分析酒精发酵中酵母菌的有效活化与营养管理

分析酒精发酵中酵母菌的有效活化与营养管理

张福军雷显志孙士开高淑荣张龙伟

中粮生化能源（肇东）有限公司黑龙江肇东151100

摘要：本文通过大量的研究案例和成果，深入论述了酵母的活化保护及营养管理的重要性及其对酒精发酵的贡献。在酵母活化复水时应用专业活化保护剂GofermProtect，可以补充大量甾醇类，强化酵母菌细胞膜，显著增强其生存能力，降低死亡率。在酒精发酵1/3阶段，使用有机营养剂FermaidO，相比使用单纯的无机氮源DAP，不仅能够提高发酵速率，缩短发酵时间，而且显著提升了葡萄酒的感官品质。

关键词：酒精发酵；酵母菌；活化保护剂

在我国，传统酒精生产原料为玉米、木薯、水稻等作物，但随着中国经济的快速发展，以及酒精行业技术的发展，原料紧缺问题日益突出，原料多元化发展势在必行。玉米淀粉是玉米的深加工产品，由于多年的政府性收储导致玉米库存规模空前，且我国淀粉加工产业产能非常巨大，利用玉米淀粉进行酒精发酵，一方面可解决淀粉销售问题，另一方面可日益减少的酒精原料问题。

1、培养基的制备及酵母的活化

1.1准备酵母母菌一支常温下存放一天，增加菌种的活力。在母菌存放期间制作各时期培养基。

1.2准备固体培养基（察氏培养基）50ml，做成8支试管斜面，扩大培养基800ml（做扩大培养时使用）。做成8个三角瓶，每瓶200ml。120℃灭菌30min。

1.3发酵液的制备

（1）玉米粉的筛选实验前准备粉碎后的玉米粉700g。

（2）玉米粉的液化按照100g玉米粉、300ml水的配比对玉米粉进行液化，液化方案上文已经交代。在1000ml烧杯里，或者500ml烧杯分两次，水浴液化。器材：烧杯500ml两个，玻璃棒一个，水浴锅一个，糖化酶0.225g步骤：1、将糖化酶，玉米粉，水按照比例配置好在烧杯里。2、将配好的玉米液放于水浴锅中90℃液化3.5h。边液化边搅拌。

（3）玉米粉的糖化将液化后的玉米液中按照0.3g/100ml加入液化液中。再在水浴锅中，58℃糖化3.5h。

（4）过滤糖化后的糖化液有可能有没有彻底液化的玉米颗粒，会造成浑浊，这时需要对糖化液进行过滤操作。操作步骤：最后与以上培养基一起进行灭菌处理。灭菌时，清洗16支移液管，与培养基一起灭菌。

（5）活化步骤器材：酒精灯，接种针，母菌，斜面培养基，消毒酒精。

步骤：1、将器材放于实验台上。对双手合桌面进行灭菌。对接种针进行灼烧灭菌。2、在酒精灯旁按照无菌操作步骤在酒精灯火焰旁取下试管棉塞。3、将灼烧后的接种针伸入母菌试管取粘取少量母菌，粘取前将接种针放于试管内壁，冷却5~6s。4、按照无菌操作将取过母钟的接种针移入活化试管内并画曲线。5在酒精灯火焰旁将试管棉塞塞上，塞前将棉塞烧一下。如此接种八支试管。并保存28℃培养2d。

2、酵母的扩大培养

器材：液体培养基，活化后菌种，酒精灯，接种针，消毒酒精。步骤：1、将器材放于试验台上，并对双手和桌面灭菌，接种针进行灼烧灭菌。2、在酒精灯旁取下棉塞，并用接种针接种少量菌种于液体培养基内。3、在酒精灯旁塞好棉塞，并于28℃培养。根据发酵单因素的不同，确定培养时间。其中变量是菌龄的一瓶瓶号1、2要求培养时间分别为：对数期1：15~16h，对数期2:16~18h，缓冲期：20~24h，稳定期：24~26h。其他菌种培养20h进行接种。

2.1不同菌龄下的发酵器材：扩大菌种的四个不同阶段即对数期1：15~16h，对数期2:16~18h，缓冲期：20~24h，稳定期：24~26h。移液管四个，酒精灯，发酵液，洗耳球。

步骤：1、将对数期1的菌种和其他设备放于实验台上。2、用移液管按照发酵液的10%的比例移取扩大培养液到发酵液中。3、塞好棉塞将发酵液放于30℃条件下培养2d。4、按照以上步骤将不同菌龄的扩大菌种移接到发酵液中进行发酵培养。之后进行酒精检测。

2.2不同菌量下的发酵器材：扩大菌种，移液管四个，酒精灯，发酵液，洗耳球。步骤：1、将实验器材放于实验台上。2、用移液管移取8%的扩大菌种到发酵液中。3、塞好棉塞，将发酵液存放于30℃条件下发酵2d。4、按照以上步骤，分别移取10%、12%、14%的扩大菌种到发酵液中，30℃培养2d，之后进行酒精检测。

2.3不同醪液浓度下的发酵器材：扩大菌种，移液管四个，酒精灯，发酵液，洗耳球。步骤：1、将实验器材放于实验台上。2、用移液管移取10%的扩大菌种到4个发酵液中。3、制作不同浓度的醪液，分别按照1:2,1:3,,1:4，1:5。3、塞好棉塞，将四个发酵液三角瓶编号1、2、3、4。将发酵液按照序号存放于30℃条件下发酵2d。4、对发酵后的发酵液进行酒精检测。

2.4不同发酵时间下的发酵器材：扩大菌种，移液管四个，酒精灯，发酵液，洗耳球。步骤：1、将实验器材放于实验台上。2、用移液管移取10%的扩大菌种到4个发酵液中。3、塞好棉塞，将发酵液将四个发酵液三角瓶编号1、2、3、4。存放于30℃条件下发酵。按照序号分别培养2d、2.5d、3d、3.5d。4、对发酵后的发酵液进行酒精检测。

3、发酵中酵母所需营养分析

酒精的发酵就是利用酵母菌把酿酒物质中的可发酵性糖经过发酵转化成酒精的过程。所谓的酵母菌就是一种微生物，要想让酵母菌生长、代谢以产生更多的酒精，就需要给它营养物质，这是最基础的。必须要保证营养充足才能满足发酵的顺利进行，因此，了解发酵所需营养是必须的。

由于酒精可以由好多的原料制出，但是不同的原料中营养的构成也不一样，因为这也会对出酒率有很大的影响。如果对酵母菌的具体构成有了了解就可以根据实验来判断需要加入的营养的种类和数量。高活性干酵母主要由蛋白质、核酸、脂肪、灰分以及维生素构成。其中灰分主要含有磷、钾、钠等元素。酒精发酵液中酵母细胞中含氮量虽然不高只占到2%左右，但是它的作用却非常重要。据大量的实验结果表明，如果在发酵液中游离氨基氮的浓度小于100mg/L时，酵母菌的发酵就会变慢，而当含量超过870mg/L时，再增加含氮量的话也不会对其有太大的影响。

为此，我们进行一个简单的例子进行计算，如果发酵液中的酵母细胞数为1.5亿/mL，酵母的单体质量约7x10-11g，那么每立方米的成熟醪酵母重量为10500g。按照酵母细胞含氮量比例则需要在发酵液中添加不少于210g的氮的营养。

玉米、小麦和高粱是最常见的酿酒原料，它们之中虽然都含有大量的蛋白成分，但是大都是粗蛋白，而酵母菌由于缺乏蛋白酶对蛋白质的分解能力较弱，一般只能分解3个肽键以下的蛋白质，无法有效的去分解这些粗蛋白。为满足酵母对氮源的要求，这就需要在发酵的时候在发酵液中进行额外的补充氨基氮，保证酵母的营养需求。

4、小结

保障酒精发酵质量水平的第一个关键工艺点，就是对酵母的复水活化与保护。专业活化保护剂GofermProtect的应用，为酵母补充甾醇而强化其细胞膜，显著增强其生存能力和健康活力，提高接种酵母的活化率。天然葡萄汁中的营养物质通常是缺乏和不均衡的，并且在酒精发酵开始时易被酵母快速消耗殆尽以满足其细胞增殖。

参考文献:

[1]徐国强,杜婕,吴满珍,等.酒精发酵过程中酿酒酵母耐受环境胁迫的研究进展[J].微生物学杂志,2013(6)