之前我們有討論過利用生物方法去減少雙乙酰對啤酒成品的影響。今天我們探討一下工業(yè)上如何消弭這一影響。

使用固定酵母連續(xù)發(fā)酵法減少雙乙酰

在工業(yè)應(yīng)用上，會用到連續(xù)發(fā)酵（Continuous fermentation）搭配固定酵母（Immobilized Yeast）工藝的方法減少雙乙酰。

連續(xù)發(fā)酵

連續(xù)發(fā)酵法是20世紀(jì)70年代誕生的一種技術(shù)。最開始的目的就是為了更加高效率地生產(chǎn)乙醇。連續(xù)發(fā)酵，不同于單桶發(fā)酵技術(shù)，最大限度避免酵母的生長期，遲緩期和成熟期，而是直接進(jìn)入發(fā)酵階段，并且可以一直發(fā)酵而不停止。

其原理就是將培養(yǎng)基（也就是麥芽汁）以一定速率流入反應(yīng)器內(nèi)（也就是發(fā)酵罐），同時以固定速率流出發(fā)酵液。通過工業(yè)控制可以找到流入、流出與發(fā)酵率之間的最優(yōu)解。

上圖就為多罐連續(xù)發(fā)酵，將不同發(fā)酵度的發(fā)酵液經(jīng)過多個發(fā)酵罐發(fā)酵。這樣可以保持連續(xù)的發(fā)酵進(jìn)程而不停止。當(dāng)然也有單桶，下面會講到。

盡管上面提到，可以找到流入/流出與發(fā)酵率之間的最優(yōu)解。但傳統(tǒng)的連續(xù)發(fā)酵工藝，發(fā)酵度不高依舊是個問題，其中一個解決方法就是多罐，但成本很高；且連續(xù)補(bǔ)充麥芽汁、桶于桶之間交換發(fā)酵液等容易導(dǎo)致染菌。所以就引入了固定化酵母這個工藝。

固定化酵母

固定化酵母的原理是，將酵母集中固定在載體上，讓其進(jìn)行快速繁殖，使載體上聚集高濃度的酵母細(xì)胞。流經(jīng)這些高濃度酵母聚合體的麥芽汁，麥芽汁中的葡萄糖會被快速消耗并轉(zhuǎn)化為乙醇（及一些副產(chǎn)物）。

固定酵母的方法，會有所不同。吸附法，使用谷物纖維（玉米芯、使用過的谷物殼）作為酵母載體，這類屬于吸附；而最常用，包括家釀都可以使用的是包埋法，使用海藻酸鈉（微溶于水）作為載體，進(jìn)行酵母固定化。

被固定的酵母濃度很高，加上不斷繁殖而游離出的酵母，發(fā)酵罐的酵母總濃度比非固定化酵母的批次更高。固定酵母的濃度可以去到非固定酵母濃度的1.5-2倍，所以反應(yīng)速度更加迅速，某些研究表明發(fā)酵時間可以從幾天減到一天甚至十幾個小時；而高濃度的酵母可以有效抑制雜菌的滋生；加上收集方便，方便重復(fù)利用。

但被固定的酵母始終會受限于載體的面積大小，生長率有所下降，所以一般是經(jīng)過培育后再進(jìn)行使用。而固定酵母用于普通的釀酒中，始終不太適合，因為其快速的反應(yīng)，容易導(dǎo)致其他副產(chǎn)物的失控。

目前比較常用的固定酵母連續(xù)發(fā)酵方法，是使用氣升環(huán)流反應(yīng)器（Gas Lift Reactor），如下圖所示，是一個雙桶結(jié)構(gòu)，一個用于發(fā)酵，一個用于成熟。R1反應(yīng)器里塞滿了被固定的酵母及其載體（載體為廢棄谷物），底部充氣，側(cè)部進(jìn)麥芽汁，氣體壓力讓麥芽汁運(yùn)動起來，在預(yù)先塞滿了固定酵母里形成環(huán)流，避免某一區(qū)域酒精濃度過高導(dǎo)致發(fā)酵緩慢。

上圖另外一個反應(yīng)器，R3，也塞滿了被固定的酵母及其載體（玉米芯），用于啤酒成熟。這里就沒有使用環(huán)流，而是使用填充的方法進(jìn)行成熟。

兩個桶均為底部入原料，頂部出反應(yīng)物，是因為當(dāng)液位升高的時候，酒精比水輕，可判斷最上層的液體已經(jīng)經(jīng)過了固定化酵母的發(fā)酵，所以頂部出產(chǎn)物。

那么為什么與雙乙酰相關(guān)呢？其實R3里的啤酒成熟原理和普通的成熟差不多，雙乙酰休止也是如此。不過由于酵母濃度更高，加上可以采用環(huán)流式反應(yīng)器，使α-乙酰乳酸均勻被降解，所以效率會更高。