啤酒酵母生化产品深加工技术

frankduke · 发表于 2010-12-16 19:05:30

一、用途与原理

　　啤酒醇母是一种单细胞微生物，细胞呈圆形或卵形，细胞大小为（3～7）μm×（5～10）μm。啤酒醇母含水量为75%～85%，干物质为15%～25%。啤酒酵母细胞壁主要成分为葡聚糖，细胞内含有丰富的蛋白质、核酸、维生素、碳水化合物、类脂物质、矿物质等多种营养成分，干燥酵母的主要营养成分见表1。

　　表1  干酵母的主要营养成分

　　成分    蛋白质脂肪灰分粗纤维碳水化合物水分

　　含量/%    40～50 1。5 7 1。5 30～35                   5～7

　　此外，啤酒酵母还富含B族维生素，例如维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12，以及麦甾醇、烟酸、叶酸、泛酸、肌醇等生理活性物质，其中麦甾醇和硒的含量较为丰富。自20世纪80年代开始，我国啤酒工业崛起，如今我国已经成为世界啤酒生产大国。

　　啤酒生产过程中，主发酵和后发酵工序产生大量的泥状酵母，称为酵母泥，一般为啤酒产量的2%～3%，全国一年可产生20万～25万吨。

　　酵母泥是由啤酒和酵母细胞组成的泥浆状混合物，营养丰富，酵母蛋白质的营养价值见表2。

　　表2  酵蛋白质的营养价值

　　蛋白质源生物价/%    可消化率/% 净蛋白质利用/%

　　蛋       100          97                      97

　　奶          93          97                      90

　　燕麦粉 79          60                      47

　　碎玉米 72          76                      55

　　马铃薯 69          74                         51

　　啤酒酵母（干）  52～87          70～90       36～78

　　啤酒酵母（1次生长）70～80          91～92                64～82

　　除酵母蛋白质以外，酵母金属硫蛋白（MT）也是一类低分子量、富含半胱氨酸、能被金属诱导产生的金属结合蛋白。主要参与微量元素的储存、运输和代谢，具有清除羟基自由基、拮抗电离和非电离辐射及重金属解毒等多种生理功能。

　　酵母中谷胱甘肽含量高达1%，高谷胱甘肽酵母中该物质含量高达8%。谷胱甘肽参与体内的氧化还原反应、激活SH酶和提高含Fe2+酶活性等作用，是一种重要的生化药物。谷胱甘肽可缩短面团混捏时间及存放时间；作为抗氧化剂，可延长油炸食品的保存时间，提取物比单独使用谷胱甘肽效果更好；作为饲料添加剂，保护动物肝脏功能，改善鱼类生长，增加牛奶产量。

　　酵母中B族维生素含量高达2%，B族维生素也是重要的生化药物，具有多种重要的生物学功能，例如糖代谢、氨基酸代谢、转甲基作用等。

　　酵母中也含有较高水平的麦角固醇，麦角固醇是维生素D的前体物质，在紫外光照射下转化成维生素D。

　　酵母细胞壁多糖含量达到30%～35%，具有促生长、抗病毒、增强免疫、调节肠道微生态环境、促进免疫器官发育的作用。

　　综上所述，酵母中有利用价值的物质主要有蛋白质、RNA、谷胱甘肽、酵母多糖、维生素等。将啤酒酵母用清水反复洗涤、离心，除去啤酒类物质，获得酵母菌体；将菌体用弱碱处理，使其中的啤酒花类物质皂化脱苦，获得脱苦酵母；用糖苷酶、蛋白酶、稀强碱低温处理等破坏酵母细胞壁，使其细胞内容物渗出，渗出物中RNA经过细胞及外加核酸酶的降解生成核苷酸，再经过脱氨酶等处理，生成鸟苷酸和肌苷酸；蛋白质经过蛋白酶水解产生肽及氨基酸；多糖经过糖苷酶水解产生还原糖；还原糖与水解生成的氨基酸或肽发生美拉德反应，产生强烈的肉类风味；制备酵母提取物后的酵母细胞壁残渣，用强碱或高温高压处理，获得β-葡聚糖提取物，经过乙醇沉淀、干燥获得β-葡聚糖。

　　二、酵母生化产品制备

　　1，6-二磷酸果糖（FDP）、谷胱甘肽（GSH）、RNA及酵母蛋白等均属于生化制品，在生物工程、医药卫生等行业中有广泛应用。现分别介绍如下：

　　1．1，6-二磷酸果糖（FDP）制备

　　1，6-二磷酸果糖（FDP）临床广泛用于急性心肌梗死、心肌缺血且有降低凝血和溶血作用，药用价值极高，市场售价很高。利用啤酒酵母内酶系生产1，6-二磷酸果糖（FDP）可明显降低制备成本，是一项有开发前景的新技术。

　　（1）工艺流程

　　酵母菌体--→复壮菌体--→发酵FDP--→FDP

　　提取液--→上清液--→纯化SOD--→SOD冻干粉

　　（2）主要指标

　　FDP含量≥98%，水分含量（包括结晶水）24%～28%，重金属及微生物指标合格。

　　2．酵母过氧化物歧化酶（SOD）制备

　　过氧化物歧化酶（SOD）是广泛存在于动物、植物和微生物中的金属酶，是一种高附加值产品。其主要功能是"一清四抗"即清除体内多余的自由基，"四抗"为抗肿瘤、抗疲劳、抗病及抗衰老。目前主要用于保健品、化妆品、牙膏及出口。例如添加SOD的化妆品具有明显抗衰老、去褐斑等功效。

　　（1）工艺流程（见1工艺流程）

　　（2）主要指标

　　SOD冻干粉为白色粉末，其比活力为3048U/mg蛋白质。

　　3．废啤酒酵母发酵谷胱甘肽制备

　　谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的活性三肽，又称为还原型谷胱甘肽（GSH），广泛存在于生物体内，是重要的抗氧化剂，参与细胞内的多种反应。例如保护蛋白质巯基，维持其活性；防止脂质氧化、解毒、保护皮肤。临床上谷胱甘肽用于治疗肝脏疾病、有机物及重金属中毒、癌症治疗造成的药物性损伤及白内障等。

　　谷胱甘肽的生产方法主要有生物提取法、发酵法、化学合成法及酶法等，其中发酵法是生产谷胱甘肽最具潜力的方法。

　　（1）工艺流程

　　菌种复壮→发酵培养→分离菌体→提取→除杂蛋白→脱色→浓缩→萃取→反萃取→浓缩→脱盐→冻干→GSH粉

　　（2）主要指标

　　白色粉末，产品收得率为0。19%～0。23%，GSH含量90。7%，水分5。35%。

　　4．金属硫蛋白（MT）制备

　　在酵母菌的56个属中，酵母属、裂殖酵母属、假丝酵母属等近10个种中存在金属硫蛋白（MT）。这些金属硫蛋白分为四类：分别是Cu2+诱导产生的类似于哺乳动物的MT，如酿酒酵母；Cu2+和Cd2+盐诱导合成的MT，类似于植物螯合肽；Cu2+诱导产生的既不同于哺乳动物又不同于植物螯合肽的MT；受不同金属离子调控，Cu2+诱导时产生类似哺乳动物的Cu2+MT，Cd2+诱导时，则产生类似植物螯合肽的Cd2+结合肽。

　　Cu2+ 、Cd2+诱导的金属硫蛋白具有抗Cu2+ 和Cd2+的毒害作用，可用于重金属生产、加工行业，作特殊保健品的原料。

　　（1）工艺流程

　　酵母菌→发酵液→菌体细胞→无细胞抽提液→部分浓缩→Sephadex G-50纯化→

　　洗脱→DEAE-Sephadex CL-6B纯化→部分浓缩→洗脱→Sephadex G-25纯化→洗脱→

　　冻干→金属硫蛋白冻干粉

　　（2）主要指标

　　白色粉末，两者均酸性氨基酸含量高，Cu/CD-MT冻干粉收得率0。04%～0。06%，不含芳香族氨基酸或含量极低。Cu2+-MT分子量为7000，每分子含4分子Cys，Cys含量为10%，结合4分子Cu2+/Cu2+-MT；Cd2+-MT分子质量为7。5kDa，每分子含6分子Cys，Cys含量为6。8%，结合4分子Cd2+/Cd2+-MT。