酵母菌与酒精发酵

1、4 酵母菌与酒精发酵(AF) n本章主要讲述酵母菌的特性、酒精发酵的原理以及 影响酒精发酵的因素。 n要求学生了解葡萄酒酿造中所使用的酵母菌的特性、 酒精发酵的原理，建立“危险温区”的概念，掌握 酵母菌对葡萄酒质量影响的双重性，酒精发酵的各 种条件对酒质的影响，为葡萄酒酿造酒精发酵的控 制打下坚实的基础。 n教学重点和难点：酵母菌对酒精发酵和酒质的影响。 4 酵母菌与酒精发酵(AF) 4.1 酒精发酵的定义 4.2 酵母菌的一般特性 4.3 葡萄酒酿造中的主要酿酒菌种 4.4 酵母菌的成分和营养 4.5 酿酒中的呼吸和发酵 4.6 酵母菌的生长周期 4.7 生存素 4.8 影响酵母菌生长和酒精

2、发酵的因素 思考题 4.1 酒精发酵的定义 n酵母菌将葡萄浆果中的糖分解为酒精、二氧化碳和 其它副产物，这一过程称为AF。多数酵母菌发酵葡 萄糖比果糖快，而拜耳酵母、星形球拟酵母发酵果 糖比葡萄糖快。 n95的糖被分解为酒精和二氧化碳，5的以其它 支路被转化，生成其它的副产物，对葡萄酒质量具 有重要作用。C6H12O62C2H5OH2CO2 n实质上，AF是由酵母菌分泌的一系列酶完成的。 n发酵保留残糖与人为加糖比较，哪个酒更甜？ n 如何酿造残留葡萄糖多的甜葡萄酒？ 4.2 酵母菌的一般特性 n子囊菌纲酵母属；单细胞微生物；圆形、椭圆形、细 长或柠檬形；饱满、细胞壁薄、细胞质均一、透明无 色

3、为活性强的细胞；衰老和不良条件下的细胞壁厚、 细胞质呈颗粒状。 n在酒厂、葡萄园，酵母菌无处不在，以孢子的形式越 冬，靠昆虫(果蝇)、风传播。注意酒厂卫生。 n在传统的葡萄葡萄酒产区，酵母菌逐渐适应了当地的 气候、土壤和品种等，形成了一定的酵母群落。不同 产区天然酵母群落差异很大。 nAF中，酵母菌以出芽繁殖为主，在显微镜下，观察出 芽状态的酵母菌的多少，可以知道酵母菌的繁殖状况。 4.3 葡萄酒酿造中主要酵母菌种 n25属150种之多，进行正常的AF的主要是酿酒酵母； 在AF中不起作用或作用很少的统称为野生酵母。引 起葡萄酒腐败，产生异味和蹼膜的多为野生酵母的 一些菌株，汉逊、毕赤氏和圆酵母

4、都会引起二次发 酵。 n根据能否产生孢子，将酵母菌分为两大类，即子囊 酵母(真酵母)和无子囊酵母(非产孢酵母，拟酵母) n酵母的特性：产酒精能力、产酒精效率、抗SO2能力。 思考：还应该考察酵母菌的哪些特性？ n自然发酵酵母菌象接力赛一样。 选择酵母菌需要考虑的因素 n产物(酒)的质量：外观、香气、口感，SO2、 甘油、挥发酸等 n发酵是否彻底 n发酵速度 n发酵状况：泡沫 n酵母的凝聚性 n对发酵条件的适应性：温度、营养 n是否吸附酚类物质 n特殊酵母：增香 n价格等 n要根据实际情况来选择具有一定特性的酵母 菌。 4.4 酵母菌的成分和营养 n酵母菌的生长发育需要水、碳水化合物、含氮物质、

5、维 生素和无机盐等。在正常情况下，葡萄汁含有酵母菌需 要的所有营养成分。铵离子和多数氨基酸能作为酵母属 酵母的氮源；酵母能很好地利用无机磷酸盐，但也能利 用磷酸酯类；需要铁、镁、锰、铜、钙、钾、锌等，钠 有毒性；营养缺乏导致发酵迟缓或不完全，还会导致产 生不希望的产物 n当基质中不再含有酵母菌所需营养物质时，部分酵母菌 自溶形成高级醇和氨基酸。 n为加速并完成AF，只能使用化学催化剂，以酒石酸盐、 氯化物、硫酸盐或磷酸盐等形式与铵离子结合的盐类、 硫胺素加量0.0006g/L，硫酸铵0.3g/L。磷酸二铵 4.5 酿酒中的发酵和呼吸 n低浓度氧有利于发酵，高浓度氧抑制发酵，刺激有氧呼 吸。(接

6、触氧气量与细胞干重的关系) 发酵和呼吸的关系 n值得注意的是，发酵和呼吸并不是相互排斥的代 谢方式。酵母属酵母在发酵过程不能提供足够的 ATP时，如果有氧存在和葡萄糖浓度较低，就会 增强呼吸作用的力度。从发酵代谢向呼吸代谢并 无突然的切换，从呼吸向发酵的转换也是如此。 这就是酵母需要一段时间来适应不同的生长条件 的原因。发酵性生长受呼吸程度的影响，具体取 决于生长条件和细胞对ATP的需求。 AF的主要副产物 n甘油（glycerol）：每当磷酸二羟丙酮氧化一分子NADH2， 就形成一分子甘油，这一过程称为甘油发酵。3-12g/L 影响因素：菌种，含糖量、SO2、pH值、发酵温度高，甘油 产量高

7、。 n乙醛：丙酮酸脱羧，乙醇氧化，氧化味，亚硫酸乙醛 n醋酸：挥发酸，1.1g/L n琥珀酸(succinic acid)： n乳酸：AF，苹果酸乳酸发酵 n高级醇(higher (fusel) alcohols)：二类香气的主要物质， 主要由氨基酸形成 n酯类(ester)：发酵中的生化酯类和陈酿中的化学酯类。乙 酸乙酯 4.6 酵母菌的生长周期 n回忆经典的微生物生长曲线:缓慢，对数，稳定， 衰亡 n繁殖阶段：25天，达107个/mL，很少超过 2(5)108 n平衡阶段：持续8天左右，动态平衡 n衰减阶段：持续几周，活细胞降至105 4.7 生存素 n可见，AF可以持续很长时间，发酵旺盛

8、期出现在酵母的繁 殖和平衡阶段，衰减阶段发酵减缓或停止不仅与酵母生长 量不够有关，而且与非繁殖生物质(生存素)的代谢有关。 n一般葡萄汁AF可在酵母菌的繁殖和平衡阶段完成，而高糖 葡萄汁AF的顺利完成要依靠衰减阶段的酵母群体。生存素 定义：能够促进生存状态(衰减阶段、非繁殖性酵母)酵母 菌群体的活动的一些类固醇类物质。 n麦角甾醇和齐墩果酸是葡萄浆果果皮表面蜡质层的主要构 成物质，被研究发现具有生存素的作用。 n越是在AF后期困难的条件下，使用生存素的效果越好。 n生存素的作用与化学促进物质和发酵期间的通气等作用具 有累加性。 4.8 影响酵母菌生长和AF的因素1/3 n温度：13-14 发酵

9、起动困难，随温度升高发酵加快， 35 酵母衰老快，一定范围内醋酸乙酯和甘油的生成量 随温度的提高而增加，高级醇也是25比15时高。危 险温区，18-20 ；25-30 p65 n压力：0.8MPa停止酵母的生长繁殖，1.4MPaAF停止， 3MPa酵母死亡。用外加0.8MPa CO2防止酵母生长繁殖， 保存葡萄汁。 n悬浮固形物：促进CO2释放，细胞湍动以动态接触基质， 提高酒精产率和高级醇的生成，酒的香味变差。要注意澄 清处理的强度。 n氧(通气)：微量的氧对酵母吸收长链脂肪酸、合成甾醇类、 维持AF是必不可少的，氧多时，乙酸乙酯、高 4.8 影响酵母菌生长和AF的因素2/3 级醇(6C)生

10、成量多；无氧时，6C以上的酯生成多。缺氧 时间过长多数酵母菌细胞会死亡。要合理利用通气对AF 的影响。 n酸度：低pH对所有微生物都不利，酵母较耐酸。 n糖：1-2%发酵速度最快，5%开始有抑制作用，25%发 酵延滞，70%大多数酵母不能生长和发酵。葡萄汁加糖 发酵，高级醇和乙醛生成多。 n含氮物质：氮素是酵母生长繁殖必不可少的。磷钾也是。 n单宁及多元酚：酿酒酵母能忍耐4g/L的单宁，多元酚中 绿原酸、异绿原酸对AF有促进作用，没食子酸、鞣花酸、 咖啡酸对AF有抑制作用。 4.8 影响酵母菌生长和AF的因素3/3 nSO2：添加10mg/L可看出对AF的延迟作用，1.2- 1.5g/L能杀死

11、酵母等微生物，保存葡萄汁。一定范 围内，促进甘油的生成。 n农药：有些抗真菌农药会影响酵母的生长和发酵 n发酵代谢产物：酒精和CO2是主要代谢产物，对AF有 抑制作用。中间产物脂肪酸对AF也有抑制作用，用 活性炭和酵母菌皮可以吸附脂肪酸。 n金属离子：铁、铜、铝等金属离子含量高会抑制AF。 n生存素： n发酵中容易出现哪些问题呢？ 思考题 nAF的定义及主要副产物 n从哪些方面评价酵母菌？ n高糖葡萄汁中酵母菌的生长周期 n生存素的作用？ n影响酵母菌生长和AF的因素 n若接种了酵母菌发酵没有起动，怎么办？ n若发酵意外中止了，怎么办？ n如何保证AF的顺利进行？ 4 酵母菌与酒精发酵(AF)

12、 4.1 酒精发酵的定义 4.2 酵母菌的一般特性 4.3 葡萄酒酿造中的主要酿酒菌种 4.4 酵母菌的成分和营养 4.5 酿酒中的呼吸和发酵 4.6 酵母菌的生长周期 4.7 生存素 4.8 影响酵母菌生长和酒精发酵的因素 思考题 4.4 酵母菌的成分和营养 n酵母菌的生长发育需要水、碳水化合物、含氮物质、维 生素和无机盐等。在正常情况下，葡萄汁含有酵母菌需 要的所有营养成分。铵离子和多数氨基酸能作为酵母属 酵母的氮源；酵母能很好地利用无机磷酸盐，但也能利 用磷酸酯类；需要铁、镁、锰、铜、钙、钾、锌等，钠 有毒性；营养缺乏导致发酵迟缓或不完全，还会导致产 生不希望的产物 n当基质中不再含有酵母菌所需营养物质时，部分酵母菌 自溶形成高级醇和氨基酸。 n为加速并完成AF，只能使用化学催化剂，以酒石酸盐、 氯化物、硫酸盐或磷酸盐等形式与铵离子结合的盐类、 硫胺素加量0.0006g/L，硫酸铵0.3g/L。磷酸二铵 AF的主要副产物 n甘油（glycerol）：每当磷酸二羟丙酮氧化一分子NADH2， 就形成一分子甘油，这一过程称为甘油发酵。3-12g