產朊假絲酵母功能的探究及應用
導讀
產朊假絲酵母屬于假絲酵母屬，其蛋白質產量高，可用于飼料原料、食品用香精等，還可以生產谷胱甘肽，同時可以供給硒，給人類和動物帶來益處。文章對產朊假絲酵母營養特性、菌體特點、生長條件及其在生產中的應用進行論述。
關鍵詞：酵母菌；產朊假絲酵母；營養特性；生長條件；實際應用
1產朊假絲酵母菌的研究現狀及分類
1.1 研究現狀
產朊假絲酵母又名產朊圓酵母或食用圓酵母，作為安全的微生物，和啤酒酵母、克魯維酵母被美國食品及藥物管理局（FDA）認證為可作為食品添加劑的酵母，也是我國衛生部規定的可用于保健食品的真菌菌種。產朊假絲酵母廣泛應用于食品和制藥業，還能夠以各種廢棄物為原料生產食用蛋白質，包括竹廢水、米糠以及馬鈴薯淀粉液廢水等。通過培養產朊假絲酵母菌，來獲得更高含量的蛋白質，可生產動物飼料、咸味香精等。
1.2 分類
經過不斷的研究和試驗，酶母菌的研究大致經歷了經典分類學、化學分類學、分子分類學方法3個階段。常見的酵母菌可分為酵母菌屬、裂殖酵母屬、漢遜酵母屬、畢赤酵母屬、假絲酵母屬、球擬酵母屬、紅酵母屬。其中產朊假絲酵母菌屬于假絲酵母屬，其細胞為圓形、卵形或長形，多邊芽殖，有些種屬具有發酵能力，有些種屬能氧化碳氫化合物，用以生產單細胞蛋白，供食用或作飼料，但少數菌能致病。
2產朊假絲酵母菌的營養特性
產朊假絲酵母的菌體蛋白質約占菌體干物質的32％~75％，其含量因菌種、培養條件不同而差異較大。在菌體細胞中含有核糖核酸4.5％~8.5％和B族維生素約2％和多種礦物質。產朊假絲酵母菌本身還含有豐富的酶類，如單胃蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶及植酸酶等，這些酶類可以將淀粉、纖維素水解成小分子糖、氨基酸、醇類等易被消化和吸收的低分子物質。產朊假絲酵母的細胞壁約占整體重量的20％，成分主要有內壁的β-葡聚糖57％、外壁的甘露寡糖6.6％和糖蛋白22％，此外還有幾丁質、蛋白質、脂類和灰分等。甘露糖和β-葡聚糖具有免疫促進劑的功能，能夠激發或增強機體免疫功能。并且其菌體中所含有的脂類主要是類脂、磷脂、固醇等脂溶性化合物，固醇類主要是麥角固醇，其經紫外線照射能轉變為維生素D2，是生產天然維生素D的主要來源。
3產朊假絲酵母菌的特點及生長條件
3.1 菌體特點
3.1.1 正常生長時的特點
細胞呈圓形、橢圓形或臘腸形，大小為3.5~4.5 μm×7.0~13.0 μm，以多邊出芽方式進行無性繁殖，形成假菌絲，沒有發現有性生殖現象以及有性孢子，其屬于半知菌類酵母菌。用麥芽汁固體培養基培養，菌落呈乳白色，表面光滑濕潤，邊緣整齊或呈菌絲狀；用玉米固體培養基培養，會產生原始狀假絲菌；用葡萄糖酵母汁蛋白胨液體培養基培養，表面無菌膜。液體呈渾濁狀，管底有菌體沉淀。產朊假絲酵母屬化能異養型，能發酵葡萄糖、蔗糖和1/3的棉籽糖，不能發酵半乳糖、麥芽糖、乳糖、蜜二糖；能同化尿素、銨鹽和硝酸鹽，不分解蛋白質和脂肪。其兼性厭氧，有氧條件下，進行有氧呼吸；無氧條件下，進行酒精發酵。最適生長溫度為25 ℃，最適生長pH為4.5~6.5。
3.1.2 在工業生產中的特點
產朊假絲酵母菌在工業生產中也有廣泛應用，其在工業生產中的特點包括：發酵密度高，在高密度發酵中細胞干重可達到92 g · L-1，其蛋白質和維生素B的含量都比啤酒酵母高；其能以尿素和硝酸作為氮源，在培養基中不需要加入任何生長因子即可生長；其能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造紙工業的亞硫酸廢液，還能利用廉價的糖蜜、木材水解液等生產出可食用的蛋白質；不具有酵解抑制有氧氧化效應，因而在嚴格好氣的條件下不會產生乙醇。另外，產朊假絲酵母在工業中是一種極為重要的微生物，常被用于生產多種具有功能性的生物物質，例如谷胱甘肽及一些氨基酸和酶類。
3.2 自然生長和誘變生長的條件
3.2.1 生長條件
溫度、搖床轉速、碳氮比等因素對產朊假絲酵母的生長都會產生影響。通過統計學分析，各因素對酵母菌生長影響不顯著（P>0.05）。試驗得到的生長條件為：發酵培養基（40 mL·500 mL-1）中按10％（v/v）的接種量接入種子后進行搖瓶發酵培養，溫度27 ℃，搖床轉速200 r · min-1，培養時間30 h，碳氮比（葡萄糖和蛋白胨質量比）為3：1 時，菌體密度最大，生長效果最好。陳合等以產朊假絲酵母1807 為試驗菌，培養條件為：250 mL 三角瓶裝液100 mL，接種量10％，搖床轉速160 r · min-1，溫度30 ℃，時間18 h，結果得出葡萄糖利用率為91.09％，產得干酵母16.29 g · L-1。陸文蔚等優化了產朊假絲酵母菌的培養基，在250 mL三角瓶中分裝50 mL 試驗培養基，液體菌種接種量為10％，28 ℃、150 r · min-1培養28 h，結果發酵菌體干重達到6.37 g · L-1。可以看出，溫度在28~30 ℃，轉速在150~200 r · min-1，培養時間24~36 h時，產朊假絲酵母菌可以表現出最適生長潛力。
3.2.2 菌種選育條件及誘變后發酵條件
誘變條件多種多樣，其中紫外照射誘變菌的方式相對簡便、易行。在15 W紫外燈下照射120 s，致死率為89％，得到蛋白質31.4％的誘變菌株，比誘變前的22.9％提高37.12％。對紫外誘變后的菌株進行發酵條件的優化，得到的最優發酵條件為：以葡萄糖為碳源、以硫酸銨和酵母浸粉為混合氮源，在32 ℃條件下，培養箱轉速為160r·min-1進行培養，可以得到蛋白質含量為37％的酵母菌株。
4產朊假絲酵母菌在生產中的應用
產朊假絲酵母菌屬于酵母菌，酵母菌的基本特性在一定程度上體現了產朊假絲酵母的特性，隨著對酵母菌的廣泛利用，一些較常用的酵母菌，例如釀酒酵母菌、熱帶假絲酵母菌、產朊假絲酵母菌等，其優良特性在實際生產中發揮了重要作用。
4.1 在處理馬鈴薯淀粉廢水中的應用
通過pH、接種量、無機鹽（通過加入磷酸二氫鉀進行無機鹽補充）等對產朊假絲酵母處理馬鈴薯淀粉廢水的影響研究表明，在pH為5.0、產朊假絲酵母接種量為10％（體積分數）、磷酸二氫鉀（質量分數為0.1％）加入量為0.5 g · L-1、廢水不滅菌的條件下，廢水處理效果和產朊假絲酵母生長最佳，且當廢水化學需要量（COD）為5 074 mg · L-1 時，COD去除率達到74.86％，同時可獲得2.23 g · L-1的單細胞蛋白。
4.2 對奶牛體外瘤胃發酵參數的影響
大量研究表明，酵母菌的添加有利于瘤胃pH的穩定。試驗中較高水平（3.3×107 cfu · mL-1）的產朊假絲酵母能顯著提高瘤胃氨態氮濃度，表明假絲酵母促進了日糧蛋白質的降解。添加產朊假絲酵母能顯著提高瘤胃總揮發性脂肪酸量，降低乙酸濃度，表明產朊假絲酵母有促進瘤胃發酵類型向丙酸型發酵的趨勢。
4.3 對奶牛體外瘤胃營養物質消化率的影響
丁洪濤等試驗表明，隨著酵母菌量增加，產氣量逐漸增加，這可能是因為產朊假絲酵母刺激了瘤胃微生物的合成，從而促進了瘤胃發酵所致，產氣量與體內干物質消化率存在正相關，體外干物質消化率也有所增加。研究也表明，日糧中添加酵母菌制劑能刺激瘤胃微生物的合成，Yoon 等發現，酵母培養物能促進蛋白分解菌生長，這可能與粗蛋白質消化率提高有關。
4.4 對有機酸利用的影響
高衛衛等試驗表明，產朊假絲酵母能夠降解細胞外的L-蘋果酸、乳酸、琥珀酸和檸檬酸，不能降解乙酸、草酸和富馬酸；當培養基中含有葡萄糖和L-蘋果酸、琥珀酸或檸檬酸時，葡萄糖優先被產朊假絲酵母利用，其他有機酸的利用受到葡萄糖的阻遏；當培養基中有葡萄糖和乳酸時，產朊假絲酵母在利用葡萄糖的同時，也可以利用乳酸，但乳酸被利用的速度非常緩慢；當培養基中只存在L-蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸和乳酸作為碳源時，乳酸比較容易被菌體利用，而L-蘋果酸、琥珀酸和檸檬酸在被菌體利用的先后順序上并沒有明顯的區別。
4.5 在風味酵母抽提物工藝中的應用
葉茂等以產朊假絲酵母為原料制備了酵母抽提物，并以氨基態氮含量和抽提物得率為主要指標考察了對酵母自溶影響的關鍵因素，并在此單因素實驗基礎上對酵母自溶進行正交實驗，最后確定了酵母抽提物的最佳工藝條件。最佳工藝條件為：在15％酵母懸浮液中、75 MPa 壓力下循環均質2次后，調初始pH 6.5，并添加1.5％（w/w）的復合風味酶，50 ℃溫度下水浴自溶48 h。
4.6 生產單細胞蛋白
通過利用經航天誘變篩選的高產纖維素酶活菌株黑曲霉ZM-8和產朊假絲酵母SJ2，采用混菌固態發酵方式，來研究產朊假絲酵母SJ2接種量、接種時間和聯合發酵時間等因素在玉米秸稈為主要原料的培養基中對發酵產物中單細胞蛋白（SCP）含量的影響，結果表明，最優發酵條件為先接入1：30 黑曲霉，24 h 后接種5％的產朊假絲酵母，黑曲霉和產朊假絲酵母聯合發酵36 h，在最優發酵工藝條件下，發酵產物中SCP含量達到25.44％。
4.7 生產菌體蛋白
Watanabe 等利用產朊假絲酵母處理燒酒廢水生產飼料酵母，培育出1個可以累積大量氮的產朊假絲酵母突變體，用其處理高濃度的燒酒廢水，可去除未稀釋的大麥燒酒廢水中有機物62.9％、總氮38.4％、總磷44.5％，處理后的大麥燒酒廢水經冷凍干燥得到酵母生物量約16.7 g · L-1 ，其中含有粗蛋白質約60％，用H2SO2調控pH，不僅可提高廢水硫含量，而且還可增加酵母沉淀物中蛋氨酸的含量。Jebasingh 等研究表明，產朊假絲酵母在含糖18.81 g · L-1、硫酸銨8.71 g · L-1 和硫酸鎂0.69 g · L-1 的條件下，可以獲得生物質6.69 g · L-1，蛋白質含量可達50％。高衛衛試驗結果表明，產朊假絲酵母能夠降解細胞外的L-蘋果酸、乳酸、琥珀酸和檸檬酸，不能降解乙酸、草酸和延胡索酸。
5小 結
酵母菌種類繁多，營養豐富，具有多種生物活性。產朊假絲酵母菌繼承了酵母菌的優良特性，其應用于食品行業和畜牧業生產當中，不僅可以節約成本、減少疾病發生，而且還可以提高經濟效益，有利于獲得高品質的食用產品和畜牧產品。今后除深入開發產朊假絲酵母菌的天然特性外，還可利用基因工程技術和發酵技術研究和生產多種劑型生物活性物質，推廣酵母及其培養物、發酵產物在生產中的應用。
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