高蛋白面包酵母酶解過程的研究

摘 要： 對高蛋白面包酵母的酶解過程進(jìn)行了研究。首先，采用外源酶對其進(jìn)行酶解，以氨基氮和總氮含量為響應(yīng)值，系統(tǒng)考察了酶種類、pH值、溫度、添加量、添加時間和酶解時間等因素對酶解過程的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交設(shè)計試驗(yàn)，得到了酵母酶解的最適條件為：溫度60 ℃、pH值 7、添加量0.3%、添加時間0 h、酶解時間20 h。以此條件制備的酵母浸出物的氨基氮含量可達(dá)到5.33 g·L-1，總氮含量為12.04 g·L-1，上清液體積為7.5 mL，濕質(zhì)量為2.512 g（總體積為10 mL）。

關(guān)鍵詞：面包酵母；酶解；酵母抽提物；木瓜蛋白酶

中圖分類號：TQ926.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.010

酵母抽提物是酵母細(xì)胞的水解產(chǎn)物[1]，它是將酵母細(xì)胞內(nèi)容物蛋白質(zhì)降解成多肽、小肽、氨基酸和核苷酸等營養(yǎng)物質(zhì)的過程，將這些有效成分從酵母細(xì)胞中抽提出來可作為可溶性營養(yǎng)及風(fēng)味物質(zhì)[2]，還被廣泛應(yīng)用于微生物培養(yǎng)基[3-4]。由于酵母細(xì)胞內(nèi)源酶活力有限，并且在自溶過程中不斷降低，自溶得率很難提高，故單純依靠酵母體內(nèi)的酶系既不能使酵母細(xì)胞壁降解，也不能使細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)充分降解，需要外加一定量的酶來促進(jìn)酵母自溶[5-7]?，F(xiàn)使用最廣泛的是巰基蛋白酶類，包括木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、菠蘿蛋白酶等，其中木瓜蛋白酶最有效[8]。

由于啤酒酵母抽提物原料來源的復(fù)雜性和產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性，使得以新鮮面包酵母為原料而生產(chǎn)的酵母抽提物，愈來愈受到食品工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的親睞[9-10]。

本研究以高蛋白含量面包酵母為原材料，通過添加木瓜蛋白酶和酵母抽提物專用酶進(jìn)行酶解，以氨基氮含量、總氮含量為響應(yīng)值，系統(tǒng)研究面包酵母的酶解過程，本研究可為酵母抽提物的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮面包酵母、酵母抽提專用酶和木瓜蛋白酶均由安琪酵母股份有限公司提供；其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室pH計FE20，WH2微型漩渦混合儀，HHS-6S型電子恒溫不銹鋼水浴鍋，KDN-103F 自動定氮儀。

1.3 分析方法

氨基氮的測定：甲醛滴定法[11]。總氮的測定：凱氏定氮法[12]。水分測定：快速水分測定儀。

1.4 試驗(yàn)流程

新鮮酵母泥→配置一定濃度酵母懸浮液（調(diào)節(jié)pH值）→添加酶制劑（控制溫度、pH值、時間）酶解→加熱滅酶活（85 ℃，15 min）→離心分離（5 000 r·m-1，10 min）→收集上清液→取樣測定。

1.5 試驗(yàn)方法

首先分別采用兩種典型的酵母降解酶（木瓜蛋白酶和酵母抽提專用酶）作用于面包酵母乳液，對比兩種酵母降解酶的效果，確定其中效果好的酵母降解酶作后續(xù)研究。考察并確定酵母降解酶各單因素的較佳酶解條件，并進(jìn)一步進(jìn)行正交設(shè)計試驗(yàn)，通過方差分析，找出主次因素，以獲得最優(yōu)的酶解條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種典型外源酶對面包酵母酶解過程的影響

首先分別采用兩種典型的酵母降解酶（木瓜蛋白酶和酵母抽提專用酶）作用于面包酵母乳液，在pH 值6.0、溫度55 ℃，加酶量為0.3%的條件下攪拌52 h，離心分離后測定其上清液總氮含量、上清液氨基氮含量、固形物濕質(zhì)量和上清液體積，結(jié)果如圖1所示。

由圖1知，20 h前的酶解過程中，酵母抽提液的總氮含量、氨基氮含量和上清液體積呈明顯上升趨勢，濕質(zhì)量含量呈明顯下降趨勢。20 h后，總氮和氨基氮含量增長變緩，濕質(zhì)量和上清液體積變化甚微。以總氮含量和氨基氮含量為響應(yīng)值，在前20 h酶解過程中，酵母抽提專用酶的效果優(yōu)于木瓜蛋白酶，故選擇酵母抽提專用酶作后續(xù)研究。

2.2 酵母抽提專用酶酶解條件的優(yōu)化

2.2.1 pH值對酵母酶解過程的影響 酵母抽提專用酶最適pH值推薦范圍為5.0～7.0，本研究拓寬其范圍為3.0～8.0，在溫度為55 ℃的12%酵母懸浮液中加入0.3%的酶，分別調(diào)節(jié)pH值為3.0，5.0，6.0，7.0，8.0，酶解20 h，結(jié)果如圖2所示。

由圖2知，在3.0≤pH值≤7.0范圍內(nèi)，隨著pH值的升高，氨基氮含量、總氮含量和上清液體積不斷上升，濕質(zhì)量不斷降低，說明此過程中酵母內(nèi)溶物在不斷釋放和降解。pH值為7.0時，總氮和氨基氮含量均達(dá)到最大值分別為6.51 g·L-1和12.63 g·L-1，對應(yīng)的濕質(zhì)量和上清液體積分別為3 g和7 mL（總體積10 mL）。當(dāng)pH值>7.0時，氨基氮含量、總氮含量和上清液體積隨pH值的升高而降低，濕質(zhì)量增高，這說明pH值>7.0時，酶的破壁和降解能力均逐漸減弱。

2.2.2 加酶量對酵母酶解過程的影響 酵母抽提專用酶的最適推薦加酶量為0.3%～0.5%，本研究選擇加酶量為0.3%～1.2%，在溫度為55 ℃的12%酵母懸浮液中分別加入0.3%，0.5%，0.7%，0.9%，1.2%的酶，酶解20 h，結(jié)果如圖3所示。

由圖3知，在加酶量為0.3%～1.2%時，隨著酶量的增加，總氮含量、氨基氮含量和上清液體積沒有明顯變化，但酵母的濕質(zhì)量含量反而上升，這可能說明面包酵母的酶解速率一方面受破壁溶出速率控制，另一方面過多的酵母抽提專用酶還可能抑制或破壞酵母內(nèi)源酶作用，導(dǎo)致酶量的增加而酶解效果不明顯。綜合考慮，酵母抽提專用酶添加量為0.3%。

2.2.3 溫度對酵母酶解過程的影響 酵母抽提專用酶最適溫度推薦范圍為50～60 ℃，本研究選擇溫度為40～60 ℃，在pH值為7的12%酵母懸浮液中加入0.3%的酶，溫度分別為40，50，55，60 ℃時，酶解20 h，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，溫度對酶解過程中氨基氮含量、總氮含量、濕質(zhì)量和上清液體積的影響都較大。隨著溫度的升高，氨基氮、總氮及上清液體積不斷增加，濕質(zhì)量不斷減少；溫度達(dá)到60 ℃時，氨基氮、總氮及上清液體積均達(dá)到最高值，分別為4.84 g·L-1、10.67 g·L-1和7.8 mL，濕質(zhì)量也達(dá)到最優(yōu)值為2.56 g（總體積10 mL）。但考慮到酶蛋白的熱敏性和大規(guī)模生產(chǎn)中的能耗，確定60 ℃為酶解溫度。

2.2.4 加酶時間對酵母酶解過程的影響 在溫度為60 ℃的12%酵母懸浮液中，分別在0，3，6，9，

12 h加入0.3%的酶，酶解20 h，酶解過程參數(shù)如圖5所示。

由圖5可知，隨著加酶時間的延長，總氮、氨基氮含量及上清液體積均不斷降低，濕質(zhì)量也不斷增加。因此，在自溶開始時加酶效果最好。

2.2.5 酶解時間對酵母酶解過程的影響 在溫度為60 ℃的12%酵母懸浮液中于0 h加入0.3%的酶，調(diào)節(jié)pH值為7，酶解50 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6知，1～24 h的酶解過程中，氨基氮、總氮含量及上清液體積均隨時間延長而增加，濕質(zhì)量不斷降低。25 h后，上清液體積呈下降趨勢，濕重含量呈上升趨勢，酶解效果變差。故選擇酶解時間為24 h。

2.3 酵母酶解優(yōu)化工藝的確定

選取酶解pH值、酶量、酶解溫度、酶解時間4個因素設(shè)計正交試驗(yàn)，以總氮和氨基氮含量為響應(yīng)值。正交試驗(yàn)因素水平見表1，正交設(shè)計試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

由表2的極差（R）分析得知，pH值、酶量對總氮含量的影響較大，而對氨基氮含量影響較小。溫度變化對總氮和氨基氮影響都較大，影響最小的是反應(yīng)時間，即各因素的影響大小次序?yàn)椋簆H值>酶量>溫度>時間。以酵母抽提液中總氮、氨基氮為主要考察方面，選擇最佳酶促自溶條件是：A2B2C2D1，即pH值 7.0，酶量 0.3%，溫度60 ℃，時間20 h。

在上述最佳條件下進(jìn)行酶解，酵母浸出液的氨基氮含量為5.33 g·L-1，總氮含量為12.04 g·L-1，濕質(zhì)量為2.512 g，上清液體積為7.5 mL（總體積10 mL）。

3 結(jié)論與討論

酵母抽提專用酶作為外加蛋白酶酶解面包酵母的效果較木瓜蛋白酶好。通過單因素試驗(yàn)和正交設(shè)計試驗(yàn)得到酶解的最佳工藝條件為：pH 值7.0，加酶量為0.3%，溫度60 ℃，反應(yīng)時間為20 h。在該條件下，酵母浸出液的總氮和氨基氮含量分別為5.33 g·L-1和12.04 g·L-1，濕質(zhì)量和上清液體積分別為2.512 g和7.5 mL（總體積10 mL）。

面包酵母酶解后制成的酵母浸出物能被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)，故對酵母浸出物品質(zhì)的要求較高，在生產(chǎn)過程中既要考慮能耗和原料成本，亦要防止雜菌污染，此方面的研究有待進(jìn)一步深入。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陶興無.外加酶提高酵母自溶抽提物得率的研究[J].中國釀造，2004，12（12）：13-16.

[2] 武慧媛，薛文通.酶促自溶法制備酵母抽提物的優(yōu)化設(shè)計[J].食品科技，2010，35（9）：245-249.

[3] 黃恩，梁磊，田小群，等.啤酒廢酵母抽提物制備的工藝優(yōu)化[J].食品研究與開發(fā)，2007（8）：8-11.

[4] 江凌，田小群，朱明軍，等.自溶-酶聯(lián)技術(shù)制備啤酒廢酵母抽提物工藝及理化參數(shù)研究[J].現(xiàn)代食品科技，2008，24（5）：444-447.

[5] 吳潤嬌，張秀廷，李春輝，等.促進(jìn)提取啤酒廢酵母內(nèi)溶物的研究[J].中國釀造，2008（7）：48-50.

[6] 任靜，朱凱.啤酒廢酵母酶解制備氨基酸[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36（5）：101-104.

[7] Hee Jeong Chae， Hyun Joo， Man-Jin In.Utilization of brewer's yeast cells for the production of food-grade yeast extract.Part 1：Effects of different enzymatic treatments on solid and protein recovery and flavor characteristics[J].Bioresource Technology，2001（76）：253-258.

[8] Tatjana vuka sinovic milic，Marica rakin，Slavica siler-marinkovic.Utilization of baker's yeast（Saccharomyces cerevisiae）for the production of yeast extract：Effects of different enzymatic treatments on solid，protein and carbohydrate recovery[J].Journal of Serbian Chemical，2007，72（5）：451-457.

[9] 晏志云.酵母抽提物的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，1999.

[10] 夏俊松，閻淳泰，葛向陽.利用活性干酵母制備酵母抽提物的工藝研究[J].中國釀造，2010（12）：83-88.

[11] 俞建瑛，蔣宇，王善利，等.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[12] 大連輕工業(yè)學(xué)院，華南理工大學(xué).食品分析[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2002.