酵母菌的功能及面包的研究

發酵母菌是一種簡單的細胞微生物，屬于真菌類。目前已發現的酵母菌已超過500種,分屬41屬。酵母菌的結構與其它生物細胞相似,也是分為細胞壁、細胞質、細胞核及內含物等。其細胞膜具有半透性,屬于半透膜。其功能主要是吸收營養物質、排泄廢物,并分泌一些酵母菌體外酶如轉化酶等,把不能滲透過細胞膜的大分子,再通過滲透作用進入細胞體內。細胞質的主要成分是膠體蛋白質,并含有碳氫化合物和脂肪等,其作用是維持細胞的生命活動。王定昌、賴榮婷的研究表明酵母菌含有極豐富的蛋白質,具有人體所必需的八種氨基酸B族維生素(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8和B11)、維生素D2原、脂肪、粗纖維、碳水化合物、礦物元素等。同時還含有豐富的酶系統(如蔗糖酶、麥芽糖酶、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、脫羧酶、脫氫酶、烯醇化酶和氧化還原酶等)和生理活性物質,如輔酶Ⅰ、輔酶A、輔酶Q、細胞色素C、卵磷脂、凝血質、谷胱甘肽和核糖核酸等。由于酵母菌個體大,蛋白質含量高易分離,雜食性強易培養,代謝產物多,綜合利用廣等特點,在現代工業中如食品、醫療保健、飼料、釀酒、生物工程等行業中都有廣泛的用途。1食品工業的應用1.1酵母營養和營養方面的應用在面包生產中,將活化的酵母摻入面粉,酵母的發酵是在酶的作用下,將碳水化合物轉變為二氧化碳及酒精。即酵母細胞本身產生生理代謝作用,把糖(能被酵母利用的單糖有葡萄糖、果糖、甘露糖)消耗掉以后,放出二氧化碳氣體和酒精、熱量及少量的有機酸。其中的二氧化碳氣體能使面團膨大、疏松。同時還有揮發性和不揮發性風味物質的生成,經過烘烤的加熱作用,發生一個復雜的生物化學變化過程(像美拉德反應等),形成面包所特有的烘烤香味。王定昌、賴榮婷的研究表明酵母還廣泛用作饅頭、包子、餅干和糕點等食品的發酵劑和強化增富劑,制成的食品香松可口、營養豐富,別具風味。國外在普通糧食制品如面包、餅干、乳兒糕和烤餅中摻入5%食用酵母,可使食品的營養價值提高40%,還能代替肉制品做成香腸和火腿等食品。因此,酵母有“人造肉”的美稱。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質由原來的12.42%提高到14.22%,其氨基酸的組成和水平也都有明顯的提高,特別是賴氨酸含量得到了有效的補充和加強。蛋白質效價(PER)也有所上升。這種用酵母單細胞蛋白強化面包,是一種強化蛋白質食品的好方法。1.2酵母酵母由于酵母可以生產富含十多種氨基酸、肽、呈味核苷酸、維生素多種微量元素的天然調味品,產品不僅滋味鮮美,而且營養豐富,是集調味、營養兩大功能于一體的天然食品。將酵母的自溶物,即由酵母菌細胞內的酶降解酵母菌中的大量大分子,如蛋白質和核苷酸等,用于生產增味劑,如谷氨酸和肽類等。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調味品、即酵母精。酵母精具有強烈的呈味性能,是理想的風味增強劑,能賦予食品濃厚的滋味,與其他天然調味料配合效果尤佳。如添加到風味較好,但呈味力較弱的天然動植物抽提物中,能使味道醇厚而持久,添加到呈味的動植物蛋白水解液中,能使其味道柔和,與谷氨酸及食鹽混合使用,則幾乎接近肉湯的天然味感。酵母菌還有緩和酸味、去除苦味、屏蔽咸味及異臭的效果。近年來,進一步改進酵母的自溶方法,生產出更精美的調味品。例如,先將酵母加熱,使酵母中天然存在的水解酶變性,然后用專門的酶制劑,如5--核糖核酸酶,將酵母RNA轉化5--核糖核酸酶,其中有些成分具有很強的增鮮作用,科學控制加工條件和用酶量,還可以制取游離酸含量高的酵母提取物,具有獨特的肉湯鮮味。以酵母提取物為基礎原料制成的各種帶肉汁鮮味的精制調味劑,如雞汁牛肉汁等,已廣泛用于傳統的湯料、小吃、糕點、醬油、醬菜、水產品和肉制品中。生產酵母精的酵母有多種,包括利用廢糖蜜生產的面包酵母、漢遜酵母、假絲酵母;乳清生產脆壁克魯維酵母;紙漿廢液生產的擬球酵母;啤酒釀造的廢棄酵母等。最近,德國BASF公司開始由酵母菌生產4-癸內脂,該產品具有桃香味。美國Provesta公司采用特殊的發酵工藝和特殊的酵母菌種,生產了干燥酵母菌體風味添加劑,它具有天然牛肉、雞和干酪等風味,可用于快餐、面包夾心、湯、調味品和冷凍食品等。不需添加抗氧化劑和穩定劑,無需使用谷氨鈉鹽等化學添加劑,在薄荷快餐食品中作為增香劑。酵母許多應用尚需進一步探索,前景十分廣闊。2醫療和保健行業的應用2.1酵母菌的特性酵母是一種很好的保健品。可用于治療消化不良和B族維生素缺乏癥。在人體衰弱時,能提高肌肉緊張力及調整被破壞的新陳代謝方面都有特殊的效果。在保健功能上,可以健腦、健胃、美容、解酒、預防肝壞疽,改善肝脹功能和延緩衰老等。研究表明,SOD廣泛分布于動植物及微生物細胞內,是超氧陰離子自由基的清除劑作為藥用酶,它能防治氧自由基傷害導致的某些疾病,其抗輻射,抗腫瘤、抗疾病及抗衰老作用已引起國內外學者的高度重視。蘇昕、閻浩林、馮清平、王歲樓等研究表明,酵母菌可以形成SOD,且對SOD形成最佳生長時期、最佳生理條件都作了較系統的研究和報道。并且干酵母在醫藥上又稱“食母生片”,主要健胃及消化的藥物。酵母片能促進食物在胃腸道的消化和吸收。臨床上多用于肝臟疾病。此外常用于胃炎、消化不良及各種胃腸功能不好的患者,以健胃、健脾和助消化。酵母菌也廣泛用于營養品。酵母菌中含有豐富的蛋白質、礦物質、B族維生素和少量甘油三脂等,從營養觀點看,它是很有發展前途的。世界上一些國家以及我國在60年代困難時期,曾利用碳氫化合物培養酵母制造人造肉,但在經濟上并不合算,多數業已停產。然而,酵母仍然是一種很好的食物添加劑,可以補充平時膳食營養中的不平衡。用干酵母制劑補充B族維生素營養,也是常用的膳食補充物。此外,在微生物培養(YC)中,酵母菌提取物是廣泛使用的營養來源之一。酵母還是一些人體必需的營養元素的載體,如硒、鉻、鐵和鋅的載體。由于食物中的這些元素通常含量較少或膳食結構的不合理,這些元素的缺乏癥在我國較普遍。研制富含這些元素的酵母制品,將為治療這些元素缺乏癥提供行之有效的途徑。將酵母分部分離,其中蛋白質部分是良好的穩定劑和增稠劑。因為它含有甘露糖,加熱處理也不會改變,它還具有脂肪的口感性質,可用于制造調味汁、湯料和嬰兒食品等。2.2混合酵母制，成汁我國醫學早在幾百年前就用酵母來治療疾病,中醫藥名為神曲,它是面粉、麩皮加藥物經過酵母菌混合酵制而成。它是一種酶類消化藥,主治消食、化積、健脾、行氣、上瀉、解表等。那么,由于酵母本身所具有的特點,如啤酒酵母具有生長繁殖,新陳代謝完整的生命功能且它的細胞內除了含有多種生物活性物質外,還含有許多完整的酶系,所以啤酒酵母是提取多種生化藥物的寶貴資源。2.2.1從酵母中提取凝血質、凝血醇酵母細胞中含有大量的凝血脂,凝血脂通過凝血酶的作用使人體或動物血漿內可溶性的纖維蛋白原變成不可溶的纖維蛋白,從而達到凝血。從酵母中提取凝血質工藝簡單安全性高,是凝血藥品的理想資源。麥甾醇是維生素D的前體,工業生產麥甾醇主要是從酵母細胞中提取。而啤酒酵母本身富含麥甾醇,所以它是生產麥甾醇的較好原料。同時還可以得到酵母卵磷脂、酵母海藻糖和多糖氨基酸。2.2.2核苷酸脫去磷酸根酵母中(尤其是啤酒酵母)含有豐富的核糖核酸(RNA),主要存在于細胞質內,含量可達4.5%-8.3%。提取的核酸又降解生成核苷酸,核苷酸可脫去磷酸根生成核苷。所以可以利用啤酒酵母作為提取核酸、核苷酸、核苷的原料。核酸和核苷酸藥物具有擴張末端血管,增加血紅蛋白的濃度,增加紅血球數、白血球數、減輕浮腫和抗病毒等作用。核酸包含在酵母細胞內,借助物理、化學或生物化學的方法使核酸釋放出來,分離而得到純的核酸。核酸進一步降解得到核苷酸。目前工業上常用酵母菌自溶或加酶降解的方法,此藥臨床上用于白血球減少癥及肝炎等疾病,有一定的療效。2.2.3藥品葡萄糖二磷酸鈉fdp利用酵母以酶法制取果糖二磷酸鈉是酵母深加工開發的一條新途徑。工業酶法生產FDP即利用酵母中的酶活性,用糖類和磷酸鹽進行生物合成。2.2.4改良肝臟功能利用酵母還可以制取谷胱苷肽藥物,谷胱苷肽(由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸構成的三肽)具有參加肝細胞內的氧化還原反應及對SH酶的激活和提高Fe2+酶活性的作用,它作為肝臟病與藥物中毒的治療已經商品化。此外,由于酵母中含有2%的B族維生素,所以還可以用酵母細胞提取維生素、細胞色素C、輔酶A、酵母多糖和核糖核酸等多種產品。在啤酒酵母的利用領域中,日本的研究者做了大量的工作,處于領先地位。我國也做了一定的成績。歐美各國在此領域中的報道較少。3飼料工業的應用3.1酵母細胞的利用酵母培養物(YC),其應用源于20世紀20年代中期,是一種含有酵母菌賴以生長的培養基經酵母培養生物轉化的產品。它營養豐富,含有維生素、礦物質、消化酶、促生長因子和較齊全的氨基酸,適口性好,是集營養、保健為一體的生物活性添加劑。大量的研究表明,酵母細胞可以提高反芻動物對飼料干物質,纖維素、半纖維素、蛋白質等有機物和磷酸的消化率,改善粗飼料的適口性,預防和治療腹脹,腹瀉等消化不良,促進幼、病胃腸發育和功能的恢復提高,進而增強機體的免疫力。對單胃動物也有一定作用。其作用的實質是酵母菌的作用,家畜酵母的攝入量增加及其在胃腸道上的大量繁殖,有效地改善了胃腸環境和菌群結構。從而,促進有益菌群的有效濃度,增進整個胃腸道對飼料養分的分解、吸收和利用。同時,有效抑制病源微生物的繁殖,增強機體免疫力和抗病力。3.2活性酵母作人工魚粉的必要性單細胞蛋白(SCP)是從含蛋白質的微生物中獲取的蛋白質。蛋白質含量高達85%,在畜牧業一直作為單細胞蛋白而被廣泛使用。馬現永等研究表明,酵母氨基酸的含量也較高,將中國飼料數據庫中標準的“啤酒酵母”與“國產魚粉”蛋白質、氨基酸相比較,“啤酒酵母”的粗蛋白、限制性氨基酸與“國產魚粉”相近,因此酵母可作優質蛋白源可部分或全部代飼料中的魚粉。研究表明,用活性酵母代替魚粉飼料喂養仔雞,獲得了最佳的上市體重、料肉比和經濟效益。此外,由于酵母菌本身的特點,含有豐富的生理活性物質及分泌多種酶,如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶等,因而酵母可加強對營養物質的消化利用,促進生長,增加食欲,從而增強抵抗各種疾病的能力,且提高產蛋率和繁殖性能。生產單細胞蛋白應選生長速度快、產量高、遺傳性狀穩定、營養要求簡單、細胞本身蛋白質含量高的酵母。3.3蝦青素的合成酵母產生的食用色素中最多的是類胡蘿卜素,類胡蘿卜素在動物和人體中有重要的代謝功能。由于動物本身不能合成,這種色素必須從食物中攝取。常見的產色酵母:菲氏酵母、紅酵母、隱球酵母和擲胞酵母等。酵母產生的色素可以從黃色到紅色。這里特別介紹一種從日本山區阿拉斯加闊葉樹上分離的紅橙菲氏酵母,它的野生型菌株,每克菌體可產類胡蘿卜素500μg,其中40%-95%是蝦青素。蝦青素在自然界中分布很廣,是甲殼類動物鮭魚、鱒魚及各種禽鳥類體內的主要色素,使動物帶有鮮艷的橙紅色。但是動物本身不能合成這種色素。因此,在飼養蝦魚類時,在飼料中要添加這類色素。早先市場上供應的合成角黃素,但著色效果不如蝦青素,而合成的蝦青素價格比較昂貴,且未得到美國食品醫藥管理局的批準。所以,紅橙菲氏酵母是可以取代合成蝦青素的一種天然色素產物。4用于工業的應用4.1生香酵母產脂酵母酵母菌為異養型微生物,以糖類物質(主要是葡萄糖)為能源和碳源供生命活動所需。酵母菌進行糖類代謝的結果在無氧條件下產生酒精和二氧化碳。酵母菌在釀造各種酒類都發揮著重要的作用。尤其是白酒、啤酒產量最大、消費最廣。幾千年前人們已在不自覺的情況下利用酵母菌生產各種飲料酒,所以我國釀酒的歷史悠久,工藝獨特,品種繁多。近幾年來,在傳統釀造技術的基礎上,滲入現代生物技術,縮短生產周期,節約勞動力。無論是白酒、曲酒還是啤酒,都有很快的發展,產量和質量都有很大的提高。生香酵母(產脂酵母或產膜酵母)在釀制白酒工藝上的應用,使白酒的優質酒率大大提高。由于生香酵母具有好氣性,能生成大量的酯類物質,而酒精產量較少,是我國釀制白酒形成香味成分的主要菌種。在啤酒的生產中,酵母除了生成酒精、二氧化碳外,還代謝生成一些副產物,如高級醇、有機酸、聯二酮、醛類等物質。這些副產物與酒精、二氧化碳共同組成啤酒的酒體,形成了啤酒特有的風味。所以說,酵母發酵副產物與酒類質量,特別是與風味質量密切相關。4.2酵母的抗氧化作用為使醬油成品形成良好的風味,發酵過程中添加魯氏酵母、擬球酵母。在醬醪特殊的環境中繁殖和發揮作用的醬油酵母的耐鹽性、抗滲透性很強,魯氏酵母除生成乙醇外,還在高鹽狀態使糖類生成多元醇,即丙三醇、阿拉伯糖醇、赤蘚糖醇等醇。這些物質對醬油香味的形成起到重要的作用,且具有濃郁的酒香氣。擬球酵母生成的聚醇類和4-乙基愈創木酚,使產品又具有濃郁的酯香氣。在制醬油的過程中,酵母類除參與碳酰化合物、醛縮醇類、含硫化合物等香氣成份的生成外,還很大程度的參與氨基酸、有機酸類的生成,酵母菌體自溶生成琥珀酸。由此可見,酵母在醬油加工過程中起不可代替的作用。此外,酵母菌在制醋新工藝中取代了原制曲和制酒母兩道工序,也較靈活地適合鄉鎮企業和個體生產。5在發酵酵母菌原生質體融合技術中的應用由于重組DNA技術的