6酵母工艺学第六章

《酵母工艺学》第一章酵母概况第二章酵母菌的微生物学概要第三章酵母菌的代谢与生长第四章酵母菌的营养第五章酵母菌的培养原理第六章活性干酵母ADY的生产第七章酵母菌的代谢工程第六章活性干酵母ADY的生产第一节糖蜜处理与空气除菌工艺第二节扩大培养工艺流程第三节流加培养过程第四节酵母产品的制备ADY(ActiveDryYeast):活性干酵母前言2014年国家科技进步二等奖：高耐性酵母关键技术研究与产业化第一节糖蜜处理与空气除菌工艺糖蜜处理空气除菌糖蜜处理糖蜜原料的处理包括稀释、澄清除杂和灭菌等3个过程。糖蜜稀释的目的是：①降低其粘稠度，便于管道输送。②降低比重，便于分离除杂。糖蜜中的固体颗粒和胶体物质等其比重与原糖蜜相差无几，糖蜜稀释后比重下降，使液相与固体颗粒之间形成较大的比重差，有利于排渣与澄清。③稀释后，溶液比热增大，易于传热，提高杀菌效果。糖蜜中含有妨害酵母生长繁殖、影响酵母成品质量的杂质，必须在澄清过程中除去。这些杂质主要有以下几种：①二氧化硫：糖蜜中SO2的浓度一般在1000ppm左右，经处理后，SO2的浓度应下降到100ppm以下。②挥发性有机酸：主要为甲酸、醋酸、丁酸、丙酸等，糖蜜中这些有机酸的总量不能超过0.3％。③胶体物质和色素，这些物质不仅影响酵母的生长，而且会影响酵母的色泽。④硝酸盐和亚硝酸盐等有害物质。糖蜜澄清除杂的设备与过程各厂不尽相同，其大致步骤为：调酸、加热与通风、加碱中和、澄清。①调酸：一般用硫酸或磷酸调pH至4.5左右。对于甜菜糖蜜，原始pH一般为6～7，硫酸的添加量大约为糖蜜重量0.5％左右。对于甘蔗糖蜜，由于其本身pH较低，一般为5左右，有时不需再添加硫酸。加酸的作用为：由于酸中带阳电荷的氢离子和带阴电荷的糖蜜胶体物质相互作用，胶体凝结成絮片状物，使之沉淀分离；加酸能使部分双糖转化为单糖；加入的硫酸或磷酸和石灰乳作用产生硫酸钙或磷酸钙沉淀，在沉淀时吸附胶体色素等同时沉淀；加酸后可释出挥发酸，可在加热和通风时驱除掉。②加热与通风：一般加热至沸，也有加热至95℃左右的，加热促使胶体蛋白质凝固，便于沉淀。加热煮沸后，适当通风0.5～1.0小时，可驱除有害气体，如NO、SO2、H2S和甲酸等挥发性酸。如不通风或通风不足，杂质不能在糖液处理时氧化沉淀，而带到培养集中，在发酵通风时氧化，产生的沉淀与酵母比重相似，而带入产品中，使酵母产品带上深灰色，影响产品质量与外观。③加碱中和：加石灰乳调节pH至5.0左右，使杂质沉淀排除。④澄清：澄清的方法共有3种。一是静止澄清，一般需澄清24小时以上。二是用糖蜜离心机连续澄清，对于质量较好的糖蜜，糖蜜经适当稀释后，加热至95℃即可直接用糖蜜离心机澄清除杂。使用糖蜜离心机其杂质澄清的效果较好，而处理损失可降低到2％左右。三是采用压滤机过滤。灭菌糖蜜中含各种微生物的总量一般为105～5×107个/g。通过上述处理过程后，营养细胞已全部杀死，但仍可能有一部分细菌芽孢没有杀死。有许多工厂经上述处理后，一般不再灭菌。有些工厂为了保证活性干酵母的质量，对澄清处理后的糖蜜采用高温灭菌，灭菌方法一般采用连消，温度140～150℃，维持时间6～3秒。糖液暂存一是热存放，温度在60℃左右或更高些，适合于气候炎热地区；另一种是冷存放，温度在20℃以下，以10℃左右最为适宜，适合于气候寒冷地区。最好不要在30℃左右的温度下存放，因为这样的温度适合于大多数微生物的迅速生长繁殖。存放时间一般不宜超过48小时，否则应重新杀菌。当然经灭菌后在密封罐中存放，其存放时间可长一些。空气除菌与其它耗氧发酵比较，如氨基酸、抗生素等，酵母生产具有菌体浓度高（5～60g/L），发酵pH值低（3.8～4.8）和发酵周期短（12～24h）等特点。这些特点构成了酵母本身繁殖的优势，因而杂菌不容易大量繁殖，造成严重污染。因此，酵母生产中的空气除菌与其它耗氧发酵相比是不严格的。许多工厂的发酵罐是敞开式或半封闭式的，而空气除了在进口处进行一下粗过滤外，不再进行除菌处理。但严格生产时，必须对其空气进行适当的除菌处理。空气除菌的方法有：辐射杀菌、热杀菌、静电除菌、过滤除菌。第二节扩大培养工艺流程实验室纯种培养流程车间纯种培养流程流加培养从斜面菌种开始，酵母在发酵车间一般经5～7级扩大培养后才成为商品酵母。扩大培养的级数多，则级间扩大倍数少，接种量大，这样发酵设备的生产能力较高，经济效益较好。但培养级数越多，杂菌污染的机会也就多，级间的衔接较困难，产品质量难保证。扩大培养过程一般分为3个阶段，即实验室纯种培养阶段、车间纯种培养阶段和流加培养阶段。实验室纯种培养流程实验室纯种培养一般为二级，各酵母厂采用的流程不尽相同，下面是几种典型的流程：①斜面接种液体试管三角瓶（10ml）（250～2500ml）②斜面接种液体试管卡氏罐（10ml）（10L左右）③斜面接种小三角瓶大三角瓶（100～250ml）（2000～3000ml）④斜面接种三角瓶卡氏罐（250～500ml）（10L左右）培养条件温度：常温酵母28～30℃，耐高温酵母34℃左右；通风情况：静止，也有间歇摇动几次的；pH：4.4～5.4；培养时间：24～36小时；两级间的接种量：1～5%，也有达10%。车间纯种培养流程车间纯种培养一般采用二级扩培，但也有个别工厂只采用一级扩培的，几种典型的流程如下：①卡氏罐一级种子罐二级种子罐（10L）（500L）（10000L）②大三角瓶一级种子罐二级种子罐（总体积10L）（500L）（10000L）③卡氏罐种子罐（10L）（10000L）培养条件温度：常温酵母30℃左右，耐高温酵母34℃左右。pH：4.2～5.4。通风情况：开始时不通风，当发酵开始自然升温时，微量通风，或采用间歇通风。培养时间：12～36小时，培养时间长短取决于接种量大小。两级间的接种量：1～5%，其中以2～4%最为常见，也即级间扩大倍数以25～50倍最为常见。流加培养无论是种子酵母，还是商品酵母，一般均在相同规模的主发酵罐进行。发酵过程采用连续大量通风，并控制培养基中糖、氮和磷的浓度，糖液、营养盐（包括氮、磷、镁等营养盐）和碱液均采用连续流加。对于小规模生产，营养盐和碱液也有采用每小时或半小时添加一次的，但糖液必须连续流加。流加培养流加培养流程流加培养有采用二级的也有采用三级的。在工业化生产中，通常称之为一代酵母、二代酵母和三代酵母。所谓一代酵母就是指经第一级流加培养所获得的酵母，二代酵母即以一代酵母为种子进行第二级流加培养所获得的酵母，以此类推。典型的流加培养流程如下：流程Ⅰ：间歇培养种子一代酵母分离洗涤商品酵母（二代）（100～200m3）（酵母乳）（100～200m3）流程Ⅱ：间歇培养种子一代酵母分离洗涤二代酵母分离洗涤（100～200m3）（酵母乳）（100～200m3）（酵母乳）过滤商品酵母（三代）（压榨酵母）（100～200m3）流程Ⅲ：间歇培养种子一代酵母二代酵母分离洗涤商品酵母（三代）（20～200m3）（100～200m3）（酵母乳）（100～200m3）第三节流加培养过程适应期积累期成熟期酵母的适应期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称之为酵母的适应期，时间约半小时至2小时不等，依培养条件和种子状态而定。在适应期内，酵母细胞的原生质内发生复杂的生物化学过程，细胞数目并不增加，但每个细胞的体积增大，原生质变得更加均匀，贮藏物质逐渐消失，代谢机能非常活跃，然后就开始出芽繁殖。酵母的积累期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，通风量亦较小。随着流加培养过程的进行，细胞迅速繁殖，3小时左右即可增殖1倍，培养液中的细胞浓度及培养液的体积不断增加，发酵罐中单位时间的细胞增加越来越快，因而糖液和营养盐的流加速率也相应的不断增加。至于发酵中期后，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，随之进入比较稳定的高速生长期。在此短时间内，培养液中的细胞浓度保持较高的速率稳定增长，但比生长素率开始下降，细胞的倍增时间逐渐从4小时左右下降至6小时左右。进入氮饥饿培养阶段倍增时间为7～8小时。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少，因而糖液的流加速率也应适当的逐渐减少。酵母的成熟期积累期结束后，由于积累了好几代的细胞，细胞大小不尽均匀，有的子细胞个体较小，而有的还没有同母细胞分离，而有的刚出芽的细胞，其细胞内贮藏物质很小，容易在其后的冷藏、干燥和贮存等过程中死亡。最终的商品酵母必须是相当成熟的细胞，要求细胞内贮存物质多，而出芽细胞的数量相当低。为了实现这一目的，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。在营养缺乏的情况下，通风过量会加强细胞成分的分解过程，影响成品质量。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0.5～2小时，视细胞状况和培养基中残存营养物质的情况而定。在成熟期，酵母细胞数增加很少，但细胞重量则有所增加。第四节酵母产品的制备对培养成熟的酵母进行分离、洗涤、压榨和挤压成形后，采用快速低温干燥即制得酵母产品。分离与洗涤发酵结束后，应在很短时间内把酵母从发酵醪中分离出来。分离与洗涤的目的有二：一是发酵结束后，发酵液中的酵母干固物浓度一般为30～50g/L，经离心分离后的酵母乳期酵母干固物浓度达到150～210g/L；二是通过加数倍的水洗涤，将酵母细胞表面及酵母乳中残存的糖蜜与色素、营养物质、消泡剂和杂菌等洗去。酵母的分离与洗涤通常采用喷嘴式离心澄清机。过滤经酵母离心机分离洗涤的酵母乳含酵母干固物150～210g/L，仍具有流动性，冷却到4℃左右后进行过滤或暂时存放在4℃酵母乳贮藏桶中。过滤的目的，就鲜酵母产品而言，经过滤后，酵母乳成为酵母干固物含量为28～34%的酵母块，不再具有流动性，便于贮藏、包装和运输；就活性干酵母而言，则只有酵母块才便于造粒成型，同时降低干燥的能耗，缩短干燥时间，有利于成品的质量。干燥在干燥之前，在酵母乳或块状酵母中加入乳化剂拌和均匀，以保护酵母在干燥时的迅速脱水过程中和使用时的复水过程中的活性的损失。块状或饼状鲜酵母通过挤压机挤压成直径为0.5～1.0mm的条状，直接进入干燥器干燥，在强烈的热风吹动下，自动断成3mm左右长的颗粒，随后干燥成产品。干燥方法：吸水干燥法、静态气流干燥、喷雾干燥、动态气流干燥。干燥热风干燥床孔板进料口出料口干酵母储存罐干酵母颗粒导风口国产的酵母干燥设备活性干酵母有两个基本的特征：一是可在常温下长期贮存而不失去活性；二是将活性干酵母在一定条件下复水活化后，即恢复成自然状态并具有正常酵母活性的细胞。添加剂的使用：（1）增加渗透压的添加剂（2）乳化剂（3）抗氧化剂添加剂的使用（1）增加渗透压的添加剂（2）乳化剂（3）抗氧化剂（1）增加渗透压的添加剂可用作提高渗透压的化合物包括：磷酸盐、硝酸盐、硫酸盐和诸如醋酸、乳酸、琥珀酸、苹果酸、延胡索酸等有机酸所构成的碱金属有机盐，此外还有甘油、山梨醇、丙烯乙二醇等多元醇以及乳糖等非发酵性糖和尿素等。当然，所选的化合物首先必须对酵母的活性不产生抑制作用，其次是有利于降低酵母乳液的粘性。（2）乳化剂乳化剂也就是通常所说的表面活性剂，是三类添加剂中对酵母活性保护作用最明显的一类添加剂，也是目前应用最为广泛的添加剂。它的作用是在细胞周围形成一层保护膜，提高酵母细胞耐渗透的能力，阻碍细胞内物质的流失，从而保护干燥和复水过程中活性的损失。可在活性干酵母中添加的表面活性剂有：山梨聚糖月桂酸脂、山梨聚糖棕榈酸脂、山梨聚糖硬脂酸脂、山梨聚糖硬脂酸甘油酸脂、山梨聚糖油酸脂、山梨聚糖甘油三油酸脂等。目前，有许多专用的商品酵