氮限制是啤酒高濃釀造中常見的技術難題，可導致酵母活力降低、發(fā)酵滯緩甚至停滯。盡管麥汁中富含蛋白質和多肽，但釀酒酵母因幾乎不分泌胞外蛋白酶而無法利用此類氮源。本論文以高濃麥汁為研究體系，分析了不同氮源水平對酵母生理特性及發(fā)酵性能的影響，在此基礎上探討了通過添加外源蛋白酶來提高麥汁游離氨基氮（FAN）水平并改善酵母發(fā)酵性能的可行性。研究比較了酵母氨基酸同化模式在常濃和高濃釀造之間的差異，明確了改善酵母發(fā)酵性能的關鍵氨基酸，并探討了高濃麥汁中關鍵氨基酸的補充對酵母氮代謝調控的影響。最后分析了不同碳源條件下氨基酸同化模式及酵母發(fā)酵性能的變化。為啤酒高濃釀造技術的氮源優(yōu)化和輔料選擇提供理論依據(jù)和方法指導。
論文主要研究內容和結果如下：
（1）研究了常濃麥汁和不同氮源水平的高濃麥汁發(fā)酵對酵母生理特性和發(fā)酵性能的影響。結果表明，麥汁濃度的升高及氮源水平的降低導致酵母生長速度減慢、發(fā)酵后期細胞絮凝性和活細胞率降低、酵母對碳源和氮源的利用速度下降、與細胞代謝有關的基因表達（ATF1、BAT1、BAP2、HSP12和TDH）受到抑制。低氮源水平的高濃麥汁降低了麥汁發(fā)酵度和乙醇產量、促進了細胞對B組氨基酸的吸收。
（2）研究了食品級蛋白酶（中性蛋白酶、風味蛋白酶和復合蛋白酶）在高濃（20°P）及超高濃釀造（24°P）中應用的可行性。分析了蛋白酶的添加對麥汁FAN的釋放、酵母發(fā)酵性能及啤酒質量的影響。結果表明，發(fā)酵過程中蛋白酶的添加可顯著提高發(fā)酵后期麥汁中的FAN水平（提高幅度20mg/L）、促進細胞生長、提高酵母發(fā)酵性能，其中風味蛋白酶的效果最佳。與對照組相比，風味蛋白酶的添加在20°P高濃釀造中可提高麥汁發(fā)酵度12%，提高乙醇產量12%；在24°P超高濃釀造中可提高麥汁發(fā)酵度8%，提高乙醇產量6%。蛋白酶的添加可顯著促進啤酒風味物質的形成，但對醇酯比無顯著影響，對啤酒泡沫穩(wěn)定性影響較小。
（3）研究了麥汁糖化過程中蛋白酶（中性蛋白酶、風味蛋白酶和復合蛋白酶）的添加對氨基酸組成和酵母發(fā)酵性能的影響，分析了常濃（12°P）和高濃（20°P）釀造之間酵母對氨基酸同化模式的差異。結果表明，麥汁糖化過程中蛋白酶的添加可顯著提高麥汁浸出物含量和FAN水平（麥汁浸出物含量提高幅度3%，F(xiàn)AN水平提高幅度45%），其中復合蛋白酶和中性蛋白酶效果較好。常濃發(fā)酵中，風味蛋白酶和中性蛋白酶處理的麥汁可顯著促進酵母生長，提高發(fā)酵性能；而在高濃發(fā)酵中，復合蛋白酶和中性蛋白酶處理的麥汁可顯著促進酵母生長，提高發(fā)酵性能。麥汁濃度的升高導致酵母對氨基酸的同化模式發(fā)生改變（細胞對亮氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、天冬氨酸和纈氨酸的同化率顯著增大）。此外，在常濃發(fā)酵中，細胞對賴氨酸、亮氨酸、精氨酸和組氨酸的同化與麥汁發(fā)酵度之間呈顯著正相關，而在高濃釀造中，只有賴氨酸和組氨酸的同化與麥汁發(fā)酵度之間呈顯著正相關。
（4）研究了20°P高濃釀造過程中賴氨酸、組氨酸以及兩者混合物的補充對酵母發(fā)酵性能及氮代謝調控的影響。結果表明，賴氨酸和組氨酸的添加可顯著促進酵母生長、提高麥汁發(fā)酵度、乙醇產量和風味物質的形成。賴氨酸的添加顯著提高了SPS誘導基因（LYP1、HIP1、BAP2和AGP1）的表達，而組氨酸的添加則顯著抑制了NCR敏感基因（GAP1和MEP2）的表達。賴氨酸和組氨酸的添加可提高酵母對谷氨酸和苯丙氨酸的吸收，并降低細胞對絲氨酸、色氨酸和精氨酸的吸收。與賴氨酸和組氨酸混合物的添加相比，分別添加賴氨酸和組氨酸對酵母的發(fā)酵性能效果更好。
（5）研究比較了不同碳源（葡萄糖、蔗糖和麥芽糖）條件下酵母在18°P高濃和24°P超高濃釀造中的耐受性、氨基酸同化和發(fā)酵性能。結果表明，在18°P高濃發(fā)酵過程中，與麥芽糖相比，葡萄糖和蔗糖的添加可顯著提高酵母的發(fā)酵性能，特別是蔗糖的添加，可提高麥汁發(fā)酵度6%，提高乙醇產量8%。但對酵母的生長無顯著影響。在24°P超高濃發(fā)酵過程中，發(fā)酵前期葡萄糖和蔗糖添加組的發(fā)酵性能優(yōu)于麥芽糖，但發(fā)酵后期麥芽糖添加組顯著促進了細胞的發(fā)酵性能。與蔗糖相比，麥芽糖的添加可提高麥汁發(fā)酵度14%，提高乙醇產量10%。麥汁濃度的升高導致酵母活細胞率降低，但促進了胞內海藻糖的合成。葡萄糖和蔗糖的添加不利于胞內海藻糖的積累，從而降低了酵母活細胞率。在24°P超高濃發(fā)酵過程中，麥芽糖的添加顯著促進了細胞對甘氨酸和丙氨酸的分泌及發(fā)酵后期細胞對脯氨酸的吸收。麥汁濃度的升高（由18°P升高至24°P）降低了細胞對高級醇的合成，但促進了酯的合成，葡萄糖的添加顯著提高了風味物質的含量。
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