葡萄酒04【酵母菌与酒精发酵】.ppt

第04章酵母菌与酒精发酵 葡萄或葡萄汁能转化为葡萄酒主要是靠酵母的作用 酵母菌可以将葡萄浆果中的糖分解为乙醇 二氧化碳和其它副产物 这一过程称为酒精发酵 由于葡萄酒是在酵母菌等微生物的作用下酿成的 所以在进行葡萄酒酿造时 必须首先了解酵母菌的性质 形态 培养方法 生长条件等 本章内容 4 1酒精发酵的定义4 2酵母菌的一般特性4 3葡萄酒酿造中的主要酿酒菌种4 4酵母菌的成分和营养4 5酒精发酵的主要副产物4 6酵母菌的生长周期4 7影响酵母菌生长和酒精发酵的因素 4 1酒精发酵的定义 酵母菌将葡萄浆果中的糖分解为酒精 二氧化碳和其它副产物 这一过程称为酒精发酵 95 的糖被分解为酒精和二氧化碳 5 的以其它支路被转化 生成其它副产物 对葡萄酒质量具有重要作用 4 2酵母菌 在分类学上 葡萄汁和葡萄酒中的酵母菌主要是属于真菌中的子囊菌纲酵母属 是一种单细胞微生物 取一滴正在发酵的葡萄汁 用400 500倍显微镜观察 可以看到很多酵母菌细胞 酵母菌细胞呈圆形 椭圆形 细长或柠檬形等 大小为 20微米 呈半透明状 酵母菌细胞外面有一层由纤维素和半纤维素构成的细胞壁 内部含有细胞质和细胞核 新生酵母菌细胞膨胀丰满 细胞壁薄 细胞质均一 透明无色 只有一个液泡 但处于不良条件下的或衰老状态的酵母菌 其细胞壁加厚并出现皱纹 细胞质呈颗粒状 葡萄酒酵母的来源 在成熟葡萄浆果果皮的蜡质层上 附着有天然酵母菌 在自然条件下 酵母菌的传播主要依靠昆虫 特别是果蝇 在葡萄采收以后 大部分酵母菌死亡 另一部分则以孢子状态进入土壤越冬 到翌年春季葡萄生长时 土壤中的酵母菌孢子又随风飘散 依附于葡萄果皮上重新繁殖 葡萄酒厂内也有大量的酵母菌存在 发酵容器以及一切盛酒容器 管道 都是酵母菌繁殖的场所 在传统的葡萄和葡萄酒产区 酵母菌每年繁殖生长 逐渐适应了当地的气候条件 土壤条件和葡萄品种 并且由于自然选择的作用而形成适应于不同类型葡萄酒的菌系 而在新开辟的葡萄园或少量种植葡萄的地区 土壤中的酵母菌数量不多 而且质量也较差 出芽繁殖 是酵母菌最普遍的繁殖方式 出芽繁殖时 细胞核游向细胞壁 接着细胞在接近细胞核的一端生出一小突起 并进行细胞核分裂 分裂后一个子核进入小突起内 并膨大而成等体 另一子核留在母细胞内 以后母细胞与芽体接触处细胞壁收缩 使芽体与母细胞相隔离 成长的芽体与母细胞脱离或暂时联在一起 并可再出新芽 如此连续进行 各芽体可相互连续而形成假菌丝 这种繁殖方式在酒精发酵旺盛时最为常见 分裂繁殖 酵母菌进行分裂繁殖时 首先细胞拉长 然后中间出现横隔而形成两个子细胞 繁殖很快时 两个子细胞尚未分离又各生一横隔 如此连续进行 可形成短链 有性繁殖 当酵母菌所处的环境不利于其生长时 如温度过高 过低 缺乏营养物质等 酵母菌细胞停止进行营养繁殖 而进行有性繁殖 产生子囊孢子 在有性繁殖时 细胞内的细胞核进行减数分裂 每个子细胞核产生新的细胞壁 而成为子囊孢子 母细胞的细胞壁加厚而成为子囊 每个子囊中有 至 个子囊孢子 子囊孢子处于休眠状态 只有当环境条件有利于其生长时 它才结束休眠 因此 子囊孢子是酵母渡过不良条件的形式 如越冬 4 3葡萄酒酿造中主要酵母菌种 与葡萄酒酿造相关的酵母有25属150种之多 进行正常的酒精发酵的主要是酿酒酵母 在酒精发酵中不起作用或作用很少的统称为野生酵母 引起葡萄酒腐败 产生异味和蹼膜的多为野生酵母的一些菌株 汉逊 毕赤氏和圆酵母都会引起二次发酵 酵母的分类 根据能否产生孢子 将酵母菌分为两大类 即子囊酵母 真酵母 和无子囊酵母 非产孢酵母 拟酵母 真酵母既可进行营养繁殖 也可进行有性繁殖 属于子囊菌纲 拟酵母只能进行营养繁殖 真酵母 1酿酒酵母 Saccharomycesserevisiae 酿酒酵母细胞为椭圆形 8 9微米 产酒精能力 即可产生的最大酒精度 17 转化1 酒精需17 18g L糖 抗SO2能力强 250mg L 酿酒酵母在葡萄酒酿造过程中占有重要的地位 因为是它将葡萄汁中绝大部分的糖转化为酒 2贝酵母 S bayanus 贝酵母和葡萄酒酵母的形状和大小相似 但它的产酒精能力更强 在酒精发酵后期 主要是贝酵母把葡萄汁中的糖转化为酒精 但贝酵母可引起瓶内发酵 它抗SO2的能力也强 250mg L 3戴尔有孢圆酵母 Torulasporadelbrueckii 戴尔有孢圆酵母细胞小 近圆形 6 5 5 5 产酒精能力为8 14 它的主要特点是能缓慢地发酵大量的糖 非产孢酵母 1柠檬形克勒克氏酵母 Kloeckeraaniculatta 柠檬形克勒克氏酵母大量存在于葡萄汁中 它与葡萄酒酵母一起占葡萄汁中酵母总量的80 90 它的主要特征是产酒精能力低 4 5 产酒精效率低 1 的酒精需糖21 22g L 形成的挥发酸多 但它对SO2极为敏感 因此 可用SO2处理的方式将它除去 2星形假丝酵母 Candidastellatta 星形假丝酵母细胞小 椭圆形 产酒精能力为10 11 主要存在于感染灰腐病的葡萄汁中 4 4酵母菌的成分和营养 4 4 1酵母菌的成分酵母菌的化学成分根据种类和环境条件及培养基的不同而有所差别 构成酵母菌细胞的成分及其平均值如下 水 75 干物质 25 其中 碳水化合物 25 40 含氮物质 60 70 脂类 2 5 矿物质 5 10 酵母菌的矿物质主要由磷酸 50 60 和钾 30 40 构成 4 4 2酵母菌所需的营养物质 酵母菌的生长发育需要水 碳水化合物 含氮物质 维生素和无机盐等 在正常情况下 葡萄汁含有酵母菌需要的所有营养成分 当基质中不再含有酵母菌所需营养物质时 部分酵母菌自溶形成高级醇和氨基酸 1碳水化合物 酵母菌不含叶绿素 不能像高等植物那样通过光合作用合成碳水化合物 而只能同化基质中的碳水化合物以获得所需的能量 酵母菌同化碳水化合物有两种方式 即在有空气条件下的呼吸作用和在无空气条件下的发酵作用 酵母菌只能直接利用己糖 葡萄糖和果糖 蔗糖预先经酵母菌本身分泌的转化酶或葡萄果实中的转化酶分解成己糖后 才能被酵母菌同化 2含氮物质 氮是酵母菌生长必不可少的元素 酵母菌不能直接同化大分子的蛋白质 只能利用肽 胨等蛋白质水解物 分子更小的胺态氮 特别是氨基酸 最容易为酵母菌同化 葡萄汁中一般含有足够的含氮物质 能保证酵母菌正常的生长和繁殖 3矿质元素 钾和磷是酵母菌生长必不可少的成分 钙并不是酵母菌的必需元素 而镁的存在 有利于酵母菌的活动 成熟的葡萄浆果中含有足够的能满足酵母菌正常生长繁殖所需要的矿质元素 4 5酒精发酵的主要副产物 1甘油 主要在发酵开始时由甘油发酵而形成 在葡萄酒中 其含量为6 10g L 甘油具甜味 可使葡萄酒圆润 葡萄酒中甘油的含量还受以下因素的影响 酵母菌种 一些菌种的产甘油能力强于其它菌种 基质 基质中糖含量高 SO2含量高则葡萄酒甘油含量高 2乙醛 可由丙酮酸脱羧产生 也可在发酵以外由乙醇氧化而产生 在葡萄酒中乙醛的含量为20 60mg L 有时可达300mg L 乙醛可与SO2结合形成稳定的亚硫酸乙醛 这种物质不影响葡萄酒的质量 而游离的乙醛则使葡萄酒具氧化味 可用SO2处理 使这种氧化味消失 3醋酸 醋酸是构成葡萄酒挥发酸的主要物质 在正常发酵情况下 醋酸在葡萄酒中的含量为0 2 0 3g L 它是由乙醛经氧化还原作用而形成的 葡萄酒中醋酸含量过高 就会具酸味 一般规定 白葡萄酒挥发酸含量不能高于0 88H2SO4g L 红葡萄酒不能高于H2SO40 98g L 4琥珀酸在所有的葡萄酒中都存在琥珀酸 但其含量较低 一般为0 6 1 5g L 5乳酸在葡萄酒中 其含量一般低于1g L 主要来源于酒精发酵和苹果酸 乳酸发酵 6高级醇 在葡萄酒中的含量很低 但它们是构成葡萄酒香气的主要物质 在葡萄酒中的高级醇有异丙醇 异戌醇等 主要是由氨基酸形成的 7酯类 葡萄酒中含有有机酸和醇类 而有机酸和醇可以发生酯化反应 生成各种酯类化合物 葡萄酒中的酯类物质可分为两大类 第一类为生化酯类 它们是在发酵过程中形成的 其中最重要的为乙酸乙酯 是乙醇和乙酸经酯化反应形成的 即使含量很少 0 15 0 20g L 也具有酸味 第二类为化学酯类 它们是在陈酿过程中形成的 其含量可达 g L 化学酯类的种类很多 是构成葡萄酒香气的主要物质 此外 在酒精发酵过程中 还产生很多其它副产物 它们都是由酒精发酵的中间产物 丙酮酸所产生的 并具有不同的味感 如 具辣味的甲酸 具烟味的延胡索酸 具酸白菜味的丙酸 具榛子味的乙酸酐 具杏仁味的3 羟丁酮等 4 6酵母菌的生长周期 将酵母菌的生长周期分为三个阶段 繁殖阶段 酵母菌迅速出芽繁殖 逐渐使其群体数量达10 个 mL左右 这一阶段可持续2 5天 平衡阶段 在这一阶段中酵母菌活细胞群体数量不增不减 几乎处于稳定状态 这一阶段可持续8天左右 衰减阶段 酵母菌活细胞群体数量逐渐下降 直至105个 mL左右 这一阶段可持续几个星期 特点 持续的时间很长 酵母菌生长量有限 最多只能繁殖4 5代 生长周期各阶段持续的时间差异很大 衰减阶段可比繁殖阶段长3 4倍 4 7影响酵母菌生长和酒精发酵的因素 4 7 1温度 酵母菌在低于0 的温度条件下不能生长繁殖 但其孢子可以抵抗 200 的低温 液体中酵母的活动最适温度为20 30 当温度达到20 时 酵母菌的繁殖速度加快 在30 时达到最大值 而当温度继续升高达到35 时 其繁殖速度迅速下降 酵母菌呈疲劳状态 酒精发酵有停止的危险 只要保持1 1 5小时40 45 或保持10 15分钟60 65 的温度就可杀死酵母 干态酵母抗高温的能力很强 可忍受五分钟115 120 的高温 1 发酵速度与温度 在 至 的温度范围内 每升高 发酵速度就可提高 因此发酵速度 即糖的转化 随着温度的提高而加快 但是 发酵速度越快 停止发酵越早 因为在这种情况下 酵母菌的疲劳现象出现较早 2 发酵温度与产酒精效率 在一定范围内 温度越高 酵母菌的发酵速度越快 产酒精效率越低 而生成的酒度就越低 因此 如果要获得高酒度的葡萄酒 必须将发酵温度控制在足够低的水平上 3 发酵临界温度 当发酵温度达到一定值时 酵母菌不再繁殖 并且死亡 这一温度就称为发酵临界温度 如果超过临界温度 发酵速度就大大下降 并引起发酵停止 由于发酵临界温度受许多因素如通风 基质的含糖量 酵母菌的种类及其营养条件等的影响 所以很难将某一特定的温度确定为发酵临界温度 在实践中主要利用 危险温区 这一概念 在一般情况下 发酵危险温区为32 35 但这并不是表明每当发酵温度进入危险区 发酵就一定会受到影响 并且停止 而只表明 在这一情况下 有停止发酵的危险 需要强调指出的是 在控制和调节发酵温度时 应尽量避免温度进入危险区 而不能在温度进入危险区以后才开始降温 因为这时 酵母菌的活动能力和繁殖能力已经降低 对于红葡萄酒 发酵最佳温度为26 30 而对于白葡萄酒和桃红葡萄酒 发酵的最佳温度为18 20 左右 4 7 2通风 酵母菌繁殖需要氧 在完全的无氧条件 酵母菌只能繁殖几代 然后就停止 这时 只要给予少量的空气 它们又能出芽繁殖 如果缺氧时间过长 多数酵母菌细胞就会死亡 在进行酒精发酵以前 对葡萄的处理 破碎 除梗 泵送以及对白葡萄汁的澄清等 保证了部分氧的溶解 在生产中常用倒罐的方式来保证酵母菌对氧的需要 4 7 3酸度 酵母菌在中性或微酸性条件下 发酵能力最强 如在p 4 0的条件下 其发酵能力比在pH3 0时更强 在p 值很低的条件下 酵母菌活动生成挥发酸或停止活动 酸度高并不利于酵母菌的活动 但却能抑制其它微生物 如细菌 的繁殖 4 7 4酵母代谢产物的影响 在对酒精发酵停止原因的研究中发现 在发酵过程中 酵母菌本身可以分泌一些抑制自身活性的物质 这些抑制发酵的物质是酒精发酵的中间产物 主要是脂肪酸 所以除去这些脂肪酸可以促进酒精发酵 防止发酵中止 在酒精发酵过程 活性碳可以吸附这些脂肪酸 从而促进酒精发酵 克服发酵中止 但是 在葡萄酒中加入活性碳后很难将之除去 而且很多国家限制活性碳的使用 所以 活性碳的这一特性难以实际应用 4 7 5酵母菌皮的利用 酵母