北纳生物-河南省工业微生物菌种工程技术研究中心

酵母菌的抑菌性及安全性评估(二)

发布时间:2021-09-17 16:26 作者:北纳生物编辑-陈丹

3 益生酵母菌的应用

酵母菌在制酒、酿醋、发酵面食等行业中扮演着重要的角色,可改善食品风味、香味和质地,增强营养特性等(图1)。酵母菌在食品或饮料中应用时,不应损害人体健康,也不能对产品的口感以及货架期产生有害影响。其次,微生物本身应该具备一定的优良性能,例如耐酸、耐胆盐、酶活性强等,并且具备良好的黏附特性,在人体内可保持较高的数量水平。在酒、食醋、酱油和泡菜等发酵食品中,酵母菌是发酵剂中重要的组成成分,在乳品、果汁等无醇饮料和密封食品中,酵母菌则因其产乙醇、二氧化碳以及本身所带有的气味等,给产品带来负面影响。近年来在饮品行业中也出现了添加酵母菌的研究,利用菌种之间的互相作用维持益生菌处于主导水平,保持产品的稳定性,提高产品的营养价值,如开菲尔粒的制作。

 酵母菌的应用和益生活性|北纳生物
图1 酵母菌的应用和益生活性

3.1 酒的生产

酒在我国历史发展中扮演着重要的角色,不仅是一种 客观的存在,也是我国特色文化的象征,对我国社会生活各个方面产生了很大影响。我国是酒的生产大国,以著名品牌茅台、青岛啤酒为例,2020年茅台酒厂生产基酒7.52万 t,同比增长0.15%;青岛啤酒实现产品销量 782万 kL。酵母菌是酒类酿造行业中的重要微生物,几十年来科研人员对酿酒酵母研究从未间断。酵母菌在食品应用中有大量的文献报道,例如在白酒、啤酒、葡萄酒等的酿造中,可增加芳香族化合物含量;也可用于生产燃料乙醇,但有关酵母菌益生功能应用的研究很少。酵母菌越来越多地被添加到食品中,以研制出有利于人类健康的产品。啤酒本身营养丰富且易消化,适量饮用可以补充生物活性多酚和酚酸,并丰富肠道菌群多样性,有益身体健康。

一些科研人员致力于新型啤酒的开发,在啤酒发酵过程中,将布拉氏酵母与酿酒酵母进行混合培养,发酵结束时,酿酒微生物中布拉氏酵母占主导地位,活菌数在8×106~7×107 CFU/mL之间。对添加布拉氏酵母的啤酒中主要挥发性物质含量的分析表明,添加布拉氏酵母菌株的混合发酵剂对啤酒香气没有负面影响;此外,混合发酵剂发酵的啤酒中抗氧化活性和多酚含量较单一发酵剂的啤酒有所提高。添加Torulaspora delbrueckii后,啤酒的高级醇含量有所增加,乙酸乙酯与乙酸异戊酯含量分别提高了3 倍和6.7 倍,最终得到的啤酒具有独特的风味。

3.2 乳品生产

原料乳中的微生物分为3 类:有益微生物、有害微生物、病原微生物。其中有益微生物主要是指乳酸菌,包括链球菌属、明串珠菌属和乳杆菌属等。受家畜、农场环境以及采集过程的影响,生乳中也掺杂有酵母菌。开菲尔又称雪莲菌、西藏灵菇,起源于俄罗斯北部的高加索地区。当地居民将动物乳注入羊胃袋发酵生产不规则颗粒状物体——开菲尔粒。使用开菲尔粒生产的酸奶中蛋白质、维生素等含量丰富,同时对高血压、贫血等症状有一定的疗效,发酵代谢物中的多糖可降低癌症的发生率。Marsh等使用高通量测序分析了开菲尔乳品,25 个奶样中24 个含有酿酒酵母以及少量的毕赤酵母和克鲁维酵母。不同地区生产的开菲尔受气候、温度、湿度影响差异大,但多项研究表明,开菲尔颗粒中确实 存在酵母属微生物,这表明了酵母菌应用在酸奶中的可行性。开菲尔粒中酵母菌的存在对其他益生菌具有增强稳定性功能,在水开菲尔中,酵母菌的应用促进了乳酸菌数量的增加。

通常,牛奶中的乳糖在发酵过程中被转化为乳酸,有研究表明,部分酵母可代谢乳酸等有机酸,可为乳酸菌生长创造一个有利环境。酸奶中添加布拉氏酵母菌后,其pH值和蛋白质水解活性均有所提高,发酵剂中微生物的存活率大幅增加;加入乳酸克鲁维酵母后,酸奶不含乳糖且具有显著的抗氧化性,发酵过程中也不需要添加β-半乳糖苷酶,降低生产成本同时提高了产品性能。一些真菌(马克鲁威酵母和酿酒酵母)具有耐酸性、耐旱性或耐冷性,在一定程度上可以耐受化学防腐剂,有时也在食品中添加来延长产品的货架期。可在乳品中应用的酵母菌因菌株而异,并且具有菌株差异性。白地霉菌(Geotrichum candidum)可导致西红柿、柑橘类水果和玉米等粮食腐烂,但在西方地区,这种菌被用来制作带皮奶酪,其对奶酪的成熟和风味有直接的影响作用,在许多软奶酪和半硬奶酪的成熟过程中发挥重要作用,并为口味和香气的发展做出积极贡献,如法国著名的卡芒贝尔奶酪。

3.3 酵素生产

酵素是指以蔬菜、水果为原料,经酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等多种微生物发酵而成的功能性液体或固体食品。酵素对人体作用主要有维持机体平衡、抗炎、抗菌、分解消化食物、净化血液、促进细胞再生及组织修复等。目前国内外有关酵素的研究主要有三部分:1)发酵菌种的筛选与研究。2)酵素生产工艺的优化。 3)酵素产品特性研究,例如抗氧化性、对机体免疫功能影响等。当前市场上与酵素相关的食品以及保健品已有很多种类,有关酵素发酵原理的研究并不多见,例如微生物对产品的影响以及微生物之间互相作用、底物之间相互影响,这些问题都有待解决。我国对酵素的研究处于起步阶段,目前集中在菌种筛选以及酵素产品特性。从菠萝皮及果肉中分离得到150 株酵母菌,进行耐受性等实验后,挑选出一株表现良好的酵母菌,应用于菠萝酵素的制作,得到了口感、气味、可接受程度都优于商业化菠萝酵素的产品,且残糖、果糖、总绿原酸等含量高,具有开发菠萝饮料及发酵食品的潜能。Nyanga等在滇刺枣(Ziziphus mauritiana)的发酵中,研究了不同酵母菌对其中风味物质及乙醇含量的影响,以获得一款特定的功能产品。

在酵素饮料生产中添加益生酵母,除了满足乙醇、CO2的需求外,还可以产生生物活性物质。在3 种混合果蔬汁中添加酵母菌发酵,发酵产物中酚类物质含量丰富,并且产品表现出很高的抗氧化性。有研究表明,酵母菌和细菌是酵素发酵过程中的优势菌种,而乳酸菌只是在某一时期存在或人为添加时 存在,在发酵环境中长期存在的酵母菌,可能对酵素益生功能有所贡献。在康普茶生产中,总酚类化合物含量的增加是酵母菌及细菌释放的酶所致。酵素在生产中难免会与外界环境接触,空气中的野生酵母及霉菌不可避免地进入发酵环境中,导致培养基变质,产生不良气味、毒素等负面影响。已有研究报道,酵母菌可降解霉菌毒素,除去发酵中的毒素,抑制毒素在人体内的吸收。市场上销售的酵素有不同的口味、种类可满足不同人群对产品的需求,随着人们对健康的追求,像酵素这样的保健品市场需求增长很快,酵母菌在其中会有很大的应用前景。

3.4 酵母菌在食品行业应用的局限性

酵母菌在食品行业应用受到的限制主要是其本身特点以及酵母菌与食品基质是否适合。在乳品、果蔬汁制作中,酵母菌的污染会对食品的外观、口感以及质地带来影响,酸奶中添加水果、坚果、蜂蜜等辅料也是引起酸奶腐败的原因之一。在乳品加工中,一些酵母会产生乙醇及二氧化碳,破坏酸奶口感及风味,另一些诸如假丝酵母等会破坏酸奶外观,特别是经济欠发达地区制作的手工酸奶,设备简陋、环境脏乱、消毒不彻底等因素导致酸奶被酵母污染后,通常会有胀气现象。而在果蔬汁中掺杂酵母菌后,其味道变酸、变臭也是一种普遍现象。从吉林省抽查了700余份酸奶样品,常温放置后获得12 份胀气样品,从中分离得到23 株污染菌,经鉴定后全部为酵母菌。到目前为止,已有60多种酵母菌被鉴定为乳制品的腐败菌。特别强调的是在乳制品加工中,现已出现了耐高温的酵母,一些酵母菌在巴氏消毒后仍能存活。因此,在饮品中应用酵母菌时应提高警惕,避免造成微生物污染和不必要的经济损失。

4 酵母菌的安全性评价

酵母菌常寄生于人体皮肤和黏膜等处,属于正常菌群,但也属于条件致病菌。酵母菌中条件致病菌有假丝酵母菌,严重感染者可导致基础疾病、免疫功能低下,长期使用抗生素、反复放置导管、器官移植、反复超声雾化治疗、激素及免疫制剂等都是感染酵母菌的重要途径。目前,市面上用到酵母菌的领域很广泛,特别是食品领域,例如乙醇生产、调味剂、面食发酵等。益生菌安全性评价一般以病原性、毒性、代谢及菌株内在特性作为指标,通过细胞实验、动物实验来确定其安全性。王红从苹果和梨表面筛选得到217 株酵母,并对其中24 株具有代表性的菌株做了4 种细胞(人食管癌细胞Eca-109、人肺癌细胞A549、人乳腺癌细胞mc F-7、大鼠肾小球系膜细胞HEZY-1)毒性实验,其中7 株酵母对至少两种细胞具有明显抑制作用,两株酵母具有食用安全性隐患。

研究人员从发酵食品中分离出13 株食源性酵母,将其分别对常见的3 种肠道病原菌(大肠杆菌、李斯特氏菌、肠炎沙门氏菌)做了细胞黏附抑制实验,所有菌株都能降低病原菌对Caco-2的黏附,大多数酵母菌表现出的抑菌效果甚至优于布拉氏酵母。马娅君等对异常毕赤酵母的安全性做了急性和慢性口服实验,异常毕赤酵母AR2016菌株对小鼠无毒,具较高生物安全性,并且可提高小鼠日均采食量,增强机体免疫功能。酵母菌作为载体来治疗人类疾病的研究十分常见。用热灭活的重组酵母为载体来调节动物肌肉生长抑素功能,接种疫苗组与对照相比表现出更好的生长性能,所有小鼠在整个实验过程中都很健康,表明重组酵母疫苗是无毒的,可以安全使用。在免疫受损小鼠模型中,东方伊萨酵母菌显示出良好的免疫调节功能,经灌胃实验后,发现它能够使脾脏淋巴细胞活力显著升高,维持免疫低下小鼠的体质量、肝肾功能,调节Th1/Th2平衡。在缺铁性贫血治疗中,富硒酵母由于吸收率高、刺激性小、营养丰富等特点引起人们重视。

Kyyaly等通过不断提高环境中铁含量来制备富铁酵母,最终得到1 株胞内铁含量为15 mg/g的富铁酵母,经动物实验验证,该酵母可以提高贫血小鼠的血红蛋白含量,并能改善贫血对小鼠肝、脾、心脏等脏器造成的损害。人类微生物组计划调查结果表明,在肠道环境中真菌属中酿酒酵母的丰度最高,尽管健康人粪便的真菌群落具有高度的变异性,但在大部分粪便样品中仍检测到酵母菌,说明酵母菌能在人体内定植。益生菌的推荐剂量为109 CFU/d,任何潜在致病菌进入人体后都会带来健康隐患,因此菌株安全性评价显得尤为重要。

5 结 语

酵母菌在食品以及饮料行业已经得到了广泛的研究与应用。近年来的研究表明,酵母菌正打破人们对其固有的认识,逐渐成为益生菌的一员。目前,市场上常见食品中含有的益生菌主要为双歧杆菌、乳杆菌、乳球菌,在我国《益生菌类保健食品申报与审评规定》中,酵母菌也没有被列入其中。无论是在食品行业还是对人类健康来说,酵母菌都具备成为新一代益生菌的潜力。酒类、面食、果蔬汁、酵素生产中,酵母菌都发挥着不可或缺的作用。在酒、酵素等发酵产品中,酵母菌的研究以及应用进展得比较顺利,无论菌种选择、工艺优化还是产品最终评价,都取得了不错的结果。

与双歧杆菌、乳杆菌等益生菌不同的是,酵母菌最初应用于发酵生产,其益生功能的开发源于布拉氏酵母益生功能的发现。市场上常见的含酵母制品包括助消化的酵母片和治疗腹泻的布拉氏酵母菌散等产品。目前酵母菌在治疗腹泻、肠炎,降胆固醇,增强营养方面的功效已被证实。体外实验和动物实验中,酵母菌在提高机体免疫力、抑制毒素产生与吸收、抑制病原微生物繁殖、抗氧化、抗肿瘤活性方面也有积极作用。尽管对酵母菌益生作用发掘的并不全面,但从其表现以及安全性评价来看,酵母菌具有作为益生菌的潜力。

相关链接:双歧杆菌乳杆菌异常毕赤酵母,富硒酵母,明串珠菌属马克鲁威酵母北纳生物

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