淺談啤酒酵母的綜合利用

淺談啤酒酵母的綜合利用

啤酒發(fā)酵是啤酒工業(yè)生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品。這是啤酒生產(chǎn)后從發(fā)酵槽底部挖出的母沉積物，由母沉積物、少量蛋白質(zhì)和酒花碎片組成。以發(fā)酵酵母生產(chǎn)啤酒為例,目前每生產(chǎn)100t啤酒,大約可得到濕啤酒酵母1.5~2.0t(含水75%~80%),其中僅有30%左右被回收利用,其余的都被廢棄掉。啤酒酵母泥中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),每克干酵母泥中含有蛋白質(zhì)48%~60%、碳水化合物30%~35%、核糖核酸4.5%~8.3%、灰分7%、脂肪1.5%、谷胱甘肽0.4%以及水分5%~7%。此外,還含有豐富的維生素、粗纖維等其他的營養(yǎng)成分。啤酒酵母各組分相關(guān)產(chǎn)品如圖1所示。我國是世界上最大的啤酒生產(chǎn)國,2013年啤酒產(chǎn)量共計(jì)5061.5萬t,產(chǎn)生了100萬t左右的啤酒酵母。因此,加強(qiáng)對(duì)啤酒酵母的綜合應(yīng)用,提高產(chǎn)品的附加值,不但具有廣闊的市場(chǎng)空間,同時(shí),可減少廢物排放,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù),產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1葡萄酒和發(fā)酵母以及衍生產(chǎn)品在食品行業(yè)的應(yīng)用1.1新型調(diào)味料和新一代調(diào)味料近年來隨著生活水平的提高和對(duì)食品安全的關(guān)注,人們對(duì)食品添加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用有著更高的要求和認(rèn)識(shí),尋求綠色、回歸天然已成為發(fā)展的主流。酵母抽提物是一種天然的調(diào)味料,它含有酵母細(xì)胞降解而成的肽類化合物、游離氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸和糖類等,具有強(qiáng)烈的呈味性能,口感醇厚,添加到食品中能賦予食品以濃厚的后味,可以更好地改善食品風(fēng)味,抑制食品苦、澀等不良?xì)馕?使食品的味道更加濃厚、圓潤,是繼味精(monosodiumglutamate,MSG)、水解植物蛋白(hydrolyzedvegetableprotein,HVP)、水解動(dòng)物蛋白(hydrolyzedanimalprotein,HAP)和呈味核苷酸(IMP+GMP,I+G)之后的新一代調(diào)味料。目前我國酵母抽提物主要以面包酵母為原料,對(duì)比使用啤酒酵母為原料生產(chǎn)酵母抽提物成本較高,因此應(yīng)用啤酒酵母生產(chǎn)酵母抽提物具有顯著地經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益,研究主要集中在高I+G型和風(fēng)味型酵母抽提物的研究與開發(fā)。1.1.1酵母抽提物生產(chǎn)提高呈味核苷酸含量的機(jī)制I和G是呈味核苷酸5′-肌苷酸(ionosine-5′-monophosphate,IMP)和5′-鳥苷酸(guanosine-5′-monophosphate,GMP)的縮寫,具有顯著呈鮮味作用,與味精混合時(shí)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使鮮度提高數(shù)倍至數(shù)十倍;同時(shí)核苷酸對(duì)甜味、肉味有增效作用,對(duì)咸、酸、苦味及腥、焦味有抑制作用。一般的酵母抽提物雖然在整體呈味上比味精強(qiáng),但往往給人鮮度不夠的感覺;高I+G型酵母抽提物使呈味核苷酸含量增加,從而提高產(chǎn)品的鮮度,再加上酵母抽提物天然、營養(yǎng)的特性和良好的加工性能,這樣就大大提高了酵母抽提物與其他鮮味劑競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。高I+G型酵母抽提物的生產(chǎn)主要是通過自溶-酶法進(jìn)行的。在一定溫度、pH條件下,誘導(dǎo)酵母細(xì)胞進(jìn)行自溶,并依次加入相應(yīng)的細(xì)胞壁水解酶、蛋白酶和核酸酶,最終獲得高I+G型酵母抽提物。劉漢靈等通過酵母水解工藝控制結(jié)合外加核酸酶等技術(shù),使酵母抽提物中I+G含量從1%左右提高到10%左右。徐耀文等以啤酒酵母為原料,采取分步酶解技術(shù),使酵母抽提物中的I+G含量從3%左右提高到10%以上。唐山拓普生物以啤酒酵母為原料,通過誘變技術(shù)獲得核酸含量超過13%的啤酒酵母菌株,并以此為原料進(jìn)行生產(chǎn),也獲得了I+G含量>12%的酵母抽提物,已達(dá)到國際同類水平。1.1.2酵母抽提物與美拉德反應(yīng)酵母抽提物之所以有顯著的調(diào)味效果,與其所含成分密切相關(guān)。其中IMP和GMP主要貢獻(xiàn)鮮味,游離氨基酸貢獻(xiàn)鮮味和甜味。此外,酵母細(xì)胞中還含有芳香類物質(zhì)以及肽類化合物,不同于以鮮味為主的味精和呈味核苷酸,其可賦予食品醇厚濃郁的香味,使食品總體風(fēng)味更加協(xié)調(diào)。通過優(yōu)化酵母抽提物水解工藝,控制酵母抽提物中氨基酸、肽類和核苷酸的含量可增強(qiáng)酵母抽提物的呈味性能,并且通過美拉德反應(yīng)還可賦予產(chǎn)品特殊風(fēng)味。李德科等研究認(rèn)為自溶-酶聯(lián)技術(shù)是制備啤酒酵母抽提物的理想方法,還通過控制美拉德反應(yīng)的條件制備出具有肉味濃郁、滋味飽滿和肉質(zhì)感強(qiáng)的風(fēng)味型酵母抽提物。趙文紅等報(bào)道以酵母抽提物為原料,加入豬肉酶解液,水解植物蛋白和甘氨酸等材料,在120℃反應(yīng)60min,獲得了總體香氣較好的豬肉香精,并通過氣質(zhì)聯(lián)用儀(gaschromatograph-massspectrometer-computer,GC-MS)檢測(cè),證明了添加酵母抽提物反應(yīng)的豬肉香精,含有重要豬肉香氣的化合物較多。同時(shí)酵母抽提物結(jié)合美拉德反應(yīng)也被用來制備牛肉和雞肉香精。除賦予食品滋味以外,酵母抽提物因含有較豐富的肽類,還具有乳化性、持水性和凝膠性等加工特性。李沛等將豬肉風(fēng)味型酵母抽提物添加到不同種類的熏煮腸中,獲得了高品質(zhì)腸類制品,酵母抽提物不但可以替代部分調(diào)味香料,而且還可以提高制品的品質(zhì),是一種新型的肉制品調(diào)味料和品質(zhì)改良劑。1.2-葡聚糖的提取酵母來源的β-葡聚糖是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)具有免疫活性的葡聚糖。在啤酒酵母中,細(xì)胞壁多糖約占酵母細(xì)胞干質(zhì)量的20%,而β-葡聚糖占細(xì)胞壁多糖的60%,啤酒酵母可作為β-葡聚糖的重要來源。酵母葡聚糖能顯著提高人體的免疫功能,因此可以作為一種功能因子在食品中添加。酵母中β-葡聚糖是由一個(gè)約1500個(gè)以β-1,3-糖苷鍵鏈接而成的長鏈和一個(gè)約190個(gè)以β-1,6-糖苷鍵鏈接而成的短鏈組成的葡聚糖單位鉸鏈而成。在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),β-葡聚糖的免疫特性與其聚合度、分子質(zhì)量和側(cè)鏈組成都有很大的關(guān)系。目前提取β-葡聚糖的方法主要有酸堿法、酶堿法和自溶-酶-堿法。其中酸堿法對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,酶堿法試劑用量較大,而自溶-酶-堿法雖能得到得率和純度較高的葡聚糖,但是對(duì)葡聚糖的結(jié)構(gòu)破壞較大。針對(duì)以上方法的缺點(diǎn),不同的研究者采取不同的方式來解決這些問題。FREIMUNDS等報(bào)道應(yīng)用熱水-酶法提取酵母細(xì)胞壁多糖,先將啤酒酵母細(xì)胞懸浮液在125℃處理5h,之后再經(jīng)過蛋白酶處理,所得到的酵母細(xì)胞壁多糖較用堿法提取的更完整。同時(shí)在熱處理后的上清液中加入乙醇沉淀,還可以獲得另一種生理活性物質(zhì)甘露糖蛋白。LIUXY等報(bào)道在用121℃處理4h后,利用高壓均質(zhì)破碎酵母細(xì)胞壁。通過這種方法獲得細(xì)胞壁多糖不但產(chǎn)量高而且減少了對(duì)葡聚糖鏈的破壞。馬森等還通過超聲波處理酵母細(xì)胞,使細(xì)胞壁松散、破碎,增大溶劑作用面積,以縮短β-葡聚糖提取時(shí)間和提高提取率。除了能夠刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)外,β-葡聚糖還能夠提供脂肪樣口感,且在人體消化器官中難以被消化吸收,同時(shí)還具有高度的保水性,可作為脂肪替代物和食品添加劑,用于香腸、火腿腸等制品中。WORRASINCHAIS等研究應(yīng)用啤酒酵母β-葡聚糖部分替代大豆油制作蛋黃醬,含50%和75%β-葡聚糖的蛋黃醬與100%植物油蛋黃醬在黏度和硬度方面沒有顯著差異。含有β-葡聚糖的產(chǎn)品在貯存穩(wěn)定性方面明顯優(yōu)于不含β-葡聚糖的產(chǎn)品。β-葡聚糖含量不超過50%在感官評(píng)定上完全可以接受。宮艷艷等以β-葡聚糖替代重油蛋糕配方中的部分脂肪,結(jié)果表明β-葡聚糖的加入使蛋糕的彈性、膠著性和回復(fù)性增加,同時(shí)還改善了蛋糕的咀嚼性。感官評(píng)定表明,加入20%的β-葡聚糖感官指標(biāo)與傳統(tǒng)重油蛋糕相似。2發(fā)酵過程中酵母菌種的生長酵母抽提物具有蛋白質(zhì)含量高,氨基酸組成合理,維生素和礦物質(zhì)含量豐富等營養(yǎng)特性,因此,可作為種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基主要原料,廣泛應(yīng)用于細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸、多糖、抗生素、醫(yī)藥中間體、核苷酸等產(chǎn)品。目前培養(yǎng)基用的酵母抽提物,主要為面包酵母經(jīng)自溶或酶解后制得,而用啤酒酵母制得的培養(yǎng)基用酵母抽提物的品質(zhì)也逐漸趕超面包酵母抽提物,且更具有成本優(yōu)勢(shì)。王寧寧等對(duì)酵母類有機(jī)氮源及其在發(fā)酵行業(yè)的應(yīng)用做了非常系統(tǒng)的闡述,涉及乳酸菌發(fā)酵、甾體藥物、透明質(zhì)酸、抗生素、生物防腐劑、黃原膠、酶制劑、疫苗和肌苷等各發(fā)酵領(lǐng)域。CHAMPAGNECP等對(duì)比了3種乳酸菌(LactobacilluscaseiEQ28、EQ85和LactobacillusacidophilusEQ57)和1種片球菌(PediococusacidilacticiMA18/5-M)在啤酒酵母和面包酵母來源的酵母抽提物為氮源的培養(yǎng)基中的生長情況。發(fā)現(xiàn)LactobacillusacidophilusEQ57在以啤酒酵母抽提物為氮源時(shí)菌數(shù)達(dá)到最大,并且有較快的生長速度。研究還發(fā)現(xiàn),兩種抽提物按不同比例混合,對(duì)其他3種菌的生長狀態(tài)有顯著地影響。RAKINM等在甜菜汁中加入啤酒酵母自溶物,經(jīng)LactobacillusacidophilusNCDO1748發(fā)酵后可以顯著提高甜菜汁中甜菜苷、維生素C和Ca、Fe等金屬離子含量;并且發(fā)現(xiàn)甜菜汁、胡蘿卜汁和啤酒酵母自溶物的比例在0.5∶0.5∶1條件下,可以獲得β-胡蘿卜素、維生素和金屬離子含量最佳的產(chǎn)品。JIANGM等以啤酒廢酵母抽提物為氮源,應(yīng)用產(chǎn)琥珀酸放線桿菌(ActinobacillussuccinogenesNJ113)發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸,研究發(fā)現(xiàn)對(duì)比自溶法獲得的酵母抽提物,應(yīng)用酶解法獲得的酵母抽提物可以獲得更高的生物量和琥珀酸產(chǎn)量。并且通過添加維生素可以使琥珀酸的產(chǎn)量達(dá)到46.8g/L。賈鐵嶺等對(duì)地衣芽孢桿菌的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件進(jìn)行了優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)以酵母抽提物為有機(jī)氮源時(shí)活菌總數(shù)最高,培養(yǎng)效果最好,這與酵母抽提物富含氨基酸、小肽、核苷酸、B族維生素等生長因子有關(guān)。3葡萄酒和發(fā)酵母以及衍生產(chǎn)品在飼料領(lǐng)域的應(yīng)用3.1啤酒酵母作為飼料原料的應(yīng)用我國優(yōu)質(zhì)飼料蛋白嚴(yán)重匱乏,而啤酒酵母中蛋白含量豐富,氨基酸配比均衡,是優(yōu)質(zhì)的飼料蛋白。啤酒酵母作為蛋白源在教槽料、水產(chǎn)飼料、特養(yǎng)動(dòng)物飼料、寵物飼料等得以廣泛應(yīng)用,并取得良好的效果。目前啤酒酵母作為蛋白源在飼料行業(yè)應(yīng)用主要有以下幾種形式。第一,直接用作飼料:新鮮酵母泥經(jīng)洗滌、破壁、分離、濃縮和干燥后制成酵母提取物等可以直接用作飼料。第二,作為飼料配料:干燥酵母粉作為蛋白原料結(jié)合其他原料成分制成用于魚、蝦、畜、禽等專用飼料。第三,制作發(fā)酵飼料:與制麥下腳料、麥根、麥硅和麥糟等混合,接種特定的微生物進(jìn)行發(fā)酵,經(jīng)滅菌后制成顆粒飼料。3.2酵母復(fù)合蛋白飲料對(duì)畜禽免疫的影響近年來,人們對(duì)畜禽食品安全愈加重視,尤其是2013年頒布的新飼料法規(guī)中規(guī)定在動(dòng)物飼料中禁止添加抗生素,這使得安全、無毒副作用且可提高畜禽免疫力的飼料原料研究成為熱門課題。酵母細(xì)胞壁中的β-葡聚糖和甘露聚糖,屬于功能性低聚糖,具有一定的免疫功能,能刺激機(jī)體免疫應(yīng)答。此外,還能促進(jìn)有益菌增殖,改善腸道微生態(tài)環(huán)境,提高機(jī)體免疫力,在促進(jìn)幼齡動(dòng)物生長、降低死亡率方面有顯著作用。酵母細(xì)胞壁多糖在提高仔豬、肉雞、草魚和中國對(duì)蝦等動(dòng)物的抗病力和免疫力的積極作用已得到證實(shí)。3.3酵母采用碳源在酵母培養(yǎng)過程中加入金屬的無機(jī)鹽,通過酵母的生物轉(zhuǎn)化,可使其以有機(jī)離子的形式在酵母中富集,生產(chǎn)富有機(jī)微量元素的酵母。目前飼料行業(yè)上用酵母生產(chǎn)的有機(jī)微量元素主要是硒和鉻。酵母硒有很高的生物學(xué)效價(jià)和抗氧化性能,是最具開發(fā)和應(yīng)用前景的有機(jī)硒源;給畜禽日糧添加酵母硒,能提高其生產(chǎn)性能和飼料轉(zhuǎn)化率,還可以提高動(dòng)物免疫力,增強(qiáng)抗病能力,拮抗重金屬毒害等作用。富鉻酵母可將無機(jī)鉻轉(zhuǎn)化為有機(jī)鉻,有效提高了生物利用率和生物活性,且其作為動(dòng)物天然的飼料微量元素添加劑,具有降低畜禽應(yīng)激、改善機(jī)體免疫機(jī)能和生產(chǎn)繁殖性能的特殊功效。除此之外,還有應(yīng)用啤酒酵母細(xì)胞壁吸附飼料中