酵母抽提物生产工艺的研究进展

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(1.天津科技大学 生物工程学院，天津 300457；2.代谢控制发酵技术国家地方联合工程实验室，天津 300457)

酵母抽提物，又称酵母浸出物，其广义上是同一类产品，在业内一般专用于生物发酵培养基的称为酵母浸出物，而专用于食品调味的称为酵母抽提物。其生产一般是以啤酒酵母和面包为原料，利用生物技术，在特定的环境下将酵母胞内的蛋白质和核酸降解，然后通过提取等下游工艺操作，制备成可溶的，具有显著呈味性质的，能够显著提高食品鲜味的营养素。酵母抽提物通常以膏状或粉状形式保存，也常用作微生物发酵的营养源[1]。

调味、营养和保健是酵母抽提物最为显著的三大功能。作为调味剂使用时，在所含氨基酸和肽的共同作用下，能够显著增加食品的鲜味和咸味；此外，酵母抽提物是B族微生物和诸多微量元素及多肽和氨基酸的来源，富含多种营养物质，在食品、饲料营养添加剂和生物培养基营养添加剂等领域使用广泛；富含的谷胱甘肽因其特有的恢复细胞和清除自由基等功能而被广泛应用于保健行业。酵母抽提物营养全面，性质独特，广泛应用于食品调味料、药品、保健食品和微生物发酵等领域[2-4]。

1 酵母抽提物的生产方法

1.1 酸解法

酸解法就是利用酸性物质分解酵母细胞(主要利用硫酸或盐酸)。一般选用干燥酵母作为主要原料。主要流程为：利用盐酸或硫酸使酵母液维持在一定的酸浓度，在特定条件下(如温度、pH等)水解一定的时间，得到酵母液，然后将酵母液过滤，脱色，除臭及碱中和，最后进行减压浓缩或喷雾干燥，得到酵母抽提物。酸水解法的优点在于提取物的产率高，游离的氨基酸量大，但使用该方法制成的酵母抽提物盐含量高，后处理成本高，污染大，基本不再用于酵母抽提物的工业生产[5]。

1.2 酶解法

酶解法是通过外加酶的作用使酵母分解。其工艺流程为：利用加热等方法将酵母菌细胞内的酶灭活，然后在一定的条件下加入外源酶，酵母细胞本身的内含物质在外源酶刺激下被释放，并被分解成氨基酸等呈味小分子物质。此时酵母液中富含丰富的营养及呈味物质，利用下游提取工艺对酵母液进行处理，获得酵母抽提物。该方法的优点是获得的酵母抽提物质量好，但对酶制剂要求高，所以生产成本高，目前在国内并不常用[6]。

1.3 自溶法

自溶法是利用酶将酵母自身的碳水化合物等物质分解并还原成小分子，如氨基酸和肽类，与酶解法不同之处在于其原料是具有酶活的新鲜活酵母。生产流程：首先，酵母细胞自身的酶在自溶促进剂的协同下，将酵母细胞分解还原，然后将含有分解的小分子物质的酵母液提取出来，通过下游工艺得到酵母抽提物。自溶法的优点在于，利用酵母自身的酶系进行蛋白质分解，分解率较高，游离氨基酸含量高，且成本较低，但该方法得到的呈味物质含量较低。现在欧美和国内都采用自溶—酶联法，即酵母在某些特定条件下先降解，然后将外源酶加入到酵母液中，将酵母菌细胞内的糖类、蛋白质和核酸等物质转化为高营养和高风味物质。这种转变不仅可以满足食品和发酵工业对产品新特性的需求，而且与传统酵母自溶物相比具有更温和的风味[7]。

2 酵母抽提物的生产工艺

酵母抽提物生产一般采用自溶—酶联法，在涉及某一具体的工艺上会有差异，如自溶剂选择、破壁方法和下游工艺提取等，但总的工艺流程大致相同，如图1所示。

图1 酵母抽提物生产工艺流程Fig.1 Yeast extract production process

2.1 酵母前处理

酵母前处理主要包括酵母破壁、自溶剂选择和啤酒酵母脱苦等。这些前处理的工艺中，酵母破壁是比较重要的一环。酵母细胞壁主要由葡聚糖和甘露聚糖组成，由于其细胞壁较厚不利于胞内大分子物质的透过，因此在酵母自溶之前要进行破壁处理以增大其细胞的通透性，从而提高酵母抽提物得率。酵母细胞主要以物理法、化学法和生物法三种方法进行破壁处理[8]。在选择破壁方法时应该充分结合下游工艺综合考虑，因为不同的破壁方法破碎程度也不同，会造成母液中的成分也有所差异。

2.2 酵母自溶工艺

酵母细胞中存在许多营养物质和大分子化合物，它们的释放需要在破壁处理的基础上，进行酵母自溶处理。酵母自溶的机理是细胞壁在β-葡聚糖酶作用下被降解并释放葡聚糖和甘露糖蛋白，而胞内蛋白质被蛋白酶降解释放氨基酸和多肽[9-10]。

酵母自溶主要受到温度、pH及自溶时间等因素的影响。温度、pH以及自溶时间都与酶活关系密切，适宜的温度和pH决定了酶活的稳定，自溶时间的长短决定了酶水解时间的长短，而酶解时间会影响酶解的效率，适宜的自溶时间能够提高酶解的效率，保证酶活的稳定，进而保证自溶过程的效率。不同酶的最高酶活对应的最适温度和pH不同，因此在酵母自溶时，选择大多数酶适宜的温度和pH就显得非常重要。

酵母的自溶是酵母抽提工艺中比较重要的一个环节，直接影响酵母抽提物的质量。酵母自溶依靠的是自身的酶进行分解，但事实上酵母细胞自身的酶很大一部分没有催化能力，或者催化能力比较弱，还会伴随自溶的进行不断消耗。所以，工业上为了保证自溶效率，同时保证后续工艺的顺利进行，常常添加外源促进剂或外源酶来提高自溶效率。张晓鸣等[11]通过实验发现，氯化钾能够改变酵母细胞与介质之间的渗透压，从而促使其发生质壁分离，引起酵母细胞死亡，加速酵母自溶。宋莲军等[12]以氯化钠为自溶促进剂，发现氯化钠激活了酵母细胞内自身的有关水解酶，促进了自溶。

3 酵母抽提物的研究现状及发展趋势

3.1 酵母抽提物的研究现状

与中国相比，一些发达国家对它的研究起步较早，经过几十年的不断研究，在酵母提取物的生产及应用方面已经领先世界。有些酵母提取物(如酵母调味品)的年产值更是超越了酵母本身。法国、荷兰等国家酵母抽提物的产值也在逐年增长，并已经成熟的应用于各种领域[13]。

与发达国家相比国内是近几年才逐渐认识到其在营养添加、风味增补以及医药领域的应用价值。因此，酵母抽提物在食品调味品领域中的地位逐步升高，产量在快速增加，生产技术在不断改进[14-15]，国内市场处于逐步打开阶段。其巨大的商业价值也吸引了一系列企业，其中较为成功的有安琪酵母股份有限公司及一品鲜生物科技有限公司等，并有一众中小型生产厂紧随其后，但目前来看还是远不能填补巨大的市场空缺，酵母抽提物仍处于供不应求状态。

在增加呈味物质以及改善提取过程等方面，国内外学者都进行了大量研究[16-19]。如为了大幅提高酵母抽提物中的呈味物质，日本、荷兰等国家选育了高含量RNA的酵母作为原料进行酵母抽提物生产。晏志云等[20]通过改进酵母自溶工艺中酶的选择及自溶后RNA的提取工艺，大幅提高了呈味物质含量。陈洁等[21]利用啤酒废酵母作为生产原料，当酵母自溶环节进行到某一特定程度时，灭活酵母自身内源酶的活性，同时加入5′-磷酸二酯酶粗酶液进行定向水解，结果呈味物质的含量得到大幅提升。任艳艳等[22]通过研究食品鲜味的改善与酵母抽提物的添加之间的关系发现，在鸡精调味料中添加一定量的酵母抽提物，不仅能够掩盖腥味和其他异味，同时能够增加醇厚感及食品鲜味。张博[23]将从酿酒酵母中提取的酵母抽提物新普乐添加于断奶猪仔日粮中，结果表明该添加物有助于提高仔猪的屠宰体重，并能够促进其大肠重量以及长度的增长和增加。刘通讯等[24]通过添加一定比例的酵母抽提物和大豆呈味肽到酱油中，结果大大改善了酱油本身的风味和鲜味，提高了酱油品质。在食品领域酵母抽提物已经被用作食品添加剂以及风味增补剂。并且由于酵母抽提物富含氨基酸、维生素及微量元素，这些物质等能够改善皮肤光泽，减少色素沉积，广泛应用于各种凝胶面膜和面霜等产品中。酵母抽提物也因常被用作氨基酸和抗生素等产品的生产原料而广泛活跃于微生物发酵和生物化工领域。酵母抽提物因其自身丰富的微量元素而常常用作微生物培养基的氮源，为微生物提供必要的营养[25-26]。

3.2 酵母抽提物研究的发展趋势

近年来，酵母抽提物的使用价值被人们广泛认可，需求量不断扩大，应用领域也越来越广。面对消费者日益增长的需求，食品制造商对酵母抽提物的质量、形态、营养和味道等的要求也越来越高，因此开发新产品已成为一种迫切趋势，促使科研人员对酵母抽提物进行深入探索。谷胱甘肽具有恢复细胞、抗氧化、维持免疫系统功能以及清除自由基等功能，日本研发出谷胱甘肽高含量的酵母抽提物，并在功能性食品和保健品领域进行了尝试。在医药领域，由于酵母抽提物富含谷氨酸，因此在促进幼儿大脑发育，修复神经系统疾病等方面有较好应用[27-28]。

目前，酵母抽提物的原料主要是面包酵母和啤酒酵母两大类。国内主要以面包酵母为原料，其优点在于不需要对酵母进行去苦味处理，且氨基酸含量较高，但其培养过程较为复杂，不如啤酒酵母容易获得；欧美国家主要是以啤酒酵母为原料，其优点是蛋白质含量丰富，培养条件简单，成本较低，但由于产物含有难以去除的苦涩味道，所以在生产时要先对啤酒酵母进行去苦味处理[29-30]。

国外对酵母抽提物的研究起步早，在研发及生产工艺等多方面都具有丰富的经验，技术趋于成熟。国内该领域的发展起步较晚，微生物发酵等生物领域对于酵母抽提物的需求量较大，食品及调味品等领域市场正在逐渐打开，技术还不够成熟，发展理念还不尽完善。目前的研究重心仍然在发展生化培养基的酵母膏等，而非调味品工业，所以目前国内调味品领域涉及的酵母抽提物仍然依靠进口[31]。

对比国内外学者研究的方向，未来对于酵母抽提物的研究和发展的方向主要集中在以下几点：1) 高呈味核苷酸酵母抽提物及风味化酵母抽提物研究。主要应用于食品调味品等领域，提高酵母抽提物的风味，使其在自身高营养价值下又能保证较高水平的调味作用；2) 高谷胱甘肽酵母抽提物研究。主要基于谷胱甘肽在医药领域的价值，高含量谷胱甘肽的酵母抽提物能够帮助人体排毒清毒，在保健品和医药领域具有很大的发展空间；3) 酵母抽提物生产原料的研究。主要集中在利用啤酒废酵母作为原料进行酵母抽提物生产，该原料为啤酒生产中的副产物，容易获得，且含有较高的蛋白质等营养成分，与其他原料相比具有节能环保等优点，能够产生巨大的经济效益[32-33]。

4 结 论

综上所述，酵母抽提物在国内外食品、调味品及微生物发酵等领域已经有了较完善的生产工艺。但从酵母抽提物的需求上看，目前仍然供不应求，国内外学者的研究也致力于对抽提工艺的改进、营养成分的丰富以及原料的优化，来提高酵母抽提物的产量及质量。从整个酵母抽提物的工艺环节出发，利用啤酒废酵母作为生产酵母抽提物的原料是非常可行的一种方法，不仅可以大大节约原料的成本，而且可以减轻环境污染，符合可持续性发展的国策方针，这种方法一旦完善必然会带来可观的经济和社会效益。