酵母發(fā)酵酒精的研究進(jìn)展

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1、酵母發(fā)酵酒精的研究進(jìn)展（生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院微生物專業(yè)）前言人類利用酵母菌的歷史已有幾千年了。值得提出來(lái)的是，早在我國(guó)宋代的釀酒著作中，中國(guó)人已經(jīng)明確記載了從發(fā)酵旺盛的釀酒缸內(nèi)液體表面撇取酵母菌（當(dāng)然不是純粹的酵母菌）的方法，并把它們稱為“酵”，風(fēng)干以后制成的“干酵”可以長(zhǎng)期保存。這種制造干酵母的原始方法說(shuō)明，早在800年前，中國(guó)人已經(jīng)意識(shí)到酒精發(fā)酵是由“酵”，即某種能生長(zhǎng)的物質(zhì)引起的。這種推斷直到19世紀(jì)巴斯德才證明是酵母菌。明代末年出版的詞書(shū)中記載有“以酒母起面曰發(fā)酵”，“發(fā)酵，浮起者是也”等解釋。這說(shuō)明至少在那時(shí)，一引起細(xì)心觀察自然現(xiàn)象和注意比較的學(xué)者，已經(jīng)

2、認(rèn)識(shí)到發(fā)面和釀酒有某種相同的因素在起作用。當(dāng)時(shí)在歐洲雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了酵母菌，但在200年后才知道酵母菌的作用。今天我們把這類微生物稱酵母菌，正是以此為根據(jù)的。酵母菌能夠把糖變成酒精，是因?yàn)樗募?xì)胞里有催化劑，這些存在于生物細(xì)胞的催化劑在科學(xué)上叫做酶。雖然現(xiàn)在知道所有的生物都是靠酶催化的化學(xué)反應(yīng)來(lái)生活的，但最早發(fā)現(xiàn)的酶，就是酵母菌的酶。酵母菌中最早發(fā)現(xiàn)的酶，是把糖變成酒精的一群酶，當(dāng)時(shí)自然數(shù)酒化酶。由于這種酶的作用，使糖分解成酒精和二氧化碳，這就是利用酵母菌釀酒和發(fā)面包的原理。使面團(tuán)產(chǎn)生許多空隙的就是二氧化碳。酵母細(xì)胞大小為2.5-10μm×4.5-21μm,在加蓋

3、的玉米瓊脂上不產(chǎn)生假菌絲或有不典型的假菌絲,營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞可直接變?yōu)樽幽?每囊有1-4個(gè)圓形光面的子囊孢子,在麥芽汁25℃培養(yǎng)3d,細(xì)胞為圓形、卵形、橢圓形和香腸形。其菌落在麥芽汁瓊脂上為乳白色,有光澤,平坦,邊緣整齊。菌體維生素、蛋白質(zhì)含量高,既可食用又可提取細(xì)胞色素C、核酸、麥角固醇、谷胱甘肽、凝血質(zhì)、輔酶A、三磷酸腺苷等。該菌種能發(fā)酵葡萄糖、麥芽糖、半乳糖及蔗糖,但不能發(fā)酵乳糖和蜜二糖,不同化硝酸鹽。酵母菌的繁殖方式既可進(jìn)行無(wú)性繁殖，如芽殖，又可進(jìn)行有性生殖；酵母菌既可進(jìn)行有氧呼吸，又可進(jìn)行無(wú)氧呼吸，是一種兼性厭氧呼吸的真核微生物。單細(xì)胞真核生物釀酒酵母基因組為

4、12,068kb，比單細(xì)胞的原核生物和古細(xì)菌大一個(gè)數(shù)量級(jí)。釀酒酵母基因組共有5887個(gè)ORF，這比原核生物和古細(xì)菌要多很多。釀酒酵母的基因密度為1個(gè)基因/2kb，密度小于原核生物流感嗜血桿菌和尿殖道支原體等。釀酒酵母是最小的真核基因組，裂殖酵母其次，其密度是1/2.3kb，簡(jiǎn)單多細(xì)胞生物線蟲(chóng)的基因密度為1/30kb。第二、釀酒酵母只有4%的編碼基因有內(nèi)含子，而裂殖酵母則有40%編碼基因有內(nèi)含子。1、酵母的生長(zhǎng)條件1.1無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽類是微生物生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì),其主要功能是參與構(gòu)成菌體成分、作為酶的組成部分,或維持酶的活性、調(diào)節(jié)滲透壓等。王蓬際[8](2005

5、)在完全合成培養(yǎng)基條件下,就硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸氫二氨3種無(wú)機(jī)鹽對(duì)1株產(chǎn)高濃度酒精的釀酒酵母A12(大連輕工業(yè)學(xué)院菌種保藏室保藏)的間歇發(fā)酵影響進(jìn)行了初步研究,得到了不同無(wú)機(jī)鹽濃度與最終酒精濃度之間的關(guān)系,初步找到了該株酵母所需無(wú)機(jī)鹽的臨界值:硫酸鎂5g/L;磷酸二氫鉀為5g/L(或<5g/L);磷酸氫二氨為5g/L。并指出該株酵母發(fā)酵時(shí)間仍然過(guò)長(zhǎng)。但對(duì)硫酸鎂濃度較高時(shí)對(duì)酵母發(fā)酵的抑制作用未做深入研究。1.2碳源、氮源的吸收與利用氮源是構(gòu)成菌體物質(zhì)和一些代謝產(chǎn)物的必需營(yíng)養(yǎng)元素,定性和定量地分析了兩種釀酒酵母發(fā)酵前期在不同含氧條件下利用和吸收氮源的差異,這些差

6、異主要受發(fā)酵前期氧和釀酒酵母的影響,在后發(fā)酵階段,通過(guò)NAD(P)H再氧化釋放氨基酸來(lái)保持氧化還原平衡。王蓬際比較了尿素和硫酸銨兩種氮源對(duì)A12發(fā)酵的影響,發(fā)現(xiàn)硫酸銨比尿素較好,最終酒精濃度可以達(dá)到119.9g/L。1.3碳源、氮源缺乏的影響S.cerevisiae與碳源、氮源的關(guān)系,目前的研究主要集中在吸收與利用上,碳源、氮源缺乏對(duì)S.cerevisiae的影響卻很少有人研究,ElisabethThomsson等針對(duì)碳源、氮源缺乏對(duì)S.cerevisiae的影響進(jìn)行了連續(xù)研究。2003年的研究顯示,缺氮培養(yǎng)后,發(fā)酵能力依菌株不同減少70%－95%,缺碳培養(yǎng)后,

7、幾乎所有供試菌株都喪失了發(fā)酵能力。2005年發(fā)現(xiàn)碳(非氮)缺乏對(duì)發(fā)酵性能的影響取決于缺乏培養(yǎng)前的生長(zhǎng)條件。而氮缺乏培養(yǎng)后所有供試菌均保持了大部份原有的發(fā)酵能力,與缺乏培養(yǎng)前的生長(zhǎng)條件無(wú)關(guān)。氮缺陷型菌株在碳缺乏培養(yǎng)后,喪失了大部分發(fā)酵能力。碳缺陷型菌株在碳缺乏培養(yǎng)后仍保持大部分發(fā)酵能力。碳缺乏培養(yǎng)前葡萄糖含量與碳缺乏培養(yǎng)后的發(fā)酵性能、胞內(nèi)ATP含量存在相互關(guān)而發(fā)酵力與葡萄糖的吸收率沒(méi)有相關(guān)性。并指出在工業(yè)發(fā)酵中,在厭氧條件下為保持釀酒酵母發(fā)酵能力強(qiáng)的菌株數(shù)量,應(yīng)避免酵母菌株碳源缺乏。2、酵母發(fā)酵酒精技術(shù)的研究進(jìn)展2.1混合菌種發(fā)酵葡萄酒的傳統(tǒng)自然發(fā)酵工藝一般采用混

8、合菌種發(fā)酵。朱一松用De