酵母菌的功能及面包的研究

酵母菌的功能及面包的研究

发酵母菌是一种简单的细胞微生物，属于真菌类。目前已发现的酵母菌已超过500种,分属41属。酵母菌的结构与其它生物细胞相似,也是分为细胞壁、细胞质、细胞核及内含物等。其细胞膜具有半透性,属于半透膜。其功能主要是吸收营养物质、排泄废物,并分泌一些酵母菌体外酶如转化酶等,把不能渗透过细胞膜的大分子,再通过渗透作用进入细胞体内。细胞质的主要成分是胶体蛋白质,并含有碳氢化合物和脂肪等,其作用是维持细胞的生命活动。王定昌、赖荣婷的研究表明酵母菌含有极丰富的蛋白质,具有人体所必需的八种氨基酸B族维生素(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8和B11)、维生素D2原、脂肪、粗纤维、碳水化合物、矿物元素等。同时还含有丰富的酶系统(如蔗糖酶、麦芽糖酶、肝糖酶、乳糖酶、海藻糖酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶、己糖磷酸化酶、脱羧酶、脱氢酶、烯醇化酶和氧化还原酶等)和生理活性物质,如辅酶Ⅰ、辅酶A、辅酶Q、细胞色素C、卵磷脂、凝血质、谷胱甘肽和核糖核酸等。由于酵母菌个体大,蛋白质含量高易分离,杂食性强易培养,代谢产物多,综合利用广等特点,在现代工业中如食品、医疗保健、饲料、酿酒、生物工程等行业中都有广泛的用途。1食品工业的应用1.1酵母营养和营养方面的应用在面包生产中,将活化的酵母掺入面粉,酵母的发酵是在酶的作用下,将碳水化合物转变为二氧化碳及酒精。即酵母细胞本身产生生理代谢作用,把糖(能被酵母利用的单糖有葡萄糖、果糖、甘露糖)消耗掉以后,放出二氧化碳气体和酒精、热量及少量的有机酸。其中的二氧化碳气体能使面团膨大、疏松。同时还有挥发性和不挥发性风味物质的生成,经过烘烤的加热作用,发生一个复杂的生物化学变化过程(像美拉德反应等),形成面包所特有的烘烤香味。王定昌、赖荣婷的研究表明酵母还广泛用作馒头、包子、饼干和糕点等食品的发酵剂和强化增富剂,制成的食品香松可口、营养丰富,别具风味。国外在普通粮食制品如面包、饼干、乳儿糕和烤饼中掺入5%食用酵母,可使食品的营养价值提高40%,还能代替肉制品做成香肠和火腿等食品。因此,酵母有“人造肉”的美称。且有研究表明,面包中加入8%的干酵母粉可以使面包中的蛋白质由原来的12.42%提高到14.22%,其氨基酸的组成和水平也都有明显的提高,特别是赖氨酸含量得到了有效的补充和加强。蛋白质效价(PER)也有所上升。这种用酵母单细胞蛋白强化面包,是一种强化蛋白质食品的好方法。1.2酵母酵母由于酵母可以生产富含十多种氨基酸、肽、呈味核苷酸、维生素多种微量元素的天然调味品,产品不仅滋味鲜美,而且营养丰富,是集调味、营养两大功能于一体的天然食品。将酵母的自溶物,即由酵母菌细胞内的酶降解酵母菌中的大量大分子,如蛋白质和核苷酸等,用于生产增味剂,如谷氨酸和肽类等。酵母工作者采用酵母菌自溶法制成了一系列酵母提取物和美味调味品、即酵母精。酵母精具有强烈的呈味性能,是理想的风味增强剂,能赋予食品浓厚的滋味,与其他天然调味料配合效果尤佳。如添加到风味较好,但呈味力较弱的天然动植物抽提物中,能使味道醇厚而持久,添加到呈味的动植物蛋白水解液中,能使其味道柔和,与谷氨酸及食盐混合使用,则几乎接近肉汤的天然味感。酵母菌还有缓和酸味、去除苦味、屏蔽咸味及异臭的效果。近年来,进一步改进酵母的自溶方法,生产出更精美的调味品。例如,先将酵母加热,使酵母中天然存在的水解酶变性,然后用专门的酶制剂,如5--核糖核酸酶,将酵母RNA转化5--核糖核酸酶,其中有些成分具有很强的增鲜作用,科学控制加工条件和用酶量,还可以制取游离酸含量高的酵母提取物,具有独特的肉汤鲜味。以酵母提取物为基础原料制成的各种带肉汁鲜味的精制调味剂,如鸡汁牛肉汁等,已广泛用于传统的汤料、小吃、糕点、酱油、酱菜、水产品和肉制品中。生产酵母精的酵母有多种,包括利用废糖蜜生产的面包酵母、汉逊酵母、假丝酵母;乳清生产脆壁克鲁维酵母;纸浆废液生产的拟球酵母;啤酒酿造的废弃酵母等。最近,德国BASF公司开始由酵母菌生产4-癸内脂,该产品具有桃香味。美国Provesta公司采用特殊的发酵工艺和特殊的酵母菌种,生产了干燥酵母菌体风味添加剂,它具有天然牛肉、鸡和干酪等风味,可用于快餐、面包夹心、汤、调味品和冷冻食品等。不需添加抗氧化剂和稳定剂,无需使用谷氨钠盐等化学添加剂,在薄荷快餐食品中作为增香剂。酵母许多应用尚需进一步探索,前景十分广阔。2医疗和保健行业的应用2.1酵母菌的特性酵母是一种很好的保健品。可用于治疗消化不良和B族维生素缺乏症。在人体衰弱时,能提高肌肉紧张力及调整被破坏的新陈代谢方面都有特殊的效果。在保健功能上,可以健脑、健胃、美容、解酒、预防肝坏疽,改善肝胀功能和延缓衰老等。研究表明,SOD广泛分布于动植物及微生物细胞内,是超氧阴离子自由基的清除剂作为药用酶,它能防治氧自由基伤害导致的某些疾病,其抗辐射,抗肿瘤、抗疾病及抗衰老作用已引起国内外学者的高度重视。苏昕、阎浩林、冯清平、王岁楼等研究表明,酵母菌可以形成SOD,且对SOD形成最佳生长时期、最佳生理条件都作了较系统的研究和报道。并且干酵母在医药上又称“食母生片”,主要健胃及消化的药物。酵母片能促进食物在胃肠道的消化和吸收。临床上多用于肝脏疾病。此外常用于胃炎、消化不良及各种胃肠功能不好的患者,以健胃、健脾和助消化。酵母菌也广泛用于营养品。酵母菌中含有丰富的蛋白质、矿物质、B族维生素和少量甘油三脂等,从营养观点看,它是很有发展前途的。世界上一些国家以及我国在60年代困难时期,曾利用碳氢化合物培养酵母制造人造肉,但在经济上并不合算,多数业已停产。然而,酵母仍然是一种很好的食物添加剂,可以补充平时膳食营养中的不平衡。用干酵母制剂补充B族维生素营养,也是常用的膳食补充物。此外,在微生物培养(YC)中,酵母菌提取物是广泛使用的营养来源之一。酵母还是一些人体必需的营养元素的载体,如硒、铬、铁和锌的载体。由于食物中的这些元素通常含量较少或膳食结构的不合理,这些元素的缺乏症在我国较普遍。研制富含这些元素的酵母制品,将为治疗这些元素缺乏症提供行之有效的途径。将酵母分部分离,其中蛋白质部分是良好的稳定剂和增稠剂。因为它含有甘露糖,加热处理也不会改变,它还具有脂肪的口感性质,可用于制造调味汁、汤料和婴儿食品等。2.2混合酵母制，成汁我国医学早在几百年前就用酵母来治疗疾病,中医药名为神曲,它是面粉、麸皮加药物经过酵母菌混合酵制而成。它是一种酶类消化药,主治消食、化积、健脾、行气、上泻、解表等。那么,由于酵母本身所具有的特点,如啤酒酵母具有生长繁殖,新陈代谢完整的生命功能且它的细胞内除了含有多种生物活性物质外,还含有许多完整的酶系,所以啤酒酵母是提取多种生化药物的宝贵资源。2.2.1从酵母中提取凝血质、凝血醇酵母细胞中含有大量的凝血脂,凝血脂通过凝血酶的作用使人体或动物血浆内可溶性的纤维蛋白原变成不可溶的纤维蛋白,从而达到凝血。从酵母中提取凝血质工艺简单安全性高,是凝血药品的理想资源。麦甾醇是维生素D的前体,工业生产麦甾醇主要是从酵母细胞中提取。而啤酒酵母本身富含麦甾醇,所以它是生产麦甾醇的较好原料。同时还可以得到酵母卵磷脂、酵母海藻糖和多糖氨基酸。2.2.2核苷酸脱去磷酸根酵母中(尤其是啤酒酵母)含有丰富的核糖核酸(RNA),主要存在于细胞质内,含量可达4.5%-8.3%。提取的核酸又降解生成核苷酸,核苷酸可脱去磷酸根生成核苷。所以可以利用啤酒酵母作为提取核酸、核苷酸、核苷的原料。核酸和核苷酸药物具有扩张末端血管,增加血红蛋白的浓度,增加红血球数、白血球数、减轻浮肿和抗病毒等作用。核酸包含在酵母细胞内,借助物理、化学或生物化学的方法使核酸释放出来,分离而得到纯的核酸。核酸进一步降解得到核苷酸。目前工业上常用酵母菌自溶或加酶降解的方法,此药临床上用于白血球减少症及肝炎等疾病,有一定的疗效。2.2.3药品葡萄糖二磷酸钠fdp利用酵母以酶法制取果糖二磷酸钠是酵母深加工开发的一条新途径。工业酶法生产FDP即利用酵母中的酶活性,用糖类和磷酸盐进行生物合成。2.2.4改良肝脏功能利用酵母还可以制取谷胱苷肽药物,谷胱苷肽(由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸构成的三肽)具有参加肝细胞内的氧化还原反应及对SH酶的激活和提高Fe2+酶活性的作用,它作为肝脏病与药物中毒的治疗已经商品化。此外,由于酵母中含有2%的B族维生素,所以还可以用酵母细胞提取维生素、细胞色素C、辅酶A、酵母多糖和核糖核酸等多种产品。在啤酒酵母的利用领域中,日本的研究者做了大量的工作,处于领先地位。我国也做了一定的成绩。欧美各国在此领域中的报道较少。3饲料工业的应用3.1酵母细胞的利用酵母培养物(YC),其应用源于20世纪20年代中期,是一种含有酵母菌赖以生长的培养基经酵母培养生物转化的产品。它营养丰富,含有维生素、矿物质、消化酶、促生长因子和较齐全的氨基酸,适口性好,是集营养、保健为一体的生物活性添加剂。大量的研究表明,酵母细胞可以提高反刍动物对饲料干物质,纤维素、半纤维素、蛋白质等有机物和磷酸的消化率,改善粗饲料的适口性,预防和治疗腹胀,腹泻等消化不良,促进幼、病胃肠发育和功能的恢复提高,进而增强机体的免疫力。对单胃动物也有一定作用。其作用的实质是酵母菌的作用,家畜酵母的摄入量增加及其在胃肠道上的大量繁殖,有效地改善了胃肠环境和菌群结构。从而,促进有益菌群的有效浓度,增进整个胃肠道对饲料养分的分解、吸收和利用。同时,有效抑制病源微生物的繁殖,增强机体免疫力和抗病力。3.2活性酵母作人工鱼粉的必要性单细胞蛋白(SCP)是从含蛋白质的微生物中获取的蛋白质。蛋白质含量高达85%,在畜牧业一直作为单细胞蛋白而被广泛使用。马现永等研究表明,酵母氨基酸的含量也较高,将中国饲料数据库中标准的“啤酒酵母”与“国产鱼粉”蛋白质、氨基酸相比较,“啤酒酵母”的粗蛋白、限制性氨基酸与“国产鱼粉”相近,因此酵母可作优质蛋白源可部分或全部代饲料中的鱼粉。研究表明,用活性酵母代替鱼粉饲料喂养仔鸡,获得了最佳的上市体重、料肉比和经济效益。此外,由于酵母菌本身的特点,含有丰富的生理活性物质及分泌多种酶,如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶等,因而酵母可加强对营养物质的消化利用,促进生长,增加食欲,从而增强抵抗各种疾病的能力,且提高产蛋率和繁殖性能。生产单细胞蛋白应选生长速度快、产量高、遗传性状稳定、营养要求简单、细胞本身蛋白质含量高的酵母。3.3虾青素的合成酵母产生的食用色素中最多的是类胡萝卜素,类胡萝卜素在动物和人体中有重要的代谢功能。由于动物本身不能合成,这种色素必须从食物中摄取。常见的产色酵母:菲氏酵母、红酵母、隐球酵母和掷胞酵母等。酵母产生的色素可以从黄色到红色。这里特别介绍一种从日本山区阿拉斯加阔叶树上分离的红橙菲氏酵母,它的野生型菌株,每克菌体可产类胡萝卜素500μg,其中40%-95%是虾青素。虾青素在自然界中分布很广,是甲壳类动物鲑鱼、鳟鱼及各种禽鸟类体内的主要色素,使动物带有鲜艳的橙红色。但是动物本身不能合成这种色素。因此,在饲养虾鱼类时,在饲料中要添加这类色素。早先市场上供应的合成角黄素,但着色效果不如虾青素,而合成的虾青素价格比较昂贵,且未得到美国食品医药管理局的批准。所以,红橙菲氏酵母是可以取代合成虾青素的一种天然色素产物。4用于工业的应用4.1生香酵母产脂酵母酵母菌为异养型微生物,以糖类物质(主要是葡萄糖)为能源和碳源供生命活动所需。酵母菌进行糖类代谢的结果在无氧条件下产生酒精和二氧化碳。酵母菌在酿造各种酒类都发挥着重要的作用。尤其是白酒、啤酒产量最大、消费最广。几千年前人们已在不自觉的情况下利用酵母菌生产各种饮料酒,所以我国酿酒的历史悠久,工艺独特,品种繁多。近几年来,在传统酿造技术的基础上,渗入现代生物技术,缩短生产周期,节约劳动力。无论是白酒、曲酒还是啤酒,都有很快的发展,产量和质量都有很大的提高。生香酵母(产脂酵母或产膜酵母)在酿制白酒工艺上的应用,使白酒的优质酒率大大提高。由于生香酵母具有好气性,能生成大量的酯类物质,而酒精产量较少,是我国酿制白酒形成香味成分的主要菌种。在啤酒的生产中,酵母除了生成酒精、二氧化碳外,还代谢生成一些副产物,如高级醇、有机酸、联二酮、醛类等物质。这些副产物与酒精、二氧化碳共同组成啤酒的酒体,形成了啤酒特有的风味。所以说,酵母发酵副产物与酒类质量,特别是与风味质量密切相关。4.2酵母的抗氧化作用为使酱油成品形成良好的风味,发酵过程中添加鲁氏酵母、拟球酵母。在酱醪特殊的环境中繁殖和发挥作用的酱油酵母的耐盐性、抗渗透性很强,鲁氏酵母除生成乙醇外,还在高盐状态使糖类生成多元醇,即丙三醇、阿拉伯糖醇、赤藓糖醇等醇。这些物质对酱油香味的形成起到重要的作用,且具有浓郁的酒香气。拟球酵母生成的聚醇类和4-乙基愈创木酚,使产品又具有浓郁的酯香气。在制酱油的过程中,酵母类除参与碳酰化合物、醛缩醇类、含硫化合物等香气成份的生成外,还很大程度的参与氨基酸、有机酸类的生成,酵母菌体自溶生成琥珀酸。由此可见,酵母在酱油加工过程中起不可代替的作用。此外,酵母菌在制醋新工艺中取代了原制曲和制酒母两道工序,也较灵活地适合乡镇企业和个体生产。5在发酵酵母菌原生质体融合技术中的应用由于重组DNA技术的