3.4.3 酒母生产中的主要微生物及其群落结构
酒母,即“黄酒之母”,是由少量酵母菌逐渐扩大培养后制成的酵母醪液,可以为黄酒酿造提供所需要的大量酵母菌细胞的发酵剂。酒母在黄酒发酵醪液内繁殖的过程中,产生酒精并可以形成一些影响黄酒质量的风味物质,所以说没有酒母就没有黄酒。淋饭酒母是绍兴黄酒生产中非常重要的酒母类型,淋饭酒母制作过程中微生物变化复杂,主要涉及酵母菌、乳酸菌和一些霉菌。
酒母的制作是按照酵母生长代谢特性来制定相应的工艺参数。黄酒生产中按其生产工序的特点,所用酒母分为淋饭酒母、速酿酒母、糖化酒母、黄酒干酵母(用黄酒活性干酵母加入酒母罐进行发酵)、红曲黄酒中的红糟(红曲霉和酵母的扩大培养)、用厦门白曲和红曲制成的淋饭酒母、喂饭法的逐级扩大培养所成的酒母(直接在大罐中用分批间隔投饭扩培酵母)等。这些酒母中大都含有大量的酵母菌,其中糖化酒母和活化使用的黄酒干酵母的微生物组成相对单一。
传统工艺手工黄酒酒母一般采用酒药制作(淋饭酒母),微生物组成多样。淋饭酒母制作过程中不同时期的微生物菌落存在一定的差异。如搭窝后酒药中的拟内孢霉、酵母、念珠霉、毛霉等在饭上迅速生长。乳酸球菌同时生长。此时乳酸球菌、念珠霉、毛霉等和酵母产生少量乳酸和其他有机酸,在它们的共同作用下窝中糖液的pH值迅速下降,最低到pH=3.0左右。另外,乳酸球菌在发酵糖产乳酸的同时产生乳酸球菌素以及形成高糖度的累积,抑制有害细菌的繁殖、生长,同时也抑制了霉菌在糖液中的生长。而且念珠霉也能抑制其他霉菌和外界霉菌的侵入。因此在糖液中只检测到拟内孢霉酵母和念珠霉的菌丝,而其他霉菌的菌丝基本检测不到。其中念珠霉的菌丝也很少,并且把一些不耐低pH值及高糖度的酵母、乳酸球菌、乳酸杆菌淘汰。因此,此时的乳酸球菌以肠球菌属、明串珠菌属、片球菌属、乳球菌属、酒球菌属等属的菌株为主,并且有极少量的乳酸杆菌。静止期放水加曲后,醪液的pH值升高到3.5~3.8,从曲中又接入多种细菌、霉菌及少量的酵母。酵母、细菌在醪液中竞争性迅速繁殖,并产生大量的乳酸等有机酸,使醪液的pH值迅速下降到3.5以下。竞争的结果是从酒药、曲上接入的耐低pH值的酵母、乳酸球菌、乳酸杆菌占绝对优势。搅拌期酵母快速产酒精,乳酸球菌数迅速下降,乳酸杆菌数大量增加达到高峰期,醪液pH值又降至最低。后酵期酵母数继续增加到顶峰而后逐步降低,淋饭酒母使用时乳酸杆菌数一般在(0.3~1.0)×108CFU/mL,在主发酵醪中有更多的乳酸杆菌参与发酵,乳酸杆菌数一般在(2.0~3.0)×108CFU/mL。淋饭酒母中乳酸杆菌以巴氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、短乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜热乳杆菌等的数量最多。而且浸米中后期及发酵过程中乳酸杆菌也是以上述种类的数量为最多,尤其是巴氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌、植物乳杆菌、短乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜热乳杆菌。
传统工艺机械化黄酒生产所用的速酿酒母制备是按照酵母菌的特性,创造一定的环境和营养条件,通过逐步的繁殖进行扩大培养,传统工艺机械化黄酒大罐发酵提供优良的发酵剂。速酿酒母质量的好坏,对传统工艺机械化黄酒发酵和酒的质量影响较大。速酿酒母中主要的微生物为酿酒酵母,另外还有一定量的乳酸球菌、乳酸杆菌、霉菌等,乳杆菌属主要有巴氏乳杆菌、植物乳杆菌、短乳杆菌、德氏乳杆菌等。目前,传统工艺机械化黄酒生产所用酵母有85#酵母(绍兴、上海等地区)、22#酵母(衢州、江苏等地区),以及从绍兴酒酒药、淋饭酒母和其他传统工艺生产的酒药、酒母中分离出来的绍兴酒酵母或其他酵母等。它们大部分为酿酒酵母,少量接入一些产酯酵母(如汉逊氏酵母或假丝酵母等),以单株酵母、两株酵母或两株以上的酵母经扩大培养后应用于生产,两株酵母或两株以上酵母均分别进行培养,再一同加入酒母罐进行多菌株混合培养制备酒母。
淋饭酒母的制作过程分为搭窝糖化期、静止期、搅拌期、后酵期。淋饭酒母的搭窝期间微生物变化和生化过程极其复杂。淋饭酒母制作过程是筛选和驯养耐酒精、耐糖、既耐高温又耐低温、耐低pH值、能与乳酸杆菌协同发酵作用的酵母、能与酵母协同发酵作用的乳酸杆菌的过程。淋饭酒母是通过搭窝操作使多种微生物在有氧条件下迅速繁殖,在初期,利用酒药中乳酸球菌、念珠霉、拟内孢霉和酵母等生长而产酸,使糖液的pH值在较短时间内就达到4.0或以下的酸性环境,从而促进期望的微生物如酿酒酵母和乳酸杆菌等生长而抑制杂菌。总体而言,在淋饭酒母制作过程中酿酒酵母发酵产酒精,念珠霉抑制其他霉菌的生长,乳酸杆菌生长产乳酸,进而降低和维持低pH值,通过积累乳酸菌素和抑制其他有害菌的生长,以保障淋饭酒母制作过程的正常进行。
3.4.3.1 搭窝期微生物变化过程
黄酒酿酒酒药中酵母、霉菌、细菌的数量多且品种丰富,主要包括拟内孢霉属、丝孢酵母属、汉逊氏酵母属、假丝酵母属、毕赤氏酵母属、根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉、青霉和念珠霉等。酒药中微生物酵母的数量最多,可称为“酵母曲”。酒药中细菌有乳酸球菌(包括肠球菌属、乳球菌属、片球菌属、明串珠菌属、酒球菌属等)、乳酸杆菌、醋酸菌、丁酸菌、枯草芽孢杆菌等。酒药中丰富的微生物随着酒药粉拌入饭中,是淋饭酒母的初始重要菌落。
搭窝期间,首先是从酒药中接入的拟内孢霉,以及可直接同化淀粉、糊精的酵母(如糖化酵母、假丝酵母属、丝孢酵母等)和乳酸球菌等进行快速生长繁殖。经16~20h后,为微生物生长初期。饭粒上就长出少量短的白色菌丝,主要为拟内孢霉菌丝。而可直接同化淀粉、糊精的酵母和乳酸球菌等的数量已增多,进而开始糖化分解饭中的淀粉、蛋白质等物质。这为其他微生物提供营养,因此各种微生物开始迅速生长。搭窝初期毛霉菌丝也有一定量的生长,而根霉、犁头霉等霉菌在熟料中生长发育缓慢,数量少。
经22~26h,为糖化为主的微生物过程。淋饭窝中有甜酒酿香、清香和淡淡的酒香、酒药香。在饭粒上已有微量糖液产生,且饭质地已软。饭中最多的是拟内孢霉菌丝,而且卵形、圆形、椭圆形酵母芽细胞很多。由于念珠霉或毛霉菌丝的生长而有少量匍匐菌丝。单生、对生球菌很多,以乳酸球菌为主。
经32~36h,为液化产酒精为主的微生物过程。清香和酒香味浓,甜酒酿香和酒药香稍淡。窝中已有少量糖液,饭和糖液的pH值在3.5以下。圆形和卵形酿酒酵母已大量增殖,发酵产酒精。拟内孢霉菌丝多,分枝分节,菌丝透明状。细菌以乳酸球菌、乳酸杆菌为主,其他细菌很少。霉菌多为念珠霉的白色菌丝。由于念珠霉菌丝的快速生长和在饭表面形成一层薄薄的念珠霉菌丝膜,抑制其他霉菌如根霉、犁头霉、曲霉和外界霉菌的侵入。乳酸菌的增殖和产酸,使糖液的pH值快速下降至3.0左右。
经36~48h,为微生物生长发酵的结束阶段。饭窝内有大量的糖液,由于微生物生长产热而温度升高,饭窝表面的念珠霉菌丝变成浅黄色或黄色菌丝,在上部饭窝表面的饭粒上形成白色芝麻点状的小颗粒,此小颗粒是念珠霉菌丝、拟内孢霉菌丝、酿酒酵母和乳酸球菌等包裹着微小淀粉颗粒而形成,进行着强力糖化分解作用。在放水加曲前,饭内最多的微生物为拟内孢霉,其次是乳酸球菌、念珠霉、糖化酵母、假丝酵母属、丝孢酵母、酿酒酵母、乳酸杆菌等。糖液中最多的微生物为拟内孢霉,其次是酿酒酵母、乳酸球菌等,而念珠霉的数量少。
搭窝期的生物化学过程是饭中的淀粉、蛋白质、脂肪随着微生物作用而分解,提供给酿酒酵母等微生物生长、繁殖所需的营养,在糖液中累积糖分、乳酸、酒精等和微生物菌体。搭窝糖化结束,一般来说糖液的糖度为33~37°Bx,酒精度为3.0%~5.0%,总酸为4.5~7.0g/L(乳酸计)。因受外界条件如温度、湿度和方法的不同,淋饭酒母搭窝期微生物变化过程具有微小差异。整体而言,淋饭酒母的制作过程中酒药的拟内孢霉、念珠霉、假丝酵母、丝孢酵母、乳酸球菌等的增殖性能、糖化分解性能和产酸性能等都给酿酒酵母、乳酸杆菌营造出良好的生态环境,成为在自然开放条件下制备酒母的最佳菌系。这是通过长期经验和智慧实践得出的我国酿酒工艺所用的非凡技艺和菌系,也是世界酿造技术具有的宝贵和借鉴意义的技艺。
3.4.3.2 搭窝期后的微生物变化
搭窝后,酒药中的拟内孢霉、酵母、念珠霉、毛霉等在饭上迅速生长,能直接同化淀粉和糊精的酵母(如糖化酵母、假丝酵母)、乳酸球菌同时生长。从酒药中接入的酿酒酵母等迅速繁殖、生长,发酵产酒精;乳酸球菌也不断增殖,并发酵糖产乳酸和少量其他有机酸,并且念珠霉、毛霉等霉菌和酵母也产少量乳酸和其他有机酸,它们的共同作用使窝中糖液的pH值迅速下降,最低到pH3.0左右;另外,乳酸球菌在发酵糖产乳酸的同时产乳酸球菌素,同时形成高糖度的累积,在它们的共同作用下抑制有害细菌的繁殖、生长,同时也抑制了霉菌在糖液中生长;念珠霉能抑制其他霉菌和外界霉菌的侵入,因此在糖液中只检测到拟内孢霉和念珠霉的菌丝,而其他霉菌的菌丝基本检测不到。在搭窝糖化期,乳酸球菌以肠球菌属、明串珠菌属、片球菌属、乳球菌属、酒球菌属等属的菌株为主,且有极少量乳酸杆菌。
在静止期,放水加曲后,醪液的pH值升高至3.5~3.8,从曲中加入大量的细菌、霉菌及少量的酵母,酵母、细菌在醪液中竞争性迅速繁殖。
进入搅拌期,在充氧条件下,酵母菌迅速繁殖、发酵,快速产生大量酒精,乳酸球菌迅速下降,乳酸杆菌数量增加至高峰期,醪液pH又降低至最低。搅拌期是酵母菌、乳酸菌变化最剧烈的时期。在后酵期,一般16天以上的淋饭酒母才开始使用,而冬酿所用的淋饭酒母是在冬酿开始的前期一同制作的,因而淋饭酒母最长是90天以后经过后酵期才投入使用。