啤酒廢酵母抽提物的研制

啤酒廢酵母抽提物的研制

啤酒創(chuàng)始人的提取物是啤酒廠的下份材料。采用自動(dòng)溶解、酶分解等現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的一種集營(yíng)養(yǎng)、口感融為一體的新型食品添加劑。自溶酵母抽提物可以為液體狀、膏狀、顆粒狀或粒狀,它富含人體必需的8種氨基酸,以谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸為主,約占整個(gè)氨基酸的70%。谷氨酸俗稱味精,它與酵母自溶過(guò)程中產(chǎn)生的GMP、IMP復(fù)合構(gòu)成酵母抽提物的鮮味;甘氨酸是一種甜味氨基酸,它能有效地改善食品風(fēng)味,使食品的味道更加濃郁。氨基酸與酵母自溶過(guò)程中產(chǎn)生的還原糖(細(xì)胞壁的水解產(chǎn)物)發(fā)生Maillard反應(yīng),賦予產(chǎn)品肉滋味。酵母抽提物廣泛應(yīng)用于食品加工的各個(gè)方面,有食品專家預(yù)言,在用得著食鹽的地方必有酵母抽提物的影子。近年來(lái),隨著食品工業(yè)的發(fā)展,鮮味劑的市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大,年增長(zhǎng)率為2%,應(yīng)該指出的是增長(zhǎng)最快的是味精以外的鮮味劑。從世界范圍看,酵母抽提物占鮮味劑的37%以上。國(guó)外對(duì)酵母抽提物的研究較早,以韓國(guó)、日本、德國(guó)為主要生產(chǎn)國(guó),它們大多是以啤酒廠下腳料———啤酒酵母為原料。我國(guó)主要以面包酵母生產(chǎn)酵母抽提物,如湖北宜昌的“安琪”,廣東的“一品鮮”。但遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)的需求。筆者對(duì)面包酵母、啤酒酵母生產(chǎn)的酵母抽提物進(jìn)行比較研究,認(rèn)為只要對(duì)啤酒酵母進(jìn)行必要的預(yù)處理,所得的產(chǎn)品無(wú)論在風(fēng)味、品質(zhì)方面均可與面包酵母抽提物相媲美,在澄清度方面,甚至優(yōu)于面包酵母抽提物。我國(guó)是世界上啤酒第二大生產(chǎn)國(guó),有豐富的啤酒酵母資源,以此為酵母抽提物的主要原料,不僅合理地利用了啤酒廠的下腳料,減輕了啤酒企業(yè)的環(huán)境壓力,而且變廢為寶,提高了啤酒企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益筆者經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)以啤酒酵母生產(chǎn)酵母抽提物其抽提率約70%,按此計(jì)算,年產(chǎn)10萬(wàn)噸的啤酒廠以啤酒廢酵母生產(chǎn)酵母抽提物,年產(chǎn)值可達(dá)400～500萬(wàn)元,其一次性投資不足50萬(wàn)。因此,以啤酒酵母生產(chǎn)酵母抽提物項(xiàng)目,是融經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益于一體的好項(xiàng)目,值得大力推廣。本文著重對(duì)酵母自溶機(jī)理進(jìn)行討論。1酵母細(xì)胞的自溶酵母菌屬真菌,為單細(xì)胞微生物,其外層是厚達(dá)1.2μm的細(xì)胞壁。細(xì)胞壁的化學(xué)成分主要是葡聚糖(30%～40%)和甘露聚糖(30%),此外脂類為8.5%～13.5%,蛋白質(zhì)為6%～8%,酵母細(xì)胞中的葡聚糖,分子數(shù)約為24000道爾頓,是一種分支的聚糖化合物,主鏈以α-1.6糖苷鍵結(jié)合,支鏈以α-1.3糖苷鍵結(jié)合;甘露聚糖也是一種分支聚合物,主鏈以α-1.6糖苷鍵結(jié)合,支鏈以α-1.2或α-1.3糖苷鍵結(jié)合,葡聚糖和甘露聚糖之間以蛋白質(zhì)結(jié)合起來(lái),近10%的甘露糖的側(cè)鏈通過(guò)磷酸二酯鍵與磷酸相連,所有這些連接方式使酵母細(xì)胞的細(xì)胞壁堅(jiān)固,在通常情況下不易發(fā)生自溶。但是啤酒酵母由于長(zhǎng)期處于不利的生長(zhǎng)條件,往往4～5代的酵母死亡率高。酵母自溶就是在不利的條件下,體內(nèi)的酶原被激活變成具有生物活性的各種酶,如蛋白酶、磷脂酶等等,這些具生物活性的酶對(duì)自體內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類進(jìn)行水解,使其變成小分子的氨基酸、糖等,從而溢出細(xì)胞體。酵母細(xì)胞的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜組成生物透性膜,能選擇性地通透小分子物質(zhì),根據(jù)自溶作用發(fā)生的部位不同,一般將自溶作用分為外自溶型和內(nèi)自溶型。外自溶型(exo-typeautolysis)起主要作用的自溶酶類是細(xì)胞內(nèi)的胞壁質(zhì)酶,因此自溶作用的部位是細(xì)胞壁。內(nèi)自溶型(endo-typeautolysis)起主要作用的酶類是蛋白質(zhì)酶,生物膜首先被破壞,產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水解,細(xì)胞壁的成分很少水解,最后就剩下細(xì)胞外殼,酵母以此種方式自溶。江慧修等人的研究也證明了“自溶過(guò)程只是對(duì)細(xì)胞壁的部分修飾而已”。導(dǎo)致細(xì)胞生物大分子降解的自溶酶類主要是水解酶類,在酵母自溶過(guò)程中,起主要作用的是蛋白酶、核酸酶、葡聚糖酶。酵母細(xì)胞自溶起始于細(xì)胞膜的降解,而細(xì)胞膜是由蛋白質(zhì)和脂類分子組成的超分子復(fù)合物。通常為了加速酵母的自溶,常常外源型地加入蛋白酶(如木瓜蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶等)及葡聚糖酶。本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為,蛋白酶在作用過(guò)程中,并不進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),而是在介質(zhì)中作用于溢出細(xì)胞的蛋白質(zhì),葡聚糖酶對(duì)細(xì)胞壁的自溶起一定作用,兩酶聯(lián)合使用能大大地加速酵母細(xì)胞的自溶速度。酵母自溶大體可分為4步。1.1溶酶體、質(zhì)膜和其他細(xì)胞器的生物膜分子結(jié)構(gòu)紊亂,致使水解酶類與其相應(yīng)的底物間的正?？臻g位隔消失,水解酶類釋放。1.2水解酶類溢出后與胞質(zhì)中的抑制劑作用,使專一性抑制相應(yīng)的酶類的抑制劑產(chǎn)生交叉水解。在相互作用的過(guò)程中,水解酶類自身同時(shí)被激活。1.3激活的水解酶類與相應(yīng)底物作用,胞內(nèi)生物大分子降解,并在細(xì)胞內(nèi)積累。1.4當(dāng)生物大分子水解成能通過(guò)細(xì)胞壁空隙的較小分子時(shí),水解產(chǎn)物就擴(kuò)散進(jìn)入胞外介質(zhì)中。2生產(chǎn)工藝：啤酒飲料、酵母菌的生產(chǎn)工藝2.1工藝2.2方法2.2.1廢棄啤酒酵母的預(yù)處理洗滌、網(wǎng)濾:將一定量的啤酒廢酵母(經(jīng)壓榨回收啤酒后)加水稀釋,洗滌數(shù)次,分別用70目、90目的篩子篩分,以除去麥殼、碎米渣、酒花沉淀等雜質(zhì),離心得酵母泥。脫苦:由于啤酒酵母泥中含有酒花以及一些代謝產(chǎn)物吸附在酵母中,使酵母泥有明顯苦味,因此,為了提高成品感官質(zhì)量、成品A-N含量及收率,需要對(duì)廢棄啤酒酵母進(jìn)行預(yù)處理,使細(xì)胞質(zhì)壁組織疏松,便于提取。預(yù)處理劑可選擇酒精、碳酸氫鈉等?？紤]酒精成本較高,故本研究選用食用小蘇打(碳酸氫鈉),使用時(shí)配成0.5%(w/w)的濃度。實(shí)驗(yàn)取A、B、C3組進(jìn)行,A為對(duì)照組,B加入0.5%小蘇打作用30min,C加入0.5%的小蘇打作用2h,處理完畢,離心得酵母泥。然后取適量酵母泥配成1%溶液,加入2%的食鹽,調(diào)pH為5.0,在55℃下自溶48h,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2。由表1、表2可以看出,經(jīng)食用小蘇打處理的啤酒酵母制得的抽提物在感官質(zhì)官質(zhì)量上較未處理者有明顯的提高和改善后者鮮味強(qiáng)烈,口味協(xié)調(diào),肉香味濃郁,小蘇打可使酒花成分皂化,去除苦味。在小蘇打用量一定的情況下,處理0.5h所得的酵母抽提物氨基氮含量高,但是收率略低,從縮短生產(chǎn)周期考慮,選用處理0.5h為宜。2.2.2u3000生物酶促活性劑的作用機(jī)理啤酒酵母自溶實(shí)質(zhì)上是蛋白質(zhì)、核酸等大分子降解的生化反應(yīng)過(guò)程,其中起作用主要為水解酶類,一些影響酶促反應(yīng)速度的因素均影響啤酒酵母的自溶,其中最重要的為介質(zhì)的pH、溫度、自溶時(shí)間等。2.2.2.啤酒酵母的抽提物感官指標(biāo)在自溶溫度、濃度一定的條件下,改變介質(zhì)的pH,測(cè)定介質(zhì)中的蛋白質(zhì)、氨基酸含量,結(jié)果見圖1、圖2,同時(shí)考查啤酒酵母抽提物的感官質(zhì)量,結(jié)果見表3。由圖1、圖2可以看出,pH5.0時(shí)啤酒酵母自溶時(shí)隨著時(shí)間的延長(zhǎng),氨基酸、蛋白質(zhì)均高于pH6.5和pH8.0時(shí)的氨基酸、蛋白質(zhì)。由表3可以看出,pH5.0時(shí)酵母抽提物的感官質(zhì)量(風(fēng)味、滋味)亦明顯優(yōu)于pH6.5和pH8.0時(shí)的質(zhì)量,故啤酒酵母可自溶的pH宜取pH=5.0。2.2.2.溫度對(duì)內(nèi)源酶活性的影響在啤酒酵母濃度一定,介質(zhì)pH5.0的條件下,在同一時(shí)間內(nèi)測(cè)介質(zhì)中氨基酸和蛋白質(zhì),結(jié)果如圖3、圖4。從圖3、圖4可以看出,55℃時(shí)自溶介質(zhì)中氨基酸、蛋白質(zhì)的量最多,故55℃為啤酒酵母最佳自溶溫度。這是因?yàn)槠【平湍竷?nèi)含有4種蛋白酶,其作用的最適溫度分別為30～35℃、45℃、55℃、60℃,溫度較低時(shí)有利于內(nèi)源酶中的肽鏈端切酶A的作用,此時(shí),蛋白質(zhì)降解為分子量較小的肽和氨基酸,很容易釋放到胞外介質(zhì)中,但由于端切酶降解速度較慢,表現(xiàn)為自溶速度慢。當(dāng)溫度提高到45～55℃時(shí),內(nèi)源酶中的肽鏈外切酶B和內(nèi)切酶C同時(shí)處于高活性狀態(tài),此時(shí),胞內(nèi)蛋白質(zhì)在內(nèi)切酶C的作用下快速降解為各種多肽或肽片段,同時(shí)受外切酶B的作用使這些肽鏈片段進(jìn)一步降解為易溢出的肽和氨基酸,溶出速度自然大大加快。當(dāng)溫度大于55℃,胞內(nèi)外切酶A、B和內(nèi)切酶C的活力下降,只有內(nèi)切酶D發(fā)揮作用,顯然自溶速度減慢。2.2.2.酵母自溶前后的質(zhì)量變化在啤酒酵母濃度一定,pH=5.0,55℃下自溶,作氨基氮、固形物隨時(shí)間變化圖,結(jié)果如圖5、圖6,同時(shí)考察時(shí)間與產(chǎn)品風(fēng)味的關(guān)系,結(jié)果如表4。由圖5可以看出,隨著自溶時(shí)間的增加,酵母自溶溶液中氨基酸含量不斷增加。由圖6可以看出,自溶前16h,自溶溶液的固形物含量不變,16h后迅速增加,說(shuō)明細(xì)胞降解速度加快,32h前酵母抽提物的風(fēng)味較好,40h時(shí)苦味增大,故選自溶時(shí)間為32h。在自溶過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn),酵母自溶在30～32h時(shí),鮮味突然增大,以后逐漸出現(xiàn)苦味,我們認(rèn)為,這可能是由于核蛋白降解為核酸和蛋白酶,核酸的自溶速度很快,約為蛋白質(zhì)降解速度的8倍以上,核酸在很短的時(shí)間內(nèi)降解生成IMP、GMP,與GMP一起構(gòu)成酵母抽提物的鮮味,但隨著自溶時(shí)間延長(zhǎng),、進(jìn)一步降解生成苦味核苷,因此自溶物的苦味加重。綜上所述,啤酒酵母自溶時(shí)間宜取30～34h。2.2.2.提高自溶速率啤酒酵母自溶過(guò)程實(shí)質(zhì)為酶解作用,為了加速自溶速度,提高自溶速率,最大程度地促使酵母細(xì)胞中有益成分的溢出。我們?cè)谙嗤瑮l件下做試驗(yàn),A為空白,B添加蛋白酶,C添加蛋白酶和葡聚糖酶,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7、圖8所示。3不同酶制劑對(duì)啤酒酵母自溶穩(wěn)定性的影響啤酒酵母抽提物的制備是以啤酒酵母自溶為基礎(chǔ)的。國(guó)內(nèi)的生化專家一味追求高的氨基酸溢出率,而未注意酵母抽提物的風(fēng)味。筆者以啤酒酵母為研究對(duì)象,在保證較佳產(chǎn)品風(fēng)味的前提下,在自溶過(guò)程中研究了pH、溫度、時(shí)間、酶制劑對(duì)啤酒酵母自溶的影響從而確定了最佳水解條件啤酒酵母抽提物的得率為%,達(dá)到國(guó)內(nèi)較高水平。由圖7可以看出,酶制劑(尤其是復(fù)合酶制