啤酒酵母及其衍生品的應用研究進展

吳振，江建梅，舒媛，張子健*，孫英杰

（1.唐山拓普生物技術有限公司，河北唐山063000；2.中國環境管理干部學院生態學系，河北秦皇島066004）

啤酒酵母及其衍生品的應用研究進展

吳振1，江建梅1，舒媛1，張子健1*，孫英杰2

（1.唐山拓普生物技術有限公司，河北唐山063000；2.中國環境管理干部學院生態學系，河北秦皇島066004）

我國是世界上最大的啤酒生產國，2013年啤酒產量5 061.5萬t，產生100萬t左右的啤酒酵母。啤酒酵母營養豐富，利用高新生物技術對啤酒酵母進行綜合加工利用，不但具有廣闊的市場空間，還可減少廢物排放、保護環境，從而產生巨大的經濟效益和社會效益。該文主要針對啤酒酵母及其衍生品在食品、發酵和飼料領域的應用研究進行了闡述。

啤酒酵母；衍生品；食品；發酵；飼料；應用進展

啤酒酵母是啤酒工業生產中主要的副產物，是啤酒釀造后沉降于發酵罐底部的酵母泥，由酵母細胞和少量蛋白和酒花碎片組成。以發酵酵母生產啤酒為例，目前每生產100 t啤酒，大約可得到濕啤酒酵母1.5～2.0 t（含水75%～80%），其中僅有30%左右被回收利用，其余的都被廢棄掉[1]。

啤酒酵母泥中含有豐富的營養物質，每克干酵母泥中含有蛋白質48%～60%、碳水化合物30%～35%、核糖核酸4.5%～8.3%、灰分7%、脂肪1.5%、谷胱甘肽0.4%以及水分5%～7%。此外，還含有豐富的維生素、粗纖維等其他的營養成分[2-3]。啤酒酵母各組分相關產品如圖1所示。

我國是世界上最大的啤酒生產國，2013年啤酒產量共計5 061.5萬t，產生了100萬t左右的啤酒酵母。因此，加強對啤酒酵母的綜合應用，提高產品的附加值，不但具有廣闊的市場空間，同時，可減少廢物排放，加強環境保護，產生巨大的經濟效益和社會效益。

1 啤酒酵母及其衍生品在食品領域的應用

1.1 酵母抽提物在調味品中的應用

近年來隨著生活水平的提高和對食品安全的關注，人們對食品添加劑的生產和應用有著更高的要求和認識，尋求綠色、回歸天然已成為發展的主流。酵母抽提物是一種天然的調味料，它含有酵母細胞降解而成的肽類化合物、游離氨基酸、核苷酸、有機酸和糖類等，具有強烈的呈味性能，口感醇厚，添加到食品中能賦予食品以濃厚的后味，可以更好地改善食品風味，抑制食品苦、澀等不良氣味，使食品的味道更加濃厚、圓潤，是繼味精（monosodium glutamate，MSG）、水解植物蛋白（hydrolyzed vegetable protein，HVP）、水解動物蛋白（hydrolyzed animal protein，HAP）和呈味核苷酸（IMP+GMP，I+G）之后的新一代調味料[4-5]。

目前我國酵母抽提物主要以面包酵母為原料，對比使用啤酒酵母為原料生產酵母抽提物成本較高，因此應用啤酒酵母生產酵母抽提物具有顯著地經濟、社會、環保效益，研究主要集中在高I+G型和風味型酵母抽提物的研究與開發。

1.1.1 高I+G型酵母抽提物

I和G是呈味核苷酸5′-肌苷酸（ionosine-5′-monophosphate，IMP）和5′-鳥苷酸（guanosine-5′-monophosphate，GMP）的縮寫，具有顯著呈鮮味作用，與味精混合時產生協同效應，使鮮度提高數倍至數十倍；同時核苷酸對甜味、肉味有增效作用，對咸、酸、苦味及腥、焦味有抑制作用。一般的酵母抽提物雖然在整體呈味上比味精強，但往往給人鮮度不夠的感覺；高I+G型酵母抽提物使呈味核苷酸含量增加，從而提高產品的鮮度，再加上酵母抽提物天然、營養的特性和良好的加工性能，這樣就大大提高了酵母抽提物與其他鮮味劑競爭的優勢[6]。

圖1 啤酒廢酵母綜合加工示意圖Fig.1 Schematic diagram of comprehensive process of waste brewer’s yeast

高I+G型酵母抽提物的生產主要是通過自溶-酶法進行的。在一定溫度、pH條件下，誘導酵母細胞進行自溶，并依次加入相應的細胞壁水解酶、蛋白酶和核酸酶，最終獲得高I+G型酵母抽提物。劉漢靈等[6]通過酵母水解工藝控制結合外加核酸酶等技術，使酵母抽提物中I+G含量從1%左右提高到10%左右。徐耀文等[7]以啤酒酵母為原料，采取分步酶解技術，使酵母抽提物中的I+G含量從3%左右提高到10%以上。唐山拓普生物以啤酒酵母為原料，通過誘變技術獲得核酸含量超過13%的啤酒酵母菌株，并以此為原料進行生產，也獲得了I+G含量＞12%的酵母抽提物，已達到國際同類水平。

1.1.2 風味型酵母抽提物

酵母抽提物之所以有顯著的調味效果，與其所含成分密切相關。其中IMP和GMP主要貢獻鮮味，游離氨基酸貢獻鮮味和甜味。此外，酵母細胞中還含有芳香類物質以及肽類化合物，不同于以鮮味為主的味精和呈味核苷酸，其可賦予食品醇厚濃郁的香味，使食品總體風味更加協調。通過優化酵母抽提物水解工藝，控制酵母抽提物中氨基酸、肽類和核苷酸的含量可增強酵母抽提物的呈味性能，并且通過美拉德反應還可賦予產品特殊風味。李德科等[8]研究認為自溶-酶聯技術是制備啤酒酵母抽提物的理想方法，還通過控制美拉德反應的條件制備出具有肉味濃郁、滋味飽滿和肉質感強的風味型酵母抽提物。趙文紅等[9]報道以酵母抽提物為原料，加入豬肉酶解液，水解植物蛋白和甘氨酸等材料，在120℃反應60 min，獲得了總體香氣較好的豬肉香精，并通過氣質聯用儀（gas chromatograph-mass spectrometer-computer，GC-MS）檢測，證明了添加酵母抽提物反應的豬肉香精，含有重要豬肉香氣的化合物較多。同時酵母抽提物結合美拉德反應也被用來制備牛肉和雞肉香精。

除賦予食品滋味以外，酵母抽提物因含有較豐富的肽類，還具有乳化性、持水性和凝膠性等加工特性。李沛等[10]將豬肉風味型酵母抽提物添加到不同種類的熏煮腸中，獲得了高品質腸類制品，酵母抽提物不但可以替代部分調味香料，而且還可以提高制品的品質，是一種新型的肉制品調味料和品質改良劑。

1.2 β-葡聚糖在食品中的應用

酵母來源的β-葡聚糖是第一個被發現具有免疫活性的葡聚糖。在啤酒酵母中，細胞壁多糖約占酵母細胞干質量的20%，而β-葡聚糖占細胞壁多糖的60%，啤酒酵母可作為β-葡聚糖的重要來源。酵母葡聚糖能顯著提高人體的免疫功能，因此可以作為一種功能因子在食品中添加。酵母中β-葡聚糖是由一個約1 500個以β-1，3-糖苷鍵鏈接而成的長鏈和一個約190個以β-1，6-糖苷鍵鏈接而成的短鏈組成的葡聚糖單位鉸鏈而成[11-12]。在體內和體外實驗研究發現，β-葡聚糖的免疫特性與其聚合度、分子質量和側鏈組成都有很大的關系[13]。

目前提取β-葡聚糖的方法主要有酸堿法、酶堿法和自溶-酶-堿法。其中酸堿法對環境污染嚴重，酶堿法試劑用量較大，而自溶-酶-堿法雖能得到得率和純度較高的葡聚糖，但是對葡聚糖的結構破壞較大。針對以上方法的缺點，不同的研究者采取不同的方式來解決這些問題。FREIMUND S等[14]報道應用熱水-酶法提取酵母細胞壁多糖，先將啤酒酵母細胞懸浮液在125℃處理5 h，之后再經過蛋白酶處理，所得到的酵母細胞壁多糖較用堿法提取的更完整。同時在熱處理后的上清液中加入乙醇沉淀，還可以獲得另一種生理活性物質甘露糖蛋白。LIU X Y等[15]報道在用121℃處理4 h后，利用高壓均質破碎酵母細胞壁。通過這種方法獲得細胞壁多糖不但產量高而且減少了對葡聚糖鏈的破壞。馬森等[16]還通過超聲波處理酵母細胞，使細胞壁松散、破碎，增大溶劑作用面積，以縮短β-葡聚糖提取時間和提高提取率。

除了能夠刺激機體產生免疫反應外，β-葡聚糖還能夠提供脂肪樣口感，且在人體消化器官中難以被消化吸收，同時還具有高度的保水性，可作為脂肪替代物和食品添加劑，用于香腸、火腿腸等制品中。WORRASINCHAI S等[17]研究應用啤酒酵母β-葡聚糖部分替代大豆油制作蛋黃醬，含50%和75%β-葡聚糖的蛋黃醬與100%植物油蛋黃醬在黏度和硬度方面沒有顯著差異。含有β-葡聚糖的產品在貯存穩定性方面明顯優于不含β-葡聚糖的產品。β-葡聚糖含量不超過50%在感官評定上完全可以接受。宮艷艷等[18]以β-葡聚糖替代重油蛋糕配方中的部分脂肪，結果表明β-葡聚糖的加入使蛋糕的彈性、膠著性和回復性增加，同時還改善了蛋糕的咀嚼性。感官評定表明，加入20%的β-葡聚糖感官指標與傳統重油蛋糕相似。

2 啤酒酵母及其衍生品在微生物發酵中的應用

酵母抽提物具有蛋白質含量高，氨基酸組成合理，維生素和礦物質含量豐富等營養特性，因此，可作為種子培養基和發酵培養基主要原料，廣泛應用于細菌、真菌、放線菌等微生物發酵生產有機酸、多糖、抗生素、醫藥中間體、核苷酸等產品。目前培養基用的酵母抽提物，主要為面包酵母經自溶或酶解后制得，而用啤酒酵母制得的培養基用酵母抽提物的品質也逐漸趕超面包酵母抽提物，且更具有成本優勢。

王寧寧等[19]對酵母類有機氮源及其在發酵行業的應用做了非常系統的闡述，涉及乳酸菌發酵、甾體藥物、透明質酸、抗生素、生物防腐劑、黃原膠、酶制劑、疫苗和肌苷等各發酵領域。CHAMPAGNE C P等[20]對比了3種乳酸菌（Lactobacillus casei EQ28、EQ85和Lactobacillus acidophilus EQ57）和1種片球菌（Pediococus acidilactici MA18/5-M）在啤酒酵母和面包酵母來源的酵母抽提物為氮源的培養基中的生長情況。發現Lactobacillus acidophilus EQ57在以啤酒酵母抽提物為氮源時菌數達到最大，并且有較快的生長速度。研究還發現，兩種抽提物按不同比例混合，對其他3種菌的生長狀態有顯著地影響。RAKIN M等[21]在甜菜汁中加入啤酒酵母自溶物，經Lactobacillus acidophilus NCDO 1748發酵后可以顯著提高甜菜汁中甜菜苷、維生素C和Ca、Fe等金屬離子含量；并且發現甜菜汁、胡蘿卜汁和啤酒酵母自溶物的比例在0.5∶0.5∶1條件下，可以獲得β-胡蘿卜素、維生素和金屬離子含量最佳的產品。JIANG M等[22]以啤酒廢酵母抽提物為氮源，應用產琥珀酸放線桿菌（Actinobacillus succinogenes NJ113）發酵生產琥珀酸，研究發現對比自溶法獲得的酵母抽提物，應用酶解法獲得的酵母抽提物可以獲得更高的生物量和琥珀酸產量。并且通過添加維生素可以使琥珀酸的產量達到46.8 g/L。賈鐵嶺等[23]對地衣芽孢桿菌的培養基和培養條件進行了優化，發現以酵母抽提物為有機氮源時活菌總數最高，培養效果最好，這與酵母抽提物富含氨基酸、小肽、核苷酸、B族維生素等生長因子有關。

3 啤酒酵母及其衍生品在飼料領域的應用

3.1 作為優質飼料蛋白源

我國優質飼料蛋白嚴重匱乏，而啤酒酵母中蛋白含量豐富，氨基酸配比均衡，是優質的飼料蛋白。啤酒酵母作為蛋白源在教槽料、水產飼料、特養動物飼料、寵物飼料等得以廣泛應用，并取得良好的效果。目前啤酒酵母作為蛋白源在飼料行業應用主要有以下幾種形式。第一，直接用作飼料：新鮮酵母泥經洗滌、破壁、分離、濃縮和干燥后制成酵母提取物等可以直接用作飼料。第二，作為飼料配料：干燥酵母粉作為蛋白原料結合其他原料成分制成用于魚、蝦、畜、禽等專用飼料。第三，制作發酵飼料：與制麥下腳料、麥根、麥硅和麥糟等混合，接種特定的微生物進行發酵，經滅菌后制成顆粒飼料。

3.2 部分替代抗生素

近年來，人們對畜禽食品安全愈加重視，尤其是2013年頒布的新飼料法規中規定在動物飼料中禁止添加抗生素，這使得安全、無毒副作用且可提高畜禽免疫力的飼料原料研究成為熱門課題。酵母細胞壁中的β-葡聚糖和甘露聚糖，屬于功能性低聚糖，具有一定的免疫功能，能刺激機體免疫應答。此外，還能促進有益菌增殖，改善腸道微生態環境，提高機體免疫力，在促進幼齡動物生長、降低死亡率方面有顯著作用。酵母細胞壁多糖在提高仔豬[24-26]、肉雞[27]、草魚[28]和中國對蝦[29]等動物的抗病力和免疫力的積極作用已得到證實。

3.3 富集有機微量元素

在酵母培養過程中加入金屬的無機鹽，通過酵母的生物轉化，可使其以有機離子的形式在酵母中富集，生產富有機微量元素的酵母。目前飼料行業上用酵母生產的有機微量元素主要是硒和鉻。酵母硒有很高的生物學效價和抗氧化性能，是最具開發和應用前景的有機硒源；給畜禽日糧添加酵母硒，能提高其生產性能和飼料轉化率，還可以提高動物免疫力，增強抗病能力，拮抗重金屬毒害等作用[30]。富鉻酵母可將無機鉻轉化為有機鉻，有效提高了生物利用率和生物活性，且其作為動物天然的飼料微量元素添加劑，具有降低畜禽應激、改善機體免疫機能和生產繁殖性能的特殊功效[31]。

除此之外，還有應用啤酒酵母細胞壁吸附飼料中霉菌毒素的研究，以降低霉菌毒素污染帶來的毒副作用[32]。

4 結束語

啤酒酵母細胞中含有豐富的蛋白質、糖類、核酸、維生素、礦物質、類脂物質等多種營養物質，有非常高的利用價值。通過現代高新生物技術對啤酒酵母進行處理，可生產出適用于食品、發酵、動物飼料等各個領域的酵母及其衍生品。這不僅可使啤酒酵母得到充分利用，轉化為經濟效益，同時可避免啤酒酵母直接排放而造成的環境污染，產生生態效益和社會效益。目前，啤酒酵母及其衍生品在有機農業、營養保健、化妝品等領域也具有廣泛的應用前景，有待于進行深入研究與開發。

[1]管敦儀.啤酒工業手冊[M].北京：中國輕工業出版社，1998.

[2]楊翠竹，李艷，阮南，等.酵母細胞破壁技術研究與應用進展[J].食品科技，2006（7）：140-141.

[3]YOKOUCHI,HIROO.Utilization of beer yeast components[J].KoKai To KKyo Koho,1998(10):20-25.

[4]廖國洪.調味型酵母抽提物及其在食品工業中的應用[J].中國調味品，1995（9）：2-3.

[5]王仲禮.天然風味增強劑——酵母抽提物的應用級發展前景[J].江蘇調味副食品，2005（22）：19-21.

[6]劉漢靈，黃月桂，陸燕寧.核酸酶提高酵母抽提物呈味核苷酸含量的應用研究[J].中國食品添加劑，2008（1）：194-197.

[7]徐耀文，馬信亮，王丹萍.利用啤酒廢酵母制備高核酸酵母抽提物的應用研究[J].中國調味品，2013（7）：52-54.

[8]李德科，曾慶孝，黃國宏.風味化啤酒酵母抽提物制備工藝的優化[J].華南理工大學學報：自然科學版，2007，35（4）：135-138.

[9]趙文紅，白衛東，錢敏，等.酵母抽提物生產豬肉香精的工藝研究[J].中國食品添加劑，2009（4）：113-116.

[10]李沛，唐冠群，李庫，等.豬肉風味型酵母味素在熏煮腸中的應用[J].肉類研究，2002（4）：24-27.

[11]KLIS F M,MOL P,HELLINGWERF K,et al.Dynamics of cell wall structure in Saccharomyces cerevisia e[J].FEMS Microbiol Rev,2002, 26:239-256.

[12]AIMANIANDA V,CLAVAUD C,SIMENEL C,et al.Cell wallβ-(1,6)-glucan of Saccharomyces cerevisiae-structural characterization and in situ synthesis[J].J Biol Chem,2009,284(20):13401-13412.

[13]BOHN J A,BEMILLER J M.(1-3)-β-D-Glucans as biological response modifiers:A review of structure-functional activity relationships[J]. Carbohydr Polym,1985,28:3-14.

[14]FREIMUND S,SAUTER M,KAPPELI O,et al.A new non-degrading isolation process for 1,3-β-D-glucan of high purity from baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae[J].Carbohydr Polym,2003,54:159-171.

[15]LIU X Y,WANG Q,CUI S W,et al.A new isolation method ofβ-D-glucans from spent yeast Saccharomyces cerevisiae[J].Food Hydrocolloid,2008,22(2):239-247.

[16]馬森，盧家炯，高俊永，等.超聲酶堿法提取啤酒廢酵母β-1，3葡聚糖的研究[J].釀酒科技，2009（2）：96-99.

[17]WORRASINCHAI S,SUPHANTHARIKA M,PINJAI S,et al.β-Glucan prepared from spent brewer’s yeast as a fat replacer in mayonnaise [J].Food Hydrocolloid,2006,20(1):68-78.

[18]宮艷艷，徐學明.酵母葡聚糖脂肪替代品在重油蛋糕中的應用[J].食品與發酵工業，2007，33（12）：40-43.

[19]王寧寧，吳振，江建梅，等.酵母類有機氮源及其在發酵行業的應用[J].產業與科技論壇，2014，13（2）：69-71.

[20]CHAMPAGNE C P,GAUDREAU H,CONWAY J.Effect of the production or use of mixtures of bakers’or brewers’yeast extracts on their ability to promote growth of Lactobacilli and Pediococci[J].Electron J Biotechnol,2003,6(3):185-190.

[21]RAKIN M,VUKASINOVIC M,SILER-MARINKOVIC S,et al.Contribution of lactic acid fermentation to improved nutritive quality vegetable juices enriched with brewer’s yeast autolysate[J].Food Chem, 2007,100(2):599-602.

[22]JIANG M,CHEN K,LIU Z,et al.Succinic acid production by Actinobacillus succinogenes using spent brewer’s yeast hydrolysate as a nitrogen source[J].Biotechnol Appl Bioc,2010,160(1):244-254.

[23]賈鐵嶺，吳振，江建梅，等.地衣芽孢桿菌培養基及培養條件優化[J].中國科技博覽，2014（14）：347-348.

[24]李軍，邢建軍，李德發，等.啤酒酵母葡聚糖對斷奶仔豬生產性能及淋巴細胞轉化率的影響[J].中國畜牧雜志，2006，42（1）：17-21.

[25]侯瑛倩，楊文嬌，吳振，等.酵母細胞壁多糖在養殖業上的研究應用[J].北方牧業，2013（18）：31.

[26]HU L,CHE L Q,LUO G B,et al.Effects of yeast-derived protein vs spray-dried porcine plasma supplementation on growth performance, metabolism and immune response of weanling piglets[J].Ital J Anim Sci,2014,13(1):163-168.

[27]閻桂玲，袁建敏，咼于明，等.啤酒酵母甘露寡糖對肉雞腸道微生物及免疫機能的影響[J].中國農業大學學報，2008，13（6）：85-90.

[28]高春生，王艷玲，李建華，等.β-葡聚糖酶對草魚生長性能和飼料消化率的影響[J].飼料研究，2006（7）：41-42.

[29]宋理平，黃旭雄，周洪琪，等.Vc、β-葡聚糖和藻粉對中國對蝦幼蝦生長、成活率及免疫酶活性的影響[J].上海水產大學學報，2005（3）：276-281.

[30]王連群，王加啟，雒秋江，等.奶牛日糧中添加富硒酵母對乳硒和血清硒含量的影響[J].中國畜牧獸醫，2008，35（4）：13-17.

[31]王軒，杜道輝，李津，等.不同含量富鉻酵母對高GTF活性牛奶產量及鉻含量的影響[J].山西中醫學院學報，2014，15（2）：1-3.

[32]張彩霞，李寅寶，馬立保.酵母細胞壁提取物對霉菌毒素體外吸附試驗[J].飼料廣角，2012（9）：36-68.

Application progress of brewer’s yeast and its derivatives

WU Zhen1,JIANG Jianmei1,SHU Yuan1,ZHANG Zijian1*,SUN Yingjie2
(1.Tangshan Tuopo Biotechnology Co.,Ltd.,Tangshan 063000,China;2.Department of Ecology,Environmental Management College of China,Qinhuangdao 066004,China)

China is the largest beer producer in the world,and the beer production reached 50 million tons in 2013,generating nearly 1 million tons of brewer’s yeast.Brewer’s yeast is rich in nutrients.Integrated processing and utilization of brewer’s yeast with high-tech,not only has a broad market space,but also can reduce waste,protect the environment,produce huge economic and social benefits.In this paper,application progress of brewer’s yeast and its derivatives in food,fermentation and feed were reviewed.

brewer’s yeast;derivatives;food;fermentation;feed;application progress

TS261.1

A

0254-5071（2014）10-0010-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.003

2014-08-15

國際科技合作專項項目（No.2012DFA30390）

吳振（1973-），男，高級工程師，本科，研究方向為酵母深加工。

*通訊作者：張子健（1984-），女，工程師，碩士，研究方向為食品微生物。