酵母菌是唯一年产量超过百万吨的微生物菌种,被普遍应用于食品、医药及饲料等行业。其中,酿酒酵母是人们使用最早的微生物菌种,主要在乙醇发酵工业中利用。然而传统的酒精发酵往往存在菌种密度不高、发酵效率偏低等缺陷。目前,国内外学者在探索加快微生物发酵进程方面进行了大量研究,一些研究结果表明适当的超声波处理可以促进微生物发酵。本论文以酿酒酵母为研究对象,探讨超声波对酿酒酵母种子液细胞增殖、细胞形态、细胞膜通透性、酒精耐性的影响;并在酒精发酵过程中施加适当强度的超声波进行处理,研究超声波对菌体生长速率、死亡率、代谢产物及产量的影响;同时进行发酵罐小试,建立超声辅助酒精生成动力学模型。主要研究结论如下:(1)以酿酒酵母生物量的增加量为评判指标,通过单因素试验对超声波促进菌体增殖条件进行筛选。结果表明:超声波处理最佳阶段为酿酒酵母停滞后期,在频率为28 kHz,处理时长为1 h,功率密度是140 W/L条件下,酿酒酵母生物量比对照组提高127.03%。(2)研究了超声波对酿酒酵母形态、细胞膜通透性、酒精耐性的影响。采用倒置荧光显微镜对超声处理后的酿酒酵母进行观察,发现经过超声处理的菌体数量明显增多;且超声处理后的酿酒酵母母细胞周围出现了较多的子细胞,而对照组无此现象,表明适当的超声处理刺激了酿酒酵母的生长和繁殖,促使其进入生长旺盛期。酿酒酵母的胞外蛋白质、核酸及1,6-二磷酸果糖(fructose-1,6-diphosphate,FDP)含量测定结果显示,超声处理后这三种物质的含量分别较对照组提高了19.36%,15.08%及220%,说明超声波处理增强了细胞膜的通透性。酿酒酵母在含酒精的培养基中生长结果显示,在较高浓度酒精中,超声可以加快酵母菌体的损伤,但对其酒精耐性影响较小。(3)利用多频扫频狭缝超声设备,研究了不同超声模式对酿酒酵母生长速率、死亡率、以及酒精、β-苯乙醇及各类挥发性代谢产物产量的影响。结果表明:定频超声与扫频超声均有助于酿酒酵母的生长;但扫频超声模式会导致细胞的死亡率升高;在发酵过程中施加28 kHz的定频超声,发酵时间为40 h时,酒精产率达到12.05%(v/v),β-苯乙醇含量达到最高。采用GC-MS联用仪对发酵液中挥发性代谢产物进行分析,结果显示定频超声可以提高发酵液中醇类和酯类的含量。(4)在定频超声模式下,研究了超声频率对酿酒酵母生长速率、死亡率及酒精、β-苯乙醇等各类挥发性代谢产物产量的影响。结果表明,当频率大于33kHz时,超声对酿酒酵母生长的促进作用降低,且频率越高,发酵液中的细胞死亡率越高。在发酵过程中施加23 kHz的超声波,发酵48 h时酒精产率较空白组增加了19.33%,β-苯乙醇含量显著增加,其他酯类等挥发性代谢产物也有所增加。(5)以发酵液中菌体浓度、残糖量、酒精得率为评价指标,利用5 L发酵罐进行酒精发酵小试试验,并研究了23 kHz定频超声对酿酒酵母发酵效率的影响。结果显示,与采用发酵瓶发酵相比,发酵罐中菌体的生长速率及最终菌体密度都较高,但糖类消耗速率较慢,残糖量高,酒精最终产率是10.48%(v/v)。运用Logistic模型和Compertz模型对发酵罐酒精发酵过程进行模拟,结果显示Logistic模型能够较好地预测酒精生成过程,相关性系数R2为0.995,运用该模型能够对超声辅助酿酒酵母的酒精发酵过程进行指导。