白酒釀造過程中酵母菌的研究進展

.引言在中國歷史的發(fā)展過程中，白酒的釀造是一顆璀璨的明珠，意義深遠。釀造白酒的主要原材料是糧谷類物質，正是由于其中飽含的淀粉質而得以進行發(fā)酵，后續(xù)再釀酒的過程中是可以采用一些酒母作為一種發(fā)酵劑的，為糧谷類物質其中的糖化物質進行充分的發(fā)酵[1]。白酒的釀造形式也多種多樣，包括固態(tài)、半固態(tài)和液態(tài)等多種的發(fā)酵方式。最后還需要經過煮沸、發(fā)酵、調兌、密封等工序才可以形成蒸餾酒，白酒是世界七大蒸餾酒之一，具體介紹，百度百科上有介紹。在釀造白酒的過程中，自然是離不開各種各樣的酵母菌。不同的酵母菌在釀造白酒的過程中都產生著不可替代的作用，必不可少。這種酵母菌包括了自然環(huán)境中自己生長的，也包括一些人為加入的高純度的酵母菌。其中，曲餅在一定條件下，自然發(fā)酵的是自然酵母菌；還有對白酒有必要加入產香菌、產酒菌等酵母菌[2]。在釀造白酒的過程中，有許多因素都會影響到白酒的口味，如酵母菌的數(shù)目、種類、分布等諸多因素。由于酵母菌在白酒的釀造過程中占有重要的地位，并且對于白酒的口味影響較大，因此，研究在白酒釀造過程中酵母菌的變化具有重大意義。從酵母菌的研究入手，深入分析白酒發(fā)酵的實質，同時結合現(xiàn)代分子學技術對白酒中的微生物進行探索，意義重大[3]。2.酵母菌簡介酵母菌(Saccharomycetes)屬于單細胞真菌，歸類為兼性厭氧菌，喜生活于含糖量較高的酸環(huán)境[4]。酵母體內含有豐富的蛋白質，特別是含有13種酶系蔗糖酶、麥芽糖酶、己糖磷酸化酶、脫羧酶、脫氫酶、氧化酶醛縮酶等，生理活性物質如輔酶煙酰胺氧化還原酶、輔酶CoA脫羧酶、輔酶Q、細胞色素C呼吸鏈的重要成分、還原型谷胱甘肽和RNA核酶等；同時具備人體所必需的8種必需氨基酸B族維生素B3-B，和B，)、維生素D原碳水化合物、粗纖維素、脂肪礦質元素和微量元素等[5]。2.1酵母菌的分類酵母在釀酒中起著重要的作用。酵母以出芽繁殖為主，在高溫大曲中主要起釀酒和酯化作用。根據(jù)酵母的種類，大曲的風格也會發(fā)生變化。進而影響白酒的品質和風格。釀酒酵母在葡萄酒釀造中的作用分為產酒酵母和產脂酵母。釀酒酵母一般具有較高的釀造能力和較強的發(fā)酵能力。產脂酵母的發(fā)酵能力沒有產酒酵母的發(fā)酵能力強，但是它具有產香的能力，在酶系統(tǒng)的作用下，將酶醇酸轉化成為酸酯化合物，這種物質具有增香的能力，讓酒體的芳香更加的濃厚，正是因為這樣，產脂酵母也可以被稱為產香酵母[6]。通過研究發(fā)現(xiàn)，酵母菌不僅僅有產酒和產香的能力，還有許多能力可以被挖掘，比如產酶能力和產醇能力。合理運用酵母菌的這些能力可以提高白酒的產量及濃厚的酒香味[7]。2.1.1產酒酵母菌在實際的白酒釀造中，產酒酵母的發(fā)酵能力會受到多種因素的影響，有研究者通過實驗發(fā)現(xiàn)，影響酒精酵母發(fā)酵效果的因素有溫度、通風、pH、尿素、糖比例等[8]。目前研究學者們已發(fā)現(xiàn)眾多高產酒精的產酒酵母，同時還在不斷通過篩選鑒定或者基因重組等手段，尋找更高產酒效率的酵母菌，發(fā)掘酒精生產潛力[9]。2.1.2產酯酵母菌產酯酵母是一類在發(fā)酵過程中能夠產生酯類物質的酵母菌的總稱，產酯酵母主要通過在代謝中產生的酶，將發(fā)酵液中的醇、糖、酸等物質轉化為酯、醛和芳香物質[10]。不同品種的酒曲，不同發(fā)酵條件，因為產酯的種類和數(shù)量不一樣，所以酒的風味也不相同。和產酒酵母一樣，釀酒行業(yè)和微生物工程行業(yè)的研究者們都致力于發(fā)掘各種產生白酒特征風味物質的產酯酵母[11]。3.酵母菌的生長及理化特性3.1生長特性酵母菌屬于單細胞厭氧生物，作為一種發(fā)酵真菌，在沒有氧氣的情況下，通過酵母菌將發(fā)酵物中的糖性物質轉化為酒精，酵母菌是無害生物，無論是在有氧環(huán)境下還是無氧環(huán)境下均可生存，可以無限繁殖，和真菌相同的是它具有細胞核和細胞壁等關鍵性的組織，生存形態(tài)有多種，其中以球形形態(tài)和橢圓形形態(tài)為主[12]。酵母菌與細菌的形態(tài)特征相似，菌落的顏色是乳白色為主，內部含水量較多，表面比較黏稠，柔軟，質地均勻，但是在個頭上比細菌大許多，超過1-20微米，由于沒有鞭毛這一組織，酵母菌無法游動。一般情況下，酵母菌喜歡生活在多糖的環(huán)境下，所以在水果和多糖的植物上可以檢測到酵母菌的存在[13]。3.1.1溫度對酵母菌生長情況影響劉建學等人采用YDP液體培養(yǎng)法，以OD600nm為評價指標對所篩選酵母菌株受不同溫度影響時菌株的生長情況進行了深入研究，結果表明：當溫度為30~40℃時，菌株W5生長狀況優(yōu)于菌株Y1和M3，但在溫度為40℃時三者生長受到抑制(OD600nm值〈0.5)，說明菌株W5具有一定的耐溫性[14]。在濃香型白酒發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度需控制在30~40℃，這樣濃香型白酒的酒質才能得到保障。3.1.2pH對酵母菌生長情況影響劉建學等人采用YDP液體培養(yǎng)法，以OD600nm為評價指標對所篩選酵母菌株受不同pH影響時菌株的生長情況進行了深入研究，結果表明：3株母菌株都有良好的pH耐受性、當pH為3.5時，3株酵母菌株都能正常生長，隨著酸度的增加，酵母菌的生長狀況相對減弱了，但生物活性仍能保持[15]。菌株W5的生長狀況優(yōu)于菌株Y1和菌株M3。濃香型白酒的發(fā)酵環(huán)境是酸性的，主要原因是產酸微生物的作用。具有良好pH耐受性的酵母可使白酒發(fā)酵效果更好[16]。3.1.3乙醇濃度對酵母菌生長情況的影響劉建學等人采用YDP液體培養(yǎng)法，以OD600nm為評價指標對所篩選酵母菌株受不同乙醇濃度影響時菌株的生長情況進行了深入研究，研究表明：在乙醇含量為12%時，3株酵母菌的生長都受到抑制(OD600mm<0.5)；乙醇濃度為6%~10%時菌株W5的生長狀況優(yōu)于菌株Y1和W5，說明菌株W5具有一定的乙醇耐受性[17]。3.2酵母菌的理化特性3.2.1耐乙醇性黃志國等人采用YDP液體培養(yǎng)法，以OD600nm為評價指標對兩種酵母菌的耐乙醇性展開了深入研究，結果表明：發(fā)現(xiàn)兩種酵母菌在不同乙醇濃度下變化趨勢基本一致，OD值逐漸減小并趨近于0。[18]當乙醇體積分數(shù)為0~5%時，兩種酵母的OD值均顯著降低。NZ3和NZ4的OD值分別約為0.1和0.5，當乙醇體積分數(shù)為5%~11%時，N23的OD值變化較小，在乙醇體積分數(shù)為11%時，N23的OD值變?yōu)?。當乙醇體積分數(shù)為5%~7%時，NZ4的OD值大幅下降，當乙醇體積分數(shù)為7%~11%時，NZ4的OD值繼續(xù)下降，趨于0[19]。同樣的生長條件下，nz4的OD值比nz3的更大，說明nz4的乙醇耐受性比nz3的更好[20]。3.2.2耐溫性黃志國等人采用YDP液體培養(yǎng)法，以OD600nm為評價指標對兩種酵母菌的耐溫性展開了深入研究，結果表明：兩種酵母菌的OD值變化趨勢一致，均先升高后降低[21]。當溫度為20~29℃時，兩種酵母菌的OD值持續(xù)上升，在29℃時達最大值，且nz4的增長幅度更大；當溫度為29~44℃時，兩種酵母菌的OD值持續(xù)下降，nz3的下降幅度較大，在44℃時接近0，nz4在29~38℃時下降幅度較小，在38℃后急劇下降，44℃時接近0[22]。同樣的生長環(huán)境下，nz4的OD值高于nz3，因此nz4的耐溫性更好。3.2.3耐酸性黃志國等人采用YDP液體培養(yǎng)法，以OD600nm為評價指標對兩種酵母菌的耐酸性展開深入研究，結果表明兩種酵母菌的OD值變化趨勢一致，均先平穩(wěn)后上升再下降[23]。當pH為2.0~3.5時.n23的OD值是pH3.0開始大幅度上升，在pH3.5時汰1.4左右，nz4的OD值從pH2.0開始急劇增長，在pH3.5時達1.8左右；當pH為3.5~5.5時，nz3的OD值仍在增長，從1.4增長至1.6左右，而nz4的增長幅度較小，變化趨于平緩，在pH5.5時達最大值1.9；當pH從5.5增加至6.0時，兩種酵母菌的OD值均下降至1.6左右[24]。4.白酒發(fā)酵體系中酵母菌多樣性的研究4.1白酒大曲酵母多樣性茅臺酒廠技術中心在2001-2006年對茅臺酒制曲發(fā)酵過程中微生物的消長規(guī)律做了系統(tǒng)的研究，共分離到了18種酵母，包括假絲酵母、絲孢酵母、漢遜酵母、異常漢遜酵母、畢赤酵母、紅酵母、擬內孢霉、白地霉等酵母[25]。還從醬香大曲中還分離到了伯頓畢赤酵母、扣囊復膜酵母、東方伊薩酵母、異常畢赤酵母、釀酒酵母、漢遜德巴利酵母等[26]。4.2白酒堆積酒醅中酵母多樣性通過對茅臺酒廠堆積酒醅進行研究，已經分離到了釀酒酵母、克魯斯假絲酵母、漢遜酵母、異常漢遜酵母、絲孢酵母、假絲酵母、白地霉、意大利酵母、地生酵母、擲孢酵母、卡爾斯伯酵母、間型假絲酵母、球擬酵母等[27]。4.3白酒窖內酒醅中酵母多樣性江南大學對醬香型白酒窖內發(fā)酵過程中酵母的組成變化進行研究，發(fā)現(xiàn)同一輪次三層酒醅中酵母種屬基本沒有差別，但隨著時間的推進，優(yōu)勢酵母種類明顯發(fā)生了變化[28]。研究發(fā)現(xiàn)拜耳結合酵母與釀酒酵母是第二、三、四輪次中最主要的2種酵母，但是隨著時間的推進，栗酒裂殖酵母成了第五、六、七輪中的優(yōu)勢酵母[29]。此外還采用變形梯度凝膠電泳和實時熒光定量PCR技術分別對酒質好和酒質差的兩個輪次發(fā)酵過程中的酵母群落結構進行解析，發(fā)現(xiàn)兩輪次中優(yōu)勢酵母種類的不同，酒質較好的輪次中酵母數(shù)量更多，種類也更豐富：檢測出東方伊薩酵母、戴爾凱氏有孢圓酵母、栗酒裂殖酵母、白地霉、拜耳結合酵母、釀酒酵母、費比恩畢赤酵母等九種酵母。[30]5.酵母菌在白酒釀造中的作用5.1產酒酵母在白酒釀造過程中的作用酵母菌在白酒釀造過程中發(fā)揮重要的作用，沒有酵母菌就完成不了白酒的釀造，在酒化工藝和酯化工藝都需要酵母菌的參與，那么在釀酒過程中究竟使用了什么樣的酵母菌呢？首先需要的酵母必須是釀酒酵母菌，葡萄酒酵母菌主要可以將原料轉化為乙醇，葡萄酒酵母菌的乙醇生產能力很強，可以保證產酒的速率以及乙醇的產量，研究發(fā)現(xiàn)，在白酒釀造過程中需要多種酵母菌互相催化，而產酒酵母菌屬于最具優(yōu)勢的，也是最主要的酵母菌，而別的酵母菌都屬于產酯酵母菌，盡管產酯酵母菌在轉化乙醇方面沒有釀酒酵母菌的能力強，但是這些酵母菌可以起到增香的作用，在白酒釀造期間將原料轉化為酯類、酸類化合物等，形成了類似于乙酸乙酯等帶著香氣的物質，從而獲得風味優(yōu)良的白酒。5.2產酯酵母菌在白酒釀造中的作用在白酒的釀造過程中，可以通過改變加入量，從而提高乙醇的產量和白酒的質量，所以，酵母菌在釀酒工藝上起到了至關重要的作用，白酒釀造過程中，產酯酵母菌主要產生酯類化合物，由于產酯酵母菌在有氧環(huán)境下參與反應，在其新陳代謝的過程中產生了多種酯質，可以增添酒的香氣，故稱產酯酵母是白酒產香過程中的重要參與者。產膜酵母有著和產酯酵母同樣的喜好，喜歡在有氧環(huán)境下參與反應，同樣為產香過程起到了重要作用。產酒酵母一般都和產酯酵母共同使用，這樣可以保酒精產品的同時可以提升白酒的氣味含量，異常畢赤酵母就是和產酒酵母一起使用，通過適合的比例，將其混合加入釀酒工藝中，提高乙醇產生含量的同時也提高了香氣物質的產量，其中香氣物質以乙酸乙酯含量的增加最為明顯。6.酵母菌對白酒風味物質的影響6.1對醇類物質的影響酵母菌代謝產物對白酒風味和風味物質的形成有一定的作用，其代謝規(guī)律與菌株、酶活性、培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)時間有關。當碳源為葡萄糖時，主要的揮發(fā)性代謝物包括2-苯乙醇，它是苯丙氨酸衍生物，具有果味或花味。米根霉和釀酒酵母混合發(fā)酵可以提高葡萄酒中總酸和氨基氮的含量，大大降低有害醇(甲醇、異丁醇、異戊醇)和總高級醇的含量，從而提高葡萄酒的品質。這可能是酵母菌株不能有效地將丙酮酸轉化為乙醇，而是產生乳酸和乙酸，從而間接抑制了高級醇的產生。6.2對酯類物質的影響酒體中對風味作貢獻的酵母菌主要為產香酵母，如假絲酵母、畢赤酵母、漢遜酵母等。在特殊風味白酒發(fā)酵醅中添加發(fā)香酵母，顯著提高了優(yōu)勢風味中酯類的含量。感官評價結果表明，其酒體醇厚，風味協(xié)調，但沒有改變特殊風味白酒的風味風格。黃惠芬對20株白酒制香酵母進行了篩選鑒定，并對其堿基序列進行了分析。6.3對有機酸的影響白酒釀造過程中經扣攮復膜酵母發(fā)酵產生的主要代謝物中包括4種脂肪酸(硬脂酸、軟脂酸、丙酸、肉豆蔻酸)、2種有機酸(琥珀酸、草酸)和8種氨基酸(異亮氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸)，白酒中的酸類主要是乙酸、己酸、和乳酸等有機酸類，它們是影響白酒口感的主要因素，缺酸會導致白酒苦味、口感不對、酒體余味不夠等。過酸會造成酒粗，香氣差，香氣不直，有澀味。7.白酒釀造過程中酵母菌的未來研究趨勢隨著對于白酒釀造過程中酵母菌的研究不斷加深，越來越多的研究人員意識到酵母菌對于釀酒的作用，同時也發(fā)現(xiàn)酒池中酵母菌的種類和數(shù)量影響著白酒的質量。對于酵母菌進行更加細致的分類研究和更加深入的分析研究。通過高分子技術繼續(xù)開展研究，分析酵母菌的多樣性，準確掌握酵母菌的分解原理以及對釀酒工藝的影響，闡述各個產酒酵母菌和非產酒酵母菌的相互促進的影響，分離提純出產酒量多且香氣十足的酵母菌。不僅如此，還需要對酵母菌轉化的物質進行分析，利用添加催化劑進一步地控制白酒產出的速率，調節(jié)各個酵母菌之間的配比來提高白酒的質量。雖然現(xiàn)在研究停留在某些功能性的酵母菌株，但是對于酵母菌的品種類型、生長適應環(huán)境、各個菌株相互之間的影響還需要繼續(xù)加深研究，尤其是酵母菌對于白酒釀造過程的配合關系的研究更加重要，另一方面，由于產香酵母研究的深入與應用，白酒的風味也愈加的多樣化，而越來越受到消費者的喜愛，盡管酵母菌發(fā)酵增香是非常重要的工序，但是對于產香酵母菌種類的研究以及其作用機理的研究仍然缺乏。所以，未來對于白酒酵母菌的研究仍然從這兩部分著手，重點分析產香酵母菌轉化香氣物質的過程，這個過程對于白酒釀造過程必將做出巨大的貢獻。了解白酒發(fā)酵的原理需要結合現(xiàn)代高分子技術對白酒釀造過程的各個酵母菌的變化深度研究，澄清白酒釀造過程中酵母菌多樣性的變化規(guī)律及其生物轉化與風味物質之間的關系。通過白酒釀造池開展酵母菌的新菌種研究，也是白酒釀造過程中酵母菌的未來研究趨勢。參考文獻[1]申孟林.濃香型白酒大曲發(fā)酵成熟過程中四種主要酶產生菌多樣性分析[D].成都：西華大學，2018[2]趙爽，楊春霞，竇屾，等.白酒生產中釀酒微生物研究進展[J].中國釀造，2012，31(4)：5-10[3]翟磊，于學健，馮慧軍，等.宜賓產區(qū)濃香型白酒釀造生境中細菌的群落結構[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2020，46(2)：18-24[4]任愛容，黃永光，涂華彬.茅臺鎮(zhèn)醬香型白酒釀造大曲及環(huán)境中可培養(yǎng)細菌多樣性及功能分析[J/OL].食品科學，http：///kcms/detail/11.2206.TS.20190826.1132.002.html[5]王定昌，賴榮婷.酵母的用途[J].糧油食品科技，2002，10(1)：12-16[6]趙龍飛，徐亞軍，周紅杰.酵母菌綜合利用的研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2004，25(4)：29-32[7]杜艾明,董孝元,李俊薇,孫培彬,胡申才.清香型白酒釀造體系中酵母菌的分離鑒技,2021,46(07):29-36.DOI:10.13684/ki.spkj.2021.07.006.[8]杜艾明.黃鶴樓清香型白酒酒體成分分析及酵母菌的篩選與生產特性研究[D].武漢輕工大學,2021.DOI:10.27776/ki.gwhgy.2021.000345.[9]黃治國,彭思婕,李浩,鐘姝霞,鄧杰,任志強,衛(wèi)春會.濃香型白酒釀造車間空氣中酵母菌的分離鑒定及生長特性研究[J].食品與機械,2021,37(03):7-11.DOI:10.13652/j.issn.1003-5788.2021.03.002.[10]楊文翠,張文麗,任文吉,樊金光,王紅麗.生物學技術對白酒釀造微生物的影響分析[J].現(xiàn)代食品,2021(05):56-58.DOI:10.16736/41-1434/ts.2021.05.018.[11]劉小改,馬美榮,周林艷,王小偉,張坤.高產乙酸乙酯酵母菌篩選及固態(tài)發(fā)酵應用研究[J].中國釀造,2020,39(10):79-83.[12]梁栩煜錢敏白衛(wèi)東肖更生劉功良俞劍燊郭波.白酒釀造過程中的微生物研究進展[J].中國釀造202039(07):11-15.[13]張松白酒釀造系統(tǒng)中布氏乳桿菌的多樣性及其功能研究[D]武漢輕工大學,2020DOI:1027776/dcnkigwhgy2020000122[14]信春暉,許玲,夏曉波,董喬娟.自然環(huán)境與白酒釀造關系解析——水質與釀酒微生物的生長代謝[J].釀酒,2020,47(01):68-72.[15]張松白酒釀造系統(tǒng)中布氏乳桿菌的多樣性及其功能研究[D]武漢輕工大學,2020DOI:1027776/dcnkigwhgy2020000122[16]信春暉,許玲,夏曉波,董喬娟.自然環(huán)境與白酒釀造關系解析——水質與釀酒微生物的生長代謝[J].釀酒,2020,47(01):68-72.[17]彭俊,楊團元,劉蒲臨,趙永威,繆禮鴻,廖衛(wèi)芳.白酒釀造酒醅與周邊土壤中酵母菌多樣性及東方伊薩酵母發(fā)酵特性比較[J].中國釀造,2019,38(08):77-84.[18]李秋志,劉姣,王國明,任長成,肖冬光.不同添加量高產酯低產高級醇酵母菌在芝品,2019(10):56-60.DOI:10.16736/41-1434/ts.2019.10.019.[19]郝飛呂錫斌吳耀領曾祥煉張巧玲陳良強袁頡羅汝葉楊帆王和玉王莉尉洪濤韓培杰白逢彥.醬香型白酒釀造酒醅中酵母菌多樣性研究[J].菌物學報201938(05):620-630.DOI:10.13346/j.mycosystema.180313.[20]戴奕杰,李宗軍,田志強,孟望霓.醬香型白酒釀造過程中微生物及其代謝產