酿酒活性干酵母的发展现状与展望
高艳;张婷婷;熊兴耀;谭兴和;周红丽;唐伟;苏小军
【摘 要】酿酒活性干酵母是现代高新技术融合发展的一种生物活性制品,具有发酵性能优良、细胞耐性强、絮凝性好、保存期长等特点.综述了现代生物工程育种技术、酵母菌流加培养、干燥技术的研究进展,并展望了发展前景.
【期刊名称】《酿酒科技》
【年(卷),期】2010(000)012
【总页数】3页(P78-80)
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【关键词】酿酒活性干酵母;生物技术;干燥技术
制造商英文【作 者】高艳;张婷婷;熊兴耀;谭兴和;周红丽;唐伟;苏小军
【作者单位】生物质醇类燃料湖南省工程实验室,湖南,长沙,410128;生物质醇类燃料湖南省工
程实验室,湖南,长沙,410128;生物质醇类燃料湖南省工程实验室,湖南,长沙,410128;湖南农业大学食品科学与技术学院,湖南,长沙,410128;湖南农业大学食品科学与技术学院,湖南,长沙,410128;湖南长江生物能源有限公司,湖南,长沙,410001;生物质醇类燃料湖南省工程实验室,湖南,长沙,410128
【正文语种】中 文
mang【中图分类】TS261.1;Q93-3
Abstract：AADY is a bioactive product produced by modern hightechs and it has the advantages including superior fermenting performance, strong cellular tolerance,good flocculation,and long storage period etc.In this paper,the rearch progress in modern bioengineering breeding techniques,fed-batch culture of microzyme,and drying techniques were reviewed and their development prospects were discusd.
Key words:alcohol active dry yeast(AADY)；biotechnology；drying techniques酿酒活性干酵母是现代生物工程、流加培养、干燥技术融合发展的一种高科技产品，具有含水量低
、保藏期长、发酵稳定性高的特点[1]。我国酿酒工业中活性干酵母的使用则始于20世纪80年代初。最早使用的是天津市中法合资的王朝葡萄酒厂。到20世纪80年代中期，北方地区的一些白酒厂、小型酒精厂开始使用面包活性干酵母代替自培酒母发酵，取得了一定的效果。由于使用活性干酵母的许多优越性，因此受到酿酒行业的普遍欢迎，从而促进了我国酿酒活性干酵母的研究、生产与应用工作的全面展开。1987年，天津轻工业学院与烟台酵母厂合作，首先生产出了用于果酒酿造的TQ嗜杀活性干酵母，
这也是我国最早的商品化酿酒活性干酵母。1988年，天津轻工业学院又先后与广东东莞酵母厂和湖北宜昌酵母基地合作，研制并生产出了用于酒精和白酒酿造的酒精活性干酵母，1991年，宜昌酵母基地生产出了耐高温的酒精活性干酵母。从此，我国酿酒活性干酵母的工业化生产正式形成[2]。gomei
最初的菌株筛选方法是从自然界中直接筛选目标菌株。1990年，Ernandes等人从酵母样品中分离到2株耐乙醇的酵母菌，这些酵母菌在遗传性能、高产和耐高浓度乙醇能力方面相当稳定[3]。在啤酒酵母育种过程中，1963年，Bvcna等人从实验菌株中分离到一种能够分泌一种杀死敏感细胞而自身具有免疫力的杀伤毒素的酵母。
采用物理或化学方法对酵母进行诱导遗传改良很普遍。贺家明等人以最低致死酒精浓度为筛选依据，用20万伦琴射线处理嘉士伯酵母后，再用UV处理30 min，多次分离后，使酵母的耐糖从24◦P提高到28◦P，耐乙醇从8.25%(m/m)提高到9.45%(m/m)，发酵度从14◦P提高到18◦P[4]。李崎等以2株青岛啤酒酵母进行低双乙酞啤酒酵母的选育，得到啤酒双乙酞为0.06 mg/L。Ramos Jeunchomme等人通过EMs诱变啤酒酵母，筛选得到不合成α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸的突变株，发现此突变株在发酵麦芽糖时不产生双乙酰[5]。osprey
用原生质体融合进行基因重组，2个亲株的整套基因组进行接触，可以随机发生各种染色体交换，产生各种基因组合的融合细胞，也就是产生了各种基因组合的重组体[6]。陈海昌等应用原生质体融合技术选育出的融合子FP19，既具有较高的发酵度又具有较强的凝集性[7]。
流加培养技术是目前酵母生产过程中常用的培养技术，通过流加培养技术可以大大提高酵母对糖的收得率。在流加培养过程中，要向反应器补加一种或一种以上的养料，但整个发酵过程中没有培养基流出。
流加培养技术主要优点是能控制或改变培养基中的一种或一种以上的营养成分的浓度，这
federalrerve>420是什么意思样在细胞生长或产物形成对底物浓度受限敏感的工艺过程中使用比较理想，还可以做到用较确定的营养成分来代替复杂的营养源[8]。在间歇培养过程中，从培养开始至结束，所有成分浓度都是受最初浓度和所培养的微生物限制的。当初始培养介质浓度高时，就对所培养的微生物产生阻害效应，或者产生较多的其他副产物，对此间歇培养显得无能为力，而对流加培养来讲就不存在这些困难。在面包酵母培养中，当培养介质中糖浓度高时，即使在好气情况下也有乙醇生成，使得菌体得率下降[9-10]。
流加培养技术介于分批培养和连续培养之间，兼有两者之优点。同分批培养相比，首先它可以解除底物抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应。对于好气发酵，流加培养可以避免在分批发酵中因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以致通风搅拌设备不能匹配的状况。还可以在某些情况下减少菌体生长量，提高有用产物的转化率[11]。在真菌培养中，菌丝的减少可以降低发酵液的粘度，便于物料输送及后处理。在流加培养过程中，菌体可被控制在一系列连续在过渡态阶段，可用来控制细胞质量和减少代谢副产物的手段。与连续培养相比，流加培养不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题，其适用范围比连续培养广。它不仅在单细胞蛋白生产上得到应用，而且在发酵的初级产品如甘油、丙酮、丁醇、乳酸等的发展方面也得到应用，后来发展到发酵的次级代谢
产物如抗生素、维生素等，甚至在酶蛋白生产上得到应用，并取得了较好的效果[12]。
流加培养过程中一种或一种以上的养料可依据反馈控制参数(如溶解氧、pH或呼吸熵)，通过改变流加速度从外部控制。也可采用预先编好的流加曲线，用前馈法操纵[12]。流加操作一般可分为反馈控制和非反馈控制两类，然后按流加所采用的方式，再分为恒流加速度操纵、指数流加速度操纵以及最优化操纵3类。早期的控制多采用间歇流加或恒流加速度方式，随着测试和控制技术的进步，使得流加培养已经可做到广泛采用计算机进行流加控制和最优化操作[12-13]。
酵母生产中需要培养基中的糖尽可能最大量地转化为菌体，尽量减少乙醇代谢产物的生成。由于酵母的代谢具有巴斯德效应和克雷布特效应，使得酵母菌的糖代谢途径受氧和糖浓度的影响，使呼吸和发酵作用彼此调节。酿酒酵母一般具有较弱的巴斯德效应和较强的克雷布特效应，在酵母生产时为了获得较高的酵母收得率，就必须严格地控制糖的浓度。因此，一般按照酵母生长的不同时期，对培养基中的糖进行流加，从而控制乙醇副产物的生成。
酿酒活性干酵母在理论上是一种“回生”状态，根据不同的脱水方法存在脱水回生、冷冻回
生、渗透回生和绝氧回生等4种回生状态，对应的现代干燥工艺主要有冷冻干燥和流化床干燥[1]。由于鲜酵母含水量高，干燥至含水量为5%～10%时，胞内结合水的散失将造成细胞内一系列的生物物理、生物化学变化，使发酵活性不同程度地损失[14]，因此，制备高品质的酿酒活性干酵母，利用添加保护剂的协同作用可提高酵母菌株的抗逆性；真空冷冻干燥和流化床干燥工艺参数的优化也将最大限度地使制品保持较高的存活率。
气流干燥包括静态气流干燥和动态气流干燥2种。静态气流干燥是压榨酵母首先被挤压成直径1.5～4.5 mm面条状，再用刀片切成1～3 cm的长度，送入干燥室，在干燥室内，酵母基本上处于静止状态，被加热的空气吹过静止状态的酵母颗粒层，逐渐带走水分，使酵母得以干燥。动态气流干燥是使酵母颗粒悬浮于热空气中，颗粒处于运动状态，遇热空气的接触比较充分，传热传质效果大大提高，干燥室温度有所下降，干燥时间有所缩短，因而产品活性大大提高。一般情况下，经干燥后，酵母细胞的失活率可控制在10%以内，因此，成为目前酵母干燥的主要方法[2]。打电话技巧
喷雾干燥是将酵母乳经过雾化装置喷成雾状，在干燥室内与高温空气直接接触进行传热传质。因为酵母颗粒小，与热空气的接触面加大，因此干燥时间大大缩短，干燥时间为几分
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钟或数十秒。但采用这种干燥方法酵母的生物活性损失率较高，主要适用于粘度较大而不易过滤的酵母。由于干燥时的高温和酵母细胞迅速脱水，使酵母细胞受到损伤，通常产品的发酵力很低，活性损失在70%以上，其次能耗较大，所以这种方法基本上已经被淘汰[15]。
真空冷冻干燥是把含水量大的物质预先冷冻，然后在真空条件下使物质中的冰晶升华，待冰晶升华后再除去物质中的部分吸附水，最终得到含水量很低的干制品。由于真空冷冻干燥具有适用范围广、保藏期长、成活率高，在保藏期可避免其他杂菌污染，便于携带运输，易实现商品化生产等优点，所以，目前被广泛应用于生物制品的脱水。真空冷冻干燥一般分3个步骤进行。首先是预冻过程，预冻的速度与温度根据微生物的种类而定，预冻温度常为-40℃。在这个过程中，微生物体内的游离态水冻结为小冰晶，冰晶体对微生物的细胞有机械损伤作用。研究结果表明，预冻增大了细胞膜的通透性，破坏了细胞膜的结构，其破坏程度与细胞膜内非饱和脂肪酸/饱和脂肪酸的值有关。其次是升华过程，将预冻好的微生物置于高真空度的环境中，冰晶吸热而直接变成水蒸汽从微生物体内逸出。升华过程是由内向外逐渐推移的，冰晶升华后，在微生物体内留下许多微孔隙。再次是解析过程，这一过程使得残留在微生物体内的结合态水解析出来，进一步降低微生物体内水分的含量[
16]。冷冻干燥的效果受到预冻温度、冷冻速度和真空度等因素的影响[17-19]。
为防止酵母菌干燥过程中关键蛋白质的变性、代谢过程中重要的酶失活和脂质体失效等危害，常加入一定量的保护剂。“水替代”假说理论认为，一些糖和多羟基化合物的保护特性是由于糖结合大分子代替水化作用的水分子形成了一层保护膜[20]。也有研究表明，海藻糖等在Tg (glass transition temperature)转变后，形成无定形的连续相，能与生物大分子形成一种类似水晶状的玻璃体结构，使结构中的分子运动和变性反应非常微弱，从而在干燥及冷冻时起到有效的保护作用[21]。目前，用作酿酒活性干酵母干燥工艺中的保护剂主要有海藻糖 (5%～l0%)[22]、甘油溶液、木糖醇溶液、麦芽糖醇溶液(300 g/L)[18]、麦芽糖(5%)、麦芽糖糊精(1.8 kDa，40%(w/v))[23]和向日葵油、大豆油 (0.1%～0.4%)、磷脂 (0.1%～5%)、BHT／BHA (0.005%～0.5%)(均为占细胞干物质重)等[24]。有研究发现[25]，大分子能将菌体包埋掩蔽而减少细胞内物质的破坏，但会降低活性，甘油、甘露醇等渗透性保护剂和蔗糖、葡萄糖等非渗透性保护剂之间的联合作用，也会影响保护剂的保护效果，这一现象还有待进一步研究。
