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海藻糖对面包酵母耐贮存力的影响 第 16 卷无 锡 轻 工 大 学 学 报V o l. 16 1997 . 3第 3 期N o JOU RNAL O F U W X IU N IV ER S IT Y OF L IGH T INDU ST RY 海藻糖对面包酵母耐贮存力的影响 宋祺李寅陈坚伦世仪() () 中国科学院上海生物中心, 上海200233无锡轻工大学生物工程学院, 无锡214036 摘要 初步研究了面包酵母胞内海藻糖含量对其耐贮存力的影响, 探讨了提高鲜酵母胞内海藻糖含量的培养。研究结果明, 海藻糖含量越高, 面包酵母的耐贮存 力越强。 采用提高海藻糖含量的培养技术进行流加培养, 发酵结束时面包酵母中海 藻糖含量从 9.7 ƒ提高到 19 ƒ?贮存 18 后, 面包酵母的发酵活力由 . 4m gg m g gd () 1 170 变为 1 040 仅下降了 11% , 表现出较优的耐贮存力。 m lm l 关键词 海藻糖; 面包酵母; 耐贮存力; 发酵活力 中图分类号T S201. 3 0 前言 海藻糖是一种广泛存在于动植物和微生物体内的非还原性双糖, 具有不同于其它碳水 1 化合物的独特生物学性质。 它由两分子 22葡萄糖以 21, 1 键连接而成, 结构式为? ΑD Α研 究表明, 海藻糖对生物体和生物分子具有奇妙的 非特异性保护作用, 这使得人们在食品、分子生物学、医 学和保健品领域内对它的兴趣日益增长。 面包酵母的生 产是食品工业的重要组成部分, 而作为其重要质量指标 之一的耐贮存力, 就与酵母胞内海藻糖含量密切相关。 因此, 研究海藻糖对面包酵母耐贮存 力的影响具有重要的实践价值。 作者考察了鲜酵母贮存过程中海藻糖含量对酵母耐贮存力 的影响, 分析了酵母典型分批培养中海藻糖含量的变化情况, 结合前人研究经验制定了提高 胞内海藻糖含量的策略, 并通过实验证实了该策略的有效性。 1 材料与方法 1. 1 实验材料 () 菌种 面包酵母 S a cch a rom y ces ce rev is ia e2培养基 见文献2 ;7; W SH J 发酵罐 美国实验用台式玻璃发酵罐, 配备温度、自控系统。2. 5 V IR T IS L pH 1. 2 培养方法 见文献2 收稿日期: 1996208226 第一作者: 宋祺, 女, 1971 年 2 月出生, 工学硕士 1. 3 分析方法 1. 3. 1 菌体干重 菌体冷冻 2 后, 真空干燥至恒重后称重。h 1. 3. 2 葡萄糖浓度 3, 52二硝基水杨酸法。 1. 3. 3 胞内海藻糖含量 见文献3 . 1. 3. 4 发酵活力 见文献4 2 结果与讨论 2. 1 胞内海藻糖含量对- 耐贮存力的影响7 W SHJ 耐贮存力是面包酵母的重要质量指标, 用酵母发酵活力随贮存时间的变化来衡量。相同 ( 贮存时间内发酵活力下降越慢, 耐贮存力就越高。 胞内海藻糖含量被认为是与面包酵母 尤 ) 其是活性干酵母耐贮存力密切相关的重要因素, 因此, 作者首先考察了2贮存过程 7 W SH J 中海藻糖含量变化与发酵活力变化之间的关系, 继而比较了不同海藻糖含量的酵母其发酵 活力的变化情况。 见图 1. (图 1 显示了2贮存过程中 贮存温 7 W SH J ) 度 4?发酵活力及胞内海藻糖含量的变化情 况。 实 验 时, 酵 母 初 始 海 藻 糖 含 量 为 9. 7 ) ( 初始发酵活力为 8. 3 小样法和ƒ, m g g m in )( 1 030 法。 从图 1 可见, 贮存 6 时m l d 2的发酵活力基本没有变化, 第 6 天至 7 W SH J 第 10 天发酵活力微弱下降, 而第 10 天后发酵 活力下降速度明显加快, 第 14 天以后发酵活 - 胞内海藻糖含量及发酵活力随贮 7 图 1W SHJ力开始低于 15 . 与之相对应, 胞内海藻糖 m in 存时间的变化曲线(含量在前 10 内下降很快 从 9. 7 ƒ降至d m gg 1 发酵活力2 海藻糖含量) 4 而第 10 天到第 22 天胞内海藻糖含 , ƒm gg 量仅减少了 2 ƒ, 下降速度明显变慢。海藻m gg 糖的非特异保护作用虽然已为人们所熟知, 但 目前还没有一种理论能够完整地解释它的生 物保护功能。 对于图 1 显示的现象, 较为可信 的解释是?一方面, 海藻糖作为贮存碳水化合 物的来源, 保证 4?下酵母微弱代谢的顺利进 5 行; 另一方面, 海藻糖可能以某种替代作用 保护酵母细胞内各种与发酵面团相关的酶和 酶系的活性不丧失。一旦海藻糖被酵母消耗到 图 2不同海藻糖含量的酵母贮存过程中发酵活不足以起这种保护作用, 酵母的发酵活力就会 力的变化曲线 急剧下降。为了考察海藻糖含量对面包酵母耐 1 3 7. 2 m gƒg 2 9. 7 m gƒg 14. 6 m gƒg 贮存力的影响, 作者比较了不同海藻糖含量的 () 酵母其发酵活力随贮存时间的变化情况 贮存温度 4?, 结果见图 2. ( ) 从图 2 可见, 海藻糖含量高 14. 6 ƒ的酵母, 贮存前 16 内发酵活力基本没有变 m gg d () 化; 而海藻糖含量低 7. 2 的酵母, 贮存 4 后发酵活力就开始下降。这说明提高酵母 ƒm gg d 中海藻糖的含量是提高鲜酵母耐贮存力的重要途径。 2. 2 - 典型分批培养过程中胞内海藻糖含量的变化7 W SHJ 由于海藻糖含量越高, 酵母的耐贮存力越强, 因此, 如何采取有效的措施来提高酵母胞 内海藻糖的含量就成为非常有意义的研究内容。为了制定较佳的面包酵母培养控制策略, 作 者首先考察了酵母在培养过程中胞内海藻糖含量的变化情况。 图 3 为面包酵母典型分批培养过程中海藻糖含量、发酵活力、菌体干重和罐内糖质量浓度随时间变化的曲线, 实验中糖 ) (初始质量浓度为 31. 0 培养时间 10 , 培养结束时酵母发酵活力为 6. 7 小样法和ƒ, g L h m in () 1 150 标准法。m l 菌体干重和胞内海藻糖含量的变化罐内剩余糖浓度、发酵活力的变化A B 1 菌体干重2 海藻糖含量1 残糖浓度2 发酵活力 图 3 - 分批培养过程曲线 7 W SHJ5 研究表明, 酵母在好氧条件下积累海藻糖, 其合成途径如下? 62磷酸海藻糖合成酶 )1 2磷酸葡萄糖+ 62磷酸海藻糖+ 6U D P GU D P 62磷酸海藻糖磷酸酯酶 )62磷酸海藻糖 2 海藻糖 + 磷酸 ( ) 从图 3 可见, 酵母胞内海藻糖含量在培养前期基本上没有什么变化 7 ƒ左右, 而 m gg 在培养后期略有升高。 由于酵母胞内的海藻糖还会受到海藻糖酶的作用而分解, 因此, 一般 都认为胞内海藻糖的含量是由合成与代谢的平衡调节的, 而这种平衡随着生长周期、营养和 环境条件的变化而变化。图 3 显示出酵母在生长旺盛期不积累过多的海藻糖, 而在碳源有限 6 生长趋缓时, 海藻糖含量开始有所增加。 这与已有的报导结果大致相符, 所不同的是本研 究中酵母胞内海藻糖含量在生长平衡期增加的速度较慢, 其中原因还有待于进一步研究。 2. 3 提高海藻糖含量的初步研究2 一些研究结果表明, 培养条件的改变显著影响胞内海藻糖的积累。 这些培养条件包 括: 提高培养基的碳氮比; 在培养后期适当升高温度和降低溶氧; 以及使酵母处于“饥饿状 态”2, 3 .h 2 根据前人的研究经验, 作者在实验中应用已研究得到的流加培养模式并采取以下措 )1 培养结束前 3 将培养温度由 30?提高到 33?; h )2 培养结束前 4 将补料糖液中碳氮比由 4. 5?1 提高到 6?1, 流加 2 后停止进 h h 料, 再进行分批培养 2 ; h )3 培养结束前 2. 5 将发酵罐的搅拌转速由 700 ƒ降低到 300 ƒ. h rm in rm in 2流加培养过程中各参数的变化情况见图 4. 培养结束后通过离心、洗涤, 测得7 W SH J ) ) ((酵母发酵活力为 6. 2 小样法和 1 170 标准法, 胞内海藻糖含量为 19 ƒ由此 . m in m l m gg ( ) 测定鲜酵母胞内海藻糖含量和发酵活力在贮存过程中 贮存温度 4?的变化情况, 结果见 图 5. 流加培养中流加量、菌体干重、残糖浓度、发酵活力酵母贮存过程中海藻糖含量图 4图 5及发酵活力的变化曲线 和海藻糖含量随培养时间的变化 1 发酵活力 ()()1 补液速率 2 细胞干重 F D CW 2 海藻糖含量 ()()发酵活力 残糖浓度 3 4 FA R SC ()5 胞内海藻糖含量 T R E 2 图 4 再次显示出, 按照前文得到的指数流加培养模式来培养2可以获得较高 7, W SH J 的转化率和优良的发酵活力。 图 4 还表明, 当培养进行到 6 , 罐内剩余糖质量浓度低于 h 10 时, 海藻糖开始缓慢积累, 14 时海藻糖含量达到 9. 7 后, 海藻糖积累 ƒƒ. 14 gL h m ggh 速度明显加快, 发酵结束时胞内海藻糖含量达到 19 比起分批培养最终获得的酵母, ƒ, m gg 海藻糖含量提高了 9. 3 这表明本研究中采取的提高海藻糖含量的措施是有效的。进 ƒ. m g g 一步的研究, 包括各种培养条件影响酵母细胞积累海藻糖的机制, 正在进行中。 和图 2 的结果类似, 图 5 的结果也显示出初始海藻糖含量越高, 其耐贮存力越强。 初始 ) ) ( ( 海藻糖含量为 19 初始发酵活力为 6. 2 小样法和 1 170 标准法的酵母, ƒ, m ggm in m l ) ) ( ( 4?贮存 18 后, 其发酵活力微弱下降, 为 7. 9 小样法和 1 040 标准法, 22 后,d m in m l d ) ) (( 发酵活力下降为 13 小样法和 680 标准法, 此时胞内海藻糖含量低于 4 ƒ.m in m l m g g3 结论 )1 海藻糖对 4?下鲜酵母的耐贮存力有着明显的影响, 酵母中初始海藻糖含量越高, 贮存过程中发酵活力下降的速度就越慢; 当胞内海藻糖含量低于 5 ƒ时, 发酵活力急剧 m gg 下降。 )2 提高培养基碳氮比、培养后期提高温度及降低溶氧, 能够促进酵母积累海藻糖。 采 2 用这些措施, 结合已有的流加培养模式进行流加培养, 最终酵母中海藻糖含量比分批培养 获得的酵母中海藻糖含量提高了 9. 3 ƒ.m gg 参 考 文 献( ) 李浩明, 高蓝. 海藻糖在生物制品干燥与保存中的应用研究. 食品与发酵工业, 1994, 49 4: 49, 51 1 ( ) 陈坚, 李寅, 宋祺等. 面包酵母培养过程解析和流加模式研究. 药物生物技术, 1995, 2 4?37, 42 2 ( ), . . . 7. .T reve lyan W E H a r r iso n L SB io ch emJstud ie s o n Yea st M e tabo lism Yea st ca rbo h yd ra te f rac t io n s 3 1956, 63 ?23, 33 ( ) 李寅, 陈坚, 宋祺等. 高发酵活力面包酵母的高产率流加培养策略研究. 生物工程学报, 1997, 13 2: 160, 167 4 ( ) 莫湘筠. 酵母脱水保藏机理探讨及其在活性干酵母生产中的应用. 食品与发酵工业, 1993, 48 1?76, 80 程5 ( ) 池. 天然生物保存物质——海藻糖的特性和应用. 食品与发酵工业, 1996, 51 1?59, 64 宋祺. 面包酵母培养过程的优化与质量控制. 无锡轻工大学硕士学位论文. 1995 6 7 The Ef f ec t of Treha lo se on Sta b il ity of Ba ker’ s Y ea st So n g Q i (). . . 200233Sh angh a i B io tech no lo gy C en te r o f CASSh angh a i L i Y in C h en J ian L u n Sh iy i (), , , 214036Schoo l o f B io tech no lo gyW ux i U n ive r sity o f L igh t Indu st ryW ux i A bstra c t T h e effec t o f t reh a lo se co n ten t o n th e stab ility o f b ak e r’ s yea st an d th e m e tho d s . fo r ra isin g th e t reh a lo se co n ten t w e re in ve st iga tedT h e re su lt s in d ica ted th a t h igh e r t re2 . h a lo se co n ten t co u ld m ak e yea st m o re stab leT h e t reh a lo se co n ten t o f b ak e r’ s yea st co u ld 9. 7 ƒƒ2Κ 19 b e in c rea sed f rom m gg to m g g in fedb a tch cu ltu re w ith im p ro ved m e tho d san d 11% 18 4?.o n ly o f fe rm en ta t ive ac t iv ity w a s lo st af te r sto rage fo r day s u n de r - ΜΜΜKeyword s t reh a lo seb ak e r’ s yea ststab ilityfe rm en ta t ive A c t iv ity () 责任编辑: 秦和平