啤酒酵母及其衍生品的應(yīng)用研究進展

吳振，江建梅，舒媛，張子健*，孫英杰

（1.唐山拓普生物技術(shù)有限公司，河北唐山063000；2.中國環(huán)境管理干部學院生態(tài)學系，河北秦皇島066004）

啤酒酵母及其衍生品的應(yīng)用研究進展

吳振1，江建梅1，舒媛1，張子健1*，孫英杰2

（1.唐山拓普生物技術(shù)有限公司，河北唐山063000；2.中國環(huán)境管理干部學院生態(tài)學系，河北秦皇島066004）

我國是世界上最大的啤酒生產(chǎn)國，2013年啤酒產(chǎn)量5 061.5萬t，產(chǎn)生100萬t左右的啤酒酵母。啤酒酵母營養(yǎng)豐富，利用高新生物技術(shù)對啤酒酵母進行綜合加工利用，不但具有廣闊的市場空間，還可減少廢物排放、保護環(huán)境，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。該文主要針對啤酒酵母及其衍生品在食品、發(fā)酵和飼料領(lǐng)域的應(yīng)用研究進行了闡述。

啤酒酵母；衍生品；食品；發(fā)酵；飼料；應(yīng)用進展

啤酒酵母是啤酒工業(yè)生產(chǎn)中主要的副產(chǎn)物，是啤酒釀造后沉降于發(fā)酵罐底部的酵母泥，由酵母細胞和少量蛋白和酒花碎片組成。以發(fā)酵酵母生產(chǎn)啤酒為例，目前每生產(chǎn)100 t啤酒，大約可得到濕啤酒酵母1.5～2.0 t（含水75%～80%），其中僅有30%左右被回收利用，其余的都被廢棄掉[1]。

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[2-3]。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5 061.5萬t，產(chǎn)生了100萬t左右的啤酒酵母。因此，加強對啤酒酵母的綜合應(yīng)用，提高產(chǎn)品的附加值，不但具有廣闊的市場空間，同時，可減少廢物排放，加強環(huán)境保護，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 啤酒酵母及其衍生品在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1 酵母抽提物在調(diào)味品中的應(yīng)用

近年來隨著生活水平的提高和對食品安全的關(guān)注，人們對食品添加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用有著更高的要求和認識，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，它含有酵母細胞降解而成的肽類化合物、游離氨基酸、核苷酸、有機酸和糖類等，具有強烈的呈味性能，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味，抑制食品苦、澀等不良氣味，使食品的味道更加濃厚、圓潤，是繼味精（monosodium glutamate，MSG）、水解植物蛋白（hydrolyzed vegetable protein，HVP）、水解動物蛋白（hydrolyzed animal protein，HAP）和呈味核苷酸（IMP+GMP，I+G）之后的新一代調(diào)味料[4-5]。

目前我國酵母抽提物主要以面包酵母為原料，對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、社會、環(huán)保效益，研究主要集中在高I+G型和風味型酵母抽提物的研究與開發(fā)。

1.1.1 高I+G型酵母抽提物

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，與味精混合時產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使鮮度提高數(shù)倍至數(shù)十倍；同時核苷酸對甜味、肉味有增效作用，對咸、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，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爭的優(yōu)勢[6]。

圖1 啤酒廢酵母綜合加工示意圖Fig.1 Schematic diagram of comprehensive process of waste brewer’s yeast

高I+G型酵母抽提物的生產(chǎn)主要是通過自溶-酶法進行的。在一定溫度、pH條件下，誘導酵母細胞進行自溶，并依次加入相應(yīng)的細胞壁水解酶、蛋白酶和核酸酶，最終獲得高I+G型酵母抽提物。劉漢靈等[6]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[7]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，并以此為原料進行生產(chǎn)，也獲得了I+G含量＞12%的酵母抽提物，已達到國際同類水平。

1.1.2 風味型酵母抽提物

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主要貢獻鮮味，游離氨基酸貢獻鮮味和甜味。此外，酵母細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)品特殊風味。李德科等[8]研究認為自溶-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)感強的風味型酵母抽提物。趙文紅等[9]報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)60 min，獲得了總體香氣較好的豬肉香精，并通過氣質(zhì)聯(lián)用儀（gas chromatograph-mass spectrometer-computer，GC-MS）檢測，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[10]將豬肉風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 β-葡聚糖在食品中的應(yīng)用

酵母來源的β-葡聚糖是第一個被發(fā)現(xiàn)具有免疫活性的葡聚糖。在啤酒酵母中，細胞壁多糖約占酵母細胞干質(zhì)量的20%，而β-葡聚糖占細胞壁多糖的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-葡聚糖是由一個約1 500個以β-1，3-糖苷鍵鏈接而成的長鏈和一個約190個以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[11-12]。在體內(nèi)和體外實驗研究發(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[13]。

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。其中酸堿法對環(huán)境污染嚴重，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，但是對葡聚糖的結(jié)構(gòu)破壞較大。針對以上方法的缺點，不同的研究者采取不同的方式來解決這些問題。FREIMUND S等[14]報道應(yīng)用熱水-酶法提取酵母細胞壁多糖，先將啤酒酵母細胞懸浮液在125℃處理5 h，之后再經(jīng)過蛋白酶處理，所得到的酵母細胞壁多糖較用堿法提取的更完整。同時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。LIU X Y等[15]報道在用121℃處理4 h后，利用高壓均質(zhì)破碎酵母細胞壁。通過這種方法獲得細胞壁多糖不但產(chǎn)量高而且減少了對葡聚糖鏈的破壞。馬森等[16]還通過超聲波處理酵母細胞，使細胞壁松散、破碎，增大溶劑作用面積，以縮短β-葡聚糖提取時間和提高提取率。

除了能夠刺激機體產(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。WORRASINCHAI S等[17]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%在感官評定上完全可以接受。宮艷艷等[18]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、膠著性和回復性增加，同時還改善了蛋糕的咀嚼性。感官評定表明，加入20%的β-葡聚糖感官指標與傳統(tǒng)重油蛋糕相似。

2 啤酒酵母及其衍生品在微生物發(fā)酵中的應(yīng)用

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)用于細菌、真菌、放線菌等微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機酸、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。

王寧寧等[19]對酵母類有機氮源及其在發(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。CHAMPAGNE C P等[20]對比了3種乳酸菌（Lactobacillus casei EQ28、EQ85和Lactobacillus acidophilus EQ57）和1種片球菌（Pediococus acidilactici MA18/5-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)Lactobacillus acidophilus EQ57在以啤酒酵母抽提物為氮源時菌數(shù)達到最大，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，對其他3種菌的生長狀態(tài)有顯著地影響。RAKIN M等[21]在甜菜汁中加入啤酒酵母自溶物，經(jīng)Lactobacillus acidophilus NCDO 1748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。JIANG M等[22]以啤酒廢酵母抽提物為氮源，應(yīng)用產(chǎn)琥珀酸放線桿菌（Actinobacillus succinogenes NJ113）發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸，研究發(fā)現(xiàn)對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)量達到46.8 g/L。賈鐵嶺等[23]對地衣芽孢桿菌的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)以酵母抽提物為有機氮源時活菌總數(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 啤酒酵母及其衍生品在飼料領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 作為優(yōu)質(zhì)飼料蛋白源

我國優(yōu)質(zhì)飼料蛋白嚴重匱乏，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行發(fā)酵，經(jīng)滅菌后制成顆粒飼料。

3.2 部分替代抗生素

近年來，人們對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，能刺激機體免疫應(yīng)答。此外，還能促進有益菌增殖，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，提高機體免疫力，在促進幼齡動物生長、降低死亡率方面有顯著作用。酵母細胞壁多糖在提高仔豬[24-26]、肉雞[27]、草魚[28]和中國對蝦[29]等動物的抗病力和免疫力的積極作用已得到證實。

3.3 富集有機微量元素

在酵母培養(yǎng)過程中加入金屬的無機鹽，通過酵母的生物轉(zhuǎn)化，可使其以有機離子的形式在酵母中富集，生產(chǎn)富有機微量元素的酵母。目前飼料行業(yè)上用酵母生產(chǎn)的有機微量元素主要是硒和鉻。酵母硒有很高的生物學效價和抗氧化性能，是最具開發(fā)和應(yīng)用前景的有機硒源；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，還可以提高動物免疫力，增強抗病能力，拮抗重金屬毒害等作用[30]。富鉻酵母可將無機鉻轉(zhuǎn)化為有機鉻，有效提高了生物利用率和生物活性，且其作為動物天然的飼料微量元素添加劑，具有降低畜禽應(yīng)激、改善機體免疫機能和生產(chǎn)繁殖性能的特殊功效[31]。

除此之外，還有應(yīng)用啤酒酵母細胞壁吸附飼料中霉菌毒素的研究，以降低霉菌毒素污染帶來的毒副作用[32]。

4 結(jié)束語

啤酒酵母細胞中含有豐富的蛋白質(zhì)、糖類、核酸、維生素、礦物質(zhì)、類脂物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，有非常高的利用價值。通過現(xiàn)代高新生物技術(shù)對啤酒酵母進行處理，可生產(chǎn)出適用于食品、發(fā)酵、動物飼料等各個領(lǐng)域的酵母及其衍生品。這不僅可使啤酒酵母得到充分利用，轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益，同時可避免啤酒酵母直接排放而造成的環(huán)境污染，產(chǎn)生生態(tài)效益和社會效益。目前，啤酒酵母及其衍生品在有機農(nóng)業(yè)、營養(yǎng)保健、化妝品等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景，有待于進行深入研究與開發(fā)。

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Application progress of brewer’s yeast and its derivatives

WU Zhen1,JIANG Jianmei1,SHU Yuan1,ZHANG Zijian1*,SUN Yingjie2
(1.Tangshan Tuopo Biotechnology Co.,Ltd.,Tangshan 063000,China;2.Department of Ecology,Environmental Management College of China,Qinhuangdao 066004,China)

China is the largest beer producer in the world,and the beer production reached 50 million tons in 2013,generating nearly 1 million tons of brewer’s yeast.Brewer’s yeast is rich in nutrients.Integrated processing and utilization of brewer’s yeast with high-tech,not only has a broad market space,but also can reduce waste,protect the environment,produce huge economic and social benefits.In this paper,application progress of brewer’s yeast and its derivatives in food,fermentation and feed were reviewed.

brewer’s yeast;derivatives;food;fermentation;feed;application progress

TS261.1

A

0254-5071（2014）10-0010-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.003

2014-08-15

國際科技合作專項項目（No.2012DFA30390）

吳振（1973-），男，高級工程師，本科，研究方向為酵母深加工。

*通訊作者：張子?。?984-），女，工程師，碩士，研究方向為食品微生物。