小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母增殖和发酵性能的影响

莫 芬，赵谋明，赵海锋

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）

小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母增殖和发酵性能的影响

莫 芬，赵谋明，赵海锋*

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）

研究了小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母增殖和发酵性能的影响，结果表明，不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母的促增殖和发酵效果不同，其中水解度为13.96%的水解物具有最强的促酵母增殖和发酵效果，该水解物可使稳定期酵母生物量提高37.0%，表观发酵度提高8.8%，乙醇产量提高6.4%，氨基氮利用率提高13.0%，同时发酵时间缩短14.3%。

小麦面筋蛋白水解物，酿酒酵母，增殖，发酵

啤酒酿造过程中，酵母必须通过吸收麦汁中的含氮化合物用于合成酵母细胞核酸、蛋白质和其他含氮化合物，繁殖细胞等。但由于啤酒酵母的胞外蛋白酶活力较低，麦汁中大分子蛋白质很难被酵母利用[1]，因此酵母生长所需要的氮源主要来自麦汁中的小分子肽和游离氨基酸[2]。此外，啤酒酿造企业为了降低成本和提高设备利用率，在啤酒生产中广泛应用高浓稀释和高辅料酿造工艺。高比例糖浆和辅料的添加降低了酵母生长所需要的营养物质（主要是氮源），使酵母生长受到抑制，影响发酵[3]。因此，寻找低值、有效的麦汁补充氮源应用于啤酒工业具有重要的研究意义。生物活性肽用于食品发酵工业中作为补充氮源对微生物生长和代谢的促进作用已有报道。万春艳等[4]已证实大豆蛋白水解物对酵母有明显地促生长和促发酵效果，发现分子量在3ku以下的肽有显著地促生长活性。Zhang等[5]发现酪蛋白活性肽（＜3ku）对乳酸菌有显著促生长活性，并能显著缩短酸奶发酵时间，提高成品酸奶中乳酸菌的数量。小麦面筋蛋白是小麦淀粉加工的副产品，具有较高的营养价值，但由于其溶解性较差而限制了其在食品发酵工业中的应用。目前已经从小麦面筋蛋白水解物中分离出了多种活性多肽，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]。张影陆等[8]研究证实了小麦面筋蛋白水解物可用做啤酒发泡蛋白，其蛋白水解物可以明显改善纯生啤酒的泡沫稳定性。但小麦面筋蛋白水解物对酵母增值和发酵方面的研究，目前尚无报道。本文初步研究了不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母增殖和发酵性能的影响，以期探索小麦面筋蛋白活性肽作为麦汁补充氮源在啤酒工业中的应用。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

小麦面筋蛋白 蛋白含量70.95%，河南莲花集团；Pancreatin 酶活力1.2×105U/g，诺维信酶制剂公司；60°P高浓麦葡糖浆 广州珠江啤酒有限公司；酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）FBY0095 华南理工大学食品生物技术研究室。

全自动糖化仪 杭州博日科技有限公司；低温培养箱 上海一恒科技有限公司；BSD-150型全温振荡培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；Waters 600型高效液相色谱仪 美国Waters公司；YX-280型高压灭菌锅 江阴滨江医疗设备厂；KDN-2C型蛋白质测定仪 上海纤检仪器有限公司；TIM 840型自动电位滴定仪 Radiometer-Analytical公司；APV-1000型均质机 丹麦APV公司；PHS-3E型酸度计 上海雷磁仪器厂；3-18K型高速冷冻离心机 德国sigma公司；电子显微镜 广州市明美科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 小麦面筋蛋白水解物的制备 小麦面筋蛋白按1∶10（m/v）溶于水，均质，调pH至9.0，置于50℃恒温水浴中添加适量pancreatin恒温酶解。分别在不同时间取样，于沸水浴中灭酶10m in，离心（4℃，8000r/m in，10m in），取清液进行冷冻干燥处理，获得三种不同水解程度的小麦面筋蛋白水解物WG-L（6.02%）、WGM（10.06%）和WG-H（13.96%）。

1.2.2 麦汁制备及发酵条件 麦汁制备：麦芽粉碎，按照常规麦汁制备工艺获得12°P定型麦汁，同时将60°P麦葡糖浆加去离子水调至12°P，利用糖浆将麦汁中FAN（游离氨基氮）稀释至140mg/L，121℃灭菌15m in。

发酵条件：种子扩培见参考文献[9]。向麦汁中添加1%（m/v）的小麦面筋蛋白水解物（实验组为不同水解度的小麦面筋蛋白水解物WG-L、WG-M和WG-H，对照组为不添加小麦面筋蛋白水解物的空白对照CK），调pH至5.0，121℃灭菌15m in。使用2000m L三角瓶进行厌氧发酵，装液量为500m L，按4g（酵母泥）/L接种量接入酵母，在低温培养箱（12℃）进行发酵，每天摇瓶2次。

1.3 分析方法

1.3.1 水解度（DH）测定 采用甲醛滴定法测定氨态氮含量，凯氏定氮法测定总氮含量[10-11]。

DH（%）=（上清液中氨基酸态氮含量/酶解液中总氮含量）×100

1.3.2 发酵过程参数测定 发酵液糖度、表观发酵度、生物量、菌体活性及乙醇浓度的测定见参考文献[9]。

1.3.3 游离氨基氮（FAN）的测定 采用茚三酮比色法，具体见参考文献[12]。

1.3.4 小麦面筋蛋白水解物分子量的测定 高效液相色谱法。a.色谱柱：TSK gel 2000SXL凝胶柱，7.8mm× 300mm，预柱：C18，柱温：30℃；b.流动相：100%磷酸盐缓冲液（pH 7.2）；流速：1.0m L/m in；进样量：20μL；洗脱时间：20min；c.检测波长：214nm。

2 结果与讨论

2.1 不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酵母增殖的影响

图1 不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母增殖的影响Fig.1 Effect ofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the propagation of brewer’s yeast

图2 不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母活性的影响Fig.2 Effect ofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the viability of brewer’s yeast

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

选取3种不同水解度的小麦面筋水解物分别添加到麦汁中进行发酵，以考察不同水解度的小麦蛋白水解物对酿酒酵母增殖及活性的影响，结果见图1、图2。由图1可知，在四种不同条件的麦汁发酵过程中，酵母均经历延滞期、对数期，在发酵第4d达到稳定期，呈现出典型的增长方式。其中添加DH 13.96%的小麦面筋蛋白水解物的实验组酵母在稳定期生物量比发酵初期增长了74.0%，空白对照组增长仅38.0%，且稳定期各组之间酵母增殖量具有显著性差异（p＜0.05），其中WG-H的增殖量最大。在发酵结束时，实验各组的酵母生物量减少，但均少于对照组。由图2可知，各组酵母活性均随发酵时间的延长而降低，但WG-L组与WG-H组酵母的平均活性较对照组分别提高了1.7%和5.0%。而且发酵结束时，WG-H组酵母活性仍维持在92.6%，活性相对最高。由此可见，小麦面筋蛋白水解物在一定程度上能够促进酵母增殖，提高酵母活性，而且水解度较高的小麦面筋蛋白水解物促酵母增殖的效果较为明显。小麦面筋蛋白水解物主要是肽类物质，本研究表明，其可以作为外加氮源应用于啤酒发酵，在麦汁中氮源水平较低时，能够促进酵母的增殖，是酵母可以利用的有效外加氮源。

不同水解度的小麦面筋蛋白水解物中肽的分子量分布见表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，表明小麦面筋蛋白水解物中对酵母增殖起作用的肽主要集中在小分子量段。小麦面筋蛋白水解物的促增殖机理可能是由于WG-H具有更多小分子肽[13]，这些小分子肽在发酵过程中更容易被酵母细胞利用，起到补充氮源的作用。类似的研究也有报道，Ikeda K等[14]研究认为大豆肽可以影响酵母细胞的脂质代谢系统，从而改变酵母细胞的某些特性，因此可以用作改变微生物性能的修饰因子，同时他们也发现大豆肽可以促进酵母生长。此外，小分子大豆肽对益生菌的促进机理可能是寡肽比氨基酸更利于吸收[15]。Zhang等[16]发现酪蛋白肽（分子量小于3ku的6肽或7肽）能有效地促进乳酸菌生长，促进发酵并提高酸奶的品质。尽管小麦面筋蛋白肽对微生物生长的影响方面目前未有相关研究，但小麦面筋蛋白组成中，Glu和Pro含量高，其中Glu含量高达37.5g/100g[17]。Glu是酵母能利用的A类氨基酸[2]，小麦面筋蛋白中富含Glu，在某种程度上为酿酒酵母的促进作用提供了可能性。但这些小分子面筋蛋白肽对酵母的生理功能，以及酵母的具体吸收利用机制，还有待进一步研究。

2.2 不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酵母发酵性能的影响

由图3、图4可知，不同DH的水解物都使酵母代谢糖和产乙醇的速率增加。小麦面筋蛋白水解物的添加使发酵末期发酵液最终残糖比对照组明显降低，最终乙醇浓度也较高，发酵性能比对照组有了显著提高。这些结果说明，小麦面筋蛋白水解物有明显提高酵母细胞生理活性的作用。表2显示，发酵结束后各基本指标，结果表明添加不同DH的面筋蛋白水解物均可以使常浓发酵提前一天达到发酵终点（以表观发酵度80%作为发酵终点指标），对照组则需在发酵第7d达到发酵终点。与对照组相比，MG-H表观发酵度提高8.8%，发酵周期缩短14.3%，乙醇产量提高6.4%，说明小麦面筋蛋白水解物具有较明显地促发酵性能。在酵母的发酵过程中，氮源和碳源是主要营养物质，在酵母代谢糖的过程中有非常重要的作用。添加小麦面筋蛋白水解物提高了麦汁中的氮源水平，实验结果显示，这些氮源能有效提高酵母的发酵性能。一方面发酵速率的提高来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种程度上促进酵母的细胞代谢机制，促进其对糖类物质的利用效率，提高酵母发酵性能。相关机理有待进一步研究。

图3 不同水解度面筋蛋白水解物对酿酒酵母糖代谢的影响Fig.3 Effectofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the sugar consumption of brewer’s yeast

图4 不同水解度小麦面筋蛋白水解物对酿酒酵母乙醇生成的影响Fig.4 Effectofwheatgluten hydrolysateswith different DH on the ethanol yield of brewer’s yeast

2.3 不同水解度小麦面筋蛋白水解物对酵母利用麦汁FAN的影响

由表3可知，由于添加了小麦面筋蛋白水解物，实验组初始FAN均有大幅度的提高，但发酵结束时各组发酵液中残余FAN无显著差异。其中MG-M和MG-H的利用率达到了88.8%和86.1%，对照组只有76.3%，氮基源利用率分别提高了16.5%和13.0%。氨基氮利用率的提高进一步说明了外加氮源能被酿酒酵母利用，是酵母生长的可适氮源。因此，研究新氮源啤酒的酿造技术，能在一定程度上降低麦芽使用量，从而降低啤酒的生产成本，提高经济效益[18]。

表2 添加不同水解度水解物对酿酒酵母发酵性状的影响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麦汁在发酵过程中酵母对FAN的利用情况Table 3 Effectofwheat gluten hydrolysateswith different DH on the FAN utilization rate of brewer’s yeast

3 结论

3.1 小麦面筋蛋白水解物能够促进酵母的增殖，同时对酵母活性也有一定的保护作用，是酵母生长的有效氮源。

3.2 不同水解度的小麦面筋蛋白水解物对酵母促增殖和发酵效果不同，其中水解度13.96%的水解物促进作用最大，能使稳定期酵母生物量提高37.0%，表观发酵度提高8.8%，发酵时间缩短14.3%，乙醇产量提高6.4%，同时酵母活性达到92.6%。

3.3 氨基氮的利用率方面，添加MG-M和MG-H的麦汁氮源利用率分别提高了16.5%和13.0%。FAN利用率的提高，进一步验证了外加小麦面筋蛋白水解物的有效性。

[1]Kunze W.湖北轻工职业技术学院翻译组.啤酒工艺实用技术[M].第8版.北京：中国轻工业出版社，2008：158-296.

[2]赵文琪.麦汁和啤酒中游离氨基氮的重要性[J].啤酒科技，2006（3）：60-63.

[3]万永泉，于世敏.高浓酿造技术研究进展[J].酿酒科技，2002（1）：56-58.

[4]万春艳，赵谋明，赵海锋.大豆蛋白水解物对酿酒酵母生长和发酵性能的影响[J].食品与发酵工业，2011，37（9）：50-53.

[5]Zhang Q，Zhao M，Qu D，et al.Effect of papain-hydrolysed casein peptides on the fermentation kinetics，microbiological survivaland physicochemicalpropertiesofyoghurt[J].International Journal of Food Science and Technology，2010，45：2379-2386.

[6]Gibbs B F，Zougman A，Masse R，et al.Production and characterization of bioactive peptides from soy hydrolysate and soy-fermented food[J].Food Research International，2004，37：123-131.

[7]Hartmann R，Meisel H.Food-derived peptideswith biological activity：from research to food applications[J].Current Option in Biotechnology，2007（18）：163-169.

[8]张影陆，孙琳琳，陆建，等.小麦面筋蛋白质酶解产物用作啤酒发泡蛋白的研究[J].食品与生物技术学报，2009，28（6）：823-827.

[9]管敦仪.啤酒工业手册[M].北京：中国轻工业出版社，1982.

[10]吴建中.大豆蛋白的酶法水解及产物抗氧化活性的研究[D].广州：华南理工大学，2003.

[11]GB 5009.5－85.食品卫生理化检验标准手册[S].北京：中国标准出版社，1998：48.

[12]林梅香.浅谈啤酒中a-氨基氮的测定[J].啤酒科技，2002：37-40.

[13]Kong X Z，Zhou H M，Qian H.Enzymatic hydrolysis of wheat gluten by proteases and properties of the resulting hydrolysates[J].Food Chemistry，2008：759-763.

[14]Ikeda K，Kitagawa S，Tada T，et al.Modification of yeast characteristics by soy peptides：cultivation with soy peptides represses the formation of lipid bodies[J].Applied Microbiology and Biotechnology，2011：1971-1977.

[15]Dave R I，Shah N P.Effect of cysteine on the viability of yoghurt and probiotic bacteria in yoghurtsmade with commercial starter cultures[J].International Dairy Journal，1997（7）：537-545.

[16]Zhang Q，Ren J，Zhao M，etal.Isolation and characterization of three novel peptides from casein hydrolysates that stimulate the growth ofmixed cultures of Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2011，59：7045-7053.

[17]刘冬儿.小麦蛋白制品的开发与利用 [J].食品科技，1999（1）：23-25.

[18]钱中华，尹花，樊伟，等.新氮源啤酒酿造新技术的研究[J].酿酒，2010，37（4）：83-85.

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 *通讯联系人

莫芬（1988-），女，硕士研究生，研究方向：食品生物技术。

广东省科技计划项目（2010A010500002，2011A020102001）；中央高校基本科研业务费项目（2012ZM0069）。