一、發酵與發酵技術的概述
(一) 什麼是發酵
發酵是指酵母作用於果汁或發芽穀物是產生的二氧化碳的現象。發酵是在厭氧條件下，原料糖經酵母等生物細胞的作用進行分解代謝、向菌體提供能量，從而得到原料分解產物酒精和二氧化碳的過程。然而，發酵對不同的對象具有不同的意義：對生物學家來說，它的意義就廣泛得多。
從生物化學觀點來說，發酵是指在無氧條件下一個有機化合物能同時作為電子供體和最終電子受體並產生能量的過程。以酵母菌的乙醇發酵過程為例，酵母菌在無氧條件下作用於果汁和麥芽汁中的糖，將糖分子分解並失去分子內電子，而電子的最終受體為糖的分解產物乙醛，乙醛接受電子後被還原為乙醇。此過程為生物化學意義上典型的「發酵」。
簡而言之，生物化學家認為「發酵」是酵母菌在無氧狀態下的呼吸過程，是生物獲得能量的一種形式。現代發酵的定義則將利用微生物在有氧和無氧條件下的生命活動來製造產品的過程叫做發酵。
(二) 什麼是發酵技術
發酵技術是指人們利用微生物的發酵作用，運用一些技術手段控制發酵過程，大規模生產發酵產品的技術，稱為發酵技術。
隨著科學技術的發展，發酵技術也隨之變化。例如基因工程菌的應用，就是通過生物工程技術所創造出的新型微生物進行發酵。利用基因工程發酵往往可以得到所需要的高附加值產品，發酵法生產胰島素就是一個很好的實例。胰島素是一種蛋白質激素，由51個胺基酸殘基組成。由於胰島素能夠降低人體內血糖含量，因此醫學上一直用胰島素配合治療糖尿病。傳統的胰島素生產方法是從牛和豬的胰臟中提取，每454kg牛胰臟，才能得到10g胰島素，使用這種傳統的胰島素的生產加工方法，很難滿足需求。現在人們可以通過基因工程的方法，把編碼胰島素的基因導入大腸桿菌細胞中，創造出能夠生產胰島素的基因工程菌。再將帶有人胰島素基因的工程菌放到大型的發酵罐裡，提供合適環境條件和營養物質，進行人工培養，就可以大量繁殖這種基因工程菌，從而生產出大量的人胰島素。人們把這種大腸桿菌稱為生產胰島素的活工廠，用這種方法200升發酵液就可得到10g胰島素，同時還大大縮短了生產周期。
二、啤酒發酵技術應用現狀
(一) 啤酒的定義和特點
啤酒以大麥芽﹑酒花﹑水為主要原料，經酵母無氧發酵作用釀製而成的飽含二氧化碳的低酒精度酒。啤酒酒液呈淺黃色，清澈透明，味道純正爽口，苦中帶甜，具有明顯的酒花和麥芽香味。它除了含有原料中的營養成分之外，原料經過糖化、發酵後，大大提高了營養價值，其中含人體必需的8種胺基酸。另外，據推算，1升啤酒所產生的熱能相當於250克麵包或800毫升牛奶所產生的熱量，所以啤酒有「液體麵包」的美稱。此外，啤酒中的酒花浸出物和鮮啤酒中的酵母等都有健胃、助消化和利尿作用，酒液中的二氧化碳和酒花所產生的爽口的苦味相互配合，還有增進食慾的功效。啤酒作為一種好喝而又不貴的飲用酒，已被大眾化所接受，它具有以下特點：
1．酒大致分為淡色﹑濃色和黑色3種，不管色澤深淺，均應清亮﹑透明無渾濁現象；
2．有一定量的二氧化碳，可以形成潔白細膩的泡沫；
3．獨特的酒花香味和苦味，淡色啤酒較明顯，且酒體爽而不淡，柔和適口，而濃色啤酒苦味較輕，具有濃鬱的麥芽香味，酒體較醇厚；
4．較高的營養價值，即有較高的發熱量和含有豐富的營養成分。
為了提高啤酒質量，改善啤酒的味道，國際上的啤酒大部分均添加輔助原料。有的國家規定輔助原料的用量總計不超過麥芽用量的50％。國際上常用的輔助原料：玉米﹑大米﹑大麥﹑小麥﹑澱粉﹑糖漿和糖類物質等。
(二) 主要成分和營養成分
啤酒是一種營養豐富的低酒精度的飲料酒。其化學成分比較複雜，也很難得出一個平均值，因為它隨原料配比、酒花用量、麥芽汁濃度、糖化條件、酵母菌種、發酵條件以及糖化用水等諸多因素的變化而變化。但其主要成分，以120P啤酒為例：實際濃度為4.0～4.5%。其中：80%為糖類物質、8～10%為含氮物質、3～4%為礦物質。此外，還含有12種維生素(尤其是B1、B2等B族維生素含量較多)、有機酸、酒花油、苦味物質和CO2等。含有17種胺基酸(其中8種必需胺基酸分別為亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸)。還含有鈣、磷、鉀、鈉、鎂等無機鹽，各種微量元素以及啤酒中的各種風味物質。此外，啤酒具有利尿、促進胃液分泌、緩解緊張及治療結石的作用。適當飲用啤酒可以提高肝臟解毒作用，對冠心病、高血壓、糖尿病和血脈不暢等均有一定效果。啤酒中豐富的二氧化碳和酸度、苦味，具有生津止渴、消暑、幫助消化、消除疲勞、增進食慾的功能。
啤酒的營養價值主要由能發熱的糖類和蛋白質及其分解產物、維生素和無機鹽等組成。由於原輔料組成、配比、水質、菌種及生產工藝的不同，在啤酒發酵時所產生的物質以及溶解在啤酒中的物質的數量均不相同。
三、啤酒發酵技術的應用
（一）啤酒發酵的工藝流程
生產工藝流程：
菌種和充氧冷麥汁→主酵控溫→雙乙醯還原→主酵降溫→後酵保溫→後酵降溫→貯酒控溫→鮮啤酒
（二）操作步驟
①接種 選擇已培養好的0代酵母或生產中發酵降糖正常，雙乙醯還原快、微生物指標合格的發酵罐酵母作為種子，後者可採用罐－罐的方式進行串種。接種量以滿罐後酵母數在（1.2～1.5）×10個/ml為準。
②滿罐時間 正常情況下，要求滿罐時間不超過24h，擴培時可根據啟發情況而定。滿罐後每隔1天排放一次冷凝固物，共排3次。
③主發酵 溫度10℃，普通酒10±0.5℃,優質酒9±0.5℃，旺季可以升高0.5℃。當外觀糖度降至3.8%～4.2%時可封罐升壓。發酵罐壓力控制在0.10～0.15MPa。
④雙乙醯還原 主發酵結束後，關閉冷媒升溫至12℃進行雙乙醯還原。雙乙醯含量降至0.10mg/L以下時，開始降溫。
⑤降溫 雙乙醯還原結束後降溫，24h內使溫度由12℃降至5℃，停留1天進行酵母回收。亦可在12℃發酵過程中回收酵母，以保證更多的高活性酵母。旺季或酵母不夠用時可在主發酵結束後直接回收酵母。
⑥貯酒 回收酵母后，錐形罐繼續降溫，24h內使溫度降至-1℃～-1.5℃，並在此溫度下貯酒。貯酒時間：淡季7天以上，旺季3天以上。
（三）酵母的回收與排棄
一般情況下，發酵結束溫度降到6～7℃以下時應及時回收酵母。若酵母回收不及時，錐底的酵母將很快出現"自溶"。
通常採取緩慢回收，回收前要先排20分鐘左右，而且在回收前高溫高壓給酵母儲罐降溫，回收是注意控制罐內壓力，防止酵母在壓力突然降低造成酵母細胞破裂。回收完畢後點上酵母儲存。（注意，一般情況下使用4代以內的酵母）
如果有用不到的酵母，同樣就要排到廢酵母罐內，也是採取緩慢排棄，主要是為了防止啤酒擊穿酵母層，造成酒損嚴重的後果.。
（四）發酵罐的清洗
清水-稀酸-清水-鹼水-清水-殺菌劑-無菌水 此種方法被認為是比較理想的洗滌方法。通過對長期使用的大罐內壁的檢查，可發現粘附有由草酸鈣、磷酸鈣和有機物組成的啤酒石，先用稀酸（磷酸、硝酸、硫酸）除去啤酒石，再進行洗滌和消毒殺菌，這樣會對啤酒質量有利。
四、啤酒發酵技術研究發展方向
隨著社會和經濟的進步，我國發酵工業也將出現飛躍發展，但從目前來看，啤酒如下幾個方面的研究趨勢。
1.研究解決代糧節料的問題，探討如何讓將目前酒精生產所用的原料耗量減低，降低噸酒精的原料費用。
2.選育性能優良的新菌種。當前生產中所用的菌種，無論是糖化用的麴黴，還是發酵用的酵母菌，與世界先進國家比還有很大的差距，遠未達到原料的理論產值，這就需要尋找和馴養新菌種，從而推動酒精發酵生產的向前發展。
3.隨著「固定化增值細胞發酵」技術的發展，我國的酒精生產及發酵工業的工藝，將發生較大的變革。
4.研究新設備。目前各生產酒精的設備、生產方法和建廠時間都有所不同，各種設備的使用情況也各異，即使同一種設備往往也存在著較大的差別和缺陷，有些生產設備性能較差，生產效率低，在生產中已感到明顯的不足，這些都有待去研究和設計符合工藝，性能完美的設備來滿足生產的需要。
5.採用先進的科學技術。由於科學的發展，產量質量標準的提高，對現有的生產技術提出了新的，更高的要求，所以必須吸取國內外的先進經驗，採用先進的科學技術和先進工藝，才能在短時間內解決生產上存在的問題。
總之，酒精發酵工業今後的發展方向就是研究如何代糧節料，採用先進的科學技術，選用先進工藝，選育新菌種，研究設計性能完美的生產設備，是我國的酒精發酵工業在短時間內達到世界先進水平。