啤酒酵母的改良途径

《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry Vo1．21·No．3，2000 瓣 7 o一 啤 酒 酵 母 的 改 良 途 径 梅丛笑方元超＼／兰福荣 (天津轻工业学院食工系 234信箱 ．天津 300222) 了 2 t2- 7-s 6 1I t ● + ● ●● ● ● ● ● ● ● ● 一 ● 一 ● 一 一 ⋯ ⋯ ● 一 ● 一 一 ● ● ’ ● + ● + ● ●+ ● + ● J+ ● 1一 ⋯ + ～ ● 摘 要 混浊(沉淀)的产生、口味的变化、风味的老化和色泽的变化是啤酒生产中的主要质量问题，培育优良啤 酒酵母则是解决这些问题的重要途径．详细论述 r诱变与筛选 杂交、原生质体融台和基因工程在啤糟酵母改良上的 诲述 较， of taste·the aging of flavor and the change of color were the c ritica[problems influencing the quality of beer．It’s the important㈣ n to breed exeel[ent beer yeast solving above m entioned technical problems．The paper dwelled on the application of the mutation breeding，screening，hybridiza tion，protoplast fusion．especially genetic engineering to the improvement of beer yeast It predicted the prospect of ge netic engineering． Key words saccharomyces cerevisiae~avenues of improvement 啤酒是当前最受欢迎的饮料之一，其质量与原料 大麦芽、水、酒花和啤酒酵母株息息相关。其中，酵母 菌种的优劣对啤酒质量起着至关重要的作用，可以说 是啤酒的灵魂。使用优 良啤酒酵母在工艺 中解决沉 淀、口味及色泽变化、风味老化等问题是啤酒生产中 的一大技术突破。 1 优良啤酒酵母的特性 1．1 良好的发酵力 能缩短发酵时间．提高效率；具有良好的合成麦 芽糖和麦芽三糖渗透酶的能力；可利用麦芽糖和麦芽 三糖进行发酵；能利用糊精使之分解 1．2 合成酶 蛋白质和葡聚糖是 引起 啤酒混浊沉淀的两种重 要物质，优良的啤酒应能产生蛋白酶和葡聚糖酶使原 料中的蛋白质和葡聚糖分解 ，从而减少混浊沉淀的生 成，有助于过滤和提高啤酒的稳定性。 1．3 较强的耐受性 具有较强的对低温、压力 、高浓度酒精和麦汁浓 度的耐受性 。 1．4 适度的凝集性 适当的凝集性，有利于实施连续化发酵，可达到 较高的发酵度、沉淀坚实、易于分离。 1．5 改善风 昧 啤酒中的双乙酰含量达 0．1mg／kg以上时，便会 产生类似冷饭腐败之不 良气味 (off—flavor)，啤酒 的 爽快感消失。如酵母能产生 a一乙酰乳酸脱羧酶，则可 · 0· 使双乙酰的前驱物a一乙酰乳酸侠速转化为 3一羟基一2一 丁酮，并可缩短储酒时问 J。 1．6 稳定性强 具有较强的抗变异能力 ．可连续多代发酵而对发 酵度、发酵速度、酒的风味等指标明显影响。 1．7 抗嗜杀酵母 可产生杀手 因子 (Killer factor，又称 为嗜 杀毒 素)或具有抗嗜杀酵母(Killer yeast)的作用。这样，可 抵抗各种杂菌的污染。 1．8 繁殖快 酵母细胞能很快进入对数生长期。 1．9 比面积大 优良的酵母细胞长短轴之比一般为 1．1～1．3： 1，体积大小在 10O～160um 2 啤酒酵母的改良途径 2．1 诱变与筛选 从自然界直接分离筛选耐高浓度乙醇酵母是一 种经济实用的途径 Ernandes从粗循环酵母样品中 分离得到两株酵母菌 Et一2和 Et 4，可利用 35 的糖 浆发 酵，产 生 高达 18．5 (v／V)的 乙醇 j。A— likhangan用 uV照射和 EDS诱变 S．oviformis，使 酵母细胞的乙醇耐受性从 14．1 提高到 17．5 。贺 家明等人 以最低致死酒精浓度 为筛选工具 ，用 20万 伦琴的射线处理嘉士伯酵母(s．carlsbergensis)后． 再经 uV处理 3min，经多次分纯，使酵母耐糖度从 24。P提高到 28。P，耐乙醇从 8．2 (m／m)提高到 维普资讯 http://www.cqvip.com 《食品工业科技≥ Science and Technology of Food Industry Vo1．21·No．3·2000 9．4 5 (m／rn)、发酵度从 i 4 P提高到 1 8’【 ．FL肚能 稳定 。此外，此途径还可提高酵母对糖的利用 麦汁 中的糖类主要为麦芽糖和麦芽三糖，而啤酒酵母 S． cerevisiae和 S．uvarHm对糖 的摄取顺序为蔗糖>葡 萄糖>果糖>麦芽糖和麦芽二糖．且葡萄糖会抑制麦 芽糖和麦芽三糖之摄取．这是因为葡萄糖能抑制麦芽 糖和麦芽三糖的输送酶的活性 2．2 杂交 CastilIn用对 7 (V／V)乙醇敏感的酵母 I s：和 可在 1 2 (V／V)乙醇中生长的酵母 I Al进行杂交， 获得 的 I s5、6C杂交株可产生 l●．11 (V／V 的己 醇 。采用强迫交配法(Rare madng)町育成抗嗜杀 酵母的啤酒酵母 。强迫交配法指非交配型菌株(如非 整倍体和多倍体)在高密度状态下 与单倍体菌株交 配 嗜杀酵母的细胞质中带有嗜杀因子．该因子为存 在于 Saccharomyces属的细胞质内的双股 RNA．它 可杀死其它种属酵母 。通过强迫交配法将嗜杀酵母的 嗜杀因子导入啤酒酵母的细胞中．使啤酒酵母具有嗜 杀因子，则可防止其它酵母菌株的污染 。 2．3 原生质体融合 克服了杂交法不易交配及产孢的局限．加之啤酒 酵母多为多倍体或非整倍体，故用此法很适于啤酒酵 母的改良。日本三井造船株式会社用具有絮凝性，可 生成约 11 乙醇的 TJ1菌株与具有耐高温、耐乙醇、 无絮凝的Nl菌株进行融台．获得的融合株AMl 2具 有双亲特性，可生成 20 的乙醇 ，发酵速度 比 Nl快 一 倍。朱文深研究口]，用此法育成的融台株 1400具有 分解糊精的能力，可 比双亲产生更高浓度的乙醇 。用 此法培育的啤酒酵母菌株在含有葡萄糖的培养基中． 具有最佳的发酵力．且具有很强的耐压、耐热特性。缺 点是啤酒风味不佳．仍需进一步改良。 2．4 基因工程 利用此技术从生物体内提取出所欲表达的基 或人工合成的DNA，接人到适当的载体上．再转入啤 酒酵母细胞中，使遗传物质重新组台，可极大地改良 啤酒酵母 。 2．4．1 提高啤酒的风昧 双乙酰是一种对啤酒风昧 不利的物质，芬兰 VTT公司成功地将细菌 Klebsie] la terr Egena的 n乙酰乳酸脱羧酶基因移人啤酒酵 母 细胞 中，此酶可将乙酰乳酸脱援化以防止双乙酰的生 成．并缩短成熟期。啤酒酵母 的 MET1 0基因是编码 一 种亚硫酸盐还原酶所必须的多肽 ，该酶催化亚硫酸 盐分解 利用基因工程使酵母菌株的 MET]0基因失 活，便可在发酵过程 中产生较多的亚硫酸盐和二氧化 硫，可防止啤酒风味物质的氧化和减少混浊沉淀现象 的发生 将桑蚕的能消除自由基的基因转移到啤酒酵 母细胞t}r．可有效地清除啤酒 中的 自由基 ．提高啤酒 的风味 2 4．2 嗜杀啤酒酵母的选育 野生酵母的污染会影 响啤酒的生物稳定性．也会带来异昧 。因此 ．在啤酒酿 造中．防止野生酵母的污染至关重要，Ymashita等 人 成功地将嗜杀酵母的基因转移到啤酒酵母中。嗜 杀啤酒酵母能抑制发酵过程中野生酵母的生长，净化 发酵系统 2．4 3 分解葡聚耱啤酒酵母的选育 选育具有分解 葡聚糖能力的啤酒酵母可以提高啤酒的稳定性。 Hmchliffe ” 成功地将 B．subtitis的葡聚糖酶基 因 转移到啤酒酵母中．获得了具有分解葡聚糖能力的啤 酒酵母 缺点是菌株的葡聚糖酶的活力较低．其原因 主要是因为该酶为胞内酶 ；另一方面．B．subtilis的基 因不能在酵母细胞中有效地表达 Mcaden等人 ：成 功地用 B．subtil Es克隆 具有分解葡聚糖功能的啤 酒酵母。Pentlila等人l】 则成功地将真菌的葡聚糖藏 历克隆而获得一株具有较强的分解葡聚糖能力的改 良啤酒酵母，该菌株可显著地降低葡聚糖带来的危 害．对啤酒质量无任何影响 2．4．4 分解淀粉和糊精啤酒酵母的选 育 Innis等 人 成功地构建成能够产生分解糊精的胞内糖化酶 的啤酒酵母菌种，该菌株可 分解麦汁中的残余的糊 精 Amanda等人 。 通过对克隆糖化酶基因的研究 证实了即使不需要高表达的启动子，也可以产生具有 足够量糖化酶活力的啤酒酵母菌株，此菌株可分解麦 汁中 70 的糊精 目前正在研究开发的酵母菌株还有：增加乙酸乙 酯含量的菌株、硫化氢含量低的菌株、耐高温菌株、改 善啤洒泡沫性能的菌株、无醇啤酒菌株、抗老化菌株 和类胆固醇含量高的菌株等 遗憾的是 ．目前的研究 只局限于改良啤酒酵母的某一方面性状 ．而不能同时 改良啤酒酵母的几个遗传性状 屁然．这是一个值得 研究的方向 基因工程是啤酒酵母改良的一条非常重 要的途径 ．需要注意的几个问题：一是外源基因的表 达不能影响酿造啤酒酵母的酿造特 眭；二是 目的基因 应从无毒的菌株中获取；三是要避免不良性状基因的 表达。未来经济发展和技术的进步，将为基因工程在 啤酒酵母的改良上提供更加广阔的空间。 参考文献 l 黄黄林 啤酒的酿造新技术 ．制酒科技专 }芑．1981(1O) 2 Ernan~]es J．R Bi￡)techno1．1ett r，1 990(1 21：4 63～ 465 3 贺家叫．赵祥翱．陈苏萍 酵母苗耐乙醇性状＆提高其乙 醇耐性 的途程 ．LU东食品发酵 ．19991 3)：6～11 4 倪德全 ．啤酒酿造微生物的研究发展—— 啤酒 酵母的酿 · 71· 维普资讯 http://www.cqvip.com 食品工业科技》 Science and Technology of FoodIndustry Vo1．21，No．3，2000 抗酶褫淀耦帕砷究进展及其在良品工业巾的应用 一 娄 T5 乙 (华南理工大学轻化所 ．广州 510640) ● _ ● ● 一 ● 一 ● _⋯ ～ 一 ● _ ● ～ ● ⋯ ～ ● 0 ● ● 一 ． +¨ ● 1⋯ ～ ● 一 ● __． ● ● ⋯ ¨ ● I一 ． 1● 摘 要 抗酶解淀粉是食品工业中新发现的一种特殊的碳永化合物。本文对抗酶解淀粉的分类、形成及其在食 品工业上的应用进行了综述． 关键词垫蔓堑婆 垦 堕 奄 由呸 杰用，{客 Abstract Enzyme ResisTant Starch is a carbohydrate found recently in food industry In this article．its classes tformation and applications in food industry are reviewed． Key words Enzyme ResisTant Starch{amylolytic enzymes ～ ⋯ 、— ● — ● ⋯ ⋯ ． ”● 一 ⋯ ⋯ ⋯ ～ ● ● ⋯ 一 ’～ ⋯ 抗酶解淀粉最先是用来描述经过充分糊化但不 能够被胰淀粉酶或普鲁兰酶所酶解的那部分淀粉。现 在人们对抗酶解淀粉的认识进一步扩展为那些不能 被人体健康小肠所消化吸收的淀粉及其降解产物。目 前，人们对抗酶解淀粉的存在、形成及其特征已有一 定了解，但许多方面还在研究之中 国外于80年代初 就开始对其展开研究，并认为它是一种极具生理功能 潜力、具有良好食品加工特征的可用于制造商品质食 品的成分，具有广泛的应用前景。而国内在此领域研 究并不多见 1 抗酶解淀粉的分类 抗酶解淀粉的抗酶解性是与淀粉的一系列 自然 属性和食品加工过程相关的，因此它是一种性质并非 完全相 同的碳水化合物。早在 1985年 Englyst就从 营养学的角度将其分为三类，并分别定义为 RS1、 RS2、RS3。随着研究的深入，l992年 Englysl等人根 据其抗酶解性的不同进一步将其分为四类：RSJ、 RS2、RS3、RS4一 。 RS1指的是由于机械加工而使淀粉颗粒发生物 理屏蔽作用．被锁定在植物细胞壁上使其不能为淀粉 酶所作用的部分 它主要存在于粗磨或粗碾过的谷 物、豆科类的种子中 RS2包括植物淀粉中自然固有 的抗酶解的淀粉颗粒和不能完全糊化的淀粉颗粒。它 常存在于生的或未被加工过的马铃薯、绿香蕉和高直 链淀粉中。这两种抗酶解淀粉经过适当加工之后仍可 以被淀粉酶降解。 RS3是凝沉的淀粉聚合物，它主要由糊化淀粉经 冷却后形成。这类抗酶解淀粉包括 RS3a和 RS3b两 种 其 中RS3a为凝沉的支链淀粉 ．RS3b为凝沉的直 链淀粉 RS3b的抗酶解性最强 ．而 RS3a可经过再加 热而被淀粉酶降解。RS3是最重要也是最主要的抗 酶解淀粉。 ～ ～ ⋯ ～ 造特性 ．制酒科技专论．1 999(1 0)：1 7～30 5 Ste~vart G．G．．Russell I．Brewer’S yeast．NeW York：Van NorsTrand Reinhold Cornpany lnc ．1995 6 Casdllo A L．Current M icrobio1．1985(1 2)．41～ 44 7 朱支深 ．啤酒酵母及相关酵母菌之基因操作 ．食品工业 (台)．1 985，l 7(8)：28～34 8 单连菊．张双玲 ．浅淡啤酒酵母的研究与发展 酿酒． 1 999(4)·56～ 57 9 YomashiTa T．．丁akano Y．．Fukul S Jou rnal of Bac Le riolo 。 ． 】98 (1 64)：769 1(i flinehliffe E．Jou roal oI General Microtdology．]981 (1 30) 1 285 国家自然科学基金资勘项日 批准号：29776023 · 72· { 『 1t Hinchliffe E Journal of the InsTiTu Te oI Brewing．1 985 (9t)：384 12 M eaden P．G．·Tubb R．S European Brewery Convention Proceeding oI The 20rh Congress．Helsinki．t985．21 9 13 PentTla M ．，Suikko M I⋯ Lehtiben Y ． c al CurreTit Genetlc ．1987(12)：41 3 1 4 Innis M ．Holland M．J．．Cole G．E．．e c a1．ScieglCe．1 985 (228)：21 l5 Amanda C．·Philip G．．Meaden J．InsT．Brew．1 997(1 03)1 35～ 39 16 Dranginis A．M M olecular and Collular Biology．1 989 (9)：3992 维普资讯 http://www.cqvip.com