酵母活性之研究 研究不同溫度和濃度 對酵母活性之影響 講師：洪千田

所需用品 ．麵粉 ．燒杯 6 隻 ．酵母 ．電子磅 ．冰水 ．水 ．60℃熱水 ．40℃熱水

實驗過程 ．在六隻燒杯中加入相同份量的麵粉。 而我們在六隻燒杯中加入50g的麵粉。 ．並在其中5隻燒杯中5g的酵母，其餘1隻 ．加入35ml的水，攪拌成粉糰，取出加以揉搓。

．把粉糰放回燒杯中， 壓平粉糰表面，令粉 糰面表成水平(註:令 其平面高度相同，可 令結果更準確！) 重要

．替各個燒杯做 上記號，記錄粉糰在發酵前的高度。

‧替各燒杯進行水浴,以測量不同溫度對 酵母進行缺氧呼吸的影響，其過程約 三十分鐘。 ‧三十分鐘後，取出燒杯，並量度麵糰增 加的高度。

結果 此為酵母在不同溫度下，30分鐘 後所升高的圖表。

討論 些誤差，例如： a)在量度麵粉時，雖然我們用的是精確的電子 但也因為電子磅過於精確，其數字會因四周 ．準確性：經討論後，我們發現在實驗中含有一 些誤差，例如： a)在量度麵粉時，雖然我們用的是精確的電子 但也因為電子磅過於精確，其數字會因四周 的壓力而改變。而且在我們把麵粉倒入燒杯 時，也會有少量麵粉殘留在盛載麵粉的容器 中。 改善方法： 我們可在量度麵粉時，盡量不接觸放電子磅的桌子，另外 我們可使用攪拌粉糰的燒杯量度麵粉，減低失誤！

‧b)在揉搓麵糰和等待其發酵的過程中，會 有一部份的水份散失於空氣中，這會 令其發酵(進行缺氧呼吸)的速率減低。 改善方法： 我們可以在發酵過程中以濕布覆蓋燒杯，減少水 份的蒸發。

結論 在實驗中，我們發現，當溫度越高，酵母進行缺氧呼吸的速率 也會越高，當然高溫也會殺死酵母。 在濃度方面，酵母的濃度也會直接影響其速率。因為根據我們 的結果，我們發現濃度增加，其速率也會增加。 酵母的生活史

什麼是酵母菌? 酵母菌雖是小小的單細胞微生物，但是它們的本事卻不小。它們是代謝醣類製造酒精的高手，食品工業少不了它。在新興的生物科技中，酵母菌也開始嶄露頭角。而在解決未來能源危機上，它也將占有一席之地……   酵母菌是食品工業上應用最廣泛的微生物菌種。釀酒、麵包醱酵、食品香料製造均少不了它們；而酵母菌富含蛋白質與維他命，也可直接做為食品補充營養，對人類的貢獻極大。此外，在一般的微生物培養上，酵母萃取液也是極佳的養分來源，它提供了大量的維他命及生長因子，在實驗室中培養微生物的研究人員都少不了它。試想，如果人類的活動中少了酵母菌，我們的生活將減少多少光彩啊？當然，酵母菌中也有少數會造成人類疾病的「壞份子」，這些病原酵母能感染人類身體上的許多部位，尤其是免疫力較弱的人經常被它纏上。這些病原酵母菌不怕抗生素，治療起來也頗令人頭疼呢！本文即將對此神奇而重要的小小生物作一綜合性的介紹。

酵母菌是什麼樣的生物？   「酵母菌」是一個通俗性的綜合名詞，微生物學家用它來形容一群圓形或橢圓形單細胞且具有細胞核的類似真菌的生物。它們細胞的大小（直徑）約比細菌大十倍，大多以「出芽」的方式來繁殖；但也有少數的酵母菌是以細胞均等分裂為二的方式繁殖。通常為單細胞，或少數細胞聚集成短鏈狀，稱作「偽菌絲」，它們不具有真正的菌絲。在分類學上，酵母菌是真菌類，但可分屬於不同的「綱」；絕大多數的酵母菌是屬於子囊菌綱及不完全菌綱，一些為擔子菌綱、少數為接合菌綱。由於不具有葉綠素，所以不能行光合作用，而必須自周遭環境中攝取有機物質來進行其生理代謝。在自然界，它們常分布於富含糖質的環境中，例如花蜜、果汁、水果表面上均可發現它們的蹤跡；這是因為酵母菌對高濃度醣類具有耐性，以及其喜好利用醣類進行代謝以獲取能量來生長與繁殖之故。

目前人類應用最廣的酵母菌首推「釀酒酵母」（Saccharomyces cerevisiae），也有人將之稱為「麵包酵母」，這是因為此菌種被廣泛的應用於釀酒及烘焙醱酵麵製品之故；而人類對酵母菌的了解，也大多是來自研究此菌種而獲得的。由於酵母菌是一種真核生物，細胞內具有細胞核，能夠修飾一些高等真核生物的蛋白質，因此在近代的生物科技中也逐漸占有極重要的地位。以往，高等生物的基因常經遺傳工程方式選殖鑲嵌到細菌的細胞中，但因為細菌是原核生物，無法正確表現及修飾此高等生物的基因及其蛋白質，使得製造出來的蛋白質不具有生物活性；因此，能修飾高等生物蛋白質的酵母菌便逐漸取代細菌，成為生物科技研究人員的新寵。  

酵母菌是代謝醣類的高手   酵母菌雖然只是卑微的單細胞生物，但是它們卻具備了二套代謝醣類的本領：「有氧代謝」與「無氧代謝」。當在有氧的環境下生長時，酵母菌可利用氧氣進行呼吸作用，將糖轉化成大量能量及二氧化碳，以快速進行細胞的生長與繁殖。而在無氧的環境下，則利用醱酵作用將糖轉化成酒精與二氧化碳，同時可釋放出較少的能量以進行必須的基本代謝作用，此時細胞只進行糖的醱酵轉換而不會大量生長與繁殖。就是因為這種利用醣類的酒精醱酵及釋放二氧化碳的特性，酵母菌成為釀酒及麵包醱酵的最佳幫手。

酵母釀酒豐富了人類的文化   早期的釀酒，人們根本不知道酵母菌的存在，但是從經驗中卻知道在釀酒的過程中，如何以適當的原料在適當的時機做適當的處置，以釀造出佳釀供作飲用。而在發現了酵母菌之後，隨著對酵母菌特性的了解，我們可以更有效的控制各種醱酵條件，使釀酒成為一種科學與藝術的結合。以葡萄酒的釀造為例：當葡萄置入釀酒桶榨汁之際，原先附著在葡萄表皮的酵母菌便開始利用果汁中的糖份快速進行有氧呼吸作用來生長與繁殖。而當酵母菌生長到某一濃度時，桶中的氧氣也逐漸消耗殆盡。此時，酵母菌便開始轉換成另一階段的代謝方式，亦即開始進行無氧的酒精醱酵作用；而這種由有氧轉換成無氧的代謝，正是釀酒成功與否的關鍵。近代科學化的釀酒則是以特定培養的優良菌種作成種菌，然後添加到釀酒原料中，以確保品質及減少雜菌污染的機會。許多因素可造成釀酒的失敗：例如，起始的酵母菌種不對、糖份不足而導致酒精度過低、氧氣的控制不當、雜菌的污染……等等。

除了葡萄酒的釀製外，人們也會利用酵母菌進行其他酒類的釀造；同時也學會將釀製酒進一步蒸餾以得到酒精濃度更高的烈酒。例如，釀製其他水果酒及製造白蘭地；以穀物類為原料製造的啤酒、米酒、高粱酒、紹興酒、清酒、威士忌、波本酒、琴酒、伏特加等；以糖蜜為原料釀製的蘭姆酒；以甘薯為原料製造的燒酒；於墨西哥甚至可利用龍舌蘭植物的汁液釀製及蒸餾出風味特殊的龍舌蘭酒。為了增加酒類的風味或特殊用途，我們也會添加其他調味品或藥材至酒中；例如杜松子酒、再製酒、各類藥酒……等等。而二階段醱酵式富含氣泡的香檳酒更是人們喜慶時不可缺少的飲料。古今中外多少文人騷客在酒精的催化下創作出流傳千古的不朽詩句；視死如歸義赴沙場的壯士行前也會浮一大白以壯聲色；情人們花前月下一杯葡萄美酒又是多麼的詩情畫意！然而酒後亂性、酒醉駕車、酒精中毒也為人們帶來極大的損害。酒就像一把雙面刃，全看人們如何使用它。而天下本無事，這一切的事端卻全肇因於這小小肉眼看不見的神奇酵母菌！  

污染的希望所冀 除了供飲用的各種酒精飲料外，酵母菌的酒精醱酵也為人類的燃料能源提供了一個新的選擇。由於石油的蘊藏量有限，因此如何開發新的能源一直是人們努力追求的重要目標。地球上的醣類是一種「再生性資源」，亦即只要有植物生長，便可源源不絕地製造與補充。酵母菌便可利用這些醣類來製造酒精，作為添加到汽油中的燃料；一方面產生能量，一方面也可減少空氣的污染。目前巴西在此方面的研究具有相當不錯的成果。在未來石油逐漸耗竭之際，酒精將成為明日能源的新星，而小小的酵母菌也將成為人類解決能源危機與減少空氣

麵製品的醱酵   人類利用酵母菌醱酵麵包及饅頭已有相當長久的歷史，它們不僅能使麵製品變得鬆軟可口，同時也會增添酵母特有的香味，使食品更具可口的風味。在發麵的過程中，酵母菌將麵粉中的少量糖份轉化成酒精及二氧化碳，此大量的二氧化碳氣體於麵糰中產生許多空泡使之鬆軟；於烘焙或蒸熟的過程中，熱量會將酒精揮發，而麵製品則仍保留了醱酵麵品的獨特風味與鬆軟可口的特性。值得注意的是，酵母菌的醱酵麵包不僅只是提供二氧化碳使之鬆軟而已，其他如提供香味使麵包更可口亦是重要功能之一；這可由以小蘇打取代酵母菌的醱酵得到明證。雖然小蘇打亦可使麵包變得鬆軟，但其風味卻與醱酵麵包迥然有異。在歐美社會中，以小蘇打發製的麵食點心是沒有資格被稱為「麵包」的！

如何大量生產活性酵母菌？   二次大戰期間，美軍曾在北非戰場擄獲了一批德軍物資；其中包括了一些奇怪的粉末。經深入查訪得知，這是具有活性的乾燥酵母粉。將其加入麵糰之中，酵母菌即可恢復活性開始醱酵麵糰，以便烘製麵包。因此美國研究人員也嘗試製造此種乾燥的活性酵母粉，但一旦乾燥後卻始終無法使之再恢復活性。直到大戰結束，才逐漸揭開了這個謎底。原來，酵母菌在某一特定的培養條件下生長時，細胞中會產生及累積一種稱為「海藻糖」（trehalose）的雙醣類物質，此物質可嵌合到其細胞膜上；當酵母菌細胞在乾燥的過程中，脆弱的細胞膜便可得到海藻糖的保護。因此即使是乾燥的酵母菌細胞，其細胞膜仍保持完整，而在爾後遇到適宜生長的環境時，便可恢復生機。

目前工業上大量生產活性酵母的方法是利用可控制培養條件的大型醱酵槽來進行培養，這些醱酵槽的容量常可高達四萬～二十萬公升。培養原料是利用製造蔗糖的剩餘副產品──糖蜜。糖蜜雖然無法再結晶，但其中仍含有大量糖份及礦物質可供酵母菌利用；此外，通常也需添加一些磷酸鹽類及硫酸銨來提供酵母菌生長時必須的磷與氮。在開始培養時，糖蜜並不是一次就全部加入，以避免酵母菌在過多的糖份之下會將糖轉化成酒精與二氧化碳；而是採用一次少量給予的方式，在酵母菌將糖份分解並生長出較多細胞時，再逐次添加糖蜜。如此，酵母菌的細胞可以繁殖到最大限度。生長完成後，便以離心方式收集細胞，經清洗、添加保護劑、及真空乾燥程序，便可製成所謂的「活性酵母粉」。這種活性酵母粉可在室溫中保存長久的時間而仍保有活性再生的生機。

在往昔，也曾將酒精醱酵完畢的剩餘酵母菌細胞離心收集製成所謂的「健素糖」，可以補充我們的蛋白質與維他命。因此，如能充分利用酵母菌，對於第三世界或糧食缺乏地區的人民也是不錯的營養補充來源。對微生物學家而言，酵母萃取液因富含養分，是實驗室中培養微生物常用的培養基原料。近年來，也有一些研究人員正在研究將酵母菌的核酸提煉出來，經加工製成食品添加鮮味劑，可用來取代味素。因此酵母菌可說是人類最好的小朋友，它們是卓越的化學家，也是能化腐朽為神奇的工程師。  

酵母菌與近代生物科技   基因重組技術（或稱之為遺傳工程技術）是近代生物科技中一項重要的技術；在發展之初，是以原核生物的細菌（例如大腸桿菌）作為宿主細胞，而將高等生物的特定基因設法轉殖嵌入宿主的DNA中，藉著宿主細胞快速繁殖的能力，來大量表現此基因。然而以細菌當作宿主細胞的缺點是，它不能有效的修飾真核生物的蛋白質，因此在研究上或應用上受到許多限制。而屬於真核生物的酵母菌，則是一個很好的宿主細胞，原因如下：（1）酵母菌是真核生物，可以比較有效率的修飾真核生物的基因及其蛋白質；（2）酵母菌是單細胞生物，繁殖速率很快，短時間內便可大量培養及得到產品；（3）酵母菌可以用很簡單及廉價的原料來生長，培養容易；（4）其基因數量不大，只有人類的三十分之一（或約為大腸桿菌的四倍），很容易進行基因轉殖的操作。以釀酒酵母為例，單套的細胞具有十七條染色體，每條染色體上的基因並不多，很容易將此十七條染色體個別分離出來作一些特別的研究用途。

由外界轉殖基因進入酵母菌細胞可有三種方式：（1）將欲選殖的基因與酵母菌染色體的中央節（或稱著絲點）基因及複製基因共同結合在同一質體上；如此，此質體將可很穩定的存在於酵母菌的細胞內，每個細胞中將只含有一或數個此種質體；隨著細胞每次的有絲分裂，該質體亦可複製並在紡錘絲上移動，而平均分布到新分裂的二個細胞中。（2）選殖基因到不具有中央節的質體上，此類質體較不穩定，但可以很多數量存在於酵母菌細胞中；當酵母菌細胞分裂繁殖時，質體則隨機分配到二個新細胞中。（3）選殖的基因直接嵌入酵母菌的染色體上，與酵母菌的染色體同步複製。

酵母菌細胞的另一特色是，通常可將外來選殖基因的蛋白質分泌到細胞外，有利於產品的回收與純化（大腸桿菌則傾向於將此類蛋白質留置在細胞內，成為結晶狀的內涵體）。而再以社會大眾對遺傳工程產品的接受度而言，細菌總是使人聯想到疾病，而酵母菌則使人聯想到較正面的事物（如釀酒、食品製造）；因此以酵母菌生產的遺傳工程產品也較容易被一般社會大眾所認同與接受。是故酵母菌已逐漸成為近代生物科技的新寵，在未來的應用上具有極大的潛力。  

酵母菌雖是小小的單細胞微生物，但是它們的本事卻不小。它們是代謝醣類製造酒精的高手，食品工業少不了它。在新興的生物科技中，酵母菌也開始嶄露頭角。而在解決未來能源危機上，它也將占有一席之地。酵母菌是我們人類最古老、最忠實的朋友；過去如此，現在如此，未來也將如此！