如何控制克魯維畢赤酵母在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸的量？
小楊 / 2025-07-24 09:14:12
控制
克魯維畢赤酵母在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸量，需結(jié)合其代謝特性，從菌株選擇、環(huán)境條件、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控及工藝優(yōu)化等多維度綜合干預(yù)，具體方法如下：
一、篩選和選擇合適的菌株
不同
克魯維畢赤酵母菌株的代謝能力存在天然差異，其有機(jī)酸產(chǎn)生量（如琥珀酸、檸檬酸的積累）可能相差 2-3 倍。因此，菌株選擇是基礎(chǔ)控制手段：
優(yōu)先選擇經(jīng)篩選驗(yàn)證的“低有機(jī)酸產(chǎn)生菌株”：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室預(yù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同菌株在模擬發(fā)酵條件下的有機(jī)酸總量，篩選出琥珀酸、檸檬酸產(chǎn)量低，且蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)化能力適中的菌株。
避免使用野生菌株：野生菌株的代謝穩(wěn)定性差，可能因環(huán)境波動(dòng)導(dǎo)致有機(jī)酸產(chǎn)量驟升，而工業(yè)馴化菌株的代謝更可控。
二、調(diào)控發(fā)酵基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)組成
克魯維畢赤酵母的有機(jī)酸合成與碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)整基質(zhì)成分可顯著影響其代謝流向：
1、碳源類(lèi)型與濃度：
葡萄糖、果糖等速效碳源易促進(jìn)丙酮酸積累（進(jìn)而轉(zhuǎn)化為琥珀酸），而乳糖、半乳糖等慢速碳源可減少中間代謝物滯留。例如，在葡萄酒發(fā)酵中，若需降低有機(jī)酸，可適當(dāng)減少初始糖濃度（如控制在 200-250g/L），或混合添加部分低代謝效率的碳源（如少量木糖）。
2、氮源濃度與比例：
氮源（如銨鹽、氨基酸）不足時(shí)，細(xì)胞易啟動(dòng)“碳溢流代謝”，導(dǎo)致檸檬酸積累（因氮限制抑制三羧酸循環(huán)的后續(xù)步驟）。因此，需保證充足氮源（如葡萄酒發(fā)酵中，將酵母可同化氮調(diào)整至 150-200mg/L），可添加硫酸銨或復(fù)合氨基酸，減少檸檬酸的過(guò)量產(chǎn)生。
3、礦物質(zhì)與維生素：
鎂離子（Mg²?）是三羧酸循環(huán)中關(guān)鍵酶（如異檸檬酸脫氫酶）的輔酶，低鎂條件會(huì)抑制有機(jī)酸合成?？赏ㄟ^(guò)添加 0.05-0.1g/L 硫酸鎂調(diào)節(jié)；此外，補(bǔ)充生物素（維生素 H）可促進(jìn)氮代謝，間接減少有機(jī)酸積累。
三、優(yōu)化發(fā)酵環(huán)境條件
環(huán)境因素通過(guò)影響酶活性和細(xì)胞代謝途徑，調(diào)控有機(jī)酸的產(chǎn)生量，核心參數(shù)包括：
1、溫度：
克魯維畢赤酵母在 15-25℃范圍內(nèi)生長(zhǎng)旺盛，高溫（如 28-30℃）會(huì)增強(qiáng)三羧酸循環(huán)活性，促進(jìn)琥珀酸、檸檬酸生成；低溫（如 12-15℃）則抑制代謝速率，減少有機(jī)酸積累。例如，在白葡萄酒發(fā)酵中，控制溫度在 16-18℃，可在保證風(fēng)味物質(zhì)生成的同時(shí)，降低有機(jī)酸產(chǎn)量。
2、pH 值：
初始 pH 偏酸性（如 pH 3.0-3.2）會(huì)抑制細(xì)胞對(duì)有機(jī)酸的分泌（因酸性環(huán)境下有機(jī)酸解離減少，胞內(nèi)積累反饋抑制合成）；而 pH 過(guò)高（如 pH 4.0 以上）可能促進(jìn)有機(jī)酸外排?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整發(fā)酵基質(zhì)的初始 pH（如添加酒石酸微調(diào)）控制，葡萄酒發(fā)酵中通常將初始 pH 控制在 3.3-3.5。
3、氧氣含量：
有氧條件下，細(xì)胞通過(guò)有氧呼吸代謝，三羧酸循環(huán)活躍，有機(jī)酸（如檸檬酸、琥珀酸）產(chǎn)生量增加；無(wú)氧條件下，代謝轉(zhuǎn)向乙醇發(fā)酵，有機(jī)酸積累減少。因此，需控制通氣量：若需降低有機(jī)酸，可采用密閉發(fā)酵或減少攪拌（如葡萄酒發(fā)酵中保持厭氧環(huán)境）；若需少量有機(jī)酸調(diào)節(jié)風(fēng)味，可在發(fā)酵初期短暫通氣（如通入 5-10 分鐘無(wú)菌空氣）。
四、控制發(fā)酵階段與協(xié)同微生物作用
1、發(fā)酵時(shí)間調(diào)控：
克魯維畢赤酵母的有機(jī)酸主要在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期初期積累，后期可能通過(guò)代謝再利用部分有機(jī)酸（如琥珀酸可作為碳源被消耗）。因此，可在有機(jī)酸達(dá)到目標(biāo)量時(shí)，通過(guò)升高溫度（如 30℃維持 2 小時(shí)）或添加
釀酒酵母（競(jìng)爭(zhēng)底物）終止其代謝，避免過(guò)量積累。
2、混合發(fā)酵協(xié)同：
與
釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）混合發(fā)酵時(shí)，釀酒酵母會(huì)快速消耗葡萄糖等碳源，抑制克魯維畢赤酵母的有機(jī)酸合成?？煽刂苾烧呓臃N比例（如克魯維畢赤酵母：
釀酒酵母 = 1:10），既保留其風(fēng)味貢獻(xiàn)，又減少有機(jī)酸產(chǎn)生。此外，添加產(chǎn)酸能力弱的乳酸菌（如
植物乳桿菌），可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)氮源進(jìn)一步抑制有機(jī)酸積累。
五、后期干預(yù)與監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：通過(guò) HPLC 定期檢測(cè)發(fā)酵液中有機(jī)酸（丙酮酸、檸檬酸、琥珀酸等）的濃度，根據(jù)目標(biāo)值（如葡萄酒中琥珀酸通?？刂圃?0.5-1.0g/L）及時(shí)調(diào)整參數(shù)。
后期調(diào)節(jié)：若有機(jī)酸過(guò)量，可通過(guò)物理方法（如低溫處理促進(jìn)結(jié)晶析出）或添加中和劑（如碳酸鈣，限量使用）微調(diào)，但需符合食品加工標(biāo)準(zhǔn)。
綜上，控制
克魯維畢赤酵母的有機(jī)酸產(chǎn)生量需結(jié)合“菌株篩選 - 營(yíng)養(yǎng)調(diào)控 - 環(huán)境優(yōu)化 - 工藝協(xié)同”多環(huán)節(jié)，核心是通過(guò)調(diào)節(jié)其代謝流向，在保證風(fēng)味貢獻(xiàn)的同時(shí)，維持發(fā)酵體系的酸度平衡。實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體產(chǎn)品（如葡萄酒、果酒）的風(fēng)味需求，針對(duì)性調(diào)整參數(shù)。
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