上面發(fā)酵工藝有哪些特征?
作者：山東天泰
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發(fā)布日期： 2025-03-16
信息摘要：
上面發(fā)酵工藝是啤酒釀造領(lǐng)域的重要技術(shù)體系，其歷史可追溯至中世紀(jì)歐洲，至今仍在英式艾爾、波特、世濤等特色啤酒品類中占據(jù)重要地位。
上面發(fā)酵工藝是啤酒釀造領(lǐng)域的重要技術(shù)體系，其歷史可追溯至中世紀(jì)歐洲，至今仍在英式艾爾、波特、世濤等特色啤酒品類中占據(jù)重要地位。該工藝以獨(dú)特的酵母菌種特性、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)控制及酒體處理技術(shù)為核心，形成了與下面發(fā)酵工藝顯著不同的生產(chǎn)體系。本文天泰將從微生物學(xué)、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)及工藝經(jīng)濟(jì)學(xué)角度，系統(tǒng)闡述上面發(fā)酵工藝的科學(xué)原理與技術(shù)特征。
酵母菌種特性與代謝調(diào)控
上面發(fā)酵工藝采用的酵母菌種為釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），其生理代謝特性與下面發(fā)酵酵母（Saccharomyces pastorianus）存在顯著差異。研究表明，S. cerevisiae的最適生長(zhǎng)溫度范圍為15-25℃，顯著高于下面酵母的8-14℃。這種耐溫性差異源于菌株的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，尤其是熱激蛋白（HSP）的高效表達(dá)。
在代謝特性方面，上面酵母的β-葡萄糖苷酶活性顯著高于下面酵母，導(dǎo)致發(fā)酵過程中產(chǎn)生更豐富的酯類物質(zhì)（如乙酸異戊酯、乙酸苯乙酯）。這些酯類物質(zhì)賦予啤酒濃郁的果香特征，是上面發(fā)酵啤酒典型風(fēng)味的重要來源。此外，上面酵母的氨基酸代謝途徑中，α-乙酰乳酸脫羧酶的活性較高，使得雙乙酰前體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率顯著提升。
發(fā)酵動(dòng)力學(xué)與工藝控制
上面發(fā)酵工藝的動(dòng)力學(xué)特征主要體現(xiàn)在溫度控制、酵母增殖及代謝產(chǎn)物管理三個(gè)方面。
1.溫度控制
初始接種溫度通常控制在14-16℃，以誘導(dǎo)酵母活性并避免冷休克。發(fā)酵啟動(dòng)后，溫度梯度升至20-22℃，此溫度區(qū)間可最大化酵母代謝活性，日均降糖速率可達(dá)3-5%。現(xiàn)代錐形發(fā)酵罐通過外循環(huán)冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫，避免代謝過熱導(dǎo)致的異味物質(zhì)積累。
2.酵母增殖與發(fā)酵周期
由于發(fā)酵溫度較高，酵母倍增時(shí)間縮短至1.5-2小時(shí)，主發(fā)酵周期通常為4-6天。發(fā)酵中期，酵母在液面形成3-4cm厚的致密泡蓋，需通過機(jī)械撇沫裝置及時(shí)清除，以平衡苦味物質(zhì)并防止異味生成。
3.雙乙酰還原與冷儲(chǔ)
當(dāng)表觀發(fā)酵度達(dá)到70%-75%時(shí)，進(jìn)行封罐操作并在20-22℃條件下維持24-48小時(shí)的雙乙酰還原階段。此階段通過α-乙酰乳酸脫羧酶的持續(xù)作用，將雙乙酰含量降至0.1 mg/L以下（ASBC標(biāo)準(zhǔn)）。隨后，酒液降溫至0-3℃進(jìn)行7-21天的低溫熟成，以穩(wěn)定酒體風(fēng)味。
酒體處理與碳化技術(shù)
上面發(fā)酵啤酒的酒體處理主要包括澄清與碳化兩個(gè)環(huán)節(jié)。
1.澄清工藝
傳統(tǒng)工藝采用魚膠（Isinglass）作為澄清劑，其帶正電荷的膠原蛋白與酒液中帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)-多酚復(fù)合物產(chǎn)生靜電絮凝，形成粒徑超過50μm的沉淀團(tuán)。現(xiàn)代工藝中，硅膠-膨潤(rùn)土復(fù)合劑的應(yīng)用更為普遍，可進(jìn)一步提升澄清效率。
2.碳化技術(shù)
由于自然碳化程度較低，上面發(fā)酵啤酒需通過多級(jí)梯度飽和法進(jìn)行CO?強(qiáng)化。具體操作包括：將酒溫逐步降至-1℃，在1.5-2.0 bar壓力下進(jìn)行等溫碳化，最終使CO?含量達(dá)到2.6-2.8 vol的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
工藝經(jīng)濟(jì)學(xué)與產(chǎn)品特性
從生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，上面發(fā)酵工藝具有設(shè)備利用率高、能耗成本低等優(yōu)勢(shì)。以英國(guó)Fuller’s酒廠為例，其年設(shè)備周轉(zhuǎn)次數(shù)可達(dá)25-30次，顯著高于下面發(fā)酵工藝的15-20次。然而，受限于酯類物質(zhì)氧化速率快及酵母自溶風(fēng)險(xiǎn)較高，上面發(fā)酵啤酒的貨架期通?？刂圃?-6個(gè)月。為延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期，現(xiàn)代釀造企業(yè)常采用氮?dú)庵脫Q（包裝時(shí)O?含量≤50 ppb）與錯(cuò)流膜過濾（孔徑≤0.45 μm）等延伸技術(shù)。
上面發(fā)酵工藝以其獨(dú)特的酵母菌種特性與動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)，在精釀啤酒市場(chǎng)中保持了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。未來，隨著合成生物學(xué)與代謝工程技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)S. cerevisiae的定向改造有望進(jìn)一步提升其風(fēng)味穩(wěn)定性與生產(chǎn)效率。同時(shí)，智能化發(fā)酵控制系統(tǒng)（如AI溫控算法）的應(yīng)用將為工藝優(yōu)化提供新的可能性。
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