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1、酵母发酵酒精的研究进展（生命科学与技术学院微生物专业）前言人类利用酵母菌的历史已有几千年了。值得提出来的是，早在我国宋代的酿酒著作中，中国人已经明确记载了从发酵旺盛的酿酒缸内液体表面撇取酵母菌（当然不是纯粹的酵母菌）的方法，并把它们称为“酵”，风干以后制成的“干酵”可以长期保存。这种制造干酵母的原始方法说明，早在800年前，中国人已经意识到酒精发酵是由“酵”，即某种能生长的物质引起的。这种推断直到19世纪巴斯德才证明是酵母菌。明代末年出版的词书中记载有“以酒母起面曰发酵”，“发酵，浮起者是也”等解释。这说明至少在那时，一引起细心观察自然现象和注意比较的学者，已经
2、认识到发面和酿酒有某种相同的因素在起作用。当时在欧洲虽然已经发现了酵母菌，但在200年后才知道酵母菌的作用。今天我们把这类微生物称酵母菌，正是以此为根据的。酵母菌能够把糖变成酒精，是因为它的细胞里有催化剂，这些存在于生物细胞的催化剂在科学上叫做酶。虽然现在知道所有的生物都是靠酶催化的化学反应来生活的，但最早发现的酶，就是酵母菌的酶。酵母菌中最早发现的酶，是把糖变成酒精的一群酶，当时自然数酒化酶。由于这种酶的作用，使糖分解成酒精和二氧化碳，这就是利用酵母菌酿酒和发面包的原理。使面团产生许多空隙的就是二氧化碳。酵母细胞大小为2.5-10μm×4.5-21μm,在加盖
3、的玉米琼脂上不产生假菌丝或有不典型的假菌丝,营养细胞可直接变为子囊,每囊有1-4个圆形光面的子囊孢子,在麦芽汁25℃培养3d,细胞为圆形、卵形、椭圆形和香肠形。其菌落在麦芽汁琼脂上为乳白色,有光泽,平坦,边缘整齐。菌体维生素、蛋白质含量高,既可食用又可提取细胞色素C、核酸、麦角固醇、谷胱甘肽、凝血质、辅酶A、三磷酸腺苷等。该菌种能发酵葡萄糖、麦芽糖、半乳糖及蔗糖,但不能发酵乳糖和蜜二糖,不同化硝酸盐。酵母菌的繁殖方式既可进行无性繁殖，如芽殖，又可进行有性生殖；酵母菌既可进行有氧呼吸，又可进行无氧呼吸，是一种兼性厌氧呼吸的真核微生物。单细胞真核生物酿酒酵母基因组为
4、12,068kb，比单细胞的原核生物和古细菌大一个数量级。酿酒酵母基因组共有5887个ORF，这比原核生物和古细菌要多很多。酿酒酵母的基因密度为1个基因/2kb，密度小于原核生物流感嗜血杆菌和尿殖道支原体等。酿酒酵母是最小的真核基因组，裂殖酵母其次，其密度是1/2.3kb，简单多细胞生物线虫的基因密度为1/30kb。第二、酿酒酵母只有4%的编码基因有内含子，而裂殖酵母则有40%编码基因有内含子。1、酵母的生长条件1.1无机盐无机盐类是微生物生命活动不可缺少的物质,其主要功能是参与构成菌体成分、作为酶的组成部分,或维持酶的活性、调节渗透压等。王蓬际[8](2005
5、)在完全合成培养基条件下,就硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸氢二氨3种无机盐对1株产高浓度酒精的酿酒酵母A12(大连轻工业学院菌种保藏室保藏)的间歇发酵影响进行了初步研究,得到了不同无机盐浓度与最终酒精浓度之间的关系,初步找到了该株酵母所需无机盐的临界值:硫酸镁5g/L;磷酸二氢钾为5g/L(或<5g/L);磷酸氢二氨为5g/L。并指出该株酵母发酵时间仍然过长。但对硫酸镁浓度较高时对酵母发酵的抑制作用未做深入研究。1.2碳源、氮源的吸收与利用氮源是构成菌体物质和一些代谢产物的必需营养元素,定性和定量地分析了两种酿酒酵母发酵前期在不同含氧条件下利用和吸收氮源的差异,这些差
6、异主要受发酵前期氧和酿酒酵母的影响,在后发酵阶段,通过NAD(P)H再氧化释放氨基酸来保持氧化还原平衡。王蓬际比较了尿素和硫酸铵两种氮源对A12发酵的影响,发现硫酸铵比尿素较好,最终酒精浓度可以达到119.9g/L。1.3碳源、氮源缺乏的影响S.cerevisiae与碳源、氮源的关系,目前的研究主要集中在吸收与利用上,碳源、氮源缺乏对S.cerevisiae的影响却很少有人研究,ElisabethThomsson等针对碳源、氮源缺乏对S.cerevisiae的影响进行了连续研究。2003年的研究显示,缺氮培养后,发酵能力依菌株不同减少70%－95%,缺碳培养后,
7、几乎所有供试菌株都丧失了发酵能力。2005年发现碳(非氮)缺乏对发酵性能的影响取决于缺乏培养前的生长条件。而氮缺乏培养后所有供试菌均保持了大部份原有的发酵能力,与缺乏培养前的生长条件无关。氮缺陷型菌株在碳缺乏培养后,丧失了大部分发酵能力。碳缺陷型菌株在碳缺乏培养后仍保持大部分发酵能力。碳缺乏培养前葡萄糖含量与碳缺乏培养后的发酵性能、胞内ATP含量存在相互关而发酵力与葡萄糖的吸收率没有相关性。并指出在工业发酵中,在厌氧条件下为保持酿酒酵母发酵能力强的菌株数量,应避免酵母菌株碳源缺乏。2、酵母发酵酒精技术的研究进展2.1混合菌种发酵葡萄酒的传统自然发酵工艺一般采用混
8、合菌种发酵。朱一松用De
