葡萄酒酵母菌與酒精發(fā)酵

關(guān)于葡萄酒酵母菌與酒精發(fā)酵第04章酵母菌與酒精發(fā)酵葡萄或葡萄汁能轉(zhuǎn)化為葡萄酒主要是靠酵母的作用。酵母菌可以將葡萄漿果中的糖分解為乙醇、二氧化碳和其它副產(chǎn)物，這一過(guò)程稱為酒精發(fā)酵。由于葡萄酒是在酵母菌等微生物的作用下釀成的，所以在進(jìn)行葡萄酒釀造時(shí)，必須首先了解酵母菌的性質(zhì)、形態(tài)、培養(yǎng)方法、生長(zhǎng)條件等。第2頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天本章內(nèi)容4.1酒精發(fā)酵的定義

4.2酵母菌的一般特性

4.3葡萄酒釀造中的主要釀酒菌種

4.4酵母菌的成分和營(yíng)養(yǎng)

4.5酒精發(fā)酵的主要副產(chǎn)物

4.6酵母菌的生長(zhǎng)周期

4.7影響酵母菌生長(zhǎng)和酒精發(fā)酵的因素第3頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.1酒精發(fā)酵的定義酵母菌將葡萄漿果中的糖分解為酒精、二氧化碳和其它副產(chǎn)物，這一過(guò)程稱為酒精發(fā)酵。95％的糖被分解為酒精和二氧化碳，5％的以其它支路被轉(zhuǎn)化，生成其它副產(chǎn)物，對(duì)葡萄酒質(zhì)量具有重要作用。第4頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.2酵母菌在分類學(xué)上，葡萄汁和葡萄酒中的酵母菌主要是屬于真菌中的子囊菌綱酵母屬，是一種單細(xì)胞微生物。取一滴正在發(fā)酵的葡萄汁，用400-500倍顯微鏡觀察，可以看到很多酵母菌細(xì)胞，酵母菌細(xì)胞呈圓形、橢圓形、細(xì)長(zhǎng)或檸檬形等，大小為６－20微米,呈半透明狀。酵母菌細(xì)胞外面有一層由纖維素和半纖維素構(gòu)成的細(xì)胞壁，內(nèi)部含有細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。新生酵母菌細(xì)胞膨脹豐滿，細(xì)胞壁薄，細(xì)胞質(zhì)均一，透明無(wú)色，只有一個(gè)液泡。但處于不良條件下的或衰老狀態(tài)的酵母菌，其細(xì)胞壁加厚并出現(xiàn)皺紋，細(xì)胞質(zhì)呈顆粒狀。第5頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天葡萄酒酵母的來(lái)源在成熟葡萄漿果果皮的蠟質(zhì)層上，附著有天然酵母菌。在自然條件下,酵母菌的傳播主要依靠昆蟲(chóng)，特別是果蠅。在葡萄采收以后，大部分酵母菌死亡，另一部分則以孢子狀態(tài)進(jìn)入土壤越冬，到翌年春季葡萄生長(zhǎng)時(shí)，土壤中的酵母菌孢子又隨風(fēng)飄散，依附于葡萄果皮上重新繁殖。第6頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天葡萄酒廠內(nèi)也有大量的酵母菌存在。發(fā)酵容器以及一切盛酒容器、管道，都是酵母菌繁殖的場(chǎng)所。在傳統(tǒng)的葡萄和葡萄酒產(chǎn)區(qū)，酵母菌每年繁殖生長(zhǎng)，逐漸適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件和葡萄品種，并且由于自然選擇的作用而形成適應(yīng)于不同類型葡萄酒的菌系。而在新開(kāi)辟的葡萄園或少量種植葡萄的地區(qū)，土壤中的酵母菌數(shù)量不多，而且質(zhì)量也較差。第7頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天出芽繁殖：是酵母菌最普遍的繁殖方式。出芽繁殖時(shí)，細(xì)胞核游向細(xì)胞壁，接著細(xì)胞在接近細(xì)胞核的一端生出一小突起，并進(jìn)行細(xì)胞核分裂。分裂后一個(gè)子核進(jìn)入小突起內(nèi)，并膨大而成等體，另一子核留在母細(xì)胞內(nèi)。以后母細(xì)胞與芽體接觸處細(xì)胞壁收縮，使芽體與母細(xì)胞相隔離。成長(zhǎng)的芽體與母細(xì)胞脫離或暫時(shí)聯(lián)在一起，并可再出新芽。如此連續(xù)進(jìn)行，各芽體可相互連續(xù)而形成假菌絲。這種繁殖方式在酒精發(fā)酵旺盛時(shí)最為常見(jiàn)。第8頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天分裂繁殖：酵母菌進(jìn)行分裂繁殖時(shí)，首先細(xì)胞拉長(zhǎng)，然后中間出現(xiàn)橫隔而形成兩個(gè)子細(xì)胞。繁殖很快時(shí)，兩個(gè)子細(xì)胞尚未分離又各生一橫隔，如此連續(xù)進(jìn)行，可形成短鏈。第9頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天有性繁殖：當(dāng)酵母菌所處的環(huán)境不利于其生長(zhǎng)時(shí)(如溫度過(guò)高、過(guò)低、缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等)，酵母菌細(xì)胞停止進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖，而進(jìn)行有性繁殖，產(chǎn)生子囊孢子。在有性繁殖時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞核進(jìn)行減數(shù)分裂，每個(gè)子細(xì)胞核產(chǎn)生新的細(xì)胞壁，而成為子囊孢子。母細(xì)胞的細(xì)胞壁加厚而成為子囊。每個(gè)子囊中有２至４個(gè)子囊孢子。子囊孢子處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)環(huán)境條件有利于其生長(zhǎng)時(shí)，它才結(jié)束休眠。因此，子囊孢子是酵母渡過(guò)不良條件的形式(如越冬)。第10頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.3葡萄酒釀造中主要酵母菌種與葡萄酒釀造相關(guān)的酵母有25屬150種之多，進(jìn)行正常的酒精發(fā)酵的主要是釀酒酵母；在酒精發(fā)酵中不起作用或作用很少的統(tǒng)稱為野生酵母。引起葡萄酒腐敗，產(chǎn)生異味和蹼膜的多為野生酵母的一些菌株，漢遜、畢赤氏和圓酵母都會(huì)引起二次發(fā)酵。第11頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天酵母的分類根據(jù)能否產(chǎn)生孢子，將酵母菌分為兩大類，即子囊酵母(真酵母)和無(wú)子囊酵母(非產(chǎn)孢酵母，擬酵母)真酵母既可進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖，也可進(jìn)行有性繁殖，屬于子囊菌綱，擬酵母只能進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖。第12頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天真酵母1釀酒酵母（Saccharomycesserevisiae）釀酒酵母細(xì)胞為橢圓形，8-9微米。產(chǎn)酒精能力(即可產(chǎn)生的最大酒精度)（17%）；轉(zhuǎn)化1°酒精需17－18g/L糖;抗SO2能力強(qiáng)（250mg/L）。釀酒酵母在葡萄酒釀造過(guò)程中占有重要的地位，因?yàn)槭撬鼘⑵咸阎薪^大部分的糖轉(zhuǎn)化為酒2貝酵母（S.bayanus）貝酵母和葡萄酒酵母的形狀和大小相似，但它的產(chǎn)酒精能力更強(qiáng)。在酒精發(fā)酵后期，主要是貝酵母把葡萄汁中的糖轉(zhuǎn)化為酒精。但貝酵母可引起瓶?jī)?nèi)發(fā)酵。它抗SO2的能力也強(qiáng)（250mg/L）。3戴爾有孢圓酵母(Torulasporadelbrueckii)戴爾有孢圓酵母細(xì)胞小，近圓形（6.5×5.5μ），產(chǎn)酒精能力為8-14％，它的主要特點(diǎn)是能緩慢地發(fā)酵大量的糖。第13頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天非產(chǎn)孢酵母1檸檬形克勒克氏酵母（Kloeckera

aniculatta）檸檬形克勒克氏酵母大量存在于葡萄汁中，它與葡萄酒酵母一起占葡萄汁中酵母總量的80-90%。它的主要特征是產(chǎn)酒精能力低（4-5%），產(chǎn)酒精效率低（1%的酒精需糖21-22g/L），形成的揮發(fā)酸多，但它對(duì)SO2極為敏感。因此，可用SO2處理的方式將它除去。2星形假絲酵母（Candida

stellatta）星形假絲酵母細(xì)胞小，橢圓形。產(chǎn)酒精能力為10-11%，主要存在于感染灰腐病的葡萄汁中。第14頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.4酵母菌的成分和營(yíng)養(yǎng)4.4.1酵母菌的成分酵母菌的化學(xué)成分根據(jù)種類和環(huán)境條件及培養(yǎng)基的不同而有所差別，構(gòu)成酵母菌細(xì)胞的成分及其平均值如下：水：75％干物質(zhì)：25%。其中： 碳水化合物：25-40％含氮物質(zhì)：60-70％脂類：2-5％礦物質(zhì)：5-10％。酵母菌的礦物質(zhì)主要由磷酸（50－60％）和鉀（30－40％）構(gòu)成。第15頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.4.2酵母菌所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)酵母菌的生長(zhǎng)發(fā)育需要水、碳水化合物、含氮物質(zhì)、維生素和無(wú)機(jī)鹽等。在正常情況下，葡萄汁含有酵母菌需要的所有營(yíng)養(yǎng)成分。當(dāng)基質(zhì)中不再含有酵母菌所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，部分酵母菌自溶形成高級(jí)醇和氨基酸。第16頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1碳水化合物 酵母菌不含葉綠素，不能像高等植物那樣通過(guò)光合作用合成碳水化合物，而只能同化基質(zhì)中的碳水化合物以獲得所需的能量。酵母菌同化碳水化合物有兩種方式，即在有空氣條件下的呼吸作用和在無(wú)空氣條件下的發(fā)酵作用。 酵母菌只能直接利用己糖(葡萄糖和果糖)。蔗糖預(yù)先經(jīng)酵母菌本身分泌的轉(zhuǎn)化酶或葡萄果實(shí)中的轉(zhuǎn)化酶分解成己糖后，才能被酵母菌同化。第17頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2含氮物質(zhì)氮是酵母菌生長(zhǎng)必不可少的元素。酵母菌不能直接同化大分子的蛋白質(zhì)，只能利用肽、胨等蛋白質(zhì)水解物。分子更小的胺態(tài)氮，特別是氨基酸，最容易為酵母菌同化。葡萄汁中一般含有足夠的含氮物質(zhì)，能保證酵母菌正常的生長(zhǎng)和繁殖。第18頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天3礦質(zhì)元素鉀和磷是酵母菌生長(zhǎng)必不可少的成分，鈣并不是酵母菌的必需元素，而鎂的存在，有利于酵母菌的活動(dòng)。成熟的葡萄漿果中含有足夠的能滿足酵母菌正常生長(zhǎng)繁殖所需要的礦質(zhì)元素。第19頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.5酒精發(fā)酵的主要副產(chǎn)物1甘油： 主要在發(fā)酵開(kāi)始時(shí)由甘油發(fā)酵而形成。在葡萄酒中，其含量為6-10g/L，甘油具甜味，可使葡萄酒圓潤(rùn)。葡萄酒中甘油的含量還受以下因素的影響：①酵母菌種：一些菌種的產(chǎn)甘油能力強(qiáng)于其它菌種。②基質(zhì)：基質(zhì)中糖含量高、SO2含量高則葡萄酒甘油含量高。第20頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2

乙醛:

可由丙酮酸脫羧產(chǎn)生,也可在發(fā)酵以外由乙醇氧化而產(chǎn)生。在葡萄酒中乙醛的含量為20－60mg/L，有時(shí)可達(dá)300mg/L。乙醛可與SO2結(jié)合形成穩(wěn)定的亞硫酸乙醛。這種物質(zhì)不影響葡萄酒的質(zhì)量，而游離的乙醛則使葡萄酒具氧化味，可用SO2處理，使這種氧化味消失。

第21頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天3

醋酸

醋酸是構(gòu)成葡萄酒揮發(fā)酸的主要物質(zhì)，在正常發(fā)酵情況下，醋酸在葡萄酒中的含量為0.2－0.3g/L，它是由乙醛經(jīng)氧化還原作用而形成的：葡萄酒中醋酸含量過(guò)高，就會(huì)具酸味。一般規(guī)定，白葡萄酒揮發(fā)酸含量不能高于0.88H2SO4g/L，紅葡萄酒不能高于H2SO40.98g/L。

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琥珀酸 在所有的葡萄酒中都存在琥珀酸，但其含量較低，一般為0.6－1.5g/L。

第22頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天5

乳酸 在葡萄酒中，其含量一般低于1g/L，主要來(lái)源于酒精發(fā)酵和蘋(píng)果酸-乳酸發(fā)酵。6

高級(jí)醇 在葡萄酒中的含量很低，但它們是構(gòu)成葡萄酒香氣的主要物質(zhì)，在葡萄酒中的高級(jí)醇有異丙醇、異戌醇等，主要是由氨基酸形成的。第23頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天7

酯類 葡萄酒中含有有機(jī)酸和醇類，而有機(jī)酸和醇可以發(fā)生酯化反應(yīng)，生成各種酯類化合物，葡萄酒中的酯類物質(zhì)可分為兩大類。

第一類為生化酯類，它們是在發(fā)酵過(guò)程中形成的。其中最重要的為乙酸乙酯，是乙醇和乙酸經(jīng)酯化反應(yīng)形成的，即使含量很少（0.15－0.20g/L）也具有酸味。第二類為化學(xué)酯類，它們是在陳釀過(guò)程中形成的，其含量可達(dá)１g/L。化學(xué)酯類的種類很多，是構(gòu)成葡萄酒香氣的主要物質(zhì)。

第24頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天此外，在酒精發(fā)酵過(guò)程中，還產(chǎn)生很多其它副產(chǎn)物，它們都是由酒精發(fā)酵的中間產(chǎn)物—丙酮酸所產(chǎn)生的，并具有不同的味感。如：具辣味的甲酸，具煙味的延胡索酸，具酸白菜味的丙酸，具榛子味的乙酸酐，具杏仁味的3-羥丁酮等。

第25頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.6酵母菌的生長(zhǎng)周期將酵母菌的生長(zhǎng)周期分為三個(gè)階段。１．繁殖階段。酵母菌迅速出芽繁殖，逐漸使其群體數(shù)量達(dá)10７個(gè)/mL左右。這一階段可持續(xù)2-5天。２．平衡階段。在這一階段中酵母菌活細(xì)胞群體數(shù)量不增不減，幾乎處于穩(wěn)定狀態(tài)。這一階段可持續(xù)8天左右；３．衰減階段。酵母菌活細(xì)胞群體數(shù)量逐漸下降，直至105個(gè)/mL左右。這一階段可持續(xù)幾個(gè)星期。第26頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第27頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天特點(diǎn)：持續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)；酵母菌生長(zhǎng)量有限，最多只能繁殖4-5代;生長(zhǎng)周期各階段持續(xù)的時(shí)間差異很大，衰減階段可比繁殖階段長(zhǎng)3-4倍。

第28頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.7影響酵母菌生長(zhǎng)和酒精發(fā)酵的因素4.7.1溫度：酵母菌在低于0℃的溫度條件下不能生長(zhǎng)繁殖，但其孢子可以抵抗-200℃的低溫。液體中酵母的活動(dòng)最適溫度為20-30℃。當(dāng)溫度達(dá)到20℃時(shí)，酵母菌的繁殖速度加快，在30℃時(shí)達(dá)到最大值.而當(dāng)溫度繼續(xù)升高達(dá)到35℃時(shí)，其繁殖速度迅速下降，酵母菌呈疲勞狀態(tài)，酒精發(fā)酵有停止的危險(xiǎn)。只要保持1～1.5小時(shí)40-45℃或保持10-15分鐘60-65℃的溫度就可殺死酵母。干態(tài)酵母抗高溫的能力很強(qiáng)，可忍受五分鐘115-120℃的高溫。第29頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1)發(fā)酵速度與溫度在２０℃至３０℃的溫度范圍內(nèi)，每升高１℃，發(fā)酵速度就可提高１０％。因此發(fā)酵速度(即糖的轉(zhuǎn)化)隨著溫度的提高而加快。但是，發(fā)酵速度越快，停止發(fā)酵越早，因?yàn)樵谶@種情況下，酵母菌的疲勞現(xiàn)象出現(xiàn)較早。

2)發(fā)酵溫度與產(chǎn)酒精效率

在一定范圍內(nèi)，溫度越高，酵母菌的發(fā)酵速度越快，產(chǎn)酒精效率越低，而生成的酒度就越低。因此，如果要獲得高酒度的葡萄酒，必須將發(fā)酵溫度控制在足夠低的水平上。第30頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）發(fā)酵臨界溫度當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)到一定值時(shí)，酵母菌不再繁殖，并且死亡，這一溫度就稱為發(fā)酵臨界溫度。如果超過(guò)臨界溫度，發(fā)酵速度就大大下降，并引起發(fā)酵停止。由于發(fā)酵臨界溫度受許多因素如通風(fēng)、基質(zhì)的含糖量、酵母菌的種類及其營(yíng)養(yǎng)條件等的影響，所以很難將某一特定的溫度確定為發(fā)酵臨界溫度。在實(shí)踐中主要利用

“危險(xiǎn)溫區(qū)”這一概念。在一般情況下，發(fā)酵危險(xiǎn)溫區(qū)為32-35℃。但這并不是表明每當(dāng)發(fā)酵溫度進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，發(fā)酵就一定會(huì)受到影響，并且停止，而只表明，在這一情況下，有停止發(fā)酵的危險(xiǎn)。需要強(qiáng)調(diào)指出的是，在控制和調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度時(shí)，應(yīng)盡量避免溫度進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，而不能在溫度進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)以后才開(kāi)始降溫，因?yàn)檫@時(shí)，酵母菌的活動(dòng)能力和繁殖能力已經(jīng)降低。對(duì)于紅葡萄酒，發(fā)酵最佳溫度為26-30℃，而對(duì)于白葡萄酒和桃紅葡萄酒,發(fā)酵的最佳溫度為18-20℃左右。

第31頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.7.2通風(fēng)酵母菌繁殖需要氧，在完全的無(wú)氧條件，酵母菌只能繁殖幾代，然后就停止。這時(shí)，只要給予少量的空氣，它們又能出芽繁殖。如果缺氧時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，多數(shù)酵母菌細(xì)胞就會(huì)死亡。在進(jìn)行酒精發(fā)酵以前，對(duì)葡萄的處理(破碎、除梗、泵送以及對(duì)白葡萄汁的澄清等)保證了部分氧的溶解。在生產(chǎn)中常用倒罐的方式來(lái)保證酵母菌對(duì)氧的需要。第32