產(chǎn)朊假絲酵母功能的探究及應(yīng)用

郭照宙，許靈敏，宋建樓，許　麗

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱　150030）

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產(chǎn)朊假絲酵母功能的探究及應(yīng)用

郭照宙，許靈敏，宋建樓，許麗*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150030）

摘要：產(chǎn)朊假絲酵母屬于假絲酵母屬，其蛋白質(zhì)產(chǎn)量高，可用于飼料原料、食品用香精等，還可以生產(chǎn)谷胱甘肽，同時(shí)可以供給硒，給人類和動(dòng)物帶來(lái)益處。文章對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母營(yíng)養(yǎng)特性、菌體特點(diǎn)、生長(zhǎng)條件及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：酵母菌；產(chǎn)朊假絲酵母；營(yíng)養(yǎng)特性；生長(zhǎng)條件；實(shí)際應(yīng)用

1　產(chǎn)朊假絲酵母菌的研究現(xiàn)狀及分類

1.1研究現(xiàn)狀

產(chǎn)朊假絲酵母又名產(chǎn)朊圓酵母或食用圓酵母，作為安全的微生物，和啤酒酵母、克魯維酵母被美國(guó)食品及藥物管理局（FDA）認(rèn)證為可作為食品添加劑的酵母，也是我國(guó)衛(wèi)生部規(guī)定的可用于保健食品的真菌菌種[1]。產(chǎn)朊假絲酵母廣泛應(yīng)用于食品和制藥業(yè)，還能夠以各種廢棄物為原料生產(chǎn)食用蛋白質(zhì)，包括竹廢水、米糠以及馬鈴薯淀粉液廢水等。通過(guò)培養(yǎng)產(chǎn)朊假絲酵母菌，來(lái)獲得更高含量的蛋白質(zhì)，可生產(chǎn)動(dòng)物飼料、咸味香精等。

1.2分類

經(jīng)過(guò)不斷的研究和試驗(yàn)，酶母菌的研究大致經(jīng)歷了經(jīng)典分類學(xué)、化學(xué)分類學(xué)、分子分類學(xué)方法3個(gè)階段。常見(jiàn)的酵母菌可分為酵母菌屬、裂殖酵母屬、漢遜酵母屬、畢赤酵母屬、假絲酵母屬、球擬酵母屬、紅酵母屬。其中產(chǎn)朊假絲酵母菌屬于假絲酵母屬，其細(xì)胞為圓形、卵形或長(zhǎng)形，多邊芽殖，有些種屬具有發(fā)酵能力，有些種屬能氧化碳?xì)浠衔?，用以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，供食用或作飼料，但少數(shù)菌能致病[2]。

2　產(chǎn)朊假絲酵母菌的營(yíng)養(yǎng)特性

產(chǎn)朊假絲酵母的菌體蛋白質(zhì)約占菌體干物質(zhì)的32％～75％，其含量因菌種、培養(yǎng)條件不同而差異較大。在菌體細(xì)胞中含有核糖核酸4.5％～8.5％ 和B族維生素約2％和多種礦物質(zhì)[3]。產(chǎn)朊假絲酵母菌本身還含有豐富的酶類，如單胃蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶及植酸酶等，這些酶類可以將淀粉、纖維素水解成小分子糖、氨基酸、醇類等易被消化和吸收的低分子物質(zhì)。產(chǎn)朊假絲酵母的細(xì)胞壁約占整體重量的20％，成分主要有內(nèi)壁的β-葡聚糖57％、外壁的甘露寡糖6.6％和糖蛋白22％，此外還有幾丁質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂類和灰分等。甘露糖和β-葡聚糖具有免疫促進(jìn)劑的功能，能夠激發(fā)或增強(qiáng)機(jī)體免疫功能[4]。并且其菌體中所含有的脂類主要是類脂、磷脂、固醇等脂溶性化合物，固醇類主要是麥角固醇，其經(jīng)紫外線照射能轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D2，是生產(chǎn)天然維生素D的主要來(lái)源[5]。

3　產(chǎn)朊假絲酵母菌的特點(diǎn)及生長(zhǎng)條件

3.1菌體特點(diǎn)

3.1.1正常生長(zhǎng)時(shí)的特點(diǎn)

細(xì)胞呈圓形、橢圓形或臘腸形，大小為3.5～ 4.5 μm×7.0～13.0 μm，以多邊出芽方式進(jìn)行無(wú)性繁殖，形成假菌絲，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有性生殖現(xiàn)象以及有性孢子，其屬于半知菌類酵母菌。用麥芽汁固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，菌落呈乳白色，表面光滑濕潤(rùn)，邊緣整齊或呈菌絲狀；用玉米固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，會(huì)產(chǎn)生原始狀假絲菌；用葡萄糖酵母汁蛋白胨液體培養(yǎng)基培養(yǎng)，表面無(wú)菌膜。液體呈渾濁狀，管底有菌體沉淀。產(chǎn)朊假絲酵母屬化能異養(yǎng)型，能發(fā)酵葡萄糖、蔗糖和1/3的棉籽糖，不能發(fā)酵半乳糖、麥芽糖、乳糖、蜜二糖；能同化尿素、銨鹽和硝酸鹽，不分解蛋白質(zhì)和脂肪。其兼性厭氧，有氧條件下，進(jìn)行有氧呼吸；無(wú)氧條件下，進(jìn)行酒精發(fā)酵。最適生長(zhǎng)溫度為25℃，最適生長(zhǎng)pH為4.5～6.5。

3.1.2在工業(yè)生產(chǎn)中的特點(diǎn)

產(chǎn)朊假絲酵母菌在工業(yè)生產(chǎn)中也有廣泛應(yīng)用，其在工業(yè)生產(chǎn)中的特點(diǎn)包括：發(fā)酵密度高，在高密度發(fā)酵中細(xì)胞干重可達(dá)到92 g·L-1，其蛋白質(zhì)和維生素B的含量都比啤酒酵母高；其能以尿素和硝酸作為氮源，在培養(yǎng)基中不需要加入任何生長(zhǎng)因子即可生長(zhǎng)；其能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造紙工業(yè)的亞硫酸廢液，還能利用廉價(jià)的糖蜜、木材水解液等生產(chǎn)出可食用的蛋白質(zhì)；不具有酵解抑制有氧氧化效應(yīng)，因而在嚴(yán)格好氣的條件下不會(huì)產(chǎn)生乙醇。另外，產(chǎn)朊假絲酵母在工業(yè)中是一種極為重要的微生物，常被用于生產(chǎn)多種具有功能性的生物物質(zhì)，例如谷胱甘肽及一些氨基酸和酶類。

3.2自然生長(zhǎng)和誘變生長(zhǎng)的條件

3.2.1生長(zhǎng)條件

溫度、搖床轉(zhuǎn)速、碳氮比等因素對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母的生長(zhǎng)都會(huì)產(chǎn)生影響。通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，各因素對(duì)酵母菌生長(zhǎng)影響不顯著（P>0.05）。試驗(yàn)得到的生長(zhǎng)條件為：發(fā)酵培養(yǎng)基（40 mL·500 mL-1）中按10％（v/v）的接種量接入種子后進(jìn)行搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)，溫度27℃，搖床轉(zhuǎn)速200 r·min-1，培養(yǎng)時(shí)間30 h，碳氮比（葡萄糖和蛋白胨質(zhì)量比）為3?1時(shí)，菌體密度最大，生長(zhǎng)效果最好[6]。陳合等以產(chǎn)朊假絲酵母1807為試驗(yàn)菌，培養(yǎng)條件為：250 mL三角瓶裝液100 mL，接種量10％，搖床轉(zhuǎn)速160 r·min-1，溫度30℃，時(shí)間18 h，結(jié)果得出葡萄糖利用率為91.09％，產(chǎn)得干酵母16.29 g·L-1[7]。陸文蔚等優(yōu)化了產(chǎn)朊假絲酵母菌的培養(yǎng)基，在250 mL三角瓶中分裝50 mL試驗(yàn)培養(yǎng)基，液體菌種接種量為10％，28℃、150 r·min-1培養(yǎng)28 h，結(jié)果發(fā)酵菌體干重達(dá)到6.37 g·L-1?？梢钥闯觯瑴囟仍?8～ 30℃，轉(zhuǎn)速在150～200 r·min-1，培養(yǎng)時(shí)間24～36 h時(shí)，產(chǎn)朊假絲酵母菌可以表現(xiàn)出最適生長(zhǎng)潛力[8]。

3.2.2菌種選育條件及誘變后發(fā)酵條件

誘變條件多種多樣，其中紫外照射誘變菌的方式相對(duì)簡(jiǎn)便、易行。在15 W紫外燈下照射120 s，致死率為89％，得到蛋白質(zhì)31.4％的誘變菌株，比誘變前的22.9％提高37.12％。對(duì)紫外誘變后的菌株進(jìn)行發(fā)酵條件的優(yōu)化，得到的最優(yōu)發(fā)酵條件為：以葡萄糖為碳源、以硫酸銨和酵母浸粉為混合氮源，在32℃條件下，培養(yǎng)箱轉(zhuǎn)速為160 r·min-1進(jìn)行培養(yǎng)，可以得到蛋白質(zhì)含量為37％的酵母菌株[9]。

4　產(chǎn)朊假絲酵母菌在生產(chǎn)中的應(yīng)用

產(chǎn)朊假絲酵母菌屬于酵母菌，酵母菌的基本特性在一定程度上體現(xiàn)了產(chǎn)朊假絲酵母的特性，隨著對(duì)酵母菌的廣泛利用，一些較常用的酵母菌，例如釀酒酵母菌、熱帶假絲酵母菌、產(chǎn)朊假絲酵母菌等，其優(yōu)良特性在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。

4.1在處理馬鈴薯淀粉廢水中的應(yīng)用

通過(guò)pH、接種量、無(wú)機(jī)鹽（通過(guò)加入磷酸二氫鉀進(jìn)行無(wú)機(jī)鹽補(bǔ)充）等對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母處理馬鈴薯淀粉廢水的影響研究表明，在pH為5.0、產(chǎn)朊假絲酵母接種量為10％（體積分?jǐn)?shù)）、磷酸二氫鉀（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％）加入量為0.5 g·L-1、廢水不滅菌的條件下，廢水處理效果和產(chǎn)朊假絲酵母生長(zhǎng)最佳，且當(dāng)廢水化學(xué)需要量（COD）為5 074 mg·L-1時(shí)，COD去除率達(dá)到74.86％，同時(shí)可獲得2.23 g·L-1的單細(xì)胞蛋白[10]。

4.2對(duì)奶牛體外瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

大量研究表明，酵母菌的添加有利于瘤胃pH的穩(wěn)定。試驗(yàn)中較高水平（3.3×107cfu·mL-1）的產(chǎn)朊假絲酵母能顯著提高瘤胃氨態(tài)氮濃度，表明假絲酵母促進(jìn)了日糧蛋白質(zhì)的降解。添加產(chǎn)朊假絲酵母能顯著提高瘤胃總揮發(fā)性脂肪酸量，降低乙酸濃度，表明產(chǎn)朊假絲酵母有促進(jìn)瘤胃發(fā)酵類型向丙酸型發(fā)酵的趨勢(shì)。

4.3對(duì)奶牛體外瘤胃營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響

丁洪濤等試驗(yàn)表明，隨著酵母菌量增加，產(chǎn)氣量逐漸增加，這可能是因?yàn)楫a(chǎn)朊假絲酵母刺激了瘤胃微生物的合成，從而促進(jìn)了瘤胃發(fā)酵所致，產(chǎn)氣量與體內(nèi)干物質(zhì)消化率存在正相關(guān)，體外干物質(zhì)消化率也有所增加[11]。研究也表明，日糧中添加酵母菌制劑能刺激瘤胃微生物的合成，Yoon等發(fā)現(xiàn)，酵母培養(yǎng)物能促進(jìn)蛋白分解菌生長(zhǎng)，這可能與粗蛋白質(zhì)消化率提高有關(guān)[12]。

4.4對(duì)有機(jī)酸利用的影響

高衛(wèi)衛(wèi)等試驗(yàn)表明，產(chǎn)朊假絲酵母能夠降解細(xì)胞外的L-蘋果酸、乳酸、琥珀酸和檸檬酸，不能降解乙酸、草酸和富馬酸；當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和L-蘋果酸、琥珀酸或檸檬酸時(shí)，葡萄糖優(yōu)先被產(chǎn)朊假絲酵母利用，其他有機(jī)酸的利用受到葡萄糖的阻遏；當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖和乳酸時(shí)，產(chǎn)朊假絲酵母在利用葡萄糖的同時(shí)，也可以利用乳酸，但乳酸被利用的速度非常緩慢；當(dāng)培養(yǎng)基中只存在L-蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸和乳酸作為碳源時(shí)，乳酸比較容易被菌體利用，而L-蘋果酸、琥珀酸和檸檬酸在被菌體利用的先后順序上并沒(méi)有明顯的區(qū)別[13]。

4.5在風(fēng)味酵母抽提物工藝中的應(yīng)用

葉茂等以產(chǎn)朊假絲酵母為原料制備了酵母抽提物，并以氨基態(tài)氮含量和抽提物得率為主要指標(biāo)考察了對(duì)酵母自溶影響的關(guān)鍵因素，并在此單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)酵母自溶進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，最后確定了酵母抽提物的最佳工藝條件。最佳工藝條件為：在15％酵母懸浮液中、75 MPa壓力下循環(huán)均質(zhì)2次后，調(diào)初始pH 6.5，并添加1.5％（w/w）的復(fù)合風(fēng)味酶，50℃溫度下水浴自溶48 h[14]。

4.6生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白

通過(guò)利用經(jīng)航天誘變篩選的高產(chǎn)纖維素酶活菌株黑曲霉ZM-8和產(chǎn)朊假絲酵母SJ2，采用混菌固態(tài)發(fā)酵方式，來(lái)研究產(chǎn)朊假絲酵母SJ2接種量、接種時(shí)間和聯(lián)合發(fā)酵時(shí)間等因素在玉米秸稈為主要原料的培養(yǎng)基中對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物中單細(xì)胞蛋白（SCP）含量的影響，結(jié)果表明，最優(yōu)發(fā)酵條件為先接入1?30黑曲霉，24 h后接種5％的產(chǎn)朊假絲酵母，黑曲霉和產(chǎn)朊假絲酵母聯(lián)合發(fā)酵36 h，在最優(yōu)發(fā)酵工藝條件下，發(fā)酵產(chǎn)物中SCP含量達(dá)到25.44％[15]。

4.7生產(chǎn)菌體蛋白

Watanabe等利用產(chǎn)朊假絲酵母處理燒酒廢水生產(chǎn)飼料酵母，培育出1個(gè)可以累積大量氮的產(chǎn)朊假絲酵母突變體，用其處理高濃度的燒酒廢水，可去除未稀釋的大麥燒酒廢水中有機(jī)物62.9％、總氮38.4％、總磷44.5％，處理后的大麥燒酒廢水經(jīng)冷凍干燥得到酵母生物量約16.7 g·L-1，其中含有粗蛋白質(zhì)約60％，用H2SO4調(diào)控pH，不僅可提高廢水硫含量，而且還可增加酵母沉淀物中蛋氨酸的含量[16]。Jebasingh等研究表明，產(chǎn)朊假絲酵母在含糖18.81 g·L- 1、硫酸銨8.71 g·L- 1和硫酸鎂0.69 g·L-1的條件下，可以獲得生物質(zhì)6.69 g·L-1，蛋白質(zhì)含量可達(dá)50％[17]。高衛(wèi)衛(wèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)朊假絲酵母能夠降解細(xì)胞外的L-蘋果酸、乳酸、琥珀酸和檸檬酸，不能降解乙酸、草酸和延胡索酸[18]。

5　小結(jié)

酵母菌種類繁多，營(yíng)養(yǎng)豐富，具有多種生物活性。產(chǎn)朊假絲酵母菌繼承了酵母菌的優(yōu)良特性，其應(yīng)用于食品行業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，不僅可以節(jié)約成本、減少疾病發(fā)生，而且還可以提高經(jīng)濟(jì)效益，有利于獲得高品質(zhì)的食用產(chǎn)品和畜牧產(chǎn)品。今后除深入開發(fā)產(chǎn)朊假絲酵母菌的天然特性外，還可利用基因工程技術(shù)和發(fā)酵技術(shù)研究和生產(chǎn)多種劑型生物活性物質(zhì)，推廣酵母及其培養(yǎng)物、發(fā)酵產(chǎn)物在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

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Functional Exploration and Application of CandidaUtilis

GUO Zhaozhou,XU Lingmin,SONG Jianlou,XU Li*
（College of Animal Science and Technology,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China）

Abstract:Candida utilis is a species of candida species,which can produce lots of proteins,and provide for feed ingredients,food flavor,etc.It also can produce glutathione,contributing to pharmaceuticals.At the same time,it is able to supply selenium and bring many benefits to human beings and animals.So it is necessary to do the re?search for Candida utilis.This article briefly discussed its nutritional characteristics,cell characteristics,growth conditions and application in animal production.

Key words:yeast; Candida utilis; nutritional properties; growth conditions; application

*通訊作者：教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:xuli19621991@163.com。

作者簡(jiǎn)介：郭照宙（1992-），男，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAD12B05）

收稿日期：2016-01-11

中圖分類號(hào)：TS261.1+1；S816

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-0084（2016）03-0033-03