釀酒酵母生長代謝影響因素的測定＊

馮玉娟

(濰坊四中,山東 濰坊 261200)

釀酒酵母生長代謝影響因素的測定＊

馮玉娟

(濰坊四中,山東 濰坊 261200)

以釀酒酵母為研究對象,通過單一變量控制,分別觀察一定梯度的外界條件(溫度,p H值,培養基,鈣離子濃度及酒精濃度)對酵母生長和發酵的影響,探討微生物生長代謝的規律性。結果表明,溫度,酸堿度,培養基濃度,鈣離子及酒精濃度是酵母生長代謝的重要影響因素。酵母最佳生長條件是:溫度30℃,初始p H值為5,麥汁培養基濃度為11°BX,鈣離子濃度為0.14 g·L-1,酒精濃度為1%;而酵母最適代謝條件略有不同,初始p H值為6,鈣離子濃度為0.07 g·L-1,酒精濃度為0%。

釀酒酵母;溫度;酸堿度;培養基濃度

在廣泛應用微生物進行工業生產的今天,啤酒工業的迅速發展及酵母的廣泛應用已經成為微生物產業的一大亮點。國內外許多科學家已經對啤酒發酵做了大量研究,但是實際生產過程中啤酒酵母與環境的關系比較復雜,由于酵母具有多樣性和易變異性,不同種酵母需要不同的最適生長代謝條件,同種酵母在不同的生理過程中也需要不同的最適條件[1]。因此,需要對酵母的生長代謝進行更多的研究,以達到優化生產環境,提高啤酒產量。

本文以生產菌株為對象,通過菌株篩選,單一變量控制分別測定培養基濃度、溫度、p H值、鈣離子及酒精濃度對酵母生長代謝的影響,可得出啤酒發酵進程中酵母菌與各環境參數之間的關系,進而確定其最適的生長代謝條件。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌種

濟南眾和碧爾公司釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。

1.1.2 培養基

麥芽汁培養基。

1.1.3 主要儀器

智能生化培養箱、HZQ-C空氣浴振蕩器、723A可見分光光度計、糖度計等。

1.2 試驗方法

1.2.1 溫度對酵母生長代謝影響的測定

在活化的斜面培養基中加入一定量的滅菌的生理鹽水,制成菌懸液,稀釋至OD600=0.15。滅菌后分別接入1 mL酵母菌液,每組取3管置于28℃,30℃,32℃條件下震蕩培養48 h后顯計數。

1.2.2 p H對酵母生長代謝影響的測定

配制麥芽汁培養基11.5°BX,培養基p H調至3,4,5,6,每一梯度有3個平行試管,30℃振蕩培養培養48 h,分別測定其菌數及酒精度。

1.2.3 Ca2+對酵母生長代謝影響的測定

每組分別加入0 g·L-1、0.07 g·L-1、0.14 g·L-1、0.21 g·L-1、0.28 g·L-1的無菌氯化鈣溶液1 m L,接種等量酵母菌后30℃培養48 h,統計菌的數量,并繪制曲線。

1.2.4 乙醇對酵母生長代謝影響的測定

配制含0,1%,2%,3%,4%乙醇的液體麥汁培養基,調節p H為6.2,接入等量的菌懸液1 mL,30℃震蕩培養48 h,測定酵母菌數和酒精度,繪制生長代謝曲線。

2 結果與分析

2.1 溫度與酵母生長代謝的關系

發酵結束后,通過直接計數法分別測得發酵液的菌數,結果如圖1所示。

由圖1可見,在28℃和32℃時,菌數較少,說明酵母在此溫度下生長受到抑制,而酵母菌在30℃時,菌數最多,說明其最適出芽生殖溫度為30℃;觀察倒置的杜氏小管,發現30℃的小管有較大氣泡,28℃和32℃的管頂只有少量氣泡,這是酵母代謝時產生CO2形成的,說明酵母的最適代謝溫度也是30℃。

2.2 p H值與酵母生長代謝的關系

發酵結束后,通過平板計數法分別測得發酵液的菌數,結果如圖2所示。

圖1 溫度與酵母生長的關系

圖2 酸堿度與酵母生長的關系

圖3 鈣離子濃度與酵母生長的關系

由圖2得出,從發酵液p H為3開始,菌數依次增多,到p H為5時,酵母菌數最多,以后隨著p H的增大,菌數不再繼續增加而有所減少,說明其最適出芽生殖p H值為5。也可得知,酵母的最適生長代謝p H為6。

2.3 鈣離子濃度與酵母生長代謝的關系

實驗測得數據,結果如圖3所示。

從圖3可以看出,當鈣離子在0 g/L、0.07 g/L時,酵母菌個數依次增多,當到0.14 g/L時,菌數達最大值,再增大濃度,菌體數量減少,說明酵母生長受到抑制。從代謝曲線上,可看出,酵母在鈣離子為0.07 g/L時,產生酒精量最大。

2.4 培養基濃度與酵母生長代謝的關系

圖4 麥芽汁糖度與酵母生長代謝的關系

圖5 培養基中酒精濃度與酵母生長代謝的關系

根據實驗測得數據,結果如圖4所示。

由圖4可以看出,酵母在麥汁培養基濃度為11°BX時,酵母數量達到最大值。所以得出酵母的最適生長培養基濃度應在11°BX,低于或高于此濃度,酵母生長代謝均降低。

2.5 培養基中酒精濃度與酵母生長代謝的關系

實驗測得數據,結果如圖5所示。

從圖5可以看出,當培養基中含有酒精量為0%時,酵母的酒精產率最大,說明達到最大代謝量;當酒精量1%時,酵母的生長量最大,菌數最多。

3 討論

試驗結果表明,當溫度在30℃時,酵母的生長代謝量都達到最大,此時酵母體內酶活力達到最大或者由于設置溫度梯度大,未準確測出其最適溫度。在較高溫度下,酵母細胞發生自溶[2],菌數減少,代謝相應降低。

在測定p H對酵母生長代謝影響中發現,最適p H值為5時,酵母的菌數最多,此時酵母對營養物質的吸收狀況最佳,體內酶活力達到最大[3]。p H值為6時,酵母產生的酒精量最多,可能此時酵母生長速率慢,利于酵母發酵。

從培養基生長曲線看,麥汁培養基濃度為11°BX時,酵母生長代謝最快,11°BX的麥汁提供了足夠的碳源、氮源等營養物。當為12°BX的培養基時,可能過多的養分促進酵母的絮凝,因而生長代謝減慢。

鈣離子在對酵母生長影響時,可能維持細胞內外電荷處于穩態,或以其作為信號傳遞的信號物質,從而有利于細胞生長代謝[4]。酵母最適生長鈣離子濃度為0.14 g·L-1,最適代謝鈣離子濃度為0.07g· L-1,可能生長時細胞耐受力強于代謝期。

從酒精對酵母生長代謝的影響來看,最適生長酒精濃度為1%,而最適代謝酒精濃度為0%。因為生長時培養基中有一定的酒精存在可以抑制細胞進行產生代謝[5]。在沒有酒精存在時,無反饋抑制作用,所以代謝產物產生多。

通過測定研究得知,溫度,酸堿度,培養基濃度,鈣離子及酒精濃度是酵母生長代謝的重要影響因素。酵母最佳生長條件是:溫度30℃,p H值為5,麥汁培養基濃度為11°BX,鈣離子濃度為0.14 g·L-1,酒精濃度為1%;而酵母最適代謝條件略有不同,p H值為6,鈣離子濃度為0.07 g·L-1,酒精濃度為0%。高于或低于上述條件,酵母生長代謝就會受到抑制。因此,可以進行進一步的研究,嚴格控制好酵母菌的生長代謝條件,使酵母菌先在最適生長條件下出芽生殖,當數量達到一定時,再使其進行代謝。這樣就可人為控制,從而提高生產效率,還可對發酵菌體進行連續培養,使其連續處于旺盛的代謝活性狀態[6]。在日常的生產中,主要針對影響啤酒酵母發酵的主要因素,結合廠家實際,設計試驗、跟蹤并調整好溫度、酸堿度、營養物和微量元素的含量等參數,那么我們就能更好的人為優化發酵條件,釀造風味穩定的高品質啤酒,使微生物發揮其應有的潛力。

[1]李愛江,張敏,辛莉.發酵生產過程中發酵條件對微生物生長的影響[J].農技服務,2007,24(4),124,126.

[2]趙春海,趙士豪.鈣鎂對釀酒酵母發酵的影響[J].食品研究與開發,2007,(10),46-48.

[3]鄭翔鵬.氯化鈣對啤酒釀造的影響[J].啤酒科技,2005,(1),35-37.

[4]董永勝,楊親正,賈士儒.壓力對啤酒酵母生長及某些發酵性能的影響[J].釀酒科技,2007,(11),38-40.

[5]王秋菊,許麗,潘軍.酵母菌生長曲線的測定及不同生長時間麥芽汁糖度的變化[J].獸藥與飼料添加劑,2006,(1),1-2.

[6]姚洪文.啤酒酵母生長測定方法[J].食品工業科技,1990,(3):13-15.

(責任編輯:劉乃生)

2010-09-10

馮玉娟(1979-),女,山東坊子人,濰坊第四中學中教一級教師。

TS261 文獻標識碼:A 文章編號:1671-4288(2010)06-0110-03