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，所以在進行葡萄酒釀造時，必須首先了解酵母菌的性質(zhì)、形態(tài)、培養(yǎng)方法、生長條件等。第2頁,共37頁，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酵母菌的成分和營養(yǎng)

4.5酒精發(fā)酵的主要副產(chǎn)物

4.6酵母菌的生長周期

4.7影響酵母菌生長和酒精發(fā)酵的因素第3頁,共37頁，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，對葡萄酒質(zhì)量具有重要作用。第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4.2酵母菌在分類學上，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胞，酵母菌細胞呈圓形、橢圓形、細長或檸檬形等，大小為６－20微米,呈半透明狀。酵母菌細胞外面有一層由纖維素和半纖維素構(gòu)成的細胞壁，內(nèi)部含有細胞質(zhì)和細胞核。新生酵母菌細胞膨脹豐滿，細胞壁薄，細胞質(zhì)均一，透明無色，只有一個液泡。但處于不良條件下的或衰老狀態(tài)的酵母菌，其細胞壁加厚并出現(xiàn)皺紋，細胞質(zhì)呈顆粒狀。第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天葡萄酒酵母的來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，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)進入土壤越冬，到翌年春季葡萄生長時，土壤中的酵母菌孢子又隨風飄散，依附于葡萄果皮上重新繁殖。第6頁,共37頁，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，逐漸適應了當?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于不同類型葡萄酒的菌系。而在新開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,共37頁，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，細胞核游向細胞壁，接著細胞在接近細胞核的一端生出一小突起，并進行細胞核分裂。分裂后一個子核進入小突起內(nèi)，并膨大而成等體，另一子核留在母細胞內(nèi)。以后母細胞與芽體接觸處細胞壁收縮，使芽體與母細胞相隔離。成長的芽體與母細胞脫離或暫時聯(lián)在一起，并可再出新芽。如此連續(xù)進行，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)酵旺盛時最為常見。第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分裂繁殖：酵母菌進行分裂繁殖時，首先細胞拉長，然后中間出現(xiàn)橫隔而形成兩個子細胞。繁殖很快時，兩個子細胞尚未分離又各生一橫隔，如此連續(xù)進行，可形成短鏈。第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天有性繁殖：當酵母菌所處的環(huán)境不利于其生長時(如溫度過高、過低、缺乏營養(yǎng)物質(zhì)等)，酵母菌細胞停止進行營養(yǎng)繁殖，而進行有性繁殖，產(chǎn)生子囊孢子。在有性繁殖時，細胞內(nèi)的細胞核進行減數(shù)分裂，每個子細胞核產(chǎn)生新的細胞壁，而成為子囊孢子。母細胞的細胞壁加厚而成為子囊。每個子囊中有２至４個子囊孢子。子囊孢子處于休眠狀態(tài)，只有當環(huán)境條件有利于其生長時，它才結(jié)束休眠。因此，子囊孢子是酵母渡過不良條件的形式(如越冬)。第10頁,共37頁，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引起二次發(fā)酵。第11頁,共37頁，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)和無子囊酵母(非產(chǎn)孢酵母，擬酵母)真酵母既可進行營養(yǎng)繁殖，也可進行有性繁殖，屬于子囊菌綱，擬酵母只能進行營養(yǎng)繁殖。第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天真酵母1釀酒酵母（Saccharomycesserevisiae）釀酒酵母細胞為橢圓形，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（250mg/L）。釀酒酵母在葡萄酒釀造過程中占有重要的地位，因為是它將葡萄汁中絕大部分的糖轉(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。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。但貝酵母可引起瓶內(nèi)發(fā)酵。它抗SO2的能力也強（250mg/L）。3戴爾有孢圓酵母(Torulasporadelbrueckii)戴爾有孢圓酵母細胞小，近圓形（6.5×5.5μ），產(chǎn)酒精能力為8-14％，它的主要特點是能緩慢地發(fā)酵大量的糖。第13頁,共37頁，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,共37頁，2024年2月25日，星期天4.4酵母菌的成分和營養(yǎng)4.4.1酵母菌的成分酵母菌的化學成分根據(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,共37頁，2024年2月25日，星期天4.4.2酵母菌所需的營養(yǎng)物質(zhì)酵母菌的生長發(fā)育需要水、碳水化合物、含氮物質(zhì)、維生素和無機鹽等。在正常情況下，葡萄汁含有酵母菌需要的所有營養(yǎng)成分。當基質(zhì)中不再含有酵母菌所需營養(yǎng)物質(zhì)時，部分酵母菌自溶形成高級醇和氨基酸。第16頁,共37頁，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)。蔗糖預先經(jīng)酵母菌本身分泌的轉(zhuǎn)化酶或葡萄果實中的轉(zhuǎn)化酶分解成己糖后，才能被酵母菌同化。第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2含氮物質(zhì)氮是酵母菌生長必不可少的元素。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和繁殖。第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天3礦質(zhì)元素鉀和磷是酵母菌生長必不可少的成分，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。成熟的葡萄漿果中含有足夠的能滿足酵母菌正常生長繁殖所需要的礦質(zhì)元素。第19頁,共37頁，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)酵開始時由甘油發(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。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,共37頁，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，有時可達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。

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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高，就會具酸味。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。

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

高級醇 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)，在葡萄酒中的高級醇有異丙醇、異戌醇等，主要是由氨基酸形成的。第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天7

酯類 葡萄酒中含有有機酸和醇類，而有機酸和醇可以發(fā)生酯化反應，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。第二類為化學酯類，它們是在陳釀過程中形成的，其含量可達１g/L?；瘜W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,共37頁，2024年2月25日，星期天此外，在酒精發(fā)酵過程中，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,共37頁，2024年2月25日，星期天4.6酵母菌的生長周期將酵母菌的生長周期分為三個階段。１．繁殖階段。酵母菌迅速出芽繁殖，逐漸使其群體數(shù)量達10７個/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。酵母菌活細胞群體數(shù)量逐漸下降，直至105個/mL左右。這一階段可持續(xù)幾個星期。第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天特點：持續(xù)的時間很長；酵母菌生長量有限，最多只能繁殖4-5代;生長周期各階段持續(xù)的時間差異很大，衰減階段可比繁殖階段長3-4倍。

第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4.7影響酵母菌生長和酒精發(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繁殖，但其孢子可以抵抗-200℃的低溫。液體中酵母的活動最適溫度為20-30℃。當溫度達到20℃時，酵母菌的繁殖速度加快，在30℃時達到最大值.而當溫度繼續(xù)升高達到35℃時，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。只要保持1～1.5小時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，可忍受五分鐘115-120℃的高溫。第29頁,共37頁，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，因為在這種情況下，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,共37頁，2024年2月25日，星期天3）發(fā)酵臨界溫度當發(fā)酵溫度達到一定值時，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、基質(zhì)的含糖量、酵母菌的種類及其營養(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。在實踐中主要利用

“危險溫區(qū)”這一概念。在一般情況下，發(fā)酵危險溫區(qū)為32-35℃。但這并不是表明每當發(fā)酵溫度進入危險區(qū)，發(fā)酵就一定會受到影響，并且停止，而只表明，在這一情況下，有停止發(fā)酵的危險。需要強調(diào)指出的是，在控制和調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度時，應盡量避免溫度進入危險區(qū)，而不能在溫度進入危險區(qū)以后才開始降溫，因為這時，酵母菌的活動能力和繁殖能力已經(jīng)降低。對于紅葡萄酒，發(fā)酵最佳溫度為26-30℃，而對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,共37頁，2024年2月25日，星期天4.7.2通風酵母菌繁殖需要氧，在完全的無氧條件，酵母菌只能繁殖幾代，然后就停止。這時，只要給予少量的空氣，它們又能出芽繁殖。如果缺氧時間過長，多數(shù)酵母菌細胞就會死亡。在進行酒精發(fā)酵以前，對葡萄的處理(破碎、除梗、泵送以及對白葡萄汁的澄清等)保證了部分氧的溶解。在生產(chǎn)中常用倒罐的方式來保證酵母菌對氧的需要。第32