[科普中國]-面包酵母

面包酵母(Saccharomyces cerevisiae)是一種單細(xì)胞微生物，含蛋白質(zhì)50%左右，氨基酸含量高，富含B族維生素，還有豐富的酶系和多種經(jīng)濟(jì)價值很高的生理活性物質(zhì)。

幾千年前人類就用面包酵母發(fā)酵面包和酒類，在現(xiàn)代食品工業(yè)方面，廣泛用作人類主食面包、饅頭、包子、餅干糕點(diǎn)等食品的優(yōu)良發(fā)酵劑和營養(yǎng)劑。

概述面包酵母在微生物分類學(xué)上屬于酵母屬、釀酒酵母種(Saccharomycescerevisiae)。酵母是一種單細(xì)胞真核微生物,細(xì)胞形態(tài)分為圓形,卵圓形,橢圓形或香腸形,大小隨菌種不同而有所差異,其中以橢圓形的較好。面包生產(chǎn)中所用的酵母品種經(jīng)過了專門的選育,具有良好的產(chǎn)氣和發(fā)酵性能。1

面包酵母的作用面包酵母是面包生產(chǎn)過程中最重要的微生物發(fā)酵劑和生物疏松劑,在面包生產(chǎn)中起著關(guān)鍵作用。
面包酵母作為一種食品添加劑,它能利用面團(tuán)中的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵,產(chǎn)生CO2和醇類、酯類等香味成分，使面團(tuán)膨松、富有彈性,并賦予面包特有的色、香、味形,提高面團(tuán)營養(yǎng)價值和人體營養(yǎng)吸收利用率等突出優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于面包，糕點(diǎn)及其它面點(diǎn)制作中。1

面包酵母發(fā)酵面團(tuán)的機(jī)理面包酵母加入面團(tuán)中后,在適宜的溫度下便開始生長繁殖。它首先利用面團(tuán)中的單糖和蔗糖,產(chǎn)生CO2氣體和各種發(fā)酵產(chǎn)物。在酵母生長、發(fā)酵的同時,面粉中的β-淀粉酶將面粉中的淀粉轉(zhuǎn)化為麥芽糖。麥芽糖的增加，為酵母菌進(jìn)一步生長、發(fā)酵提供了可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。酵母菌菌體本身分泌麥芽糖酶和蔗糖酶,將麥芽糖和蔗糖分解為單糖后進(jìn)行利用。酵母菌利用這些糖類及其它營養(yǎng)物質(zhì)先后進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸,產(chǎn)生CO2、乙醇、醛酮和乳酸等物質(zhì)。1
生成的CO2氣體由于被面團(tuán)中的面筋包圍,不易跑出,留在面團(tuán)內(nèi)，從而使面團(tuán)逐漸膨大。烘烤面包時,由于面團(tuán)內(nèi)的CO2膨脹、逸散，從而使面包充滿氣孔,形成海綿狀。發(fā)酵中產(chǎn)生乙醇、醛酮和乳酸等物質(zhì)形成面包良好的風(fēng)味。

目前市售面包酵母的種類面包酵母包括鮮酵母和活性酵母兩類，根據(jù)面團(tuán)含糖量的不同，又可分為高糖酵母、低糖酵母和無糖酵母。面包酵母的生產(chǎn)是采用糖蜜為原料，將酵母菌通風(fēng)發(fā)酵培養(yǎng)后，經(jīng)過分離、洗滌、壓榨而制得的含水份71%－73%的產(chǎn)品為鮮酵母，鮮酵母經(jīng)過造粒、干燥值得水份7－8.5%酵母為活性干酵母。低糖酵母發(fā)酵時，面團(tuán)一般含糖量7%左右，高糖酵母發(fā)酵時含糖量則為16%。

食品工業(yè)中采用的面包酵母主要有4種類型:2/4鮮酵母又稱壓榨酵母,含水量70%左右，它是酵母菌種在糖蜜等培養(yǎng)基中經(jīng)過擴(kuò)大培養(yǎng)和繁殖、分離、壓榨而制成。鮮酵母的優(yōu)點(diǎn):活性較高，質(zhì)量穩(wěn)定,發(fā)酵力大，發(fā)酵速度快,發(fā)酵耐力強(qiáng)。特別是面包風(fēng)味好香味濃,并且使用方便、價格較便宜。鮮酵母的缺點(diǎn):活性和發(fā)酵力比干酵稍低,活性不夠穩(wěn)定,貯存條件嚴(yán)格,貯存時間短,不易長途運(yùn)輸,使用前需要活化。1
活性干酵母是將鮮酵母壓榨成短細(xì)條狀或細(xì)小顆粒狀，經(jīng)低溫干燥制成干酵母，含水量8%左右。與，壓榨酵母相比，干酵母的優(yōu)點(diǎn)為:運(yùn)輸比鮮酵母更方便,長途運(yùn)輸不需要冷藏車;活性高,活性很穩(wěn)定。因此，使用量也很穩(wěn)定;發(fā)酵力大于鮮酵母。發(fā)酵耐力大于鮮酵母;不需低溫貯存，可在常溫下貯存1~2a左右,不易變質(zhì)。干酵母的缺點(diǎn):使用前必須用溫水活化才能恢復(fù)其活性;發(fā)酵速度較慢,發(fā)酵時間長;使用不方便，成本較高。
即發(fā)活性干酵母利用基因工程和現(xiàn)代干燥技術(shù)生產(chǎn)的即發(fā)活性干酵母,能夠很好地保存其活力。含水量4%~6%,外觀為細(xì)小顆粒狀。與普通活性干酵母相比,它的活性特別高,活性特別穩(wěn)定,發(fā)酵速度快,使用時不需要用溫水活化,不需要低溫貯存。缺點(diǎn)是易氧化，必須充氮或真空保存。1

面包酵母的發(fā)酵性能指標(biāo)增殖率:即面包酵母在標(biāo)準(zhǔn)YPD培養(yǎng)基上培養(yǎng)一定時間后菌體量的變化，通常用A660的變化來表示。增殖率低的面包酵母不具有實(shí)用價值。產(chǎn)氣量:影響面包的結(jié)構(gòu)和疏松程度。延遲期;影響面團(tuán)的發(fā)酵速度,延遲期長的面包酵母不具有實(shí)用價值。蔗糖酶活力:影響含糖面團(tuán)的發(fā)酵速度。麥芽糖酶活力:影響無糖面團(tuán)的發(fā)酵速度。耐高滲能力:影響高糖面團(tuán)的發(fā)酵速度。耐酸能力:影響酸性面團(tuán)的發(fā)酵速度。風(fēng)味:影響面包的風(fēng)味和口感。1

面包酵母的菌種選育及改良面包酵母應(yīng)具備的特點(diǎn)在發(fā)酵面團(tuán)的過程中,面包酵母處于從好氧向微好氧迅速變化的特殊生理環(huán)境,這就要求面包酵母必須具備如下基本特性:①具有潛在很高的糖酵解酶活性;②具有快速適應(yīng)底物變化的能力;③具有合適的蔗糖酶(或其它水解酶)的活性;④具有潛在很高的麥芽糖發(fā)酵速度;⑤具有合成在厭氧條件下生活所必需的酶及輔酶的能力。
此外,在適宜條件下具備較快的生長速率(快速發(fā)酵能力)、對在面團(tuán)發(fā)酵起始時所含的高蔗糖濃度具有一定的忍耐性(耐高滲能力)、以及由于酸性添加劑的使用而必須具備的廣泛pH值適應(yīng)性,也都被認(rèn)為是應(yīng)當(dāng)具有的特性。在面包酵母的眾多特性中，發(fā)酵力性能無疑是衡量面包酵母質(zhì)量的最重要指標(biāo)。酵母的發(fā)酵力只有達(dá)到一定指標(biāo)，才能符合面包生產(chǎn)的工藝要求。優(yōu)良的面包酵母應(yīng)具有良好的發(fā)酵性能，表現(xiàn)在不論在無糖面團(tuán)還是高糖面團(tuán)中都具有快的發(fā)酵速度和高產(chǎn)氣能力;具備較高的比生長速率，較快的繁殖速度;在高糖環(huán)境中具備較短的延滯期，生長較快。
最近,在冰箱冷藏條件下可以終止發(fā)酵代謝的生面團(tuán)冷藏制造面包技術(shù)(Refrigerateddoughprocess)的開發(fā)受到了新的關(guān)注與以前被開發(fā)的冷凍面團(tuán)法相似。該技術(shù)工藝中將生面團(tuán)進(jìn)行暫時冷藏保存，在必要的時候取出,再進(jìn)行發(fā)酵和焙烤。這就要求面包酵母菌種具有良好的低溫適應(yīng)性能。
至于面包酵母的生產(chǎn)指標(biāo),常以酵母在面團(tuán)中的產(chǎn)氣能力、耐貯藏能力、對高質(zhì)量濃度的鹽和糖的抗性以及生產(chǎn)率來衡量(生產(chǎn)率就是單位底物所獲得的生物量)。此外，面包酵母細(xì)胞絮凝能力在面包酵母生產(chǎn)的后加工處理過程中有重要應(yīng)用價值，良好的絮凝能力可以減少后處理回收過程中耗費(fèi)的大量能源問題。1

面包酵母菌種選育目前，與面包酵母菌種改良有關(guān)的研究主要集中在耐高糖的機(jī)制、麥芽糖的利用、低溫適應(yīng)性、蜜二糖的利用和乳糖的利用等方面。其中耐高糖機(jī)制和麥芽糖的利用與面包酵母發(fā)酵力的關(guān)系非常密切。
面包酵母對由面團(tuán)中的糖或鹽,或者兩者引起的高滲透壓相當(dāng)敏感。面包面團(tuán)中含有較多的糖、鹽等成分,均產(chǎn)生滲透壓。耐高滲透壓的酵母必耐高糖，因此根據(jù)觀察,耐高糖酵母必須具備以下3個條件之一。1

①具備在胞內(nèi)快速積累高含量甘油和高滲透壓環(huán)境相平衡的能力;

②具有高海藻糖含量,能夠保持細(xì)胞膜的完整性;

③當(dāng)蔗糖被用作碳源時，酵母的蔗糖酶活性應(yīng)當(dāng)與酵母的糖利用速度相適應(yīng),能夠維持一種低滲透壓的環(huán)境。
一般來講，面團(tuán)發(fā)酵中,麥芽糖較遲于葡萄糖被利用。對于麥芽糖適應(yīng)性差的面包酵母，在麥芽糖與葡萄糖共存時先利用葡萄糖,而麥芽糖到發(fā)酵后期才被利用。而對于麥芽糖適應(yīng)性好的面包酵母,在麥芽糖和葡萄糖同時存在下可較快地利用麥芽糖,因此在無糖面團(tuán)下起發(fā)速度較快。
面團(tuán)在調(diào)制成型后,經(jīng)冷凍可保持其在一段時間內(nèi)不酸敗。在解凍后,面團(tuán)經(jīng)醒發(fā)依然可以烘烤制成成品,這就要求面包酵母具有良好的低溫適應(yīng)性。對于面包酵母耐低溫性能的遺傳機(jī)制還不很清楚。人們只是猜測酵母的耐低溫性能與耐滲透壓性能或許有某種聯(lián)系。在甜菜糖蜜中含有0.5%~2.0%的棉子糖。一般面包酵母的蔗糖酶能將棉子糖分解為果糖和蜜二糖,但因缺乏蜜二糖酶,不能將蜜二糖分解為葡萄糖和半乳糖,因此只能利用棉子糖的1/3。如果面包酵母能利用蜜二糖,將不僅能提高單位糖蜜的酵母產(chǎn)量，而且能降低廢液的BOD含量。乳清中含有的主要糖類是乳糖，而面包酵母并不能同化乳糖。能利用乳糖的只有少數(shù)幾種酵母,但它們的產(chǎn)氣能力并不強(qiáng)。使面包酵母利用乳糖也是面包酵母菌種改良的一個方向。
目前對面包酵母菌種改良所采取的基本方法有:通過理化因素誘變、雜交和原生質(zhì)體融合、基因工程等4種方式。
采用理化因素誘變面包酵母時,通常選用紫外線作為誘變劑。誘變育種中存在的問題是酵母菌兩倍體細(xì)胞很穩(wěn)定,不易表現(xiàn)出基因的改變。通常采用單倍體細(xì)胞或子襄孢子進(jìn)行誘變。
雜交法是面包酵母育種的重要方法之一，已有大量成功的例證,但同時存在許多問題。商業(yè)面包酵母往往是多倍體、非整倍體,很難生成子褒孢子;一些面包酵母雖然能生成子衰孢子,但孢子的接合能力差、存活率低;特別是面包酵母的單倍體往往不再具有優(yōu)良的面包酵母發(fā)酵特性,使雜交育種難以成功。
原生質(zhì)體融合法已成為面包酵母菌種選育的主要方法。它具有以下優(yōu)點(diǎn):融合頻率高;受接合型或致育性的限制少;遺傳物質(zhì)的傳遞更為完善。其中電誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合與化學(xué)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合相比,又具有以下特點(diǎn):可在顯微鏡下監(jiān)視和觀察到融合的完整過程;電融合為一定空間、時間同步的可控制過程;電融合對細(xì)胞損傷較小;電誘導(dǎo)與關(guān)于膜的分子水平的認(rèn)識直接相關(guān)，能較好地解釋膜融合的機(jī)制;融合頻率高。
目前利用基因工程的方法克服葡萄糖對麥芽糖利用的阻礙作用已獲得成功。荷蘭Gistbrocades公司構(gòu)建得到工程菌能夠比一般的面包酵母更快地吸收利用麥芽糖，因而發(fā)酵活力更高,適用于蔗糖含量為0~20%的面團(tuán)發(fā)酵。但基因工程面包酵母由于存在潛在的安全性問題而受到各國政府及國際組織的密切關(guān)注。11

面包酵母的生產(chǎn)工藝
我們今天所熟知的面包酵母生產(chǎn)工藝是在19世紀(jì)末至本世紀(jì)20年代大約50年左右的時間內(nèi)正式形成的。這期間面包酵母生產(chǎn)新工藝的主要有:1
(1)通氣培養(yǎng)的廣泛應(yīng)用:19世紀(jì)70年代，巴斯德效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為酵母的通風(fēng)培養(yǎng)法奠定了理論基礎(chǔ),即在有氧條件下,酵母的繁殖速度加快，而酒精的產(chǎn)率下降。1877年，哥本哈根的BusebiusBrun提出了通風(fēng)培養(yǎng)生產(chǎn)酵母的方法。1886年，采用通風(fēng)培養(yǎng)法制造酵母的工廠在德國柏林誕生。通風(fēng)的作用使酵母的質(zhì)量濃度大大提高,酒精的質(zhì)量濃度大大下降,使酵母工業(yè)與酒精工業(yè)分離。
(2)流加工藝:1910~1920年,丹麥和德國的科學(xué)家首先發(fā)明并完善了流加工藝。時至今日,該工藝仍然是既能最大限度地得到生物量，又能盡量少產(chǎn)乙醇的唯一可行的方法。在這種方法中,開始培養(yǎng)時，培養(yǎng)液中的糖的質(zhì)量濃度較低,在培養(yǎng)過程中不斷補(bǔ)加濃糖液,使得在整個培養(yǎng)過程中培養(yǎng)液保持較低的糖的質(zhì)量濃度。采用此方法,既可獲得較高的酵母得率,又可獲得高的酵母濃度。
(3)用糖蜜替代糧食作原料:本世紀(jì)20至30年代，廉價的廢糖蜜逐漸取代玉米、麥芽等糧食成為酵母生產(chǎn)的主要原料,進(jìn)一步降低了酵母的生產(chǎn)成本。采用糖蜜做原料有3大優(yōu)點(diǎn):一是簡化了酵母生產(chǎn)工藝,取消了以糧食為原料生產(chǎn)工藝中復(fù)雜的原料處理過程;二是糖蜜是制糖工業(yè)中的廢品,價格比糧食低得多;三是糖蜜的營養(yǎng)比糧食原料的酸法水解糖豐富。在糖蜜中含有多種維生素是酵母生長所必須的，如生物素、泛酸鹽、肌醇、硫胺素等,有利于酵母生長和產(chǎn)品質(zhì)量。
活性干酵母的發(fā)展階段是本世紀(jì)20年代至今。20年代初,由于干燥工藝取得了巨大進(jìn)展，人們已能夠?qū)赫ソ湍?CY)干燥為活性干酵母(ADY)。隨著干燥技術(shù)的不斷完善,添加劑或保護(hù)劑的廣泛使用，活性干酵母的產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高,且品種趨于多樣化。目前，酵母工業(yè)的發(fā)展已使活性干酵母控制了銷售市場,廣泛地應(yīng)用于面包及面點(diǎn)的制作中。
現(xiàn)在,商品面包酵母生產(chǎn)的主要原料是甜菜糖蜜或甘蔗糖蜜,其發(fā)酵過程是在帶冷卻盤管和強(qiáng)通風(fēng)裝置的發(fā)酵罐中進(jìn)行的。在這種條件下，可把厭氧或好氧發(fā)酵產(chǎn)生的酒精的量減少到最低程度。發(fā)酵過程要求用補(bǔ)料,即流加的方法添加培養(yǎng)基,并要求適當(dāng)?shù)耐L(fēng)。
酵母的流加培養(yǎng)過程可分為3個時期，即適應(yīng)期,積累期和成熟期。酵母接種后,細(xì)胞從靜止?fàn)顟B(tài)到開始大量繁殖所需的一段時間為酵母的適應(yīng)期，時間約0.5h至2h不等,依培養(yǎng)條件和種子狀態(tài)而定。對于經(jīng)離心分離的冷凍后的種子,酵母細(xì)胞完全處于休眠狀態(tài),直接進(jìn)入流加培養(yǎng)會使適應(yīng)期延長。因而在正式流加培養(yǎng)前對種子進(jìn)行活化。這樣有利于抑制發(fā)酵初期的雜菌污染,在發(fā)酵的初期階段實(shí)現(xiàn)同步生長?；罨玫姆N子進(jìn)入發(fā)酵罐后可立即進(jìn)入流加培養(yǎng)。
適應(yīng)期結(jié)束后,酵母細(xì)胞即進(jìn)入迅速生長繁殖的對數(shù)生長期,糖液和營養(yǎng)鹽連續(xù)流加,同時通入大量空氣。對數(shù)生長期開始時,由于培養(yǎng)液中細(xì)胞濃度較低，因而糖液和營養(yǎng)鹽的流加速度也較低,通風(fēng)量也較小。隨著流加培養(yǎng)過程的進(jìn)行,糖液和營養(yǎng)鹽的流加速度也不斷增加。至發(fā)酵中期后通風(fēng)量已達(dá)最大，細(xì)胞的增加速率和糖液的流加速率也達(dá)最大。在酵母積累期的后期,營養(yǎng)鹽一般不再流加,酵母的增加速率可能逐漸有所減小，因而糖液的流加速率也適當(dāng)?shù)刂饾u減小。
積累期結(jié)束后，需要有一個適當(dāng)?shù)慕湍赋墒炱凇Ｔ诖似陂g內(nèi),不流加營養(yǎng)物質(zhì),且減少通風(fēng)量。若培養(yǎng)液中氮源等營養(yǎng)物質(zhì)還未利用完,而含糖量已接近零,則應(yīng)在小量通風(fēng)的同時,適當(dāng)補(bǔ)充一定的糖液,使氮素耗盡并使芽孢脫落。成熟期的時間一般為0.5~2h,視細(xì)胞狀況和培養(yǎng)基中殘存營養(yǎng)物質(zhì)的情況而定。
發(fā)酵液的后處理包括離心、濃縮、洗滌、壓榨或過濾。濾餅可擠壓成半固體酵母塊(含固形物30%),包裝后作為鮮酵母使用。如果生產(chǎn)活性干酵母,可將壓榨酵母擠壓成細(xì)條狀,采用快速低溫干燥。在干燥過程中使用添加劑，以生產(chǎn)出穩(wěn)定性極好的低水分的活性干酵母，而且減少活性的損失?；钚郧Ы湍负绦挝锎蠹s為95%。對面包酵母培育的結(jié)果應(yīng)使其色澤淺，富有生鮮氣味。菌體細(xì)胞應(yīng)各自分開,大小均一。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

魏大勇 - 副教授 - 西南大學(xué)