酵母细胞破壁技术研究与应用进展
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ＹＡＮＧ Ｃｕｉ－ ｚｈｕ， ＬＩ Ｙａｎ， ＲＵＡＮ Ｎａｎ， ＭＯＵ Ｄｅ－ ｈｕａ， ＫＡＮＧ Ｍｉｎｇ－ ｌｉ
（Ｈｅ ｂｅ ｉ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ ｏｆ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓ ｈｉｊｉａ ｚｈｕａ ｎｇ ０５００１８）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｅｗｉｎｇ ｉｎｄｕｓ ｔｒｙ， ｂｅｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｂｒｉｎｇ ｍｏｒｅ ｗａｓ ｔｅ ｙｅａｓ ｔ， ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓ ｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｕｓ ｅ ｏｆ ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ ｙｅａｓ ｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ′ｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ． Ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌｓ ｈａｖｅ ｒｉｃｈ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ． Ｔａｋｉｎｇ ａｌｌ ｔｈｅｓ ｅ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｒｅｑｕｉｒｅ ｔｏ ｂｒｅａｋ ｔｈｅ ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌｓ ， ｓ ｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂｒｏｋｅｎ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ， ｓ ｏ ｄｉｓ ｃｕｓ ｓ ｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｂｒｏｋｅｎ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓ ｔａｔｕｓ ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｉｓ ｐｒｏｓ ｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ； ｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
表１ 啤酒酵母干物质含量
成分
含量（％）
２００６年全国可产 生（１００ｔ）
２００６年河北省 可产生（１００ｔ）
蛋白质
５０
５３６
２５
脂肪
３
３２
１．５
核糖核酸
４～８
４３～８６
２～４
Ｂ族维生素
０．７
７．５
０． ３５
谷胱甘肽及辅酶Ａ １
１０．７２
０． ５
表２ 啤酒酵母蛋白质中氨基酸的组成
氨基酸 谷氨酸 赖氨酸 亮氨酸 缬氨酸 酪氨酸 苏氨酸 丝氨酸 精氨酸
我国啤酒工业发展迅速，２００５年我国啤酒产量达 到３０６１．５６万ｔ，已连续４年位居全世界首位。其中河北 省啤酒产量１４２．９６万ｔ。该行业的迅速发展带来废弃酵 母量的增加，在啤酒生产中，每生产１００ｔ啤酒可得到 含水分７５％～８０％的废弃酵母１．５ｔ，可制成含水８．５％～ ９％的干酵母约０．３５ｔ。依此数据计算，２００５年全国可 由 废 弃 酵 母 回 收 制 得 干 酵 母 １０．７２ 万 ｔ， 河 北 省 可 产 ５００ｔ啤酒干酵母。
工艺技术
究室在从废弃啤酒酵母泥中提取核酸时曾利用氢氧
化钠溶液对啤酒酵母进行破壁，结果见表３。
表３ 啤酒酵母的氢氧化钠溶液破壁试验
酵母菌体浓 氢氧化钠浓 破壁时间 破壁温度 破壁率
试验号
度（％）
度（％）
（ｈ）
（℃） （％）
１
８
３．０
２．０
８０ ４５．６７
２
８
３．５
２．５
９０ ７２．７３
３
８
３．８
３．０
利用酵母资源是目前广大研究学者研究的一个热点
问题。
啤酒废酵母全身都是宝。它含有５０％的蛋白质， ４％～８％的核糖核酸（ＲＮＡ），２％的Ｂ族维生素，１％的谷 胱甘肽及辅酶Ａ，此外还有丰富的氨基酸。如果能将 我国每年啤酒行业产生的废弃酵母全部利用，则可
以回收大量高附加值的资源，同时可以避免污染环
境。啤酒酵母的干物质组成含量见表１，啤酒酵母蛋 白质中氨基酸的组成见表２。
糖（４０％～４５％）、蛋白质（５％～１０％）、几丁质（１％～２％）、
脂类（３％～８％）、无机盐（１％～３％）。
酵 母 细 胞 壁 结 构 坚 韧 ， 像 三 明 治— ——外 层 为 甘
露聚糖（Ｍａｎｎａｎ），内层为葡聚糖（Ｇｌｕｃａｎ），他们都是
复杂的分枝状聚合物，中间夹有１层蛋白质分子。酵
母细胞壁结构见图１。
图３ 盐法渗透
表４ 氯化钠破壁试验
酵母菌体浓 氯化钠浓 破壁时间 破壁温度 破壁率
试验号
度 （％） 度 （％） （ｈ）
（℃）
（％）
１
１０
１．５
１．５
５０
２０．００
２
１０
２．０
２．０
６０
５０．００
３
１０
２．５
２．５
７０
５４．５５
４
１５
１．５
２．０
７０
９．８０
５
１５
２．０
２．５
５０
４６．３０
６
１５Baidu Nhomakorabea
２．５
４．１ 破坏酵母细胞壁葡聚糖层 ４．１．１ 碱破壁法 构成酵母细胞壁的葡聚糖有两层：
一层是可以被碱水解的，另一层则不溶于碱。当利用 碱溶液对酵母进行破壁时，碱可以溶解掉酵母细胞壁 中的碱可溶性葡聚糖层，同时溶解部分脂类，从而使 酵母细胞壁的通透性变大，胞内物质容易析出。本研
Ｎｏ． ７． ２００６ １３９
值可以改变其电荷性质，使蛋白质之间或蛋白质与
其它物质之间的相互作用力降低而易于溶解。因此
利用酸碱调节ｐＨ值可以加快细胞壁的溶解。
４．２．３ 外加蛋白酶破壁法 利用酶的水解作用，在进 行细胞破壁时也可以添加蛋白酶来水解细胞壁的蛋
白质层，加快细胞壁的破解。本研究室通过试验证
明只添加蛋白酶破壁效果不是很理想，实际应用中
的蛋白质，加入表面活性剂可以作用于与膜结合的
蛋白质，形成胶束而溶解膜，使得细胞破碎。但是
需要合适的表面活性剂浓度，而且要在适宜的ｐＨ值、 离子强度和温度下才能有效的破碎细胞。
十二烷基硫酸钠 （ＳＤＳ）是较有效的菌体破壁剂，
有结果表明用ＳＤＳ处理细胞，细胞内蛋白质释放率最 高达到８％［３］。 ４．２．２ 酸碱处理法 蛋白质为两性电解质，改变ｐＨ
收稿日期：２００６－ ０４－ ２７ 基金项目：石家庄市科技局重大科技攻关课题（０５１１７１３２Ａ）。 作者简介：杨翠竹（１９７７－ ），女（汉族），硕士研究生，研究方向为传统发酵创新技术研究。
１３８ Ｎｏ． ７． ２００６
工艺技术
工厂已经意识到了这一点，因此他们把废酵母进行
干燥，作为饲料卖给周围的饲养户。这样处理费酵 母就存在酵母的附加值比较低的问题，如何更好的
得尤为重要。系统论述了当前破碎酵母细胞壁的方法和原理，以及各种方法的优缺点和应用现状，对酵母破壁技术
的应用前景进行展望。
关键词：酵母细胞壁；破壁方法；应用
中图分类号：ＴＳ２０１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００５－ ９９８９（２００６）０７－ ０１３８－ ０５
Ｓ ｔｕｄｙ ａ ｎｄ ａ ｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ ａ ｂｏｕｔ ｂｒｅ ａ ｋｉｎｇ ｙｅ ａ ｓ ｔ ｃｅ ｌｌ ｗａ ｌｌ
１．５
６０
２６．８３
７
１７
１．５
２．５
６０
６９．７７
８
１７
２．０
１．５
７０
３８．４６
９
１７
２．５
２．０
５０
２４．３９
王凤琴［５］在从啤酒废酵母中提取ＲＮＡ时就曾使用 １０％的食盐对酵母进行破壁。 ４．４．２ 高压匀浆法、超声波法、微波加热法、挤压式 破壁 高压匀浆法（Ｈｉｇｈ－ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ）所用 设备是利用高压匀浆机，其原理是由于突然减压和 高速冲击撞击环使细胞破裂，在撞击力和剪切力等的 综合作用下破坏细胞。
１００ ８７．１０
４
１０
３．０
２．５
１００ ６８．６３
５
１０
３．５
３．０
８０ ７８．７２
６
１０
３．８
２．０
９０ ８５．２５
７
１２
３．０
３．０
９０ ６５．６７
８
１２
３．５
２．０
１００ ９５．７４
９
１２
３．８
２．５
８０ ４１．６７
张淑桂等［１］在提取酵母ＲＮＡ时用稀碱法进行了破
壁试验，最佳工艺条件为碱浓度１．０％、菌浓度１０％。 毛宁等［２］在提取酵母ＲＮＡ时，曾经用氨法进行破壁， 提取率达到２％。
４．１．２ 外加葡聚糖酶进行破壁 鉴于酵母的细胞壁中 有大量的葡聚糖成分，葡聚糖对支持酵母细胞壁的
结构有着举足轻重的作用。因此，人们在破碎细胞
壁时常加入葡聚糖酶来破坏细胞壁。但是仅加入葡
聚糖酶破壁效果并不是很好，因此加酶常常结合其
它破壁方法使用。
４．２ 破坏细胞壁的蛋白质层 ４．２．１ 表面活性剂处理法 酵母细胞壁含有５％～１０％
啤酒生产中的废弃酵母除少部分回收外，大部 分在贮酒过程中，与其他杂质一起沉淀到贮酒罐 底，如果这些酵母被直接排放到下水道，造成啤酒 生 产 废 水 中 极 高 的 ＣＯＤ（化 学 需 氧 量 ）负 荷 。 据 计 算 每 生 产 １ 万 ｔ 啤 酒 其 废 水 的 ＣＯＤ负 荷 为 ７１５０ｋｇ。 由 此 可见啤酒行业产生的废酵母如不加以回收利用， 会给我国的环境产成很大的压力，不利于我国经 济的发展和人们的身体健康。目前许多啤酒生产
磷酸化的甘露聚糖 甘露聚糖
甘露聚 糖蛋白
葡聚糖
细胞质膜 图１ 啤酒酵母菌细胞壁结构示意图
３ 酵母细胞破壁方法 酵母细胞壁较厚，很难破除，必须利用外力使
之破坏或分解。目前报道的关于酵母破壁的方法很 多，按照作用于酵母细胞壁的部位不同进行分类， 见图２。
酵母破壁方法
破坏细胞 葡聚糖结 构的方法
破坏细胞 蛋白质结 构的方法
破坏细胞 甘露聚糖 结构的方 法
破坏细胞 多处结构 的方法
碱
外
表酸 外
法
加
面碱 加
破
葡
活处 蛋
壁
聚
性理 白
糖
剂
酶
酶
处
法
法
理
外
加
盐高 冻 微 超研挤复 有
甘
破压 溶 波 生磨压合 机
露
壁均 法 加 波法式酶 溶
聚
法浆 热 破 破法 剂
糖
破 法壁 壁
酶
壁
法
法
法
图２ 酵母细胞破壁方法
４ 酵母细胞破壁原理及应用
蛋白酶常常和其它破壁方法混合使用。一般来讲酶
法破碎酵母细胞时，需要先加入蛋白酶作用蛋白质－ 甘露聚糖结构，再加入葡聚糖酶作用于葡聚糖层。
最后改变渗透压使细胞膜破裂，胞内物质溶出。晏
志云［４］为了提高从酵母中提取氨基氮的量使用外加蛋
白酶对酵母破壁。 ４．３ 破坏甘露聚糖层的方法
甘露糖酶可以专一的水解细胞壁上的甘露糖， 使得细胞壁的结构破坏。很多酵母破壁复合酶中就 含有甘露聚糖酶。 ４．４ 破坏多处细胞结构的方法 ４．４．１ 盐法破壁 高浓度的盐可以产生高的渗透压， 破坏酵母细胞壁的通透性，使得细胞失水，质壁分 离，在外力的作用下细胞自身破裂而释放出内溶物， 见图３所示。本研究室用氯化钠对啤酒酵母细胞进行 破壁实验研究，结果见表４。
工艺技术
酵母细胞破壁技术研究 与应用进展
杨翠竹，李 艳，阮 南，牟德华，康明丽 （河北科技大学生物科学与工程学院，石家庄 ０５００１８）
摘要：随着啤酒行业的发展，啤酒生产中带来的废酵母数量与日俱增，造成了环境污染，废酵母的再利用成为人们关
注的焦点。酵母细胞内具有丰富的营养物质，充分利用这些营养物质需要对酵母细胞进行破壁，因而破壁技术就显
超声波指频率超过人耳能听得见的频率范围的 声波，其频率一般在２０ｋＨｚ以上，是一种弹性机械震 动波。当超声波在液体介质中引起空化作用，产生大 量直径１０μ的空泡，空泡随后爆裂。在此过程中，产 生高达几千大气压的冲击波和局部高温，而使细胞 破碎。
微波是频率介于３００ＭＨｚ和３００ＧＨｚ之间的 电 磁 波，微波加热法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｈｅａｔｉｎｇ）是利用微波场将电 能转化为热能。导致细胞内的极性物质尤其是水分子
含量（ｇ／１００ｇ） 氨基酸
０．７７６
甘氨酸
０．４５１
丙氨酸
０．４４６
组氨酸
０．３４５
色氨酸
０．３３４ 天门冬氨酸
０．３１８
苯丙氨酸
０．２８６
甲硫氨酸
０．２６１
半胱氨酸
异亮氨酸
含量（ｇ／１００ｇ） ０．２３ ０．１８１ ０．１１９ ０．０３６ ０．３３８ ０．２４５ ０．１１５ ０．０６ ０．０３３６
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工艺技术
吸收微波能，产生大量的热能，使细胞内温度迅速 上升，液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲 破，形成微小的孔洞，进一步加热，导致细胞内部
见图４，具体产生压力的方式不同，见表５。
２ 酵母细胞壁的结构
微生物细胞壁的结构和强度取决于细胞壁的组
成以及它们之间相互交连的程度，破碎细胞的主要
阻力来自于连接细胞壁网状结构的共价键。了解细
胞壁的组成和结构，有助于选择合适的破壁方法。
酵母菌属于单细胞真核微生物，其细胞壁的厚
度大约为０．１～０．３μｍ，当细胞老化时，厚度还会增加。
酵母细胞壁的主要构成为葡聚糖（３５％～４５％）、甘露聚
（Ｈｅ ｂｅ ｉ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ ｏｆ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓ ｈｉｊｉａ ｚｈｕａ ｎｇ ０５００１８）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｅｗｉｎｇ ｉｎｄｕｓ ｔｒｙ， ｂｅｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｂｒｉｎｇ ｍｏｒｅ ｗａｓ ｔｅ ｙｅａｓ ｔ， ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓ ｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｕｓ ｅ ｏｆ ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ ｙｅａｓ ｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ′ｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ． Ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌｓ ｈａｖｅ ｒｉｃｈ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ． Ｔａｋｉｎｇ ａｌｌ ｔｈｅｓ ｅ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｒｅｑｕｉｒｅ ｔｏ ｂｒｅａｋ ｔｈｅ ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌｓ ， ｓ ｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂｒｏｋｅｎ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ， ｓ ｏ ｄｉｓ ｃｕｓ ｓ ｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｂｒｏｋｅｎ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓ ｔａｔｕｓ ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｉｓ ｐｒｏｓ ｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｙｅａｓ ｔ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ； ｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
表１ 啤酒酵母干物质含量
成分
含量（％）
２００６年全国可产 生（１００ｔ）
２００６年河北省 可产生（１００ｔ）
蛋白质
５０
５３６
２５
脂肪
３
３２
１．５
核糖核酸
４～８
４３～８６
２～４
Ｂ族维生素
０．７
７．５
０． ３５
谷胱甘肽及辅酶Ａ １
１０．７２
０． ５
表２ 啤酒酵母蛋白质中氨基酸的组成
氨基酸 谷氨酸 赖氨酸 亮氨酸 缬氨酸 酪氨酸 苏氨酸 丝氨酸 精氨酸
我国啤酒工业发展迅速，２００５年我国啤酒产量达 到３０６１．５６万ｔ，已连续４年位居全世界首位。其中河北 省啤酒产量１４２．９６万ｔ。该行业的迅速发展带来废弃酵 母量的增加，在啤酒生产中，每生产１００ｔ啤酒可得到 含水分７５％～８０％的废弃酵母１．５ｔ，可制成含水８．５％～ ９％的干酵母约０．３５ｔ。依此数据计算，２００５年全国可 由 废 弃 酵 母 回 收 制 得 干 酵 母 １０．７２ 万 ｔ， 河 北 省 可 产 ５００ｔ啤酒干酵母。
工艺技术
究室在从废弃啤酒酵母泥中提取核酸时曾利用氢氧
化钠溶液对啤酒酵母进行破壁，结果见表３。
表３ 啤酒酵母的氢氧化钠溶液破壁试验
酵母菌体浓 氢氧化钠浓 破壁时间 破壁温度 破壁率
试验号
度（％）
度（％）
（ｈ）
（℃） （％）
１
８
３．０
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８０ ４５．６７
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３．５
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９０ ７２．７３
３
８
３．８
３．０
利用酵母资源是目前广大研究学者研究的一个热点
问题。
啤酒废酵母全身都是宝。它含有５０％的蛋白质， ４％～８％的核糖核酸（ＲＮＡ），２％的Ｂ族维生素，１％的谷 胱甘肽及辅酶Ａ，此外还有丰富的氨基酸。如果能将 我国每年啤酒行业产生的废弃酵母全部利用，则可
以回收大量高附加值的资源，同时可以避免污染环
境。啤酒酵母的干物质组成含量见表１，啤酒酵母蛋 白质中氨基酸的组成见表２。
糖（４０％～４５％）、蛋白质（５％～１０％）、几丁质（１％～２％）、
脂类（３％～８％）、无机盐（１％～３％）。
酵 母 细 胞 壁 结 构 坚 韧 ， 像 三 明 治— ——外 层 为 甘
露聚糖（Ｍａｎｎａｎ），内层为葡聚糖（Ｇｌｕｃａｎ），他们都是
复杂的分枝状聚合物，中间夹有１层蛋白质分子。酵
母细胞壁结构见图１。
图３ 盐法渗透
表４ 氯化钠破壁试验
酵母菌体浓 氯化钠浓 破壁时间 破壁温度 破壁率
试验号
度 （％） 度 （％） （ｈ）
（℃）
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４６．３０
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２．５
４．１ 破坏酵母细胞壁葡聚糖层 ４．１．１ 碱破壁法 构成酵母细胞壁的葡聚糖有两层：
一层是可以被碱水解的，另一层则不溶于碱。当利用 碱溶液对酵母进行破壁时，碱可以溶解掉酵母细胞壁 中的碱可溶性葡聚糖层，同时溶解部分脂类，从而使 酵母细胞壁的通透性变大，胞内物质容易析出。本研
Ｎｏ． ７． ２００６ １３９
值可以改变其电荷性质，使蛋白质之间或蛋白质与
其它物质之间的相互作用力降低而易于溶解。因此
利用酸碱调节ｐＨ值可以加快细胞壁的溶解。
４．２．３ 外加蛋白酶破壁法 利用酶的水解作用，在进 行细胞破壁时也可以添加蛋白酶来水解细胞壁的蛋
白质层，加快细胞壁的破解。本研究室通过试验证
明只添加蛋白酶破壁效果不是很理想，实际应用中
的蛋白质，加入表面活性剂可以作用于与膜结合的
蛋白质，形成胶束而溶解膜，使得细胞破碎。但是
需要合适的表面活性剂浓度，而且要在适宜的ｐＨ值、 离子强度和温度下才能有效的破碎细胞。
十二烷基硫酸钠 （ＳＤＳ）是较有效的菌体破壁剂，
有结果表明用ＳＤＳ处理细胞，细胞内蛋白质释放率最 高达到８％［３］。 ４．２．２ 酸碱处理法 蛋白质为两性电解质，改变ｐＨ
收稿日期：２００６－ ０４－ ２７ 基金项目：石家庄市科技局重大科技攻关课题（０５１１７１３２Ａ）。 作者简介：杨翠竹（１９７７－ ），女（汉族），硕士研究生，研究方向为传统发酵创新技术研究。
１３８ Ｎｏ． ７． ２００６
工艺技术
工厂已经意识到了这一点，因此他们把废酵母进行
干燥，作为饲料卖给周围的饲养户。这样处理费酵 母就存在酵母的附加值比较低的问题，如何更好的
得尤为重要。系统论述了当前破碎酵母细胞壁的方法和原理，以及各种方法的优缺点和应用现状，对酵母破壁技术
的应用前景进行展望。
关键词：酵母细胞壁；破壁方法；应用
中图分类号：ＴＳ２０１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００５－ ９９８９（２００６）０７－ ０１３８－ ０５
Ｓ ｔｕｄｙ ａ ｎｄ ａ ｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ ａ ｂｏｕｔ ｂｒｅ ａ ｋｉｎｇ ｙｅ ａ ｓ ｔ ｃｅ ｌｌ ｗａ ｌｌ
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王凤琴［５］在从啤酒废酵母中提取ＲＮＡ时就曾使用 １０％的食盐对酵母进行破壁。 ４．４．２ 高压匀浆法、超声波法、微波加热法、挤压式 破壁 高压匀浆法（Ｈｉｇｈ－ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ）所用 设备是利用高压匀浆机，其原理是由于突然减压和 高速冲击撞击环使细胞破裂，在撞击力和剪切力等的 综合作用下破坏细胞。
１００ ８７．１０
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３．５
２．０
１００ ９５．７４
９
１２
３．８
２．５
８０ ４１．６７
张淑桂等［１］在提取酵母ＲＮＡ时用稀碱法进行了破
壁试验，最佳工艺条件为碱浓度１．０％、菌浓度１０％。 毛宁等［２］在提取酵母ＲＮＡ时，曾经用氨法进行破壁， 提取率达到２％。
４．１．２ 外加葡聚糖酶进行破壁 鉴于酵母的细胞壁中 有大量的葡聚糖成分，葡聚糖对支持酵母细胞壁的
结构有着举足轻重的作用。因此，人们在破碎细胞
壁时常加入葡聚糖酶来破坏细胞壁。但是仅加入葡
聚糖酶破壁效果并不是很好，因此加酶常常结合其
它破壁方法使用。
４．２ 破坏细胞壁的蛋白质层 ４．２．１ 表面活性剂处理法 酵母细胞壁含有５％～１０％
啤酒生产中的废弃酵母除少部分回收外，大部 分在贮酒过程中，与其他杂质一起沉淀到贮酒罐 底，如果这些酵母被直接排放到下水道，造成啤酒 生 产 废 水 中 极 高 的 ＣＯＤ（化 学 需 氧 量 ）负 荷 。 据 计 算 每 生 产 １ 万 ｔ 啤 酒 其 废 水 的 ＣＯＤ负 荷 为 ７１５０ｋｇ。 由 此 可见啤酒行业产生的废酵母如不加以回收利用， 会给我国的环境产成很大的压力，不利于我国经 济的发展和人们的身体健康。目前许多啤酒生产
磷酸化的甘露聚糖 甘露聚糖
甘露聚 糖蛋白
葡聚糖
细胞质膜 图１ 啤酒酵母菌细胞壁结构示意图
３ 酵母细胞破壁方法 酵母细胞壁较厚，很难破除，必须利用外力使
之破坏或分解。目前报道的关于酵母破壁的方法很 多，按照作用于酵母细胞壁的部位不同进行分类， 见图２。
酵母破壁方法
破坏细胞 葡聚糖结 构的方法
破坏细胞 蛋白质结 构的方法
破坏细胞 甘露聚糖 结构的方 法
破坏细胞 多处结构 的方法
碱
外
表酸 外
法
加
面碱 加
破
葡
活处 蛋
壁
聚
性理 白
糖
剂
酶
酶
处
法
法
理
外
加
盐高 冻 微 超研挤复 有
甘
破压 溶 波 生磨压合 机
露
壁均 法 加 波法式酶 溶
聚
法浆 热 破 破法 剂
糖
破 法壁 壁
酶
壁
法
法
法
图２ 酵母细胞破壁方法
４ 酵母细胞破壁原理及应用
蛋白酶常常和其它破壁方法混合使用。一般来讲酶
法破碎酵母细胞时，需要先加入蛋白酶作用蛋白质－ 甘露聚糖结构，再加入葡聚糖酶作用于葡聚糖层。
最后改变渗透压使细胞膜破裂，胞内物质溶出。晏
志云［４］为了提高从酵母中提取氨基氮的量使用外加蛋
白酶对酵母破壁。 ４．３ 破坏甘露聚糖层的方法
甘露糖酶可以专一的水解细胞壁上的甘露糖， 使得细胞壁的结构破坏。很多酵母破壁复合酶中就 含有甘露聚糖酶。 ４．４ 破坏多处细胞结构的方法 ４．４．１ 盐法破壁 高浓度的盐可以产生高的渗透压， 破坏酵母细胞壁的通透性，使得细胞失水，质壁分 离，在外力的作用下细胞自身破裂而释放出内溶物， 见图３所示。本研究室用氯化钠对啤酒酵母细胞进行 破壁实验研究，结果见表４。
工艺技术
酵母细胞破壁技术研究 与应用进展
杨翠竹，李 艳，阮 南，牟德华，康明丽 （河北科技大学生物科学与工程学院，石家庄 ０５００１８）
摘要：随着啤酒行业的发展，啤酒生产中带来的废酵母数量与日俱增，造成了环境污染，废酵母的再利用成为人们关
注的焦点。酵母细胞内具有丰富的营养物质，充分利用这些营养物质需要对酵母细胞进行破壁，因而破壁技术就显
超声波指频率超过人耳能听得见的频率范围的 声波，其频率一般在２０ｋＨｚ以上，是一种弹性机械震 动波。当超声波在液体介质中引起空化作用，产生大 量直径１０μ的空泡，空泡随后爆裂。在此过程中，产 生高达几千大气压的冲击波和局部高温，而使细胞 破碎。
微波是频率介于３００ＭＨｚ和３００ＧＨｚ之间的 电 磁 波，微波加热法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｈｅａｔｉｎｇ）是利用微波场将电 能转化为热能。导致细胞内的极性物质尤其是水分子
含量（ｇ／１００ｇ） 氨基酸
０．７７６
甘氨酸
０．４５１
丙氨酸
０．４４６
组氨酸
０．３４５
色氨酸
０．３３４ 天门冬氨酸
０．３１８
苯丙氨酸
０．２８６
甲硫氨酸
０．２６１
半胱氨酸
异亮氨酸
含量（ｇ／１００ｇ） ０．２３ ０．１８１ ０．１１９ ０．０３６ ０．３３８ ０．２４５ ０．１１５ ０．０６ ０．０３３６
１４０ Ｎｏ． ７． ２００６
工艺技术
吸收微波能，产生大量的热能，使细胞内温度迅速 上升，液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲 破，形成微小的孔洞，进一步加热，导致细胞内部
见图４，具体产生压力的方式不同，见表５。
２ 酵母细胞壁的结构
微生物细胞壁的结构和强度取决于细胞壁的组
成以及它们之间相互交连的程度，破碎细胞的主要
阻力来自于连接细胞壁网状结构的共价键。了解细
胞壁的组成和结构，有助于选择合适的破壁方法。
酵母菌属于单细胞真核微生物，其细胞壁的厚
度大约为０．１～０．３μｍ，当细胞老化时，厚度还会增加。
酵母细胞壁的主要构成为葡聚糖（３５％～４５％）、甘露聚