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食品应用领域的多面手—— 酵母

信息来源:中国食品报     发布日期:2019-04-12 14:26:50    阅读:0

酵母是人类运用最早的微生物,也是世界上产量最大的微生物。酵母菌的种类繁多,目前已知的文献及报道中,已被描述的酵母就有100多个属,1000多种。随着现代生物技术的进步,酵母菌的应用已拓宽至多个领域,从最早在发酵食品、酿酒等工业中的传统应用,延伸至酒精工业、石油化工、营养健康、微生物营养、动物、植物营养等多个领域。

常见的重要菌属包括酵母菌属、裂殖酵母属、汉逊酵母属、毕赤酵母属、假丝酵母属、球拟酵母属、红酵母属等。这些酵母菌属在生长、繁殖、代谢、形态学特性上具有较大差异,目前被人类利用最早、与人类关系最为密切的就是酵母属,其中,酿酒酵母菌种应用最为广泛。


酵母在食品发酵领域的应用

在食品工业方面,酵母被广泛用作人类主食面包、馒头、包子、饼干糕点等食品的优良发酵剂和营养剂。酵母利用原料中的葡萄糖、果糖、麦芽糖等糖类及淀粉转化后的糖类进行发酵,产生二氧化碳,使面团体积膨大、结构疏松,改善面包和馒头的风味。酵母中的酶催化面团中的各种有机物发生反应,将结构复杂的高分子物质变成结构简单、相对分子量较低且易被人体直接吸收的营养物。酵母本身蛋白质含量高,且含有多种维生素,可增加面包和馒头的营养价值。

在实际发酵食品的应用过程中,酵母根据含水量的不同可分为干酵母、半干酵母和鲜酵母,也可根据耐糖性能的不同分为耐高糖酵母和低糖酵母,高糖酵母适合于加糖的面团中使用,甚至在30%糖浓度时酵母仍然具有很好的发酵能力;低糖酵母适合做无糖或加糖量很少的馒头、欧式主食面包等发酵食品,在没有糖的面团中具有极佳的发酵能力。高糖酵母和低糖酵母的区分,目的在于使酵母在各自不同的环境中都能充分产气,使面团最大限度地发酵膨胀,做出优质产品。


酵母在酿酒领域的应用

酿酒具有悠久的历史酒种繁多,如黄酒、白酒、啤酒、果酒等,均是采用酵母菌利用不同原料在不同酿造工艺条件下生产而成。

在啤酒酿造工艺中,酵母菌种是影响啤酒质量的关键因素。它决定了啤酒中的酯类、醇类、醛类、双乙酰等风味物质的形成,也决定了发酵时间的长短及酒精产率情况。白酒是我国特有的发酵蒸馏酒,以高粱、小麦、大米、玉米等为原料。首先用酵母、毛霉、曲霉、根霉等的曲种,与经过粉碎、浸泡、蒸煮的原料混合,使其中的淀粉糖化,再由酵母发酵产生酒精,白酒酿造过程中伴着多种微生物之前的相互作用,白酒酿造过程中也会产生多种醇类和酯类物质,因此形成了不同风味和品质的白酒。近些年的研究热点,也集中于不同微生物之前的互作效应及酵母菌的代谢特点。在葡萄酒酿造技术中,为获得优质葡萄酒,充分发挥不同品种葡萄的优良品质,需要不断持续地选育优良性能的葡萄酒酵母,如降酸酵母、高产甘油酵母、耐低温酵母、快速酿造酵母等。

此外,酵母还广泛应用于工业酒精的生产,酒精是重要的化工原料,因其所用的原料是食品以及食品加工的废弃物,而且生产的酒精又用于微生物的培养、食品工业的消毒、燃料等。生产酒精的原料包括薯类原料、谷物原料、糖类原料、野生植物原料等。把这些原料中的糖类物质经过处理转化成可发酵性的糖,利用纯种酵母(酿酒酵母)进行厌氧发酵,再经蒸馏将酒精分离出来。酒精工业生产使用的酵母必须具备以下品质:繁殖速度快,增殖能力强;能在较高浓度的酒精发酵醪中进行发酵;耐温性能好,能在较高温度条件下进行繁殖和发酵;有抗杂菌能力;耐酸性强;生产性能稳定,变异性小;发酵时产生泡沫少。

因为薯类、谷物、糖类等原料发酵酒精成本高,而且这些资源有限,为了利用这些原料生产对人类更有用的食品,国内酒精的生产转向利用秸秆等废弃物发酵。秸秆中主要是木质纤维素,木质纤维素的水解物主要是木糖和葡萄糖,通过筛选或基因改造,得到能同时代谢五碳糖和六碳糖的高效产乙醇菌株,成为提高实际工业生产过程中发酵原料利用率的关键之一。


酵母在营养健康领域的应用

食用酵母是一种无活力、干燥的死酵母,含有丰富的蛋白质和各种氨基酸及多种B族维生素,还含有多种矿物元素如钙、磷等,也是铁、锰等微量元素的良好来源。酵母可使微量元素由无机状态转变为有机状态,大大提升微量元素的生物利用率,并降低了毒性,提高了安全性。因此,可针对性地生产富含硒、铬、锰等微量元素的酵母粉。

乳酸酵母和酵母属中的啤酒酵母是目前食用最为普遍的酵母,啤酒酵母中的维生素B1含量丰富。这种酵母主要用于以下人群:素食者,为他们提供人体必需的蛋白质;用脑过度者,主要是酵母中的氨基酸和B族维生素起作用;运动员,每天食用10克食用酵母,可提高抗疲劳力。老年人体内所需的赖氨酸量高于青壮年,食用酵母中赖氨酸丰富,每天食用可补充赖氨酸。除了直接食用酵母外,还可以从酵母中提取生理活性物质,如辅酶I、辅酶A、辅酶Q、细胞色素丙、卵磷脂、凝血质、谷胱甘肽和核糖核酸等,提取蛋白质和丰富的酶,加工成其他食品或保健食品。

酵母细胞壁作为一种提升免疫力的酵母深加工产品,备受关注。酵母细胞壁中提高免疫力的物质是一种多糖——β-葡聚糖,可从面包酵母中分,离出这种物质。这种多糖是珍贵的活性免疫物质,能定向清毒、杀灭有害病毒,保持机体良好的免疫力。美国宇航局多年前已将酵母葡聚糖列为宇航员增强免疫力的食品。

酵母β-葡聚糖能够活化巨噬细胞、嗜中性粒细胞等,因此能提高白细胞介素、细胞分裂素和特殊抗体的含量,全面刺激机体的免疫系统。酵母β-葡聚糖能使受伤机体的淋巴细胞产生细胞因子(IL-1)的能力迅速恢复,有效调节机体免疫机能。大量实验表明,酵母β-葡聚糖可提高免疫能力。这种酵母葡聚糖活化的细胞会激发宿主非特异性防御机制,故可应用在肿瘤、感染病和治疗创伤方面。经特殊工艺提取且不含内毒素的酵母β-1,3-葡聚糖在美国已认定是一种安全的物质,可添加在一般食品中。


酵母在食品调味领域的应用

酵母抽提物是源自天然酵母的一种呈味物质,富含多种氨基酸、多肽、呈味核苷酸、B族维生素。酵母抽提物以其天然、营养的特点和独特的调味增鲜功能,成为当今国际调味品行业乃至食品工业广受欢迎、增长快速的核心呈味原料之一。

在我国,酵母抽提物在调味料中的应用较广,且效果显著。例如,应用在肉类、水产品中,能增强肉味提高鲜味,防止脂肪氧化;加入汤中,可使其味道更鲜美风味更突出;酵母提取物也可替代部分肉汁,与其他调味料融和,使之口感丰满、营养更加丰富。另外,将酵母抽提物与味精、I+G、SSA、HVP等搭配,还可以调配出不同风味的个性化产品。


酵母在动物营养领域的应用

生物饲料的开发,是当前解决畜牧业原料紧缺、环保等问题的重要发展规划。酵母源生物饲料是以酵母为原料或载体,利用现代生物技术和生产工艺,并结合微生物发酵而获得的一系列与酵母相关的具有特定营养或功能的天然、安全的饲料原料及饲料添加剂产品。酵母源生物饲料作为一类天然绿色生物饲料,在稳定饲料品质、改善动物消化道健康、强化动物免疫水平、减少动物应激、提高动物生长性能保护生态环境等诸多方面,都有着良好的应用前景。

酵母水解物可作为优质的饲料蛋白原料,其含有丰富的核酸、小肽、氨基酸类营养物质,在畜牧生产中能起到促进生长、免疫提升、诱食等多重作用,是理想的蛋白原料之一。

活性干酵母类产品作为真菌态微生态制剂,在改善动物胃肠道结构中发挥着重要作用,提升动物对营养物质的利用率,减少饲料资源的浪费。

酵母细胞壁多糖、酵母硒、酵母铬和酵母水解物等,均有减缓动物应激,提高免疫水平的效果。国内外在这方面的研究均十分丰富,尤其以酵母细胞壁多糖和酵母硒的研究为多。

酵母硒通过其生物抗氧化作用,在改善肉、蛋、奶的品质方面,发挥着显著作用。


酵母在微生物营养领域的应用

酵母浸出物是一种以面包酵母、啤酒酵母或葡萄酒酵母为原料,采用自溶法或加酶水解工艺,经分离、脱色(或精制、浓缩、喷雾干燥)而成的粉状、膏状或液状的产品。酵母浸出物含碳水化合物15%-20%、含氮化合物(游离氨基酸和长短肽)50%-70%、核苷酸4.5%-5.5%,以及多种B族维生素、矿物质和微量元素等。酵母浸出物蛋白质含量高,氨基酸组成合理,维生素和矿物质等含量丰富,是微生物培养与发酵的优质氮源,可以满足发酵工业中多种营养苛求菌种,以及诱变菌种、基因工程构建菌的营养需求,基本能应用于各发酵产品领域,具有广阔的应用前景。


酵母在其他领域的应用

在石油加工过程中,酵母菌具有氧化石蜡,降低石油凝固点的作用,石油酵母还可利用烃类原料发酵制取柠檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸、甘油、甘露醇等;在农作物营养方面,酵母发酵的营养液可用于开发生物有机肥料;酵母还可用于果蔬采后病害防治,部分特种酵母可通过营养与空间的竞争、对病原菌的直接寄生作用及诱导寄主产生抗病性等作用而抑制霉菌的生长。酵母菌与其他生防微生物相比,具有拮抗效果好、不产生毒素、可以和化学杀菌剂共同使用等优点,在果蔬保鲜剂开发上具有良好的应用潜力。

此外,酵母菌在环境污染治理和食品加工有害物质处理方面也是目前环保大背景下的研究热点。有研究表明,酵母菌可脱除食品中的生物毒素,提高食品的卫生安全性;在环境污染治理方面,酵母被广泛用于工业废水的处理,酵母菌可吸附废水中的多种重金属离子。此外,酵母菌能利用多种有机物,可以分解废水中的有机物质,使其化学需氧量、生化需氧量值下降,达到国家污水排放综合标准。目前,各行各业对该应用领域的关注度都较高,相关处理机制的研究、菌种的开发也在不断深入。

酵母浑身是宝,用途广泛,是工业生产中优质的生物资源、是人类健康的重要伙伴;酵母菌种丰富、特性不一,育种可操作性强。随着其应用领域的日趋广泛,选育不同生物特性的酵母菌,精准应用于各个领域,是未来研究的重点和技术进步的主攻方向。

(中焙)