食品微生物读书报告-家庭自酿葡萄酒及其微生物学原理

1、家庭自酿葡萄酒及其微生物原理班 级 食品13102班学 号 201313040237 作 者 滕能礼、宋荣科 摘要 家庭自酿葡萄酒时由于条件限制，酿酒方法和工厂生产葡萄酒有诸多不同，但是发酵的过程和利用的菌种都是酵母菌和乳酸菌。酵母菌的作用是将糖类物质转化为酒精，主要在前发酵阶段起作用，直接决定了葡萄酒的酒精度；乳酸菌参与的苹果酸-乳酸发酵在后发酵阶段能显著降酸，对葡萄酒的口感和风味提高有很大影响。关键词 葡萄酒、发酵、酵母菌、乳酸菌Brewing Wine On Home And The Principles Of MicrobiologyAbstract : When a family i

2、s making wine, because of limited conditions, the method they use is very different from which factories use to make wine. However, the process of fermentation is the same and the strain they use are yeast and LAB. Yeast, which transforms sugar into alcohol, mainly functions on the pre-fermentation

3、stage and directly decide the alcoholic concentration. The apple acid and lactic acid fermentation which LAB takes part in can lower the acid on the post-fermentation stage notably, which has a remarkable influence on the taste and the flavor of wine.Key Words: Wine; Fermentation;Yeast;Lactbacikkus引

4、言：葡萄酒是用新鲜的葡萄或葡萄汁经发酵酿成的酒精饮料。饮用葡萄酒有很多好处，越来越多的家庭选择自酿葡萄酒。葡萄酒酿造过程中最关键的微生物作用是发酵的过程，主要是酵母菌和乳酸菌作用，发酵过程中不慎引入杂菌对葡萄酒的品质和口感有很大的影响。发酵时应充分考虑酵母菌和乳酸菌的代谢的环境要求。家庭条件下自酿葡萄酒过程中的各种微生物作用及其微生物学原理。葡萄酒的酿造过程，按先后顺序有清洗除梗，破碎成汁、加糖，加SO2，前发酵，后发酵，澄清装瓶。其中微生物作用主要发生在、和阶段。主要有酵母菌参与的酒精发酵和乳酸菌的参与的苹果酸-乳酸发酵。一. 酵母菌和酿酒时的发酵原理1. 酵母菌是单细胞微生物。属于高等微生

5、物的真菌类。形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等，比细菌的单细胞个体要大得多，一般为15或520微米。酵母菌无鞭毛，不能游动。酵母菌具有典型真核生物细胞的结构，有细胞核、细胞膜、细胞壁和线粒体等。酵母菌是无害菌种，容易生长，空气中、土壤中、水中、动物体内都存在酵母。酵母菌是兼性厌氧菌，缺氧或无氧条件下进行酒精发酵，总的反应为C6H12O6+酶CO2+2C2H5OH+ATP(少量)人们便是利用酵母菌的这个代谢原理来酿酒。2. 发酵过程是乳酸菌和酵母菌的无氧呼吸过程，发酵，即无氧呼吸分为两个阶段。2.1 第一阶段与一般的有氧呼吸相同，一分子葡萄糖在酶的作用下分解成两分子丙酮酸和

6、少量的H和少量的能量。反应式可简单描述为C6H12O6+酶2C3H4O3+4H+ATP（少量）2.2 第二阶段发生在细胞质基质中，丙酮酸在不同酶的作用下，分解为酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，反应式为2C3H4O3+4H+酶2C2H5OH+2CO2+ATP（少量）或2C3H4O3+4H+酶2C3H6O3+ATP（少量）产生酒精和乳酸是酿酒的目的，无论是何种酿酒方法产生酒精都是利用酵母菌的无氧呼吸作用。因此发酵全过程都要考虑到酵母菌的生存、生长、繁殖和代谢的前提条件，也必须遵循酵母菌代谢活动的规律进行合理的安排。3. 酵母菌最适生长温度是2530，在低于水的冰点或者高于47的温度下，酵母菌一般不

7、能生长，因此发酵一般在常温下进行，低于这个温度范围发酵会放缓甚至停止，高于此温度范围则有可能杀死酵母导致发酵无法继续；酵母菌生长的最适pH范围为偏酸性的4.55.0；多数酵母菌耐高渗透压，所以能在果浆或果汁中生长并进行发酵；酵母菌是异养兼性厌氧生物，单独培养时需要提供碳源，在发酵时则不需要额外加入其他碳源物质，但是酿酒的容器应适当留些许缝隙保证产生的二氧化碳逸出。二. 酿造过程简介1. 除梗第一个步骤便是清洗、晾干和去梗，也就是把葡萄果粒梗上取下来，葡萄的枝和梗上含有大量单宁酸，会使酒液中产生一股令人不快的味道。2. 破碎破碎的方法是压榨，酿制白葡萄酒时，榨汁的过程应迅速，因酿制白酒所用的葡萄

8、浆若放置太久，即使葡萄已经去梗，余下的果皮和果核仍然释放出大量的单宁酸。反之如打算酿制红酒，则葡萄浆发酵的过程就绝对必要。因果酸中所含的红色色素就是在这段时间释放出的，正因为这样，红酒的色泽才是红的。3. 加入白砂糖榨汁所得的葡萄汁是酿制葡萄酒的原料，为了提高产品的酒精度，可以在此时往葡萄汁中加入白砂糖，加入白砂糖的方法是先将白砂糖溶解在少量的果汁中，再全部倒入果汁，若要制高度酒，则加糖量要多，但是由于酵母菌不耐高浓度糖液，所以应分两次加糖。加糖量对应的酒精度可参见附表1。4. 加入SO2发酵前应加入适当的SO2，即加入适当的亚硫酸，亚硫酸应一次全量加入，加入SO2对葡萄酒酿造的影响主要体现在

9、发酵时的抑菌作用和抗氧化作用。加入SO2能抑制杂菌繁殖从而保证酵母菌的生长繁殖和发酵的顺利进行。SO2对葡萄酒的风味口感也有显著的影响。 加入亚硫酸的量对葡萄酒品质的影响可参照附表2。5. 前发酵将调整好后的果浆放入干净的发酵容器中充分搅拌混匀，容积最多占85%以防止发酵旺盛时汁液溢出。容器口用保鲜袋包扎，留有间隙方便发酵时产生的二氧化碳逸出。前发酵大约在12h以内启动，表现为葡萄汁中有较多气泡产生，为了发酵能均匀进行，也为了防止表层葡萄接触空气过多以致于发霉，每必须用筷子或木棒搅动几次，将上层果皮、果柄等漂浮物压入发酵液中，然后再次盖上盖子，但是应注意千万不能盖紧。家庭自酿葡萄酒一般不加酵母

10、，因为在破碎时，葡萄皮上的白霜存在酵母，所以酵母早破碎时已经渗入葡萄汁中。前发酵的主要目的是进行酒精发酵，酵母菌在这个步骤发挥了巨大的作用，所以前发酵过程的操作应参照酵母菌的代谢习性进行。前发酵的温度应该控制在2630，前发酵时，发酵罐应放在阴凉处，室内常温环境下，酵母菌发酵产生的热量一般足以维持发酵罐的温度在25，因此并不需要放在太阳底下日晒保温。发酵温度温度过低，红葡萄皮中的单宁、色素不能充分溶解到酒里，影响成品酒的色泽和口味。发酵温度过高，会浸出劣质丹宁并导致芳香物质流失，甚至使酒精发酵停止。发酵时间：前发酵的过程经过710天就能基本完成，低温发酵（低于20）时可适当延长到15天左右。6

11、. 后发酵后发酵的方法是先用虹吸法将面上的葡萄酒液转移到二次发酵容器中，剩下的前发酵渣过滤后得到的滤液也转入发酵容器，按照前发酵的方法让葡萄酒液再进行发酵。后发酵过程温度应该控制在1518，时间最少40天。7. 澄清装瓶后发酵后得到的酒液经过进一步过滤即可装瓶封存或者直接饮用。至此自酿葡萄酒的过程结束。三. 各个步骤注意事项及其微生物原理1. 发酵时留缝隙通风酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下进行有氧呼吸，缺氧或无氧条件下进行无氧呼吸，葡萄汁发酵需要大量的酵母菌进行作用，葡萄皮上带有的酵母菌数量太少不足以维持发酵持续进行，参照微生物的典型生长曲线（附图1）可以知道，酵母菌繁殖会经过一个对数增

12、长期，此时虽然酵母菌是兼性厌氧微生物，但是还是需要适当的提供氧气为其繁殖提供有氧呼吸途径必须的物质，从而保证酵母菌数量达到一定基数从而持续发酵。2. 加入亚硫酸的作用2.1 杀菌和抑菌：SO2能抑制微生物的活动，细菌对SO2的最为敏感，其次是尖端酵母。而葡萄酒酵母抗SO2能力较强。2.2 澄清作用：由于SO2的抑菌作用使发酵起始时间延长，从而使葡萄汁中的杂质有时间沉降下来并除去。2.3 溶解作用：添加亚硫酸有利于果皮中色素酒石无机盐等成分的溶解，可增加浸出物的含量和酒的色度。2.4 抗氧化作用：SO2能防止酒的氧化特别是阻碍和破坏葡萄中的多酚氧化酶，包括健康葡萄中的酪氨酸酶和腐烂葡萄中的虫漆酶

13、减少单宁和色素的氧化，阻止氧化浑浊颜色退化并能防止葡萄汁过早褐变。3. 后发酵的作用3.1 持续发酵：继续将残余糖类转化为酒精使残留糖类含量降到0.2g/L以下。3.2 澄清作用：低温缓慢的后发酵过程中，前发酵原酒中残留的部分酵母及其他果肉纤维等悬浮物有充足的时间沉降，形成酒泥，使酒液逐步澄清。3.3 苹果酸-乳酸发酵的降酸、提香作用：酒液中残留许多的苹果酸，在后发酵阶段，乳酸菌将酒液中的L-苹果酸分解为L-乳酸和二氧化碳，双羧苹果酸向单羧乳酸转化，乳酸菌将苹果酸转化为乳酸的反应中， 细胞膜产生能量梯度，这种梯度以ATP形式转换，用于整个细胞膜运输过程所需要的能量。这种强的苹果酸转换为弱的乳酸

14、， 降低了葡萄酒的酸度，增加了pH值，产生了一些CO2。这些现象可以通过在进行苹果酸乳酸发酵的葡萄酒表面形成泡环而观察到。CO2在以后的分离时失去，在这一转换过程中，没有形成其它的香味活性物质。升高了pH，降低涩度，使苹果酸带来的酸涩、粗糙的口感降低，变得柔软绵长，提高酒的风味和口感。一般苹果酸-乳酸发酵能将总酸降低1-3g/L 。在苹果酸-乳酸发酵过程中，植物香气降低。 果香味显露并增强， 葡萄酒变得更具果香，葡萄酒的果香味变得更明显。 研究发现， 在霞多丽葡萄酒中，苹果酸-乳酸发酵使大马士酮含量增加，明串珠菌有葡萄糖甙酶和半乳糖甙酶活性。一些细菌能产生强烈的奶酪、 酵母、 汗臭、 橡木香气

15、， 会掩盖葡萄酒的果香味。苹果酸-乳酸发酵菌产生的主要香气之一是双乙酰 （奶酪香气）， 双乙酰的量可以通过选择细菌来控制，如果让细菌与葡萄酒接触数月，它能降低一定的量。苹果酸-乳酸发酵的中期或结束，乳酸菌可以产生大量控制风味的双乙酰，但所有的乳酸菌可以将双乙酰转变为乙偶姻，乙偶姻在葡萄酒的浓度下是无味的，一旦双乙酰浓度被降低到理想的水平，葡萄酒就应该被净化（分离、过滤）、 硫化、不应再让微生物存在。如果葡萄酒中的双乙酰在酒精发酵或苹果酸-乳酸发酵之后含量过高，可以加入新鲜的酵母培养物，酵母可以诱导双乙酰到乙偶姻。3.4 氧化还原与酯化作用：酒中的乳酸和酒精发生作用产生清香的酯，加强了酒的稳定性

16、。酒中的柠檬酸在乳酸菌的作用下转化为乙酸、双乙酰及其衍生物，如2,3-丁二醇等风味物质，这些物质对葡萄酒的口感风味改良作用非常明显。苹果酸-乳酸发酵可以降低总酚含量，苹果酸-乳酸发酵由于没食子单宁的浸渍而增加了总酚含量；苹果酸-乳酸发酵可以增加单宁缩合度，增强单宁的胶体化过程， 软化口感。 另外， 苹果酸-乳酸发酵可以增加多糖及可能的氨基酸和核酸，但甘油含量并不会排放溶解的二氧化碳。3.5 降低色度：后发酵过程中，由于总酸度的下降引起酒液pH上升（约0.3个单位），导致葡萄酒的色密度由紫红向蓝色色调转变。乳酸菌与-酮戊二酸等酮酸的作用下，释放出游离的SO2，后者与花色苷结合，也能降低酒的色密度

17、。4. 加入白砂糖的原因家酿葡萄酒用的葡萄是市场上买来的葡萄，其中所含的糖量和工业上的酿酒葡萄相比相差很多，加入白砂糖的目的是提高葡萄汁中的糖含量，弥补糖分不足，为酵母菌发酵提供更多的糖，从而产生更多的酒精，保证发酵所得的葡萄酒的酒精度能够达到预期要求。四. 酿酒过程中杂菌的影响1. 产膜酵母：由于产膜酵母是好氧菌 ,所以在卫生条件差的情况下,当酿酒容器密封过于松散,极容易发生产膜酵母。产膜酵母又叫做酒花菌,开始在酒面繁殖时,先形成雪花状的斑片,然后连成灰色薄膜,时间长了在葡萄酒的液面上形成一个膜盖。产膜酵母的种类很多,毕赤氏酵母属、汉逊氏酵母属、假丝酵母属、圆酵母属等,这些酵母属里都有产膜酵

18、母菌。产膜酵母能使葡萄酒发生如下不利变化:引起“产膜酵母”味：葡萄酒在好气条件下经过氧化,酒味淡薄。产膜酵母产生的中级酯和高级醇,使葡萄酒具有一股不良的“ 产膜酵母”味。酒精损失： 产膜酵母能把乙醇分子氧化还原成乙醛,又把乙醛分子分解成H2O和CO2,使葡萄酒酒度降低,淡而无味。产膜酵母也能分解葡萄酒中的其他成分,使葡萄酒浸出物减少。2. 乳酸菌败坏： 葡萄酒里的糖,是大多数细菌繁殖的良好基质,所以含糖的葡萄酒是最容易被细菌感染的。葡萄酒中有一种有害的乳酸菌,它不分解苹果酸, 专门分解葡萄酒中的糖、甘油、酒石酸,使优质葡萄酒完全变坏。乳酸菌败坏的葡萄酒有粘稠病、乳酸病、甘露醇病、酒石酸分解病、

19、鼠臭病等等。3. 醋酸菌败坏： 醋酸又叫挥发酸。葡萄酒中的挥发酸,是一个必须严格控制的理化指标。我国现行的葡萄酒标准GB/T1503794规定,葡萄酒的挥发酸1.1g/L,当葡萄酒中的挥发酸超过1.4g/L时,葡萄酒就能感受到酸败味。葡萄酒中的挥发酸来源有二。其一是酵母菌在发酵葡萄酒的过程,会有少量挥发酸生成。其二是发酵醪液中的醋酸菌产生的挥发酸。后者是挥发酸的主要来源,要控制葡萄酒中的挥发酸含量,必须搞好发酵卫生,使醋酸菌不得繁殖。醋酸菌是一种好气性细菌,在有氧的条件下,才能进行旺盛的代谢活动。葡萄汁中的糖,是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下,醋酸菌能把葡萄汁中的糖分解成醋酸。在葡萄酒

20、中缺少糖源的情况下,酒精便是醋酸菌的碳源和能源,醋酸菌也可使乙醇变成醋酸。乙醇先被乙醇脱氧酶氧化成乙醛,乙醛再被乙醛脱氢酶进一步氧化成醋酸。醋酸菌是嗜温菌,最适温度为3035。醋酸菌对SO2很敏感。人们根据醋酸菌的这些特点加以控制,就可以有效地控制葡萄酒的挥发酸。在葡萄破碎后,就加SO2，能有效的抑制醋酸菌的活动,但对酵母菌的发酵活动没有影响。最适合酵母菌的发酵温度是2025。因此,如果能控制葡萄酒的发酵温度在30以下,也能阻碍醋酸菌的活动。像野生的酵母菌一样,醋酸菌在自然界也有广泛分布。在成熟的葡萄上,在运输葡萄槽车上,在发酵容器里,到处都有肉眼看不见的醋酸菌。在适宜的条件下,它们接触果汁便

21、大量繁殖起来。因为醋酸菌是好气性细菌,而酵母菌是兼性厌氧菌。根据这个特性差别,人们可以把葡萄汁在有氧的条件下发酵成醋,也可以把葡萄汁在缺氧或无氧的条件下发酵成酒。4. 丁酸菌酸败： 葡萄酒的丁醋病很少出现。由于它有令人讨厌的酸臭奶油味,有人把它同醋酸病混为一谈。丁酸菌是严格的嫌气性菌 能产生孢子。葡萄酒中的丁酸 菌主要是解糖梭状芽孢杆菌,发酵时产生丁酸、醋酸、乙醇、丙醇、丁醇、羟基丁酮、丙酮等,还能分解甘油和乳酸。红葡萄酒有时候会发生丙烯醛病,酒味变苦,由于丁酸菌发酵产生少量的丙烯醛,这种不饱和的醛与酒中的多羟酚起反应,生成了苦味。附表1.糖添加量对葡萄酒酒精度的影响葡萄汁（L）糖添加量（g）

22、酒精度（°）107.51609.5112011.3118013附表2.添加SO2对葡萄酒品质的影响葡萄汁（L）亚硫酸(mL)发酵后指标气味颜色口味160严重霉腐味浑浊，深黄色酸腐味1615浓郁果香味呈宝石红色略带涩味1630严重的酸腐味呈紫红色酸味过重附图1.微生物典型生长曲线参考文献：1 李富荣，扬虹，胡金金.家酿葡萄酒工艺改进J.农村经济与科技,2010-20(2):85-86.2 张国栋，杨琴，郭爱明.南方家庭自酿葡萄酒托干问题讨论J.农产品加工，2014-08:76-80.3 孙丙升，夏广丽，张谦搏，等.利用微生物进行葡萄酒降酸的研究进展J.中外葡萄与葡萄酒，2010-11:

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