浅谈啤酒酵母的研究与发展

浅谈啤酒酵母的研究与发展

单连菊张双玲

摘要：论述了优良啤酒酵母的所应具备的特点及性能要求，阐述了啤酒酵母的主要研究动态及研究进展，利用基因工程优化的酵母菌种，以及固定化酵母的研究和开发利用。

关键词：啤酒酵母菌种基因工程固定化酵母

随着人们生活水平的不断提高，对啤酒的需求量越来越大，对啤酒质量的要求也越来越高。在影响啤酒质量的诸多因素中，酵母菌种的好坏起着至关重要的作用，可以说酵母是啤酒的灵魂。高质量的啤酒当然需要性能优良的酵母菌种。

评价酵母菌种优良与否，主要从以下几个方面考虑：

1形态学上的要求：细胞形态为圆形或卵圆形，优良菌株酵母短轴与长轴之比为1∶(1.1-1.3)，细胞大小趋向于中小型体积为(100um3-160um3)，相同接种量，细胞比表面积大，发酵速度快。

2生理学要求：希望选择繁殖速度快的菌株，细胞倍增时间短，细胞密度增长快，缩短接种后的停滞期，很快进入对数生长期。

3发酵力的要求：主要指酵母对糖的发酵能力，希望酵母具有良好的合成麦芽糖和麦芽三糖渗透酶的能力，使酵母能利用麦芽糖、麦芽三糖进行发酵，提高发酵度。

4凝聚性和沉淀能力：凝聚性太强的酵母一般发酵速度较慢，发酵度偏低，双乙酰还原慢。要求酵母凝聚性适中，即能达到较高的发酵度，又沉淀坚实，发酵完毕后能顺利从发酵液中分离。

5双乙酰峰值和还原速度：希望双乙酰峰值低，还原速度快。

6挥发性风味物质：要求酵母最终代谢产物赋予啤酒以良好的风味。

7酵母对压力的耐受力：希望酵母对压力有较强的耐受力。

8酵母的稳定性：希望酵母能抗变异，连续发酵10代以上发酵速度、发酵度、双乙酰含量及酒的风格无显著变化。

9主酵液和成品啤酒的风味品尝：不能有特殊的异香、异味。

10啤酒泡沫特性：希望泡沫洁白细腻。

对于啤酒酵母的研究大致可分为四个阶段：

一、从自然界或生产过程中分离菌种，这是一个自然筛选阶段。

二、用物理、化学因子诱变菌种，即酵母的遗传与变异，其中物理因素包括高温、紫外线、X-射线、δ-射线、β-射线、快中子、激光等，其中认为快中子较为有效。化学诱变剂包括亚硝酸、乙基磺酸甲烷(EMS)、硫酸二乙酯(DES)、N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍(MNNG)、亚硝基乙基脲(NEU)、氮芥、乙烯亚胺、羟胺、氧化锂、碱基类似物等，其中认为EMS较为有效，称为超诱变剂。国内生产常用的氮芥、乙烯亚胺、紫外线、X-射线均有较好的诱变效果。通过诱变，可以获得改变了遗传特性的变异菌株。

三、杂交、原生质体融合，这是在细胞水平上构建新菌株。杂交育种是依靠酵母的生活史，利用其具有不同遗传特性和相反交配型的细胞能产生新的双倍体，杂交后的新菌株应具有稳定的遗传特性，否则就没有实用价值。通过杂交获取满足生产需要的某些特有性能。原生质体融合包括种内种间融合。

四、分子遗传与育种的研究，这是在分子、基因水平上构建工程菌，即所谓的基因工程，国内基因工程技术在酵母方面的研究始于1978年，1979年得到第一个2 um的啤酒酵母的质粒。进几年此项技术发展较快，由于基因重组技术的开展，根据生产需要，可以改变酵母的某些特性。国外在这一领域的研究更深更广，已将啤酒酵母的16条染色体通过电泳分离

出来，并将其DNA序列全部定位，国内目前还未达到这一水平。

目前通过基因重组技术来改变酵母菌种的遗传特性，使它具有生产所需要的某些优良性状，正在进行的研究试验有以下几个方面：

1.高发酵度的酵母菌株：从许旺氏酵母属将编码糖化酶的基因转化到啤酒酵母中，主要是提高酵母分解麦芽三糖的能力，提高啤酒的发酵度，此类菌株主要用来做干啤和高浓稀释酒(淡爽型啤酒)。

2.具有β-葡聚糖酶的酵母菌种：将木霉或枯草芽孢杆菌编码β-葡聚糖酶的基因转移到啤酒酵母中，使啤酒中的高分子β-葡聚糖得以分解，降低啤酒粘度，加快啤酒过滤速度。

3.改善酵母凝聚性的菌种：将控制凝聚性的基因主要是FLO1基因转移到非凝聚性酵母中，改善其凝聚性，发酵后便于收集酵母，啤酒过滤快。

4.产生胞外蛋白酶的菌种：将野生酵母中编码胞外蛋白酶的基因克隆到啤酒酵母中，发酵时蛋白酶分泌到细胞外，将高分子蛋白质分解，有利于提高啤酒的非生物稳定性。

5.具有α-乙酰乳酸脱羧酶的酵母菌株：啤酒酵母本身不含α-乙酰乳酸脱羧酶，将枯草芽孢杆菌编码α-乙酰乳酸脱羧酶的基因克隆或整合到啤酒酵母中，可大大减少双乙酰的形成。

6.能消除自由基的酵母菌株：将桑蚕的这一基因克隆到啤酒酵母中，能有效消除啤酒中的自由基，提高啤酒的风味稳定性。

7.增加SO2含量的菌株：酵母的MET10基因编码一种亚硫酸盐还原酶所必需的多肽，此酶使SO2及其化合物断裂，阻止其在细胞中聚集。通过基因工程将酵母菌株的MET10基因失活，使其失去了亚硫酸盐还原酶活性，在发酵中产生较多的亚硫酸盐及SO2，SO2及亚硫酸盐作为一种抗氧化剂，在啤酒中含量增加对啤酒的稳定性有利，用此种酵母生产的啤酒的风味稳定性比用常规酵母高得多。

此外将要开发的菌种还有：H2S含量低的菌株，类胆固醇含量高的菌株，耐高酒精度、高渗透压的菌株，耐高温的菌株，抗污染的菌株，抗老化的菌株，增加醋酸乙酯含量的菌株，能利用淀粉的菌株，改善泡沫的菌株及无醇啤酒的菌株等等。通过这些工作的进一步展开，使我们能够科学地控制啤酒酵母的遗传特性，使其变得符合要求，使啤酒酿造技术更为合理，便于控制。

酵母菌种的保藏和酵母的分离培养同等重要，若保藏不当，不但会使酵母污染、衰老，而且会使酵母退化、变异甚至死亡，直接影响生产。对于纯种原菌的保藏常用的方法有：固体斜面保藏，液体试管保藏(磷酸盐缓冲液或蔗糖溶液保藏)，真空冷冻干燥保藏，液氮保藏。啤酒厂保藏菌种大都采用前三种方法，简单易行，对于利用基因工程所构建的具有优良特性的工程菌的保藏，最好选用后两种保藏方法，变异率低，保藏时间长。

随着啤酒工业的不断发展，人们开始研究用固定化酵母进行发酵，固定化细胞技术应用于酿酒主要是因为固定化酵母细胞浓度高，发酵速度快，可缩短发酵周期，减少操作费用。国外用固定化酵母实验始于1892年，第一次将固定化细胞用于工业酿造发酵系统是从1970年开始的。用于细胞固定化的主要载体有：纤维素、多孔玻璃、陶瓷微粒、硅藻土、聚氨基葡糖微粒等，通过各种载体物理特性的比较，认为聚氨基葡糖微粒为载体具有更多的优越性。主要的生物反应器类型有：气体提升式反应器，混合床反应器，流化床反应器。用各种反应器所制得的啤酒，通过理化指标的分析及风味特征的比较发现用流化床反应器所制得的啤酒的质量更接近于商业啤酒(常规发酵啤酒)。目前这一研究正处在中试规模阶段，应用于大规模生产还需要一段时间的探索和试验。