造者，由於使用了不同的啤酒酵母，從而衍生出不同的發酵工藝，生產出不同類型的啤酒。傳統的啤酒發酵方法，可分為上麵發酵和下麵發酵兩種類型。前者采用上麵酵母和較高的發酵溫度，後者采用下麵酵母和較低的發酵溫度。大多數國家采用下麵發酵方法，國內啤酒幾乎全部采用下麵發酵方法生產。
隨著啤酒發酵的大型化、連續化，人們對啤酒發酵變化機製繼續深入研究。為了縮短發酵時間、提高發酵設備的利用率，在傳統發酵方法的基礎上，又出現了許多新工藝、新方法、新設備。
一、啤酒酵母的命名
啤酒酵母的學名為Saccharomyces cerevisiae，拉丁語cerevisiae譯為麥酒。酵母是屬名，啤酒是種名，習慣譯法，以種名放在前麵，屬名放在後麵，譯為啤酒酵母。
啤酒酵母又分為上麵發酵酵母和下麵發酵酵母。漢生（Hansen）首先從蘇格蘭愛丁堡啤酒廠分離出上麵發酵的純粹培養酵母，此類啤酒酵母即命名為Saccharomyces cerevisiae Hansen。後來漢生又在丹麥卡爾斯伯啤酒廠分離出下麵發酵的純粹培養酵母，命名此類啤酒酵母為Saccharomyces carlsbergensis Hansen。許多菌種，在種內包括有變種。表示變種的學名，是在該菌種學名後麵加變種名稱，並在變種名稱前加var.（variety的縮寫），如啤酒酵母渾濁變種的學名為Saccharomyces cerevisiae var.turbidans。
二、酵母菌的分類
按照微生物分類係統，啤酒酵母在分類學上的位置屬於：
門：真菌門（Eumycophyta），
綱：子囊菌綱（Ascomycetes），
亞綱：原子囊菌亞綱（Protoascomycetes），
目：內孢黴目（Endomycetales），
科：內孢黴科（Endemycetaceae），
亞科：酵母亞科（Saccharomyceotdeae），
屬：酵母屬（Saccharomyces），
種：啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。
工業生產上應用的酵母菌都屬於Saccharomyces屬，在自然界分布很廣，有很多菌種，其中以啤酒酵母最為重要。啤酒酵母稱S.cerevisiae，種類較多，不同品種的菌株，在形態及生理上都有明顯區別。
1.分類原則
酵母分類較複雜，既要根據形態特征，又必須結合其生理生化特征。
（1）形態特征包括觀察酵母菌在麥芽汁瓊脂上的菌落形態、顏色、質地，在麥芽汁液體培養基中產醭、菌環、沉澱等外觀，以及酵母在麥芽汁中及載片培養時營養細胞的形態、大小、繁殖方法，子囊孢子的形態及大小等。
（2）生理生化反應包括發酵各種糖的能力，利用各種碳水化合物生長的能力，同化酒精的能力，能否利用硝酸鹽，能否促進楊梅素的分解、胡蘿卜素的產生、酯類的產生、牛奶的發酵、酸的形成等。
酵母菌的分類係統過去很不一致，自從荷蘭的酵母工作者J.Loder（婁德）於1952年發表了酵母分類的係統著作之後，酵母的分類工作較為一致。1970年又重新修訂了這本書，增加了許多新的屬種，分類係統共39屬、372種。
2.培養酵母和野生酵母
（1）培養酵母用於生產的啤酒酵母屬於有孢子的真酵母菌，是由野生酵母經過係統、長期馴化，並經過反複使用和考驗，具有正常生理狀態和特征，適合啤酒質量和生產要求的培養酵母。
（2）野生酵母一般啤酒廠將凡是與培養酵母的形態和特征不同，不為生產所使用的酵母稱為野生酵母，如巴氏酵母（S.pastorianus），在自然界分布很廣，存在於啤酒工廠，妨礙啤酒的正常發酵，對啤酒生產有很大危害。
（3）培養酵母和野生酵母的區別單純從外觀形態上區別培養酵母和野生酵母是困難的，主要應從抗熱性能、發酵糖類的性能、形成孢子的情況、在選擇培養基上的生長情況等生理特征以及利用免疫熒光技術加以區別。
3.上麵酵母和下麵酵母
上麵酵母又稱頂麵酵母；下麵酵母又稱底麵酵母或貯藏酵母。下麵酵母是在不斷變化的外界因素影響下，由上麵酵母演變而來的。
（1）形態和生理特征區別
（2）其他區別在麥芽糖和半乳糖濃度相同的基質中，上麵酵母對麥芽糖發酵快些，而對半乳糖缺少作用；下麵酵母與此相反，在利用麥芽糖之前先發酵半乳糖。
兩類酵母細胞對葡萄糖、麥芽糖和半乳糖的滲透能力也有區別。兩類菌株均需在前期培養基中有半乳糖存在，才能滲透半乳糖。若前期培養是在半乳糖培養基中進行培養，則下麵酵母滲透葡萄糖和半乳糖的速率約2倍於上麵酵母；上麵酵母對麥芽糖的滲透能力約20倍於下麵酵母。
在麥芽汁中上麵酵母隻能產生少量SO2；在同樣條件下，下麵酵母則能產生較多的SO2。隻有在蔗糖存在而無泛酸鹽存在的情況下，上麵酵母才能產生較多的SO2；不管存在何種可發酵性糖類或是否存在泛酸鹽，下麵酵母均能產生較多的SO2。
4.凝聚酵母和粉狀酵母
（1）凝聚酵母啤酒酵母的凝聚性是其生理特征之一。凝聚性能的強弱，受基因控製並不一致。凝聚性強的酵母，從酒液中分離早，酒液中細胞密度低、沉澱快、發酵慢、發酵度低；凝聚性弱的酵母，與酒液分離晚，酒液中細胞密度高、沉澱慢、發酵快、發酵度高，回收酵母少、啤酒過濾困難。介於強弱之間的凝聚性則有較大的範圍，釀造者應根據自己生產啤酒的類型進行選擇。每一種菌種均有其一定的凝聚特點，在其他條件不變的情況下，凝聚性的改變往往是菌種變異的象征。
（2）粉狀酵母又稱絮狀酵母。長時間懸浮在發酵液中不易沉澱，發酵結束時隻有極少量鬆散的酵母沉澱的為粉狀酵母。上麵酵母和下麵酵母中均有粉狀酵母。粉狀酵母發酵快、發酵度高，但回收困難，需用離心機回收酵母。
三、酵母的形態與結構
酵母菌一般泛指能發酵糖類的各種單細胞真菌，俗稱酵母菌。通常認為，酵母菌的特點是個體以單細胞存在，多數出芽繁殖，能發酵糖類，細胞壁含有甘露聚糖，常生活在含糖量較高、酸度較大的水及土環境中。
1.酵母細胞的形態
自然界中的酵母形態以圓形為主，常見的有卵圓形、球形、柱形、臘腸形、瓶形、三角形。細胞大小一般在（2.5～10.0）μm×（4.5～21.0）μm。啤酒酵母呈圓形或卵圓形，細胞大小一般為（3～7）μm×（5～10）μm。培養酵母的細胞平均直徑為4～5μm，不能遊動。
啤酒酵母細胞形態往往受環境影響而變化，但在環境恢複並適合酵母後，仍可恢複為原來的形態。
在麥芽汁固體培養基上，啤酒酵母菌落呈乳白色、不透明，但有光澤，菌落表麵光滑、潤濕，邊緣整齊。隨著培養時間的延長，菌落光澤逐漸變暗，菌落一般較厚，易被接種針挑起。
在液體培養基中，啤酒酵母會在液體表麵產生泡沫。常因菌種懸浮在培養基中而呈渾濁狀。發酵後期，有的酵母懸浮在液麵，如上麵發酵酵母；有的沉積於底部，如下麵發酵酵母。
2.酵母細胞的結構
在顯微鏡下觀察啤酒酵母細胞的結構，主要包括細胞壁、細胞膜、細胞核、細胞質、液泡、顆粒、線粒體等。
（1）細胞壁位於細胞的最外層，具有一定的彈性，決定著酵母細胞的形狀和穩定性，約占細胞質量的30%，壁厚100～200nm。細胞壁由大分子物質組成，主要成分為30%～40%的甘露聚糖（即酵母膠體）和30%～40%的葡聚糖。位於細胞外部的甘露聚糖與磷結合，而位於細胞裏麵的葡聚糖與硫以酯鍵連接。總複合物還包括蛋白質和酶，它們通過細胞膜分解物質進行輸送，所以細胞壁的結構具有重大意義。除此之外，細胞壁還含有蛋白質、脂肪、礦物質。
（2）細胞膜緊貼細胞壁的內麵，厚度約150nm，是一層半透性的膜，構成細胞壁的基礎物質。細胞膜調節著細胞內的滲透壓，調節著營養物質的吸收和代謝產物的排出，形成酵母細胞的滲透框架。同時，細胞膜可分離出胞外酶，胞外酶由酵母細胞形成，但在酵母細胞外起作用。
（3）細胞質酵母細胞中充滿著細胞質，細胞質主要由酶形式的蛋白質組成。細胞質中含有豐富的核糖體，核糖體是合成蛋白質的地方。此外，細胞質還含有線粒體，線粒體的主要功能是通過呼吸為酵母提供能量。
（4）細胞核直徑為0.5～1.5μm，經染色後可以觀察到。細胞核仁被核膜包圍，其主要化學組成是脫氧核糖核酸（DNA）和蛋白質，是遺傳物質的承載體，控製著酵母的新陳代謝。
（5）液泡在顯微鏡下，常可看見酵母細胞中充滿水性細胞液的液泡，酵母細胞可在液泡中短時間貯存代謝產物，此外液泡中還有細胞的磷酸鹽貯倉。
四、啤酒酵母的成分
1.啤酒酵母的化學成分
啤酒酵母細胞的化學組成包括碳、氫、氧、氮等和多種礦質元素，由這些元素組成細胞幹物質中90%～97%的有機物質和3%～10%的無機成分。
（1）蛋白質蛋白質是組成細胞質的基本物質，占細胞幹重的32%～75%。細胞內的蛋白質組成了各種酶類，有些酶就是簡單的蛋白質，有些酶則是由蛋白質和金屬或其他有機物結合而成。酶對細胞的生理功能具有重要作用，因為細胞內的一切生化反應都是在酶的催化作用下完成的。另外，蛋白質和其他物質結合在一起還構成了一些對細胞有重要作用的結合蛋白。如蛋白質和核酸結合成為核蛋白，它是一種分散在細胞質中的微粒，對蛋白質合成起重要作用；蛋白質和卵磷脂結合而成的脂蛋白是組成細胞膜、線粒體膜的基本成分。
啤酒酵母在生長繁殖過程中，首先利用培養基中的可同化氮，也可以通過碳水化合物生物合成氨基酸，來合成蛋白質。
（2）核酸啤酒酵母細胞中核糖核酸含量占6%～8%，脫氧核糖核酸含量不超過0.3%。核糖核酸的含量隨不同生長時期而變化，脫氧核糖核酸則無變化。
脫氧核糖核酸主要存在於細胞核中，具有傳遞遺傳特性的功能。核糖核酸主要存在於細胞質內，大多數與蛋白質結合成核蛋白體，主要功能是控製蛋白質（包括酶）的合成。
（3）碳水化合物在啤酒酵母生長繁殖及發酵過程中，對碳水化合物的需要量是很大的。但酵母細胞內碳水化合物的含量有限，因為碳水化合物被酵母吸收後，在細胞內立即進入物質轉化代謝過程。
啤酒酵母細胞內的碳水化合物，除少量以可溶性單糖、雙糖的形式存在外，大多數以多糖的形式存在。己糖是組成多糖的基本單位，又是能量的來源。戊糖除作為能源外，也是核酸的組成部分。細胞中的多糖以兩種形式存在：一種參與細胞結構，構成細胞壁等物質；另一種存在於細胞內，以不溶性顆粒形式存在，作為細胞質的貯藏物質，如肝糖，在營養缺乏時可被利用。