第一節　果酒酵母菌的特性

在果酒釀造方面，除了少部分采用自然發酵法之外，絕大多數果酒均采用添加酵母發酵。常用的果酒酵母包括釀酒酵母、貝酵母、奇異酵母與葡萄汁酵母。多年來，隨著人們對酵母研究的不斷加深，酵母屬酵母的分類也在不斷變化中，命名也較為混亂，如卡氏酵母初被命名為葡萄汁酵母，而后被重新命名為釀酒酵母葡萄汁亞種，現在又被命名為巴氏酵母。因此在選擇酵母時應綜合水果特性與酒的特點，恰當選用。最好的方法是，當設計好一種果酒的類型與特點后，選擇幾株待用酵母，進行小型釀酒試驗，然后根據酵母的酒精發酵性能、感官特性、理化指標進行最后的選擇。

酵母菌廣泛分布于自然界中，種類繁多，已知的就有幾百種。實際上酵母菌不是一個分類學名詞，而是一類單細胞真菌的統稱。由于酵母菌的種類復雜、形態多樣，以及代謝特點存在很大差異，系統進化地位也不盡相同，因此很難對它下一個確切的定義。但一般認為酵母菌具有以下幾個基本特征：個體一般以單細胞狀態存在；多數以出芽方式繁殖，也有的可進行裂殖或產子囊孢子；能發酵多種糖類；細胞壁常含有甘露聚糖；喜在含糖較高、酸性的環境中生長。

一、常用果酒酵母及其形態特征

釀酒酵母的細胞透明，圓形、橢圓形、亞圓形、卵形或長柱形，偶爾有絲狀細胞，形態較大，一般為7μm×12μm，是釀造果酒的主要酵母。貝酵母圓形、芽殖，與釀酒酵母親緣關系最近，這兩種酵母大約分化了2000萬年。貝酵母產揮發酸低，產蘋果酸、芳醇與乙基酯，適于用溫暖地區的中性風味葡萄等水果釀酒與起泡酒的釀造。奇異酵母也用于葡萄酒釀造，具有較高的蘋果酸降解能力，芽殖，與釀酒酵母親緣關系近，這兩種酵母在500萬～1000萬年前分開進化。擬低溫(小于15℃)發酵的果酒，以選用貝酵母為宜。

在果酒釀造中，應用最廣泛的是釀酒酵母與貝酵母，這些酵母發酵葡萄糖、果糖、蔗糖與棉子糖，同化葡萄糖、蔗糖、麥芽糖與棉子糖，不利用硝酸鹽和戊糖。發酵果漿或果汁時，酵母以無性繁殖(芽殖)為主。在營養匱乏或環境惡劣的條件下形成子囊孢子。條件適宜時，孢子萌發，生長成新的營養細胞。

二、酵母菌的繁殖

酵母菌的繁殖有無性繁殖和有性繁殖兩種方式。

1．無性繁殖

酵母菌的無性繁殖也有兩種方式，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”是指在母體上分出的芽體，而不是高等植物上真正的芽(萌發的芽)的結構。出芽生殖時，細胞核游向細胞壁，接著細胞在接近細胞核的一端生出一小突起，并進行細胞核分裂。分裂后一個子核進入小突起內，并膨大而成芽體，另一子核留在母細胞內。以后母細胞與芽體接觸處細胞壁收縮，使芽體與母細胞相隔離。成長的芽體與母細胞脫離或暫時連在一起，并可再出新芽。如此連續進行，各芽體可相互連續而形成假菌絲，這種繁殖方式在酒精發酵旺盛時最為常見。

分裂生殖又叫裂殖。通過細胞分裂形成兩個與母體一樣的子體，群體類生物的分裂生殖是群體中每個細胞同時進行分裂，進一步發育成和母體相同的新群體。但對不同的單細胞生物來說，在生殖過程中核的分裂方式是有所不同的，可歸納為無絲分裂和有絲分裂生殖。無絲分裂又稱直接分裂，是一種最簡單的細胞分裂方式。整個分裂過程中不經歷紡錘絲和染色體的變比，這種方式的分裂在蛙的紅細胞中可見。有絲分裂的過程要比無絲分裂復雜得多，是多細胞生物細胞分裂的主要方式，但一些單細胞如甲藻、眼蟲、變形蟲等，在分裂生殖時，也以有絲分裂的方式進行。酵母菌進行分裂繁殖時，首先細胞拉長，然后中間出現橫隔而形成兩個子細胞。繁殖很快時，兩個子細胞尚未離又各生出一個橫隔，如此連續進行可形成短鏈。

2．有性繁殖

當酵母菌所處的環境不利于其生長時(如溫度過高或過低、缺乏營養物質等)酵母菌細胞停止進行營養繁殖，而進行有性繁殖，產生子囊孢子。在有性繁殖時，細胞內的細胞核進行減數分裂，每個子細胞核產生新的細胞壁，而成為子囊孢子。母細胞的細胞壁加厚而成為子囊。每個子囊中有2～4個子囊孢子。子囊孢子處于休眠狀態，只有當環境條件有利于其生長時，它才結束休眠。因此，子囊孢子是酵母度過不良條件的形式(如越冬)，水果果皮、酒渣和發酵容器上的酵母菌都是以子囊孢子的形式存在的。

三、主要果酒酵母菌種

在果汁和果酒中存在著很多不同的酵母菌種，它們不僅屬于不同的科屬，而且具有不同的形態特征和生物、化學特性，其中有的有利于果酒釀造，有的則不利于果酒釀造。進行正常的酒精發酵的主要是釀酒酵母；在酒精發酵中不起作用或作用很小的統稱為野生酵母。引起果酒腐敗，產生異味和醭膜的多為野生酵母的一些菌株，漢遜酵母、畢赤酵母和圓酵母都會引起二次發酵。

自然界中，無論是在土壤中、植物表面，還是在動物的消化道內，都存在著大量的天然酵母菌。在自然條件下，酵母菌的傳播主要依靠風和昆蟲，特別是果蠅。在葡萄的表面，酵母菌的分布很不均勻：葉片、果梗和幼果等綠色器官上很少，主要附著在成熟葡萄漿果果皮上，而且與灰霉菌的孢子、乳酸菌、醋酸菌一樣，主要在果皮的氣孔周圍。根據產地、成熟期的天氣狀況、葡萄的衛生狀況等不同，每粒葡萄漿果表面的酵母菌細胞數量也不相同，但一般為10³～10⁵個。而在采收并破碎后的葡萄汁中，酵母菌的細胞數量通常能達到10⁶CFU/mL。從葡萄漿果上分離出的酵母菌種類有限，主要是屬于紅酵母屬的、進行嚴格氧化代謝的酵母菌和少量發酵力弱的種。雖然在葡萄漿果上很難分離到釀酒酵母，但如果在嚴格的無菌條件下進行自然發酵，當發酵過半時，釀酒酵母卻幾乎能占從葡萄汁中分離出的酵母的一半。這也間接地證明葡萄漿果上釀酒酵母的存在。

自然發酵條件下，在酒精發酵過程中，不同的酵母菌種在不同的階段產生作用，但種群的交替過程存在著交叉。酒精發酵的觸發，主要是尖端酵母(包括檸檬形克勒克酵母、有孢漢遜酵母和發酵畢赤酵母)活動的結果。在第一罐入罐幾天后，釀酒酵母就占據了所有的設備。原料一入罐，釀酒酵母就可占酵母總數的50%左右。這是由于釀酒酵母的繁殖，其群體數量變大，發酵啟動越來越快而造成的。在酒精發酵的后期(酵母衰減階段)，釀酒酵母群體數量逐漸下降，但仍能維持在10⁶CFU/mL以上。正常情況下，它們能完成酒精發酵，一直到發酵結束，都不會出現其他的酵母。相反，在發酵中止的情況下，致病性酵母就會活動。其中最常見的危害性在發酵結束后的幾周內，釀酒酵母群體數量迅速降低到1000 CFU/mL以內。但是，在陳釀期間，甚至在裝瓶后，其他種的酵母(致病酵母)也可能活動，有些酵母可以氧化酒精，并且產膜，如畢赤酵母。可通過添滿、密封等方式防止氧化性酵母的活動。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進行厭氧活動，在感病葡萄酒中，它們的群體數量可達10⁴～10⁵CFU/mL。對于甜型果酒，一些酵母可在陳釀或裝瓶后進行再發酵，這類酵母主要包括路德類酵母、拜耳結合酵母以及一些抗酒精和SO₂能力很強的釀酒酵母株系。

四、酵母菌所需的營養

酵母菌細胞的成分中，水占75%，干物質為25%。干物質的主要成分包括碳水化合物、含氮物質、礦物質和維生素。銨離子和多數氨基酸能作為酵母的氮源；酵母能很好地利用無機磷酸鹽，也能利用磷酸酯類；需要鐵、鎂、錳、銅、鈣、鉀、鋅等，鈉有毒性；營養缺乏導致發酵遲緩或不完全，還會導致產生不希望的產物。當基質中不再含有酵母菌所需營養物質時，部分酵母菌自溶形成高級醇和氨基酸。為加速并完成酒精發酵，只能使用化學催化劑，以酒石酸鹽、氯化物或磷酸鹽等形式與銨離子結合的鹽類、硫胺素加量<0.0006g/L，硫酸銨<0.3g/L。

1．碳水化合物

碳水化合物是生命細胞結構的主要成分及主要供能物質，并且有調節細胞活動的重要功能。碳水化合物的生理功能與其攝入食物的碳水化合物種類和在機體內存在的形式有關。酵母菌只能直接利用葡萄糖和果糖，優先利用葡萄糖。蔗糖預先經酵母菌本身分泌的轉化酶或果實中的轉化酶分解成葡萄糖和果糖后，才能被酵母菌同化。當基質中不再含有酵母菌所需營養物質時，它可以通過自溶現象利用自身的物質而繼續生存。酵母菌自溶而形成的高級醇和氨基酸，成為酒精發酵結束后乳酸菌的營養物質。

酵母菌不含葉綠素，不能像高等植物那樣通過光合作用合成碳水化合物，而只能同化基質中的碳水化合物以獲得所需的能量。酵母菌同化碳水化合物有兩種方式，即在有空氣條件下的呼吸作用和在無空氣條件下的發酵作用。在有空氣條件下，酵菌通過呼吸作用，將糖完全氧化，分解成水和二氧化碳，從而獲得能量。在無空氣條件下，酵母通過對糖的不完全分解，形成乙醇和二氧化碳，從而獲得能量，這一過程就叫作發酵。

2．含氮物質

氮也是生命所需的重要元素，是蛋白質的重要組成部分，與生命體的成長、代謝息息相關。含氮物質即含有氮元素的物質。氮是酵母菌生長必不可或缺的元素。酵母菌不能直接同化大分子的蛋白質，只能利用肽、氨基酸等蛋白質水解物，特別是氨基酸，最容易被酵母菌同化。水果一般含有足夠的含氮物質，能保證酵母菌正常的生長和繁殖，如果水果中含氮物質不足以保證酵母菌正常的生長和繁殖，則需要額外添加含氮物質，理想的氮源應容易并立刻為酵母所利用，并且添加后不會產生不必要的新陳代謝產物。目前認為較好的氮源是銨離子。理論上，幾種銨鹽都可以滿足酵母的氮源需求，但法國“釀酒法典”和德國“葡萄酒法規”只允許使用磷酸氫二銨作為酵母營養物，它提供的銨離子可以作為氮源，磷酸根離子可參與葡萄糖和果糖轉化為乙醇的反應。硫酸銨和氯化銨也可補充氮源，但效果沒有磷酸氫二銨好。

3．礦物質

礦物質是生物生長的必需元素，缺少這類元素生物將不能健康生長。鉀和磷是酵母菌生長必不可少的成分；鈣并不是酵母菌的必需元素；而鎂的存在有利于酵母菌的活動。一般成熟的漿果中含有足夠的、能滿足酵母菌正常生長繁殖所需要的礦物質，如果水果中礦物質不足以保證酵母菌正常的生長和繁殖，則需要額外添加相應的礦物質。

4．維生素

維生素又名維他命，是維持生命活動必需的一類有機物質，維生素在生命體內的含量很少，但不可或缺，酵母缺乏維生素，就會導致發酵遲緩。酵母進行酒精發酵時，如果果汁中缺乏維生素B₅時可生成較高水平的乙酸和甘油；如果缺乏維生素B₁可導致丙酮酸的過度積累。

建議發酵完成后檢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，下一次添加量應適當減少。

5．酶

酵母菌細胞和其他生活細胞一樣，含有各種酶，以促進酵母菌生活所必需的各種生化反應。在多數情況下，酵母菌能利用葡萄汁中的B族維生素合成所需的各種酶。酵母菌所含有的酶主要有脫氫酶、脫羧酶、轉化酶。酵母菌可同化果汁中的維生素PP以構成脫氫酶的輔酶。脫氫酶可以使乙醛脫氫生成乙醇。酵母菌可同化果汁中的維生素B₁以構成脫羧酶的輔酶。脫羧酶可以使丙酮酸轉化為乙醛和二氧化碳。大多數酵母菌可分泌轉化酶，將蔗糖水解為轉化糖，但克氏酵母和貝酵母不能分泌轉化酶，而只能依靠果汁中的轉化酶將蔗糖水解為轉化糖。酵母菌還能分泌蛋白酶、氧化酶和還原酶等。

6．生存素

在發酵過程中，可以將酵母菌的生長周期分為三個階段。繁殖階段：酵母菌迅速出芽繁殖，逐漸使其群體數量達10⁷～10⁸CFU/mL。這一階段可持續2～5天。平衡階段：在這一階段中酵母菌活細胞群體數量不增不減，幾乎處于穩定狀態。這一階段可持續8天左右。衰減階段：酵母菌活細胞群體數量逐漸下降，直至10⁵CFU/mL左右。這一階段可持續幾個星期。與經典的酵母生長周期比較，這一生長周期有以下特點：持續的時間很長；酵母菌生長量有限，最多只能繁殖4～5代；酵母菌生長的停止并不是由于糖的消耗引起的；生長周期各階段持續的時間差異很大，衰減階段可比繁殖階段長3～4倍。

發酵速度與生長周期密切相關。發酵旺盛期出現在酵母的繁殖階段和平衡階段。當酵母進入衰減階段時，發酵速度突然降低，以后酒精發酵減慢，逐漸出現發酵停止。酒精發酵減慢或發酵停止，不僅與酵母菌群體生長量不夠有關，而且與“非繁殖生物質”的代謝有關。在酵母菌的生長周期中，由于“非繁殖生物質”的作用逐漸消失，酒精發酵速度逐漸降低，并可導致發酵停止。這里的“非繁殖生物質”就是“生存素”。

麥角甾醇和齊墩果酸在嚴格的厭氧條件下可使酵母群體在兩天后成倍增加，因此被稱為生長物質。但是酒精發酵并非嚴格的厭氧條件，因為在對果實的機械處理過程中，部分氧可溶解在果汁或果醪中。其次，酵母菌在接種果汁或果醪以前，繁殖是在完全好氧條件下進行的。只有在“裝罐”結束以后，酒精發酵才處于厭氧條件。

在發酵旺盛期，麥角甾醇和齊墩果酸并不影響酵母菌的數量和發酵速度；而在酵母群體衰減期，這兩種物質可使活酵母數量比對照多13～14倍，而且使酒精發酵更為徹底，因此，在果酒酒精發酵條件下，即非完全厭氧條件下，麥角甾醇和齊墩果酸并無生長物質的作用。因為它們不能促進酵母菌的生長，而是有利于處于衰減階段中的酵母群體的生存，因而推遲酒精發酵的結束，使之更為徹底。所以使用“生存素”來描述麥角甾醇和齊墩果酸更為準確。