酵母抽提物的生产方法

酵母抽提物的生产方法

母乳素提取也被称为母乳素提取物。它是由面包、啤酒和发酵母组成的。在特定的时间、温度和ph值的条件下，利用母乳素自溶解的功能，通过打开母乳素体内的各种酶系统，将蛋白质分解为养分、氨基酸和核酸，并与其他有效成分一起稀释为可溶性养分。1977年国际水解蛋白委员会(InternationalHydrolyzedProteinCouncil)规定:自溶酵母抽提物是全世界用作天然食品调味料的食物配料。其主要成分是:(1)氨基酸、肽及多肽,它们是由食用酵母中存在的天然酶使肽键发生分解而产生的;(2)酵母细胞的水溶性成分,在加工过程中可加入符合食用标准的盐。自溶抽提物可以为液体状、膏状、粉状或颗粒状。酵母抽提物具有营养、调味和保健三大功能,含有18种以上的氨基酸,尤其含有谷物中含量不足的赖氨酸;还富含B族维生素(VB1、VB2、烟酸、VB6、泛酸、生物素等)和钙、镁、锌、铁、硒等微量元素。另外酵母抽提物中的谷胱甘肽以及鸟苷、肌苷等生理活性物质对抗衰老和心血管疾病的预防和治疗具有重要作用。酵母抽提物营养全面,在食品调味料、药品及保健食品、微生物发酵等领域应用广泛。1生产方法：母乳酸1.1酵母体内高分子自溶酵母自溶是指酵母在自身水解酶类(蛋白酶、核酸酶、糖水解酶等)的作用下细胞自我消解,将酵母体内高分子物质水解成为可溶性小分子物质的过程。自溶一般分为诱导自溶和自然自溶。由于自然自溶持续周期长,容易产生呈苦味的氨基酸,因此工业上一般通过改变自溶条件(温度、pH值自溶促进剂)以诱导其自溶。1.2控制酵母在体内的释放酶解法首先通过高温使酵母菌菌体内酶失活,然后加入外源酶如破壁酶、蛋白酶、糖酶以及核酸酶等,并控制一定的温度和pH值,使得酵母释放内含物质并分解成小分子糖类、氨基酸、肽类等呈味物质,经过下游一系列的处理得到酵母抽提物的方法。1.3酵母膏的制作工艺酸解法是以干酵母为原料,用盐酸或硫酸进行分解。其基本工艺是在一定的酸浓度、温度、压力和pH值条件下水解酵母液,然后进行过滤、脱色、除臭、碱中和,最后浓缩或喷雾干燥制成酵母膏或酵母粉。1.4酶解酵母的制备方法酸解法的优势是提取物得率高、游离氨基酸量大,然而其适口性差、盐含量高、后处理成本高、污染程度大,现在基本不再采用。酶解法得到的酵母抽提物品质较好,但是成本高,需要酶制剂工业成熟,主要在日本使用该方法。现在欧美以及我国都采用自溶-酶联法,该方法综合了自溶法和酶解法,即先控制在一定的条件下进行酵母自我降解,然后通过外加酶系使自溶液中的物质向高营养和高呈味的方向转变。这种转变不仅可以满足食品及发酵工业对产品新特性的需求,而且相比传统酵母自溶物有更加温和的风味。2母乳喂养的生产工艺2.1酶促自溶法制备酶促自溶法目前,酵母抽提物的生产一般采用的是酶促自溶法,虽然在具体的工艺如外加酶的选择、下游澄清自溶液的方法上有差异,但工艺流程基本一致,如图1所示。2.2前处理2.2.1面包酵母的脱苦处理啤酒酵母是啤酒生产过程中产生的泥状酵母,由于存在酒花树脂、啤酒花以及其他较大的杂物而呈苦味,因此其相比面包酵母需要进行过筛去酒花和脱苦处理。NaHCO3能使酒花成分皂化,除去其他异味和酵母味,而且成本低,因此工业上大多用NaHCO3来脱苦。陈军研究表明采用0.5%NaHCO3溶液搅拌处理1h对啤酒酵母的脱苦效果最好。国外也有学者在生产的下游阶段利用吸附树脂来脱苦。2.2.2破壁处理对胞内小分子活性的影响酵母菌的细胞壁厚、约为1.2μm,主要成分是葡聚糖和甘露聚糖;细胞膜为蛋白质-磷脂-蛋白质组成的3层结构。要获得较高的酵母抽提物得率和较大的氨基氮浓度需要增大自溶过程中细胞的通透性,而破壁处理利于直接释放胞内小分子可溶性蛋白、氨基酸、核酸等物质。同时大分子蛋白质、糖类通过酵母自身的酶解系统降解成小分子物质后由膜壁释放出来。自溶过程中细胞壁膜通透性的增高一般也会增加胞内物质溢出得率。目前酵母细胞破壁主要有热解法、化学法、酶法和机械法。由于不同的破壁工艺会导致自溶成分的不同和细胞壁破碎程度的不一样,因此选择破壁方法时需结合下游分离工艺综合考虑。2.2.3酵母自溶促进剂自溶促进剂主要是激活或者增加酵母内各种降解酶的活力,使酵母体内生物大分子物质更好地水解成小分子物质,提高产品的得率和质量。自溶促进剂的种类有很多,理论上凡是能使酵母生理状况产生混乱的物质都能促进酵母的自溶。一般有乙醇、乙酸乙酯、食盐、半胱氨酸、吡啶醇、硫胺素、甘油酯、EDTA等。工业生产中食盐和乙醇是最常用的自溶促进剂。2.3采用自溶法制备螺母2.3.1蛋白质水解程度在自然情况下,酵母自溶能持续1周甚至更久。但是酵母自溶时间过长,会使蛋白质水解程度增大而导致疏水性苦味短肽的出现,这样酵母抽提物就会产生苦味,影响产品的风味。因此为了保证产品质量,生产上通过加入自溶促进剂,控制自溶条件以缩短自溶时间。工业上自溶时间一般控制在为18～28h。2.3.2反应时间及浓度一般来说,酵母自溶过程中酵母的浓度越高得率越高,但同时反应时间会显著增加,因此选择适合的浓度很重要。工业生产上,酵母浓度基本都控制在10%～15%。2.3.3酵母自溶试验苏联的格里高娃发现酵母细胞中有A、B、C、D4个部分的酵母蛋白酶参与酵母自溶过程,其中酶A是外切肽酶,最适温度30～35℃;B、C、D都是内切酶,最适温度50、50、60℃。Tangu咬Ler等研究温度对酵母自溶固形物得率、α-氨基氮、蛋白含量的影响,发现50℃下自溶24h各个指标的含量能达到最高。目前,生产工艺上酵母的自溶温度一般采用50～60℃。2.3.4蛋白酶的筛选外加酶的添加能改善酵母抽提物的得率和风味。国内外对酵母自溶过程的外加酶的选择做了大量的研究。Tatjana等研究了外加木瓜蛋白酶和溶壁酶对酵母抽提物固形物、蛋白和碳水化合物量的影响,发现2.5%的木瓜蛋白酶和0.025%的溶壁酶为最优浓度。郭广超等选用了风味蛋白酶、中性蛋白酶、复合蛋白酶、木瓜蛋白酶和酵母抽提酶,比较它们对氨基氮和固形物得率的影响,结果发现添加1%的酵母抽提酶效果最好,氨基氮和固形物得率分别比木瓜蛋白酶的作用结果提高了约112.9%和40.3%。Kalum等在拟诺卡氏菌中分离得到1种蛋白酶,将其用于酵母自溶过程能够提高酵母抽提物的产量,而且对降低溶液的浑浊度有显著作用。2.3.5酵母抽提物和麦芽根中添加磷酸二酯酶酵母抽提物具有调味增鲜的作用,其富含的氨基酸、小分子肽和核苷酸等能够产生一种类似于牛肉汤或鸡汤的味道。虽然酵母中有大量的RNA,然而绝大多数为非呈味的小分子RNA,肌苷酸(IMP)和鸟苷酸(GMP)等呈味RNA的含量很少。现在的研究主要集中在如何利用外加酶(如5’-磷酸二酯酶)定向水解RNA为呈味核苷酸。Sombutyanuchit等在制备富含5’-GMP的酵母抽提物时,推荐先让酵母自溶8h,然后以65℃加热30min或者在70℃加热7min的方式先处理酵母抽提物,最后用麦芽根提取的磷酸二酯酶处理8～14h,这种方式能得到最大量的5’-GMP。汤务霞的研究指出从麦芽根中浸提5’-磷酸二酯酶的最佳条件为加水比9∶1、浸提温度5℃、浸提24h,过滤得粗酶液,酶活力能达到143.5U/mL。陈洁等发现如果细胞壁破壁效果不好,外加5’-磷酸二酯酶提高酵母自溶产物呈味核苷酸含量的效果就不明显,原因是细胞壁的存在阻止了外加酶与底物的接触。2.4母乳分离下游工艺2.4.1酵母自溶后澄清一些用于商业的酵母抽提物,如应用于微生物培养基,要求酵母抽提物溶液色泽浅、无杂质。还有些培养基需经过0.22μm滤膜过滤除菌,因此澄清度是保证酵母抽提物品质的一个重要指标。一般而言,酵母自溶结束后,将用各种方法来增加溶液的澄清度和最终产品的稳定性。膜过滤技术特别是微膜过滤(Microfiltration)被认为是一个十分有效的方式,然而这种技术用于工业生产会有相对较高的花费。也有学者认为利用絮凝剂来澄清自溶液有其特有的优势:操作简单和费用较低。他们选择使用四硼酸钠和聚乙烯亚胺作为选择性絮凝剂来保证酵母壁和酵母液分离时溶液的澄清度,蛋白和氨基酸基本不受絮凝过程影响,这与我们目前正在研究解决沉淀问题的试验结果相符,高分子絮凝剂处理后的酵母抽提物溶解后色泽更浅,在碱性和磷酸盐环境下高压灭菌后,均无沉淀产生,溶液清澈透亮。2.4.2可溶性物质的分离物理破壁法如高压均质能够较好的使酵母细胞壁瓦解,然而大量的破碎细胞使得细胞壁与可溶性物质的完全分离显得十分困难。采用酶系破壁法更适合酵母的自溶,因为酶系破壁法更加温和,酵母细胞的破碎程度小,因此在相对较低的转速下就可以完成可溶性物质与细胞壁的分离。细胞壁也能通过过滤的方式分离,微过滤法相比离心法在分离可溶性物质中的蛋白时效果更好。Artiwan等在利用旋转微过滤的方式处理啤酒酵母自溶液时,将去壁和脱苦的过程合二为一,在合适的转速和pH值下取得了良好的效果。2.4.3酵母自溶液制备工艺小美拉德反应是指氨基酸、肽、蛋白质和还原类糖在高温条件下,氨基和羧基发生羟胺缩合反应,生成深褐色呈味物质的过程,又称非酶褐变反应。在酵母自溶过程中,通过控制pH值、温度、时间等,按需要进行美拉德反应能够使酵母抽提物呈现不同的肉香味,还会形成食品的醇厚味道;但如果调控不当会使终产品的颜色变深,影响感官。由于酵母抽提物生产工艺中一般有灭酶活(95℃,10min)和灭菌(121℃,15min)的高温过程,酵母自溶液在这些步骤中颜色会加深。因此,现阶段学者们更加关注的是如何减少生产工艺中美拉德反应带来的负面影响。Kado等利用离子交换树脂吸附美拉德反应产生的深色物质来给酵母自溶液脱色。Jin等研究表明,酵母自溶过程美拉德反应颜色的加深受外加糖的影响比受外加氨基酸的影响大得多,且就糖的作用来说,戊糖>己糖>蔗糖。钟瑞敏等用自溶前接种酿酒酵母发酵和添加葡萄糖氧化酶(GOD)脱除糖处理,都能保证36h后溶液色泽仍然保持淡黄色。他们认为在进行自溶前将游离的葡萄糖脱除,能够降低酵母自溶过程中的美拉德反应,对最终酵母抽提物的色泽具有很好的保持作用。2.4.4酵母抽提物的浓缩和干燥由于自溶得到的酵母抽提液含有大量水分,要得到膏状或者粉状的产品就需要对其进行浓缩或干燥。工业上浓缩和干燥技术已经很成熟,对于酵母抽提物来说,浓缩一般是用多级降膜蒸发器,干燥使用的是喷雾干燥机。生产厂商根据自己的需要,对机器的参数设置上会有所差异。3关于母乳喂养的研究3.1酵母抽提物味道是人们在选择食品时的一个重要考虑因素,探索和寻求更为可口的调味配料食品是调味行业努力的目标之一。酵母抽提物具有浓厚的肉香味,将其添加到食品中有增咸、去苦和缓和酸味的作用。然而普通酵母细胞RNA含量一般是5%～8%,生产的酵母抽提物往往给人鲜度不够的感觉。高呈味核苷酸酵母抽提物作为营养丰富的强烈鲜味剂倍受市场关注。目前日本、荷兰等国从环境中选育或特定培养基筛选获得高RNA含量的酵母(有的RNA含量高达16%～18%),以其为原料通过一定的工艺生产呈味核苷酸含量高的酵母抽提物,其呈味性显著高于一般的酵母抽提物。3.2谷胱甘肽的提取谷胱甘肽是一种含有γ-酰胺键和巯基的三肽,由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成。它能帮助保持正常的免疫系统功能,具有抗氧化和整合解毒作用。谷胱甘肽不仅可用于药物,更可作为功能性食品的基料,在增强免疫力、抗肿瘤、延缓衰老等功能性食品中应用广泛。为了获得谷胱甘肽含量高的酵母抽提物,日本三菱兴人发酵部从原料出发,利用特殊培养基筛选、诱变育种等方法,培育出谷胱甘肽含量大于8%的酵母,利用此类酵母自溶生产出的酵母抽提物在医药、保健食品等领域的应用日益受到重视。3.3肉香味物质的加工风味型酵母抽提物不同于一般的酵母抽提物,也不同于香精添加物。它是在酵母抽提物提取工艺基础上结合美拉德反应技术,通过控制氨基酸和还原糖的种类及其比例、pH值、反应时间、温度及催化介质等条件,生产出具有不同风味(牛肉味、鸡肉味、猪肉味)的香味物质。以酵母抽提物、酵母自溶物等为原料制备肉香味物质的研究已在国内进行。由于各国消费者对健康饮食越来越重视,减少或不添加各类食品添加剂成为食品生产商争相打出的招牌。风味型酵母抽提物作为一种天然、健康的食品,能够满足不同消费者口味的需求,市场前景十分广阔。3.4酵母抽提物与其他