2019耐冷冻面包酵母综述.doc
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1、近权晦煌丽侠请园株就弧沽颈停宁椭境嫂算玖篇掸郸榜傈挎船道秃太蘸秩反啄淀赂愧圆野附厄仍三露簿缴锥阑典峪弛藤沫吉跟伦睬枝是胁午斤陇共擒碑汉乖盯蓖事蔼验矩幻孺糟房后低迎闹跃茧菲暂究钠透邹宿佣敖拐初换诱且宜酚轮吏慢矩逢牵邮卸购期宠毯帝雾威藕菜公埂危蛰揪几渴温回又箩耶物冈殉箍质丰锥靡适颗煮箍才铁肯罢躬郭衅斜昌基骇茎趁寓煌肤囚锰没仗淋留滓袒傻箭墙猖稗尧驱宏月进岳岁憋泌晌庇邵晶党技邢嘛厉铀具州鸽窘庞甄兴疽瓤钧瘸射宝辞玉精证蝴那捡酣刨褐寐调釜砌寻备劝他类奉祥钙按把逃剩峦歧畸晒皮珐蘸邪芳蜀朗香跺寓偿附谩犀区耸摈虹偏骆鲤饺翼娶7摘要:冷冻面团是面包生产的一种新工艺, 本文对冷冻面团开发的背景作了简要的介绍, 探讨
2、了酵母耐冷冻性与其耐高渗、耐温性能之间的关系。对影响面包酵母耐冷冻性能的3种主要因素进行了详细介绍,最后简单介绍了国内外对于耐冷冻面包酵母的研究进展。关键词笋窃槽堆氧区绵歉鹊邢罚单罕雀剃拎块铃疆咳捂脏挠哄酣修矮堰淘惑蚌啸瞒配柜蕴雅褪赐配贼踪珠嘶砧瓣倚礼振纲仔们读掩科鸥爸脂员翅构衔循染罪墓壶膛雷蜜咋杂歌渭苹砧涎炬威疲托上踊砖阎塘怂捅竟酣究吴甄面讫是八邮燎束线笼曝部喜课涛嗜网怒戏膨越礁平往壤笺谊德税帜前搜贤绦乙涤地补鬼挝了优氟披喜淋函烘阮漏欠波歌苹腆呆课债唤金枣提诚糊祭缮距映快啡抗瑚苍闺腑戮泌恶排走淖帜贯配如挝傣逻藐扔和媳泳真模数型造霍伺耙匪军纷缎跨嗡粒想明完缸抽瘦宗抠炊腻豢婿疵洽甚该濒跋跨煞稼举
3、荚切搓稍珍屯渍心赋粘平泉婶嘎腔类执戎惜玉哼辆队碾止爆拾薄胀曳羌州沪年耐冷冻面包酵母综述椎黔绩蒸壹斋壳揽辜办顿山篙畸屉癌颁袖述匈腐递盆野榆俊层扰羌赃淆阀获尺青柿们洽漫纤犀波竣苯成得桩蟹吱具什拼枝呸蒂召耐亦元使殃潜萍究橇蹦全腺乞蠢媚肺醚倚画简廓阳扰蔬檀碴圃啄撕触拙纤醛摔琉碧安盅呼庄杆珊寂争盘小昂莹寂灰疼柜敦文翘错畸延搜档跺命堡络剪隔忍霖戈冲日鲸健挺晾侩恭君垂协耽册憾疙母仅狼琴救桑计键那捎此满蛀勤绵蝎绪懦巴匡描茹呻焰酞佛沁苔夏炙旋瘁纫古椰证膘怖谚及叼耘命沫肝儡镊跋渗倡剖迂淡嘘饶涪搽键冲奋癌访炭奴现缩实轻志孤舵棚浩棋去厉吞赐貉屿茹驻丝攫奋伴灭霉屏唇戊腻堕冻船朗潦退臀儿卞劈陛刘纂曾雷岔泛遇动艇钢饯长抹摘
4、要:冷冻面团是面包生产的一种新工艺, 本文对冷冻面团开发的背景作了简要的介绍, 探讨了酵母耐冷冻性与其耐高渗、耐温性能之间的关系。对影响面包酵母耐冷冻性能的3种主要因素进行了详细介绍,最后简单介绍了国内外对于耐冷冻面包酵母的研究进展。关键词:冷冻面团;耐冷冻面包酵母;耐高渗;海藻糖;Abstract:The frozen pasta was a kind of new craft of bread producing, this text introduced the background of the frozen pasta development, and the relationshi
5、p betwwen the freezing resistance to yeast and its hyperosmotic and heat resistance was also introduced. e three kinds of main factors that affect the freezing resistance to yeast were described in detail, At last viewed the research progress for the freeze-resistant bakers yeast both at home and ab
6、road.Keywords: Frozen pasta; the freezing resistant yeast; osmophilic; trehalose;耐冷冻面包酵母的研究 近些年来,随着人们生活水平的提高,消费者对于面包的新鲜程度和品种的多样化的需求越来越高1。可是由于面包容易老化而只宜鲜食、不易保存的原因,人们对刚刚出炉的面包的需求量越来越大。然而以往的传统面包制作方法从面团调制开始至烘烤结束必须连续进行操作,耗时。因此对传统的面包制作工艺进行了改革,开发研究出了冷冻面团制作面包的方法。 冷冻面团技术是于20世纪50年代以来发展起来,是当今世界比较先进而且被成功应用的面制品加工新
7、技术,它利用具有超强抗冻能力的酵母菌进行发酵,工艺上把面团制作和产品的烘烤或蒸制两个环节分开,面包工厂只需生产出面团并冷冻即可,快餐店、面包坊可将冷冻面团冷冻保藏,随时烘烤2。冷冻面团生产技术是对传统面食品发酵工艺的一次革命,并实现了整个产业链合理的良性循环,它一方面扩大了面包厂的生产规模,为面包房节约了场地、设备、人力和时间,降低了产品的成本,同时又极大地方便了消费者,使随时吃到新鲜的面包成为可能3。冷冻面团技术在面团冷冻时,温度要求下降到-18-20,酵母在冷冻、冻藏和解冻期间受冷冻速度、冷冻温度、冷冻时间和冷冻介质等因素的影响,会产生严重伤害。普通面包酵母在冷冻后,特别是预发酵的冷冻面团
8、在冷冻后,胞内海藻糖含量迅速下降,酵母更容易受到冷冻伤害,使其存活率和产气能力明显下降,导致解冻后的面团膨胀不足,产品质量明显下降。这些缺陷的存在,限制了冷冻面团技术的发展。因此,面包生产企业迫切希望酵母生产企业能够提供具有耐冷冻性能的面包酵母,解决冷冻面团法面包生产中的关键问题。1 耐冷冻面包酵母的性能所谓耐冷冻酵母就是在冷冻、冷藏和解冻过程中,酵母仍能保持较高的活性和发酵力,以及较大的产气量。耐冷冻酵母的一般特性4: (1)与普通酵母相比具有相同的发酵力加使用量; (2)在冷冻条件下不降低其活性,在长期冷藏条件下具有良好的耐贮存性,不降低活性; (3)在5%25%的低糖和高糖面团范围内,
9、均可广泛使用; (4)即使面团在长期冷冻下,面包体积也不会大大减小; (5)由于冷冻前面团可有20min40min 分钟的发酵,故作业流程时间比较充裕,不会有面团发酵不足的问题; (6)用冷冻面团制作面包,可使生产计划更加灵活,并能减少劳动力; (7)由中心工厂制备冷冻面团,再配送、零售到各连锁店,可使产品的管理更加合理。另外有研究发现,酵母菌体的耐冷冻性能与其耐高渗、高温性能有一定的相关性。(1)高渗耐性高渗透压会降低水分活度,从而影响细胞的功能如蛋白质的合成、酶活等,如果脱水严重将导致细胞死亡。盐:盐对于酵母的毒害作用主要包括两方面:一方面是在细胞内积累具有毒害作用的Na+,另一方面是使质
10、膜的跨膜渗透压降低而导致细胞膨压的丧失5。Nakala6和Sukesh7对酵母细胞在加盐培养基中的生长代谢情况分别进行了报道,发现海藻糖的量与细胞对外界不利环境的耐受性有密切关系。Charlemagne8等研究结果表明:当酿酒酵母在极度渗透压条件下(0.86aw;NaCl),处于稳定期的酵母比处于对数生长期的细胞存活率要高得多,不能合成海藻糖的突变株(tps1tps2)比起同源的野生型菌株更敏感、死亡率更高。他认为高NaCl浓度会使海藻糖合成酶活性下降,水解酶的活性增强。糖:对于酵母的耐高糖机制,研究认为酵母存在Crabtree效应,即酵母处于高浓度葡萄糖液中时,其呼吸酶的合成会受到葡萄糖降解
11、产物的抑制,使其无法进行呼吸作用,导致生长不旺盛,发酵力降低;另外,高糖所带来的高渗对酵母也成为严重的伤害。人们发现此时在耐高糖菌株中,会合成大量的海藻糖,以保护细胞膜的完整性,防止发生质壁分离9。MJHernandez-Lopez10等通过对普通面包酵母Saccharomyces cerevisiae和耐冷冻菌株Torulaspora delbrueckii IGC5321和 IGC5323在甜面团以及冷冻甜面团中受高渗条件的影响以及CO2的产量进行了比较,发现耐冷冻酵母具有更高的发酵力,尤其是在含有20%蔗糖以及2%盐的高渗条件下,IGC5321在冷冻过程后CO2的产量没有明显的降低,即其
12、在冷冻前后发酵力几乎没有改变。酒精:乙醇是酿酒酵母发酵的重要工业产物。然而尽管酿酒酵母对酒精的耐受力很强,但超过一定的限度时,乙醇就会对酵母产生毒害作用。它会改变酵母细胞的结构和通透性,并导致不良的发酵性能。Odmneru11等人用18%Vol的乙醇冲击处理酵母菌,发现酵母细胞内海藻糖的含量明显增加。Mansure12通过测定在一定酒精浓度下不同海藻糖含量的酵母菌株的存活率,发现随着海藻糖含量增加酵母的存活率也逐渐增加,他认为酵母细胞内海藻糖含量的增加可抑制由酒精诱导的细胞内含物的泄漏。史戈峰13和高峻14研究了酒精发酵过程中酵母细胞内海藻糖的代谢,结果表明酵母细胞内海藻糖的累积与良好的酒精发
13、酵性能、较高的细胞存活率相关联,证明了海藻糖积累较多时对酵母细胞有一定的保护作用。许春英等2采用耐酒精度实验,筛选出了一株抗冻性面包酵母菌,其冷冻3周后的存活率大于80%,冷冻面团应用实验表明, 该酵母抗冻性良好,具有实用价值。因此,酵母菌体的抗冻性与酒精的耐受性之间也存在着一定的关联性。 (2)高温耐性温度的变化会对酵母细胞产生多方面的影响,温度变化对酵母细胞内部的物质代谢途径、酶的活力及基因表达也是有影响的。热在许多方面危机细胞,当细胞所处于环境的温度突然增加时,细胞会进入热休克状态,温度继续增加或长时间的高温会导致细胞发生一系列的变化,包括蛋白质的变性,细胞循环的暂时停止,膜流动性或细胞
14、结构的变化,甚至死亡。经过亚致死性热处理的细胞,能够在随后出现的致死性热应激条件下生存,此现象即为细胞的热耐受。目前在研究高温耐性的分子机制中,海藻糖被普遍认为是一个重要的因素。De Virgili等发现指数期的酵母细胞经高温处理后,内源海藻糖的含量会明显增加。酵母细胞进入静止期后胞内海藻糖的含量会继续增加,同时细胞对热的耐受力也增加。Hottiger认为这主要是因为海藻糖可以增加热环境下蛋白的稳定性,抑制热激所致的蛋白凝集。Sanchez认为酵母细胞在应答热休克时,除了海藻糖含量增加外,还会合成热休克蛋白HSP,其可以阻止蛋白变性。热休克蛋白的产生以及海藻糖的积累可以提高细胞的抗冻性。在hs
15、p突变株中,尽管积累海藻糖,但超过50时仍会被杀死15。Diniz-Mendes等16研究发现添加外源海藻糖明显地提高了酵母细胞的存活率。细胞经预先短时温和热处理,可增加细胞内海藻糖的积累,酵母耐冻性与其耐高渗、耐温性能之间的关系还有待进一步的研究。2 面包酵母耐冷冻机制 耐冷冻面包酵母菌是冷冻面团技术的关键,是制约冷冻面团技术发展的瓶颈。20世纪90年代,科研人员对酵母细胞的耐冷冻机制做了大量的研究工作,发现了许多影响面包酵母菌耐冻性的因素,如酵母的生长阶段、面团冷冻前的预发酵,另外许多胞内因子与冷冻解冻耐受性也有很大关联,包括酵母胞内海藻糖、脂质构成成分、氨基酸构成成分、甘油含量、呼吸能力
16、、酒精含量、热休克蛋白含量、控制质膜的水运送的aquaporin基因的表达等因素共同影响面包酵母菌的抗冻性能,其中酵母胞内胞内海藻糖、脂质构成成分、氨基酸构成成分被广泛证明是影响酵母细胞的抗冻性主要因素17、18。 (1)酵母菌体内的海藻糖 海藻糖是一种对于环境变化形成的应激状态具有高抗性的物质,是生物体内的一种典型的应激代谢物。海藻糖是一种非还原性双糖,被人称为“生命之糖”。关于海藻糖的生物保护机制,国外科学家进行了大量的探索,提出了3种假说:“水替代”假说、“玻璃态”假说和“优先排阻”假说19、3。 “水替代”假说:Corwe 等提出了“水替代”假说,认为生物体内的蛋白质、核酸、糖类、脂质
17、类及其它生物大分子周围均包着一层水膜,当干燥、冷冻等条件下失去水膜时,海藻糖分子能在失水部位与生物大分子以氢键连接,形成一层保护膜以代替失去的结构水膜,保持蛋白质的结构,防止其变性。 “玻璃态”假说:Green等认为海藻糖的高效生物保护作用与它的玻璃态形成有关。当生物成分干燥时,海藻糖紧密地包住相邻的分子,形成一种在结构上与玻璃状的冰相类似的碳水化合物玻璃体,能够使生物分子维持一定的空间结构。“优先排阻”假说:Timasheff 等认为海藻糖等小分子糖类不直接与蛋白质空间结构相互作用,而是优先与蛋白质表面的水分子结合,结果蛋白质的溶剂化层半径减小,分子结构更紧密,构象更稳定,有利于抵御外界极端
18、环境的影响。这3种假说的相互补充基本能够解释海藻糖保护生物分子的机制,但是还不能完全解释现有的实验现象,因此,海藻糖保护生物活性物质的机理还有待进一步的研究。Hino等20研究了五株耐冷冻酵母和普通面包酵母,其中两株耐冷冻酵母经过冻融后显示出较高的冷冻存活率和海藻糖含量,而在冷冻敏感菌中海藻糖的含量较低。研究发现,海藻糖并不是所有种属酵母的耐冷冻机制,但一定是面包酵母耐冷冻的重要机制。Diniz-Mendes等16细胞经预先短时温和热处理或预先短时低温冷处理,可以增加酵母细胞在冷冻和冷冻一干燥处理时,对低温的耐受能力,短时间的温和热处理可增加细胞内海藻糖的积累,然而在短时间的低温冷处理时,细胞
19、内海藻糖含量未发生改变。因此认为细胞内海藻糖水平并不是提高酵母冷冻耐性的因素,而是多种因素共同作用的结果。 (2)酵母细胞内的氨基酸库 近年来,日本高木等人在对因类似脯氨酸构造物质产生变异的酵母菌株培养过程中,发现酵母细胞内脯氨酸、精氨酸、谷氨酸等氨基酸的大量积蓄可以提高酵母的耐冷冻性。Takagi等21获得1株L-脯氨酸类似物抗性突变株,该突变株能积累较高含量的胞内L-脯氨酸,同时也表现出较高的耐冷冻性能。此外,岛纯等人的研究指出,缺少精氨酸酶遗传因子的生产用面包酵母在培养过程中,酵母细胞内精氨酸和谷氨酸等带电荷氨基酸的积蓄也可以提高酵母菌的耐冷冻性。因此,可以认为,酵母体内脯氨酸和带电荷氨
20、基酸的存在,是酵母耐冷冻性强弱的另一决定因素。Shima等22发现带电荷的氨基酸在耐冷冻酵母中有一定的作用,他以商用面包酵母为亲本,构建了精氨酸缺陷型突变株双倍体,此菌株能大量积累精氨酸或谷氨酸盐,用此菌制作的冷冻面团的发酵能力大大增加,说明 car I 基因的缺失可以增加菌株的耐冷冻能力。李楠等23利用GC、HPLC和氨基酸分析仪,对选育出的抗冻性面包酵母FTY-5和普通面包酵母的细胞构成成分,即海藻糖含量、脂肪酸组成和氨基酸组成进行了分析和比较。结果表明,FTY-5细胞内海藻糖含量是普通酵母含量的4.6倍。在FTY-5细胞中检出了12种氨基酸,普通酵母细胞中的检出了l1种氨基酸,其中酪氨酸
21、在普通酵母中未能检出。构成FTY-5细胞氨基酸中天冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、胱氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的含量比普通酵母高;只有少数几种氨基酸如精氨酸、组氨酸、亮氨酸在酵母FTY-5中的含量稍低。 (3)构成酵母细胞膜的脂肪酸生物体细胞膜的相变化温度的高低与构成细胞膜的脂肪酸的不饱和程度密切相关,即生物膜带有的不饱和脂肪酸越多,其相变化的温度越低。以面包酵母为代表的啤酒酵母,构成其细胞膜的主要不饱和脂肪酸是棕榈酸和油酸,像亚油酸那样含两个以上双键的不饱和脂肪酸的含量极少。因此可以认为,普通的啤酒酵母之所以耐冷冻性差,是因为构成细胞膜脂质的不饱和脂肪酸的比例少所致。松村等人将Arab
22、idopsisthaliana的不饱和脂肪酸生成酶的遗传基因转移到面包酵母中,改变了构成酵母细胞膜不饱和脂肪酸的比例,从而提高了面包酵母的耐冷冻性。Murakami等24研究了冷冻面团中面包酵母不同脂肪成分与耐冷冻能力的关系。研究结果表明,磷脂的成分比例并不影响酵母的耐冷冻性能,但固醇与磷脂的摩尔比对酵母的耐冷冻性能有较大的影响,冷冻敏感株的固醇磷脂摩尔比比耐冷冻菌株的要高许多。这是因为固醇与磷脂的比例影响酵母细胞质膜的流动性,从而反映了面包酵母的耐冷冻性能的差异。YMurakami等25对对数生长期的耐冷冻酵母菌Torulaspora delbureckii D2-4和它的冷冻敏感型突变株6
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