酵母菌生长问题研究论文

以糖类、淀粉和其它工农业副产物为原料，用发酵培养法生产的微生物制品。是酵母菌的简称。酵母是人类直接食用量最大的一种微生物。 1986年，全世界面包酵母的年产量为180万吨 (以30％固形物计)。酵母菌体含有丰富的蛋白质、脂肪、糖分和B族维生素等,以及酶、辅酶、核糖核酸、甾醇和一些新陈代谢的中间产物。有些酵母菌如酿酒酵母在嫌气条件下具有将糖转化为乙醇和二氧化碳的能力。 发展简史 公元前2300年，人类就开始利用含酵母的“老酵”制作面包。从埃及塞倍斯(Thebes)地区出土的面包房和酿酒房的残余模型看，早在公元前2000 年人类就已较好地利用酵母制作发酵食品和酿酒。公元前13世纪，面包焙烤的技术从埃及传到地中海和其它地区。1680年 A.van列文虎克用显微镜从一滴啤酒中发现酵母细胞，不久，人类就开始有意识地利用酵母（啤酒酵母泥）发面。酵母的重要性逐渐引起工业界的注意。 19世纪中期，欧洲工业革命产生了大量人口密集地区，要求工业界大规模的生产面包酵母以满足生产面包的需要。1846年，奥地利人 M.马克霍夫在维也纳建立世界上第一个酵母厂。该厂以粮食为原料,采用温和的通风培养法同时得到酵母和酒精，此法被称为“维也纳法”。因为是采用压榨机将 酵母从培养液中分离出来，所以产品称为“压榨酵母”。1876年，法国人L.巴斯德关于空气中的氧能促进酵母繁殖理论的发表，为大规模通风培养生产酵母奠定了基础。20世纪初期，由于酵母离心机的问世，丹麦和德国开始采用楚劳夫(Zulauf)法生产酵母，即将糖液缓慢地流入通风的发酵液内，俗称“流加培 养法”、“批式培养法”。楚劳夫法产品得率高，原料消耗低，过程易于控制，一直沿用至今，并不断得到改进和完善。20世纪20年代起，酵母生产用原料扩大 到使用糖蜜、木材水解液、亚硫酸纸浆废液和糖蜜酒精糟液等。60年代，以石油、煤炭和天然气等碳氢化合物及其二次加工产品（如醋酸、乙醇和甲醇等）为原料的工厂相继建立，改变了长期以来人们利用碳水化合物为原料的传统。 第一次世界大战爆发不久，德国开始研究用现代化方法生产酵母，以解决粮食缺乏和生产成本高的问题。至此，生产的实践和科学的发展为活性干酵母的生产提供了条件。第二次世界大战的爆发客观上推动了酵母生产的发展。由于压榨酵母含水量高，易于腐败，需要冷藏车运输等因素，不能满足战时特 殊环境的要求，导致活性干酵母的大规模生产。1945年，美国和欧洲一些军事机构、工厂共生产 400多万磅活性干酵母供战时急需。活性干酵母除主要供应面包和糕点等焙烤行业外，已扩大到在酿酒主要是葡萄酒和其它果酒酿造中应用。由于遗传工程和干燥技术的发展，一种新型的、高发酵力的、可直接与面粉混合使用制成面团的快速活性干酵母在60年代末问世，由荷兰古斯特公司首先开发和生产。 中国的酵母生产始于1922年。1949年以前只有上海大华利卫生食料厂和上海新亚酵素厂生产面包酵母，年产量仅为12t（以干酵 母计）。50年代,中国的酵母生产有了较大的发展，建立了数十家生产厂，并形成了独立的工业体系，80年代初，酵母生产厂已迅速增加到40多家。广东省酵 母生产居全国首位,到1988年,已建成年产2kt快速活性干酵母工厂两家。此外,江苏、河南等地建成利用味精废液、酒精废液等生产饲料酵母的工厂，年产量为 100～500t。面包酵母的种类已由单一的压榨酵母增加了活性干酵母、快速活性干酵母。食用酵母、药用醇母和饲料酵母的生产也有不同程度的发展。 1985年，中国酵母总产量已达11kt，其中面包酵母为5kt左右。 世界酵母生产正向大型化和自动化方向发展，生产过程已由计算机控制，劳动生产率高，如丹麦酒精公司酵母厂平均每人每年生产200t 压榨酵母。面包酵母产量较大的有荷兰吉斯特公司，年产量为200kt,其中一半加工成快速活性干酵母出口；法国勒沙夫公司为150kt;美国环球食品公司 为120kt。 产品种类 酵母产品有几种分类方法。以人类食用和作动物饲料的不同目的可分成食用酵母和饲料酵母。食用酵母中又分成面包酵母、食品酵母和药用酵母等。 面包酵母 又分压榨酵母、活性干酵母和快速活性干酵母。 ①压榨酵母：采用酿酒酵母生产的含水分70～73％的块状产品。呈淡黄色,具有紧密的结构且易粉碎,有强的发面能力。在4℃可保藏1个 月左右，在0℃能保藏2～3个月。产品最初是用板框压滤机将离心后的酵母乳压榨脱水得到的，因而被称为压榨酵母，俗称鲜酵母。发面时，其用量为面粉量的 1～2％,发面温度为28～30℃,发面时间随酵母用量、发面温度和面团含糖量等因素而异，一般为1～3小时。 ②活性干酵母:采用酿酒酵母生产的含水分8％左右、颗粒状、具有发面能力的干酵母产品。采用具有耐干燥能力、发酵力稳定的醇母经培养得到鲜酵母，再经挤压成型和干燥而制成。发酵效果与压榨酵母相近。产品用真空或充惰性气体（如氮气或二氧化碳）的铝箔袋或金属罐包装，货架寿命为半年到 1年。与压榨酵母相比,它具有保藏期长，不需低温保藏，运输和使用方便等优点。 ③快速活性干酵母：一种新型的具有快速高效发酵力的细小颗粒状（直径小于1mm）产品。水分含量为4～6％。它是在活性干酵母的基 础上,采用遗传工程技术获得高度耐干燥的酿酒酵母菌株，经特殊的营养配比和严格的增殖培养条件以及采用流化床干燥设备干燥而得。与活性干酵母相同,采用真 空或充惰气体保藏,货架寿命为1年以上。与活性干酵母相比,颗粒较小,发酵力高,使用时不需先水化而可直接与面粉混合加水制成面团发酵，在短时间内发酵完毕即可焙烤成食品。该产品在本世纪70年代才在市场上出现，深受消费者的欢迎。 食品酵母 不具有发酵力的繁殖能力，供人类食用的干酵母粉或颗粒状产品。它可通过回收啤酒厂的酵母泥、或为了人类营养的要求专门培养并干燥而得。美国、日本及欧洲一些国家在普通的粮食制品如面包、蛋糕、饼干和烤饼中掺入 5％左右的食用酵母粉以提高食品的营养价值。酵母自溶物可作为肉类、果酱、汤类、奶酪、面包类食品、蔬菜及调味料的添加剂；在婴儿食品、健康食品中作为食品营养强化剂。由酵母自溶浸出物制得的5′-核苷酸与味精配合可作为强化食品风味的添加剂（见核苷酸类调味料）。从酵母中提取的浓缩转化酶用作方蛋夹心巧克力的液化剂。从以乳清为原料生产的酵母中提取的乳糖酶，可用于牛奶加工以增加甜度，防止乳清浓缩液中乳糖的结晶，适应不耐乳糖症的消费者的需要。 药用酵母 制造方法和性质与食品酵母相同。由于它含有丰富的蛋白质、维生素和酶等生理活性物质，医药上将其制成酵母片如食母生片，用于治疗因不合理的饮食引起的消化不良症。体质衰弱的人服用后能起到一定程度的调整新陈代谢机能的作用。在酵母培养过程中，如添加一些特殊的元素制成含硒、铬等微量元素的酵母，对一些疾 病具有一定的疗效。如含硒酵母用于治疗克山病和大骨节病，并有一定防止细胞衰老的作用；含铬酵母可用于治疗糖尿病等。 饲料酵母 通常用假丝酵母或脆壁克鲁维酵母经培养、干燥制成。是不具有发酵力,细胞呈死亡状态的粉末状或颗粒状产品。它含有丰富的蛋白质(30～40％左右)、B 族维生素、氨基酸等物质,广泛用作动物饲料的蛋白质补充物。它能促进动物的生长发育，缩短饲养期，增加肉量和蛋量，改良肉质和提高瘦肉率，改善皮毛的光泽度，并能增强幼禽畜的抗病能力。 产品质量 面包酵母的主要质量指针是发酵力，即在一定时间、温度和一定种类的面团中发酵排出的二氧化碳量（以ml数表示）。目前世界上通用的测定方法为黑达克面团 法。美国、西欧国家和中国等采用此法。苏联采用面团发酵后增加的体积量计算酵母的发酵力。罗马尼亚采用将面团沉入水中，计算面团浮到水面所需的时间计算酵母的发酵力。由于各酵母厂采用的测定条件如温度、时间、酵母用量、面团种类不同，尚没有统一的国际标准。一般发酵力的范围为500～1200,数值越大表 明酵母的发酵力越高，产品质量越好。食品酵母和药用酵母主要以蛋白质和 B族维生素含量为标准。饲料酵母主要以蛋白质含量为分级标准。 生理酵母营专性或兼性好氧生活，目前未知专性厌氧的酵母。在缺乏氧气时，发酵型的酵母通过将糖类转化成为二氧化碳和乙醇来获取能量。 C6H12O6 （葡萄糖） →2C2H5OH + 2CO2 在酿酒过程中，乙醇被保留下来；在烤面包或蒸馒头的过程中，二氧化碳将面团发起，而酒精则挥发。 生殖酵母可以通过出芽进行无性生殖，也可以通过形成子囊孢子进行有性生殖。无性生殖即在环境条件适合时，从母细胞上长出一个芽，逐渐长到成熟大小后与母体分离。在营养状况不好时，一些可进行有性生殖的酵母会形成孢子，在条件适合时再萌发。一些酵母，如假丝酵母（或称念珠菌，Candida）不能进行无性繁殖。 生产方法利用发酵工业中常用的通风流加培养法，将琼脂斜面试管内的纯种酵母经过数次逐级扩大增殖培养，再在发酵罐内增殖培养后，经过离心分离、压榨和干燥得到酵母产品。下图表示以糖蜜为原料生产面包酵母的流程。 分离多数酵母可以分离于富含糖类的环境中，比如一些水果（葡萄、苹果、桃等）或者植物分泌物（如仙人掌的汁）。一些酵母在昆虫体内生活。 用途最常提到的酵母酿酒酵母（也称面包酵母）(Saccharomyces cerevisiae)，自从几千年前人类就用其发酵面包和酒类，在酦酵面包和馒头的过程中面团中会放出二氧化碳。 在医药工业中，酵母及其制品用于治疗某些消化不良症，并能提高和调整人体的新陈代谢机能。因此，药用酵母的生产在酵母工业中占有重要的地位。 因酵母属于简单的单细胞真核生物，易于培养，且生长迅速，被广泛用于现代生物学研究中。如酿酒酵母作为重要的模式生物，也是遗传学和分子生物学的重要研究材料。 危害有些酵母菌对生物或用具是有害的，例如红酵母(Rhodotorula)会生长在浴帘等潮湿的家具上；白色假丝酵母（或称白色念珠菌）(Candida albicans)会生长在阴道衬壁等湿润的人类上皮组织。 酵母菌在畜牧业中，酵母广泛用作精饲料以增加饲料中的蛋白质含量,对提高禽畜的出肉率、产蛋率和产乳率,对肉质的改良和毛皮质量的提高均有明显的效果。 ①菌种：用于生产面包酵母的菌种为酿酒酵母。用于生产食品酵母和药用酵母的菌种有酿酒酵母和葡萄汁酵母。用于生产饲料酵母的菌种有产朊假丝酵母和脆壁克鲁维酵母，后者也可用于生产食用酵母和用于制备酵母自溶物等产品。 ②原料：主要是甜菜糖蜜（见甜菜制糖）、甘蔗糖蜜（见甘蔗制糖）和粮食原料。甜菜糖蜜含糖量高（还原糖50％左右），生产出的酵母颜色较浅。由于其含有不能被酵母利用的甜菜碱，因此酵母废水中的生物需氧量(BOD)较 高。甘蔗糖蜜的含糖量稍低于甜菜糖蜜,酵母生长时必需的生物素含量较高，灰分含量也较高。生产酵母时，如能采用80％甜菜糖蜜和20％甘蔗糖蜜，得到的酵 母无论在质量上还是数量上都比较好。但不论何种糖蜜都含有妨害酵母生长和繁殖、影响最终产品质量的杂质，必须经过处理才能用于生产。常用的处理方法有硫酸或磷酸加热处理澄清法。糖蜜稀释后，加少量酸并升温到90～100℃，在该温度下维持0.5～1.0小时,然后加石灰乳中和至糖液的pH为5.0左右,用 自然沉清法或机械分离法得到澄清的糖液供酵母生长和繁殖用。 玉米、小麦和土豆等也可作为生产酵母的原料。但由于酵母不能直接利用淀粉，必须用酸或酶法将淀粉水解为糖。由于淀粉水解和其它因素的影响，培养酵母的条件亦与糖蜜不同。此外，亚硫酸纸浆废液、木材水解液、乳清以及酒精废液和味精废液等都可作为生产饲料酵母的原料。苏联等国利用正烷烃和 甲醇等石油加工产品作为生产饲料酵母的原料。 为了保证酵母生长繁殖,除供应上述的碳源外,还必需添加一定量的营养盐如磷酸铵、硫酸铵、硫酸镁、氨水和尿素等作为氮源和磷源。为了使面包酵母具有高的发酵力,添加的氮源与磷源量应有一定的比例。此外,生物素、泛酸、肌醇和硫胺素等都是酵母生长和繁殖的基本要素，可根据产品的种类及所用的原料加以适量补充。 ③增殖培养:从实验室的斜面试管纯种开始,在严格的无菌条件下，经三角瓶(500～5000ml)、卡氏罐(10l)、种母罐 (500～10000l)等逐级扩大培养,使酵母细胞量成倍增加,然后将种母罐内的酵母作为种母接入发酵罐,用通风流加培养法得到酵母，称为第一代酵母。继续用这种酵母为种母进行培养得到第二代酵母。用同样方法得到第三代酵母即为商品酵母。从三角瓶培养到种母罐培养一般采用12°Be′麦芽汁为培养基， 30℃微量通风培养12～24小时。如种母罐较大，可采用部分麦芽汁和部分糖蜜为培养基，30℃通风培养12～14小时，培养结束时，用显微镜检查酵母的 生长情况，酵母细胞应大小均匀，强壮，无杂菌。一般500l种母罐内培养可得到鲜酵母约5kg（以压榨酵母计）。 商品酵母的繁殖是在发酵罐 (50～200m3)内用通风流加培养法进行。将种母罐内的酵母加入发酵罐与一定量水混合成一定浓度，在通风条件下将糖液和营养盐按比例流加，30℃培养12～18小时。培养过程中残糖量控制在0.10～0.50g/100ml,并用氢氧化钠或碳酸钠调节培养液pH为4.5±0.5范围。通风量随发酵罐类型、培养条件及酵母种类而异，一般为1:1左右,即每分钟通入与发酵培养液体积 等量的空气。培养过程中产生的泡沫用食用油或合成消泡剂消泡。培养结束时，酵母浓度一般为4～6％（干基计）。在理想条件下,酵母细胞可在2.5小时内成 倍增长，可将100g糖转化为56.7g干细胞物质。 ④分离和压榨：酵母繁殖培养阶段结束后，用离心机将酵母从发酵液内分离出，用水将酵母乳洗涤2～3次，除去发酵液内酵母代谢副产物、 杂质和杂菌等。一般最终酵母乳内含有18～20％酵母(以压榨酵母计)。如酵母乳的颜色较深，可增加水洗涤次数和水量，或添加少量的酸至洗涤水中以增加洗涤效果。正常的酵母乳为乳白色或略带米黄色。酵母乳再经板框压滤机或真空转鼓过滤机脱水。脱水后的酵母成饼状，水分含量为70～73％，加入少许食油及调 整水分后，经挤压机挤压成一定形状和重量的块状产品（如50g和500g）,用蜡纸包装成为产品，在0～4℃贮藏、销售。 ⑤干燥：将鲜酵母制成活性干酵母的干燥是技术要求很高的过程，要避免酵母在干燥过程中受热而丧失发酵力。传统的干燥方法是先将鲜酵母挤压成圆柱形(2～3mm长)后，在箱式干燥机内采用连续或间歇式干燥，热空气温度不超过40℃。此法所用设备简单，但干燥时间较长，发酵力损失较大。现采用此法生产活性干酵母的厂家已为数不多。 国际上普遍采用流化床干燥设备用于商品活性干酵母和快速活性干酵母的生产，分连续和间歇式两种。干燥过程中，酵母颗粒处于沸腾状态。干燥初期，酵母含水分较高，进入的空气温度可达100～150℃，酵母脱水速度较快；干燥后期空气温度应适当降低，使酵母温度始终维持在30～40℃ 之间，总的干燥时间约 1小时左右，随干燥机的形状、装料量、空气状况等而异。在干燥前，往鲜酵母内加入某些种类的乳化剂可以改善干醇母的再水化性能,增强酵母对热干燥的抵抗能 力,减少发酵力的损失。通常采用的乳化剂有单硬脂酸山梨糖醇酐、蔗糖酯和柠檬酸酯等，添加量为酵母干物质量的0.5～2.0％。为防止干酵母的氧化，亦可 添加少量的抗氧化剂如丁酰羟基苯甲醚等,添加量为0.1％。由于这些化合物的添加，使活性干酵母的贮藏稳定性大为改善。 食品酵母、药用酵母和饲料酵母的干燥较为简单。由于这些产品不要求保留酵母的发酵力，可采用离心喷雾干燥法和滚筒干燥法。