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(yǎng)基,鈣離子濃度及酒精濃度)對酵母生長和發(fā)酵的影響,探討微生物生長代謝的規(guī)律性。結果表明,溫度,酸堿度,培養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)基濃度

在廣泛應用微生物進行工業(yè)生產(chǎn)的今天,啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展及酵母的廣泛應用已經(jīng)成為微生物產(chǎn)業(yè)的一大亮點。國內(nèi)外許多科學家已經(jīng)對啤酒發(fā)酵做了大量研究,但是實際生產(chǎn)過程中啤酒酵母與環(huán)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(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境,提高啤酒產(chǎn)量。

本文以生產(chǎn)菌株為對象,通過菌株篩選,單一變量控制分別測定培養(yǎng)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(fā)酵進程中酵母菌與各環(huán)境參數(shù)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(yǎng)基

麥芽汁培養(yǎng)基。

1.1.3 主要儀器

智能生化培養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)48 h后顯計數(shù)。

1.2.2 p H對酵母生長代謝影響的測定

配制麥芽汁培養(yǎng)基11.5°BX,培養(yǎng)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(yǎng)培養(yǎng)48 h,分別測定其菌數(shù)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(yǎng)48 h,統(tǒng)計菌的數(shù)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(yǎng)基,調節(jié)p H為6.2,接入等量的菌懸液1 mL,30℃震蕩培養(yǎng)48 h,測定酵母菌數(shù)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(fā)酵結束后,通過直接計數(shù)法分別測得發(fā)酵液的菌數(shù),結果如圖1所示。

由圖1可見,在28℃和32℃時,菌數(shù)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(shù)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(fā)酵結束后,通過平板計數(shù)法分別測得發(fā)酵液的菌數(shù),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(fā)酵液p H為3開始,菌數(shù)依次增多,到p H為5時,酵母菌數(shù)最多,以后隨著p H的增大,菌數(shù)不再繼續(xù)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(shù)據(jù),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(shù)依次增多,當?shù)?.14 g/L時,菌數(shù)達最大值,再增大濃度,菌體數(shù)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(chǎn)生酒精量最大。

2.4 培養(yǎng)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(yǎng)基中酒精濃度與酵母生長代謝的關系

根據(jù)實驗測得數(shù)據(jù),結果如圖4所示。

由圖4可以看出,酵母在麥汁培養(yǎng)基濃度為11°BX時,酵母數(shù)量達到最大值。所以得出酵母的最適生長培養(yǎng)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(yǎng)基中酒精濃度與酵母生長代謝的關系

實驗測得數(shù)據(jù),結果如圖5所示。

從圖5可以看出,當培養(yǎng)基中含有酒精量為0%時,酵母的酒精產(chǎn)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(shù)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(nèi)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(fā)生自溶[2],菌數(shù)減少,代謝相應降低。

在測定p H對酵母生長代謝影響中發(fā)現(xiàn),最適p H值為5時,酵母的菌數(shù)最多,此時酵母對營養(yǎng)物質的吸收狀況最佳,體內(nèi)酶活力達到最大[3]。p H值為6時,酵母產(chǎn)生的酒精量最多,可能此時酵母生長速率慢,利于酵母發(fā)酵。

從培養(yǎng)基生長曲線看,麥汁培養(yǎng)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(yǎng)物。當為12°BX的培養(yǎng)基時,可能過多的養(yǎng)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(nèi)外電荷處于穩(wěn)態(tài),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(yǎng)基中有一定的酒精存在可以抑制細胞進行產(chǎn)生代謝[5]。在沒有酒精存在時,無反饋抑制作用,所以代謝產(chǎn)物產(chǎn)生多。

通過測定研究得知,溫度,酸堿度,培養(yǎng)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(yǎng)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(shù)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(chǎn)效率,還可對發(fā)酵菌體進行連續(xù)培養(yǎng),使其連續(xù)處于旺盛的代謝活性狀態(tài)[6]。在日常的生產(chǎn)中,主要針對影響啤酒酵母發(fā)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(yǎng)物和微量元素的含量等參數(shù),那么我們就能更好的人為優(yōu)化發(fā)酵條件,釀造風味穩(wěn)定的高品質啤酒,使微生物發(fā)揮其應有的潛力。

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

[2]趙春海,趙士豪.鈣鎂對釀酒酵母發(fā)酵的影響[J].食品研究與開發(fā),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(fā)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(yè)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