馮玉娟

(濰坊四中,山東 濰坊 261200)

釀酒酵母生長(zhǎng)代謝影響因素的測(cè)定＊

馮玉娟

(濰坊四中,山東 濰坊 261200)

以釀酒酵母為研究對(duì)象,通過(guò)單一變量控制,分別觀察一定梯度的外界條件(溫度,p H值,培養(yǎng)基,鈣離子濃度及酒精濃度)對(duì)酵母生長(zhǎng)和發(fā)酵的影響,探討微生物生長(zhǎng)代謝的規(guī)律性。結(jié)果表明,溫度,酸堿度,培養(yǎng)基濃度,鈣離子及酒精濃度是酵母生長(zhǎng)代謝的重要影響因素。酵母最佳生長(zhǎng)條件是:溫度30℃,初始p H值為5,麥汁培養(yǎng)基濃度為11°BX,鈣離子濃度為0.14 g·L-1,酒精濃度為1%;而酵母最適代謝條件略有不同,初始p H值為6,鈣離子濃度為0.07 g·L-1,酒精濃度為0%。

釀酒酵母;溫度;酸堿度;培養(yǎng)基濃度

在廣泛應(yīng)用微生物進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的今天,啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展及酵母的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為微生物產(chǎn)業(yè)的一大亮點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家已經(jīng)對(duì)啤酒發(fā)酵做了大量研究,但是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中啤酒酵母與環(huán)境的關(guān)系比較復(fù)雜,由于酵母具有多樣性和易變異性,不同種酵母需要不同的最適生長(zhǎng)代謝條件,同種酵母在不同的生理過(guò)程中也需要不同的最適條件[1]。因此,需要對(duì)酵母的生長(zhǎng)代謝進(jìn)行更多的研究,以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境,提高啤酒產(chǎn)量。

本文以生產(chǎn)菌株為對(duì)象,通過(guò)菌株篩選,單一變量控制分別測(cè)定培養(yǎng)基濃度、溫度、p H值、鈣離子及酒精濃度對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝的影響,可得出啤酒發(fā)酵進(jìn)程中酵母菌與各環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系,進(jìn)而確定其最適的生長(zhǎng)代謝條件。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 菌種

濟(jì)南眾和碧爾公司釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。

1.1.2 培養(yǎng)基

麥芽汁培養(yǎng)基。

1.1.3 主要儀器

智能生化培養(yǎng)箱、HZQ-C空氣浴振蕩器、723A可見(jiàn)分光光度計(jì)、糖度計(jì)等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溫度對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝影響的測(cè)定

在活化的斜面培養(yǎng)基中加入一定量的滅菌的生理鹽水,制成菌懸液,稀釋至OD600=0.15。滅菌后分別接入1 mL酵母菌液,每組取3管置于28℃,30℃,32℃條件下震蕩培養(yǎng)48 h后顯計(jì)數(shù)。

1.2.2 p H對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝影響的測(cè)定

配制麥芽汁培養(yǎng)基11.5°BX,培養(yǎng)基p H調(diào)至3,4,5,6,每一梯度有3個(gè)平行試管,30℃振蕩培養(yǎng)培養(yǎng)48 h,分別測(cè)定其菌數(shù)及酒精度。

1.2.3 Ca2+對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝影響的測(cè)定

每組分別加入0 g·L-1、0.07 g·L-1、0.14 g·L-1、0.21 g·L-1、0.28 g·L-1的無(wú)菌氯化鈣溶液1 m L,接種等量酵母菌后30℃培養(yǎng)48 h,統(tǒng)計(jì)菌的數(shù)量,并繪制曲線(xiàn)。

1.2.4 乙醇對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝影響的測(cè)定

配制含0,1%,2%,3%,4%乙醇的液體麥汁培養(yǎng)基,調(diào)節(jié)p H為6.2,接入等量的菌懸液1 mL,30℃震蕩培養(yǎng)48 h,測(cè)定酵母菌數(shù)和酒精度,繪制生長(zhǎng)代謝曲線(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

發(fā)酵結(jié)束后,通過(guò)直接計(jì)數(shù)法分別測(cè)得發(fā)酵液的菌數(shù),結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見(jiàn),在28℃和32℃時(shí),菌數(shù)較少,說(shuō)明酵母在此溫度下生長(zhǎng)受到抑制,而酵母菌在30℃時(shí),菌數(shù)最多,說(shuō)明其最適出芽生殖溫度為30℃;觀察倒置的杜氏小管,發(fā)現(xiàn)30℃的小管有較大氣泡,28℃和32℃的管頂只有少量氣泡,這是酵母代謝時(shí)產(chǎn)生CO2形成的,說(shuō)明酵母的最適代謝溫度也是30℃。

2.2 p H值與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

發(fā)酵結(jié)束后,通過(guò)平板計(jì)數(shù)法分別測(cè)得發(fā)酵液的菌數(shù),結(jié)果如圖2所示。

圖1 溫度與酵母生長(zhǎng)的關(guān)系

圖2 酸堿度與酵母生長(zhǎng)的關(guān)系

圖3 鈣離子濃度與酵母生長(zhǎng)的關(guān)系

由圖2得出,從發(fā)酵液p H為3開(kāi)始,菌數(shù)依次增多,到p H為5時(shí),酵母菌數(shù)最多,以后隨著p H的增大,菌數(shù)不再繼續(xù)增加而有所減少,說(shuō)明其最適出芽生殖p H值為5。也可得知,酵母的最適生長(zhǎng)代謝p H為6。

2.3 鈣離子濃度與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù),結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出,當(dāng)鈣離子在0 g/L、0.07 g/L時(shí),酵母菌個(gè)數(shù)依次增多,當(dāng)?shù)?.14 g/L時(shí),菌數(shù)達(dá)最大值,再增大濃度,菌體數(shù)量減少,說(shuō)明酵母生長(zhǎng)受到抑制。從代謝曲線(xiàn)上,可看出,酵母在鈣離子為0.07 g/L時(shí),產(chǎn)生酒精量最大。

2.4 培養(yǎng)基濃度與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

圖4 麥芽汁糖度與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

圖5 培養(yǎng)基中酒精濃度與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù),結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出,酵母在麥汁培養(yǎng)基濃度為11°BX時(shí),酵母數(shù)量達(dá)到最大值。所以得出酵母的最適生長(zhǎng)培養(yǎng)基濃度應(yīng)在11°BX,低于或高于此濃度,酵母生長(zhǎng)代謝均降低。

2.5 培養(yǎng)基中酒精濃度與酵母生長(zhǎng)代謝的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù),結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出,當(dāng)培養(yǎng)基中含有酒精量為0%時(shí),酵母的酒精產(chǎn)率最大,說(shuō)明達(dá)到最大代謝量;當(dāng)酒精量1%時(shí),酵母的生長(zhǎng)量最大,菌數(shù)最多。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)溫度在30℃時(shí),酵母的生長(zhǎng)代謝量都達(dá)到最大,此時(shí)酵母體內(nèi)酶活力達(dá)到最大或者由于設(shè)置溫度梯度大,未準(zhǔn)確測(cè)出其最適溫度。在較高溫度下,酵母細(xì)胞發(fā)生自溶[2],菌數(shù)減少,代謝相應(yīng)降低。

在測(cè)定p H對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝影響中發(fā)現(xiàn),最適p H值為5時(shí),酵母的菌數(shù)最多,此時(shí)酵母對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收狀況最佳,體內(nèi)酶活力達(dá)到最大[3]。p H值為6時(shí),酵母產(chǎn)生的酒精量最多,可能此時(shí)酵母生長(zhǎng)速率慢,利于酵母發(fā)酵。

從培養(yǎng)基生長(zhǎng)曲線(xiàn)看,麥汁培養(yǎng)基濃度為11°BX時(shí),酵母生長(zhǎng)代謝最快,11°BX的麥汁提供了足夠的碳源、氮源等營(yíng)養(yǎng)物。當(dāng)為12°BX的培養(yǎng)基時(shí),可能過(guò)多的養(yǎng)分促進(jìn)酵母的絮凝,因而生長(zhǎng)代謝減慢。

鈣離子在對(duì)酵母生長(zhǎng)影響時(shí),可能維持細(xì)胞內(nèi)外電荷處于穩(wěn)態(tài),或以其作為信號(hào)傳遞的信號(hào)物質(zhì),從而有利于細(xì)胞生長(zhǎng)代謝[4]。酵母最適生長(zhǎng)鈣離子濃度為0.14 g·L-1,最適代謝鈣離子濃度為0.07g· L-1,可能生長(zhǎng)時(shí)細(xì)胞耐受力強(qiáng)于代謝期。

從酒精對(duì)酵母生長(zhǎng)代謝的影響來(lái)看,最適生長(zhǎng)酒精濃度為1%,而最適代謝酒精濃度為0%。因?yàn)樯L(zhǎng)時(shí)培養(yǎng)基中有一定的酒精存在可以抑制細(xì)胞進(jìn)行產(chǎn)生代謝[5]。在沒(méi)有酒精存在時(shí),無(wú)反饋抑制作用,所以代謝產(chǎn)物產(chǎn)生多。

通過(guò)測(cè)定研究得知,溫度,酸堿度,培養(yǎng)基濃度,鈣離子及酒精濃度是酵母生長(zhǎng)代謝的重要影響因素。酵母最佳生長(zhǎng)條件是:溫度30℃,p H值為5,麥汁培養(yǎng)基濃度為11°BX,鈣離子濃度為0.14 g·L-1,酒精濃度為1%;而酵母最適代謝條件略有不同,p H值為6,鈣離子濃度為0.07 g·L-1,酒精濃度為0%。高于或低于上述條件,酵母生長(zhǎng)代謝就會(huì)受到抑制。因此,可以進(jìn)行進(jìn)一步的研究,嚴(yán)格控制好酵母菌的生長(zhǎng)代謝條件,使酵母菌先在最適生長(zhǎng)條件下出芽生殖,當(dāng)數(shù)量達(dá)到一定時(shí),再使其進(jìn)行代謝。這樣就可人為控制,從而提高生產(chǎn)效率,還可對(duì)發(fā)酵菌體進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng),使其連續(xù)處于旺盛的代謝活性狀態(tài)[6]。在日常的生產(chǎn)中,主要針對(duì)影響啤酒酵母發(fā)酵的主要因素,結(jié)合廠(chǎng)家實(shí)際,設(shè)計(jì)試驗(yàn)、跟蹤并調(diào)整好溫度、酸堿度、營(yíng)養(yǎng)物和微量元素的含量等參數(shù),那么我們就能更好的人為優(yōu)化發(fā)酵條件,釀造風(fēng)味穩(wěn)定的高品質(zhì)啤酒,使微生物發(fā)揮其應(yīng)有的潛力。

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(責(zé)任編輯:劉乃生)

2010-09-10

馮玉娟(1979-),女,山東坊子人,濰坊第四中學(xué)中教一級(jí)教師。

TS261 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-4288(2010)06-0110-03