中小型啤酒企业的实验室酵母培养
2009-10-09 19:18:18   来源：《华夏酒报》   评论：0 点击：

   实验室啤酒酵母培养是整个酵母培养过程的关键组成部分，直接关系到整个酵母培养工作的成败。在酵母培养过程中，应注意以下几个方面：

    1关于麦芽汁培养基的要求

    1.1麦芽汁培养基的制备

    实验室所用的麦芽汁，若无特殊用途，最好直接取用糖化车间不加酒花的过滤槽原麦汁（第一麦汁）。取回后，首先调整麦汁至规定浓度，然后经煮沸，去除麦汁中的可凝固性蛋白质，过滤后分装，经蒸汽灭菌锅加压灭菌后备用。

    1.2对麦芽汁培养基浓度的要求

    实验室酵母扩大培养所使用的酵母菌种，一般以麦芽汁固体斜面方式长期保存在0℃—4℃的冰箱内，处于体眠状态。低温虽然对减弱酵母细胞内的各种代谢活动有利，但由于保存时间较长（一般为2至4个月时间），固体培养基的养分被大量消耗，酵母细胞基本处于“饥饿”状态。在这种情况下，低温会对酵母正常的细胞结构产生破坏作用，甚至造成酵母细胞的死亡。

    因此，在啤酒酵母菌种正式启用前，必须进行酵母菌种的复壮。使酵母细胞内部的各种酶系得以调整，从而逐渐恢复酵母体内各组织的原有功能，使酵母细胞新陈代谢旺盛，生命力增强。

    根据研究资料表明：酵母质量受麦汁浓度的影响。因为细胞活性与麦汁浓度紧密相关，所以高浓度麦汁会对酵母质量产生有害的影响。一般用于酵母繁殖的最佳麦汁浓度在7.5°BX－12.5°BX之间，原因如下：

    1.2.1高浓度酒精对酵母细胞增殖的抑制作用

    麦芽汁浓度越高，酒精的生产量也就越多（酒精的产生在整个酵母培养过程中是无法避免的）。当培养液中酒精含量不高时，对酵母细胞的繁殖有微弱的激活作用；但当酒精浓度增加到1.4%－2%时，就会抑制酵母细胞的繁殖。这主要是因为酒精会对酵母细胞核产生抑制作用。随着温度的升高，酒精对酵母细胞的这种抑制作用会明显加强。当酒精浓度达到5%时，酵母细胞的繁殖会完全停止，这对正在进行的酵母培养工作是非常有害的。

    1.2.2高浓度麦汁对酵母细胞正常代谢的干扰作用

    笔者在酵母培养实际工作中发现：正常情况下，酵母细胞生殖方式为芽殖，很少有裂殖的情况发生。但酵母在浓度为14°BX的麦芽汁培养过程中，发现有个别酵母细胞通过裂殖的方式来繁殖后代。分析后认为，当麦汁浓度过高时，会使酵母细胞内部的新陈代谢发生紊乱，使正常的生殖受到干扰。原因是：酵母细胞在溶质浓度不高的液体培养基中生长时，溶液中的渗透压与细胞中的渗透压相等，细胞正常生长；而当溶液浓度高时，由于外界溶液的浓度高于细胞内的浓度，细胞会脱水收缩，进而影响酵母的正常代谢，从而导致酵母细胞正常的生长方式受到干扰。

    1.3对麦芽汁培养基氨基氮含量的要求

    供实验室酵母培养使用的麦汁，要求氮源一定要丰富，因为酵母的增殖需要有合成细胞的含氮物质存在。麦汁中含有氮基酸、肽类、嘌呤、嘧啶以及其他多种含氮物质，这些含氮物质对酵母的繁殖同化有很重要的作用。酵母繁殖所需的氮源主要是麦汁中的氨基酸和低肽，它们不仅对合成酵母的蛋白质很重要，对形成酵母细胞内的各种酶也很重要。所以，供酵母培养使用的麦汁中的氨基氮含量一定要达到180mg/L－220mg/L。若达不到时，应通过调整麦芽与大米或其他谷物原料的使用比例来解决。

    2关于酵母转接时间的要求

   关于酵母转接时间的确定，存在着两个指导思想：一个是追求酵母高发芽率，即酵母在对数生长期的中期或后期，进行下一步扩大培养；另一个是追求酵母生长最大数，即酵母生长基本处于稳定期时，在酵母细胞数量积累到一定程度后，进行下一步扩大培养。

    笔者认为，无论采用哪一种方法，都应该符合企业自身酵母培养环境的现状。如果自身培养环境无菌条件控制得比较好，那么采用第一个方案是一个很好的选择。因为这样做不仅能显著缩短酵母的迟滞期，使酵母快速启发，而且能有效减缓细胞发生衰老。但不利因素是，如果片面追求酵母的出芽率，势必造成接种时间的前移，导致接种后培养基中的酵母数量在一定时间内处于较低的水平，这就增加了染菌的几率。笔者从自身的工作经验考虑，建议中小型啤酒企业采用第二个方案的酵母转接时间比较妥当。

    3关于酵母接种比例的要求

    在实验室酵母培养阶段，不宜使酵母接种浓度过大。因为接种浓度越高，越容易导致酵母细胞在短时间内积累足够多的数量，造成酵母新增殖的细胞少，衰老的细胞多。因此，在实验室酵母培养期间，应该通过合理地调控酵母接种比例，使麦汁中酵母细胞初始浓度控制在1.0×107个/mL左右为宜。

    一般情况下，实验室酵母细胞的复壮培养（活化培养）可以使用1∶（15－20）的接种比例，在以后的实验室扩大培养过程中，可随着培养温度的降低，逐步降至1∶10左右。

    4关于酵母培养过程中通风、供氧的要求

    酵母的扩大培养过程是一个细胞增殖的过程，同时也是一个需氧的过程，因此，氧在酵母培养的过程中是一个非常重要的影响因素。

    酵母一旦接入麦汁，就会迅速利用麦汁中的氧合成不饱和脂肪酸和固醇，这些是构成酵母细胞质膜结构和维持其完整性所必需的物质，它们可以提高酵母细胞在热刺激、乙醇等不利环境中的耐受力。供氧不足会导致酵母固醇含量降低，从而减少细胞分裂的次数，最终使培养液中酵母总的收获量减少。由于麦汁中不饱和脂肪酸浓度处于较低水平，而且其合成需要依赖氧的参与，所以，为了保障酵母有充足的不饱和脂肪酸供应，必须向麦汁中供应充足的氧。

    实验室酵母培养期间，一般通过定时对培养容器进行摇晃、振荡的方式，补充酵母在培养过程中所需的氧。采取这种通氧方式，一方面可以加快麦汁的运动，从而带动悬浮在培养液中的酵母细胞剧烈运动；另一方面，通过液体的振荡、洗涤作用，有助于酵母细胞摆脱吸咐在细胞表面的附着物，从而加大细胞与麦汁的有效接触面积，加强其对麦汁中营养物质及氧的吸收，这对酵母细胞的生长繁殖是有利的，同时还可以避免酵母过早地发生凝聚、沉降现象。

    但这种充氧方式容易造成酵母具有多个生长期。此外，酵母在细胞增殖过程中为了满足自身的营养需要，必须从培养基中获得足够多的能量，但是麦芽汁培养基提供的能量是有限的。当营养出现匮乏的时候，酵母细胞容易衰老，甚至死亡，这种情况的发生对整个酵母的培养工作是非常有害的。

    为避免这种情况的发生，需要采取措施（调节酵母培养过程中氧的供应量）来调控酵母的增殖倍数，即减少酵母的最终收获量。通常情况下，冬季由于气温低，每2至3小时摇晃、振荡培养容器1至2分钟；夏季由于气温高，每3至4小时摇晃、振荡培养容器2至3分钟。

 5关于酵母培养温度的要求

    实验室酵母培养期间，对培养温度的控制要遵循“先高后低，逐步适应”的原则。通常，酵母最适生长温度为25℃－26℃，随着扩大培养步骤的进行，逐步降低到车间酵母培养所需的温度（实验室酵母培养的最低温度，一般比车间酵母培养的起始温度高2℃—3℃即可）。

    以上所讲的“培养温度的控制”，通常指的是对酵母培养所处的“培养环境温度”的控制。一般认为，培养基所需的“培养温度”就是恒温箱所提供的“设定温度”，即“培养环境温度”。

    对于这种温度控制方法，笔者认为，在实际工作中是不科学的，这种认识的不科学，在于没有清楚地认识到“培养温度”实际指的是“培养液（发酵液）本身的温度”。

    如果培养液处于静止状态，那么根据热传导的原则，培养液的温度最终应该与环境温度是一致的，但酵母培养过程是一个动态的过程，这种理想化的设想在实际工作中往往是做不到的。这是因为恒温箱所提供的只是培养基所处的环境温度，也就是冷却或升温培养基的介质空气温度，它并不能准确反映当时麦芽汁培养基本身的实际温度。这如同用来提供给发酵罐降温的冷媒温度是-4℃，但发酵罐内发酵液的温度有可能是12℃的情况一样。

    此外，在实验室培养期间，对培养液的通风供氧，虽然只是通过间歇的定时摇晃、振荡培养容器的途径来实现，但是将培养容器由恒温箱中取出，在室温状态下完成这一操作的过程中，培养液的温度势必会受到室温的影响。如果室温高，则培养液吸热，温度升高；如果室温低时，则培养液放热，温度降低。

    充氧操作结束后，恒温箱提供的“恒定介质空气温度”不能针对此时培养液的实际温度迅速提高或降低培养液到规定温度，这种结果的产生必然会造成酵母生长停滞或加快，同时也加重了酵母细胞的生理负担。外观表现为：在不同阶段酵母扩大培养结束后，观测细胞形态时，细胞形状往往大小不一。

    这样的温度控制方式已经不能保证酵母的生长时刻处于恒温状态，必然会给酵母的正常生长带来“麻烦”。而定时的通氧操作是不能省略的，因为酵母细胞的生长过程需要氧的参与，如何解决这个矛盾呢？一般可采取以下措施：

    5.1酵母培养的空间环境（室温）一定要恒温，最好空间环境的温度与恒温箱提供的“培养环境温度”保持一致。

    5.2恒温箱的设定温度，不能机械地照搬酵母的培养温度，而应该根据实际情况随时调节。

    此外，应该树立科学的工作作风，严格做好酵母扩培过程中的每一个细节工作，认真做好酵母培养仪器及空间环境的消毒与灭菌工作，尽可能消除酵母培养工作中的隐患，确保扩培工作取得成功。