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中小型啤酒企業(yè)的實驗室酵母培養(yǎng)情況分析
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http://china-zesir.com 發(fā)稿日期:2008-8-26
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實驗室啤酒酵母培養(yǎng)是整個酵母培養(yǎng)過程的關(guān)鍵組成部分，直接關(guān)系到整個酵母培養(yǎng)工作的成敗。在酵母培養(yǎng)過程中，應(yīng)注意以下幾個方面：
1.關(guān)于麥芽汁培養(yǎng)基的要求
1.1麥芽汁培養(yǎng)基的制備
實驗室所用的麥芽汁，若無特殊用途，最好直接取用糖化車間不加酒花的過濾槽原麥汁（第一麥汁）。取回后，首先調(diào)整麥汁至規(guī)定濃度，然后經(jīng)煮沸，去除麥汁中的可凝固性蛋白質(zhì)，過濾后分裝，經(jīng)蒸汽滅菌鍋加壓滅菌后備用。
1.2對麥芽汁培養(yǎng)基濃度的要求
實驗室酵母擴(kuò)大培養(yǎng)所使用的酵母菌種，一般以麥芽汁固體斜面方式長期保存在0℃—4℃的冰箱內(nèi)，處于體眠狀態(tài)。低溫雖然對減弱酵母細(xì)胞內(nèi)的各種代謝活動有利，但由于保存時間較長（一般為2至4個月時間），固體培養(yǎng)基的養(yǎng)分被大量消耗，酵母細(xì)胞基本處于“饑餓”狀態(tài)。在這種情況下，低溫會對酵母正常的細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，甚至造成酵母細(xì)胞的死亡。
因此，在啤酒酵母菌種正式啟用前，必須進(jìn)行酵母菌種的復(fù)壯。使酵母細(xì)胞內(nèi)部的各種酶系得以調(diào)整，從而逐漸恢復(fù)酵母體內(nèi)各組織的原有功能，使酵母細(xì)胞新陳代謝旺盛，生命力增強。
根據(jù)研究資料表明：酵母質(zhì)量受麥汁濃度的影響。因為細(xì)胞活性與麥汁濃度緊密相關(guān)，所以高濃度麥汁會對酵母質(zhì)量產(chǎn)生有害的影響。一般用于酵母繁殖的最佳麥汁濃度在7.5°BX－12.5°BX之間，原因如下：
1.2.1高濃度酒精對酵母細(xì)胞增殖的抑制作用
麥芽汁濃度越高，酒精的生產(chǎn)量也就越多（酒精的產(chǎn)生在整個酵母培養(yǎng)過程中是無法避免的）。當(dāng)培養(yǎng)液中酒精含量不高時，對酵母細(xì)胞的繁殖有微弱的激活作用；但當(dāng)酒精濃度增加到1.4%－2%時，就會抑制酵母細(xì)胞的繁殖。這主要是因為酒精會對酵母細(xì)胞核產(chǎn)生抑制作用。隨著溫度的升高，酒精對酵母細(xì)胞的這種抑制作用會明顯加強。當(dāng)酒精濃度達(dá)到5%時，酵母細(xì)胞的繁殖會完全停止，這對正在進(jìn)行的酵母培養(yǎng)工作是非常有害的。
1.2.2高濃度麥汁對酵母細(xì)胞正常代謝的干擾作用
筆者在酵母培養(yǎng)實際工作中發(fā)現(xiàn)：正常情況下，酵母細(xì)胞生殖方式為芽殖，很少有裂殖的情況發(fā)生。但酵母在濃度為14°BX的麥芽汁培養(yǎng)過程中，發(fā)現(xiàn)有個別酵母細(xì)胞通過裂殖的方式來繁殖后代。分析后認(rèn)為，當(dāng)麥汁濃度過高時，會使酵母細(xì)胞內(nèi)部的新陳代謝發(fā)生紊亂，使正常的生殖受到干擾。原因是：酵母細(xì)胞在溶質(zhì)濃度不高的液體培養(yǎng)基中生長時，溶液中的滲透壓與細(xì)胞中的滲透壓相等，細(xì)胞正常生長；而當(dāng)溶液濃度高時，由于外界溶液的濃度高于細(xì)胞內(nèi)的濃度，細(xì)胞會脫水收縮，進(jìn)而影響酵母的正常代謝，從而導(dǎo)致酵母細(xì)胞正常的生長方式受到干擾。
1.3對麥芽汁培養(yǎng)基氨基氮含量的要求
供實驗室酵母培養(yǎng)使用的麥汁，要求氮源一定要豐富，因為酵母的增殖需要有合成細(xì)胞的含氮物質(zhì)存在。麥汁中含有氮基酸、肽類、嘌呤、嘧啶以及其他多種含氮物質(zhì)，這些含氮物質(zhì)對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麥汁中的氨基酸和低肽，它們不僅對合成酵母的蛋白質(zhì)很重要，對形成酵母細(xì)胞內(nèi)的各種酶也很重要。所以，供酵母培養(yǎng)使用的麥汁中的氨基氮含量一定要達(dá)到180mg/L－220mg/L。若達(dá)不到時，應(yīng)通過調(diào)整麥芽與大米或其他谷物原料的使用比例來解決。
2.關(guān)于酵母轉(zhuǎn)接時間的要求
關(guān)于酵母轉(zhuǎn)接時間的確定，存在著兩個指導(dǎo)思想：一個是追求酵母高發(fā)芽率，即酵母在對數(shù)生長期的中期或后期，進(jìn)行下一步擴(kuò)大培養(yǎng)；另一個是追求酵母生長最大數(shù)，即酵母生長基本處于穩(wěn)定期時，在酵母細(xì)胞數(shù)量積累到一定程度后，進(jìn)行下一步擴(kuò)大培養(yǎng)。
筆者認(rèn)為，無論采用哪一種方法，都應(yīng)該符合企業(yè)自身酵母培養(yǎng)環(huán)境的現(xiàn)狀。如果自身培養(yǎng)環(huán)境無菌條件控制得比較好，那么采用第一個方案是一個很好的選擇。因為這樣做不僅能顯著縮短酵母的遲滯期，使酵母快速啟發(fā)，而且能有效減緩細(xì)胞發(fā)生衰老。但不利因素是，如果片面追求酵母的出芽率，勢必造成接種時間的前移，導(dǎo)致接種后培養(yǎng)基中的酵母數(shù)量在一定時間內(nèi)處于較低的水平，這就增加了染菌的幾率。筆者從自身的工作經(jīng)驗考慮，建議中小型啤酒企業(yè)采用第二個方案的酵母轉(zhuǎn)接時間比較妥當(dāng)。
3.關(guān)于酵母接種比例的要求
在實驗室酵母培養(yǎng)階段，不宜使酵母接種濃度過大。因為接種濃度越高，越容易導(dǎo)致酵母細(xì)胞在短時間內(nèi)積累足夠多的數(shù)量，造成酵母新增殖的細(xì)胞少，衰老的細(xì)胞多。因此，在實驗室酵母培養(yǎng)期間，應(yīng)該通過合理地調(diào)控酵母接種比例，使麥汁中酵母細(xì)胞初始濃度控制在1.0×107個/mL左右為宜。
一般情況下，實驗室酵母細(xì)胞的復(fù)壯培養(yǎng)（活化培養(yǎng)）可以使用1∶（15－20）的接種比例，在以后的實驗室擴(kuò)大培養(yǎng)過程中，可隨著培養(yǎng)溫度的降低，逐步降至1∶10左右。
4.關(guān)于酵母培養(yǎng)過程中通風(fēng)、供氧的要求
酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)過程是一個細(xì)胞增殖的過程，同時也是一個需氧的過程，因此，氧在酵母培養(yǎng)的過程中是一個非常重要的影響因素。
酵母一旦接入麥汁，就會迅速利用麥汁中的氧合成不飽和脂肪酸和固醇，這些是構(gòu)成酵母細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和維持其完整性所必需的物質(zhì)，它們可以提高酵母細(xì)胞在熱刺激、乙醇等不利環(huán)境中的耐受力。供氧不足會導(dǎo)致酵母固醇含量降低，從而減少細(xì)胞分裂的次數(shù)，最終使培養(yǎng)液中酵母總的收獲量減少。由于麥汁中不飽和脂肪酸濃度處于較低水平，而且其合成需要依賴氧的參與，所以，為了保障酵母有充足的不飽和脂肪酸供應(yīng)，必須向麥汁中供應(yīng)充足的氧。
實驗室酵母培養(yǎng)期間，一般通過定時對培養(yǎng)容器進(jìn)行搖晃、振蕩的方式，補充酵母在培養(yǎng)過程中所需的氧。采取這種通氧方式，一方面可以加快麥汁的運動，從而帶動懸浮在培養(yǎng)液中的酵母細(xì)胞劇烈運動；另一方面，通過液體的振蕩、洗滌作用，有助于酵母細(xì)胞擺脫吸咐在細(xì)胞表面的附著物，從而加大細(xì)胞與麥汁的有效接觸面積，加強其對麥汁中營養(yǎng)物質(zhì)及氧的吸收，這對酵母細(xì)胞的生長繁殖是有利的，同時還可以避免酵母過早地發(fā)生凝聚、沉降現(xiàn)象。
但這種充氧方式容易造成酵母具有多個生長期。此外，酵母在細(xì)胞增殖過程中為了滿足自身的營養(yǎng)需要，必須從培養(yǎng)基中獲得足夠多的能量，但是麥芽汁培養(yǎng)基提供的能量是有限的。當(dāng)營養(yǎng)出現(xiàn)匱乏的時候，酵母細(xì)胞容易衰老，甚至死亡，這種情況的發(fā)生對整個酵母的培養(yǎng)工作是非常有害的。
為避免這種情況的發(fā)生，需要采取措施（調(diào)節(jié)酵母培養(yǎng)過程中氧的供應(yīng)量）來調(diào)控酵母的增殖倍數(shù)，即減少酵母的最終收獲量。通常情況下，冬季由于氣溫低，每2至3小時搖晃、振蕩培養(yǎng)容器1至2分鐘；夏季由于氣溫高，每3至4小時搖晃、振蕩培養(yǎng)容器2至3分鐘。
5.關(guān)于酵母培養(yǎng)溫度的要求
實驗室酵母培養(yǎng)期間，對培養(yǎng)溫度的控制要遵循“先高后低，逐步適應(yīng)”的原則。通常，酵母最適生長溫度為25℃－26℃，隨著擴(kuò)大培養(yǎng)步驟的進(jìn)行，逐步降低到車間酵母培養(yǎng)所需的溫度（實驗室酵母培養(yǎng)的最低溫度，一般比車間酵母培養(yǎng)的起始溫度高2℃—3℃即可）。
以上所講的“培養(yǎng)溫度的控制”，通常指的是對酵母培養(yǎng)所處的“培養(yǎng)環(huán)境溫度”的控制。一般認(rèn)為，培養(yǎng)基所需的“培養(yǎng)溫度”就是恒溫箱所提供的“設(shè)定溫度”，即“培養(yǎng)環(huán)境溫度”。
對于這種溫度控制方法，筆者認(rèn)為，在實際工作中是不科學(xué)的，這種認(rèn)識的不科學(xué)，在于沒有清楚地認(rèn)識到“培養(yǎng)溫度”實際指的是“培養(yǎng)液（發(fā)酵液）本身的溫度”。
如果培養(yǎng)液處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么根據(jù)熱傳導(dǎo)的原則，培養(yǎng)液的溫度最終應(yīng)該與環(huán)境溫度是一致的，但酵母培養(yǎng)過程是一個動態(tài)的過程，這種理想化的設(shè)想在實際工作中往往是做不到的。這是因為恒溫箱所提供的只是培養(yǎng)基所處的環(huán)境溫度，也就是冷卻或升溫培養(yǎng)基的介質(zhì)空氣溫度，它并不能準(zhǔn)確反映當(dāng)時麥芽汁培養(yǎng)基本身的實際溫度。這如同用來提供給發(fā)酵罐降溫的冷媒溫度是-4℃，但發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的溫度有可能是12℃的情況一樣。
此外，在實驗室培養(yǎng)期間，對培養(yǎng)液的通風(fēng)供氧，雖然只是通過間歇的定時搖晃、振蕩培養(yǎng)容器的途徑來實現(xiàn)，但是將培養(yǎng)容器由恒溫箱中取出，在室溫狀態(tài)下完成這一操作的過程中，培養(yǎng)液的溫度勢必會受到室溫的影響。如果室溫高，則培養(yǎng)液吸熱，溫度升高；如果室溫低時，則培養(yǎng)液放熱，溫度降低。
充氧操作結(jié)束后，恒溫箱提供的“恒定介質(zhì)空氣溫度”不能針對此時培養(yǎng)液的實際溫度迅速提高或降低培養(yǎng)液到規(guī)定溫度，這種結(jié)果的產(chǎn)生必然會造成酵母生長停滯或加快，同時也加重了酵母細(xì)胞的生理負(fù)擔(dān)。外觀表現(xiàn)為：在不同階段酵母擴(kuò)大培養(yǎng)結(jié)束后，觀測細(xì)胞形態(tài)時，細(xì)胞形狀往往大小不一。
這樣的溫度控制方式已經(jīng)不能保證酵母的生長時刻處于恒溫狀態(tài)，必然會給酵母的正常生長帶來“麻煩”。而定時的通氧操作是不能省略的，因為酵母細(xì)胞的生長過程需要氧的參與，如何解決這個矛盾呢？一般可采取以下措施：
5.1酵母培養(yǎng)的空間環(huán)境（室溫）一定要恒溫，最好空間環(huán)境的溫度與恒溫箱提供的“培養(yǎng)環(huán)境溫度”保持一致。
5.2恒溫箱的設(shè)定溫度，不能機械地照搬酵母的培養(yǎng)溫度，而應(yīng)該根據(jù)實際情況隨時調(diào)節(jié)。
此外，應(yīng)該樹立科學(xué)的工作作風(fēng)，嚴(yán)格做好酵母擴(kuò)培過程中的每一個細(xì)節(jié)工作，認(rèn)真做好酵母培養(yǎng)儀器及空間環(huán)境的消毒與滅菌工作，盡可能消除酵母培養(yǎng)工作中的隱患，確保擴(kuò)培工作取得成功。
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