干燥工藝對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素的影響

李海偉，錢 和，張方方，王昭舜，韓 梅，綦 超，張偉國(guó)

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.泰州圣泰科紅外科技有限公司，江蘇 泰州 225300；3.江南大學(xué) 工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122）

干燥工藝對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素的影響

李海偉1，錢 和1，張方方1，王昭舜2，韓 梅3，綦 超1，張偉國(guó)3

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.泰州圣泰科紅外科技有限公司，江蘇 泰州 225300；3.江南大學(xué) 工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122）

以玉米漿為培養(yǎng)基生產(chǎn)鎖擲酵母，對(duì)干燥后鎖擲酵母的質(zhì)量進(jìn)行研究，比較不同干燥方式對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素以及干酵母粉亮度值L、紅色值a、黃色值b的影響。結(jié)果表明：冷凍干燥能較好地保持鎖擲酵母中的類胡蘿卜素，并且對(duì)其酵母粉的L、a、b值影響較小。選擇-70℃冷凍干燥，干酵母粉的L、a、b值分別為64.55、18.44和32.71，類胡蘿卜素的保持率達(dá)到88.87%。

玉米漿；鎖擲酵母；干燥工藝

鮮酵母的干燥是酵母產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，干燥的溫度、方法直接影響產(chǎn)品的干燥速率及質(zhì)量。最適宜的干制工藝條件是在干燥過(guò)程中所用的干燥條件能符合最高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，即：干燥時(shí)間最短、能耗最低和產(chǎn)品的質(zhì)量最高［1］。鎖擲酵母的干制也是如此。假如干燥方法選擇不當(dāng)或干燥過(guò)程中溫度過(guò)高、干燥速度太快，酵母細(xì)胞受損害的程度越大，產(chǎn)品的質(zhì)量就越差，酵母中類胡蘿卜素的損失就較大。

類胡蘿卜素是一類呈橙紅色、紅色或黃色的多烯類化合物，它廣泛存在于植物和微生物中，是一種非常強(qiáng)的抗氧化劑，可以有效地清除氧自由基，它不僅具有轉(zhuǎn)化維生素A的生物活性，同時(shí)還具有預(yù)防癌癥和心血管疾病等多種生理功能［2-4］，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、飼料和養(yǎng)殖業(yè)方面得到廣泛的應(yīng)用。類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)中含有共軛雙鍵，對(duì)環(huán)境條件特別敏感，許多生物、物理和化學(xué)的因素都會(huì)影響類胡蘿卜素的穩(wěn)定性［5］。

酵母的干燥設(shè)備有滾筒式干燥機(jī)、流化床干燥設(shè)備、噴霧干燥裝置和箱式干燥器等。目前，酵母工業(yè)的干燥一般采用流化床干燥設(shè)備［6］：發(fā)酵液經(jīng)過(guò)真空吸濾后的鮮酵母經(jīng)擠壓機(jī)擠壓成條狀，直接進(jìn)入干燥器干燥。滾筒式干燥機(jī)對(duì)酵母醪的含水量要求不高，操作簡(jiǎn)單方便。箱式干燥器適合小型生產(chǎn)且對(duì)酵母粉要求不高的情況。噴霧干燥要求發(fā)酵液含干物質(zhì)在25%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及以上，有時(shí)需要使用刮板式真空蒸發(fā)器將發(fā)酵液濃縮。

筆者采用真空干燥、冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、紅外干燥、微波干燥和噴霧干燥加工鎖擲酵母，以類胡蘿卜素含量和干燥后產(chǎn)品的亮度值（L）、紅色值（a）、黃色值b值為其質(zhì)量指標(biāo)，采用高效液相色譜（HPLC）法測(cè)定類胡蘿卜素含量，TC-PG型全自動(dòng)色差計(jì)測(cè)定產(chǎn)品的L、a、b值，比較不同干燥方法對(duì)鎖擲酵母質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

菌種：鎖擲酵母（Sporidiololus pararoseus），筆者所在實(shí)驗(yàn)室成員分離并保藏。

β-胡蘿卜素（標(biāo)準(zhǔn)品），Sigma公司；葡萄糖（食品級(jí)），蘇州通都晟精細(xì)化工有限公司；玉米漿（食品級(jí)），上海緣肽生物技術(shù)有限公司；KH2PO4（AR），江蘇科倫多食品配料有限公司；MgSO4·7H2O（AR），上海牧泓實(shí)業(yè)有限公司；乙腈（色譜純）、酵母膏（BR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

1.2 設(shè)備與儀器

DHP030型恒溫培養(yǎng)箱、ZK-82B型真空干燥箱、WBG-600A型微波干燥試驗(yàn)裝置、電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海試驗(yàn)儀器廠；LGJ-18冷凍干燥機(jī)，北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；紅外干燥箱，泰州圣泰科紅外科技有限公司；SD-1000壓力式噴霧干燥器，埃朗科技國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；KH-3HMON微波干燥殺菌機(jī)，山東科弘微波有限公司；TC-PG型全自動(dòng)色差計(jì)，北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)；分析天平，上海天平儀器廠；高效液相色譜儀，美國(guó)安捷倫公司。

1.3 培養(yǎng)基

斜面活化培養(yǎng)基（g/L）：蛋白胨10，葡萄糖21，酵母膏9，瓊脂15；NaOH溶液調(diào)pH 6.0，121℃滅菌20 min。

種子培養(yǎng)基（g/L）：玉米漿 19，葡萄糖 31，MgSO4·7H2O 0.5，KH2PO41；NaOH溶液調(diào)pH 6.0，葡萄糖115℃滅菌15 min，其他121℃滅菌20 min。

液態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L）：玉米漿21，葡萄糖85，MgSO4·7H2O 0.5，KH2PO41，（NH4）2SO45；NaOH溶液調(diào)pH 6.0，葡萄糖115℃滅菌15 min，其他121℃滅菌20 min。

1.4 鎖擲酵母菌體的獲得

液態(tài)深層發(fā)酵培養(yǎng)（5 L發(fā)酵罐）：發(fā)酵罐中裝液量2.0 L，接種量5%，通風(fēng)1 L/min，流加50%氨水控制pH，通過(guò)流加消泡劑消泡，根據(jù)溶氧需求適當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在（28±1）℃條件下培養(yǎng)60～72 h。

1.5 干燥工藝

1.5.1 真空干燥條件

真空干燥溫度為40℃、真空度為0.1 MPa，干燥至含水率小于等于10%。

1.5.2 紅外干燥條件

紅外干燥溫度為40℃、輻射距離為14 cm，干燥至含水率小于等于10%。

1.5.3 鼓風(fēng)干燥條件

熱風(fēng)干燥溫度為40℃，風(fēng)速為2.3 m/s，干燥至含水率小于等于10%。

1.5.4 微波干燥條件

微波干燥溫度為40℃，干燥至含水率小于等于10%。

1.5.5 冷凍干燥條件

冷凍干燥冷阱溫度為-70℃，真空度為0.1 MPa，干燥至含水率小于等于10%。

1.5.6 噴霧干燥條件

進(jìn)風(fēng)口溫度為150℃，出風(fēng)口溫度為40℃，流速0.2 L/h，干燥至含水率小于等于10%。

1.6 樣品及標(biāo)準(zhǔn)品的制備

1.6.1 標(biāo)準(zhǔn)品制備

準(zhǔn)確稱取1.000 0 g的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品，用色譜級(jí)丙酮定容至1 L，配制成質(zhì)量濃度為1 g/L的原液，分別稀釋成質(zhì)量濃度為 0.05、0.15、0.25、0.35和0.45 g/L的標(biāo)準(zhǔn)液，搖勻，用0.45 μm微孔濾膜濾過(guò)，棄去初濾液，取續(xù)濾液，即得標(biāo)準(zhǔn)品溶液，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.6.2 類胡蘿卜素粗提液的提取及供試品溶液的制備

發(fā)酵液離心（6 000 r/min、15 min），獲得菌體，蒸餾水洗滌2次并離心（6 000 r/min、15 min），將洗滌后的鎖擲酵母保存一部分，剩余的分別進(jìn)行真空干燥、冷凍干燥、鼓風(fēng)干燥、紅外干燥、微波干燥和噴霧干燥（干燥至含水率小于等于10%），將洗滌后的鎖擲酵母和干燥后樣品配制成100 g/L的菌懸液，用2 mol/L的HCl進(jìn)行酸熱破壁，離心棄上清液獲得破壁粗菌體，丙酮萃取得類胡蘿卜素粗提液。將上述類胡蘿卜素粗提液搖勻，用0.45 μm微孔濾膜濾過(guò)，棄去初濾液，取續(xù)濾液，即得供試品溶液，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.7 分析方法

1.7.1 酵母水分含量測(cè)定

水分含量測(cè)定采用GB/T 5009.3—2003方法。

1.7.2 加標(biāo)回收率

加標(biāo)回收率就是在測(cè)定樣品的同時(shí)，于一樣品的子樣中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，將其測(cè)定結(jié)果扣除樣品的測(cè)定值，而得到加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率。其計(jì)算公式：

1.7.3 色澤的測(cè)定

利用TC-PG型全自動(dòng)色差計(jì)，測(cè)定鎖擲酵母的色澤參數(shù)［7-11］。分別測(cè)定鮮酵母初始色澤參數(shù)L0、a0、b0值和脫水后酵母的L、a、b值。每個(gè)處理的樣品重復(fù)測(cè)定3次，色差儀的3個(gè)讀數(shù)分別具有不同的功能。L（或L0）值反映的是顏色的明亮程度，0表示的是黑色，100表示的是白色。a（或a0）值反映的是紅色或綠色物質(zhì)的濃度，a（或a0）＞0表示的是顏色偏紅，a（或a0）＜0表示的是顏色偏綠。b（或b0）值反映的是橙色或藍(lán)色物質(zhì)的濃度，b（或b0）＞0表示的是顏色偏橙，b（或b0）＜0表示的是顏色偏藍(lán)；按式（2）～式（3）計(jì)算干酵母的色差值ΔE和色度ΔC。

1.7.4 類胡蘿卜素的測(cè)定

采用反相高效液相（RP-HPLC）法，定量定性分析β-胡蘿卜素。色譜柱Nova-Pak-C18柱（5 μm，3.9 mm×150 mm）；流動(dòng)相V（乙腈）∶V（甲酸）∶V（二氯甲烷）=5∶1∶1；進(jìn)樣量10 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)470 nm；流速1.0 mL/min；柱溫25℃［12］。

類胡蘿卜素的損失率=（1-η1/η2）×100% （4）式中：η1、η2表示干燥后、干燥前鎖擲酵母中類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/g。

2 結(jié)果與討論

2.1 β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品溶液回歸方程

取質(zhì)量濃度為0.05、0.15、0.25、0.35和0.45 g/L的5個(gè)β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)液，每個(gè)質(zhì)量濃度的進(jìn)樣體積為10 μL，重復(fù)3次，峰面積取平均值。然后，以β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品溶液的質(zhì)量濃度（g/L）為橫坐標(biāo)x，以其峰面積積分值為縱坐標(biāo)y作線性回歸，得回歸方程為 y=81 571 040x-3 004 686.4（R2=0.999 7，n=3），表明β-胡蘿卜素的進(jìn)樣量質(zhì)量濃度在0.05～0.45 g/L范圍內(nèi)與峰面積線性關(guān)系良好。

2.2 精密度試驗(yàn)

取質(zhì)量濃度為0.45 g/L的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)液，進(jìn)樣體積為10 μL，重復(fù)進(jìn)樣5次，記錄峰面積積分值，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.35%，表明精密度良好。

2.3 穩(wěn)定性試驗(yàn)

取質(zhì)量濃度為0.45 g/L的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)液，每隔一定時(shí)間進(jìn)樣，重復(fù)進(jìn)樣5次，5次峰面積的RSD為2.77%，證明樣品含量在12 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.4 重現(xiàn)性試驗(yàn)

取同一份樣品，按照前述方法操作，制備5份待測(cè)溶液，測(cè)定峰面積積分值并計(jì)算β-胡蘿卜素的含量，測(cè)得RSD為2.23%，結(jié)果表明該試驗(yàn)方法的重現(xiàn)性良好。

2.5 回收率試驗(yàn)

取與重現(xiàn)性試驗(yàn)用的同一批樣品，按照前述方法操作，制備7份待測(cè)溶液，分別精確加入β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品。然后，分別進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算含量，其β-胡蘿卜素平均加標(biāo)回收率為99.62%，RSD 1.18%，測(cè)定結(jié)果如表1所示。

2.6 樣品的測(cè)定

取實(shí)驗(yàn)待測(cè)樣品A（鮮酵母）、B（冷凍干燥）、C（噴霧干燥）、D（真空干燥）、E（紅外干燥）、F（微波干燥）和G（熱風(fēng)干燥），依上述方法制成實(shí)驗(yàn)待測(cè)樣品溶液。在上述色譜條件下進(jìn)樣、測(cè)定每克干菌體中β-胡蘿卜素的質(zhì)量，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 回收率測(cè)定結(jié)果Table 1 Recovery of RP-HPLC assay

表2 樣品中β-胡蘿卜素的測(cè)定（n=3）Table 2 Determination of β-carotene in samples（n=3）

2.7 干燥方式對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素的影響

鮮鎖擲酵母經(jīng)真空干燥、冷凍干燥、鼓風(fēng)干燥、紅外干燥、微波干燥和噴霧干燥后，分別取適量的樣品復(fù)水后進(jìn)行酸熱破壁，提取類胡蘿卜素，然后用高效液相法測(cè)定β-胡蘿卜素含量，用面積歸一法計(jì)算出類胡蘿卜素總含量。不同干燥方式對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素總含量的影響如圖1所示。

由圖1可知，本實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的干燥方式均會(huì)引起鎖擲酵母中類胡蘿卜素含量的減少。其中，冷凍干燥對(duì)鎖擲酵母類胡蘿卜素含量的影響最小，其損失率僅為 11.13%，原因是冷凍干燥是在低溫（-70℃）、負(fù)壓的條件下進(jìn)行的，且干燥時(shí)間短，干燥過(guò)程中樣品幾乎沒(méi)有和O2接觸，所以冷凍干燥對(duì)類胡蘿卜素的破壞作用較小；熱風(fēng)干燥對(duì)鎖擲酵母中的類胡蘿卜素的影響最大，原因可能是熱風(fēng)干燥的干燥時(shí)間長(zhǎng)，且是在和空氣接觸的條件下干燥的，所以其損失率達(dá)到46.78%。經(jīng)不同干燥方法干燥后的鎖擲酵母中類胡蘿卜素含量的差異顯著，即不同干燥方式對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素含量的影響差別較大，這表明在酵母干制時(shí)干燥方式的選擇比較重要，選擇適宜的干燥方式不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以縮短干燥時(shí)間，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

冷凍干燥對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素的損失較小，但是冷凍干燥的設(shè)備價(jià)格較昂貴且耗能較大；雖然噴霧干燥的損失率比冷凍干燥的高，但是噴霧干燥的設(shè)備價(jià)格較低廉且耗能較少、效率高。

圖1 干燥方式對(duì)鎖擲酵母中類胡蘿卜素的影響Fig.1 Effects of different drying methods on the carotenoids of S.pararoseus

2.8 不同干燥方式對(duì)鎖擲酵母外觀指標(biāo)的影響

顏色是關(guān)系到干燥后酵母中類胡蘿卜素含量的重要的質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也是干燥產(chǎn)品的一個(gè)重要的物理性質(zhì)指標(biāo)，它在一定程度上反映了干制加工過(guò)程中物料的化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)成分變化的程度，物料受加工程度越高，原料的色差值越大。不同干燥方式對(duì)鎖擲酵母顏色指標(biāo)的影響如表3所示。

表3 不同干燥方法對(duì)酵母粉顏色參數(shù)的影響Table 3 Effects of different drying methods on the chroma parameters of S.pararoseus

從表3可以看出，各種方法干燥鎖擲酵母的L、a和b值不同。但是經(jīng)冷凍干燥產(chǎn)品的色差值ΔE和色度ΔC是最小的，和新鮮的原料最接近。同時(shí)也可以看出，熱風(fēng)干燥、微波干燥、紅外干燥、真空干燥、噴霧干燥和冷凍干燥樣品的ΔE值是依次減小的。鎖擲酵母經(jīng)不同干燥方法干燥后，其L值差異顯著；微波干燥和紅外干燥對(duì)干鎖擲酵母a值的影響差異不顯著；紅外干燥和真空干燥對(duì)干鎖擲酵母b值的影響差異不顯著。在熱風(fēng)干燥中，由于存在O2和較多的水分，氧化反應(yīng)十分容易發(fā)生；而在噴霧干燥和真空干燥中，O2很少，氧化較輕；冷凍干燥過(guò)程中原料幾乎與O2隔絕，其干燥而得的產(chǎn)品氧化最輕。另外各種方法干燥至終點(diǎn)時(shí)所需的時(shí)間也不一樣，即不同干燥方法的脫水速率不一樣，因此色值的變化很不僅與氧化有關(guān)，還有可能與其他方面有關(guān)，如在干燥過(guò)程中的收縮以及反射的特性等［13］。不同干燥方式產(chǎn)品實(shí)物的色澤差異如圖2所示。

3 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，不論采用何種方式干燥處理，均會(huì)使鎖擲酵母中類胡蘿卜素含量減少。相比之下，冷凍干燥方式優(yōu)于其他干燥方式，其處理的鎖擲酵母中類胡蘿卜素的損失率最低。在干燥過(guò)程中類胡蘿卜素的損失途徑與機(jī)制尚不明確，可能由于類胡蘿卜素分子結(jié)構(gòu)中存在共軛雙鍵，共軛雙鍵的個(gè)數(shù)決定了類胡蘿卜素的顏色以及吸收光譜，共軛雙鍵對(duì)許多環(huán)境因素是敏感、不穩(wěn)定的；O2是影響類胡蘿卜素?fù)p失的重要因素，類胡蘿卜素的異構(gòu)化和自動(dòng)氧化可導(dǎo)致類胡蘿卜素VA的活性損失，造成干燥產(chǎn)品的色澤變化。冷凍干燥雖然對(duì)鎖擲酵母中的類胡蘿卜素影響較小，但是其成本過(guò)高且不能滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，成本低廉、高效節(jié)能的干燥方式有待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。

圖2 不同干燥方式的干燥產(chǎn)品對(duì)比Fig.2 S.pararoseus of product with different drying methods

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（責(zé)任編輯 管 珺）

Effects of drying technique on carotenoids of Sporidiololus pararoseus

LI Haiwei1，QIAN He1，ZHANG Fangfang1，WANG Zhaoshun2，HAN Mei3，QI Chao1，ZHANG Weiguo3
（1.School of Food science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.Taizhou Senttech Technology Group，Taizhou 225300，China；3.The Key Lab of Industrial Biotechnology of the Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

We cultured Sporidiololus pararoseus（S.pararoseus）by using corn steep liquor culture medium，and studied the effects of different drying technique on the carotenoids contents and bright value（L），red value（a），yellow value（b）value of S.Pararoseus.The vacuum freeze-drying method could well keep the carotenoids contents of dry S.Pararoseus，and have minimal effect on L，a，b value. Carotenoids were kept up to 88.87%，and the bright value（L），red value（a），yellow value（b）value were 64.55，18.44 and 32.71 when S.Pararoseus was dried at-70℃ by vacuum freeze-drying.

corn steep liquor；Sporidiololus pararoseus；drying technique

TS201.1

A

1672-3678（2015）01-0089-05

10.3969/j.issn.1672-3678.2015.01.015

2013-09-28

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAD36B02）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科2012年江蘇省產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新項(xiàng)目（BY2012063）；“十二五”科技支撐計(jì)劃建設(shè)工程（2011BAD011302-1）

李海偉（1987—），男，河南周口人，碩士研究生，研究方向：天然色素；錢 和（聯(lián)系人），教授，E-mail：amtf168@126.com