[科普中国]-面包酵母

面包酵母(Saccharomyces cerevisiae)是一种单细胞微生物，含蛋白质50%左右，氨基酸含量高，富含B族维生素，还有丰富的酶系和多种经济价值很高的生理活性物质。

几千年前人类就用面包酵母发酵面包和酒类，在现代食品工业方面，广泛用作人类主食面包、馒头、包子、饼干糕点等食品的优良发酵剂和营养剂。

概述面包酵母在微生物分类学上属于酵母属、酿酒酵母种(Saccharomycescerevisiae)。酵母是一种单细胞真核微生物,细胞形态分为圆形,卵圆形,椭圆形或香肠形,大小随菌种不同而有所差异,其中以椭圆形的较好。面包生产中所用的酵母品种经过了专门的选育,具有良好的产气和发酵性能。1

面包酵母的作用面包酵母是面包生产过程中最重要的微生物发酵剂和生物疏松剂,在面包生产中起着关键作用。
面包酵母作为一种食品添加剂,它能利用面团中的营养物质进行发酵,产生CO2和醇类、酯类等香味成分，使面团膨松、富有弹性,并赋予面包特有的色、香、味形,提高面团营养价值和人体营养吸收利用率等突出优点而广泛用于面包，糕点及其它面点制作中。1

面包酵母发酵面团的机理面包酵母加入面团中后,在适宜的温度下便开始生长繁殖。它首先利用面团中的单糖和蔗糖,产生CO2气体和各种发酵产物。在酵母生长、发酵的同时,面粉中的β-淀粉酶将面粉中的淀粉转化为麦芽糖。麦芽糖的增加，为酵母菌进一步生长、发酵提供了可利用的营养物质。酵母菌菌体本身分泌麦芽糖酶和蔗糖酶,将麦芽糖和蔗糖分解为单糖后进行利用。酵母菌利用这些糖类及其它营养物质先后进行有氧呼吸和无氧呼吸,产生CO2、乙醇、醛酮和乳酸等物质。1
生成的CO2气体由于被面团中的面筋包围,不易跑出,留在面团内，从而使面团逐渐膨大。烘烤面包时,由于面团内的CO2膨胀、逸散，从而使面包充满气孔,形成海绵状。发酵中产生乙醇、醛酮和乳酸等物质形成面包良好的风味。

目前市售面包酵母的种类面包酵母包括鲜酵母和活性酵母两类，根据面团含糖量的不同，又可分为高糖酵母、低糖酵母和无糖酵母。面包酵母的生产是采用糖蜜为原料，将酵母菌通风发酵培养后，经过分离、洗涤、压榨而制得的含水份71%－73%的产品为鲜酵母，鲜酵母经过造粒、干燥值得水份7－8.5%酵母为活性干酵母。低糖酵母发酵时，面团一般含糖量7%左右，高糖酵母发酵时含糖量则为16%。

食品工业中采用的面包酵母主要有4种类型:2/4鲜酵母又称压榨酵母,含水量70%左右，它是酵母菌种在糖蜜等培养基中经过扩大培养和繁殖、分离、压榨而制成。鲜酵母的优点:活性较高，质量稳定,发酵力大，发酵速度快,发酵耐力强。特别是面包风味好香味浓,并且使用方便、价格较便宜。鲜酵母的缺点:活性和发酵力比干酵稍低,活性不够稳定,贮存条件严格,贮存时间短,不易长途运输,使用前需要活化。1
活性干酵母是将鲜酵母压榨成短细条状或细小颗粒状，经低温干燥制成干酵母，含水量8%左右。与，压榨酵母相比，干酵母的优点为:运输比鲜酵母更方便,长途运输不需要冷藏车;活性高,活性很稳定。因此，使用量也很稳定;发酵力大于鲜酵母。发酵耐力大于鲜酵母;不需低温贮存，可在常温下贮存1~2a左右,不易变质。干酵母的缺点:使用前必须用温水活化才能恢复其活性;发酵速度较慢,发酵时间长;使用不方便，成本较高。
即发活性干酵母利用基因工程和现代干燥技术生产的即发活性干酵母,能够很好地保存其活力。含水量4%~6%,外观为细小颗粒状。与普通活性干酵母相比,它的活性特别高,活性特别稳定,发酵速度快,使用时不需要用温水活化,不需要低温贮存。缺点是易氧化，必须充氮或真空保存。1

面包酵母的发酵性能指标增殖率:即面包酵母在标准YPD培养基上培养一定时间后菌体量的变化，通常用A660的变化来表示。增殖率低的面包酵母不具有实用价值。产气量:影响面包的结构和疏松程度。延迟期;影响面团的发酵速度,延迟期长的面包酵母不具有实用价值。蔗糖酶活力:影响含糖面团的发酵速度。麦芽糖酶活力:影响无糖面团的发酵速度。耐高渗能力:影响高糖面团的发酵速度。耐酸能力:影响酸性面团的发酵速度。风味:影响面包的风味和口感。1

面包酵母的菌种选育及改良面包酵母应具备的特点在发酵面团的过程中,面包酵母处于从好氧向微好氧迅速变化的特殊生理环境,这就要求面包酵母必须具备如下基本特性:①具有潜在很高的糖酵解酶活性;②具有快速适应底物变化的能力;③具有合适的蔗糖酶(或其它水解酶)的活性;④具有潜在很高的麦芽糖发酵速度;⑤具有合成在厌氧条件下生活所必需的酶及辅酶的能力。
此外,在适宜条件下具备较快的生长速率(快速发酵能力)、对在面团发酵起始时所含的高蔗糖浓度具有一定的忍耐性(耐高渗能力)、以及由于酸性添加剂的使用而必须具备的广泛pH值适应性,也都被认为是应当具有的特性。在面包酵母的众多特性中，发酵力性能无疑是衡量面包酵母质量的最重要指标。酵母的发酵力只有达到一定指标，才能符合面包生产的工艺要求。优良的面包酵母应具有良好的发酵性能，表现在不论在无糖面团还是高糖面团中都具有快的发酵速度和高产气能力;具备较高的比生长速率，较快的繁殖速度;在高糖环境中具备较短的延滞期，生长较快。
最近,在冰箱冷藏条件下可以终止发酵代谢的生面团冷藏制造面包技术(Refrigerateddoughprocess)的开发受到了新的关注与以前被开发的冷冻面团法相似。该技术工艺中将生面团进行暂时冷藏保存，在必要的时候取出,再进行发酵和焙烤。这就要求面包酵母菌种具有良好的低温适应性能。
至于面包酵母的生产指标,常以酵母在面团中的产气能力、耐贮藏能力、对高质量浓度的盐和糖的抗性以及生产率来衡量(生产率就是单位底物所获得的生物量)。此外，面包酵母细胞絮凝能力在面包酵母生产的后加工处理过程中有重要应用价值，良好的絮凝能力可以减少后处理回收过程中耗费的大量能源问题。1

面包酵母菌种选育目前，与面包酵母菌种改良有关的研究主要集中在耐高糖的机制、麦芽糖的利用、低温适应性、蜜二糖的利用和乳糖的利用等方面。其中耐高糖机制和麦芽糖的利用与面包酵母发酵力的关系非常密切。
面包酵母对由面团中的糖或盐,或者两者引起的高渗透压相当敏感。面包面团中含有较多的糖、盐等成分,均产生渗透压。耐高渗透压的酵母必耐高糖，因此根据观察,耐高糖酵母必须具备以下3个条件之一。1

①具备在胞内快速积累高含量甘油和高渗透压环境相平衡的能力;

②具有高海藻糖含量,能够保持细胞膜的完整性;

③当蔗糖被用作碳源时，酵母的蔗糖酶活性应当与酵母的糖利用速度相适应,能够维持一种低渗透压的环境。
一般来讲，面团发酵中,麦芽糖较迟于葡萄糖被利用。对于麦芽糖适应性差的面包酵母，在麦芽糖与葡萄糖共存时先利用葡萄糖,而麦芽糖到发酵后期才被利用。而对于麦芽糖适应性好的面包酵母,在麦芽糖和葡萄糖同时存在下可较快地利用麦芽糖,因此在无糖面团下起发速度较快。
面团在调制成型后,经冷冻可保持其在一段时间内不酸败。在解冻后,面团经醒发依然可以烘烤制成成品,这就要求面包酵母具有良好的低温适应性。对于面包酵母耐低温性能的遗传机制还不很清楚。人们只是猜测酵母的耐低温性能与耐渗透压性能或许有某种联系。在甜菜糖蜜中含有0.5%~2.0%的棉子糖。一般面包酵母的蔗糖酶能将棉子糖分解为果糖和蜜二糖,但因缺乏蜜二糖酶,不能将蜜二糖分解为葡萄糖和半乳糖,因此只能利用棉子糖的1/3。如果面包酵母能利用蜜二糖,将不仅能提高单位糖蜜的酵母产量，而且能降低废液的BOD含量。乳清中含有的主要糖类是乳糖，而面包酵母并不能同化乳糖。能利用乳糖的只有少数几种酵母,但它们的产气能力并不强。使面包酵母利用乳糖也是面包酵母菌种改良的一个方向。
目前对面包酵母菌种改良所采取的基本方法有:通过理化因素诱变、杂交和原生质体融合、基因工程等4种方式。
采用理化因素诱变面包酵母时,通常选用紫外线作为诱变剂。诱变育种中存在的问题是酵母菌两倍体细胞很稳定,不易表现出基因的改变。通常采用单倍体细胞或子襄孢子进行诱变。
杂交法是面包酵母育种的重要方法之一，已有大量成功的例证,但同时存在许多问题。商业面包酵母往往是多倍体、非整倍体,很难生成子褒孢子;一些面包酵母虽然能生成子衰孢子,但孢子的接合能力差、存活率低;特别是面包酵母的单倍体往往不再具有优良的面包酵母发酵特性,使杂交育种难以成功。
原生质体融合法已成为面包酵母菌种选育的主要方法。它具有以下优点:融合频率高;受接合型或致育性的限制少;遗传物质的传递更为完善。其中电诱导原生质体融合与化学诱导原生质体融合相比,又具有以下特点:可在显微镜下监视和观察到融合的完整过程;电融合为一定空间、时间同步的可控制过程;电融合对细胞损伤较小;电诱导与关于膜的分子水平的认识直接相关，能较好地解释膜融合的机制;融合频率高。
目前利用基因工程的方法克服葡萄糖对麦芽糖利用的阻碍作用已获得成功。荷兰Gistbrocades公司构建得到工程菌能够比一般的面包酵母更快地吸收利用麦芽糖，因而发酵活力更高,适用于蔗糖含量为0~20%的面团发酵。但基因工程面包酵母由于存在潜在的安全性问题而受到各国政府及国际组织的密切关注。11

面包酵母的生产工艺
我们今天所熟知的面包酵母生产工艺是在19世纪末至本世纪20年代大约50年左右的时间内正式形成的。这期间面包酵母生产新工艺的主要有:1
(1)通气培养的广泛应用:19世纪70年代，巴斯德效应的发现为酵母的通风培养法奠定了理论基础,即在有氧条件下,酵母的繁殖速度加快，而酒精的产率下降。1877年，哥本哈根的BusebiusBrun提出了通风培养生产酵母的方法。1886年，采用通风培养法制造酵母的工厂在德国柏林诞生。通风的作用使酵母的质量浓度大大提高,酒精的质量浓度大大下降,使酵母工业与酒精工业分离。
(2)流加工艺:1910~1920年,丹麦和德国的科学家首先发明并完善了流加工艺。时至今日,该工艺仍然是既能最大限度地得到生物量，又能尽量少产乙醇的唯一可行的方法。在这种方法中,开始培养时，培养液中的糖的质量浓度较低,在培养过程中不断补加浓糖液,使得在整个培养过程中培养液保持较低的糖的质量浓度。采用此方法,既可获得较高的酵母得率,又可获得高的酵母浓度。
(3)用糖蜜替代粮食作原料:本世纪20至30年代，廉价的废糖蜜逐渐取代玉米、麦芽等粮食成为酵母生产的主要原料,进一步降低了酵母的生产成本。采用糖蜜做原料有3大优点:一是简化了酵母生产工艺,取消了以粮食为原料生产工艺中复杂的原料处理过程;二是糖蜜是制糖工业中的废品,价格比粮食低得多;三是糖蜜的营养比粮食原料的酸法水解糖丰富。在糖蜜中含有多种维生素是酵母生长所必须的，如生物素、泛酸盐、肌醇、硫胺素等,有利于酵母生长和产品质量。
活性干酵母的发展阶段是本世纪20年代至今。20年代初,由于干燥工艺取得了巨大进展，人们已能够将压榨酵母(CY)干燥为活性干酵母(ADY)。随着干燥技术的不断完善,添加剂或保护剂的广泛使用，活性干酵母的产品质量不断提高,且品种趋于多样化。目前，酵母工业的发展已使活性干酵母控制了销售市场,广泛地应用于面包及面点的制作中。
现在,商品面包酵母生产的主要原料是甜菜糖蜜或甘蔗糖蜜,其发酵过程是在带冷却盘管和强通风装置的发酵罐中进行的。在这种条件下，可把厌氧或好氧发酵产生的酒精的量减少到最低程度。发酵过程要求用补料,即流加的方法添加培养基,并要求适当的通风。
酵母的流加培养过程可分为3个时期，即适应期,积累期和成熟期。酵母接种后,细胞从静止状态到开始大量繁殖所需的一段时间为酵母的适应期，时间约0.5h至2h不等,依培养条件和种子状态而定。对于经离心分离的冷冻后的种子,酵母细胞完全处于休眠状态,直接进入流加培养会使适应期延长。因而在正式流加培养前对种子进行活化。这样有利于抑制发酵初期的杂菌污染,在发酵的初期阶段实现同步生长。活化好的种子进入发酵罐后可立即进入流加培养。
适应期结束后,酵母细胞即进入迅速生长繁殖的对数生长期,糖液和营养盐连续流加,同时通入大量空气。对数生长期开始时,由于培养液中细胞浓度较低，因而糖液和营养盐的流加速度也较低,通风量也较小。随着流加培养过程的进行,糖液和营养盐的流加速度也不断增加。至发酵中期后通风量已达最大，细胞的增加速率和糖液的流加速率也达最大。在酵母积累期的后期,营养盐一般不再流加,酵母的增加速率可能逐渐有所减小，因而糖液的流加速率也适当地逐渐减小。
积累期结束后，需要有一个适当的酵母成熟期。在此期间内,不流加营养物质,且减少通风量。若培养液中氮源等营养物质还未利用完,而含糖量已接近零,则应在小量通风的同时,适当补充一定的糖液,使氮素耗尽并使芽孢脱落。成熟期的时间一般为0.5~2h,视细胞状况和培养基中残存营养物质的情况而定。
发酵液的后处理包括离心、浓缩、洗涤、压榨或过滤。滤饼可挤压成半固体酵母块(含固形物30%),包装后作为鲜酵母使用。如果生产活性干酵母,可将压榨酵母挤压成细条状,采用快速低温干燥。在干燥过程中使用添加剂，以生产出稳定性极好的低水分的活性干酵母，而且减少活性的损失。活性千酵母含固形物大约为95%。对面包酵母培育的结果应使其色泽浅，富有生鲜气味。菌体细胞应各自分开,大小均一。1

本词条内容贡献者为:

魏大勇 - 副教授 - 西南大学