摘要：研究了在葡萄酒釀酒酵母發(fā)酵過程中，所獲得的CO2、乙醇、乳酸及酵母量的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，考查CO2、乙醇、乳酸及酵母量間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)酵母的生長和酒精、乳酸及CO2生成速率基本是保持一致的，屬于生長偶聯(lián)型；CO2生成的摩爾質(zhì)量略大于乙醇生成的摩爾質(zhì)量，且越到發(fā)酵后期差別越大，說明葡萄酒釀酒酵母在發(fā)酵過程中除了酵解過程還需從其他的途徑獲取能量來維持其活性；在發(fā)酵過程中乳酸的生成與乙醇的生成速率是同步的，且在發(fā)酵的后期乳酸仍維持一定的生成速率。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵 乙醇 CO2

中圖分類號：TS261.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5336（2014）02-0093-02

0 引言

葡萄汁由葡萄酒酵母進行酒精發(fā)酵，是一個相當復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，并且有許多連續(xù)的反應(yīng)需要一系列酶的作用，酵母將葡萄汁中92%～95%的糖轉(zhuǎn)化成酒精、CO2和熱量，再將其余的5%～8%的糖產(chǎn)生其他的副產(chǎn)物，包括甘油、乙醛、有機酸、高級醇、酯類等，會影響葡萄酒的風味和口感，酵母菌還通過自溶，將其細胞壁中的多糖和糖蛋白釋放到葡萄酒中[1]。

吳婷婷，吳雪昌[2]綜述了近年來通過代謝工程手段阻斷釀酒酵母甘油的合成或降低甘油的合成量，以提高乙醇發(fā)酵糖醇轉(zhuǎn)化率；董曉宇[3]等研究大氣壓冷等離子體激活釀酒酵母，提高乙醇轉(zhuǎn)化率；李明達[4]等發(fā)現(xiàn)釀酒酵母在高鹽脅迫條件下乙醇轉(zhuǎn)化率得到明顯改善。

CO2是葡萄酒酵母發(fā)酵過程中的主要產(chǎn)物之一，主要是在EMP途徑中產(chǎn)生。在EMP途徑中CO2和乙醇的物質(zhì)的量的生產(chǎn)量是基本一致的。所以探索CO2和乙醇生產(chǎn)量間的關(guān)系對于改善乙醇的轉(zhuǎn)化率和副產(chǎn)物生成速率是及其重要的。

1 試驗

1.1 材料與儀器

發(fā)酵菌種為葡萄酒釀酒酵母（實驗室保藏菌種），發(fā)酵培養(yǎng)基為葡萄汁。

1.2 試驗方法

將500mL葡萄汁裝于1000mL三角瓶中，以體積分數(shù)5%接種量接種酵母，于20℃保溫培養(yǎng)，以每天1次的頻率測定其中CO2，乙醇及酵母量的變化。

（1）細胞測定。采用稱重結(jié)合分光光度法[5]對細胞量定量。（2）酒精度測定。采用比色法對發(fā)酵液中的乙醇定量[6]。（3）CO2測定。采用失重法對發(fā)酵液中的CO2定量。（4）乳酸含量測定。采用比色法對發(fā)酵液中的乳酸定量[7]。

1.3 發(fā)酵的動力學(xué)表述

1.3.1 酵母細胞生長動力學(xué)表述

細胞生長動力學(xué)用Logistic方程[8-9]的積分形式如（1）式所表示的酵母細胞量X與發(fā)酵時間t的函數(shù)關(guān)系，其中X0初始接種后的酵母細胞量，Xm為的酵母細胞最大量，μm為酵母細胞比生長速率。

對酵母細胞生長曲線實驗值按（1）式用Origin8.0軟件進行非線性擬合，根據(jù)酵母細胞干質(zhì)濃度隨時間的變化可得其他常數(shù)。

1.3.2 乙醇、乳酸及CO2生成的動力學(xué)表述

產(chǎn)物的形成與細胞的生長存在內(nèi)在聯(lián)系，采用Luedeking-Piret方程的積分形式如（2）式表示產(chǎn)物P與發(fā)酵時間t的函數(shù)關(guān)系。

對CO2及乙醇生成曲線實驗值按（2）式用Origin8.0軟件進行非線性擬合，根據(jù)酵母細胞干質(zhì)濃度（X）和生成物濃度（P）隨時間（t）的變化可得其他常數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 曲線擬合

對酵母細胞生長曲線實驗值按（1）式用Origin8.0軟件進行非線性擬合，對乳酸、CO2及乙醇生成曲線實驗值按（2）式用Origin8.0軟件進行非線性擬合，得表1

由表1可以發(fā)現(xiàn)乙醇、乳酸及CO2的α值遠大于β的值，這樣β的值可以忽略不計，所以乙醇、乳酸及CO2屬于Gaden分類的Ⅰ類發(fā)酵。釀酒酵母，乙醇、乳酸及CO2的R2值都在0.95以上，說明擬合效果良好，實驗數(shù)據(jù)比較可靠，符合理論函數(shù)關(guān)系。

2.2 酵母的生長與酒精生成量的關(guān)系

酵母、乙醇、CO2、乳酸的生成量與發(fā)酵時間的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)酵母的生長和酒精產(chǎn)量基本是保持一致的，隨著酒精含量的升高，酒精對酵母產(chǎn)生毒害作用，從而限制酒精的生成。所以在發(fā)酵過程中能及時的排出發(fā)酵液中的酒精，降低酒精的濃度，對于工業(yè)化大規(guī)?？焖俚纳a(chǎn)酒精具有實際的指導(dǎo)意義。

2.3 酵母生長速率與酒精、乳酸及CO2生成速率的關(guān)系

酵母、乙醇、乳酸、及CO2的生成速率皆是先升高后降低，基本是同步的，說明乙醇途徑是酵母代謝的主要途徑。

就理論而言，在酵解過程中，每生成一分子乙醇對應(yīng)生成一分子CO2，CO2的生成速率總是高于乙醇生成速率的，說明葡萄酒釀酒酵母除了酵解過程還需從其他的途徑獲取能量來維持其生長活性。探索如何減少葡萄酒釀酒酵母在代謝過程中其他途徑（即CO2與乙醇的比例）是改善乙醇轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵。這對工業(yè)化生產(chǎn)大批量乙醇具有理論上的指導(dǎo)意義。

酵母、乙醇、乳酸及CO2的生成速率皆是在第二天達到最大值時。在發(fā)酵后期酵母停止生長，乙醇及CO2也基本不在生成，但是可以發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵后期乳酸還是有一定生成速率的，說明在發(fā)酵后期仍然有乳酸的生成。

3 結(jié)論

（1）將酒精發(fā)酵過程中所測定的采用Logistic方程建立釀酒酵母菌體生長動力學(xué)模型和底物還原糖消耗動力學(xué)模型，采用Luedeking-Piret方程建立產(chǎn)物CO2、乳酸和乙醇生成動力學(xué)模型，通過origin軟件對酵母菌體生長量、CO2、乳酸和酒精生成量進行非線性擬合，估計其動力學(xué)參數(shù)，所得到的相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，可得出動力學(xué)方程的計算值與實驗數(shù)據(jù)能較好的吻合。

（2）分析酵母的生長與酒精生產(chǎn)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)葡萄酒釀酒酵母酒精發(fā)酵是屬于生長偶聯(lián)型，分析酵母生長速率與酒精、乳酸及CO2生成速率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)葡萄酒釀酒酵母除了酵解過程還需從其他的途徑獲取能量來維持其生長活性，在發(fā)酵后期仍然有乳酸的生成。

參考文獻

[1]李華，王華，袁春龍，等.葡萄酒工藝學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2007：17-18.

[2]吳婷婷，吳雪昌.高乙醇轉(zhuǎn)化率釀酒酵母工程菌株構(gòu)建研究進展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2006，32（8）：88-92.