废啤酒酵母营养成分及利用研究进展

废啤酒酵母营养成分及利用研究进展

近年来，中国啤酒工业发展迅速，年产量超过3000万吨，相关啤酒遗产总量超过20万吨。啤酒遗产具有丰富的养分、葡萄糖、甘草、谷胱甘醇和核酸等组成。具有健胃健肠、强化肝功能、预防高血压、糖尿病、延迟衰老等多种功效。因此，充分利用扔掉的啤酒工厂组件，可以显著提高啤酒行业的附加率，扩大啤酒公司的效率。本文简要介绍了废酒酒发酵的营养成分、使用现状和破裂壁等困难问题，并试图利用少啤酒饮料的资源。1啤酒生产过程中的成分废啤酒酵母属于啤酒工业中的副产物,其中含有大量的营养成分,包括蛋白质、谷胱甘肽、β-葡聚糖、甘露聚糖,以及丰富的维生素和矿物质等.对这些成分进行开发利用,对于进一步提高啤酒产业效益具有很高的实际价值.1.1啤酒中氨基酸的提取蛋白质是人类赖以生存的营养物质,目前,蛋白质的缺乏已成为国际性问题.啤酒酵母中蛋白质含量为40%~50%,属于优良的蛋白质类型.实现从啤酒酵母中提取生物蛋白质是一条获得蛋白质的新途径.目前对啤酒中蛋白质的研究主要集中在利用生物技术、水解等方法对其进行提取,再经精制、干燥后得蛋白粉,并作为面包、香肠等产品的辅料,以达到增强面筋延展性、增加香气和提高营养价值的目的.也有人通过对所提取出来的蛋白质进行水解,生产富含氨基酸的优质调味品.1.2啤酒酵母中谷胱甘肽的提取谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸三种氨基酸组成的肽,存在于酵母、动物内脏以及谷类的细胞中,具有清除自由基、延缓衰老、排毒养颜等功效,可用于先天性肺病、白内障等疾病的治疗.啤酒酵母中的谷胱甘肽有两种,分别是还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG),一般后者的含量较高.目前所应用的提取方法主要有热水法、有机溶剂法、超声波辅助提取等.1.3多酚奏1.3.1从啤酒酵母中提取-葡聚糖的方法β-葡聚糖(SCG)是以β-1,3葡聚糖和β-1,6葡聚糖组成的一种混合性多糖,具有刺激免疫、降低血液中的胆固醇、抗肿瘤和预防炭疽热等功效,在食品工业中可用作功能性增稠剂、膳食纤维和脂肪替代品.β-葡聚糖存在于许多细菌、真菌和高等植物中,起着构建整个细胞壁骨架的作用.目前,从啤酒酵母中提取β-葡聚糖的方法主要有酸碱法、酶法以及碱酶结合法等.产品的纯度和得率是衡量提取工艺优劣的关键指标,目前研究较好的提取方法是酶碱结合法,可使产品纯度超过85%,产率达到10%.1.3.2废啤酒酵母中酵母可溶性聚糖的提取酵母甘露聚糖是酵母细胞壁多糖中的一种糖蛋白,分子量约在9万道尔顿左右.纯品为白色粉状固体,无毒、无异味,能溶于水,溶液有黏性.酵母甘露聚糖在微生物与微生物、微生物与动物细胞相互作用的过程中发挥着重要作用,主要表现为促进消化道内有益菌生长、维持消化道菌群动态平衡、刺激腹膜巨噬细胞产生干扰素、促进细胞产生抗体、增强机体的非特异性和特异性免疫反应等作用,可显著提高机体的抗病能力.从废啤酒酵母中提取甘露聚糖是一个解决啤酒工业污染,变废为宝、改善环境的有效措施,提取方法主要有碱液提取法、有机溶剂萃取法等.1.4啤酒废酵母泥的提取SOD(Superoxidedismutase)是超氧化物歧化酶的简称,具有抗衰老、抗炎症、抗肿瘤、抗自身免疫性疾病、抗辐射、抗休克等功效,对肌体具有较强的保护作用,被广泛应用于医药、食品、化妆品等行业.啤酒废酵母泥中含有丰富的SOD,提取方法包括酵母自溶法、酶法、甲苯法、分布萃取法等,不同的提取方法对所得SOD活力及稳定性有较大影响.经过研究发现,甲苯法和分布萃取法对活力的保持效果较好,微波超滤法所得总酶活力可达到3000u/mg,将是今后发展的方向.在纯化方面,DEAE-32纤维素柱层析法是一种简单高效的方法.1.5啤酒酵母的提取核糖核酸作为重要的药物原料及食品添加剂被广泛用于医学及食品领域.例如,鸟苷酸(GMP)和肌苷酸(IMP)是强力助鲜剂,胞苷酸(CMP)和尿苷酸(UMP)可作为生产治疗癌症、肝炎及冠心病等药物的原料.啤酒酵母是核糖核酸的一个重要来源.对酵母中核糖核酸提取的关键在于啤酒酵母的破壁,目前,提取核糖核酸所用到的破壁方法有氨解法、浓盐法、碱法、高压均质法等,提取率一般在3%~4%.将两种或两种以上方法相结合也可以有效地增加提取率,例如,何娟在100℃高温下,采用盐法和碱法相结合,提取RNA收率就超过了8%.1.6啤酒酵母的营养价值高啤酒酵母中含有较多种类的维生素和微量元素.啤酒干酵母中含有丰富的维生素B1,B2,B6,B12及叶酸、泛酸等生理活性物质,其中麦角甾醇含量为126mg/100g,肌醇含量为391mg/100g,生物素含量为92.9mg/100g,这使啤酒酵母具有极高的营养价值.另外,啤酒酵母中矿物质含量也很高,据测定,啤酒干酵母中钾的含量为2000μg/g,磷为1290μg/g,铁为21μg/g,钙为80μg/g等.这些成分的存在大大提高了啤酒废酵母的开发利用价值.2酵母细胞破壁方法的研究破壁是破碎酵母细胞的外壳,从而使细胞内含物释放出来的手段.啤酒废酵母的开发利用离不开破壁,这是因为啤酒酵母的细胞壁厚,结构致密,一般的工艺无法使其破裂.目前所研究的酵母细胞破壁方法有很多,可归纳为机械破壁和非机械破壁两大类.机械破壁是通过超声、搅拌等所形成的液体剪切力或者研磨、压榨、膨化等所形成的固体剪切力作用于酵母细胞,从而使其细胞壁破裂的方法;非机械破壁是通过化学分解、酶解、渗透等非机械作用,使酵母细胞壁结果变得疏松或破裂的方法.2.1机械过载壁2.1.1高压均质法和盐法破壁高压均质法破壁是通过突然增减压和高速冲击撞击,在撞击力和剪切力的共同作用下使酵母细胞壁破裂,从而促使酵母内溶物溶出的方法.这种方法具有处理量大、速度快的优点.但由于其有效破壁率不高,故需要结合其他破壁方式或者重复破壁.例如,采用重复3次高压均质破碎啤酒酵母,可使酵母细胞破壁率从低于40%提高到70%以上.将高压均质法和盐法结合,也能获得比使用单一方法更好的效果.2.1.2细胞破壁与杀菌高压脉冲电场可在瞬间使被处理细胞的细胞壁和细胞膜电位混乱,改变其通透性,甚至可击穿细胞壁和细胞膜,使其发生不可逆破坏,造成细胞新陈代谢紊乱,细胞中生长的必需组分流出,因此成为提取细胞中成分的理想途径.这种方法具有能耗少、处理时间短、效率高等优点,实验也证明了该法在细胞破壁方面的有效性.另外,该法也被大量用于杀菌研究.2.1.3挤压膨化破壁技术挤压膨化技术是利用温度、压力等作用,通过双螺杆或单螺杆设备使物料经过搅拌、升温、挤压、熟化、膨化等作用,挤出成型制成一种产品或使物料获得某种特性的技术.该方法是利用挤压膨化过程中细胞内水分汽化后在挤压腔内被压缩(1~10MPa),瞬间喷出(0.1MPa)形成的巨大压差,使酵母的细胞壁爆破性裂解而达到破壁的目的.破壁后酵母基本组分基本未受破坏,可以同时获取甘露聚糖、蛋白质和葡聚糖等多种组分,实现综合利用.2.1.4超声波破壁和反复冻融法目前被研究用于酵母破壁的方法还有研磨法、超声波法、反复冻融法、超微粉碎法等.研磨法是利用研钵、球磨等研磨器械所产生的剪切力,配合研磨剂共同研磨,利用研磨剂和酵母细胞之间的互相剪切、碰撞,促使细胞壁破裂的方法.超声波破壁是利用频率在20kHz以上的弹性机械震动波,与液体介质引起空化作用,产生大量直径10μm的空泡,空泡爆裂后产生高达几千大气压的冲击波和局部高温,从而使细胞破碎.反复冻融法是多次将细胞冻结后再融化.冻结的作用是破坏细胞膜的疏水键,增加其亲水性和通透性,同时由于细胞内水的结晶使细胞内外产生溶液浓度差,产生渗透压,并且细胞内形成的冰晶也会破坏细胞壁.超微粉碎的粉碎粒度可以达到微米级,也是一种较为有效的破碎细胞壁的方式.2.2非机械破壁2.2.1化学组分法酵母细胞壁的主要构成为葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质、几丁质、脂类等,外层为甘露聚糖,中间为蛋白质,内层为葡聚糖.这种方法是通过化学试剂对组成细胞壁或细胞膜的结构成分的分解作用,使细胞壁变薄甚至消失,从而使内部成分溶出.目前在研究酵母破壁中所用的的化学试剂主要有阴阳离子洗涤剂、甘氨酸、NaOH溶液、氨液等.2.2.2破壁酶的分类生化法破壁酵母细胞主要包括酶解以及促进酵母自溶两种.酶解法是利用酶对构成酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质等成分具有催化水解的作用,打断其致密的网状结构,从而达到破壁的目的.目前研究中所用到的酶的类型有很多,包括蜗牛酶、溶菌酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶、甘露聚糖酶等.蜗牛酶和溶菌酶效果较好,但价格较高;单一使用蛋白酶、甘露聚糖酶等效果均不理想,但复合两种以上酶会产生较好的协同作用,是目前研究的热点.自溶法是通过啤酒酵母在一定的条件下,体内的酶类对其细胞壁发生作用,从而使酵母内部的成分溶出的方法.由于在啤酒生产过程中,酵母的自溶现象会降低啤酒生产效率,导致风味劣变、酒体浑浊,所以很少应用.2.2.3膜类脂质细胞剂.某些有机溶剂对啤酒酵母细胞壁的成分具有溶解作用,例如氮酮对生物膜类脂的特异性溶解作用,可以使酵母菌细胞内膜类脂流动性增强,促进酵母菌体内蛋白质释放.具有类似作用的有机溶剂还包括甲苯、氯仿、丙酮等.但是,由于有机溶剂易燃且易造成污染,所以应用并不广泛.2.2.4膜法提取法酵母的破壁方法还有盐溶法及多种方法结合使用等.盐溶法是通过调节酵母所处环境的渗透压,使细胞壁或细胞膜的通透性增大的方法.为了更有效地提高有效成分的提取率,常将两种或者几种破壁方法结合使用,例如挤压膨化法与酶法相结合,高压均质法与盐溶法相结合等,均可获得较为理想的效果.另外,热水处理也是一种较为简便的方法.3废啤酒酵母的破壁技术综上所述,废啤酒酵母中的营养成份不但种类齐全,而且含量丰富,是极具开发潜力的