①兩罐法:這套擴培裝置主要由預擴培罐、主擴培罐、循環泵、酵母添加、CIP等組成。標準的流程如下。
a.首先將擴培所需要的麥汁泵入已經清洗和滅菌的主擴培罐中,將麥汁加熱到105℃左右殺菌20~30min,以殺死所有微生物。滅菌後,將麥汁冷卻至要求的溫度。此時擴培罐必須與無菌空氣連接,確保無菌程度好,冷卻時定期用泵或攪拌器循環麥汁,以加快冷卻。
b.隨後,在預擴培罐背壓0.05~0.08MPa,主擴培罐背壓0.15MPa,通過壓差將第一步擴培用的麥汁壓回到預擴培罐中。
c.在無菌條件下將卡氏罐中的酵母,經過取樣器進入到預擴培罐中,倒罐時首先必須將取樣閥處的兩個開口用火焰滅菌,以避免汙染。為使酵母加快增殖,麥汁必須循環、通風。調節通風,開始對擴培罐進行冷卻,並維持一定的罐壓。
d.經過大約1d以後(24~36h),培養液達到高泡期(對數生長期)。此時,在無菌條件下,再次將無菌麥汁從主擴培罐送到預擴培罐中,進行酵母培養。該過程一直重複進行至達到所需的酵母量為止。
②一罐法:擴大培養設備基本結構與兩罐法類似,主要區別是隻使用一罐擴大培養罐。采用一罐法時,不斷從外部補充麥汁,不對麥汁進行再次殺菌。首先將第一步所需的麥汁進入到已清洗、滅菌的擴大培養罐中,接種後開始循環、通風、冷卻。以後的每步擴大培養與此類似,直至擴大培養結束。
如果擴大培養罐最後被完全排空,這意味著,如果需要純種的擴大培養酵母,必須從頭開始進行培養過程,也就是放棄了漢生罐保種。由於目前啤酒廠的酵母使用代數較低,希望能在較短的時間內能擴大培養出零代酵母,所以不少啤酒廠還是采用漢生罐保種,但是漢生罐保種時酵母的活力會下降,必然導致零代酵母的活力不是特別好,所以也有不少啤酒廠也采用直接實驗室和現場方式擴大培養零代酵母。
如果接種結束後將一部分處於高泡期的培養液保留在增殖罐中,馬上加入新麥汁後又可重新開始增殖過程,該工藝稱為同化工藝。由於沒有保存培養液來保種,這種“追加式”擴大培養方法能夠在一定的時間間隔內,通過各種擴大培養參數的優化連續進行純種擴大培養,達到均勻高質量的酵母,並可能使每次接種時的酵母處於最佳狀態,也就是常說的同化法擴大培養酵母。眾所周知,使用對數生長期的酵母來發酵具有起發快,發酵時間短,pH下降快(降幅大),雙乙酰分解快且完全,啤酒口味純正、圓潤等優點。
Back教授認為,擴大培養最佳酵母質量的酵母數不能超過1.5×108個/mL,不低於1×108個/mL,接種酵母的死細胞數不能大於1%,同化結束時應達到pH3.8~4.2,乙醇含量為1.0%~2.0%,CO2含量為0.5~1.5g/kg。為此,對酵母純種培養來說,還應注意如下幾點。
a.由於啤酒有害菌的生存條件與酵母基本相同,染菌後啤酒有害菌同樣會繁殖,而且又根本無法去除這些汙染微生物。因此在進入增殖罐之前,所有工作都必須在無菌條件下進行。
b.擴大培養過程中每一個酵母細胞均必須形成自身質量幾倍的新細胞,擴大培養結束時純種酵母細胞的濃度可達到(1.0~1.4)×108個/mL。為了達到擴大培養目標,不僅需要麥汁中擁有足夠的營養成分,還特別需要氧。
c.強烈通入無菌空氣是酵母迅速生長的前提,隻有這樣才能培養出健壯且發酵力強的酵母。氧氣必須分配良好,能夠讓每一個細胞都得到氧的供給;通過罐內的充氧器,或在外部循環管上的通風噴嘴,連續或間歇式的通風方式。擴大培養過程中必須通入過量的氧,但是快速上升的氣泡會導致氧的損失,無法通過滲透保證細胞供氧,也會導致帶來不必要的泡沫問題。對培養過程中的培養液繼續通風,有利於排除二氧化碳,有利於啤酒酵母與營養物質的混合,縮短調整期和世代時間,使擴大培養酵母所需的時間縮短,酵母活力高,抗自溶能力強,也能減少純種培養過程中啤酒有害菌汙染的可能性。為確保最佳的發酵過程,需要在倒罐時再次進行強烈通風。
d.在20~25℃時,酵母繁殖速度要比低溫時快。但酵母培養溫度要逐步下降到啤酒發酵時的溫度範圍,以便在生產中達到完全的發酵能力。
e.由於煮沸終了麥汁中的酒花苦味物質具有抑製雜菌汙染的能力,所以生產現場的純種培養應選用打出麥汁。當增殖罐中達到最高酵母量時,將此時正處於高泡期的嫩啤酒泵入發酵罐中。
六、酵母和啤酒質量的關係
在啤酒生產中繁殖的酵母菌體不是最終產品,但啤酒酵母作為一種啤酒生產原料來說,對最終產品的質量非常重要。發酵過程中一係列的複雜生化反應均通過酵母代謝作用完成,啤酒發酵的本質是啤酒酵母的生理代謝,啤酒酵母的質量、特性、數量和汙染程度,影響發酵的順利進行,酵母的發酵速度、發酵度、產酸強度不同,會導致形成不同的代謝產物、蛋白質、苦味物質和多酚物質析出,直接影響啤酒口味、泡沫、香味、醇厚性、苦味等,所以啤酒酵母是生產啤酒的重要原料之一。
1.優良啤酒酵母菌種應具備的特征
(1)形成的代謝產物要與生產的啤酒類型、產品質量和風格相一致。
(2)生理性能好,繁殖速度快,性能穩定性強。
(3)發酵能力強,表現為發酵速度快(降糖1.5~2.5°P/d),成品啤酒發酵度高(>80%)。
(4)產生雙乙酰峰值低(僅0.2~0.3mg/L),還原雙乙酰速度快,幾天後發酵液中雙乙酰含量能低於0.1mg/L。
(5)一定的酵母凝聚性,有利於酵母回收、酒液澄清,以及雙乙酰的還原,便於發酵工藝、發酵設備相適應。
(6)耐溫性、耐壓性要強。也就是在快速發酵工藝中能適應高溫帶壓發酵,酵母性能穩定,形成代謝產物比較理想。
(7)適當的pH下降程度,抗雜菌能力強。
2.酵母與發酵速度
酵母的發酵速度是啤酒生產的重要指標之一。在一定的工藝技術條件下,酵母能順利、適當快速地完成發酵,有利於保證啤酒的質量。同時,在保證發酵質量的前提下,充分發揮酵母細胞內在的潛力,可加速生產周期的循環,提高生產能力。
影響酵母發酵速度的因素是酵母濃度、酵母發酵力、麥汁組成、發酵溫度。
3.酵母與發酵度
啤酒酵母的發酵度反映酵母對各種糖類的發酵情況。正常的啤酒酵母能發酵葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖和麥芽三糖。釀製不同類型的啤酒,需要不同的發酵度。有的酵母具有較高的發酵度,有的酵母不能徹底發酵麥芽三糖而使發酵度低。
4.酵母與發酵異常現象
在啤酒發酵過程中,常常遇到一些發酵異常現象,包括主發酵和後發酵期間的異常現象。如發酵遲緩、發酵終止、發酵罐不升壓、發酵液不澄清及其他情況,往往與酵母有關。
七、酵母的檢查與鑒定
在啤酒的生產過程中,需要經常對酵母進行鏡檢並做某些生理特性試驗,一般鏡檢隻起輔助作用,對酵母某些生理特性的檢查更具有重要性。
1.外觀和形態檢查
將酵母接種到液體培養基中,主要觀察酵母在液體培養基中的發酵情況,如發酵液的渾濁程度、澄清快慢以及酵母的沉澱情況等。借助顯微鏡檢查酵母細胞,正常的酵母細胞應為圓形或卵圓形,大小均勻,細胞短軸與長軸之比為1∶(1.0~1.5),細胞質透明均一。若鏡檢發現細胞拉長,說明細胞發生變異或營養不良。年幼的細胞內充滿細胞質,衰老的細胞內出現液泡,內容物多顆粒,折光性較強。
另外對酵母細胞的死亡率也有一定的要求,在生產中使用的酵母,死亡率應在3%以下,而新鮮培養的酵母死亡率應在1%以下。鏡檢時還應注意觀察是否有雜菌汙染。
2.生理特性試驗
(1)凝聚性凝聚性是啤酒酵母的重要生理特征之一,凝聚性的強弱,受基因控製而不相同。凝聚性強的酵母,從發酵液中分離早、沉澱快,在發酵液中的細胞密度低、發酵慢、發酵度低、雙乙酰還原慢;凝聚性弱的酵母,與發酵液分離晚,在發酵液中細胞密度高、沉澱慢、發酵快、發酵度高、雙乙酰還原較快、酵母回收量少、啤酒過濾困難。因此在選育菌種時,要求酵母的凝聚性適中。
衡量酵母的凝聚性強弱,一般用本斯值來表示。稱取1.0g經洗滌離心的酵母樣品放入刻度離心管中,用10.0mL醋酸緩衝溶液(5.1g水合硫酸鈣、6.8g硫酸鈉、4.05g冰醋酸溶於1L水中,pH4.5),使酵母懸浮其中,置於20℃的恒溫水浴20min,搖動5min,使酵母重新懸浮、靜置,在20min內每分鍾記錄一次沉澱酵母的容量,10min時的沉澱值為本斯值。當本斯值大於1.0mL時為強凝聚性酵母,小於0.5mL時為弱凝聚性酵母。
(2)發酵度發酵度反映酵母對各種可發酵性糖的發酵程度。一般來說,啤酒酵母都能發酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和麥芽三糖。有些酵母的發酵度較高,甚至能發酵麥芽四糖或異麥芽糖;有的酵母發酵度較低,不能或較少發酵麥芽三糖。不同啤酒酵母的發酵度不同,但一般均有自己恒定的發酵度,因此可以通過檢查發酵度是否異常來判斷酵母是否變異或退化。
發酵度的測定方法:取1.0g泥狀酵母接種於盛有150mL麥汁(濃度12%~13%)的250mL的三角瓶中,置於25℃的保溫箱內發酵,每8h搖動一次,3~4d後取出,測定發酵度。
(3)發酵速度也稱降糖速度,以每天發酵液的外觀發酵度的變化來表示。發酵速度又可以細分為起發速度和高峰期發酵速度。現在人們都追求比較快的發酵速度,因為酵母在同樣條件下,發酵速度快的菌株不但能縮短酒齡、pH降低快,還有利於釀製淡爽型啤酒,而且也有利於提高啤酒穩定性。不同酵母的發酵速度相差很大,因為酵母的麥芽糖滲透酶活力和麥芽三糖滲透酶活力是控製麥芽糖和麥芽三糖的重要因素。
可用EBC發酵管測定發酵速度,工藝條件按照實際發酵條件進行控製,每天測定發酵液的外觀濃度。
(4)死滅溫度是指啤酒酵母不能正常生長繁殖的最高溫度。每一個啤酒酵母菌種在特定條件下都有自己的死滅溫度,一般為52~53℃,若死滅溫度過高,則說明酵母發生變異或汙染了野生酵母。
死滅溫度的測定方法:取三支已滅菌的裝有5mL、12%麥汁的試管,分別接入0.1mL培養24h的被測酵母發酵液。將試管浸入恒溫水浴中,其中一支試管插有溫度計,當溫度達到試驗溫度時,準確計時,保持10min後,迅速放入冷卻水中冷卻。將冷卻後的試管放入25℃保溫箱中保溫5~7d,以不能發酵的加熱溫度為死滅溫度。溫度範圍為48~56℃,溫度間隔為2℃,或在縮小的溫度試驗範圍內,可將溫度間隔改為1℃。