酿酒酵母生长代谢影响因素的测定＊

冯玉娟

(潍坊四中,山东 潍坊 261200)

酿酒酵母生长代谢影响因素的测定＊

冯玉娟

(潍坊四中,山东 潍坊 261200)

以酿酒酵母为研究对象,通过单一变量控制,分别观察一定梯度的外界条件(温度,p H值,培养基,钙离子浓度及酒精浓度)对酵母生长和发酵的影响,探讨微生物生长代谢的规律性。结果表明,温度,酸碱度,培养基浓度,钙离子及酒精浓度是酵母生长代谢的重要影响因素。酵母最佳生长条件是:温度30℃,初始p H值为5,麦汁培养基浓度为11°BX,钙离子浓度为0.14 g·L-1,酒精浓度为1%;而酵母最适代谢条件略有不同,初始p H值为6,钙离子浓度为0.07 g·L-1,酒精浓度为0%。

酿酒酵母;温度;酸碱度;培养基浓度

在广泛应用微生物进行工业生产的今天,啤酒工业的迅速发展及酵母的广泛应用已经成为微生物产业的一大亮点。国内外许多科学家已经对啤酒发酵做了大量研究,但是实际生产过程中啤酒酵母与环境的关系比较复杂,由于酵母具有多样性和易变异性,不同种酵母需要不同的最适生长代谢条件,同种酵母在不同的生理过程中也需要不同的最适条件[1]。因此,需要对酵母的生长代谢进行更多的研究,以达到优化生产环境,提高啤酒产量。

本文以生产菌株为对象,通过菌株筛选,单一变量控制分别测定培养基浓度、温度、p H值、钙离子及酒精浓度对酵母生长代谢的影响,可得出啤酒发酵进程中酵母菌与各环境参数之间的关系,进而确定其最适的生长代谢条件。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 菌种

济南众和碧尔公司酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。

1.1.2 培养基

麦芽汁培养基。

1.1.3 主要仪器

智能生化培养箱、HZQ-C空气浴振荡器、723A可见分光光度计、糖度计等。

1.2 试验方法

1.2.1 温度对酵母生长代谢影响的测定

在活化的斜面培养基中加入一定量的灭菌的生理盐水,制成菌悬液,稀释至OD600=0.15。灭菌后分别接入1 mL酵母菌液,每组取3管置于28℃,30℃,32℃条件下震荡培养48 h后显计数。

1.2.2 p H对酵母生长代谢影响的测定

配制麦芽汁培养基11.5°BX,培养基p H调至3,4,5,6,每一梯度有3个平行试管,30℃振荡培养培养48 h,分别测定其菌数及酒精度。

1.2.3 Ca2+对酵母生长代谢影响的测定

每组分别加入0 g·L-1、0.07 g·L-1、0.14 g·L-1、0.21 g·L-1、0.28 g·L-1的无菌氯化钙溶液1 m L,接种等量酵母菌后30℃培养48 h,统计菌的数量,并绘制曲线。

1.2.4 乙醇对酵母生长代谢影响的测定

配制含0,1%,2%,3%,4%乙醇的液体麦汁培养基,调节p H为6.2,接入等量的菌悬液1 mL,30℃震荡培养48 h,测定酵母菌数和酒精度,绘制生长代谢曲线。

2 结果与分析

2.1 温度与酵母生长代谢的关系

发酵结束后,通过直接计数法分别测得发酵液的菌数,结果如图1所示。

由图1可见,在28℃和32℃时,菌数较少,说明酵母在此温度下生长受到抑制,而酵母菌在30℃时,菌数最多,说明其最适出芽生殖温度为30℃;观察倒置的杜氏小管,发现30℃的小管有较大气泡,28℃和32℃的管顶只有少量气泡,这是酵母代谢时产生CO2形成的,说明酵母的最适代谢温度也是30℃。

2.2 p H值与酵母生长代谢的关系

发酵结束后,通过平板计数法分别测得发酵液的菌数,结果如图2所示。

图1 温度与酵母生长的关系

图2 酸碱度与酵母生长的关系

图3 钙离子浓度与酵母生长的关系

由图2得出,从发酵液p H为3开始,菌数依次增多,到p H为5时,酵母菌数最多,以后随着p H的增大,菌数不再继续增加而有所减少,说明其最适出芽生殖p H值为5。也可得知,酵母的最适生长代谢p H为6。

2.3 钙离子浓度与酵母生长代谢的关系

实验测得数据,结果如图3所示。

从图3可以看出,当钙离子在0 g/L、0.07 g/L时,酵母菌个数依次增多,当到0.14 g/L时,菌数达最大值,再增大浓度,菌体数量减少,说明酵母生长受到抑制。从代谢曲线上,可看出,酵母在钙离子为0.07 g/L时,产生酒精量最大。

2.4 培养基浓度与酵母生长代谢的关系

图4 麦芽汁糖度与酵母生长代谢的关系

图5 培养基中酒精浓度与酵母生长代谢的关系

根据实验测得数据,结果如图4所示。

由图4可以看出,酵母在麦汁培养基浓度为11°BX时,酵母数量达到最大值。所以得出酵母的最适生长培养基浓度应在11°BX,低于或高于此浓度,酵母生长代谢均降低。

2.5 培养基中酒精浓度与酵母生长代谢的关系

实验测得数据,结果如图5所示。

从图5可以看出,当培养基中含有酒精量为0%时,酵母的酒精产率最大,说明达到最大代谢量;当酒精量1%时,酵母的生长量最大,菌数最多。

3 讨论

试验结果表明,当温度在30℃时,酵母的生长代谢量都达到最大,此时酵母体内酶活力达到最大或者由于设置温度梯度大,未准确测出其最适温度。在较高温度下,酵母细胞发生自溶[2],菌数减少,代谢相应降低。

在测定p H对酵母生长代谢影响中发现,最适p H值为5时,酵母的菌数最多,此时酵母对营养物质的吸收状况最佳,体内酶活力达到最大[3]。p H值为6时,酵母产生的酒精量最多,可能此时酵母生长速率慢,利于酵母发酵。

从培养基生长曲线看,麦汁培养基浓度为11°BX时,酵母生长代谢最快,11°BX的麦汁提供了足够的碳源、氮源等营养物。当为12°BX的培养基时,可能过多的养分促进酵母的絮凝,因而生长代谢减慢。

钙离子在对酵母生长影响时,可能维持细胞内外电荷处于稳态,或以其作为信号传递的信号物质,从而有利于细胞生长代谢[4]。酵母最适生长钙离子浓度为0.14 g·L-1,最适代谢钙离子浓度为0.07g· L-1,可能生长时细胞耐受力强于代谢期。

从酒精对酵母生长代谢的影响来看,最适生长酒精浓度为1%,而最适代谢酒精浓度为0%。因为生长时培养基中有一定的酒精存在可以抑制细胞进行产生代谢[5]。在没有酒精存在时,无反馈抑制作用,所以代谢产物产生多。

通过测定研究得知,温度,酸碱度,培养基浓度,钙离子及酒精浓度是酵母生长代谢的重要影响因素。酵母最佳生长条件是:温度30℃,p H值为5,麦汁培养基浓度为11°BX,钙离子浓度为0.14 g·L-1,酒精浓度为1%;而酵母最适代谢条件略有不同,p H值为6,钙离子浓度为0.07 g·L-1,酒精浓度为0%。高于或低于上述条件,酵母生长代谢就会受到抑制。因此,可以进行进一步的研究,严格控制好酵母菌的生长代谢条件,使酵母菌先在最适生长条件下出芽生殖,当数量达到一定时,再使其进行代谢。这样就可人为控制,从而提高生产效率,还可对发酵菌体进行连续培养,使其连续处于旺盛的代谢活性状态[6]。在日常的生产中,主要针对影响啤酒酵母发酵的主要因素,结合厂家实际,设计试验、跟踪并调整好温度、酸碱度、营养物和微量元素的含量等参数,那么我们就能更好的人为优化发酵条件,酿造风味稳定的高品质啤酒,使微生物发挥其应有的潜力。

[1]李爱江,张敏,辛莉.发酵生产过程中发酵条件对微生物生长的影响[J].农技服务,2007,24(4),124,126.

[2]赵春海,赵士豪.钙镁对酿酒酵母发酵的影响[J].食品研究与开发,2007,(10),46-48.

[3]郑翔鹏.氯化钙对啤酒酿造的影响[J].啤酒科技,2005,(1),35-37.

[4]董永胜,杨亲正,贾士儒.压力对啤酒酵母生长及某些发酵性能的影响[J].酿酒科技,2007,(11),38-40.

[5]王秋菊,许丽,潘军.酵母菌生长曲线的测定及不同生长时间麦芽汁糖度的变化[J].兽药与饲料添加剂,2006,(1),1-2.

[6]姚洪文.啤酒酵母生长测定方法[J].食品工业科技,1990,(3):13-15.

(责任编辑:刘乃生)

2010-09-10

冯玉娟(1979-),女,山东坊子人,潍坊第四中学中教一级教师。

TS261 文献标识码:A 文章编号:1671-4288(2010)06-0110-03