葡萄101

卡住和缓慢的发酵：原因和预防性步骤

葡萄101是一系列简介文章，突出了酷气候葡萄和葡萄酒生产的基础。

作者:Patrick A. Gibney, Chris Gerling和Tim Martinson

介绍

借助三个主要科学学科生产出伟大的葡萄酒：园艺，化学和微生物学。这些学科中的每一个与其他学科相互作用，葡萄葡萄栽培家和酿酒师的决定是由每个主题通知的。卡住和缓慢的发酵是由于一个或多个这些学科的问题而损失的例子。

正常，健康发酵的阶段

为了诊断卡住或缓慢的发酵，首先了解正常发酵的行为是重要的。

1. 接种/滞后：一旦酵母，通常S. Cerevisiae.，接种到果汁中/必须，存在滞后阶段，而细胞适应这种新环境并准备开始快速发酵糖。
2. 指数式生长/快速发酵:接下来，酵母细胞将迅速将葡萄糖发酵成乙醇和二氧化碳。值得注意的是，在这一阶段细胞可以停止分裂，但未分裂的细胞可以继续快速发酵糖。
3. 过渡/缓慢发酵:在一定的酒精浓度下，通常是菌株特异性的，细胞会过渡到较慢的发酵速率，因为它们需要调整细胞膜以应对乙醇压力。这种适应在很大程度上依赖于可用的氮和氧(需要注意的是，发酵过程停滞/缓慢，在发酵过程中可以简单地提供氧气，这使得细胞可以重塑细胞膜)。

笔记未接种的发酵通常以低得多的浓度开始S. Cerevisiae.因此，细胞通常有更长的滞后期，更慢的发酵速率，发酵完成的时间更长。

不同的酵母菌株是不同的

在商业上可以买到的葡萄酒酵母之间有很大的品种差异。大多数有效菌株都是同一种:S. Cerevisiae.。但是，不同的菌株S. Cerevisiae.可以有非常不同的特性:乙醇耐受性，耐温性，一般逆境耐受性，发酵速率，絮凝能力，和生产的葡萄酒香气化合物。这突出了葡萄酒生产中酵母菌株选择的重要性——适合果汁和葡萄酒化学成分的菌株会表现得更好，而不适合的菌株使用可能会导致发酵停滞。

发酵停滞/缓慢的潜在具体原因

所有卡住/缓慢的酒精发酵都基本上由酵母细胞引起的，无论是由于环境压力源都会失去活力或活动。在此之内，有许多潜在的特定原因，尽管它总是值得考虑问题：我们如何知道这是一个实际的导致卡住/缓慢的发酵而不是简单的发酵相关性？一些潜在的原因与其他潜在的数据有更多的支持数据，因此始终需要批判性评估来评估个人索赔。

• 起始文化健康：适当的补液以防止酵母细胞死亡和接种正确的健康细胞的良好数量至关重要，使发酵良好的发酵良好：甚至从大约一半的细胞开始，细胞可以几乎加倍完成发酵所需的时间。

• 营养限制:酵母细胞需要生长和代谢的营养素。这些营养素包括糖，氮，磷酸盐，钾，氧气，维生素和矿物质。如果其中任何一个存在于过低的水平，则酵母细胞将失去活性，并且发酵将缓慢或停止。通过监测果汁化学，特别是对于燕水平，以及根据需要补充氮气来部分地解决这个问题。许多酵母再水化粉末包括维生素，矿物质和其他营养物，以避免这些果汁中不存在的情况/必须高达足够高的水平。

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• 汁条件:极端的pH值或来自霉菌/细菌的毒素可以抑制酵母活性。所以仔细选择健康的葡萄和监测果汁的化学成分可以帮助防止这种潜在的问题。

• 极端温度:和所有的生物一样，酵母在一定的温度范围内是最活跃的。虽然这是一个菌株依赖，典型的发酵保持在60华氏度以上和86华氏度以下，因此酵母是最佳的活跃和葡萄酒挥发物也保持。

• 乙醇的毒性:和许多类似的方法一样，这也是菌株依赖性的，因为不同的菌株对乙醇有不同的耐受极限。乙醇可以负面影响细胞膜和运输活性，以及许多其他细胞活性。乙醇也可以与温度协同作用(中度高水平的两者可以比任何一个单独的抑制更强)。虽然酵母细胞需要氧气来合成细胞膜成分，但它们通过重塑细胞膜来管理。这个问题很容易出现，如果选定的酵母菌株不能生存的乙醇产量，并可以通过选择一个适当的酵母菌株避免。

• 果汁过度澄清:有很多解释可以解释为什么会出现这种情况，包括过度澄清可以去除生存所需的化合物(脂肪酸、甾醇、维生素、矿物质、氧气等)，或者果汁中的固体有助于去除抑制化合物，或者固体是酵母成核的重要部位，或者固体是二氧化碳成核的重要场所。虽然有些解释比其他解释更合理，但仍然不完全清楚这些解释中哪一个(如果有的话)是正确的。

• 微生物生态学:多年来，许多研究表明，各种类型的微生物相互作用会导致卡住/缓慢的发酵。这些包括酵母细胞，细菌或霉菌毒素产生的“杀手”毒素，抑制酵母细胞，非群体酿酒酵母可以从果汁中剥离营养物并防止s的细胞。酵母从具有适当的营养素等。虽然任何一个是可能的，但并不清楚这些事情在商业葡萄酒生产中发生的频率。

• 过量的果糖。初始果汁/必须具有1：1的果糖与葡萄糖的比例，但在卡住的发酵中，存在比葡萄糖更易变的果糖。因此，表明过量的果糖导致卡住发酵的常见是常见的。虽然特别是，即使在完成的发酵中，果糖水平也会高于末端的葡萄糖。与其他一些潜在的原因一样，这一个需要进一步的研究来确定这是否是实际原因，或者只是一个相关性。

诊断卡住/迟钝的方法发酵

有多种有用的方法，当寻求成功诊断的问题卡住/缓慢发酵。一种方法依赖于弗朗西斯·培根(Sir Francis Bacon)的格言“知识就是力量”。了解葡萄酒的化学成分(糖含量，TA, pH, YAN，苹果酸，SO分子₂，乙醇）以及每个参数如何影响微生物生长是重要的，以及了解常见的葡萄酒微生物及其对葡萄酒的影响。

另一种方法依赖于简单地监测发酵过程中的糖水平，然后使用该曲线的形状作为潜在原因的指标，当发酵陷入停滞/缓慢时。这种方法的一个重要部分就是在发酵过程中一直监测糖的含量，这样就更容易识别发酵过程的不同。

• 缓慢启动(然后正常速率):通常是由于较低的初始细胞数量(没有适当地重新水合，没有接种足够的细胞，细胞经历了温度冲击，细胞没有混合好，等等)。

• 在缓慢:通常是因为酵母细胞未能达到最大生物质，这可能是由于营养缺乏，低pH，生物毒素或使用的酵母菌菌株的差应力耐受性。一般来说，接种后几天暂停细胞计数应该是10^7.-10年^8.细胞/ mL具有80-100％的活力。

• 正常启动，变得迟钝:通常是因为在发酵过程中营养耗尽。例如，氮或氧水平太低，细胞无法制造处理高乙醇所需的蛋白质或膜组件。如果有任何一种情况发生，那么添加额外的氮或提供氧气(击打，货架等)，可以分别解决问题，只要这些事情在酵母细胞死亡和无法挽救之前迅速完成。

• 突然逮捕：往往是由于酿酒厂的错误（过早罚款，暴露在极端温度下，错误的错误₂添加，通过受污染的垫过滤，或添加ML培养过早，等等)。

修复卡住/缓慢的发酵。

1. 快速反应。
2. 更多信息增加了解决问题的机会，包括果汁/葡萄酒化学（上述）和微生物学（可行的酵母计数，酵母和细菌人口水平）
3. 对于营养缺乏的问题，只要简单地补充营养就可以解决(如果做得快的话)。
4. 如果有抑制化合物存在，用酵母壳精制有时可以去除毒素，使发酵恢复。
5. 我们可以从成本角度来考虑这个问题:
   1. 如果现有的细胞可以通过添加一些营养物质、改变温度或通气来恢复活力，这是最便宜的方法(前提是酵母细胞还活着)
   2. 如果酵母细胞死亡或无法恢复活力，您可以在制造商协议（更昂贵）之后重新接种预调整的酵母;封装的酵母也被销售，预先适应压力，不需要成长（更昂贵）。
   3. 用果汁修复问题的价格取决于问题的具体情况——如果需要用化合物处理以杀死抑制细菌，然后用罚款去除毒素，然后冷藏和补充营养，然后重新接种，它可能会变得昂贵。

结论和未来方向

虽然这并不是给酿酒师的安慰建议，但防止发酵停滞比处理更容易。这可以通过保持良好的做法来实现:葡萄处于良好的状态，清洁/消毒的酿酒厂和设备，适当的酵母水化和接种，数据驱动的发酵决策(菌株选择，营养添加等)和监测果汁/发酵化学(糖，酒精，pH值，TA等)。继续前进，仍然需要进行大量的研究，以了解发酵卡滞的具体原因，并开发快速诊断卡滞发酵的工具。

博士生甘cine Jiang一直在做一些工作，以确定果糖是否真的会导致缓慢发酵。虽然这个项目还在进行中，但她的初步结果表明，当只使用葡萄糖或果糖作为碳源时，70种不同的葡萄酒菌株都有相同的增长率。到目前为止，这表明果糖可能不会导致停滞/缓慢发酵，但观察到的停滞/缓慢发酵中过量的果糖可能只是一种相关性。在苹果酒界，一个有趣而相关的观察结果是，与果糖和葡萄糖含量相似的葡萄汁不同，苹果汁中的果糖含量通常是葡萄糖的两倍，但这些发酵过程通常使用葡萄酒酵母菌株成功完成。我们很高兴能在明年结束这个项目，并能够为酿酒师提供一个答案。

伊萨卡本地凯西BYRNE，M.P.S.在我们的实验室中的学生，有兴趣开发一个匿名调查，我们可以在纽约州的酿酒师来临，以便我们可以收集WineMakers经历的微生物问题的实际数据：卡住/缓慢发酵和微生物腐败。这是一个重要的话题，特别是因为我们在纽约的经历的微生物问题可能与美国西海岸的问题完全不同。目前没有有组织的来源进行此信息。本调查的结果将被写入出版物，以便NY Winemakers可以使用数据来更好地了解常见问题和对微生物问题的解决方案。此外，本调查可能突出康奈尔葡萄酒厂和实验室之间的潜在研究合作。

进一步阅读:两篇关于滞滞发酵的伟大而全面的评论

• Bisson LF。“困扰着迟钝。”美国葡萄栽培和遗传杂志。1999.(1): 107 - 119。

• Bisson LF和Butzke CE。“发酵卡滞的诊断和纠正。2000。美国葡萄栽培和遗传杂志。51（2）：168-177。

Patrick Gibney博士是食品科学助理教授，其研究兴趣包括发酵微生物学的基本和应用方面。Chris Gerling是康奈尔工艺品饮料研究所的高级延期助理，蒂姆马蒂斯顿是园艺中的高级延期助理。克里斯和蒂姆俩都在日内瓦纽约州的康奈尔·阿格里特。