啤酒廢酵母的利用與環(huán)境問(wèn)題

啤酒廢酵母的利用與環(huán)境問(wèn)題

0啤酒廢酵母資源利用的現(xiàn)狀作為啤酒生產(chǎn)和排放的主要廢物，啤酒廢水母芽每年生產(chǎn)1000萬(wàn)噸啤酒，約1.5%的剩余母芽產(chǎn)生約1.5%的空氣。啤酒垃圾母芽含有豐富的蛋白質(zhì)、沉積物、維生素、礦產(chǎn)等養(yǎng)分，安全且無(wú)菌。這個(gè)價(jià)格很高。目前我國(guó)啤酒產(chǎn)量已到4×107t,已連續(xù)四年居世界第一位,搞好啤酒廢酵母的資源利用和啤酒企業(yè)的環(huán)境問(wèn)題,越來(lái)越得到了人們的關(guān)注。在國(guó)際上,日本在啤酒酵母利用方面走在了世界的前列,其中回收啤酒酵母的17%~18%用于藥品生產(chǎn),20%用于食品生產(chǎn),約有12%~13%用于強(qiáng)化飼料生產(chǎn),50%用于混合飼料生產(chǎn),我國(guó)與其相比還有一定的差距。我國(guó)啤酒酵母的主要處理方式是干燥后作為飼料或直接排放,有效成分沒(méi)有得到充分利用,造成了資源浪費(fèi),污染了環(huán)境。盡管近幾年關(guān)于啤酒廢酵母綜合利用的研究報(bào)道比較多,但應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的研究成果較少。本文主要闡述了啤酒廢酵母的綜合利用現(xiàn)狀及前景。1葡萄糖母的營(yíng)養(yǎng)成分和利用1.1不同菌種的氨基酸組成啤酒酵母中含有豐富的蛋白質(zhì),占酵母干重的50%左右,并含有人體必需的8種氨基酸,氨基酸組成比例接近聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦的理想氨基酸組成值,已接近理想蛋白質(zhì)的水平,特別是谷物蛋白中含量較少的賴氨酸含量較高,所以啤酒酵母作為人類營(yíng)養(yǎng)食品或是動(dòng)物飼料比一般蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高,啤酒干酵母蛋白質(zhì)的氨基酸組成如表1。1.2維生素及生理活性物質(zhì)啤酒酵母含有豐富的維生素B1、B2、B6、B12及葉酸、泛酸等生理活性物質(zhì),尤其是B族維生素的含量非常豐富,達(dá)到酵母干重的0.7%,核糖核酸(RNA)的含量達(dá)4.5%~8.3%。啤酒酵母中還含有較豐富的麥角甾醇,該物質(zhì)受到紫外線照射可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D,維生素D對(duì)骨骼形成極為重要,所以可用紫外線照射啤酒酵母,制取維生素D強(qiáng)化酵母片劑,作為鈣營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。啤酒酵母中的維生素及生理活性物質(zhì)如表3。啤酒酵母本身是一個(gè)活細(xì)胞體,所以細(xì)胞內(nèi)含有新陳代謝完整的酶系,啤酒酵母中的多種生理活性物質(zhì),利用價(jià)值高,市場(chǎng)價(jià)格昂貴,具有良好的開發(fā)應(yīng)用前景。1.3富硒酵母的提取啤酒酵母中含有豐富的人體必需的微量元素,如磷、鐵、鈣、鎂、鋅、錳、硒、鉻等。鉻元素和維生素B2結(jié)合的化合物能維持人體正常血糖值,硒可以保護(hù)心臟,抑制心血管病的發(fā)生和發(fā)展,防止克山病和關(guān)節(jié)炎,尤其可以防止癌變,硒是食物中含量比較貧乏的,但又是人體所必需的,而啤酒酵母易富集硒元素,可以用特殊工藝來(lái)制取富硒酵母,添加到食品中作為補(bǔ)充微量元素硒的來(lái)源。2啤酒浪費(fèi)利用率2.1啤酒廢水母素在食品工業(yè)中的應(yīng)用2.1.1酒廢酵母蛋白飲料的制備啤酒廢酵母富含蛋白質(zhì),且氨基酸組成接近理想蛋白質(zhì),營(yíng)養(yǎng)豐富。以啤酒廢酵母為主要原料生產(chǎn)蛋白飼料添加劑,作為配制其它混合飼料的蛋白源,可代替進(jìn)口魚粉。工藝過(guò)程主要包括酵母泥攪拌、加熱、滾筒干燥、粉碎等工序。該利用方法同樣存在高附加值組分沒(méi)有得到分離和利用問(wèn)題。2.1.2顆?；旌巷暳现苯訉⑵【粕a(chǎn)過(guò)程中的固體廢棄物主要包括制麥芽工序產(chǎn)生的麥芽根、糖化工序生產(chǎn)的麥糟、發(fā)酵工序排放的啤酒廢酵母等混合干燥、粉碎,制備顆?；旌巷暳铣鍪邸９に嚪椒ê?jiǎn)單易行、投資少,變廢為寶,減少了環(huán)境污染,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。不足是啤酒廢酵母以及麥芽根中含有的許多附加值很高的組分沒(méi)有得到分離和利用,其高附加值沒(méi)有體現(xiàn),造成資源的浪費(fèi)。2.2啤酒廢酵母食品啤酒酵母含有豐富的氨基酸、維生素、生理活性物質(zhì)和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分,營(yíng)養(yǎng)豐富,安全、無(wú)毒,在食品行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景,以啤酒廢酵母可以生產(chǎn)或提取多種食品添加劑以及高附加值的產(chǎn)品。2.2.1酵母蛋白營(yíng)養(yǎng)粉的添加對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響啤酒廢酵母中蛋白質(zhì)含量占酵母干重的50%左右,且氨基酸組成非常理想,是一種良好的蛋白資源。酵母蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值見(jiàn)表3。表3所示,酵母蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低于動(dòng)物蛋白,但接近甚至高于植物蛋白。利用啤酒廢酵母生產(chǎn)的酵母蛋白營(yíng)養(yǎng)粉添加在食品中,不僅強(qiáng)化了食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,同時(shí)賦予食品以豐富而寬廣的口味和濃郁感。酵母蛋白營(yíng)養(yǎng)粉的生產(chǎn)工序主要包括:酵母泥預(yù)處理、自溶、殺菌滅酶、調(diào)配、干燥等。2.2.2增長(zhǎng)功能性食品的應(yīng)用酵母抽提物又名酵母精,是利用廢棄酵母采用酸法、堿法和自溶處理而得到的一種食品營(yíng)養(yǎng)添加劑。富含蛋白質(zhì)、18種氨基酸,尤其以賴氨酸的含量最為豐富,而且還含有豐富的B族維生素、礦物質(zhì)、核酸及其降解物、有機(jī)酸和糖類,具有營(yíng)養(yǎng)豐富,風(fēng)味獨(dú)特,安全、無(wú)毒等特點(diǎn),具有調(diào)味、強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)、抗衰老、抗氧化等功能,廣泛應(yīng)用于肉類、水產(chǎn)品、膨化食品、快餐食品加工中,起著改善食品風(fēng)味,提高產(chǎn)品品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等作用。酵母抽提物生產(chǎn)工藝過(guò)程為:先將新鮮廢啤酵母用100~80目的篩子過(guò)篩,然后加水并添加占酵母干重1%~5%的NaCl和純堿調(diào)節(jié)pH至8~9,充分?jǐn)嚢?離心分離并用水多次清洗。將得到的酵母泥做自溶處理,即使用6%vol的酒精,在45~65℃的溫水下溶解,攪拌20~48h。在自溶結(jié)束后,將懸浮液在90~100℃溫度下,保溫30min,滅酶。離心分離得濾液濾渣,將濾液于60℃減壓濃縮可得糊狀物,再經(jīng)干燥可得糊狀酵母抽提物。酵母抽提物中含有Mailand反應(yīng)形成的的天然香料成分,是制備肉類香精的天然基料。此外,由于其含有各種氨基酸、B族維生素,是一種優(yōu)良的微生物生長(zhǎng)培養(yǎng)基,被廣泛應(yīng)用在生化培養(yǎng)、生物制藥等領(lǐng)域。2.2.3酵母泥天然復(fù)合調(diào)味料酵母蛋白和核酸的降解產(chǎn)物中含有豐富的呈味氨基酸和核苷酸,因此,利用酵母中所含的多種營(yíng)養(yǎng)成分可生產(chǎn)富含十幾種氨基酸、肽、呈味核苷酸、維生素多種微量元素的天然調(diào)味品,產(chǎn)品不僅滋味鮮美,而且營(yíng)養(yǎng)豐富,是集調(diào)味營(yíng)養(yǎng)兩大功能于一體的天然復(fù)合調(diào)味料,其生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)醬油成本降低一半,每噸酵母泥可生產(chǎn)類似于醬油濃度的天然復(fù)合調(diào)味料2.5~3.5t。主要用作增鮮劑和風(fēng)味調(diào)節(jié)劑,在國(guó)外抽提物被譽(yù)為第三代味精,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上,已有以酵母為原料生產(chǎn)的調(diào)味料出售。2.2.4酵母壁酶解滌綸產(chǎn)品中含人體所需的氨基酸生產(chǎn)復(fù)合氨基酸型保健食品可以充分利用啤酒酵母的豐富營(yíng)養(yǎng),通過(guò)全酶工藝,將酵母壁酶解,除去異味,產(chǎn)品中含人體必需的8種氨基酸。日本扎幌啤酒公司將其制成“干燥啤酒酵母”可繼續(xù)深加工為高蛋白飲料、減肥食品、保健食品。2.2.5天然粉類同道利用啤酒酵母代替可可粉加工巧克力和可可飲料已有報(bào)道,結(jié)果表明,其效果與天然可可粉類同。將酵母抽提物超濾液和截留液分別制成功能飲料,飲料均呈淡黃色,清亮,無(wú)沉淀,無(wú)酵母味,味甜美,很受消費(fèi)者青睞。2.3啤酒廢水母活性擬廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)啤酒廢酵母含有多種生物活性物質(zhì)、完整的酶系,因此啤酒酵母是提取多種生化物質(zhì)及生化藥物的寶貴資源。2.3.1發(fā)酵酵母的制備核酸和核苷類藥物具有擴(kuò)張血管、增加血紅蛋白濃度、增加血紅球數(shù)、白血球數(shù)、減輕浮腫和抗病毒、腫瘤等作用,在醫(yī)藥行業(yè)具有廣泛的用途。啤酒酵母中核糖核酸的含量高達(dá)4.5%~8.3%,主要存在于啤酒酵母細(xì)胞質(zhì)內(nèi),借助物理、化學(xué)或生物化學(xué)的方法破壞細(xì)胞壁使核酸釋放出來(lái),將核糖核酸和雜質(zhì)分離,得到純度較高的核糖核酸產(chǎn)品。核糖核酸進(jìn)一步降解可得到核苷酸,目前利用核糖核酸降解生產(chǎn)核苷酸常用的方法是5′-磷酸二酯酶酶解法,5′-磷酸二酯酶可以采用桔青霉發(fā)酵法制備也可以由麥芽根提取獲得,目前主要常用從大麥芽根中提取5′-磷酸二酯酶的方法。核糖核酸酶解后主要生成5′-核苷酸,得到四種單核苷酸的混合體,可以借助于合適的離子交換樹脂將其分離,獲得單一的單核苷酸。核苷酸降解可獲得核苷。關(guān)于啤酒廢酵母提取核酸、核苷酸類藥物的相關(guān)報(bào)道較多,應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的不多,工藝技術(shù)還有待進(jìn)一步完善,主要是提取收率偏低、產(chǎn)品質(zhì)量差、工藝方法復(fù)雜,經(jīng)濟(jì)上難以過(guò)關(guān)。筆者等人系統(tǒng)的研究了啤酒廢酵母提取核糖核酸的工藝過(guò)程,初步確定了工藝技術(shù)路線和工藝參數(shù),核糖核酸產(chǎn)品純度高,提取收率達(dá)到6%左右(酵母干基),產(chǎn)品經(jīng)紅外吸收光譜鑒定,吸收?qǐng)D譜與核糖核酸標(biāo)準(zhǔn)品完全一致。2.3.2酵母糖凝血藥品酵母細(xì)胞內(nèi)含有大量的凝血質(zhì),凝血質(zhì)通過(guò)凝血酶的作用使人體或動(dòng)物血漿內(nèi)可溶性纖維蛋白變成不溶性纖維蛋白,從而達(dá)到凝血。從酵母中提取凝血質(zhì)工藝簡(jiǎn)單,安全性高,是凝血藥品的理想資源。啤酒酵母由于本身富含麥甾醇,所以它是生產(chǎn)麥甾醇的較好原料,麥甾醇是維生素D的前體,工業(yè)生產(chǎn)麥甾醇主要是從啤酒酵母細(xì)胞中提取。啤酒酵母在提取上述兩種物質(zhì)時(shí),還可以得到卵磷脂、酵母海藻糖和多種氨基酸。2.3.3fe2+酶活性利用啤酒酵母還可制取谷胱甘肽,谷胱甘肽(由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸構(gòu)成的三肽)具有參加肝細(xì)胞內(nèi)的氧化還原反應(yīng)及對(duì)SH酶的激活和提高Fe2+酶活性作用,它作為肝臟病與藥物中毒的治療已經(jīng)商品化。日本朝日啤酒公司在啤酒酵母中組入谷胱甘肽成酶基因并控制培養(yǎng)條件,每單位重量的干酵母菌體生產(chǎn)谷胱甘肽保肝藥的得率高達(dá)6%。2.3.4生產(chǎn)抗心肌病制劑果糖二磷酸鈉(FDP)是人體代謝中的一種活性生化物質(zhì)。它的分子結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)高能磷酸鍵,可以作為恢復(fù)和改善細(xì)胞代謝的分子水平藥物。FDP藥粉制成粉劑、水劑可供靜脈滴注,它能改善心臟機(jī)能和緩和冠狀動(dòng)脈阻塞,用于心肌梗塞、心功能不全、冠心病、心肌缺血發(fā)作、休克等癥的急救良藥;另外,果糖二磷酸鈉在制作保健食品、制取美容化妝品方面亦廣為應(yīng)用。利用啤酒酵母以酶法制取果糖二磷酸鈉已形成批量生產(chǎn)。2.3.5活性酵母生產(chǎn)貯藏酵母甘露聚糖是酵母細(xì)胞壁多糖中的一種,是一種糖蛋白,分子量約在9萬(wàn)道爾頓左右,白色粉狀固體,溶于水,溶液有粘性。酵母甘露聚糖在食品行業(yè)可以作為食品強(qiáng)化劑,具有抗輻射作用,可以作為癌患病人體質(zhì)增強(qiáng)劑,處于輻射環(huán)境中工作人員健康增補(bǔ)劑,用于防曬化妝品的生產(chǎn),在醫(yī)藥行業(yè)可以作為“生物導(dǎo)彈”載體和抗腫瘤藥物。國(guó)際市場(chǎng)每克酵母甘露聚糖70美元左右,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚沒(méi)有國(guó)產(chǎn)商品出售。因此,以啤酒廢酵母生產(chǎn)甘露糖蛋白市場(chǎng)前景廣闊,經(jīng)濟(jì)效益顯著。酵母泥提取甘露糖的工藝并不復(fù)雜,因?yàn)楦事短堑鞍追肿又杏H水基是甘露糖聚合物,親油基一端是蛋白質(zhì)的R部分,所以它可作為水包油乳化劑。啤酒廢酵母生產(chǎn)甘露糖蛋白的工藝流程:酵母菌體→破胞壁→破碎酵母→離心(或過(guò)濾)→酵母殘?jiān)C合利用(生產(chǎn)酵母精和酶)。酵母液→除去雜質(zhì)→酵母多糖→提取→酵母甘露聚糖(粗品)→純化→酵母甘露聚糖純品。甘露糖蛋白的得率在1.5%~2%(酵母干基)。2.3.6-3-d葡聚糖的提取啤酒酵母細(xì)胞壁成分主要是葡聚糖,分為堿不溶性、堿溶性、酸溶性三種。堿不溶性葡聚糖能增強(qiáng)免疫力,有抗癌、抗病毒、降低血脂等功能?？刹捎脡A制備法或酶-堿制備兩種方法從啤酒廢酵母中提取β(1-3)-D葡聚糖。堿法制備工藝為:廢酵母處理后自溶,離心分離,沉淀物用3%NaOH在60℃下處理3.5h,離心,沉淀物再用2%NaOH在90℃下處理2h,離心,水洗,去脂干燥。2.3.7其他常見(jiàn)的多種產(chǎn)品由于酵母細(xì)胞中含有2%左右的B族維生素,所以可以利用啤酒廢酵母提取B族維生素、細(xì)胞色素C。在提取細(xì)胞色素C的同時(shí),還可以得到輔酶A、酵母多糖和核糖核酸等多種產(chǎn)品。另外酵母是微量元素的載體,它能大量吸收和同化微量礦物質(zhì)元素,并將其轉(zhuǎn)化成有機(jī)形態(tài),成為