葡萄酒04【酵母菌与酒精发酵】

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。

1)发酵速度与温度


在２０℃至３０℃的温度范围内，每升高１℃，发酵速度就可提高１ ０％。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。 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。

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２至４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)。
非产孢酵母
1柠檬形克勒克氏酵母（Kloeckera aniculatta） 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（Candida stellatta） 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。
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 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 酒精发酵的定义 酵母菌的一般特性 葡萄酒酿造中的主要酿酒菌种 酵母菌的成分和营养 酒精发酵的主要副产物 酵母菌的生长周期 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。
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(Torulaspora delbrueckii)
戴尔有孢圆酵母细胞小，近圆形（6.5×5.5μ），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。


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。
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。


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。
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。

2)发酵温度与产酒精效率


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3235℃。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。
4.3 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。
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 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0.88 H2SO4g/L，红 葡萄酒不能高于H2SO4 0.98g/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。

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６－20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。

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。
真酵母
1 酿酒酵母（Saccharomyces serevisiae）
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


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１g/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。



１．繁殖阶段。酵母菌迅速出芽繁殖，逐渐使 其群体数量达10７个/mL左右。这一阶段可持 续2-5天。 ２．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； ３．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。
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：
①酵母菌种：一些菌种的产甘油能力强于 其它菌种。 ②基质：基质中糖含量高、SO2含量高则葡 萄酒甘油含量高。



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：





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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。