酵母容易出現(xiàn)的問題及解決方案
酵母對葡萄酒發(fā)酵具有根本性影響。在自然發(fā)酵過程中來自葡萄果實(shí)表面和釀酒廠設(shè)備上的酵母表現(xiàn)出一個逐漸生長的趨勢。在早期的發(fā)酵過程中，科勒氏酵母(Kloeckera)、漢森氏酵母(Hanseniaspora)和假絲酵母(Candida)占據(jù)優(yōu)勢；在發(fā)酵中期，即酒精含量達(dá)到3%－4%時，梅奇氏酵母(Metschnikowia)屬和畢赤氏酵母屬(Pichia)的幾個種占優(yōu)勢；而后期的葡萄酒自然發(fā)酵過程都是能耐受高酒精含量的釀酒酵母（Saccharomyces cere-visiae）菌株占優(yōu)勢。破碎或榨汁后不加或很少量地添加二氧化硫，然后利用土著酵母進(jìn)行天然發(fā)酵被認(rèn)為能夠使葡萄酒獲得更為飽滿圓潤的口感，以及地方的特色。現(xiàn)在國內(nèi)不少的釀酒師也在討論這個問題，但是需要注意到兩點(diǎn)：一是我們國家多數(shù)葡萄園和釀酒廠的生產(chǎn)歷史還比較短，天然酵母的組成類型還處于演化發(fā)展期，即使是只添加低二氧化硫或無二氧化硫，發(fā)酵過程仍然會比較緩慢，產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定；另一方面，早期雜酵母的生長所產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)積累，可能對葡萄酒品質(zhì)產(chǎn)生影響，比如造成葡萄酒容易上頭或者飲后頭痛等。因此，在采用自然發(fā)酵時，要充分考慮到其中的風(fēng)險，它比較適宜于一些精品屋式的小型酒園，這類酒園非常強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品在不同年份之間的變化，為了獲得體現(xiàn)當(dāng)?shù)鬲?dú)特酵母風(fēng)格的葡萄酒而甘愿承擔(dān)自然發(fā)酵的風(fēng)險。
現(xiàn)代化的大型酒廠要求產(chǎn)品質(zhì)量在年度間保持穩(wěn)定，葡萄酒需要具有一貫的口感風(fēng)味。為了獲得迅速可靠的發(fā)酵，通常采用各種精選的商業(yè)酵母菌株。它們可以快速有效地催化將葡萄中的糖轉(zhuǎn)化為酒精的過程，同時不產(chǎn)生任何不良?xì)馕丁ｋS著消費(fèi)者對葡萄酒品質(zhì)要求的不斷提高、口味的多樣化和更高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，今天先進(jìn)的釀酒師期望獲得具有各種特定性能的酵母菌株，從而提高葡萄酒的市場競爭力和商業(yè)價值。對葡萄酒酵母的這些要求直接推動了酵母育種和基因改良工作。
可以通過經(jīng)典的方法或分子基因技術(shù)對酵母菌株進(jìn)行分析和改良。經(jīng)典的菌株篩選和改良方法，如：變異選擇、突變選擇、雜交選擇基本上都是采用霰彈槍式的方法。在這些方法可在較大的區(qū)域甚至整個基因組區(qū)域中使基因重組或重排。這類方法的專一性不強(qiáng)，可能在改善酵母菌株某些特征的同時，丟失一些人們喜愛的其它特征。經(jīng)典方法的惟一的長處是其產(chǎn)物不屬于基因改良生物（GMO）的范疇，受眾的認(rèn)同感比較高。而通過基因工程進(jìn)行酵母改良是更為精確的方式，在引入新特征、消除不利特征的同時，一般不會影響其它為人們所喜愛的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)前對葡萄酒酵母基因組的全部測序工作已經(jīng)完成，正在對總共6000個左右的基因功能進(jìn)行破譯，人們對葡萄酒酵母的復(fù)雜代謝過程有了越來越多的認(rèn)識。迄今為止，科學(xué)家們已為葡萄酒酵母發(fā)展了多種有效的質(zhì)粒載體和基因轉(zhuǎn)移方法，以及用于外源基因在酵母體內(nèi)表達(dá)和產(chǎn)物分泌的表達(dá)和分泌盒。這些成果為新酵母菌株的基因設(shè)計(jì)和選擇提供了更廣的適用性和更強(qiáng)的專一性手段，使葡萄酒酵母的分子改良逐步成為現(xiàn)實(shí)。
在實(shí)際生產(chǎn)中，葡萄酒的發(fā)酵速度常常不符合釀酒師的要求。發(fā)酵速度過快時產(chǎn)生大量的泡沫，一方面減少了發(fā)酵容器的空間，另一方面揮發(fā)性的香氣物質(zhì)也隨二氧化碳夾帶排除而流失。發(fā)酵過程中常碰到的另一個問題是，葡萄酒的發(fā)酵過程不能充分完成或者進(jìn)行得過于緩慢。葡萄酒發(fā)酵的停止和遲滯使發(fā)酵罐的空間不能得到充分利用，保護(hù)性的二氧化碳產(chǎn)生過慢而造成葡萄酒質(zhì)量降低，以及葡萄酒中出現(xiàn)過高的殘?zhí)呛康取?BR> 許多因素影響葡萄酒酵母的發(fā)酵表現(xiàn)，在改良發(fā)酵表現(xiàn)方面主要的研究領(lǐng)域包括：增加活性干酵母的抗脅迫能力和恢復(fù)能力，改善酵母對葡萄汁中糖分和氮素的吸收與同化，提高酵母對乙醇、其它微生物的代謝產(chǎn)物及毒素的耐受力，提高它們對亞硫酸鹽、重金屬和農(nóng)業(yè)化學(xué)殘留物的耐受力，以及減少發(fā)酵過程中泡沫的形成。
下膠和澄清通過去除蛋白質(zhì)、細(xì)胞碎片，使葡萄酒達(dá)到澄清，并保證產(chǎn)品的物理化學(xué)穩(wěn)定性。下膠和澄清不僅費(fèi)錢費(fèi)力、降低葡萄酒產(chǎn)量，而且會造成香氣和風(fēng)味成分的明顯流失。為了盡可能減少損失，釀酒師常使用蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶等多種酶制劑。商品酶價格昂貴，有時還含有其它酶污染。通過基因操作，超量表達(dá)來自多個細(xì)菌、真菌和酵母的相關(guān)基因，可以獲得具有降解蛋白質(zhì)、果膠、葡聚糖和纖維素能力的葡萄酒酵母菌株。
改善澄清和過濾特征的第二個目標(biāo)是從發(fā)酵容器的液相中去除所有的酵母細(xì)胞。對絮凝基因的調(diào)控表達(dá)可以保障酵母在發(fā)酵過程中維持高懸浮態(tài)，獲得迅速的發(fā)酵，而在發(fā)酵完成時酵母細(xì)胞能夠進(jìn)行快速有效的沉淀。酵母的絮凝對生產(chǎn)瓶中發(fā)酵的起泡葡萄酒有明顯的價值，在生產(chǎn)過程中控制酵母絮凝在適當(dāng)?shù)臅r候開始，可以簡化這個費(fèi)時費(fèi)力的工序。將絮凝素基因與后期發(fā)酵啟動子相連接，可以通過熱擊處理進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)，確保人工控制的絮凝在發(fā)酵結(jié)束時實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞聚凝在生產(chǎn)菌膜諧麗酒時也具有關(guān)鍵性作用，其中一個生產(chǎn)工序就是造成酵母細(xì)胞的懸浮，從而在葡萄酒的表面形成一層菌膜。將粘液素基因接上啟動子，可以促進(jìn)發(fā)酵末期生物膜的形成，從而簡化產(chǎn)膜過程。
對有害微生物的生物控制
在葡萄酒的整個生產(chǎn)過程中有害微生
文章來源華夏酒報物的生長都會劣化產(chǎn)品的外觀、香氣和口感。健康的葡萄、良好的酒廠衛(wèi)生和嚴(yán)格的釀造操作是戰(zhàn)勝葡萄酒敗壞的基礎(chǔ)。加入化學(xué)保鮮劑，如二氧化硫、二甲基碳酸氫納（dimethyl dicarbonate）、安息香酸、富馬酸和山梨酸等則是控制微生物污染的第二道防線。然而大量使用化學(xué)保鮮劑不僅影響葡萄酒的品質(zhì)，還要面對消費(fèi)者日益增長的抵觸。因此，利用酵母的代謝產(chǎn)物，如：在葡萄酒發(fā)酵過程中形成的SO
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或過氧化氫、抗微生物的酶制劑，如：溶菌酶、幾丁質(zhì)酶和葡聚糖內(nèi)切酶，和短肽，如：酵母殺傷因子和細(xì)菌素，被認(rèn)為是化學(xué)保鮮劑的戰(zhàn)略替代。
然而，純化的抗微生物酶和細(xì)菌素價格昂貴，會明顯增加生產(chǎn)成本。這個問題可以通過讓葡萄酒酵母表達(dá)這些酶和短肽來解決。例如：雞蛋蛋清溶菌酶基因（HEL1）、乳酸片球菌（Pedio-coccus acidilactici）的片球菌素（perdiocin）基因（PED1）和明串珠菌屬（Leuconostoc carnosum）的明串珠菌素（leu-cocin）基因（LCA1）都已用于產(chǎn)生具有殺菌能力的酵母。抗真菌酵母CTS1基因所編碼的幾丁質(zhì)酶和EXG1所編碼的葡聚糖外切酶（exoglucanase）也在釀酒酵母中進(jìn)行了表達(dá)。在建立能夠?qū)ζ渌湍妇哂幸种坪蜌芰Φ木攴矫妫▽⒔湍傅恼婢《径舅貨Q定物（一種K1/K2雙重毒殺因子）和來自其它酵母（漢森氏酵母、克魯維酵母屬、畢赤酵母屬等）的編碼酵母毒性因子的基因加入釀酒酵母中。最理想的是將各種抗微生物活性全部整合到葡萄酒酵母中，從而可以對付所有可能造成葡萄酒破敗的污染微生物。
人們普遍認(rèn)為適度飲用葡萄酒對社會有利，可以緩解壓力，減少心血管疾病的發(fā)生。葡萄酒中的保護(hù)性物質(zhì)包括各種酚類化合物、白藜蘆醇、水楊酸和酒精等。同時消費(fèi)者越來越挑剔葡萄酒中可能存在的微量有害物質(zhì)，如：被懷疑有致癌可能的氨基甲酸乙酯ethyl carbamate、神經(jīng)毒素生物胺（biogenic amines），以及亞硫酸鹽等。一些消費(fèi)者甚至挑剔葡萄酒中酒精含量過高。當(dāng)發(fā)展新型葡萄酒酵母時應(yīng)特別注意這些涉及健康的方面，加強(qiáng)其優(yōu)點(diǎn)，如：產(chǎn)生白藜蘆醇、肉毒堿等，減少其風(fēng)險，如：消除氨基甲酸乙酯和生物胺，降低酒精的含量等，以更好地配合適度飲酒的健康消費(fèi)趨勢。
葡萄酒生產(chǎn)中最重要的單個因子是終產(chǎn)品的感官質(zhì)量，如色澤、香味和口感。葡萄酒中涉及風(fēng)味的物質(zhì)多達(dá)數(shù)百種。其中，葡萄酒的嗅覺品質(zhì)取決于優(yōu)良香氣成分和代謝產(chǎn)物的平衡程度，以及不出現(xiàn)人們所不喜歡的嗅覺成分。來自葡萄果實(shí)的痕量成分之間微妙的共同作用通常賦予葡萄酒典型的風(fēng)味和果香特征，而酵母發(fā)酵的產(chǎn)物（如：酯類、醇類等）則提供了葡萄酒的背景風(fēng)味和酒香。
能夠賦予葡萄酒某種特別品質(zhì)的酵母具有明顯的市場前景。近年來，在發(fā)展能夠增加顏色和香氣釋放的酶、修飾酯類的酶的酵母方面取得了顯著的進(jìn)展。能夠產(chǎn)生最優(yōu)化水平的甘油，最優(yōu)化水平的雜醇油（異丁醇、異戊醇等）和最優(yōu)化水平的酚酸的酵母也已經(jīng)獲得成功。
對葡萄酒酸度的生物調(diào)節(jié)也可以通過經(jīng)重組的葡萄酒酵母來實(shí)現(xiàn)。一種包含粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）蘋果酸鹽透過酶基因和蘋果酸酶基因的葡萄酒酵母能夠?qū)⑻O果酸轉(zhuǎn)化為乙醇（蘋果酸乙醇發(fā)酵）。而一種包含mae1基因和來自乳酸菌的蘋果酸乳酸酶基因的轉(zhuǎn)基因酵母可以將蘋果酸轉(zhuǎn)化成乳酸（蘋果酸乳酸發(fā)酵）。在氣候相對冷涼、生產(chǎn)出的葡萄酒pH值低的產(chǎn)區(qū)，能進(jìn)行蘋果酸乙醇發(fā)酵的葡萄酒酵母會受到歡迎，而具有蘋果酸乳酸發(fā)酵能力的酵母則更適合于氣候較溫暖生產(chǎn)出的葡萄酒具有較高pH值的產(chǎn)區(qū)。應(yīng)用這些經(jīng)過改良的酵母對紅葡萄酒和某些需要蘋果酸乳酸發(fā)酵的特定風(fēng)格的白葡萄酒來說還可以通過不使用蘋果酸乳酸細(xì)菌而減少生物胺的產(chǎn)生。
生物技術(shù)在二十一世紀(jì)為提高葡萄酒的品質(zhì)，降低優(yōu)質(zhì)葡萄酒的生產(chǎn)成本，滿足不同消費(fèi)者多元的個性化需求，提供了更為廣闊的可能和選擇空間，盡管經(jīng)基因改良的酵母現(xiàn)在還多是實(shí)驗(yàn)室菌株，只有少數(shù)是商業(yè)菌株，也沒有任何經(jīng)基因重組后的菌株投入酒廠應(yīng)用；盡管在基因改良酵母的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域還存在很多爭論，但世界上的多個實(shí)驗(yàn)室正在加緊這方面的研究，小規(guī)模的發(fā)酵試驗(yàn)取得令人振奮的結(jié)果。相信在不遠(yuǎn)的將來經(jīng)基因改良的酵母菌株將會面對市場、消費(fèi)者和釀酒師的選擇和考驗(yàn)。
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編輯：張怡
