酵母菌在发酵工业中的应用

酵母菌在发酵工业中的应用

摘要：我国劳动人民在几千年前就利用酵母制酱酿酒等，酵母菌在人类的食品化工能源等方面有重大作用。酵母菌发酵食品可改善其风味及提高营养价值。随着生物技术的发展，基因工程在改造酵母方面获得了很多成功，使酵母获得了很多对人类有益的性状。在能源匮乏的今天，利用酵母发酵生物质产酒精作为能源代替品已越来越引起重视。但还需解决纤维素难利用等问题，因此亟需改造酵母，使其适应于纤维素等发酵。

关键词：酵母菌食品风味可再生能源基因工程

The role of yeast in fermention industry

Abstract：The people of our country make sauce and alcohol .Yeast play a important role in food chemeical-industry and energy and so on .Food ferment by yeast has a special taste and nutrient .Along the development of biotechnology ,gene engineer succeeds to change the characters of yeast and get many new properties of yeast to fit the fermentation .Because the short of energy , it is importanceto use yeast to ferment alcohol as a substitution . But yeast can't use fiber to ferment effecient . Gene engineer may solve this problem .

Key words：yeast ,flavor of food ,renewable energy sources ,gene engineer .

1 酵母在发酵中的历史回顾

中国是世界上在食品生产中利用微生物发酵技术最早的文明古国,具有许多民族特色的发酵食品,如豆腐乳、豆豉、酱油、酱、醋和白酒等,这些食品的制造工艺属传统的发酵工业[1]。利用

酵母对肉制品进行发酵，如腊肉，可以提高肉制品的消化吸收率及营养价值[2]。酵母菌与人类

生活密切相关，除了发面做馒头、面包和酿造各种饮料酒外，还能生产酒精、甘油、甘露醇、有机酸、维生素等等。酵母以通气方式培养可产生大量菌体，其蛋白质含最可达千酵母之50%。食用酵母多以糖蜜为原料，生产饲料酵母则以酒精工业、淀粉工业、制糖工业、啤酒工业、千酪工业、造纸工业(亚硫酸盐纸浆废液)等废液以及石腊油、木材水解液为原料生产。生产设备

向着大型化和自动化方向发展[3]。使用化学超声波等方法使酵母细胞破碎入醪液发酵，可以缩

短发酵周期，提高酱油质量[4]。

2 酵母抽提物的呈味作用原理

一般用酵母菌分为啤酒酵母和卡尔酵母，啤酒酵母属于上面酵母，而卡尔酵母属于下面酵母。酵母的发酵产物可以改善食品风味，能使人增强食欲。例如天然调味料——酵母抽提物(也称“酵母精”) 是以酵母发酵液为原料经自溶等工序而制得[5], 它不同于味精只含单一谷氨酸钠, 除了谷氨酸钠外, 还含丰富的其它10 多种氨基酸、肽以及多肽类、呈味核苷酸、维生素及微量元素等, 多种成分形成一种复杂的复合效应, 不仅具有味精的鲜味, 而且还具有浓郁的肉香味,

添加到许多食品中, 具有强烈的增鲜和增香作用, 可达到理想的调味效果[6]。因而在欧美、日本等发达国家早已大量使用。归纳起来, 酵母精可用在如下多种食品的调味中: 家用调味品、肉类食品加工、水产品加工、快餐食品、方便面汤料及其它汤料、膨化食品、腌渍类佐料、素食食品以及营养滋补品等[7]。酵母源生物饲料作为天然绿色生物添加剂，在改善动物消化健康、提高动物产品质量等有很好的效果[8]。酵母中约有31%的编码基因与哺乳动物的一些重要功能基因具有很高的同源性[9]，使其应用价值。目前比较流行的食品酵母活性干酵母，应用价值十分的高。活性干酵母有两个基本特征：一是常温下长期贮存而不失去活性，二是将活性干酵母在一定条件下复水活化后，即恢复成自然状态并具有正常酵母活性的细胞。其中，细胞含量超过200亿cfu/g，含水量小于6%的活性干酵母被称为高活性干酵母。高活性干酵母具有含水量低、复水快、贮藏时间长、使用方便等优点。在食品酿酒工业中都有很广泛的应用[10]。

3 酵母在生物能源中的作用

随着石油资源匮乏、价格飞速增长以及全球气候变暖、环境恶化等问题的日益严重, 各国政府、企业和科学界均致力于推动传统石油化工制造行业的产业升级[11]。工业生物制造技术是一种可再生的、环境友好、节能减排的先进技术, 微生物发酵则是其中的重中之重。代谢工程的发展虽然只有短短的20 年, 却极大地推动了微生物发酵工业的发展, 既降低了微生物发酵的生产成本, 又拓展了发酵产品的多样性, 使其在和石油化工制造技术的竞争中在局部占据了上风。2006 年全球的化学市场销售中5%来自于工业生物技术。麦肯锡咨询公司预测在2010年工业生物技术的产值将达到560 亿美元, 占化学市场的20%。随着系统生物学和合成生物学等新技术的迅速发展, 代谢工程和微生物发酵工业在不久的将来会取得新一轮的辉煌[12]。燃料酒精是一种潜力巨大的生物能源，纤维质原料具有来源广泛、成本低廉、可再生等优点，因此，用纤维质原料制燃料酒精具有其他淀粉原料不可比拟的优势。目前，燃料酒精的生产占世界酒精总产量的66﹪，并且还有进一步增加趋势［13］。但是，转化过程中纤维素酶的成本降低问题、发酵工艺的优化问题以及酒精废糟的综合利用问题尚未得到完善，值得我们深入的研究解决。

生物柴油主要以植物油脂、动物油酯、废餐饮油等原料通过酯交换法来生产，但成本过高，且与其他产业竞争原料[14]。将纤维素、半纤维素等糖化发酵培养高含油脂的酵母、霉菌、藻类可获得更多的生物柴油原料。如果能够大规模培养获得可以在湖泊、海洋生长的绿藻、螺旋藻、微藻、小球藻等，替代动植物油酯作为生物柴油的原料，将彻底解决人类的能源问题。各种海洋、湖泊高产油脂的藻类菌种筛选培养，油料树种的大面积种植，纤维素、半纤维素糖化后高产油脂的酵母、霉菌、藻类的发酵培养，均是好的发展方向[15]。微生物以单糖为碳源发酵产油脂以纤维素裂解产生的单糖、寡糖等裂解液为碳源，经高产油脂的霉菌，酵母菌，藻类发酵生产油脂，生产生物柴油[16]。

目前已发现能代谢木糖的微生物百余种，包括细菌、真菌和酵母菌，但是细菌发酵木糖产乙醇的浓度和产率较低，产物复杂，耐乙醇能力较差，真菌产乙醇速度较慢[17]，所以，大量的研究集中在发酵性能相对较好的酵母菌上。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，