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啤酒发酵论文:啤酒生产中双乙酰调控的研究.pdf

啤酒发酵论文:啤酒生产中双乙酰调控的研究

孤独侠
2011-01-13 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《啤酒发酵论文:啤酒生产中双乙酰调控的研究pdf》,可适用于其他资料领域

啤酒生产中双乙酰调控的研究陈茉宋刚*(黑龙江大学黑龙江哈尔滨)摘要:双乙酰是啤酒中重要的风味物质也是啤酒成熟的重要标志。控制啤酒发酵液中双乙酰的含量可以缩短发酵周期提高啤酒品质。综述了啤酒生产过程中双乙酰的形成机制和调控方法的研究进展。关键词:啤酒酵母双乙酰调控中图分类号:TSTSTS文献标识码:BRegulationandControlofDiacetylinBeerBrewingCHENMo,SONGGang*(HeilongjiangUniversity,Harbin,Heilongjiang,China)Abstract:Diacetylisanimportantcomponentofbeerflavor,anditisalsoansignificantindextoestimatethebeerqualityShorteningfermentationperiodandimprovingbeerqualitycanbeaccomplishedbycontrolingthecontentofdiacetylinfermentationbrothThisarticlereviewedtheprogressofstudyontheformationmechanismandmetaboliccontrolofdiacetyl。Keywords:Sacchaomycescerevisiaediacetylcontrol双乙酰(Diacetyl)是酿酒酵母在啤酒发酵过程中产生的一种重要副产物它是影响啤酒质量和酵母活性的主要风味物质。双乙酰含量在啤酒发酵过程中增加在啤酒后熟过程中降低因此双乙酰也成为啤酒成熟的重要标志。在啤酒生产中如何降低双乙酰在发酵液中的含量提高啤酒的质量一直是啤酒生产企业关注的实际问题也是相关科研人员的重要研究课题。双乙酰的形成及分解途径在啤酒发酵过程中酿酒酵母会产生大量的α乙酰乳酸由于α乙酰乳酸的合成和分解代谢不平衡导致α乙酰乳酸在酵母中不断积累。其中的一部分分泌到细胞外进入啤酒发酵液中进一步经过非酶促氧化脱羧反应产生双乙酰。酿酒酵母可以产生还原酶在酵母细胞内可以将双乙酰还原成乙偶姻而后降解生成丁二醇乙偶姻和丁二醇不会影响啤酒的品质。但由于啤酒的后酵期酵母含量很少啤酒中的双乙酰还原速度很低需要较长的时间才能够将啤酒中的双乙酰含量降至阈值之下因而也会影响啤酒生产的周期。啤酒生产中控制双乙酰的策略根据酿酒酵母双乙酰的代谢途径控制双乙酰的产生主要有以下几个策略一是控制α乙酰乳酸的生成量二是提高α乙酰乳酸转化缬氨酸的效率三是提高双乙酰的转化速度。通常可以考虑在啤酒生产过程中的菌株选育和生产工艺两个方面入手而当前的研究热点主要集中在菌株选育。选育优良酵母菌株通过各种方法选育优良的酵母是从根本上控制啤酒中双乙酰含量的方法也是啤酒生产中最常用的方法。定向驯化筛选双乙酰降解效率高的酵母菌株定向驯化技术即人为地施加外界压力使得微生物的进化朝着预期方向发展是微生物筛选的一种最常用而又行之有效的试验方法。高浓度双乙酰定向驯化通过向培养基中添加高浓度的双乙酰可以筛选得到双乙酰降解速度快的菌株从而降低发酵液中双乙酰的含量。张秀丽等人经过代的定向驯化筛选得到优势酵母菌株mL三角瓶发酵实验结果表明发酵液中双乙酰含量与原始菌株相比下降了而其他的生物学特性仍与原始菌株保持一致。余晓红等也通过双乙酰驯化培养获得了双乙酰产量较低的优势酵母菌株。苯磺隆、甲磺隆定向驯化苯磺隆和甲磺隆(SM)均属于磺酰脲类除草剂其作用机制是抑制植物α乙酰乳酸合成酶(ALS)的活性进而阻碍植物的缬氨酸(Val)与异亮氨酸(Ile)生物合成。Faleo和Dumas研究发现苯磺隆在酵母中的作用位点也是ALS。对收稿日期:作者简介:陈茉女硕士研究生从事微生物遗传育种研究工作。第卷第期年月酿酒LIQUORMAKINGVol№Sep文章编号:()SM抗性突变株进行遗传分析发现SM抗性突变株的突变基因正是ALS合成基因的等位基因这就使得SM抗性突变株可能产生活力较低的α乙酰乳酸合成酶(ALS)因此可以通过筛选苯磺隆抗性突变株来获得产低双乙酰酵母菌株。GjtermansenC等的实验验证了该方法的可行性。方维明等采用双乙酰结合苯磺隆的方法定向驯化得到低双乙酰啤酒酵母双乙酰峰值为mgL发酵d后双乙酰含量降至~mgL。诱变获得低产双乙酰酵母菌株采用诱变育种的手段结合适宜的筛选方法筛选产低双乙酰酵母菌株是选育低产双乙酰酵母菌株的主要方法。目前主要集中在对诱变手段的研究物理诱变采用的方法主要有紫外诱变、激光诱变和离子注入诱变等化学诱变采用的方法主要有亚硝酸和EMS诱变等。申玉香等通过采用紫外诱变结合苯磺隆抗性筛选的方法选育得到产低双乙酰啤酒酵母发酵试验结果表明与原始菌株相比筛选得到的菌株发酵液双乙酰含量下降了。汪志君等通过紫外诱变的方法筛选的得到一株啤酒酵母突变株与原始菌株相比双乙酰的含量降低了高级醇的含量降低了。张秀丽等以甲基磺酸乙酯(EMS)为诱变剂对啤酒生产菌株FB进行诱变分离得到优良突变株BEZL发酵罐的发酵试验结果表明发酵d后BEZ的发酵液双乙酰含量比FB发酵液中的含量降低了。同时筛选得到一株产低双乙酰优势菌株FBEmL三角瓶发酵试验结果表明发酵d后FBE发酵液中双乙酰含量与原始菌株相比降低了。张智维等通过HeNe激光诱变的方法获得到一株产低双乙酰酵母突变株发酵试验结果表明发酵天后发酵液中的双乙酰值为mgL与原始菌相比下降了。刘凤珠等采用离子注入的方法对啤酒酵母进行诱变结合双乙酰耐受筛选获得优势酵母菌株该菌株不仅酒精产量降低而且双乙酰还原能力显著提高。原生质体融合选育低双乙酰酵母菌株由于原生质体融合技术的优越性非常明显因而在低双乙酰酿酒酵母的选育中也得到了广泛应用。蔡车国等以发酵度较高、凝絮性较差的啤酒酵母菌株H的原生质体为受体以凝絮性较强、发酵度较低的啤酒酵母菌株N热灭活的原生质体为供体进行融合获得融合子的发酵液中双乙酰含量均低于mgL其它性状指标均优于亲本。王芬等采用双亲灭活的方法以啤酒酵母菌株JW和NW为亲本进行原生质体融合。得到融合株DR以°Bx麦芽汁为培养基用L的发酵罐在℃下发酵发酵d发酵液的发酵度为发酵液中的双乙酰含量为mgL该菌株在啤酒酿造工业中具有应用前景。周东坡等将生产用啤酒酵母LQ和QSB分别进行单倍体化并筛选LQ(Ile,Datr)和QSB(Ala,HS)的遗传标记采用双亲灭活的方法进行原生质体融合得到QSBXI的α乙酰乳酸合成的量与双乙酰生成的量均减少。构建产低双乙酰的酵母基因工程菌株随着现代生物技术的发展应用分子生物学方法构建工程菌株是从根本上解决双乙酰生成的最直接手段也成为控制啤酒发酵液中双乙酰含量的首选手段。目前构建低双乙酰产生酵母工程菌株的途径主要有三个一是在酿酒酵母中引入乙酰乳酸脱羧酶基因以改变α乙酰乳酸的代谢途径进而降低双乙酰产量二是弱化α乙酰乳酸合成途径中合成酶系基因的表达以减少α乙酰乳酸的合成三是增强啤酒发酵过程中α乙酰乳酸的降解速率。引入乙酰乳酸脱羧酶基因研究表明乙酰乳酸脱羧酶可以促使α乙酰乳酸直接快速生成乙偶姻从而降低双乙酰的生成。Sone等克隆产气肠杆菌的α乙酰乳酸脱羧酶基因并在啤酒酵母中进行表达发酵试验结果表明转化后的菌株发酵液中的双乙酰含量不到受体菌株的。Suihko等成功构建了含有克氏杆菌α乙酰乳酸脱羧酶基因的啤酒酵母工程菌株。张沛等成功构建了含有食品级醋化醋杆菌的α乙酰乳酸脱羧酶基因的啤酒酵母工程菌株该工程菌株发酵液中双乙酰的量与受体菌株相比下降了左右。减少α乙酰乳酸的合成为了解决α乙酰乳酸的合成和分解不平衡可以选择弱化α乙酰乳酸的合成。母茜等用磷酸甘油酸激酶基因PGK启动子和αfactor基因取代α乙酰乳酸合成酶基因ILV构建了工程菌株在d时乙偶姻含量降至μmolL。ILV基因的破坏使AHAS酶活明显降低使双乙酰合成减少最终使得胞外乙偶姻的含量减少。刘喜凤等将糖化酶基因(GAI)引入酿酒酵母同时去除PEP基因获得了低双乙酰酿酒酵母。张吉娜等通过自克隆的手段将酵母生产菌株YSF中的ILV基因替换成GSH和CUP基因构建低双乙酰酵母工程菌株mL三角瓶发酵试验结果表明该工程菌株发酵液的谷胱甘肽含量比受体菌高而双乙酰含量比受体菌降低了。王金晶等在酿酒酵母中引入糖化酶基因(GAL)和强启动子PGK基因同时去除乙酰乳酸合成酶基因(ILV)和乙醇脱氢酶基因(ADH)来降低双乙酰的合成加强α乙酰乳酸的降解为了降低双乙酰的生成可以考虑在啤酒发酵过程中加速α乙酰乳酸转化成缬氨酸这样就不会形成双乙酰的累积。陈茉等:啤酒生产中双乙酰调控的研究第五期李艳等采用PCR技术扩增啤酒酵母QY中的羟酸还原异构酶基因ILV,构建了整合载体YIpC整合转化QY通过铜抗性筛选转化子所得的转化子的羟酸还原异构酶的活力明显高于对照菌株QY转化子产生的双乙酰的量比原始菌株降低了。添加α乙酰乳酸脱羧酶α乙酰乳酸脱羧酶(ALDC)能够将α乙酰乳酸直接分解成为乙偶姻该过程中不存在双乙酰的形成过程。但是酵母菌本身并不存在ALDC因此向发酵液中加入ALDC能够有效地降低发酵液中双乙酰的含量已经广泛应用于啤酒的生产中。Godtfredsen等从地衣芽孢杆菌中纯化了ALDC并将其用于啤酒熟化的研究。发酵试验表明添加ALDC后啤酒发酵的成熟期大大缩短仅需d即可完成。优化发酵工艺酿酒酵母合成缬氨酸过程中产生的α乙酰乳酸是双乙酰形成的前体物质在整个反应体系中如果缬氨酸的含量增加便会反馈抑制α乙酰乳酸的形成进而减少双乙酰的生成。在啤酒的发酵过程中提高麦芽汁中的α氨基酸的含量可以提高缬氨酸的产量能够在一定程度上地控制双乙酰的形成。α乙酰乳酸转化生成双乙酰是缓慢的非酶氧化过程而双乙酰发生的还原反应的速度却很快如果能够加速双乙酰的形成过程便会有利于生成的双乙酰降解最终降低双乙酰的含量。在麦汁冷却时向其中通入氧以及发酵前期采用高温发酵都可以加速α乙酰乳酸向双乙酰的转化过程。MuduraElena等人的研究表明生产中双乙酰含量受温度和温度变化速率的影响最大而在后熟期双乙酰的含量下降速度会降低因此应适当升高温度。Bekatorou等采用低温固定化技术获得了较低的双乙酰产量。在发酵过程中施加压力可能影响酵母的相关代谢活力进而能够影响到双乙酰的生物合成与还原研究表明MPa的压力条件下要比MPa的在双乙酰的生成和还原速率都要低很多调节麦芽汁渗透压也会影响双乙酰的产生。展望当前降低双乙酰生成的方法主要是从菌株选育和生产工艺优化两个方面入手进行的。在菌株选育方面传统的菌株驯化和诱变育种方法已得到广泛的应用。随着科学技术的不断发展通过基因改造的方法构建工程菌株已成为一种直接而高效的手段而自体克隆技术由于在DNA重组过程中不涉及到外源的基因因此其安全性和性状稳定等方面的优势越来越受到研究人员的重视必将成为今后工作和研究的热点。生产工艺方面的改变由于设备条件等方面的局限效果不够明显。如果能够进一步深入了解双乙酰代谢相关过程的代谢途径和代谢机制利用代谢工程和系统生物学的手段从啤酒发酵生产的各个环节入手采取适当的方法和措施一定可以更加有效地控制发酵过程中双乙酰的含量缩短啤酒的成熟期减少啤酒的生产成本提高啤酒的质量。参考文献潘明,周永进微波技术选育啤酒酵母菌种的探讨J中国酿造,:唐晓达,张秀丽,魏文铃,等化学诱变选育低双乙酰啤酒酵母菌株的研究J食品科学,():母茜,王肇悦,张博润,等关于抗老化低双乙酰啤酒酵母的研究进展J酿酒科技,,:EvaGonzález,MRosarioFernández,DidacMarcoRoleofSaccharomycescerevisiaeOxidoreductasesBdhpandArapintheMetabolismofAcetoinand,ButanediolJApplEnvirMicrobiol,:OscarMaestre,TeresaGarcíaMartínezEffectsofADHOverexpressioninSaccharomycesbayanusduringAlcoholicFermentationJApplEnvirMicrobiol,:张秀丽,唐晓达,刘进文,等高浓度双乙酰定向驯化获得优良啤酒酵母菌株的研究J食品工业科技,,():余晓红,王资生,汪志君等低双乙酰啤酒酵母的选育J酿酒科技,:FalcoSC,Dumas,AnalysisofMutantsofSaccharomycescerevisiaeresistanttotheHebicideSulfometuronMethylJGenntics,,():GjtermansenC,NilsaonTTendPetersenJLTowardsdiacetyllessbrewer'syeastinfluenceofIlvandIlvMutationalBasicMiccobioJ,():方维明,等利用双乙酰和苯磺隆抗性选育低双乙酰啤酒酵母J扬州大学学报,():申玉香,汪志君,方维明紫外诱变及苯黄隆抗性处理选育低双乙酰啤酒酵母J酿酒科技,:汪志君,高庆,方维明,等紫外诱变筛选低高级醇和双乙酰含量的啤酒酵母J中国酿造,:张秀丽,唐晓达,蔡车国等低双乙酰啤酒酵母菌株BEZ的选育J工业微生物,,():张智维,张璐,代春吉低双乙酰啤酒酵母激光诱变条件的研究J中国酿造,,:刘凤珠,牛小明,张辉,等离子注入对啤酒酵母诱变效应的研究J中国酿造,:蔡车国,刘月英,戴玉聪用原生质体融合法优化啤酒酵母的凝絮性和发酵性能J厦门大学学报,():王芬,由媛,全丽双亲灭活的原生质体融合株啤酒酵母DR的构建及其特性的研究J酿酒,():周东坡,平文祥,孙剑秋通过灭活原生质体融合选育啤酒酵母新菌株J微生物学报,():第五期酿酒张家港市饮料机械有限公司ZHANGJIAGANGCITYDRINKMACHINERYCO,LTD(原白熊集团张家港市饮料机械厂)产品三包、代办托运、详细资料、函索即寄、欢迎垂询地址:江苏省张家港市三兴镇白熊路号电话:(总机)手机:()()销售热线:服务热线:传真:邮编:http:wwwsaiweicncomwwwsaiweicomcnEmail:wycsaiweicomcnwycsaiweicncom中、小型矿泉水、纯净水灌装生产线~瓶时。果汁、茶饮料热灌装生产线~瓶时。碳酸饮料等压灌装生产线~瓶时。酱油、醋、酒类灌装生产线~瓶时。三、五加仑桶装饮用水生产线~桶时。加仑瓶装饮用水生产线~桶时。豆奶、花生奶等蛋白饮料成套生产线~T时。复合果蔬汁、粉加工成套设备~T时。食用油专用包装生产线。饮料加工前处理成套设备。水处理(矿泉水、纯净水、)成套设备~T时。相关设备:吹瓶机、理瓶机、倒瓶杀菌机、喷淋冷却机、浓缩设备、CCP就地清洗机、超高温瞬时灭菌器、贴标机、全自动热收缩膜包装机等。赛威饮料机械与世界水平同步中国饮料加工设备、规格最全、品种最多、历史最久的企业之一与澳大利亚ASD公司合作、引进世界先进技术、专业制造食品与饮料成套设备※ISO国际质量体系认证企业※拥有一类压力容器制造许可证※苏州市高新技术企业※江苏省火炬计划项目R※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※SoneH,FujiiT,KondoK,ShimizuF,TanakaJ,InoueTNucleotidesequenceandexpressionoftheEnterobacteraerogenesalphaacetolactatedecarboxylasegeneinbrewer'syeastJApplEnvironMicrobiolJan():SuihkoMIBlomqvistKPenttilaMetalJBiotechnol,:张沛,张博润含α乙酰乳酸脱羧酶基因的啤酒酵母工程菌的构建J酿酒,,():母茜,蔡勇,王肇悦采用自克隆技术构建高SOD、低双乙酰的啤酒酵母工程菌J食品科学,():XFLiu,ZYWang,JJWangExpressionofGAIgeneanddisruptionofPEPgeneinanindustrialbrewer'syeaststrainJLettApplMicrobiol,():JNZhang,XPHe,XNGuoGeneticallymodifiedindustrialbrewingyeastwithhighglutathioneandlowdiacetylproductionJShengWuGongChengXueBao,():JJWang,ZYWang,XFLiuConstructionofanindustrialbrewingyeaststraintomanufacturebeerwithlowcaloriccontentandimprovedflavorJJMicrobiolBiotechnol,():李艳,张博润,王正祥,等羟酸还原异构酶基因在啤酒工业酵母中的整合表达J无锡轻工大学学报,,():GodtfredsenSEOntheoccurrenceofαacetolactatedecarboxylasesamongmicroorganismsJCarlsbergResCommun,,:ElkeNevoigtProgressinMetabolicEngineeringofSaccharomycescerevisiaeJMicrobiolMolBiolRev,:JoanneMKingsbury,JohnHMcCuskerCytocidalaminoacidstarvationofSaccharomycescerevisiaeandCandidaalbicansacetolactatesynthase(ilv)mutantsisinfluencedbythecarbonsourceandrapamycinJMicrobiologyMar,:MaryamEhsani,MariaRFernández,JosepAEngineeringof,ButanediolDehydrogenaseToReduceAcetoinFormationbyGlycerolOverproducing,LowAlcoholSaccharomycescerevisiaeJApplEnvirMicrobiol,:MuduraElena,SevastiaMuste,MariaTofanRISKMANAGEMENTOFBEERFERMENTATIONDIACETYLCONTROLJBuletinUSAMV,:ABekatorou,ASarellas,NGTernanLowtemperaturebrewingusingyeastimmobilizedondriedfigsJJAgricFoodChem,():KSigler,DMatoulkova,MDienstbier。Neteffectofwortosmoticpressureonfermentationcourse,yeastvitality,beerflavor,andhazeJApplMicrobiolBiotechnol,():陈茉等:啤酒生产中双乙酰调控的研究第五期

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