固定化细胞技术在果酒生产中的应用.pdf

戮麟卉 技术舟产 一 , ?咚? ? ? ?、?、?、 ? ?、? ? 、? ? ? 一?, 甲 ?一? ? ?、 ? ?一? 产 , 口 黔 自麟毗哪圃?妇?脚姗圈笛翔侧聊胡? 哪? ? 咖樱? 一 ? 一? 一一 卯 黝 固定化细胞技术在果酒生产中的应用 王思新焦中高 孙治军 中国农业科学院郑州果树研究所 郑州! # 早在% 世纪 初 叶人们就发现 , 某些微生 物 细胞 具有一种吸附在固体物质表面 的天然倾向和特殊功 能 , 并以这种方式被束缚 、 固定起来 。 当时 , 曾利用 这种被吸 附 的微生物细胞在滴滤式反应系统内生产 醋酸 。 此 后 , 有人将类似的方法用于污水处理 。 自 、 +条件下对葡 萄浆的发酵速度也显著加快 。 他们采用海藻酸钙凝胶 、 #?而不污染 , 而且酒精生产能力 也未见下 降 。 同时 , 对所得酒样进行分析表明 , 固定化细胞连续 发酵制得的葡萄酒总酸及挥发酸含量均低于游离细胞发 酵制得的葡萄酒 。 )二+固定化酵母细胞发酵对葡萄酒风味的影响 葡萄酒的酿造是一个极其复杂的生物化学过程 , 发 酵过程中除了生成较多的乙醇外 , 还生成许多副产物 , 如一些醋类物质及杂醇油等 , 这些发酵副产物在葡萄酒 中含量及组成比例往往决定了葡萄酒不同的风味 , 具有 十分重要的意义 。 其中 , 酉旨类物质是葡萄酒芳香的主要 来源之一 , 葡萄酒是否具有怡人的酒香和果香很大程度 上取决于醋类物质在所有挥发性物质中所 占比例 的高 低 。 酵母细胞 固定化后常常会伴随生理及发酵特性的改 变 , 从而使葡萄酒中各种挥发性副产物的生成受到影 响 , 造成风味的改变 。 5 6 ? 9 等人 把酿酒酵母固定于 . /0和1 2上 , 在低温条件下进行分批重复发酵或连续 发酵 。 结果表明 , 应用固定化酵母细胞发酵可以促进乙 酸乙酷的生成 , 与 同样条件下用游离酵母细胞发酵生产 的葡萄酒相比 , 乙酸乙醋在挥发性物质 中所 占的比例大 为提高 , 而有毒性的戊醇类的含量则减少 , 从而使葡萄 酒的感官品质和营养价值得到提高 。5 67 968 9:等人 的 研究也证实了这一结果 。 他们对不同温度下 、 固定于不 同载体上的酵母细胞连续发酵过程中各种挥发性副产物 的形成进行 了系统的研究 , 结果表明 , 除甲醇由于与酵 母菌的发酵活动无关而不受固定化载体 、 发酵工艺和温 度的影响以外 , 其它挥发性副产物包括乙酸乙醋 、 丙 醇一% 、 异丁醇及戊醇等的浓度均随温度的降低而下降 , 而且乙酸乙醋在挥发性副产物 中所占的比例较游离酵母 细胞发酵大大提高 , 丙醇 、 异丁醇 、 戊醇等高级醇所 占 的比例均较低 。 )三+固定化细胞技术在葡萄酒苹果酸一乳酸发酵 中的应用 在红葡萄酒的苹果酸一乳酸发酵中 , 使二元酸的苹 果酸变成一元酸的乳酸 , 不仅酸度减少 , 同时又增加了 芳香的醇味 。 2 6 8 ? 等用吸附在碎硅粒上的 9 一 66 :3把苹果酸转化为乳酸 , 反应 器中葡萄酒苹果酸的消失只需要! 。 据资料报道 , 日 本有人把粟酒裂殖酵母和肠膜明串珠菌细胞分别包埋 于琼脂凝胶或海藻酸钙凝胶中 , 在营养培养基中培养 的粟酒裂殖酵母由原来%# 个 固定化细胞增加到 %# 个 固定化细胞 。 肠膜状明串珠菌细胞 由最初的 %# , 一%# 个 固定化细胞增加到%# 一%#个 , 固 定细胞 。 采用批 式反应 , 将固定化菌体反复使用次 , 红葡萄酒中的苹果酸分解率稳定 , 在分节塔中进行连续 反应也得到稳定的苹果酸分解率 。 7 : 76等还报道 了一种将酿酒酵母和粟酒裂殖酵母共 固定于双层海藻酸 钙凝胶珠中同时进行高酸葡萄浆的降酸和酒精发酵的技 术 。 )四+固定化细胞技术在葡萄酒生产中的其它应用 除葡萄酒的酒精发酵和苹果酸 一乳酸发酵外 , 还可 以利用固定化微生物细胞对葡萄浆进行预处理 , 以改善 发酵过程 , 提高葡萄酒的品质 。 / 9 6爪和 6 。报道 了 绷魏 舞技术卉产 口绪幽 曰翻? 剐 劫?幽妹通岛翻翩? 田? 超? ? 涵撇? 属团灿绷? 脚 ? ? 圈翻 ? 脚 月翻翅胭胡胭一翻? 例塑? 一 以? 阴 目 四髓 一种利用固定化的/ 68? 9 ? 6 : 6 6 提高葡萄酒中甘油 的含量的方法 , 并证实利用 固定化的/ ? :6 6 与酿酒 酵母联合使用可以改善葡萄酒的风味 , 提高酒的质量 。 他们首先利用海藻酸钙凝胶包 埋的固定化/ ? 6 6 对 葡萄浆进行分批重复或连续化的预处理 , 然后再接人酿 酒酵母进行发酵 。 结果表明这一工艺可 以大大提高葡萄 酒中风 味物质 的含量 , 从而使酒的感官品质得到提高 。 三 、 固定化细胞技术在香槟酒生产中的应用 传统的瓶内发酵法香槟酒生产工艺在除酵母泥渣时 往往需要一个漫长的转瓶斜沉过程 。 这一过程不仅要求 技术条件高 , 劳动强度大 , 耗费 时间长 , 占地面积大 , 而且还伴 有少量酒的损失 , 从而增加了 生产成 本 。 应用 固定化细胞技 术可以大大简化这一工序 , 降 低劳动强度 , 缩短生产周期 , 并 降低生产成本 。 在瓶内发酵法 香槟酒的二次发酵中采用凝胶 包埋的固定化酵母细胞 , 发酵 结束后将瓶子翻转 , 含有酵母 细胞的凝胶珠很快就会沉集在 瓶口处 , 从而极易除去酵母细 胞 。 为了避免发酵过程中凝胶 内部酵母细胞的发酵影响凝胶 珠的机械稳定性 , 从而造成酵 业 , 在其它果酒发酵中也可以应用这一新技术改进发酵 工艺 , 缩短生产周期 , 降低生产成本 。 在苹果酒的发酵 中 , 我们采用海藻酸钙凝胶包埋 的固定化酵母细胞在室 温条件下进行分批发酵 , 其各项发酵指标均可 以达到与 对照样游离酵母细胞发酵同等水平 , 所制得苹果酒的色 泽 、 口味及其它各项感官指标和理化指标均可达到或优 于游离细胞发酵所制得果酒固定化酵母细胞可以重复 使用 次以上而仍保持良好的机械性能和发酵性能, 采 用柱式填充 床反应器进行连续发酵也得到了较好的效 果 , 可比游离细胞发酵节约时间一半以上 。 利用此项技 术发酵生产果酒 , 不仅可以节约酵母的使用量 , 降低生 产成本 , 而且还有利于果酒的澄清与过滤 , 缩短酿造周 期 , 提高设备利用率 , 对于果酒发 一 酵的连续化生产和自动控制更有 着独特的优越性 。 固定化细胞技术是在固定化 酶研究和应用 的基础上发展起来 的新技术 , 因定化细胞具有高效 能 , 低消耗 , 无公害 , 长寿命 , 安 全 、 自动并能连续地完成多步反 应的优点 。 今后随着遗传工程和 固定化技术的发展 , 将会对发酵 工业和化学工业带来革命性的变 化 , 古老的发酵工艺必然会被先 进的固定化细胞生产技术所取代 , 固定化细胞必将成为发酵工业的 主角 。 为了早日将固定化细胞技 母细胞的游离 , 日本的 7 : 76 等还发明了一种双层 凝胶 固定化酵母细胞的方法 , 使酵母细胞只在凝胶珠的 表层存在 、 生长和发酵 。 据资料报道 , 法国采用 固定化 细胞技术生产香槟酒 , 使生产周期缩短了%年 , 意大利 采用固定化酵母技术使生产周期缩短了半年 , 生产成本 下降了# , 前苏联也曾广泛使用此项技术用于香槟酒 的生产 。 对采用此法制得的香槟酒的感官品尝和理化分 析结果表明 , 其滋味 、 香气 、 澄清度和酒精度 、 34值 、 总酸 、 挥发酸 、 还原糖及乙酸乙醋含量等均与传统方法 生产的香槟酒没有明显差别 。 四 、 固定化细胞技术在其它果酒发酵中的应用 固定化细胞技术不仅可以广泛应用于葡萄酒发酵工 术应用 于葡萄酒及果酒酿造工业中去 , 我们不仅要进一 步对固定化酵母细胞制备技术 , 固定化酵母细胞发酵生 产工艺及固定化酵母细胞连续发酵果酒生物反应器进行 更深人的研究 , 而且还可 以采用遗传工程方法对生产菌 种进行改良 , 以得到适合于采用固定化细胞技术生产果 酒 的优 良菌种 , 以保证用 固定化细胞生产的葡萄酒具有 与传统方法酿制的葡萄酒相媲美的风