啤酒酵母

麦汁经过啤酒酵母的发酵作用后，便酿制成为啤酒。由于酵母不仅进行酒精发酵，而且其新陈代谢的产物还影响啤酒的口味和特点，所以酵母也被称为啤酒的灵魂，了解酵母的结构和组成、新陈代谢、繁殖和生长及其分类非常重要。不同的酵母菌种有一系列不同的特性。

啤酒酵母的特性

啤酒酵母在分类学上的位置

按照微生物分类系统，啤酒酵母属于真菌门，子囊菌纲，原子囊菌亚纲，内孢霉目，内孢霉科，酵母亚科，酵母属，啤酒酵母。

工业生产上应用的酵母菌都属于酵母属，在自然界分布很广，有很多菌种，其中以啤酒酵母最为重要。啤酒酵母种类较多，不同品种的菌株，在形态以及生理上都有明显的区别。

啤酒酵母的命名

啤酒酵母是根据国际命名法则命名的。啤酒酵母的学名为Saccharomyces cerevisiae，拉丁语cerevisiae意为麦酒。酵母是属名，习惯翻译，以种名放在前面，属名放在后面。

啤酒酵母又分为上面发酵酵母（ALE）和下面发酵酵母（LAGER）。汉生（Hansen）首先从苏格兰爱丁堡啤酒厂分离出上面发酵的纯粹培养酵母，此类啤酒酵母即命名为Saccharomyces cerevisiae Hansen。而后，汉生又在丹麦卡尔斯伯啤酒厂分离出下面发酵的纯粹培养酵母，命名此类啤酒酵母为Saccharomyces carlsbergensis Hansen。许多菌种，在种内包括有变种。表示变种的学名，是在该细菌学名后面加变种名称，并在变种名称前加var.（variety），意即变种。如啤酒酵母浑浊变种的学名为Saccharomyces cerevisiae var.turbidans。

酵母菌的分类

• 分类原则

酵母的分类较复杂，除了根据其形态特征外，还必须结合其生理生化特征。

• 形态特征

包括观察酵母在麦汁琼脂上的菌落形态、颜色、质地，在麦汁培养基中产醭、菌环、沉淀等外观，以及酵母在麦汁中及载片培养时营养细胞的形态、大小、繁殖方法、子囊孢子的形态及大小等。、

• 生理生化特征

包括发酵各种糖的能力，利用各种碳水化合物生长的能力，同化酒精的能力，能否利用硝酸盐，分解杨梅素，产生胡萝卜素，产生酯类，发酵牛奶，形成酸等。

酵母的分类系统过去很不一致，子层荷兰的酵母工作者娄德（Loder）于1952年发飙了酵母分类的系统著作之后，酵母的分类工作才较为一致。

• 培养酵母和野生酵母

• 培养酵母

啤酒厂中所使用的啤酒酵母属于有孢子真酵母菌，是由野生酵母经过系统、长期的驯化，并经过反复使用和考验，具有正常生理状态和特征，适合于啤酒工厂生产要求的培养酵母。

• 野生酵母

啤酒厂将凡是与培养酵母的形态和特征不一样，不为生产所控制利用的酵母称为野生酵母，如巴氏酵母，在自然界分布很广，存在于啤酒厂，妨碍啤酒的正常发酵，对啤酒生产有很大危害。

• 培养酵母和野生酵母的区别

单纯从外观形态上区别培养酵母和野生酵母是困难的，主要应从抗热性能、发酵糖类的性能、形成孢子的情况、在选择培养基上的生长情况等生理特征以及利用免疫荧光技术加以区别。

区别项目	培养酵母	野生酵母
细胞形态	圆形或卵圆形	有圆形、椭圆形、柠檬形等多种形态
抗热性能	在水中53℃，10分钟死亡	比培养酵母能耐较高的温度
孢子形成	较难形成	交易形成，有的野生酵母不形成孢子，但可以从细胞形状区别
糖类发酵	对葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、果糖等均能发酵，能全部或部分发酵棉籽糖	绝大多数野生酵母不能全部发酵左旋的糖类。
含放线菌酮的培养基（0.2mg/L）	不能生长	非酵母属的野生酵母可耐受
以赖氨酸为唯一碳源的培养基	不能生长	非酵母属的野生酵母可生长
含结晶紫的培养基（20mg/L）	不能生长	酵母属的野生酵母可生长
棉衣荧光试验	可以区别	可以区别

• 上面酵母和下面酵母

上面酵母又称顶面酵母（ALE），啤酒厂使用的上面酵母是纯粹培养酵母；下面酵母又称底面酵母或储存酵母（LAGER），啤酒厂使用的下面酵母也是纯粹培养酵母。下面酵母是在不断变化的外界因素影响下，由上面酵母演变而来的。

• 形态和生理特征区别

区别项目	上面酵母（ALE）	下面酵母（LAGER）
细胞形态	多呈圆形，多数细胞集结在一起	多呈卵圆形，细胞较分散
发酵时的生理现象	发酵终了，大量细胞悬浮在液面	发酵终了，大部分细胞凝集在容器底部
芽细胞分支	生长培养时，生出有规则的芽细胞分支，易形成芽蔟	芽细胞分支不规则，且易分离，不易形成芽蔟
对棉籽糖发酵	能将棉籽糖分解为蜜二糖和果糖，只发酵三分之一的果糖部分	能全部发酵棉籽糖
对蜜二糖发酵	缺乏蜜二糖酶，不能发酵蜜二糖	含蜜二糖酶，能发酵蜜二糖
37℃培养	能生长	不能生长
孢子的形成	培养时相对较易形成孢子	很难形成孢子，只有用特殊培养方法才有可能
产生H2S或甲基硫醇	较低	较高
呼吸活性	高	低
对甘油醛发酵	不能	能
利用酒精生长	能	不能

• 其他区别

在同等浓度麦芽糖和半乳糖的基质中，上面酵母对麦芽糖发酵甚快，而对半乳糖缺少作用；下面酵母与之相反，在发芽麦芽糖前先发酵半乳糖。

两类酵母细胞对葡萄糖、麦芽糖和半乳糖的渗透能力也有区别。两类菌株均需要在前培养基中有半乳糖存在，才能渗透半乳糖。若前期培养系在半乳糖培养基中的培养，则下面酵母渗透葡萄糖和半乳糖的速率两倍于上面酵母；上面酵母对麦芽糖的渗透能力约20倍于下面酵母。

在麦汁中，上面酵母只能产生少量SO2，在同样条件下，下面酵母则能产生较多的SO2.只有在蔗糖存在而无泛酸盐存在的情况下，上面酵母才能产生较多的SO2；而下面酵母均能产生较多的SO2。

• 凝聚酵母和粉状酵母

• 凝聚酵母

啤酒酵母的凝聚性是酵母的生理特征之一，凝聚的强弱受基因控制极不一致。凝聚酵性强的酵母，从酒液中分离早，酒液中细胞密度低、沉淀快、发酵慢、发酵度低。凝聚性弱的酵母，与酒液分离晚，酒液中细胞密度高、沉淀慢、发酵快、发酵度高，回收酵母少、啤酒过滤困难。介于强弱之间的凝聚性则有较大的范围，酿造者应根据自己生产啤酒的类型进行选择。每一种菌种均有其一定的凝聚特点，在其他条件不变的情况下，凝聚性的改变往往是菌种变异的象征。

• 粉状酵母

粉状酵母又称絮状酵母。长时间悬浮在发酵液中不易沉淀，发酵结束时只有极少量松散的酵母沉淀为粉状酵母。上面酵母和下面酵母中均有粉状酵母。粉状酵母发较快、发酵度高，但回收困难，需用离心机回收酵母。

酵母种类	凝聚酵母	粉状酵母
发酵时的情况	酵母易于凝聚沉淀（下面酵母）或凝聚后浮在发酵液液面	不易凝聚
发酵终了	很快凝聚，沉淀密致，或于液面形成致密的厚层	长时间地悬浮在发酵液中，很难沉淀
发酵液澄清情况	较快	不易
发酵度	较低	较高
回收情况	容易回收	不易回收

酵母的形态与结构

酵母是一个俗称，一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。由于不同的真菌在进化和分类地位上的异源性，因此很难对酵母下一个确切的定义，通常认为，酵母具有以下五个特点：个体通常以单细胞存在；多数出芽繁殖；能发酵糖类产能；细胞壁含有甘露聚糖；常生活在含糖量较高、酸度较大的水、土环境中。

• 酵母的形态

自然界中的酵母形态以圆形为主，常见的有卵圆形、球形、柱形、腊肠形、瓶形、三角形。细胞大小一般在2.5~10μm × 4.5μm × 21μm。啤酒酵母呈圆形或卵圆形，细胞大小一般为3~7μm × 5~10μm。培养酵母的细胞平均直径为4~5μm，不能游动。啤酒酵母细胞形态往往受黄静影响而变化，但在环境好转后，仍可恢复原来的形态。啤酒酵母在麦汁固体培养基上，菌落呈乳白色、不透明，但有光泽，菌落表面光滑、润湿，边缘整齐。随着培养时间的延长，菌落光泽逐渐变暗，菌落一般较厚，易呗接种针挑起。啤酒酵母在液体培养基中，会在液体表面产生泡沫。常因菌种悬浮在培养基中而呈浑浊状。发酵后期，有的酵母悬浮在液面，形成一层厚膜，如上面发酵酵母；有的沉积于底部，如下面发酵酵母。

• 酵母细胞的结构

在显微镜下观察啤酒酵母细胞的结构，主要有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等。

• 细胞壁

位于细胞的最外层，具有一定的弹性，决定着酵母细胞的形状和稳定性，约占细胞质量的30%，壁厚100~200nm。细胞壁由大分子的物质组成，主要成分为30%~40%的甘露聚糖（即酵母胶体）和30%~40%的葡聚糖。位于细胞外部的甘露聚糖与磷结合，而位于细胞里面的葡聚糖与硫以酯键连接，总复合物还包括蛋白质和酶，它们通过细胞膜分解物质进行输送，所以细胞壁的结构具有重大意义。除此之外，细胞壁还含有蛋白质、脂肪、矿物质。

• 细胞膜

紧贴细胞壁的内面，厚度约150nm，是一层半透性的膜，构成细胞壁的基础物质。细胞膜调节着细胞内的渗透压，调节着营养物质的吸收和代谢物的排出，形成酵母细胞的渗透框架。同时，细胞膜可分离出胞外酶，胞外酶由酵母细胞形成，但在酵母细胞外起作用。

• 细胞质

酵母细胞中充满着细胞质，细胞质主要由酶形式的蛋白质组成。细胞质中含有丰富的核糖体，核糖体是合成蛋白质的地方。此外，细胞质还含有线粒体，线粒体的主要功能是通过呼吸为酵母提供能量。

• 细胞核

直径为0.5~1.5μm，经染色后可以观察到。细胞核被核膜包围，其主要化学组成是脱氧核糖核酸DNA和蛋白质，是遗传物质的承载体，控制着酵母的新陈代谢。

• 液泡

在显微镜下，常可看见酵母细胞中充满水性细胞液的液泡，酵母细胞可在液泡中段时间储存代谢产物，此外液泡中海油细胞的磷酸盐储仓。

酵母的繁殖与生长

酵母的繁殖和生长可划分为六个不同阶段。

• 调整期

也称为起始阶段，是进行新陈代谢的活化过程。此阶段时间的长短波动很大，主要取决于有机体类型、培养代数、培养条件等因素。细胞一旦开始分离就标志着此阶段的结束。

• 加速期

此阶段紧接着调整期，细胞分离速度较快。

• 对数增长期

在此阶段，细胞呈对数增殖，最大增殖速度保持恒定。此时形成新的一代所需时间短（即细胞数翻倍的时间）。在最佳增殖条件下世代时间为90~120分钟。

• 减速期

由于因素，如底物减少，抑制生长的代谢物增加等，对数增长阶段有一定的时间限制，随后进入增殖速度减小的减速期。

• 稳定期

这一阶段微生物的数量保持恒定。形成的信息报数与死亡的细胞数相等。

• 死亡期

在此阶段，细胞死亡数多于形成的新细胞数，细胞数减少。

在以上六个阶段中，每个生长阶段的时间长短和强度主要受底物、温度和酵母生理状态的影响。底物必须含有生长必需的营养物。同样，底物的水分含量、ph和氧气浓度对生长也很重要。

酵母的新陈代谢

生命的典型特征是生长和繁殖，维持生命需要持续的物质转化，即新陈代谢。其作用有以下两个方面：吸收可利用的物质作为营养，将其转化为机体本身的物质；获得生命功能所需要的能量。 为保证新陈代谢功能的进行，酵母必需有机物质，特别是糖形式的碳水化合物。酵母既可以在有氧的情况下利用糖（耗氧性），又可以在无氧的情况下分解糖（厌氧性）。耗氧且释放能量多的过程称为呼吸，厌氧且释放能量的过程称为发酵。通过呼吸和发酵获取能量的反应过程非常复杂且步骤繁多，每个反应步骤都由特殊的酶催化。在酵母细胞中，酶以一定的细胞结构连接。酶的呼吸链主要在线粒体上，而酶的发酵主要在细胞质的基础物质中进行。有机物的呼吸或发酵是以细胞内容物的输送为前提条件的。酵母细胞通过细胞壁吸收营养物质，由细胞膜进行调节。酵母细胞只能吸收与输送机理相适应的物质，而这又取决于酵母细胞中酶的多样性。

• 碳水化合物的代谢

在碳水化合物中，只有糖分能提供酵母呼吸或发酵。区别各种酵母的重要标准是它对不同糖分的呼吸或发酵能力。原则上所有能被酵母发酵的糖，也可以被酵母呼吸消耗；反之则不行。酵母对糖进行耗氧分解还是厌氧分解，这主要取决于有无氧气存在，在有氧情况下，酵母通过呼吸能取得能量；而在无氧情况下，则进行发酵。酵母是唯一能从呼吸转变到发酵的生物，正是基于这种转变才有了千百年的酒精饮料生产。

快速起发对酵母能量消耗很大，所以在发酵开始前必须给酵母提供足够的氧气，以使酵母获取能量进行发酵。而在后面的发酵及成熟阶段，生产过程在无氧状态下进行。对于啤酒酵母来说，主要碳水化合物的来源是低分子糖。酵母可以利用许多单糖、双糖和寡糖。而聚糖如淀粉和纤维素，则不能被酵母利用。了解哪些糖能被酵母发酵，这对啤酒酿造来说十分重要。可发酵的碳水化合物（按照酵母利用的顺序）如下：

1. 单糖：葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖。
2. 双糖：麦芽糖、蔗糖。
3. 三糖：棉籽糖、麦芽三糖（并非所有的酵母都能利用）。

一小部分糖没有被发酵，而是以化学能量的形式储存于酵母细胞中，必要时用于维持生命功能。细胞中最重要的化学储存物是腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（ATP），ATP参与每个生命过程，是生命所必需的能量储存物和转载物，没有ATP，酒精发酵根本不可能进行。

• 蛋白质的代谢

酵母需要氮化合物来合成酵母细胞自身的蛋白质。在无机氮中，酵母主要利用铵盐，但麦汁中的铵盐含量很少，酵母的主要氮源为氨基酸和低分子肽。

酵母不能直接将麦汁中的氨基酸合称为自身细胞蛋白质。蛋白质代谢过程由一系列复杂的生化过程组成。因此这些转化过程与发酵副产物的形成密切相关，如高级醇、连二酮、酯和有机酸等。由氨基酸形成高级醇即所谓的杂醇油就是这种转变的一个实例。氨基酸脱羧形成高级醇，亮氨酸脱羧可形成异戊醇。

酵母新陈代谢产物的形成以及分解取决于许多因素，如温度、压力、ph等。发酵副产物的含量对啤酒的口味及风味影响很大。

• 矿物质的新陈代谢和生长因子

酵母的新陈代谢还取决于足够的矿物质和生长因子，这些物质的作用不可低估。部分离子对酶促反应影响很大，如钾离子与ATP仪器促进所有的酶促反应，对于能量代谢和细胞壁的物质输送很重要；钠离子使酶活化，在细胞膜的物质输送中起重要作用；钙离子可以被锰离子、镁离子所取代，延缓酵母退化，促进凝固物的形成；镁离子对有磷参与的反应十分重要，特别是发酵中不可取代；钙离子很少量就会抑制某些酶；铁离子对酶的呼吸代谢很重要，可促进酵母出芽繁殖；锰离子在代谢中可取代铁离子，可促进细胞繁殖和细胞形成；锌离子有利于蛋白质的合成，其需求量为0.2mg/L麦汁，缺锌可使发酵出现问题；硝酸根离子可被细菌还原为亚硝酸根，对细胞有毒性，极不利于发酵。

啤酒酵母的扩大培养

啤酒厂获得接种酵母的方式有三种途径，分别是直接购买酵母泥、购买纯种酵母菌种以及自己保存并扩培酵母。其优缺点见下图

	购买酵母泥	购买纯种酵母	自己保存和培养酵母
优点	无酵母管理工作、无酵母扩培设备	方法可行、可靠性高、能得到灭菌的酵母	取用灵活、酵母质量可靠、啤酒质量稳定
缺点	有污染危险、费用高、啤酒质量不稳定	需要酵母扩培装置，费用高	一次性投资大、无菌程度要求高

酵母的纯种培养分为三个阶段：获得合适的酵母细胞；实验室扩培，直至达到5~10L高泡嫩啤酒；车间扩培，直至达到接种所需添加量。

酵母扩培过程的目的是在最短时间内、无菌环境中培养出具有特定代谢产物，能够适合正常发酵并酿制出优质啤酒的接种酵母。因此，正确处理酵母，合理控制扩培过程十分重要。

酵母繁殖过程必须有三个条件得到满足：氧气、氨基酸以及微量元素的供给。

• 氧气供给

供氧是保证酵母繁殖的重要前提条件。有氧情况下进行的呼吸大写会调动酵母细胞激活其新陈代谢活动并生成新细胞所需结构物质。但麦汁中的高糖含量却会限制呼吸作用，而使酵母开始发酵过程。因此无法达到采用更强烈的通风来无限制地提高酵母反质量的目的。开始形成新细胞后，细胞膜脂双层所必需的主要成分磷脂不断被储存起来。氧气使一部分脂肪酸转变为熔点更低的不饱和脂肪酸，因此能够进一步提高细胞膜的物质通透性能。合成硬脂酸甘油酯时同样需要氧气参与。硬脂酸甘油酯的合成过程与酵母繁殖直接相关，另外也与酵母体内储备糖原的过程密切联系在一起。脂质和酯的生成过程相对立，只要脂质仍在生成（有氧供给时），酵母就不会合成酯类物质。

• 氨基酸和微量元素的供给

麦汁中所含有的氨基酸和矿物质足够满足酵母发酵所需。但如果希望酵母进行繁殖，就需要更多的氨基酸和矿物质，而这一点往往无法达到。因此即使通风供氧再强烈，酵母细胞能够达到的最高细胞浓度也只能在每毫升100百万左右。主要受到限制的因素是麦汁中仅含有200~240mg/L氨基酸，而且并不是这些氨基酸都能被酵母所同化（比如脯氨酸）。

对接种所用麦汁的要求如下：碘检颜色正常；满足所需生产啤酒典型的颜色和外观要求；氧含量至少含有8~10mg/L；游离氨基酸含量至少应该再200~230mg/L；锌离子含量至少在0.15mg/L；黏度最高不能超过1.7mPa·s（以10°P麦汁计）；ph在5.0~5.2；不能存在任何污染物。

对接种酵母的要求：接种酵母必须通过纯种培养方式获得，能够保证达到所需生产啤酒典型的风味。另外还必须满足以下条件：具有高活力；不能带有异类酵母或污染物；死亡细胞比例不能超过3%；外观需呈浓稠泥装。