第一节　果酒酵母菌的特性

在果酒酿造方面，除了少部分采用自然发酵法之外，绝大多数果酒均采用添加酵母发酵。常用的果酒酵母包括酿酒酵母、贝酵母、奇异酵母与葡萄汁酵母。多年来，随着人们对酵母研究的不断加深，酵母属酵母的分类也在不断变化中，命名也较为混乱，如卡氏酵母初被命名为葡萄汁酵母，而后被重新命名为酿酒酵母葡萄汁亚种，现在又被命名为巴氏酵母。因此在选择酵母时应综合水果特性与酒的特点，恰当选用。最好的方法是，当设计好一种果酒的类型与特点后，选择几株待用酵母，进行小型酿酒试验，然后根据酵母的酒精发酵性能、感官特性、理化指标进行最后的选择。

酵母菌广泛分布于自然界中，种类繁多，已知的就有几百种。实际上酵母菌不是一个分类学名词，而是一类单细胞真菌的统称。由于酵母菌的种类复杂、形态多样，以及代谢特点存在很大差异，系统进化地位也不尽相同，因此很难对它下一个确切的定义。但一般认为酵母菌具有以下几个基本特征：个体一般以单细胞状态存在；多数以出芽方式繁殖，也有的可进行裂殖或产子囊孢子；能发酵多种糖类；细胞壁常含有甘露聚糖；喜在含糖较高、酸性的环境中生长。

一、常用果酒酵母及其形态特征

酿酒酵母的细胞透明，圆形、椭圆形、亚圆形、卵形或长柱形，偶尔有丝状细胞，形态较大，一般为7μm×12μm，是酿造果酒的主要酵母。贝酵母圆形、芽殖，与酿酒酵母亲缘关系最近，这两种酵母大约分化了2000万年。贝酵母产挥发酸低，产苹果酸、芳醇与乙基酯，适于用温暖地区的中性风味葡萄等水果酿酒与起泡酒的酿造。奇异酵母也用于葡萄酒酿造，具有较高的苹果酸降解能力，芽殖，与酿酒酵母亲缘关系近，这两种酵母在500万～1000万年前分开进化。拟低温(小于15℃)发酵的果酒，以选用贝酵母为宜。

在果酒酿造中，应用最广泛的是酿酒酵母与贝酵母，这些酵母发酵葡萄糖、果糖、蔗糖与棉子糖，同化葡萄糖、蔗糖、麦芽糖与棉子糖，不利用硝酸盐和戊糖。发酵果浆或果汁时，酵母以无性繁殖(芽殖)为主。在营养匮乏或环境恶劣的条件下形成子囊孢子。条件适宜时，孢子萌发，生长成新的营养细胞。

二、酵母菌的繁殖

酵母菌的繁殖有无性繁殖和有性繁殖两种方式。

1．无性繁殖

酵母菌的无性繁殖也有两种方式，即出芽生殖和分裂生殖。

出芽生殖是酵母菌最普遍的繁殖方式，出芽生殖又叫芽殖。出芽生殖中的“芽”是指在母体上分出的芽体，而不是高等植物上真正的芽(萌发的芽)的结构。出芽生殖时，细胞核游向细胞壁，接着细胞在接近细胞核的一端生出一小突起，并进行细胞核分裂。分裂后一个子核进入小突起内，并膨大而成芽体，另一子核留在母细胞内。以后母细胞与芽体接触处细胞壁收缩，使芽体与母细胞相隔离。成长的芽体与母细胞脱离或暂时连在一起，并可再出新芽。如此连续进行，各芽体可相互连续而形成假菌丝，这种繁殖方式在酒精发酵旺盛时最为常见。

分裂生殖又叫裂殖。通过细胞分裂形成两个与母体一样的子体，群体类生物的分裂生殖是群体中每个细胞同时进行分裂，进一步发育成和母体相同的新群体。但对不同的单细胞生物来说，在生殖过程中核的分裂方式是有所不同的，可归纳为无丝分裂和有丝分裂生殖。无丝分裂又称直接分裂，是一种最简单的细胞分裂方式。整个分裂过程中不经历纺锤丝和染色体的变比，这种方式的分裂在蛙的红细胞中可见。有丝分裂的过程要比无丝分裂复杂得多，是多细胞生物细胞分裂的主要方式，但一些单细胞如甲藻、眼虫、变形虫等，在分裂生殖时，也以有丝分裂的方式进行。酵母菌进行分裂繁殖时，首先细胞拉长，然后中间出现横隔而形成两个子细胞。繁殖很快时，两个子细胞尚未离又各生出一个横隔，如此连续进行可形成短链。

2．有性繁殖

当酵母菌所处的环境不利于其生长时(如温度过高或过低、缺乏营养物质等)酵母菌细胞停止进行营养繁殖，而进行有性繁殖，产生子囊孢子。在有性繁殖时，细胞内的细胞核进行减数分裂，每个子细胞核产生新的细胞壁，而成为子囊孢子。母细胞的细胞壁加厚而成为子囊。每个子囊中有2～4个子囊孢子。子囊孢子处于休眠状态，只有当环境条件有利于其生长时，它才结束休眠。因此，子囊孢子是酵母度过不良条件的形式(如越冬)，水果果皮、酒渣和发酵容器上的酵母菌都是以子囊孢子的形式存在的。

三、主要果酒酵母菌种

在果汁和果酒中存在着很多不同的酵母菌种，它们不仅属于不同的科属，而且具有不同的形态特征和生物、化学特性，其中有的有利于果酒酿造，有的则不利于果酒酿造。进行正常的酒精发酵的主要是酿酒酵母；在酒精发酵中不起作用或作用很小的统称为野生酵母。引起果酒腐败，产生异味和醭膜的多为野生酵母的一些菌株，汉逊酵母、毕赤酵母和圆酵母都会引起二次发酵。

自然界中，无论是在土壤中、植物表面，还是在动物的消化道内，都存在着大量的天然酵母菌。在自然条件下，酵母菌的传播主要依靠风和昆虫，特别是果蝇。在葡萄的表面，酵母菌的分布很不均匀：叶片、果梗和幼果等绿色器官上很少，主要附着在成熟葡萄浆果果皮上，而且与灰霉菌的孢子、乳酸菌、醋酸菌一样，主要在果皮的气孔周围。根据产地、成熟期的天气状况、葡萄的卫生状况等不同，每粒葡萄浆果表面的酵母菌细胞数量也不相同，但一般为10³～10⁵个。而在采收并破碎后的葡萄汁中，酵母菌的细胞数量通常能达到10⁶CFU/mL。从葡萄浆果上分离出的酵母菌种类有限，主要是属于红酵母属的、进行严格氧化代谢的酵母菌和少量发酵力弱的种。虽然在葡萄浆果上很难分离到酿酒酵母，但如果在严格的无菌条件下进行自然发酵，当发酵过半时，酿酒酵母却几乎能占从葡萄汁中分离出的酵母的一半。这也间接地证明葡萄浆果上酿酒酵母的存在。

自然发酵条件下，在酒精发酵过程中，不同的酵母菌种在不同的阶段产生作用，但种群的交替过程存在着交叉。酒精发酵的触发，主要是尖端酵母(包括柠檬形克勒克酵母、有孢汉逊酵母和发酵毕赤酵母)活动的结果。在第一罐入罐几天后，酿酒酵母就占据了所有的设备。原料一入罐，酿酒酵母就可占酵母总数的50%左右。这是由于酿酒酵母的繁殖，其群体数量变大，发酵启动越来越快而造成的。在酒精发酵的后期(酵母衰减阶段)，酿酒酵母群体数量逐渐下降，但仍能维持在10⁶CFU/mL以上。正常情况下，它们能完成酒精发酵，一直到发酵结束，都不会出现其他的酵母。相反，在发酵中止的情况下，致病性酵母就会活动。其中最常见的危害性在发酵结束后的几周内，酿酒酵母群体数量迅速降低到1000 CFU/mL以内。但是，在陈酿期间，甚至在装瓶后，其他种的酵母(致病酵母)也可能活动，有些酵母可以氧化酒精，并且产膜，如毕赤酵母。可通过添满、密封等方式防止氧化性酵母的活动。另一些酵母，主要是酒香酵母和德克酵母可利用酒中微量的糖进行厌氧活动，在感病葡萄酒中，它们的群体数量可达10⁴～10⁵CFU/mL。对于甜型果酒，一些酵母可在陈酿或装瓶后进行再发酵，这类酵母主要包括路德类酵母、拜耳结合酵母以及一些抗酒精和SO₂能力很强的酿酒酵母株系。

四、酵母菌所需的营养

酵母菌细胞的成分中，水占75%，干物质为25%。干物质的主要成分包括碳水化合物、含氮物质、矿物质和维生素。铵离子和多数氨基酸能作为酵母的氮源；酵母能很好地利用无机磷酸盐，也能利用磷酸酯类；需要铁、镁、锰、铜、钙、钾、锌等，钠有毒性；营养缺乏导致发酵迟缓或不完全，还会导致产生不希望的产物。当基质中不再含有酵母菌所需营养物质时，部分酵母菌自溶形成高级醇和氨基酸。为加速并完成酒精发酵，只能使用化学催化剂，以酒石酸盐、氯化物或磷酸盐等形式与铵离子结合的盐类、硫胺素加量<0.0006g/L，硫酸铵<0.3g/L。

1．碳水化合物

碳水化合物是生命细胞结构的主要成分及主要供能物质，并且有调节细胞活动的重要功能。碳水化合物的生理功能与其摄入食物的碳水化合物种类和在机体内存在的形式有关。酵母菌只能直接利用葡萄糖和果糖，优先利用葡萄糖。蔗糖预先经酵母菌本身分泌的转化酶或果实中的转化酶分解成葡萄糖和果糖后，才能被酵母菌同化。当基质中不再含有酵母菌所需营养物质时，它可以通过自溶现象利用自身的物质而继续生存。酵母菌自溶而形成的高级醇和氨基酸，成为酒精发酵结束后乳酸菌的营养物质。

酵母菌不含叶绿素，不能像高等植物那样通过光合作用合成碳水化合物，而只能同化基质中的碳水化合物以获得所需的能量。酵母菌同化碳水化合物有两种方式，即在有空气条件下的呼吸作用和在无空气条件下的发酵作用。在有空气条件下，酵菌通过呼吸作用，将糖完全氧化，分解成水和二氧化碳，从而获得能量。在无空气条件下，酵母通过对糖的不完全分解，形成乙醇和二氧化碳，从而获得能量，这一过程就叫作发酵。

2．含氮物质

氮也是生命所需的重要元素，是蛋白质的重要组成部分，与生命体的成长、代谢息息相关。含氮物质即含有氮元素的物质。氮是酵母菌生长必不可或缺的元素。酵母菌不能直接同化大分子的蛋白质，只能利用肽、氨基酸等蛋白质水解物，特别是氨基酸，最容易被酵母菌同化。水果一般含有足够的含氮物质，能保证酵母菌正常的生长和繁殖，如果水果中含氮物质不足以保证酵母菌正常的生长和繁殖，则需要额外添加含氮物质，理想的氮源应容易并立刻为酵母所利用，并且添加后不会产生不必要的新陈代谢产物。目前认为较好的氮源是铵离子。理论上，几种铵盐都可以满足酵母的氮源需求，但法国“酿酒法典”和德国“葡萄酒法规”只允许使用磷酸氢二铵作为酵母营养物，它提供的铵离子可以作为氮源，磷酸根离子可参与葡萄糖和果糖转化为乙醇的反应。硫酸铵和氯化铵也可补充氮源，但效果没有磷酸氢二铵好。

3．矿物质

矿物质是生物生长的必需元素，缺少这类元素生物将不能健康生长。钾和磷是酵母菌生长必不可少的成分；钙并不是酵母菌的必需元素；而镁的存在有利于酵母菌的活动。一般成熟的浆果中含有足够的、能满足酵母菌正常生长繁殖所需要的矿物质，如果水果中矿物质不足以保证酵母菌正常的生长和繁殖，则需要额外添加相应的矿物质。

4．维生素

维生素又名维他命，是维持生命活动必需的一类有机物质，维生素在生命体内的含量很少，但不可或缺，酵母缺乏维生素，就会导致发酵迟缓。酵母进行酒精发酵时，如果果汁中缺乏维生素B₅时可生成较高水平的乙酸和甘油；如果缺乏维生素B₁可导致丙酮酸的过度积累。

建议发酵完成后检查果酒中的剩余含氮量，如果含氮量太高可能被其他微生物所利用，下一次添加量应适当减少。

5．酶

酵母菌细胞和其他生活细胞一样，含有各种酶，以促进酵母菌生活所必需的各种生化反应。在多数情况下，酵母菌能利用葡萄汁中的B族维生素合成所需的各种酶。酵母菌所含有的酶主要有脱氢酶、脱羧酶、转化酶。酵母菌可同化果汁中的维生素PP以构成脱氢酶的辅酶。脱氢酶可以使乙醛脱氢生成乙醇。酵母菌可同化果汁中的维生素B₁以构成脱羧酶的辅酶。脱羧酶可以使丙酮酸转化为乙醛和二氧化碳。大多数酵母菌可分泌转化酶，将蔗糖水解为转化糖，但克氏酵母和贝酵母不能分泌转化酶，而只能依靠果汁中的转化酶将蔗糖水解为转化糖。酵母菌还能分泌蛋白酶、氧化酶和还原酶等。

6．生存素

在发酵过程中，可以将酵母菌的生长周期分为三个阶段。繁殖阶段：酵母菌迅速出芽繁殖，逐渐使其群体数量达10⁷～10⁸CFU/mL。这一阶段可持续2～5天。平衡阶段：在这一阶段中酵母菌活细胞群体数量不增不减，几乎处于稳定状态。这一阶段可持续8天左右。衰减阶段：酵母菌活细胞群体数量逐渐下降，直至10⁵CFU/mL左右。这一阶段可持续几个星期。与经典的酵母生长周期比较，这一生长周期有以下特点：持续的时间很长；酵母菌生长量有限，最多只能繁殖4～5代；酵母菌生长的停止并不是由于糖的消耗引起的；生长周期各阶段持续的时间差异很大，衰减阶段可比繁殖阶段长3～4倍。

发酵速度与生长周期密切相关。发酵旺盛期出现在酵母的繁殖阶段和平衡阶段。当酵母进入衰减阶段时，发酵速度突然降低，以后酒精发酵减慢，逐渐出现发酵停止。酒精发酵减慢或发酵停止，不仅与酵母菌群体生长量不够有关，而且与“非繁殖生物质”的代谢有关。在酵母菌的生长周期中，由于“非繁殖生物质”的作用逐渐消失，酒精发酵速度逐渐降低，并可导致发酵停止。这里的“非繁殖生物质”就是“生存素”。

麦角甾醇和齐墩果酸在严格的厌氧条件下可使酵母群体在两天后成倍增加，因此被称为生长物质。但是酒精发酵并非严格的厌氧条件，因为在对果实的机械处理过程中，部分氧可溶解在果汁或果醪中。其次，酵母菌在接种果汁或果醪以前，繁殖是在完全好氧条件下进行的。只有在“装罐”结束以后，酒精发酵才处于厌氧条件。

在发酵旺盛期，麦角甾醇和齐墩果酸并不影响酵母菌的数量和发酵速度；而在酵母群体衰减期，这两种物质可使活酵母数量比对照多13～14倍，而且使酒精发酵更为彻底，因此，在果酒酒精发酵条件下，即非完全厌氧条件下，麦角甾醇和齐墩果酸并无生长物质的作用。因为它们不能促进酵母菌的生长，而是有利于处于衰减阶段中的酵母群体的生存，因而推迟酒精发酵的结束，使之更为彻底。所以使用“生存素”来描述麦角甾醇和齐墩果酸更为准确。