酵母容易出現的問題及解決方案
酵母對葡萄酒發酵具有根本性影響。在自然發酵過程中來自葡萄果實表面和釀酒廠設備上的酵母表現出一個逐漸生長的趨勢。在早期的發酵過程中，科勒氏酵母(Kloeckera)、漢森氏酵母(Hanseniaspora)和假絲酵母(Candida)占據優勢；在發酵中期，即酒精含量達到3%－4%時，梅奇氏酵母(Metschnikowia)屬和畢赤氏酵母屬(Pichia)的幾個種占優勢；而后期的葡萄酒自然發酵過程都是能耐受高酒精含量的釀酒酵母（Saccharomyces cere-visiae）菌株占優勢。破碎或榨汁后不加或很少量地添加二氧化硫，然后利用土著酵母進行天然發酵被認為能夠使葡萄酒獲得更為飽滿圓潤的口感，以及地方的特色。現在國內不少的釀酒師也在討論這個問題，但是需要注意到兩點：一是我們國家多數葡萄園和釀酒廠的生產歷史還比較短，天然酵母的組成類型還處于演化發展期，即使是只添加低二氧化硫或無二氧化硫，發酵過程仍然會比較緩慢，產品質量也不穩定；另一方面，早期雜酵母的生長所產生的次生代謝物質積累，可能對葡萄酒品質產生影響，比如造成葡萄酒容易上頭或者飲后頭痛等。因此，在采用自然發酵時，要充分考慮到其中的風險，它比較適宜于一些精品屋式的小型酒園，這類酒園非常強調產品在不同年份之間的變化，為了獲得體現當地獨特酵母風格的葡萄酒而甘愿承擔自然發酵的風險。
現代化的大型酒廠要求產品質量在年度間保持穩定，葡萄酒需要具有一貫的口感風味。為了獲得迅速可靠的發酵，通常采用各種精選的商業酵母菌株。它們可以快速有效地催化將葡萄中的糖轉化為酒精的過程，同時不產生任何不良氣味。隨著消費者對葡萄酒品質要求的不斷提高、口味的多樣化和更高的環保標準，今天先進的釀酒師期望獲得具有各種特定性能的酵母菌株，從而提高葡萄酒的市場競爭力和商業價值。對葡萄酒酵母的這些要求直接推動了酵母育種和基因改良工作。
可以通過經典的方法或分子基因技術對酵母菌株進行分析和改良。經典的菌株篩選和改良方法，如：變異選擇、突變選擇、雜交選擇基本上都是采用霰彈槍式的方法。在這些方法可在較大的區域甚至整個基因組區域中使基因重組或重排。這類方法的專一性不強，可能在改善酵母菌株某些特征的同時，丟失一些人們喜愛的其它特征。經典方法的惟一的長處是其產物不屬于基因改良生物（GMO）的范疇，受眾的認同感比較高。而通過基因工程進行酵母改良是更為精確的方式，在引入新特征、消除不利特征的同時，一般不會影響其它為人們所喜愛的優點。
當前對葡萄酒酵母基因組的全部測序工作已經完成，正在對總共6000個左右的基因功能進行破譯，人們對葡萄酒酵母的復雜代謝過程有了越來越多的認識。迄今為止，科學家們已為葡萄酒酵母發展了多種有效的質粒載體和基因轉移方法，以及用于外源基因在酵母體內表達和產物分泌的表達和分泌盒。這些成果為新酵母菌株的基因設計和選擇提供了更廣的適用性和更強的專一性手段，使葡萄酒酵母的分子改良逐步成為現實。
在實際生產中，葡萄酒的發酵速度常常不符合釀酒師的要求。發酵速度過快時產生大量的泡沫，一方面減少了發酵容器的空間，另一方面揮發性的香氣物質也隨二氧化碳夾帶排除而流失。發酵過程中常碰到的另一個問題是，葡萄酒的發酵過程不能充分完成或者進行得過于緩慢。葡萄酒發酵的停止和遲滯使發酵罐的空間不能得到充分利用，保護性的二氧化碳產生過慢而造成葡萄酒質量降低，以及葡萄酒中出現過高的殘糖含量等。
許多因素影響葡萄酒酵母的發酵表現，在改良發酵表現方面主要的研究領域包括：增加活性干酵母的抗脅迫能力和恢復能力，改善酵母對葡萄汁中糖分和氮素的吸收與同化，提高酵母對乙醇、其它微生物的代謝產物及毒素的耐受力，提高它們對亞硫酸鹽、重金屬和農業化學殘留物的耐受力，以及減少發酵過程中泡沫的形成。
下膠和澄清通過去除蛋白質、細胞碎片，使葡萄酒達到澄清，并保證產品的物理化學穩定性。下膠和澄清不僅費錢費力、降低葡萄酒產量，而且會造成香氣和風味成分的明顯流失。為了盡可能減少損失，釀酒師常使用蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶等多種酶制劑。商品酶價格昂貴，有時還含有其它酶污染。通過基因操作，超量表達來自多個細菌、真菌和酵母的相關基因，可以獲得具有降解蛋白質、果膠、葡聚糖和纖維素能力的葡萄酒酵母菌株。
改善澄清和過濾特征的第二個目標是從發酵容器的液相中去除所有的酵母細胞。對絮凝基因的調控表達可以保障酵母在發酵過程中維持高懸浮態，獲得迅速的發酵，而在發酵完成時酵母細胞能夠進行快速有效的沉淀。酵母的絮凝對生產瓶中發酵的起泡葡萄酒有明顯的價值，在生產過程中控制酵母絮凝在適當的時候開始，可以簡化這個費時費力的工序。將絮凝素基因與后期發酵啟動子相連接，可以通過熱擊處理進行誘導表達，確保人工控制的絮凝在發酵結束時實現。細胞聚凝在生產菌膜諧麗酒時也具有關鍵性作用，其中一個生產工序就是造成酵母細胞的懸浮，從而在葡萄酒的表面形成一層菌膜。將粘液素基因接上啟動子，可以促進發酵末期生物膜的形成，從而簡化產膜過程。
對有害微生物的生物控制
在葡萄酒的整個生產過程中有害微生
文章來源華夏酒報物的生長都會劣化產品的外觀、香氣和口感。健康的葡萄、良好的酒廠衛生和嚴格的釀造操作是戰勝葡萄酒敗壞的基礎。加入化學保鮮劑，如二氧化硫、二甲基碳酸氫納（dimethyl dicarbonate）、安息香酸、富馬酸和山梨酸等則是控制微生物污染的第二道防線。然而大量使用化學保鮮劑不僅影響葡萄酒的品質，還要面對消費者日益增長的抵觸。因此，利用酵母的代謝產物，如：在葡萄酒發酵過程中形成的SO
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或過氧化氫、抗微生物的酶制劑，如：溶菌酶、幾丁質酶和葡聚糖內切酶，和短肽，如：酵母殺傷因子和細菌素，被認為是化學保鮮劑的戰略替代。
然而，純化的抗微生物酶和細菌素價格昂貴，會明顯增加生產成本。這個問題可以通過讓葡萄酒酵母表達這些酶和短肽來解決。例如：雞蛋蛋清溶菌酶基因（HEL1）、乳酸片球菌（Pedio-coccus acidilactici）的片球菌素（perdiocin）基因（PED1）和明串珠菌屬（Leuconostoc carnosum）的明串珠菌素（leu-cocin）基因（LCA1）都已用于產生具有殺菌能力的酵母。抗真菌酵母CTS1基因所編碼的幾丁質酶和EXG1所編碼的葡聚糖外切酶（exoglucanase）也在釀酒酵母中進行了表達。在建立能夠對其它酵母具有抑制和殺傷能力的菌株方面，包括將酵母的真菌病毒毒素決定物（一種K1/K2雙重毒殺因子）和來自其它酵母（漢森氏酵母、克魯維酵母屬、畢赤酵母屬等）的編碼酵母毒性因子的基因加入釀酒酵母中。最理想的是將各種抗微生物活性全部整合到葡萄酒酵母中，從而可以對付所有可能造成葡萄酒破敗的污染微生物。
人們普遍認為適度飲用葡萄酒對社會有利，可以緩解壓力，減少心血管疾病的發生。葡萄酒中的保護性物質包括各種酚類化合物、白藜蘆醇、水楊酸和酒精等。同時消費者越來越挑剔葡萄酒中可能存在的微量有害物質，如：被懷疑有致癌可能的氨基甲酸乙酯ethyl carbamate、神經毒素生物胺（biogenic amines），以及亞硫酸鹽等。一些消費者甚至挑剔葡萄酒中酒精含量過高。當發展新型葡萄酒酵母時應特別注意這些涉及健康的方面，加強其優點，如：產生白藜蘆醇、肉毒堿等，減少其風險，如：消除氨基甲酸乙酯和生物胺，降低酒精的含量等，以更好地配合適度飲酒的健康消費趨勢。
葡萄酒生產中最重要的單個因子是終產品的感官質量，如色澤、香味和口感。葡萄酒中涉及風味的物質多達數百種。其中，葡萄酒的嗅覺品質取決于優良香氣成分和代謝產物的平衡程度，以及不出現人們所不喜歡的嗅覺成分。來自葡萄果實的痕量成分之間微妙的共同作用通常賦予葡萄酒典型的風味和果香特征，而酵母發酵的產物（如：酯類、醇類等）則提供了葡萄酒的背景風味和酒香。
能夠賦予葡萄酒某種特別品質的酵母具有明顯的市場前景。近年來，在發展能夠增加顏色和香氣釋放的酶、修飾酯類的酶的酵母方面取得了顯著的進展。能夠產生最優化水平的甘油，最優化水平的雜醇油（異丁醇、異戊醇等）和最優化水平的酚酸的酵母也已經獲得成功。
對葡萄酒酸度的生物調節也可以通過經重組的葡萄酒酵母來實現。一種包含粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）蘋果酸鹽透過酶基因和蘋果酸酶基因的葡萄酒酵母能夠將蘋果酸轉化為乙醇（蘋果酸乙醇發酵）。而一種包含mae1基因和來自乳酸菌的蘋果酸乳酸酶基因的轉基因酵母可以將蘋果酸轉化成乳酸（蘋果酸乳酸發酵）。在氣候相對冷涼、生產出的葡萄酒pH值低的產區，能進行蘋果酸乙醇發酵的葡萄酒酵母會受到歡迎，而具有蘋果酸乳酸發酵能力的酵母則更適合于氣候較溫暖生產出的葡萄酒具有較高pH值的產區。應用這些經過改良的酵母對紅葡萄酒和某些需要蘋果酸乳酸發酵的特定風格的白葡萄酒來說還可以通過不使用蘋果酸乳酸細菌而減少生物胺的產生。
生物技術在二十一世紀為提高葡萄酒的品質，降低優質葡萄酒的生產成本，滿足不同消費者多元的個性化需求，提供了更為廣闊的可能和選擇空間，盡管經基因改良的酵母現在還多是實驗室菌株，只有少數是商業菌株，也沒有任何經基因重組后的菌株投入酒廠應用；盡管在基因改良酵母的商業應用領域還存在很多爭論，但世界上的多個實驗室正在加緊這方面的研究，小規模的發酵試驗取得令人振奮的結果。相信在不遠的將來經基因改良的酵母菌株將會面對市場、消費者和釀酒師的選擇和考驗。
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編輯：張怡
