啤酒生产工艺设计

发布时间：2024-11-17

对啤酒生产的基本知识及设计作了详细介绍,希望能为有需要的亲提供切实的帮助

啤酒生产工艺设计

对啤酒生产的基本知识及设计作了详细介绍,希望能为有需要的亲提供切实的帮助

第一章背景知识 .................................................................................... 2

1.1 啤酒的特点 .................................................................................. 2 1.2 啤酒的历史 .................................................................................. 2 1.3 啤酒的营养成分 .......................................................................... 3 1.4 啤酒的风格 .................................................................................. 3 1.5 啤酒酿造原料 .............................................................................. 3 第二章生产工艺流程 ............................................................................ 5

2.1 麦芽制造工艺流程 ...................................................................... 5 2.2 啤酒酿造工艺流程 ...................................................................... 6 第三章设备一览表 .............................................................................. 17 第四章主要操作条件及工艺指标 ...................................................... 18 第五章操作规程 .................................................................................. 21

5.1 糊化锅操作 ................................................................................ 21 5.2 糖化锅操作 ................................................................................ 21 5.3 过滤槽操作 ................................................................................ 22 5.4 煮沸锅操作 ................................................................................ 22 5.5 旋沉槽操作 ................................................................................ 23 5.6 发酵罐操作 ................................................................................ 23

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第一章背景知识

1.1 啤酒的特点

啤酒是以大麦芽和酿造水为主要原料，以大米、玉米等谷物为辅料，以极少量啤酒花为香料，经过啤酒酵母糖化发酵酿制而成的一种含有丰富的二氧化碳而起泡沫的低酒精度[2.5—7.5%(V/V)]的健康饮料酒。

啤酒含有一定量的CO2，一般>0.42%（m/m），可以形成洁白细腻的泡沫，使人感到有杀口感。它有特殊的啤酒花清香味和适口的苦味，有比较丰富的营养价值，即有较高的发热量（181.4KJ/100g啤酒）和含有丰富的营养成物质（蛋白质、碳水化合物、矿物质、有机酸及维生素等）。啤酒与其他酿造酒有所不同。主要不同点是：使用的原料不同；使用的酿造方式和酵母菌种不同，啤酒有特殊或专用的酿造方法，发酵用的酵母是经纯粹分离和专门培养的啤酒酵母菌种；生产周期不固定，长短不一，可根据品种、工艺和设备条件而变化,短的仅14天,长的可达40天以上。

啤酒的酒精含量是按质量计的，通常不超过2—5%。国外为3—5g酒精/100g啤酒，一般不超过8g，在我国一般为3.4—4g酒精/100g啤酒（m/m）。啤酒度不是指酒精含量，而是指酒液原汁中麦芽汁浓度的质量百分比。这种标度方法仅见于中国啤酒，在外国啤酒中还没有。啤酒的浓度变化较大，在10—20°Bx之间。我国啤酒厂过去分别生产原麦汁浓度为8—18°Bx的10余种啤酒，其中原麦汁浓度为10—12°Bx的啤酒产量最大，生产厂家也较多。 1.2 啤酒的历史

啤酒是历史最悠久的谷类酿造酒。啤酒起源于9000年前的中东和古埃及地区，后传入欧洲，19世纪末传入亚洲。目前，除了伊斯兰教因宗教原因而不生产和不饮用啤酒外，啤酒几乎遍及世界各国。

最初的啤酒是不加酒花的。在中世纪的欧洲，人们曾用一种名叫格鲁特的药草及香料为啤酒提味，因这样做就需要医学知识及多种材料，故啤酒只能主要在修道院生产。但自14世纪起，添加蛇麻花的啤酒逐渐盛行于欧亚大陆，因为在那里蛇麻花是随处可见的植物。蛇麻花即啤酒花，简称酒花，在全世界啤酒酿造工业中，一直沿用至今。人们还利用单宁来澄清啤酒，并抑制杂菌繁殖。由于林德（Linde）发明了冷冻机，使啤酒的低温两段发酵成为可能，而啤酒口味更趋柔稳。巴斯德（Pasteur）发明的在60℃下保持30min以杀灭酵母和杂菌的方法，使啤酒的保存期大为延长。近几年来，膜过滤等技术的迅速发展，使“纯生啤酒”的生产成为现实。

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1.3 啤酒的营养成分

啤酒是一种含有碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质等平衡性良好的营养十分丰富的低酒精度的饮品，素有“液体面包”的美称。

科学研究表明，啤酒中含有人体所需的17种氨基酸，其中有8种不是人体所能合成的，人体必需氨基酸占12—22%，含有12种维生素（尤以B族维生素最突出）以及矿物质等多种营养素。啤酒具有较高的热量，1L啤酒的热量可达1779KJ。因此，早在1972年7月墨西哥召开的第9届世界营养食品会议上，啤酒就被正式推荐为营养食品。 1.4 啤酒的风格

啤酒风格又称典型性，是啤酒色、香、味和泡沫的综合体现，在啤酒酿造过程中形成。也因不同地区人们的习惯和爱好而大不相同。啤酒风格由其色泽、透明度、泡沫、香气与口味体现。 1.5 啤酒酿造原料 1.5.1 酿造大麦

大麦子粒主要由胚、胚乳、谷皮三部分组成。

大麦含水分12%～20%，含干物质80%～88%。通常大麦含水分为13%。碳水化合物主要是淀粉、纤维素、半纤维素和麦胶物质，以及不同多糖的分解产物：淀粉是大麦中碳水化合物的最主要成分，含量最多，占干物质的58%～65%。淀粉含量越高，浸出物就越多，麦汁收得率也越高；纤维素是细胞壁的支撑物质，主要存在于皮壳中，微量存在于胚及果皮和种皮中，不存在于胚乳中，纤维素的最小组成单位为葡萄糖；半纤维素是植物的骨架物质，对其形态起支撑作用，所以又称骨架物质或支撑物质。大麦中半纤维素和麦胶物质的含量与大麦成熟度、气候条件等有关，约占大麦干物质的10%。主要存在于胚乳中，构成胚乳细胞壁，也存在于麦壳中；大麦中含有少量的低分子糖类，主要存在于胚和糊粉层中。

大麦蛋白质主要存在于糊粉层中，胚乳中也有存在，含量一般在9.0%～12.0%之间，蛋白质的主要作用：提供酵母营养，使啤酒口感醇厚、圆润，丰富啤酒泡沫，使啤酒早期混浊。 1.5.2 辅助原料

在啤酒酿造过程中，除了使用大麦麦芽作为主要原料外，还可添加部分辅助

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原料。正确使用辅助原料可以降低原料成本，调整麦汁组成，提高啤酒发酵度，增强啤酒某些特性，改善啤酒泡沫性质。我国盛产大米，所以大米一直是我国啤酒酿造广泛采用的一种辅助原料，其最大特点是淀粉含量高，可达75%～82%，无水浸出率高达90%～93%。 1.5.3 酒花

酒花学名“蛇麻”有雌花和雄花之分，啤酒酿造通用雌花。酒花的作用主要是赋予啤酒爽口的苦味和酒花香味、促进麦汁和啤酒的澄清、有利于啤酒的泡沫、作为啤酒防腐剂。

在酒花的化学组成中，对啤酒酿造具有重要意义的三大主要成分是酒花树脂、酒花油和多酚物质。酒花树脂是苦味的主要来源；酒花油是啤酒酒花香味ide主要来源；多酚物质能与蛋白质形成复合物，促进蛋白质凝固，在啤酒中形成黑色物质，增加啤酒的色泽，低分子多酚能赋予啤酒一定的醇厚性。 1.5.4 水

水是啤酒酿造非常重要的原料，按用途分可将啤酒厂用水分为多种，每种水的用途不同，要求也不一样。

水的硬度是指水中离子（主要是钙、镁离子）沉淀硬脂酸钠（皂化）的能力，一般来讲，生产单色啤酒适宜用中等硬度以下的水。

回收的酵母要经过洗涤后再用，酵母洗涤用水需达到无菌要求，否则杂菌会进入酵母培养液中，进而污染发酵醪。稀释用水若含有杂菌，会直接进入啤酒中，因此，这两部分水必须进行除菌处理，除菌方法有：沙滤棒过滤、加氯杀菌、臭氧杀菌、紫外线杀菌。

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第二章生产工艺流程

2.1 麦芽制造工艺流程

麦芽制造主要有三大步骤：浸麦、发芽、干燥，流程如下：

2.1.1 浸麦

使麦芽吸收发芽所需要的一定量水分的过程，称为大麦的浸渍，简称浸麦。经浸渍后的大麦称为浸渍大麦。

浸麦是为了供给大麦发芽时所需的水分，给以充足的氧气，使之开始发芽。与此同时还可洗涤麦粒，除去浮麦，除去麦皮中对啤酒有害的物质。

浸麦水最好使用中等硬度的饮用水，不得存在有害健康的有机物，应无漂浮物。水中亚硝酸盐含量达到一定量时，对发芽有抑制作用。水中含铁、锰过多，会使麦芽表面呈灰白色。碱性的水，会提高皮壳的办渗透性，增加水的铁含量，限制沉降作用，甚至影响色泽。

大麦经浸渍后的含水百分率，称为浸麦度。它既是浸麦效果的最终表现形式之一，又是大麦发芽的要素之一，成为制麦工艺关键的一个工艺控制点。 2.1.2 发芽

浸渍大麦在理想控制的条件下发芽，生成适合啤酒酿造所需要的新鲜麦芽的过程，称为发芽。然后送入焙燥系统制成啤酒麦芽。因此，发芽是一种生理生化过程。

大麦发芽的目的：激活原有的酶；生成新的酶；物质转变。发芽工艺条件主要控制浸麦度、发芽温度、发芽时间和通风。

发芽方式分地板式发芽和通风式发芽两大类，通风式发芽又有多种设备形式。如箱式发芽、圆形制麦系统等。

传统的发芽放养是地板式发芽，即将浸渍后的大麦平摊在水泥地板上，人工翻麦，这种方式由于占地面积大、劳动强度大、不能机械化操作、工艺条件很难

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人工控制、受外界气候影响等，已不再采用。

通风式发芽料层厚，单位面积产量高，设备能力大，占地面积小，工艺条件能够人工控制，容易实现机械化操作，所以在国内已经完全取代了地板式发芽。 2.1.3 干燥

未干燥的麦芽称为绿麦芽，绿麦芽含水分高，不能贮存，也不能进入糖化工序，必须经过干燥。通过干燥，可以使麦芽水分下降至5%以下，利于贮藏；终止化学—生物学变化，固定物质组成；去除绿麦芽的生青味，产生麦芽特有的色、香、味；容易除去麦根。 2.1.4 除根

根芽对啤酒酿造没有意义，并影响啤酒质量。根芽吸湿性强，能够很快吸收环境的水分，使干燥麦芽含水量重新提高；根芽含有不良的苦味，影响啤酒的口味；根芽能使啤酒的色度增加。所以麦芽干燥后应将根芽除掉。 2.2 啤酒酿造工艺流程

酿造工艺流程描述：

糊化锅中加入52kg工艺水，加热至45℃；将已粉碎好的原料加入糊化锅中，在温度为70℃的条件下使α-淀粉酶充分作用，时间为20min；然后在100℃的条件下使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时提供混合糖化醪升温所需的热量，时间为40min。

在糖化锅中加入96kg工艺水，加热至37℃；将已粉碎好的原料加入糖化锅

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中，在温度为50℃的条件下使羧肽酶充分作用，形成低分子含氮物质；然后将糊化锅醪液加入糖化锅中，并在65℃下保持30min，使β淀粉酶充分降解淀粉；然后在72℃下保持40min，让α淀粉酶充分分解淀粉，之后升温至78℃。糖化锅醪液经过滤槽去除麦糟后，倒入煮沸锅加热煮沸，醪液的沸点为105℃，通过煮沸可以适当控制麦汁浓度在0.12-0.13之间；并能破坏酶的活性，终止生物化学反应；使蛋白质变性凝固；使酒花中的有效成分充分溶出。煮沸过程的凝固的蛋白质在旋沉槽中沉淀除去；然后倒入发酵罐中进行发酵。

2.2.1 原料粉碎

粉碎是一种纯机械加工过程，原料通过粉碎可以增大比表面积，使内含物与介质水和生物催化剂酶接触面积增大，加速物料内含物的溶解和分解。麦芽粉碎方法分为三种，即干法粉碎、增湿粉碎和湿法粉碎。干法粉碎是一种传统的并且一直延续至今的粉碎方法，而增湿粉碎和湿法粉碎被越来越多的厂家采用。 2.2.2 糖化

糖化是麦芽内含物在酶的作用下继续溶解和分解的过程。麦芽及辅料粉碎物加水混合后，在不同的温度段保持一定的时间，使麦芽中的酶在最适的条件下充分作用相应的底物，使之分解并溶于水。原料及辅料粉碎物与水混合后的混合液称为“醪”（液），糖化后的醪液称为“糖化醪”，溶解于水的各种干物质（溶质）称为“浸出物”。浸出物由可发酵性和不可发酵性物质两部分组成，糖化过程应尽可能多地将麦芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。

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2.2.2.1糖化工艺条件的控制

1、原辅料比：辅料添加量的多少，要考虑麦芽酶活性的高低和麦汁中可溶性氮含量的多少，随着辅料添加量的提高，麦汁中氨基酸的含量下降。我国采用大米作为辅料，添加量一般为25%左右。

2、糖化用水和洗糟用水：在配料时加入的水为糖化用水，根据头号麦汁浓度和麦芽浸出率确定；用于洗出残留在麦糟中的麦汁的水称为洗糟用水，洗糟用水与糖化醪浓度和洗糟的强烈程度有关。

3、投料温度：投料温度与麦芽溶解状况和糖化方法有很大关系。 4、各糖化阶段休止温度和时间：在某种酶的最适作用温度下维持一定的时间，使相应底物尽可能多的分解，这段时间称为休止时间，温度称为休止温度。糖化阶段的休止温度要尽量适应不同酶的最适作用温度，发挥各种酶的最大潜力。

5、糖化醪pH：各种酶都有各自的最适作用pH范围，要使糖化醪pH适合或接近主要酶类的最适pH。如α-淀粉酶、β-淀粉酶、蔗糖酶、R-酶、内肽酶、羧肽酶等，最适作用pH都在5.2～5.6之间。

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6、碘液反应：在麦汁制备过程中，淀粉必须分解至不与碘液起呈色反应为止，此时麦汁中淀粉已完全分解为糊精和可发酵性糖。 2.2.2.2 糖化方法

根据是否分出部分糖化醪进行蒸煮来分，将糖化方法分为煮出糖化法和浸出糖化法；使用辅助原料时，要将辅助原料配成醪液，与麦芽醪一起糖化，称为双醪糖化法，按双醪混合后是否分出部分浓醪进行蒸煮又分为双醪煮出糖化法和双醪浸出糖化法。

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2.2.3 麦汁过滤

糖化结束后，必须将糖化醪尽快地进行固液分离，即过滤，从而得到清亮的麦汁。固体部分称为“麦糟”，这是啤酒厂的主要副产物之一；液体部分为麦汁，是啤酒酵母发酵的基质。糖化醪过滤是以大麦皮壳为自然滤层，采用重力过滤器或加压过滤器将麦汁分离。分离麦汁的过程分两步：第一步是将糖化醪中的麦汁分离，这部分麦汁称为“头号麦汁”或“第一麦汁”，这个过程称为“头号麦汁过滤”；第二步是将残留在麦糟中的麦汁用热水洗出，洗出的麦汁称为“洗糟麦汁”或“第二麦汁”，这个过程称为“洗糟”。 2.2.3.1.顶热水：

糖化终了前，先检查过滤槽的筛板是否清洗干净，铺好，压紧，关闭过滤槽风门( 保温和隔氧)，并检查耕刀是否在正常位置，各进出阀门是否在正常关闭状态。然后由槽底通入76—78℃的水(糖化用水)，以刚没过筛板为度。其目的是排除过滤槽底与筛板之间以及麦汁管道的空气；同时对过滤槽预热，以免醪液冷却。 2.2.3.2.进醪:

将糖化锅的糖化醪（76—78℃）充分搅拌，尽快泵入过滤槽，以免醪液温度下降。为了避免过滤层不均匀，醪液从底部泵入，此时应使耕糟机缓慢转动，以使

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麦糟分布均匀。 2.2.3.3.静置

通过静置，使麦糟层自然沉降，形成30-40cm的(湿法60-70cm)过滤层。从下向上为：

2.2.3.4.预过滤（预喷）及回流

目的是去掉静置后筛板与槽底间的沉积物(开始时回流的混浊麦汁是由水、麦汁和筛底团块组成)。通过麦汁阀或泵的开关来完成，这样在麦汁区形成一个涡流，一起把槽底间的沉积物带出来。在预过滤（预喷）过程中，阀门的开启不得过大，以免产生过大的吸力，使糟层吸紧。 2.2.3.5洗糟

当第一麦汁流出至露出麦糟时，从顶部喷入78℃左右热水洗糟，喷洒热水可根据洗涤效果，分2~4次进行，最后控制麦汁残糖浓度在0.8%~1.5%左右

2.2.4 麦汁煮沸

2.2.4.1 麦汁煮沸过程中的变化其作用

1、蒸发多余的水分

2、破坏酶的活性，终止生物化学变化，固定麦汁组成。 3、麦汁灭菌

4、浸出酒花中的有效成分 5、使蛋白质变性凝固 2.2.4.2 酒花的添加

啤酒酒花可以赋予啤酒爽口的苦味和特有的香味，促进蛋白质凝固，提高啤酒的非生物稳定性，此外还有利于啤酒泡沫和起到抑菌作用。

1、酒花添加量：酒花添加量有两种计算方法，第一种是按每百升麦汁或啤

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酒添加酒花的质量计，第二种是按每百升麦汁添加酒花中α-酸的质量计。 2、添加酒花时考虑的因素：防止麦汁初沸时泡沫溢出；α-酸有充分的异构化时间；多酚物质与蛋白质要有足够的接触时间；尽可能多的保留酒花香味物质。 3、酒花添加时间：一般分三次添加酒花，以煮沸时间90min为例，第一次在煮沸开始时添加，添加量为酒花总量的19%左右；第二次在煮沸后45min时添加，添加量为总量的43%左右；第三次在煮沸结束前10min添加，添加量为总量的38%左右。

4、酒花添加方式：直接从人孔加入；密闭煮沸时先将酒花加入酒花添加罐中，然后再利用煮沸锅中的麦汁将其冲入煮沸锅中。 2.2.5 麦汁冷却、凝固物分离及充氧

经煮沸的麦汁要冷却到发酵温度，再冷却过程中分离凝固物，并通入无菌空气提供酵母生长繁殖所需的氧。凝固物是在麦汁煮沸过程中由于蛋白质变性凝固和多酚物质不断氧化聚合而形成的，根据析出的温度不同分为热凝固物和冷凝固物。

2.2.5.1 热凝固物

在比较高的温度下凝固析出的凝固物称为热凝固物，这种凝固物主要是在麦汁煮沸时产生，在麦汁冷却至60℃以上的过程中也有生成。

热凝固物的生成量受很多因素影响：麦芽含氮量高，特别是高分子氮含量高，热凝固物多；麦芽溶解越充分，蛋白质溶解越多，热凝固物析出就越多；麦汁越浓，热凝固物越多；麦芽焙焦温度高、糖化投料温度低、煮醪量多，已有部分蛋白质凝固，麦汁过滤时被分离出去，麦汁煮沸时热凝固物减少；麦汁煮沸时间、麦汁pH、麦汁澄清剂和酒花的添加以及酒花中多酚含量等，都影响热凝固物的析出。

2.2.5.2 热凝固物的分离

发酵前必须除掉热凝固物，若带入发酵醪中，可能会黏附在酵母细胞表面，将影响酵母的正常发酵。另外，热凝固物对啤酒色度、泡沫性质、苦味和口味稳定性都有不良影响。一般用回旋沉淀槽分离热凝固物。分离热凝固物的方法很多，如沉淀槽分离、回旋沉淀槽分离、离心机分离、硅藻土过滤机分离等。目前绝大多数啤酒厂采用回旋沉淀槽分离热凝固物。

回旋沉淀槽分离原理用泵将煮沸后的热麦汁沿切线方向打入回旋沉淀槽，麦汁在槽内作减速回旋运动，同时液面形成凹形抛物面，中心形成一个倒锥形漩

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涡区。上部液体中的颗粒在重力和离心力的作用下向外下方移动，下部液体中的颗粒在向心力的作用下向中心移动，一旦到达漩涡区，颗粒就被迅速旋入底部，与麦汁分离，麦汁回旋运动自然减速静止后，颗粒在回旋沉淀槽底部中央形成丘状沉淀物，即热凝固物。 2.2.5.3 麦汁冷却

常用的麦汁冷却设备是薄板冷却器，分为两段冷却和一段冷却。

两段冷却：第一段冷却用自来水作冷却介质，将麦汁从95℃左右冷却至40～50℃,冷却水由不到20℃被加热到55℃左右；第二段冷却是用深度冷冻的水作为冷却介质，麦汁被进一步冷却到发酵入罐温度7℃左右，冷冻水从-4℃～-3℃升温至0℃左右，

2.2.5.4 麦汁充氧

酵母是兼性微生物，在有氧条件下生长繁殖，在无氧条件下进行酒精发酵。酵母进入发酵阶段之前，需要繁殖到一定的数量，这阶段是需氧的。因此，要将麦汁通风，使麦汁达到一定的溶解氧含量（7～10mg/L）。由于啤酒发酵是纯种培养，所以通入的空气应该先进行无菌处理，即空气过滤。

空气在麦汁中的溶解速度与其分散度有关，通常采用文丘里管充气。文丘里管是两端截面大，中间有缩节的管子。麦汁流过文丘里管时，由于截面减小而流速增大、压力降低，在缩节处流速最大、压力最小。在缩节处通入无菌空气时，就会被吸入麦汁中，并以微小气泡形式均匀散布于高速流动的麦汁中。一般充氧要求为7～8mg氧/L麦汁。 2.2.5.5 冷凝固物及其分离

麦汁经缓慢冷却析出的无定形的细小颗粒，即为冷凝固物。冷凝固物从80℃开始析出，随温度的降低，析出量增多。冷凝固物的组成主要是蛋白质与多酚的

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复合物，另外还黏附有碳水化合物、苦味物质和无机盐等。

麦汁冷凝固物的多少与很多因素有关：麦芽溶解的均匀程度、麦芽粉碎程度；煮沸过程中添加酒花；糖化方法。

在进入正式发酵之前应将冷凝固物分离，否则会黏附酵母细胞，造成发酵困难，增加啤酒过滤负荷，啤酒口味粗糙，啤酒泡沫性质及啤酒口味稳定性不好。分离冷凝固物常用方法有酵母繁殖槽沉降法和浮选法。

酵母繁殖槽沉降法这种方法利用现有繁殖槽分离冷凝固物，无需添加其他设备，分离效率为30%～40%，是我国啤酒生产常用的一种方法。

浮选法向麦汁中通入无菌空气，并将空气打碎成细小的气泡，气泡缓慢地上升，冷凝固物吸附在气泡表面并随之一起上升到液体表面，再液面上形成一层泡盖，静置一段时间后，将下面澄清的麦汁与冷凝固物泡盖分离，这种方法称为浮选法。 2.2.6 啤酒发酵 2.2.6.1 啤酒酵母

啤酒酵母属真核生物，细胞结构类似高等生物，包括细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体以及各种贮藏物质。

啤酒酵母的化学成分：啤酒酵母的细胞以含水分为主，为75%~85%。干物质只占15%~25%，主要由碳、氢、氧、氮和少量矿物质组成，其中碳占49.8%，氢占6.17%，氧占31.1%，氮占12.7%，这些元素组成了酵母细胞内各种有机物质和无机物质。

啤酒酵母的菌落：啤酒酵母的菌落特征与细菌相似，但比细菌菌落大而厚，菌落表面光滑、湿润、粘稠，菌落质地均匀，正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一，啤酒酵母的菌落为乳白色

酵母菌的繁殖方式：酵母菌的繁殖方式可分为无性繁殖和有性繁殖两大类：无性繁殖包括芽殖、裂殖和产生无性孢子：有性繁殖主要是产生子囊孢子。在正常的营养状态下，啤酒酵母都是无性繁殖。主要以芽殖为主。

啤酒酵母的生活史：啤酒酵母的生活史是单双倍体型，单倍体及双倍体营养细胞都是可以进行芽殖繁殖。通常双倍体营养细胞大，生活能力强，在一个群体内的单倍体随时间的推移而逐渐减少，啤酒酵母发酵都利用培养的双倍体细胞。