酵母容易出现的问题及解决方案
酵母对葡萄酒发酵具有根本性影响。在自然发酵过程中来自葡萄果实表面和酿酒厂设备上的酵母表现出一个逐渐生长的趋势。在早期的发酵过程中科勒氏酵母(Kloeckera)、汉森氏酵母(Hanseniaspora)和假丝酵母(Candida)占据优势；在发酵中期，即酒精含量达到3－4％时，梅奇氏酵母(Metschnikowia)属和毕赤氏酵母属(Pichia)的几个种占优势；而后期的葡萄酒自然发酵过程都是能耐受高酒精含量的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）菌株占优势。破碎或榨汁后不加或很少量地添加二氧化硫，然后利用土著酵母进行天然发酵被认为能够使葡萄酒获得更为饱满圆润的口感，以及地方的特色。现在国内不少的酿酒师也在讨论这个问题，但是需要注意到两点，一是我们国家多数葡萄园和酿酒厂的生产历史还比较短，天然酵母的组成类型还处于演化发展期，即使是只添加低二氧化硫或无二氧化硫，发酵过程仍然会比较缓慢，产品质量也不稳定，另一方面早期杂酵母的生长所产生的次生代谢物质积累，可能对葡萄酒品质产生影响，比如造成葡萄酒容易上头或者饮后头痛等。因此，在采用自然发酵时，要充分考虑到其中的风险，它比较适宜于一些精品屋式的小型酒园，这类酒园非常强调产品在不同年份之间的变化，为了获得体现当地独特酵母风格的葡萄酒而甘愿承担自然发酵的风险。
现代化的大型酒厂要求产品质量在年度间保持稳定，葡萄酒需要具有一贯的口感风味。为了获得迅速可靠的发酵，通常采用各种精选的商业酵母菌株。它们可以快速有效地催化将葡萄中的糖转化为酒精的过程，同时不产生任何不良气味。随着消费者对葡萄酒品质要求的不断提高、口味的多样化和更高的环保标准，今天先进的酿酒师期望获得具有各种特定性能的酵母菌株，从而提高葡萄酒的市场竞争力和商业价值。对葡萄酒酵母的这些要求直接推动了酵母育种和基因改良工作。
可以通过经典的方法或分子基因技术对酵母菌株进行分析和改良。经典的菌株筛选和改良方法，如：变异选择、突变选择、杂交选择基本上都是采用霰弹枪式的方法。在这些方法可在较大的区域甚至整个基因组区域中使基因重组或重排。这类方法的专一性不强，可能在改善酵母菌株某些特征的同时，丢失一些人们喜爱的其它特征。经典方法的唯一的长处是其产物不属于基因改良生物（GMO）的范畴，受众的认同感比较高。而通过基因工程进行酵母改良是更为精确的方式，在引入新特征、消除不利特征的同时，一般不会影响其它为人们所喜爱的优点。
当前对葡萄酒酵母基因组的全部测序工作已经完成，正在对总共6000个左右的基因功能进行破译，人们对葡萄酒酵母的复杂代谢过程有了越来越多的认识。迄今为止，科学家们已为葡萄酒酵母发展了多种有效的质粒载体和基因转移方法，以及用于外源基因在酵母体内表达和产物分泌的表达和分泌盒。这些成果为新酵母菌株的基因设计和选择提供了更广的适用性和更强的专一性手段，使葡萄酒酵母的分子改良逐步成为现实。
在实际生产中葡萄酒的发酵速度常常不符合酿酒师的要求。发酵速度过快时产生大量的泡沫，一方面减少了发酵容器的空间，另一方面挥发性的香气物质也随二氧化碳夹带排除而流失。发酵过程中常碰到的另一个问题是，葡萄酒的发酵过程不能充分完成或者进行得过于缓慢。葡萄酒发酵的停止和迟滞使发酵罐的空间不能得到充分利用，保护性的二氧化碳产生过慢而造成葡萄酒质量降低，以及葡萄酒中出现过高的残糖含量等。
许多因素影响葡萄酒酵母的发酵表现，在改良发酵表现方面主要的研究领域包括：增加活性干酵母的抗胁迫能力和恢复能力，改善酵母对葡萄汁中糖分和氮素的吸收与同化，提高酵母对乙醇、其它微生物的代谢产物及毒素的耐受力，提高它们对亚硫酸盐、重金属和农业化学残留物的耐受力，以及减少发酵过程中泡沫的形成。
下胶和澄清通过去除蛋白质、细胞碎片，使葡萄酒达到澄清，并保证产品的物理化学稳定性。下胶和澄清不仅费钱费力、降低葡萄酒产量，而且会造成香气和风味成份的明显流失。为了尽可能减少损失，酿酒师常使用蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶等多种酶制剂。商品酶价格昂贵，有时还含有其它酶污染。通过基因操作，超量表达来自多个细菌、真菌和酵母的相关基因，可以获得具有降解蛋白质、果胶、葡聚糖和纤维素能力的葡萄酒酵母菌株。
改善澄清和过滤特征的第二个目标是从发酵容器的液相中去除所有的酵母细胞。对絮凝基因的调控表达可以保障酵母在发酵过程中维持高悬浮态，获得迅速的发酵，而在发酵完成时酵母细胞能够进行快速有效的沉淀。酵母的絮凝对生产瓶中发酵的起泡葡萄酒有明显的价值，在生产过程中控制酵母絮凝在适当的时候开始，可以简化这个费时费力的工序。将絮凝素基因与后期发酵启动子相连接，可以通过热击处理进行诱导表达，确保人工控制的絮凝在发酵结束时实现。细胞聚凝在生产菌膜谐丽酒使也具有关键性作用，其中一个生产工序就是造成酵母细胞的悬浮，从而在葡萄酒的表面形成一层菌膜。将粘液素基因接上启动子，可以促进发酵末期生物膜的形成，从而简化产膜过程。
对有害微生物的生物控制
在葡萄酒的整个生产过程中有害微生物的生长都会劣化产品的外观、香气和口感。健康的葡萄、良好的酒厂卫生和严格的酿造操作是战胜葡萄酒败坏的基础。加入化学保鲜剂，如二氧化硫、二甲基碳酸氢纳（dimethyl dicarbonate）、安息香酸、富马酸和山梨酸等则是控制微生物污染的第二道防线。然而大量使用化学保鲜剂不仅影响葡萄酒的品质，还要面对消费者日益增长的抵触。因此，利用酵母的代谢产物， 如：在葡萄酒发酵过程中形成的SO2或过氧化氢、抗微生物的酶制剂，如：溶菌酶、几丁质酶和葡聚糖内切酶，和短肽，如：酵母杀伤因子和细菌素，被认为是化学保鲜剂的战略替代。
然而，纯化的抗微生物酶和细菌素价格昂贵，会明显增加生产成本。这个问题可以通过让葡萄酒酵母表达这些酶和短肽来解决。例如：鸡蛋蛋清溶菌酶基因（HEL1）、乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）的片球菌素（perdiocin）基因（PED1）和明串珠菌属（Leuconostoc carnosum）的明串珠菌素（leucocin）基因（LCA1）都已用于产生具有杀菌能力的酵母。抗真菌酵母CTS1基因所编码的几丁质酶和EXG1所编码的葡聚糖外切酶（exoglucanase）也在酿酒酵母中进行了表达。在建立能够对其它酵母具有抑制和杀伤能力的菌株方面，包括将酵母的真菌病毒毒素决定物（一种K1/K2双重毒杀因子）和来自其它酵母（汉森氏酵母、克鲁维酵母属、毕赤酵母属等）的编码酵母毒性因子的基因加入酿酒酵母中。最理想的是将各种抗微生物活性全部整合到葡萄酒酵母中，从而可以对付所有可能造成葡萄酒破败的污染微生物。
人们普遍认为适度饮用葡萄酒对社会有利，可以缓解压力，减少心血管疾病的发生。葡萄酒中的保护性物质包括各种酚类化合物、白藜芦醇、水杨酸和酒精等。同时消费者越来越挑剔葡萄酒中可能存在的微量有害物质，如：被怀疑有致癌可能的氨基甲酸乙酯ethyl carbamate、 神经毒素生物胺（biogenic amines），以及亚硫酸盐等。一些消费者甚至挑剔葡萄酒中酒精含量过高。当发展新型葡萄酒酵母时应特别注意这些涉及健康的方面，加强其优点，如：产生白藜芦醇、肉毒碱等，减少其风险，如：消除氨基甲酸乙酯和生物胺，降低酒精的含量等，以更好地配合适度饮酒的健康消费趋势。
葡萄酒生产中最重要的单个因子是终产品的感官质量，如色泽、香味和口感。葡萄酒中涉及风味的物质多达数百种。其中，葡萄酒的嗅觉品质取决于优良香气成份和代谢产物的平衡程度，以及不出现人们所不喜欢的嗅觉成份。来自葡萄果实的痕量成份之间微妙的共同作用通常赋予葡萄酒典型的风味和果香特征，而酵母发酵的产物（如：酯类、醇类等）则提供了葡萄酒的背景风味和酒香。
能够赋予葡萄酒某种特别品质的酵母具有明显的市场前景。近年来，在发展能够增加颜色和香气释放的酶、修饰酯类的酶的酵母方面取得了显著的进展。能够产生最优化水平的甘油，最优化水平的杂醇油（异丁醇、异戊醇等）和最优化水平的酚酸的酵母也已经获得成功。
对葡萄酒酸度的生物调节也可以通过经重组的葡萄酒酵母来实现。一种包含粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）苹果酸盐透过酶基因和苹果酸酶基因的葡萄酒酵母能够将苹果酸转化为乙醇（苹果酸乙醇发酵）。而一种包含mae1基因和来自乳酸菌的苹果酸乳酸酶基因的转基因酵母可以将苹果酸转化成乳酸（苹果酸乳酸发酵）。在气候相对冷凉、生产出的葡萄酒pH值低的产区，能进行苹果酸乙醇发酵的葡萄酒酵母会受到欢迎，而具有苹果酸乳酸发酵能力的酵母则更适合于气候较温暖生产出的葡萄酒具有较高pH值的产区。应用这些经过改良的酵母对红葡萄酒和某些需要苹果酸乳酸发酵的特定风格的白葡萄酒来说还可以通过不使用苹果酸乳酸细菌而减少生物胺的产生。
生物技术在二十一世纪为提高葡萄酒的品质，降低优质葡萄酒的生产成本，满足不同消费者多元的个性化需求，提供了更为广阔的可能和选择空间，尽管经基因改良的酵母现在还多是实验室菌株，只有少数是商业菌株，也没有任何经基因重组后的菌株投入酒厂应用；尽管在基因改良酵母的商业应用领域还存在很多争论，但世界上的多个实验室正在加紧这方面的研究，小规模的发酵试验取得令人振奋的结果。相信在不远的将来经基因改良的酵母菌株将会面对市场、消费者和酿酒师的选择和考验。
