小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母增殖和發酵性能的影響

莫 芬，趙謀明，趙海鋒

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640）

小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母增殖和發酵性能的影響

莫 芬，趙謀明，趙海鋒*

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640）

研究了小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母增殖和發酵性能的影響，結果表明，不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母的促增殖和發酵效果不同，其中水解度為13.96%的水解物具有最強的促酵母增殖和發酵效果，該水解物可使穩定期酵母生物量提高37.0%，表觀發酵度提高8.8%，乙醇產量提高6.4%，氨基氮利用率提高13.0%，同時發酵時間縮短14.3%。

小麥面筋蛋白水解物，釀酒酵母，增殖，發酵

啤酒釀造過程中，酵母必須通過吸收麥汁中的含氮化合物用于合成酵母細胞核酸、蛋白質和其他含氮化合物，繁殖細胞等。但由于啤酒酵母的胞外蛋白酶活力較低，麥汁中大分子蛋白質很難被酵母利用[1]，因此酵母生長所需要的氮源主要來自麥汁中的小分子肽和游離氨基酸[2]。此外，啤酒釀造企業為了降低成本和提高設備利用率，在啤酒生產中廣泛應用高濃稀釋和高輔料釀造工藝。高比例糖漿和輔料的添加降低了酵母生長所需要的營養物質（主要是氮源），使酵母生長受到抑制，影響發酵[3]。因此，尋找低值、有效的麥汁補充氮源應用于啤酒工業具有重要的研究意義。生物活性肽用于食品發酵工業中作為補充氮源對微生物生長和代謝的促進作用已有報道。萬春艷等[4]已證實大豆蛋白水解物對酵母有明顯地促生長和促發酵效果，發現分子量在3ku以下的肽有顯著地促生長活性。Zhang等[5]發現酪蛋白活性肽（＜3ku）對乳酸菌有顯著促生長活性，并能顯著縮短酸奶發酵時間，提高成品酸奶中乳酸菌的數量。小麥面筋蛋白是小麥淀粉加工的副產品，具有較高的營養價值，但由于其溶解性較差而限制了其在食品發酵工業中的應用。目前已經從小麥面筋蛋白水解物中分離出了多種活性多肽，如具有免疫活性的IAP肽，具有抗菌性的面筋外啡肽，A5（GYYPT），B4，B5 and C（YPISL）肽段[6-7]。張影陸等[8]研究證實了小麥面筋蛋白水解物可用做啤酒發泡蛋白，其蛋白水解物可以明顯改善純生啤酒的泡沫穩定性。但小麥面筋蛋白水解物對酵母增值和發酵方面的研究，目前尚無報道。本文初步研究了不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母增殖和發酵性能的影響，以期探索小麥面筋蛋白活性肽作為麥汁補充氮源在啤酒工業中的應用。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

小麥面筋蛋白 蛋白含量70.95%，河南蓮花集團；Pancreatin 酶活力1.2×105U/g，諾維信酶制劑公司；60°P高濃麥葡糖漿 廣州珠江啤酒有限公司；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）FBY0095 華南理工大學食品生物技術研究室。

全自動糖化儀 杭州博日科技有限公司；低溫培養箱 上海一恒科技有限公司；BSD-150型全溫振蕩培養箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠；Waters 600型高效液相色譜儀 美國Waters公司；YX-280型高壓滅菌鍋 江陰濱江醫療設備廠；KDN-2C型蛋白質測定儀 上海纖檢儀器有限公司；TIM 840型自動電位滴定儀 Radiometer-Analytical公司；APV-1000型均質機 丹麥APV公司；PHS-3E型酸度計 上海雷磁儀器廠；3-18K型高速冷凍離心機 德國sigma公司；電子顯微鏡 廣州市明美科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 小麥面筋蛋白水解物的制備 小麥面筋蛋白按1∶10（m/v）溶于水，均質，調pH至9.0，置于50℃恒溫水浴中添加適量pancreatin恒溫酶解。分別在不同時間取樣，于沸水浴中滅酶10m in，離心（4℃，8000r/m in，10m in），取清液進行冷凍干燥處理，獲得三種不同水解程度的小麥面筋蛋白水解物WG-L（6.02%）、WGM（10.06%）和WG-H（13.96%）。

1.2.2 麥汁制備及發酵條件 麥汁制備：麥芽粉碎，按照常規麥汁制備工藝獲得12°P定型麥汁，同時將60°P麥葡糖漿加去離子水調至12°P，利用糖漿將麥汁中FAN（游離氨基氮）稀釋至140mg/L，121℃滅菌15m in。

發酵條件：種子擴培見參考文獻[9]。向麥汁中添加1%（m/v）的小麥面筋蛋白水解物（實驗組為不同水解度的小麥面筋蛋白水解物WG-L、WG-M和WG-H，對照組為不添加小麥面筋蛋白水解物的空白對照CK），調pH至5.0，121℃滅菌15m in。使用2000m L三角瓶進行厭氧發酵，裝液量為500m L，按4g（酵母泥）/L接種量接入酵母，在低溫培養箱（12℃）進行發酵，每天搖瓶2次。

1.3 分析方法

1.3.1 水解度（DH）測定 采用甲醛滴定法測定氨態氮含量，凱氏定氮法測定總氮含量[10-11]。

DH（%）=（上清液中氨基酸態氮含量/酶解液中總氮含量）×100

1.3.2 發酵過程參數測定 發酵液糖度、表觀發酵度、生物量、菌體活性及乙醇濃度的測定見參考文獻[9]。

1.3.3 游離氨基氮（FAN）的測定 采用茚三酮比色法，具體見參考文獻[12]。

1.3.4 小麥面筋蛋白水解物分子量的測定 高效液相色譜法。a.色譜柱：TSK gel 2000SXL凝膠柱，7.8mm× 300mm，預柱：C18，柱溫：30℃；b.流動相：100%磷酸鹽緩沖液（pH 7.2）；流速：1.0m L/m in；進樣量：20μL；洗脫時間：20min；c.檢測波長：214nm。

2 結果與討論

2.1 不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對酵母增殖的影響

圖1 不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母增殖的影響Fig.1 Effect ofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the propagation of brewer’s yeast

圖2 不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母活性的影響Fig.2 Effect ofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the viability of brewer’s yeast

表1 不同水解度的小麥面筋蛋白水解物中肽的分子量分布Table 1 Molecularweight distributions of wheatgluten hydrolysateswith different DH

選取3種不同水解度的小麥面筋水解物分別添加到麥汁中進行發酵，以考察不同水解度的小麥蛋白水解物對釀酒酵母增殖及活性的影響，結果見圖1、圖2。由圖1可知，在四種不同條件的麥汁發酵過程中，酵母均經歷延滯期、對數期，在發酵第4d達到穩定期，呈現出典型的增長方式。其中添加DH 13.96%的小麥面筋蛋白水解物的實驗組酵母在穩定期生物量比發酵初期增長了74.0%，空白對照組增長僅38.0%，且穩定期各組之間酵母增殖量具有顯著性差異（p＜0.05），其中WG-H的增殖量最大。在發酵結束時，實驗各組的酵母生物量減少，但均少于對照組。由圖2可知，各組酵母活性均隨發酵時間的延長而降低，但WG-L組與WG-H組酵母的平均活性較對照組分別提高了1.7%和5.0%。而且發酵結束時，WG-H組酵母活性仍維持在92.6%，活性相對最高。由此可見，小麥面筋蛋白水解物在一定程度上能夠促進酵母增殖，提高酵母活性，而且水解度較高的小麥面筋蛋白水解物促酵母增殖的效果較為明顯。小麥面筋蛋白水解物主要是肽類物質，本研究表明，其可以作為外加氮源應用于啤酒發酵，在麥汁中氮源水平較低時，能夠促進酵母的增殖，是酵母可以利用的有效外加氮源。

不同水解度的小麥面筋蛋白水解物中肽的分子量分布見表1。由表1可以看出，水解度越高，分子量在3ku以下的肽含量越多，表明小麥面筋蛋白水解物中對酵母增殖起作用的肽主要集中在小分子量段。小麥面筋蛋白水解物的促增殖機理可能是由于WG-H具有更多小分子肽[13]，這些小分子肽在發酵過程中更容易被酵母細胞利用，起到補充氮源的作用。類似的研究也有報道，Ikeda K等[14]研究認為大豆肽可以影響酵母細胞的脂質代謝系統，從而改變酵母細胞的某些特性，因此可以用作改變微生物性能的修飾因子，同時他們也發現大豆肽可以促進酵母生長。此外，小分子大豆肽對益生菌的促進機理可能是寡肽比氨基酸更利于吸收[15]。Zhang等[16]發現酪蛋白肽（分子量小于3ku的6肽或7肽）能有效地促進乳酸菌生長，促進發酵并提高酸奶的品質。盡管小麥面筋蛋白肽對微生物生長的影響方面目前未有相關研究，但小麥面筋蛋白組成中，Glu和Pro含量高，其中Glu含量高達37.5g/100g[17]。Glu是酵母能利用的A類氨基酸[2]，小麥面筋蛋白中富含Glu，在某種程度上為釀酒酵母的促進作用提供了可能性。但這些小分子面筋蛋白肽對酵母的生理功能，以及酵母的具體吸收利用機制，還有待進一步研究。

2.2 不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對酵母發酵性能的影響

由圖3、圖4可知，不同DH的水解物都使酵母代謝糖和產乙醇的速率增加。小麥面筋蛋白水解物的添加使發酵末期發酵液最終殘糖比對照組明顯降低，最終乙醇濃度也較高，發酵性能比對照組有了顯著提高。這些結果說明，小麥面筋蛋白水解物有明顯提高酵母細胞生理活性的作用。表2顯示，發酵結束后各基本指標，結果表明添加不同DH的面筋蛋白水解物均可以使常濃發酵提前一天達到發酵終點（以表觀發酵度80%作為發酵終點指標），對照組則需在發酵第7d達到發酵終點。與對照組相比，MG-H表觀發酵度提高8.8%，發酵周期縮短14.3%，乙醇產量提高6.4%，說明小麥面筋蛋白水解物具有較明顯地促發酵性能。在酵母的發酵過程中，氮源和碳源是主要營養物質，在酵母代謝糖的過程中有非常重要的作用。添加小麥面筋蛋白水解物提高了麥汁中的氮源水平，實驗結果顯示，這些氮源能有效提高酵母的發酵性能。一方面發酵速率的提高來自酵母增殖及活性的提高，另一方面小分子（＜1ku）面筋蛋白活性肽可能在某種程度上促進酵母的細胞代謝機制，促進其對糖類物質的利用效率，提高酵母發酵性能。相關機理有待進一步研究。

圖3 不同水解度面筋蛋白水解物對釀酒酵母糖代謝的影響Fig.3 Effectofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the sugar consumption of brewer’s yeast

圖4 不同水解度小麥面筋蛋白水解物對釀酒酵母乙醇生成的影響Fig.4 Effectofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the ethanol yield of brewer’s yeast

2.3 不同水解度小麥面筋蛋白水解物對酵母利用麥汁FAN的影響

由表3可知，由于添加了小麥面筋蛋白水解物，實驗組初始FAN均有大幅度的提高，但發酵結束時各組發酵液中殘余FAN無顯著差異。其中MG-M和MG-H的利用率達到了88.8%和86.1%，對照組只有76.3%，氮基源利用率分別提高了16.5%和13.0%。氨基氮利用率的提高進一步說明了外加氮源能被釀酒酵母利用，是酵母生長的可適氮源。因此，研究新氮源啤酒的釀造技術，能在一定程度上降低麥芽使用量，從而降低啤酒的生產成本，提高經濟效益[18]。

表2 添加不同水解度水解物對釀酒酵母發酵性狀的影響Table 2 Effect ofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the fermentation performance of brewer’s yeast

表3 添加不同水解度水解物的麥汁在發酵過程中酵母對FAN的利用情況Table 3 Effectofwheat gluten hydrolysateswith different DH on the FAN utilization rate of brewer’s yeast

3 結論

3.1 小麥面筋蛋白水解物能夠促進酵母的增殖，同時對酵母活性也有一定的保護作用，是酵母生長的有效氮源。

3.2 不同水解度的小麥面筋蛋白水解物對酵母促增殖和發酵效果不同，其中水解度13.96%的水解物促進作用最大，能使穩定期酵母生物量提高37.0%，表觀發酵度提高8.8%，發酵時間縮短14.3%，乙醇產量提高6.4%，同時酵母活性達到92.6%。

3.3 氨基氮的利用率方面，添加MG-M和MG-H的麥汁氮源利用率分別提高了16.5%和13.0%。FAN利用率的提高，進一步驗證了外加小麥面筋蛋白水解物的有效性。

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Effect ofwheat gluten protein hydrolysates on the propagation and fermentation performance of brewer’s yeast

MO Fen，ZHAO M ou-m ing，ZHAO Hai-feng*
（College of Light Industry and Food Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Effect of wheat g luten p rotein hyd rolysates treated w ith pancreatin on p ropagation and fermentation performance of brewer’s yeast were studied.Results showed that wheat g luten p rotein hyd rolysates w ith d ifferent degree of hyd rolysis（DH）varied in p ropagation and fermentation-p romoting activity for yeast strains. Hyd rolysates w ith DH of 13.96%showed the highest p ropagation-p romoting activity and could p romote yeast fermentation significantly.Supp lement of wheat g luten p rotein hyd rolysates w ith DH of 13.96%during fermentation resulted in the increases of biomass，fermentation deg ree，ethanol yield and the utilization rate of free am ino nitrogen by 37.0%，8.8%，6.4%and 13.0%，respectively.Moreover，the fermentation time was reduced significantly by 14.3%.

wheatg luten p rotein hyd rolysates；b rewer’s yeast；p ropagation；fermentation

TS261.1

A

1002-0306（2012）18-0222-04

2012－05－10 *通訊聯系人

莫芬（1988-），女，碩士研究生，研究方向：食品生物技術。

廣東省科技計劃項目（2010A010500002，2011A020102001）；中央高校基本科研業務費項目（2012ZM0069）。