固定化酵母在啤酒发酵中应用的研究

摘要

几个世纪以来,酿造公司一直使用游离酵母在啤酒大罐中进行麦汁的分批发酵,但是利用固定化酵母进行麦汁的快速连续发酵可能是最有效的提高酿造厂生产力的方法。
　　 本文从实验室储藏的10株啤酒酵母中通过比较它们的极限发酵度,发酵力以及发酵性能筛选出一种发酵力强,双乙酰值低的酵母。研究了聚乙烯醇-海藻酸钠包埋酵母和大孔树脂吸附酵母的最佳工艺条件。研究了发酵参数(温度,停留时间和麦汁浓度)对固定化酵母连续发酵所产嫩啤酒理化指标的影响,并通过对聚乙烯醇-海藻酸钠包埋酵母填充量,麦汁浓度,发酵温度和停留时间的正交实验确定了最佳的发酵工艺路线。并对连续发酵的稳态条件进行了两个月的取样观测,研究了发酵温度和麦汁辅料比对连续发酵产啤酒风味物质形成的影响,以及对固定化酵母连续发酵和游离酵母分批发酵所产啤酒主要理化指标和风味物质含量进行了比较。研究结果表明:
　　 以12°P麦汁极限外观发酵度80％,极限真实发酵度68％为第一级筛选和300 mL麦汁发酵第1-2 d失重(g/d)＞2.6选出降糖速率快、糖利用率高的四株酵母,并对它们进行3 L规模的发酵实验,选出α-氨基氮同化率较高的21号酵母。
　　 在以聚乙烯醇-海藻酸钠为载体包埋酵母的研究过程中,以聚乙烯醇浓度为8％(w/v),海藻酸钠2％(w/v),NaNO350％(w/v),CaCl22％(w/v)包埋效果最好,制得的固定化酵母颗粒的机械强度最高。和游离酵母发酵降糖相比,固定化酵母起始发酵比较慢,但24h后降糖速率超过游离酵母,并且具有较好的操作稳定性,在10批次发酵实验中,固定化酵母的真实发酵度几乎没有变化。
　　 研究了大孔树脂载体吸附酵母的效果,从7种树脂中选出负载量最高的大孔极性树脂ZGCAD45。并在14℃条件下,树脂和酵母菌悬液的比例为1:4,酵母菌悬液浓度为3.05×108 cell/mL,吸附16 h负载量最高。
　　 在连续发酵实验中,最佳发酵工艺为固定化酵母的填充量为50％,麦汁原浓为10°P,发酵温度12℃,停留时间12 h。通过对其稳态的定时检测,固定化酵母连续发酵产啤酒的酒精含量基本维持在3.26(％,w/w),真实浓度3.38°P,真实发酵度67％,双乙酰含量0.127 mg/L,酵母数(4-5)×10°cell/mL。
　　 研究了影响连续发酵风味物质形成的主要发酵参数-温度和麦汁辅料比,当发酵温度从10到15℃时,高级醇的含量逐步增加,在15℃时异戊醇的含量超过其味阈值。乙酸乙酯和乙酸异戊酯的含量呈下降趋势,但是在上述温度下乙酸异戊酯含量均超过其阈值。当辅料比从25％到55％时,双乙酰的含量增加,但乙酸乙酯和乙酸异戊酯的含量降低,在辅料比为30％时,高级醇的含量较低。
　　 和游离酵母分批发酵所制啤酒相比,固定化酵母连续发酵所制啤酒的酒精含量,真实浓度以及发酵度差距不大;在风味物质上,双乙酰和挥发酯含量较高,高级醇含量较低。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 固定化技术定义及特点

1.2 固定化方法

1.2.1 吸附在载体表面

1.2.2 包埋在多孔基质中

1.2.3 细胞絮凝

1.2.4 包含在载体中

1.3 细胞固定化的先决条件

1.4 啤酒酿造业中应用的载体

1.4.1 有机载体材料

1.4.2 无机载体材料

1.4.3 天然载体

1.5 固定化技术在啤酒酿造中的应用

1.5.1 无醇啤酒

1.5.2 后熟中的应用和风味控制

1.6 课题研究意义

1.7 研究内容

第二章 材料和方法

2.1 实验材料

2.1.1 主要材料

2.1.2 实验试剂

2.1.3 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 麦汁的制备

2.2.2 酵母菌悬液的制备

2.2.3 酵母的固定化

2.2.4 PVA-SA凝胶颗粒性能的测定

2.2.5 固定化酵母连续发酵

2.3 分析方法

2.3.1 酵母浓度的测定

2.3.2 树脂负载量的测定

2.3.3 吸附率的计算

2.3.4 连续发酵的发酵参数

2.3.5 啤酒理化指标的测定

2.3.6 啤酒风味物质的测定

第三章 结果与讨论

3.1 酵母的筛选

3.1.1 高极限发酵度酵母的筛选

3.1.2 筛选发酵力高的啤酒酵母

3.1.3 啤酒酵母的发酵性能

3.1.4 小结

3.2 聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶的制备条件及性能

3.2.1 工艺条件对聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶颗粒的影响

3.2.2 聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶颗粒耐浸泡性

3.2.3 聚乙烯醇和海藻酸钠对啤酒酵母降糖的影响

3.2.4 小结

3.3 聚乙烯醇-海藻酸钠固定化酵母发酵性能

3.3.1 PVA、SA对固定化酵母发酵性能的影响

3.3.2 温度对固定化酵母发酵性能的影响

3.3.3 固定化酵母和游离酵母发酵降糖的比较

3.3.4 固定化酵母的操作稳定性

3.3.5 小结

3.4 大孔树脂固定化酵母及其条件优化

3.4.1 大孔树脂的选择

3.4.2 温度对大孔树脂吸附酵母的影响

3.4.3 酵母浓度对大孔树脂吸附的影响

3.4.4 树脂和酵母菌悬液比例对吸附效果的影响

3.4.5 小结

3.5 连续发酵实验

3.5.1 发酵温度对固定化酵母连续发酵性能的影响

3.5.2 停留时间对固定化酵母连续发酵性能的影响

3.5.3 麦汁浓度对固定化酵母连续发酵性能的影响

3.5.4 正交优化实验

3.5.5 连续发酵稳态的研究

3.5.6 连续发酵啤酒的风味物质

3.5.7 连续发酵与分批发酵理化指标的对比

3.5.8 小结

第四章 主要结论和结果

4.1 主要结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文