2 关于酵母转接时间的要求
关于酵母转接时间的确定,存在着两个指导思想:一个是追求酵母高发芽率,即酵母在对数生长期的中期或后期,进行下一步扩大培养;另一个是追求酵母生长最大数,即酵母生长基本处于稳定期时,在酵母细胞数量积累到一定程度后,进行下一步扩大培养。
笔者认为,无论采用哪一种方法,都应该符合企业自身酵母培养环境的现状。如果自身培养环境无菌条件控制得比较好,那么采用第一个方案是一个很好的选择。因为这样做不仅能显著缩短酵母的迟滞期,使酵母快速启发,而且能有效减缓细胞发生衰老。但不利因素是,如果片面追求酵母的出芽率,势必造成接种时间的前移,导致接种后培养基中的酵母数量在一定时间内处于较低的水平,这就增加了染菌的几率。笔者从自身的工作经验考虑,建议中小型啤酒企业采用第二个方案的酵母转接时间比较妥当。
3 关于酵母接种比例的要求
在实验室酵母培养阶段,不宜使酵母接种浓度过大。因为接种浓度越高,越容易导致酵母细胞在短时间内积累足够多的数量,造成酵母新增殖的细胞少,衰老的细胞多。因此,在实验室酵母培养期间,应该通过合理地调控酵母接种比例,使麦汁中酵母细胞初始浓度控制在1.0×107个/mL左右为宜。
一般情况下,实验室酵母细胞的复壮培养(活化培养)可以使用1∶(15-20)的接种比例,在以后的实验室扩大培养过程中,可随着培养温度的降低,逐步降至1∶10左右。
4 关于酵母培养过程中通风、供氧的要求
酵母的扩大培养过程是一个细胞增殖的过程,同时也是一个需氧的过程,因此,氧在酵母培养的过程中是一个非常重要的影响因素。
酵母一旦接入麦汁,就会迅速利用麦汁中的氧合成不饱和脂肪酸和固醇,这些是构成酵母细胞质膜结构和维持其完整性所必需的物质,它们可以提高酵母细胞在热刺激、乙醇等不利环境中的耐受力。供氧不足会导致酵母固醇含量降低,从而减少细胞分裂的次数,最终使培养液中酵母总的收获量减少。由于麦汁中不饱和脂肪酸浓度处于较低水平,而且其合成需要依赖氧的参与,所以,为了保障酵母有充足的不饱和脂肪酸供应,必须向麦汁中供应充足的氧。
实验室酵母培养期间,一般通过定时对培养容器进行摇晃、振荡的方式,补充酵母在培养过程中所需的氧。采取这种通氧方式,一方面可以加快麦汁的运动,从而带动悬浮在培养液中的酵母细胞剧烈运动;另一方面,通过液体的振荡、洗涤作用,有助于酵母细胞摆脱吸咐在细胞表面的附着物,从而加大细胞与麦汁的有效接触面积,加强其对麦汁中营养物质及氧的吸收,这对酵母细胞的生长繁殖是有利的,同时还可以避免酵母过早地发生凝聚、沉降现象。
但这种充氧方式容易造成酵母具有多个生长期。此外,酵母在细胞增殖过程中为了满足自身的营养需要,必须从培养基中获得足够多的能量,但是麦芽汁培养基提供的能量是有限的。当营养出现匮乏的时候,酵母细胞容易衰老,甚至死亡,这种情况的发生对整个酵母的培养工作是非常有害的。
为避免这种情况的发生,需要采取措施(调节酵母培养过程中氧的供应量)来调控酵母的增殖倍数,即减少酵母的最终收获量。通常情况下,冬季由于气温低,每2至3小时摇晃、振荡培养容器1至2分钟;夏季由于气温高,每3至4小时摇晃、振荡培养容器2至3分钟。
5 关于酵母培养温度的要求
实验室酵母培养期间,对培养温度的控制要遵循“先高后低,逐步适应”的原则。通常,酵母最适生长温度为25℃-26℃,随着扩大培养步骤的进行,逐步降低到车间酵母培养所需的温度(实验室酵母培养的最低温度,一般比车间酵母培养的起始温度高2℃—3℃即可)。
以上所讲的“培养温度的控制”,通常指的是对酵母培养所处的“培养环境温度”的控制。一般认为,培养基所需的“培养温度”就是恒温箱所提供的“设定温度”,即“培养环境温度”。
对于这种温度控制方法,笔者认为,在实际工作中是不科学的,这种认识的不科学,在于没有清楚地认识到“培养温度”实际指的是“培养液(发酵液)本身的温度”。
如果培养液处于静止状态,那么根据热传导的原则,培养液的温度最终应该与环境温度是一致的,但酵母培养过程是一个动态的过程,这种理想化的设想在实际工作中往往是做不到的。这是因为恒温箱所提供的只是培养基所处的环境温度,也就是冷却或升温培养基的介质空气温度,它并不能准确反映当时麦芽汁培养基本身的实际温度。这如同用来提供给发酵罐降温的冷媒温度是-4℃,但发酵罐内发酵液的温度有可能是12℃的情况一样。
此外,在实验室培养期间,对培养液的通风供氧,虽然只是通过间歇的定时摇晃、振荡培养容器的途径来实现,但是将培养容器由恒温箱中取出,在室温状态下完成这一操作的过程中,培养液的温度势必会受到室温的影响。如果室温高,则培养液吸热,温度升高;如果室温低时,则培养液放热,温度降低。
充氧操作结束后,恒温箱提供的“恒定介质空气温度”不能针对此时培养液的实际温度迅速提高或降低培养液到规定温度,这种结果的产生必然会造成酵母生长停滞或加快,同时也加重了酵母细胞的生理负担。外观表现为:在不同阶段酵母扩大培养结束后,观测细胞形态时,细胞形状往往大小不一。
这样的温度控制方式已经不能保证酵母的生长时刻处于恒温状态,必然会给酵母的正常生长带来“麻烦”。而定时的通氧操作是不能省略的,因为酵母细胞的生长过程需要氧的参与,如何解决这个矛盾呢?一般可采取以下措施:
5.1 酵母培养的空间环境(室温)一定要恒温,最好空间环境的温度与恒温箱提供的“培养环境温度”保持一致。
5.2 恒温箱的设定温度,不能机械地照搬酵母的培养温度,而应该根据实际情况随时调节。
此外,应该树立科学的工作作风,严格做好酵母扩培过程中的每一个细节工作,认真做好酵母培养仪器及空间环境的消毒与灭菌工作,尽可能消除酵母培养工作中的隐患,确保扩培工作取得成功。
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