格瓦斯低醇酵母菌株的篩選

溫佳琦，王鑫，張文靜，劉芝芝

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱150076）

格瓦斯低醇酵母菌株的篩選

溫佳琦，王鑫，張文靜，劉芝芝

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱150076）

以秋林面包團為原料，采用液態(tài)發(fā)酵工藝，通過試驗測定與數據評價分離出酵母菌株的產醇能力、產氣能力、產香能力，獲得1株適用于面包格瓦斯飲料發(fā)酵生產的產醇量低（最低產醇量為0.54%）、產氣量高、產面包香最為突出且菌株凝聚性較好的酵母菌菌種。

格瓦斯；酵母菌；低醇

格瓦斯（KBAC）在俄語中有“用面包發(fā)酵”的意思，最早起源于俄國。傳統(tǒng)的格瓦斯是采用原始的俄羅斯發(fā)酵工藝，其主要原料是天然的谷物，是全國唯一面包釀造飲料。以面包為原料發(fā)酵的飲料口感和感官性狀更易于接受，富含人體所需的多種營養(yǎng)成分，如氨基酸、維生素、乳酸、鈣，以及在發(fā)酵過程中產生的益生菌群等多種營養(yǎng)成分[1-3]，而且還具有抑菌作用[4]，可以延長食品的保質期，有利于人體健康[5]，具有改善腸道功能、開胃健脾、降血壓、消除疲勞等功效[6]。在追求健康、保健的21世紀，人們對乙醇的攝入量有了更高要求，因此對格瓦斯中乙醇含量應該進行更好的控制。市場上銷售大批迎合消費者需求及口感的低醇及無醇酒，成為老少皆宜的健康飲品[7]。人們可以隨時隨地飲用，即使開車過程中也不必限制單次飲用量。酵母菌既能產生獨特的風味物質，還能抑制發(fā)酵過程中其他菌種的生長發(fā)育，防止產品的腐敗，起到重要的生物保存作用，延長保質期[8]。現(xiàn)階段，生產無醇及低醇酒的方法分為物理方法和生物方法，物理方法為滲析法、反滲透法、真空蒸餾、精餾及旋轉椎體蒸發(fā)；生物方法則限制發(fā)酵方法和使用特殊酵母[9-10]。

試驗以面包酵母菌為原料，檢測并篩選出產酒精量低、產氣量高、產香能力強的菌種進行培養(yǎng)，制成產品低醇格瓦斯。

1 材料與方法

1.1 主要原料與試劑

面包酵母，市售面包干、秋林面包團；葡萄糖，天津市天力化學試劑有限公司提供；瓊脂，天津基準化學試劑有限公司提供。

1.2 主要儀器與設備

HH-S4型電子恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市友聯(lián)儀器研究所產品；FA2014型電子天平，上海右一儀器有限公司產品；電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津市順諾儀器科技有限公司產品；立式壓力蒸汽滅菌鍋，濟南宇晗醫(yī)療器械有限公司產品；KDM型可調控溫電熱套，山東鄄城華魯電熱儀器有限公司產品。

2 試驗方法

2.1 工藝流程

2.2 樣品的前處理及制備

2.2.1 面包汁的預處理

取面包干100 g，加入沸水1 000 mL，浸泡約10 min，用2層紗布過濾，濾液為面包汁，備用。

2.2.2 面包汁的糖化

加入面包汁質量2%的葡萄糖，進行糖化。

2.2.3 面包酵母的接種

將一定量的秋林面包團置于糖化后的面包汁中，在28℃下靜置培養(yǎng)24 h后，在固體培養(yǎng)基上劃線培養(yǎng)。在28℃下靜置培養(yǎng)48 h后，選取單個菌落置于若干個裝有10 mL面包汁的小試管中。

2.2.4 酵母菌的活化

從1支冰箱保存裝有酵母菌原菌的試管中用移液管取1 mL接入到另1支裝有5 mL面包汁的試管中，然后在28℃恒溫培養(yǎng)箱中，靜置培養(yǎng)24 h[11]。

2.2.5 酵母菌的擴大培養(yǎng)

將150 mL液體面包汁培養(yǎng)基倒入300 mL三角瓶中，滅菌冷卻后接入1環(huán)活化后的斜面酵母菌，將其置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，然后制成菌懸液備用[11]。

2.3 酵母菌發(fā)酵產乙醇量的測定

將150 mL液體面包汁培養(yǎng)基倒入300 mL三角瓶中，滅菌冷卻后接入酵母菌菌懸液，將其置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，發(fā)酵結束后蒸餾出乙醇，再利用酒精比重計測定乙醇含量。

2.4 酵母菌產二氧化碳氣體的能力測定

選取10支滅菌后的座式發(fā)酵（30 mL），分別裝入25 mL酵母菌懸液，然后置于培養(yǎng)箱中于28℃條件下靜置發(fā)酵48 h，發(fā)酵結束后測定酵母菌的產氣量大小。

2.5 酵母菌產香能力測定

2.5.1 總酯含量的測定

將活化后的酵母菌懸液接入到300 mL三角瓶中，并加入150 mL液體面包汁培養(yǎng)基，置于恒溫培養(yǎng)箱中于28℃條件下靜置發(fā)酵48 h，停止發(fā)酵后測定酯類含量。

2.5.2 感官品評

取適量的發(fā)酵液置于杯中，搖晃數次后置于鼻子下方，嗅聞是否有特殊的香氣或其他味道，同時做好結果記錄。

截至2017年底，在電力、石油、天然氣、民航、電信、軍工等重點領域，已有3批50家國有企業(yè)成為國家混合所有制改革試點單位，超過2/3央企的各級企業(yè)實現(xiàn)國有資本和社會資本在產權層面的混合，開展了混合所有制改革。其中，2017年中央企業(yè)新增混合所有制企業(yè)戶數超過700戶，通過資本市場引入社會資本超過3386億元。數據還顯示，目前實施混合所有制改革的央企和國有企業(yè)中，子公司的層級越低，混合程度越高。

2.6 酵母菌凝聚能力的測定

將5種不同目標酵母菌菌株置于滅菌后的10 mL面包汁培養(yǎng)基中，在28℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)24 h。再取多支管徑相同的試管，移液管取1 mL酵母菌培養(yǎng)液于裝10 mL滅菌液體面包汁培養(yǎng)基試管中，在28℃下振蕩培養(yǎng)48 h；再將沉淀的酵母菌細胞搖勻，規(guī)定T表示酵母菌細胞數。在28℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)30 min后，測出懸浮酵母菌細胞數，用S表示。

式中：F——酵母菌凝聚性；

T——酵母菌細胞數；

S——懸浮酵母菌細胞數。

3 結果與討論

3.1 篩選不同酵母菌產生乙醇能力的結果分析

格瓦斯作為最具有代表性的發(fā)酵制品，在發(fā)酵過程中既要限制乙醇的生成量，又要保持豐富的醇感，為了實現(xiàn)這一目標可以通過試驗篩選目標酵母菌株，從而獲得乙醇量低但醇感豐富的菌株。不同的酵母菌株產醇能力不同。試驗設計了比較5株酵母菌株發(fā)酵結束后所產生乙醇量的方法，將5株酵母菌分別在糖度為8 Bx的液體面包汁培養(yǎng)基中培養(yǎng)，于28℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置發(fā)酵48 h，發(fā)酵結束后蒸餾酒精，再利用酒精比重計測定發(fā)酵液中的乙醇含量。

圖15 種酵母菌的乙醇產量

由圖1可知，在相同的發(fā)酵條件下，5種菌株發(fā)酵后乙醇產量不同，強弱能力有較大差異。其中，乙醇產量最大的是Y-1酵母菌，為3.01%；乙醇產量較大的是Y-2酵母菌，為2.93%；Y-4酵母菌乙醇產量為2.39%；Y-3酵母菌與Y-5酵母菌乙醇產量最低，分別為0.54%與0.57%。

3.2 酵母菌產氣能力的篩選

在格瓦斯的發(fā)酵過程中，菌體產生的主要氣體為CO2。而在酵母菌和乳酸菌中，產氣量最大的為酵母菌。

試驗檢測5種不同酵母菌株產生CO2氣體的量，將5株酵母菌分別接種到裝有8 Bx液體面包汁培養(yǎng)基的30 mL座式發(fā)酵管中，于28℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置發(fā)酵48 h。發(fā)酵結束后，測定座式發(fā)酵管中最終面包汁的含量。

不同酵母菌的產氣能力見表1。

表1 不同酵母菌的產氣能力

由表1可知，相同發(fā)酵條件，5種酵母菌株在發(fā)酵過程中均能產生CO2，但所產CO2的量不同。Y-1酵母菌產氣量最大，產氣能力最強；Y-2酵母菌、Y-3酵母菌的產氣能力相近；Y-4酵母菌的產氣能力較弱；Y-5酵母菌產氣能力最弱。

3.3 酵母菌產面包香氣能力篩選

格瓦斯在傳統(tǒng)發(fā)酵過程中，隨著酵母菌菌株的發(fā)酵過程會產生多樣代謝產物，其中包括醇類、酯類、酸類等，而每種成分含量不同則會產生不同的香氣，即格瓦斯也會有不同的香氣風味。試驗將5株酵母菌分別接種到發(fā)酵環(huán)境為8 Bx的液體面包汁培養(yǎng)基中，于28℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置發(fā)酵48 h，發(fā)酵結束后測其發(fā)酵過后總酯香含量。

不同酵母菌發(fā)酵液的總酯含量見圖2。

圖2 不同酵母菌發(fā)酵液的總酯含量

由圖2可知，相同的試驗條件下，5種不同的酵母菌株都有產生酯香的能力，但其產總酯香的能力有所差異。產酯能力最強的是Y-5酵母菌，其發(fā)酵液總酯含量為3.56 g/L；Y-2酵母菌和Y-4酵母菌產酯能力相差較小，其發(fā)酵液總酯含量分別為3.10 g/L和2.65 g/L；Y-1酵母菌和Y-3酵母菌的產酯能力最低，其發(fā)酵液總酯含量分別是2.02 g/L和2.32 g/L。

利用感官評價，對5株酵母菌發(fā)酵后所形成香氣的特征差異進一步品評。

不同酵母菌發(fā)酵格瓦斯的香氣特征評定見表2。

由表2可知，相同的發(fā)酵條件下，5種不同菌株所產生的特征香氣不同。每種菌株都能產生一定的香味特征，如酯香、醇香，但不同菌株所產生的香味特征存在一定差異。Y-3菌株發(fā)酵過程結束后產生的面包香氣最為突出，而其他菌株發(fā)酵過后產生的面包香氣較為微弱甚至沒有。Y-1酯香特征較弱但醇香特征較突出；Y-2酯香和醇香特征都較為一般；Y-3酯香一般但醇香特征不突出；Y-4酯香和醇香特征都一般；Y-5酯香特征突出、醇香一般。

表2 不同酵母菌發(fā)酵格瓦斯的香氣特征評定

3.4 酵母菌凝聚性篩選

酵母菌的凝聚性是評判格瓦斯發(fā)酵中不同酵母菌菌株發(fā)酵結果優(yōu)劣和篩選的重要指標之一，是酵母菌自身特有的一種微生物學特性。利用酵母細胞數沉降法，研究5株酵母菌的凝聚性特征。

5種酵母菌的凝聚性見表3。

表35 種酵母菌的凝聚性

T為酵母細胞培養(yǎng)液穩(wěn)定情況下的細胞數；S為酵母培養(yǎng)液靜置30 min后懸浮的細胞數。結論可得，凝聚性最強的是Y-4酵母菌，而Y-3酵母菌、Y-2酵母菌、Y-1酵母菌的凝聚性較弱，凝聚性最弱的是Y-5酵母菌。上述試驗結果表明，相同培養(yǎng)條件下，不同種類酵母菌其凝聚性不同且差異明顯。

綜上所述，最合適作為格瓦斯發(fā)酵菌株是Y-3菌株。乙醇含量低、特征香氣突出這2個指標是生產格瓦斯的首要條件，Y-3酵母菌滿足乙醇產量最低，發(fā)酵后的面包香最為突出；同時產CO2氣體體積較大；酵母菌自身凝聚性較好的幾項標準，所以選擇Y-3酵母菌并將其命名為KLAY-3，作為格瓦斯發(fā)酵工藝創(chuàng)新研究酵母菌株。

4 結論

研究格瓦斯發(fā)酵工藝及格瓦斯發(fā)酵所用酵母菌株發(fā)酵特性篩選，試驗在結合格瓦斯發(fā)酵菌株——酵母菌的理化性質，對5種不同酵母菌株發(fā)酵后產格瓦斯的品質進行感官評價。通過研究格瓦斯酵母菌產乙醇能力、產CO2氣體能力、產酯香及面包香能力及其生物特性凝聚性的比較，最終精選到1株適合現(xiàn)代格瓦斯發(fā)酵生產工藝的酵母菌菌種KLAY-3。

[1]Marilley L，Casey M G.Flavors of cheese products：metabolic pathways，analytical tools and identification of producing strains[J]．International Journal of Food Microbiology，2004（2）：139-159．

[2]Lacroix N，ST-Gelais，Champagne C P，et al．Characterization of aromatic properties of old-style cheese starters[J]．Journal of Dairy Science，2010（8）：3 427-3 441．

[3]Sicard D，Legras J L．Bread，beer and wine：yeast domestication in the Saccharomyces sensu stricto complex[J]．Comptes Rendus Biologies，2011（3）：229-236．

[4]Russo P，Liguori L，Albanese D，et al.Chemical Engineering Transactions[J].Aidic Servizi Srl，Italy，2013（7）：1 735-1 740．

[5]Gaggia F，Digioia D，Baffoni L，et al．The role of protective and probiotic cultures in food and feed and their impact on food safety[J]．Trends in Food Science and Technology，2011（2）：S58-S66．

[6]Poutanen K，F(xiàn)lander L，Katina K．Sourdough and cereal fermentation in an nutritional perspective[J]．Food Microbiology，2009，26（7）：693-699．

[7]馬文娟，劉麗，張燕燕，等.一種新型格瓦斯綠茶飲料的制備[J].東北農業(yè)大學學報，2012，43（2）：117-120．

[8]AlejandroRuiz-Rodrígueza，TizianaFornaria，LauraJaimea，et al.Supercritica CO2extraction applied toward theproduction of a functional beverage from wine[J].Journal of Supercritical Fluids，2012（6）：92-100.

[9]Steve Labire Rima Hatoum，Ismail Fliss.Antimicrobial and probiotic properties of yeasts：rom fundamental to novel applications[J].Frontiers in Microbiology，2012（3）：1-12.

[10]Giovanni De Francesco，Gary Freeman，Eung Lee，et al. Eects of operating conditions during low-alcohol beerproduction by osmotic distillation[J].Journal of Agriculturaland Food Chemistry，2014（14）：3 279-3 286.

[11]趙曉.格瓦斯酵母菌株篩選及發(fā)酵工藝的研究[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2013.◇

Screening of KBAC Low Alcohol Yeast Strains

WEN Jiaqi，WANG Xin，ZHANG Wenjing，LIU Zhizhi
（Key Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang Province，School of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Take Qiulin bread as raw material，adopting the liquid fermentation process，measured by experiment and data evaluation of isolated yeast strains for alcohol producing ability，gas production capacity，the ability to produce sweet，is suitable for fermentation of bread KBAC beverage production of low ethanol production（with the lowost alcohol amount 0.54%，high gas production，the most prominent strains of yeasts and condensed better.

KBAC；yeast；low alcohol

TS275.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.030

1671-9646（2017）08b-0004-04

2017-06-16

哈爾濱商業(yè)大學創(chuàng)新基金項目（201610240034）。

溫佳琦（1996—）女，本科，研究方向為生物工程。