制备活性干酵母的工艺研究

张玲玲 宋璐 韩冉 刘胜斌 孟梦 侯丽华

摘要：活性干酵母因其保存和运输方便、发酵进程激活快、乙醇生成速率高等优点逐渐在工业中被推广。实验室前期筛选出了优秀的酿酒酵母，但缺少活性干酵母制备工艺的研究与优化，该研究在前期研究的基础上，将筛选出的优良酿酒酵母进行活性干酵母制备条件的优化。结果表明，酿酒酵母菌株H1制备活性干酵母的最佳工艺是离心速度4 500 r/min、离心时间10 min、添加10%乳糖作为保护剂进行冷冻干燥。将干酵母的菌体用水稀释25倍，在水温45 ℃、葡萄糖浓度为5%的条件下复水活化30 min，与鲜酵母同时接入发酵培养基中进行发酵试验，发酵结束后，干酵母和鲜酵母试验组原料（还原糖）剩余量分别为0.93，0.82 g/dL，产物（乙醇）生成量分別为9.60，9.72 g/dL，可知干酵母依旧保持良好的发酵性能。该研究以期为小批量简便制备活性干酵母提供理论依据和技术方法。

关键词：活性干酵母；离心条件；冷冻干燥保护剂；复水活化条件；发酵性能

中图分类号：TS201.3      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）08-0121-04

Study on the Preparation Process of Active Dry Yeast

ZHANG Ling-ling1，2， SONG Lu1，2， HAN Ran1，2， LIU Sheng-bin1，2， MENG Meng1，2， HOU Li-hua1，2*

（1.College of Food Science and Engineering， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300457，

China； 2.Key Laboratory of Food Quality and Health in Tianjin， Tianjin 300457， China）

Abstract：Active dry yeast is gradually promoted in industry due to its convenient storage and transportation， fast activation of fermentation process and high ethanol production rate. In the laboratory， excellent Saccharomyces cerevisiae is screened out in the early stage， but there is a lack of research and optimization of the preparation process of active dry yeast. Based on the previous research， in this study， the preparation conditions of active dry yeast for the screened excellent Saccharomyces cerevisiae are optimized. The results show that the best process of preparing active dry yeast by Saccharomyces cerevisiae strain H1 is centrifugation speed of 4 500 r/min， centrifugation time of 10 min， and addition of 10% lactose as the protectant for freeze-drying. Dilute the dry yeast cells 25 times with water， and activate them by rehydrating under the conditions of 45 ℃ water temperature and 5% glucose concentration for 30 min. Add it into the fermentation medium with fresh yeast simultaneously for fermentation test. After fermentation， the remaining amount of raw material （reducing sugar） in the dry yeast and fresh yeast test groups is 0.93， 0.82 g/dL respectively， and the production amount of product （ethanol） is 9.60， 9.72 g/dL respectively. It can be seen that dry yeast still maintains good fermentation performance. The aim of this study is to provide a theoretical basis and technical method for the simple preparation of active dry yeast in small batches.

Key words： active dry yeast; centrifugal conditions; freeze-drying protectant; rehydration activation conditions; fermentation performance

收稿日期：2023-02-14

基金项目：天津市科技计划项目（21ZYQCSY00050）资助

作者简介：张玲玲（1990－），女，浙江嵊州人，工程师，硕士，研究方向：食品营养与化学。

通信作者：侯丽华（1974－），女，黑龙江哈尔滨人，教授，博士生导师，博士，研究方向：食品微生物、食品发酵。

活性干酵母是鲜酵母经干燥脱水处理，复水活化后仍具备较强发酵能力的干酵母制品[1]。其水分含量在4%～6%左右，保存形式一般是细条状或小球状颗粒。相比于鲜酵母，活性干酵母具有鲜明的优势。第一，存储物流方便：鲜酵母需要低温保存[2]，且每隔一段时间需要活化并繁殖，恢复活性后需继续低温保存[3]。而活性干酵母粉水分含量低，酵母处于休眠状态，可在常温（25 ℃）下储存24个月，期间不需做活化处理[4]，有效降低了保藏成本和运输成本。第二，发酵进程激活快：鲜酵母需确定发酵能力才可使用，因此在使用前需要培养1～2 d，计算其活菌数后再投入使用[5]。而活性干酵母活化后便可使用，活化时间短则10～15 min，长则20～30 min，某些成熟的干酵母产品已投入商业使用[6]。第三，产物生成速率高：底物中的碳源作为其能源物质[7]，活性干酵母活化后酵母菌扩大培养与厌氧发酵同时进行，极大提高了底物的利用率，并提升了产物乙醇的生成速率。因此，活性干酵母的应用更利于现代工业的发展。

我国从20世纪70年代开始研究和生产活性干酵母，虽然时间不长，但是活性干酵母的研究已经取得了很大的进展[8]。活性干酵母的生产工艺日趋成熟，工艺流程见图1，酵母在与培养基分离以及干燥的过程中，数量和活性均会有所损失，因此优化分离与干燥这两个条件将是制备活性干酵母的关键，以期用温和节能的方法获得高活性的干酵母。酵母菌菌体细胞与培养液的分离普遍采用离心分离的方法，在离心过程中，不当的离心时间和速度会对酵母菌体产生不良影响。过高的速度和过长的时间会导致菌体损伤甚至死亡，过低的速度和过短的时间会造成离心不彻底，菌体大量损失。因此，需要找到最佳的离心参数。活性干酵母制备过程中的干燥方法有很多，如热干燥法、滚筒干燥法、真空冷冻干燥法等[9-10]。其中真空冷冻干燥法[11]是将物料先冷冻成固体，然后在真空条件下对物料加热，将冰升华为蒸气使物料干燥的过程。与其他干燥方法相比，真空冷冻干燥能够减少高温对物料的影响，最大限度保持物料中的芳香物质及营养成分，制品的含水量也更少，同时低温和真空的状态能够抑制微生物的生长，保护物料不被氧化。因此，本研究采取真空冷冻干燥法进行干燥条件的优化。

实验室前期筛选出了优良的酿酒酵母，但是缺少对活性干酵母制备工艺的研究与优化，本研究在前期研究的基础上，将筛选出的优良酿酒酵母进行活性干酵母的制备条件優化，之后将最佳制备条件下的干酵母进行复水活化条件的优化，研究复水条件并检验活性干酵母的活性，技术路线见图2。本研究以期为小批量简便制备活性干酵母提供理论依据和技术方法。

1 材料与方法

1.1 菌种及培养基

菌种：天津科技大学诱变选育的编号为H1的优良酿酒酵母。

YPD培养基（yeast extract peptone dextrose，YPD）[12]：1%酵母膏、2%蛋白胨、1.5%琼脂粉，115 ℃高温灭菌20 min，添加5%的葡萄糖。

玉米培养基：玉米面经糖化后得到葡萄糖浓度为240 g/L的发酵培养基，添加0.05％的（NH4）2HPO4和0.05％的KH2PO4。

1.2 材料与试剂

玉米面：购于天津市滨海新区明耀超市；L-谷氨酸钠、脱脂奶粉、麦芽糖、海藻糖（均为分析纯）：Solarbio公司；乳糖（分析纯）：天津市奥淇医科医药销售有限公司。

1.3 仪器与设备

微量离心机、冷冻大容量离心机 美瑞泰克科技（天津）有限公司；真空冷冻干燥机 Christ公司。

1.4 试验方法

1.4.1 活性干酵母生产工艺流程

活性干酵母生产工艺流程见图1。

1.4.2 本研究技术路线

活性干酵母制备工艺见图2。

1.4.3 计算方法

参照GB 4789.15－2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》[13]的方法进行酵母菌的计数。

冷冻干燥后酵母菌的存活率=（冷冻干燥后的活菌数/冷冻干燥前的活菌数）×100%。

离心收得率=（沉淀中活菌数/初始活菌数）×100%。

所有试验均重复3次，所列的数据均是3次独立试验的平均值。

2 结果与讨论

本研究以天津科技大学诱变选育的优秀酿酒酵母H1进行活性干酵母的制备试验，优化活性干酵母制备过程中的离心条件并选择合适的冷冻干燥保护剂，干酵母制备完成后优化复水活化条件，试验结果如下。

2.1 离心条件

离心条件的筛选对菌体数量及活性起着关键的作用，是决定后续干酵母中活菌数量的重要环节，因此对离心速度和离心时间的优化至关重要。本研究从离心速度3 500 r/min开始，隔一段速度设置一个取样点，离心时间从10 min开始，每增加5 min设置一个取样点，条件设置及得到的酵母收得率见图3。

不同的离心速度和离心时间获得的酵母收得率差距较大，分布在38%～75%区间，由图3可知，离心速度越快，离心时间越长，酵母的收得率并非越高，离心速度为4 500 r/min时的收得率比其他转速的收得率普遍要高，而当离心速度为4 500 r/min、离心时间为10 min时，酵母收得率最高，为75%，即活性干酵母制备的最优离心条件。

2.2 冷冻干燥保护剂选择

冷冻干燥保护剂是指可以保护细胞免受冷冻损伤、防止活性组分发生变性的物质。在细胞悬液中加入冷冻干燥保护剂可保护酵母在冷冻过程中不受冰晶对细胞的损害。作用原理：一方面，冷冻干燥保护剂与溶液中的游离水分子结合，发生水合作用，游离水分子减少，则溶液的黏性增加，温度降低时冰晶生成量减少，水的结晶过程被弱化；另一方面，冷冻干燥保护剂增加了溶液浓度，维持了细胞内外的摩尔浓度，使细胞免受细胞质中电解质的伤害。因此，在冷冻干燥过程中选择保护剂非常有必要。但是由于细胞结构不同，保护剂的选择也不同，选择合适的保护剂会有事半功倍的效果。

本研究选取市场上购买的8种不同的冷冻干燥保护剂添加在制备活性干酵母的中间过程，保护剂与菌悬液的比例为1∶3，得到的酿酒酵母存活率见图4。

由图4可知，不同的冷冻干燥保护剂对酿酒酵母的保护性能有很大差距，添加甘油保护剂的试验组，酿酒酵母在冷冻干燥后存活率不到2%，大部分没有存活，保护效果不佳；而添加脱脂奶粉和乳糖保护剂的试验组，酿酒酵母在冷冻干燥后存活率分别达到22.10%和22.54%，是8种冷冻干燥保护剂中保护效果较好的。因此考虑这两种保护剂，根据市场购入价格（见表1），乳糖比脱脂奶粉的单价低0.43元/g，与其他保护剂进行比较，乳糖单价最低，保护效果最好，因此本研究中最优冷冻干燥保护剂为乳糖。

2.3 复水活化条件

活性干酵母的含水量一般在4%～6%左右，与鲜酵母的含水量相差很多，干酵母在使用前需复水活化，才能激发其发酵活力，合适的复水活化条件可在最节省能源的条件下最大力度激发酵母的活性，且复水活化是活性干酵母使用的必经流程，因此活化条件的优化至关重要。据研究，活性干酵母复水后活性的好坏受活化用水稀释数、活化温度、活化葡萄糖浓度和活化时间的影响，因此，对上述4个因素对活性干酵母复水活化后的活性影响进行了正交试验，正交试验因素水平表见表2，正交试验结果见表3。

通过极差分析可知，复水活化最关键的因素是活化温度，其次是活化用水稀释数、活化时间、活化葡萄糖浓度，各因素主次排序为B＞A＞D＞C，由结果可知最优的组合为A3B3C2D2，即活化用水稀释倍数为25倍，活化温度为45 ℃，活化葡萄糖浓度为5%，活化时间为30 min。

2.4 对比试验

将编号为H1的酿酒酵母菌株在离心速度4 500 r/min、离心时间10 min得到的菌体，添加10%乳糖作为保护剂进行冷冻干燥制得活性干酵母。将活性干酵母进行复水活化，采用水稀释25倍，水温45 ℃，葡萄糖浓度5%，活化30 min，与鲜酵母同时接入发酵培养基中进行发酵试验，结果见表4。

由表4可知，鲜酵母和干酵母在发酵结束后，原料（还原糖）剩余量分别为0.82，0.93 g/dL，产物（乙醇）生成量分别为9.72，9.60 g/dL，可知干酵母消耗还原糖的量以及生成乙醇的量与鲜酵母相差不大，可认为通过以上优化条件制得的活性干酵母依旧保持着良好的发酵性能，表明活性干酵母的制备条件优良。

3 结论

本研究对优良酵母发酵菌株（天津科技大学诱变选育编号为H1）进行了活性干酵母的制备工艺条件的探讨和优化，结果表明，H1酿酒酵母菌株的活性干酵母最优制备条件为离心速度4 500 r/min、离心时间10 min、添加10%乳糖作为冷冻干燥保护剂进行冷冻干燥。将制得的活性干酵母用水稀释25倍，水温控制在45 ℃，葡萄糖浓度为5%，活化30 min，与鲜酵母同时接入发酵培养基中进行发酵试验，发酵结束后，原料（还原糖）剩余量分別为0.93，0.82 g/dL，产物（乙醇）生成量分别为9.60，9.72 g/dL，可知干酵母消耗还原糖的量以及生成乙醇的量与鲜酵母相差不大，表明干酵母依旧保持着良好的发酵性能，本研究为进一步促进活性干酵母在乙醇工业化生产中的应用提供了参考。

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