酵母抽提物生產(chǎn)工藝的研究進展

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(1.天津科技大學 生物工程學院，天津 300457；2.代謝控制發(fā)酵技術國家地方聯(lián)合工程實驗室，天津 300457)

酵母抽提物，又稱酵母浸出物，其廣義上是同一類產(chǎn)品，在業(yè)內(nèi)一般專用于生物發(fā)酵培養(yǎng)基的稱為酵母浸出物，而專用于食品調(diào)味的稱為酵母抽提物。其生產(chǎn)一般是以啤酒酵母和面包為原料，利用生物技術，在特定的環(huán)境下將酵母胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸降解，然后通過提取等下游工藝操作，制備成可溶的，具有顯著呈味性質(zhì)的，能夠顯著提高食品鮮味的營養(yǎng)素。酵母抽提物通常以膏狀或粉狀形式保存，也常用作微生物發(fā)酵的營養(yǎng)源[1]。

調(diào)味、營養(yǎng)和保健是酵母抽提物最為顯著的三大功能。作為調(diào)味劑使用時，在所含氨基酸和肽的共同作用下，能夠顯著增加食品的鮮味和咸味；此外，酵母抽提物是B族微生物和諸多微量元素及多肽和氨基酸的來源，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，在食品、飼料營養(yǎng)添加劑和生物培養(yǎng)基營養(yǎng)添加劑等領域使用廣泛；富含的谷胱甘肽因其特有的恢復細胞和清除自由基等功能而被廣泛應用于保健行業(yè)。酵母抽提物營養(yǎng)全面，性質(zhì)獨特，廣泛應用于食品調(diào)味料、藥品、保健食品和微生物發(fā)酵等領域[2-4]。

1 酵母抽提物的生產(chǎn)方法

1.1 酸解法

酸解法就是利用酸性物質(zhì)分解酵母細胞(主要利用硫酸或鹽酸)。一般選用干燥酵母作為主要原料。主要流程為：利用鹽酸或硫酸使酵母液維持在一定的酸濃度，在特定條件下(如溫度、pH等)水解一定的時間，得到酵母液，然后將酵母液過濾，脫色，除臭及堿中和，最后進行減壓濃縮或噴霧干燥，得到酵母抽提物。酸水解法的優(yōu)點在于提取物的產(chǎn)率高，游離的氨基酸量大，但使用該方法制成的酵母抽提物鹽含量高，后處理成本高，污染大，基本不再用于酵母抽提物的工業(yè)生產(chǎn)[5]。

1.2 酶解法

酶解法是通過外加酶的作用使酵母分解。其工藝流程為：利用加熱等方法將酵母菌細胞內(nèi)的酶滅活，然后在一定的條件下加入外源酶，酵母細胞本身的內(nèi)含物質(zhì)在外源酶刺激下被釋放，并被分解成氨基酸等呈味小分子物質(zhì)。此時酵母液中富含豐富的營養(yǎng)及呈味物質(zhì)，利用下游提取工藝對酵母液進行處理，獲得酵母抽提物。該方法的優(yōu)點是獲得的酵母抽提物質(zhì)量好，但對酶制劑要求高，所以生產(chǎn)成本高，目前在國內(nèi)并不常用[6]。

1.3 自溶法

自溶法是利用酶將酵母自身的碳水化合物等物質(zhì)分解并還原成小分子，如氨基酸和肽類，與酶解法不同之處在于其原料是具有酶活的新鮮活酵母。生產(chǎn)流程：首先，酵母細胞自身的酶在自溶促進劑的協(xié)同下，將酵母細胞分解還原，然后將含有分解的小分子物質(zhì)的酵母液提取出來，通過下游工藝得到酵母抽提物。自溶法的優(yōu)點在于，利用酵母自身的酶系進行蛋白質(zhì)分解，分解率較高，游離氨基酸含量高，且成本較低，但該方法得到的呈味物質(zhì)含量較低。現(xiàn)在歐美和國內(nèi)都采用自溶—酶聯(lián)法，即酵母在某些特定條件下先降解，然后將外源酶加入到酵母液中，將酵母菌細胞內(nèi)的糖類、蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)轉化為高營養(yǎng)和高風味物質(zhì)。這種轉變不僅可以滿足食品和發(fā)酵工業(yè)對產(chǎn)品新特性的需求，而且與傳統(tǒng)酵母自溶物相比具有更溫和的風味[7]。

2 酵母抽提物的生產(chǎn)工藝

酵母抽提物生產(chǎn)一般采用自溶—酶聯(lián)法，在涉及某一具體的工藝上會有差異，如自溶劑選擇、破壁方法和下游工藝提取等，但總的工藝流程大致相同，如圖1所示。

圖1 酵母抽提物生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Yeast extract production process

2.1 酵母前處理

酵母前處理主要包括酵母破壁、自溶劑選擇和啤酒酵母脫苦等。這些前處理的工藝中，酵母破壁是比較重要的一環(huán)。酵母細胞壁主要由葡聚糖和甘露聚糖組成，由于其細胞壁較厚不利于胞內(nèi)大分子物質(zhì)的透過，因此在酵母自溶之前要進行破壁處理以增大其細胞的通透性，從而提高酵母抽提物得率。酵母細胞主要以物理法、化學法和生物法三種方法進行破壁處理[8]。在選擇破壁方法時應該充分結合下游工藝綜合考慮，因為不同的破壁方法破碎程度也不同，會造成母液中的成分也有所差異。

2.2 酵母自溶工藝

酵母細胞中存在許多營養(yǎng)物質(zhì)和大分子化合物，它們的釋放需要在破壁處理的基礎上，進行酵母自溶處理。酵母自溶的機理是細胞壁在β-葡聚糖酶作用下被降解并釋放葡聚糖和甘露糖蛋白，而胞內(nèi)蛋白質(zhì)被蛋白酶降解釋放氨基酸和多肽[9-10]。

酵母自溶主要受到溫度、pH及自溶時間等因素的影響。溫度、pH以及自溶時間都與酶活關系密切，適宜的溫度和pH決定了酶活的穩(wěn)定，自溶時間的長短決定了酶水解時間的長短，而酶解時間會影響酶解的效率，適宜的自溶時間能夠提高酶解的效率，保證酶活的穩(wěn)定，進而保證自溶過程的效率。不同酶的最高酶活對應的最適溫度和pH不同，因此在酵母自溶時，選擇大多數(shù)酶適宜的溫度和pH就顯得非常重要。

酵母的自溶是酵母抽提工藝中比較重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響酵母抽提物的質(zhì)量。酵母自溶依靠的是自身的酶進行分解，但事實上酵母細胞自身的酶很大一部分沒有催化能力，或者催化能力比較弱，還會伴隨自溶的進行不斷消耗。所以，工業(yè)上為了保證自溶效率，同時保證后續(xù)工藝的順利進行，常常添加外源促進劑或外源酶來提高自溶效率。張曉鳴等[11]通過實驗發(fā)現(xiàn)，氯化鉀能夠改變酵母細胞與介質(zhì)之間的滲透壓，從而促使其發(fā)生質(zhì)壁分離，引起酵母細胞死亡，加速酵母自溶。宋蓮軍等[12]以氯化鈉為自溶促進劑，發(fā)現(xiàn)氯化鈉激活了酵母細胞內(nèi)自身的有關水解酶，促進了自溶。

3 酵母抽提物的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.1 酵母抽提物的研究現(xiàn)狀

與中國相比，一些發(fā)達國家對它的研究起步較早，經(jīng)過幾十年的不斷研究，在酵母提取物的生產(chǎn)及應用方面已經(jīng)領先世界。有些酵母提取物(如酵母調(diào)味品)的年產(chǎn)值更是超越了酵母本身。法國、荷蘭等國家酵母抽提物的產(chǎn)值也在逐年增長，并已經(jīng)成熟的應用于各種領域[13]。

與發(fā)達國家相比國內(nèi)是近幾年才逐漸認識到其在營養(yǎng)添加、風味增補以及醫(yī)藥領域的應用價值。因此，酵母抽提物在食品調(diào)味品領域中的地位逐步升高，產(chǎn)量在快速增加，生產(chǎn)技術在不斷改進[14-15]，國內(nèi)市場處于逐步打開階段。其巨大的商業(yè)價值也吸引了一系列企業(yè)，其中較為成功的有安琪酵母股份有限公司及一品鮮生物科技有限公司等，并有一眾中小型生產(chǎn)廠緊隨其后，但目前來看還是遠不能填補巨大的市場空缺，酵母抽提物仍處于供不應求狀態(tài)。

在增加呈味物質(zhì)以及改善提取過程等方面，國內(nèi)外學者都進行了大量研究[16-19]。如為了大幅提高酵母抽提物中的呈味物質(zhì)，日本、荷蘭等國家選育了高含量RNA的酵母作為原料進行酵母抽提物生產(chǎn)。晏志云等[20]通過改進酵母自溶工藝中酶的選擇及自溶后RNA的提取工藝，大幅提高了呈味物質(zhì)含量。陳潔等[21]利用啤酒廢酵母作為生產(chǎn)原料，當酵母自溶環(huán)節(jié)進行到某一特定程度時，滅活酵母自身內(nèi)源酶的活性，同時加入5′-磷酸二酯酶粗酶液進行定向水解，結果呈味物質(zhì)的含量得到大幅提升。任艷艷等[22]通過研究食品鮮味的改善與酵母抽提物的添加之間的關系發(fā)現(xiàn)，在雞精調(diào)味料中添加一定量的酵母抽提物，不僅能夠掩蓋腥味和其他異味，同時能夠增加醇厚感及食品鮮味。張博[23]將從釀酒酵母中提取的酵母抽提物新普樂添加于斷奶豬仔日糧中，結果表明該添加物有助于提高仔豬的屠宰體重，并能夠促進其大腸重量以及長度的增長和增加。劉通訊等[24]通過添加一定比例的酵母抽提物和大豆呈味肽到醬油中，結果大大改善了醬油本身的風味和鮮味，提高了醬油品質(zhì)。在食品領域酵母抽提物已經(jīng)被用作食品添加劑以及風味增補劑。并且由于酵母抽提物富含氨基酸、維生素及微量元素，這些物質(zhì)等能夠改善皮膚光澤，減少色素沉積，廣泛應用于各種凝膠面膜和面霜等產(chǎn)品中。酵母抽提物也因常被用作氨基酸和抗生素等產(chǎn)品的生產(chǎn)原料而廣泛活躍于微生物發(fā)酵和生物化工領域。酵母抽提物因其自身豐富的微量元素而常常用作微生物培養(yǎng)基的氮源，為微生物提供必要的營養(yǎng)[25-26]。

3.2 酵母抽提物研究的發(fā)展趨勢

近年來，酵母抽提物的使用價值被人們廣泛認可，需求量不斷擴大，應用領域也越來越廣。面對消費者日益增長的需求，食品制造商對酵母抽提物的質(zhì)量、形態(tài)、營養(yǎng)和味道等的要求也越來越高，因此開發(fā)新產(chǎn)品已成為一種迫切趨勢，促使科研人員對酵母抽提物進行深入探索。谷胱甘肽具有恢復細胞、抗氧化、維持免疫系統(tǒng)功能以及清除自由基等功能，日本研發(fā)出谷胱甘肽高含量的酵母抽提物，并在功能性食品和保健品領域進行了嘗試。在醫(yī)藥領域，由于酵母抽提物富含谷氨酸，因此在促進幼兒大腦發(fā)育，修復神經(jīng)系統(tǒng)疾病等方面有較好應用[27-28]。

目前，酵母抽提物的原料主要是面包酵母和啤酒酵母兩大類。國內(nèi)主要以面包酵母為原料，其優(yōu)點在于不需要對酵母進行去苦味處理，且氨基酸含量較高，但其培養(yǎng)過程較為復雜，不如啤酒酵母容易獲得；歐美國家主要是以啤酒酵母為原料，其優(yōu)點是蛋白質(zhì)含量豐富，培養(yǎng)條件簡單，成本較低，但由于產(chǎn)物含有難以去除的苦澀味道，所以在生產(chǎn)時要先對啤酒酵母進行去苦味處理[29-30]。

國外對酵母抽提物的研究起步早，在研發(fā)及生產(chǎn)工藝等多方面都具有豐富的經(jīng)驗，技術趨于成熟。國內(nèi)該領域的發(fā)展起步較晚，微生物發(fā)酵等生物領域對于酵母抽提物的需求量較大，食品及調(diào)味品等領域市場正在逐漸打開，技術還不夠成熟，發(fā)展理念還不盡完善。目前的研究重心仍然在發(fā)展生化培養(yǎng)基的酵母膏等，而非調(diào)味品工業(yè)，所以目前國內(nèi)調(diào)味品領域涉及的酵母抽提物仍然依靠進口[31]。

對比國內(nèi)外學者研究的方向，未來對于酵母抽提物的研究和發(fā)展的方向主要集中在以下幾點：1) 高呈味核苷酸酵母抽提物及風味化酵母抽提物研究。主要應用于食品調(diào)味品等領域，提高酵母抽提物的風味，使其在自身高營養(yǎng)價值下又能保證較高水平的調(diào)味作用；2) 高谷胱甘肽酵母抽提物研究。主要基于谷胱甘肽在醫(yī)藥領域的價值，高含量谷胱甘肽的酵母抽提物能夠幫助人體排毒清毒，在保健品和醫(yī)藥領域具有很大的發(fā)展空間；3) 酵母抽提物生產(chǎn)原料的研究。主要集中在利用啤酒廢酵母作為原料進行酵母抽提物生產(chǎn)，該原料為啤酒生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，容易獲得，且含有較高的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，與其他原料相比具有節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益[32-33]。

4 結 論

綜上所述，酵母抽提物在國內(nèi)外食品、調(diào)味品及微生物發(fā)酵等領域已經(jīng)有了較完善的生產(chǎn)工藝。但從酵母抽提物的需求上看，目前仍然供不應求，國內(nèi)外學者的研究也致力于對抽提工藝的改進、營養(yǎng)成分的豐富以及原料的優(yōu)化，來提高酵母抽提物的產(chǎn)量及質(zhì)量。從整個酵母抽提物的工藝環(huán)節(jié)出發(fā)，利用啤酒廢酵母作為生產(chǎn)酵母抽提物的原料是非常可行的一種方法，不僅可以大大節(jié)約原料的成本，而且可以減輕環(huán)境污染，符合可持續(xù)性發(fā)展的國策方針，這種方法一旦完善必然會帶來可觀的經(jīng)濟和社會效益。