江苏省药理学会
微生物学是从十九世纪发展起来的。然而早几千年前,古代先人就掌握了利用微生物酿酒、做酱、做面包等技术。这些微生物中有真菌、细菌等,其中最主要的就是真菌类的酵母菌。
Yeast,是一类单细胞真菌的通俗名称,没有确切定义,只因能发酵糖类而得名,简称酵母。酵母属于兼性厌氧菌,即有氧和无氧都能生存,因而在空气、土壤、水和动物体内普遍存在。但酵母最喜欢含糖量较高且偏酸性的环境中,一些水果是它的最爱。酵母的细胞比细菌的个体大得多,形态多变,有球状、卵圆状、椭圆状、柱状或香肠状等。已发现酵母1500多种,像庄稼和畜禽一样,人类驯化了数以百计的酵母品系。当然,也有少数酵母有害,个别是条件致病菌。
微生物在缺氧条件下对产能有机物的分解过程,称为发酵。发酵最有意义的两大产物为乙醇和二氧化碳。人为干预下也可用于产生其他代谢产物。
发酵最适pH值为4.5~5.0,最适温度一般在20~30℃。耐高糖酵母38℃时产气量达到最大。温度低发酵慢,但温度偏高杂菌较多,酸度增加。所谓天然酵母,是指自然界中附着在植物表面和空气中的野生酵母。全世界产量最大的果酒葡萄酒,就是利用附着在葡萄皮上的酵母发酵的。传统的老面酵头里除了酵母还含有杂菌,因而产品往往带酸味,酸味过大需要加碱面中和。
酵母经过人工培育和纯化,提高了发酵速度和产量。同样都是酿酒酵母这一物种,被选育出专门用于果酒、啤酒、面包等不同的培育品种。应用上分鲜酵母、干酵母两类。酵母发酵产生酒精和二氧化碳,构成了啤酒的酒体重要成分。还可使面包或馒头蓬松并增香。面粉发酵用的干酵母,可由多种酵母菌组成。有普通酵母和快速酵母,还有耐高糖酵母。
加糖可加快酵母的发酵速度。但酵母不耐渗透压,和盐直接在一起就发不起来。普通酵母对糖的耐受度在7%以下。用耐高糖酵母,耐受度能达到30%。如果只知道酵母用来发酵,那就太落后了。酵母在药用、食用、调味品、饲料、生物合成、能源等各方面有广泛用途。
酵母干物质中一半是蛋白质。蛋白质含量是大米的5倍、大豆的2倍、猪肉的2.5倍。而且属于完全蛋白质,其中的人体必需氨基酸齐全。酵母不仅蛋白质含量高,还产生出精食和素食者最容易缺乏的B族维生素,尤其是硫胺素、核黄素、尼克酸及维生素B12。面粉里的植酸会影响钙、镁、铁等元素的吸收和利用,在发酵时被分解掉。酵母发酵提高了食品的营养价值。因此,经发面的馒头、面包的营养价值要高于不发面的大饼、面条。酵母也可直接食用。一些国家在面包、蛋糕、饼干等食品中掺入5%左右的酵母粉以提高营养价值。台湾省还利用乌龙茶制作茶酵母,将茶中的成分吸收到酵母中。活够了的酵母衰亡后自行分解为酵母自溶物,又称酵母水解物。其中含有丰富的核苷酸,是一种天然调味剂。配合味精就成为强化风味的调料,可用于肉类、果酱、汤类、乳酪、烘焙等食品。酵母抽提物Yeast extract ,缩写YE。既有营养,又能增香。制成粉状产品,也叫酵母浸粉。YE的国家标准GB/T23530将其定义为食品配料,属于食品类,而不属于食品添加剂。YE可以在调味品中任意添加使用,比如在鸡精、方便面料包、卤制品、烘焙食品、酱油等。从酵母中可提取多种转化酶。比如乳糖酶,用于加工无乳糖牛奶,适应不耐乳糖症的消费者需要。
我国在2001年发布的《可用于保健食品的真菌菌种名单》中,有酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae、产朊假丝酵母Cadida atilis、克鲁维酵母属 Kluyveromyces、卡氏酵母Saccharomyces carlsbergensis、马克斯克鲁维酵母Kluyveromyces marxianus等。可在保健食品或婴儿食品中作为食品营养强化剂。酵母中的蛋白质、多糖等功效成分,有助于增强免疫力、对辐射危害有辅助保护作用。目前,以酵母为主要原料开发的保健食品有3大类:以酵母提取物为原料。如:××酿酒酵母粉蛋白粉、××酵母多糖胶囊等;以酵母为载体,富集某些矿物质元素,以补充矿物质营养素为目的。某些微量元素化合物加在酵母培养基中,将无机态转化为有机态,提高人体对微量元素的吸收和利用度。常见的有富硒酵母、富锌酵母和富铬酵母;以酵母活菌为主要原料。食用含活酵母的保健食品,期间应与服用抗菌药物保持一定的时间间隔。这类产品宜低温干燥贮存,利于酵母保活。
酿酒过程是酵母菌在起作用,就是鼎鼎大名的微生物学家巴斯德提出的。他的巴氏灭菌法在酒业和乳业,乃至整个食品工业,起了不可估量的巨大作用。酵母菌易于培养,生长迅速,因而在遗传学研究中屡立功劳,并诞生出多位诺贝尔奖获得者。比如:遗传学家谢尔曼等;有机化学家毕希纳;生物化学家哈登和冯歇尔平、瓦伯格、特奥雷尔、霍利、恩伯格、哈特韦尔、纳斯、佐斯塔克、布莱克伯恩和安芬森等;生物学家谢克曼、大隅良典等……先后有二十几位科学家。还有更多的科学家,利用酵母研究获得了其他国际大奖。清华大学施一公教授的主要科研项目就是以酵母为材料。
酶和辅酶,以及端粒保护等重大生物科学秘密,就是通过酵母发现的。现代生物学研究中常用酵母作基因工程的载体。酵母发酵的代谢物中,有很多具有药用价值,比如从其中提取的细胞色素C、核酸、谷胱甘肽、凝血质、辅酶A和三磷酸腺苷等。酵母真可谓是“下得了厨房,上得了厅堂”的微生物。酵母的三分之一基因可以在人类基因组中找到对应的版本,它必将为人类健康做更多贡献。