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1、南阳师范学院课时教学计划章 节第4章课 题酒精酵母扩培工艺计划课时数4授课班级教学目的使学生掌握酒精酵母扩培工艺。教学重点酵母菌的生长条件；活性干酵母的使用方法；固定化酵母技术和酵母扩培工艺实例教学难点酵母菌的生长条件；活性干酵母的使用方法。教学方法和手段采用课堂理论讲授的教学模式，利用多媒体辅助教学方法，启发式教学。备注教学内容备注本章主要内容：4.1酒精酵母简介4.2酵母菌的生长条件4.3活性干酵母4.4活性干酵母的使用方法4.5固定化酵母技术和酵母扩培工艺实例第4章 酒精酵母扩培工艺糖化醪内加入酵母菌后，糖分被酵母细胞吸收，经过酵母细胞内糖酒精转化酶系统的作用，最终生成酒精、CO2和能量
2、，其中一部分能量被酵母细胞用作新陈代谢，余下的能量和酒精以及CO2一起，通过细胞膜排出细胞外。酵母菌就是以这样的方式进行糖的酒精发酵，从而生产酒精的。4.1 酵母菌的培养酵母（Saccharomyces cerevisiae），原意为“发酵之母”，就是说，酒精发酵是由酵母菌的作用引起的。4.1.1 酵母菌简介4.1.1.1 酵母菌的大小、形态和结构图 4-1酵母菌的细胞形态酵母菌是单细胞真核微生物。酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等，如图4-1所示。细胞表面积和其体积之间的比例会影响到细胞和培养基之间传质的速度，因此，对酵母的生命活动强度也有影响。酵母菌一般为
3、15微米530微米，无鞭毛，不能游动。 酵母菌具有典型的真核细胞结构（如图4-2所示），有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等，有的还具有微体。 42 典型酵母菌的细胞结构其中，细胞壁，主要分三层：外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，中间夹有一层蛋白质分子。细胞膜，也是三层结构，主要成分为：蛋白质、类脂、和少量糖类。细胞膜是由上下两层磷脂分子以及镶嵌在其间的缁醇和蛋白质分子所组成的。其功能主要有：调节细胞外溶质运送到细胞内的渗透屏障；细胞壁等大分子成分的生物合成和装配基地；部分酶的合成和作用场所。细胞核，酵母菌具有用多孔核膜包裹起来的定型细胞核真核。核膜是一种双层单位膜，其上存在着大量直径
4、为4070 nm的核孔，用以增大核内外的物质交换。酵母菌其他细胞结构包括液泡、质粒（“2 m”质粒）、核糖体（沉降系数为80 s）、线粒体（双层膜构成的产能细胞器，能量代谢的场所）。4.1.1.2 酵母菌的繁殖用于酒精发酵的酵母是一种单细胞的微生物，属于子囊菌纲。酵母菌有多种繁殖方式，繁殖方式对于酵母菌的鉴定十分重要。有人把只进行无性繁殖的酵母菌称作“假酵母”，而把具有有性繁殖的酵母菌称作“真酵母”。1酵母菌的无性繁殖芽殖：酵母菌最常见的无性繁殖方式是芽殖。芽殖发生在细胞壁的预定点上，此点被称为芽痕，每个酵母细胞最多有一个芽痕。成熟的酵母细胞长出芽体，母细 胞的细胞核分裂成两个子核，一个随母细
5、胞的细胞质进入芽体内，当芽体接近母细胞大小时，自母细胞脱落成为新个体，如此继续出芽。如果酵母菌生长旺盛，在芽体尚未自母细胞脱落前，即可在芽体上又长出新的芽体，最后形成假菌丝状。裂殖：是少数酵母菌进行的无性繁殖方式，类似于细菌的裂殖。其过程是细胞延长，核分裂为二，细胞中央出现隔膜，将细胞横分为两个具有单核的子细胞。进行裂殖的酵母菌种类很少，例如裂殖酵母属Schizosaccharomycesoctosporus（八孢裂殖酵母）等。产生掷孢子等无性孢子： 掷孢子（ballistospore）是掷孢酵母属等少数酵母菌产生的无性孢子，外形呈肾状。这种孢子是在卵圆形的营养细胞上生出的小梗上形成的。孢子成
6、 熟后，通过一种特有的喷射机制将孢子射出。因此，如果用倒置培养皿培养掷孢酵母并使其形成菌落，则常因其射出掷孢子而可在皿盖上见到由掷孢子组成的菌落模糊镜像。此外，有的酵母如Candidaalbicans等还能在假菌丝的顶端产生厚垣孢子（chlamydospore）。2酵母菌的有性繁殖酵母菌是以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖的。两个临近的性别不同的酵母细胞各自伸出一根管状的原生质突起，随即相互接触、融合，并形成一个通道，两个细胞核 在此通道内结合，形成双倍体细胞核，然后进行减数分裂，形成4个或8个细胞核。每一子核与其周围的原生质形成孢子，即为子囊孢子，形成子囊孢子的细胞称为子囊。4.1.1.
7、3 酿酒工业中常见的酵母菌一、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）这也是发酵工业上最常用的菌种之一。按细胞长与宽的比例可将其分为三组：1. 细胞多为圆形或卵形，长与宽之比为12。这类酵母除了用于酿造饮料酒和制作面包外，还用于乙醇发酵。其中德国2号和12号(Rassell和RasseX11)最有名，但因其不能耐高浓度盐类，故只适用于以糖化的淀粉质为原料生产乙醇和白酒。2. 细胞形状以卵形和长卵形为主，也有些圆形或短卵形细胞，长与宽之比通常为2，常形成假菌丝，但不发达也不典型。这类酵母主要用于酿造葡萄酒和果酒，也可用于酿造啤酒、蒸馏酒和酵母生产。葡萄酒酿造业称此为葡萄酒酵母
8、 (Sac. Ellisoideus)。 3. 大部分细胞长宽之比大干2，以台湾396号酵母为代表。我国南方常将其用于糖蜜原料生产乙醇。其特点为耐高渗压，可忍受高浓度盐类。该酵母原称魏氏酵母(Sac. willanus)。 在啤酒酿造中最早采用的酵母是卡尔斯伯啤酒厂的EcHansen(18421909年)在1883年分离的卡尔斯伯酵母(Saccharomyces carlsbergensis)，这是一种底面发酵酵母。酿酒酵母也可用于啤酒酿造，但属上面发酵酵母，这两种酵母发酵的过程和啤酒风味都有所不同。目前在分类上皆采用酿酒酵母的学名。底面发酵酵母其细胞为圆形或卵圆形，直径为510 m。它与酿酒
9、酵母在外形上的区别是，卡氏酵母部分细胞的细胞壁有一平端。另外，温度对这两类酵母的影响也不同。在高温时酿酒酵母比卡氏酵母生长得更快，但在低温时卡氏酵母生长较快。酿酒酵母繁殖速度最高时的温度为33，而卡氏酵母需在36。但在8时卡氏酵母较酿酒酵母繁殖速度几乎快倍。二、异常汉逊酵母（Hansenula anomala) 细胞为圆形，直径47m，椭圆形成腊肠形，大小为(2.56) m (4520) m，甚至有长达30 m的长细胞，多边芽殖，发酵，液面有白色菌谱醭，培养液混浊，有菌体沉淀于管底。 生长在麦芽汁琼脂斜面上的菌落平坦，乳白色，无光泽，边缘呈丝状。 在加盖片的马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养，能生成
10、发达的树状分枝的假菌丝，芽生孢子圆或椭圆形，菌丝顶端的细胞很长，可达20 m。由于异常汉逊酵母能产生乙酸乙酯，故它常在调节食品的风昧中起到一定作用。有的厂用这种菌参与以薯干为原料的白酒的酿造，采用浸香和串香法可酿造出比般薯干白酒味道醇和的白酒。三、粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）细胞呈圆柱形或圆筒形，末端圆钝，也有的呈椭圆形，大小为(3.554.02) m(7.1l24.9)m。营养繁殖为裂殖，无真菌丝，无醭，在麦芽汁中能发酵，液体混浊有沉淀。培养在麦芽汁琼脂斜面上的菌落为乳白色，光亮、平滑、边缘整齐。 在加盖片的马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养不生成假菌丝也无真
11、菌丝。子囊由两个营养细胞接合后形成。每个子囊有l4个光面的圆形子囊孢子大小为34m。有人曾对在用菊芋（鬼子姜）制成的未水解糖液中粟酒裂殖酵母的发酵能力进行研究，结果发现，由此可得到产量很高的乙醇。 4.1.2 酵母菌的培养4.1.2.1 酵母菌的一般化学成分（干基）水分 48%粗蛋白质 45-55%类脂 1-8%糖分 25-40%灰分 6-8%酵母菌的含氮物质，主要由清蛋白质态的蛋白质、核酸以及胺类所组成。平均含53%的碳、7.1%的氢、15.7%的氮、22.5%的氧和1.7%的硫所组成。酵母的类脂物质是由中性脂肪、脂肪酸以及类酯等物质所组成。它们由碳、氢、氧组成。酵母的灰分中P2O5约占50
12、%，K2O约30%，MgO约5%，其它元素如：钠、钙、铁等不超过1%。酵母细胞还含有丰富的维生素。酵母的化学成分在质的方面是恒定的，但在量的方面则随其菌种、营养和培养条件而变化。4.1.2.2 需要的营养物质酵母菌需要从外界不断吸收营养物质，加以利用，从中获得能量并合成新的细胞物质，同时排出废物，形成一个营养物质不断进入和废物不断排出的新陈代谢过程。酵母菌在从外界环境中吸收营养物质时，是通过细胞膜来完成的，所以，只有能透过酵母细胞膜的营养物质才能被酵母菌同化，以合成酵母菌体。因此，为了获得大量健壮发酵力强的酵母细胞，供给酵母菌的营养物质必须是能够被酵母同化的物质。从上述对酵母细胞化学组成分析可
13、以看出，如果要供给酵母繁殖所需的营养物质，必须有充分的含碳、氮的营养物质和一定量的磷、钾、钠、镁等营养物质。如果知道了酒母醪内单位体积中的酵母细胞含量，也就可以根据上面的分析计算出培养酒母所需的营养成分。1碳源 碳源就是指构成酵母细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质，同时又是能量的来源。能被酵母菌利用的碳源主要为糖类。酒精生产使用的淀粉质原料（因为淀粉分子量太大，不能被酵母直接吸收），必须经过蒸煮、糖化，使淀粉转变成分子量较小的葡萄糖、麦芽糖之后，才能被酵母吸收利用。酵母菌在繁殖过程中，吸收的糖分，一方面用于合成菌体蛋白中的碳架，另一部分转变为酵母菌的贮藏物质，还放出一定能量，以供合成菌体物质时
14、的能量消耗。2氮源 氮源就是指构成酵母细胞的细胞质中所含蛋白质、核酸、酶等成分，以及代谢产物中氮素来源的营养物质。 酵母菌所需的含氮物质主要也是从淀粉质原料中获得。但原料中含氮物质往往是大分子的蛋白质，因此也必须经过蒸煮和曲霉菌中的蛋白酶水解，生成小分子量的蛋白胨或氨基酸后才能被酵母所同化。 酵母菌在利用氨基酸时，氨基被利用，以合成菌体细胞中的蛋白质、酶等组成分，剩余产物可能转变为醇类。 如果原料中含氮量少时，也可补加无机氮，供给酵母生长。生产上多采用(NH4)2SO4为补充氮源。 硝酸盐因不易被酵母所利用，故不采用。当利用硝酸盐时，只有在硝酸根离子转化为-NH2后，方可被利用。3无机盐 磷是
15、构成菌体中核酸的重要成分，也是辅酶的组成分，在能量转变中起着重要作用，对酵母菌的代谢活动十分重要。Mg2可以刺激酵母的活力，K+可以促进酵母细胞的增大，促进发酵。培养基中低浓度的无机盐可以促进酵母的生长，多了反而会阻碍酵母生长。酵母繁殖过程中需要的无机盐可从原料中获得，一般不需另加。4维生素 一克酵母干物质中含有维生素B1 120200微克，维生素B2 20 30微克，维生素B5 280500微克，维生素B6 50微克。 酵母菌不能将初级的化合物合成维生素，而在基质中已经含有现成的B族维生素，或者含有合成维生素的前体物质如：嘧啶及噻唑，或者只含有一种噻唑时，才能使维生素增加。此外，培养基中必须有-氮酸时，才能在酵母的作用下合成泛酸。 当缺乏泛酸或-丙氮酸时，酵母便不能繁殖。合成的维生素，将转变成酶的构成部分。 酵母在生长繁殖过程中
