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什么是固定化酵母?

间歇式啤酒发酵工艺中,啤酒酵母在加入麦芽汁以前需经较长时间的扩大培养,主发酵结束后还要对酵母加以回收、洗涤,操作比较烦琐,发酵周期长,而且容易引起杂菌污染。随着固定化技术的不断发展,在啤酒生产中出现了固定化酵母发酵的方法,即将高浓度的酵母细胞固定在载体上,放入生化反应器进行连续发酵的方法。采用固定化酵母进行连续发酵,可有效地改进啤酒连续发酵的效果:固定化酵母凝聚性强,酵母和发酵液容易分离;固定化酵母活性高,可反复多次使用;固定化酵母的使用可以增加发酵液中酵母细胞浓度,从而使发酵速度加快,发酵周期缩短,生产效率高,这也是今后啤酒工业发展方向之一。

啤酒酵母细胞固定化常用的方法有以下几种。

(1)载体结合法(吸附法)  载体结合法即以不溶于水的多糖、蛋白质合成多聚体或无机材料(玻璃或陶瓷等)为载体,通过物理吸附、离子键、共价键等作用将酵母细胞直接结合到载体上。这种方法简便易行,成本低,但容易受到周围环境的影响,不易控制,使用范围局限性较大。

(2)交联法  交联法即利用双官能团交联剂(如戊二醛等)使酵母细胞发生互相交联而固定。这种方法所采用的交联剂大多带有毒性,因此很难在啤酒生产中得到应用。

(3)包埋法  此法即采用多聚体的载体直接将酵母细胞包埋在其中,是目前微生物细胞固定化技术中最有效、最为常用的方法。常用的包埋剂主要有海藻酸盐、角叉胶琼脂糖、环氧树脂、聚丙烯酰胺等。在选择酵母固定化材料时,应考虑发酵液的特点及其对啤酒风味的影响。使用效果较好的是海藻酸钙凝胶,它是β-无水右旋甘露糖醛酸的聚合物。下面以海藻酸钙凝胶作包埋剂为例,简要介绍一下酵母细胞包埋的方法。

啤酒酵母经扩大培养后,通过离心分离获得酵母细胞,再用无菌水洗涤两次,也可选择回收并洗涤的性能优良的啤酒酵母。将25g湿菌体悬于50mL无菌去离子水中制成酵母菌悬液,用50mL麦汁溶解2g海藻酸钠制成4%的海藻酸钠溶液,将制成的酵母菌悬液与4%的海藻酸钠溶液以等体积充分混匀。用1000mL麦汁溶解5.5g无水Ca Cl2,配制成浓度为0.05mol/L的Ca Cl2溶液备用。取50mL已配制好的CaCl2-麦汁溶液于100mL无菌三角瓶中,并将其置于37℃水浴10min,用注射器吸入海藻酸钠菌悬液,与5号静脉注射针头相连接,并适度加力,使溶液成滴滴入CaCl2-麦汁溶液中。待溶液滴完后,将三角瓶放入20~22℃水浴中维持1h,使酵母充分固化。然后倾去上清液,用100mL无菌去离子水洗涤固定化酵母1次,再加入 0.05 mol/L Ca Cl2-麦汁溶液,平衡24h即可使用。

酵母固定化后,应进行固定化效果检测,其中活细胞数目是检测的主要指标之一。通常利用钙螯合剂如磷酸盐溶液将胶珠中CaCl2螯合而使胶珠破坏或溶解,再通过稀释、涂布琼脂平板进行活菌计数,或直接用稀释液在血球计数板上计数。

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