优良酵母菌的性能及其应用

◎ 臧明丽，陈晓莹，肖茹慧，张 慧，刘晓玉

（信阳学院理工学院，河南 信阳 464000）

酵母菌属于真菌界子囊菌门酵母纲，在自然界中的分布十分广泛，甚至在极端的环境中也会生存。不同种属间的酵母菌细胞形状有所差异，有卵圆形、圆形、圆柱形或柠檬形等。喜欢在偏酸性并且含糖（以糖为原料为生命活动提供能源物质）的环境下生长，属于兼性厌氧菌（有氧呼吸，无氧呼吸）。随着科学技术的发展以及人们对酵母菌的深入研究，越来越多种酵母菌被人们应用到各种工业生产中，如新产品的开发、酿酒产业、酵母菌制剂和废水处理等。为了更大程度地发挥酵母菌优势，挑选出性能较好的菌株，该篇文章简要阐述了优良酵母菌的筛选及其发酵性能的研究。

1 酵母菌的简介

1.1 酵母菌的发现历程

早在2 500多年前，我国劳动人民已经掌握了酿酒、制酱油、酿醋等技术，但这种技术也仅仅只是口传身授，纯属经验性、偶然性，不清楚是微生物在发酵中起着至关重要的作用。直到1680年，荷兰微生物学家列文·虎克用显微镜在发酵的啤酒液中首次发现了酵母菌细胞。从此以后人类就开始对酵母菌进行大量的研究，而且有意识地利用酵母菌改变生产甚至将其逐渐渗透到日常生活中。

现在，人们已经把酵母菌应用到各行各业，如食品工业中的制作馒头、酿酒工业中的革新技术等，但还有许多未知的领域等着科学家们去探索。

1.2 常见的酵母菌及其菌落形态

酵母菌在自然界中广泛分布，到目前为止，科学家们已经发现了几百种同属于真菌界子囊菌门酵母纲但是不同属的酵母，它们的作用原理有些差异，所以为了方便区分记忆，科学家们对这些酵母做了一个简单的分类。1860年，丹麦酵母专家Email Christian Hansen首先对酵母菌进行分类研究[1]，他被认为是世界上最早开始系统性地研究酵母菌的微生物学家。常见的、与人们生活联系比较密切的酵母菌有酿酒酵母、假丝酵母、啤酒酵母等。

1.2.1 酿酒酵母

酿酒酵母是被人们广泛应用的一种酵母，它不仅被应用于酿酒、制作馒头和面包等，还被用作微生物学中的模式生物。酿酒酵母的细胞大多数为球形或者卵圆形，直径为5～40 μm。它的菌落颜色为奶油色，稍带绿色；菌落的形态为球形突起，与大多数酵母菌一样，由于细胞间隙充满水，所以细胞表面光滑，不透明，细胞形态有点像奶油状。酿酒酵母的繁殖方式为无性繁殖，且以芽殖为主要繁殖方式。

1.2.2 假丝酵母

假丝酵母泛指能产生假菌丝但是不能产生子囊孢子的酵母，即不能进行有性繁殖的一类酵母。大多数假丝酵母可以利用正烷烃作为碳源，可被用来石油发酵脱蜡[2]。但是，假丝酵母在为人们服务的同时也对人们的健康有一定的威胁，如假丝酵母中的白假丝酵母就是一种病原体，可以引起皮肤黏膜感染等急性病。其菌落颜色为中间奶油色，边缘为绿色；菌落形态为扁平、光滑、不透明。

1.2.3 啤酒酵母

啤酒酵母，顾名思义指的是一类专门用来酿造啤酒的酵母。这种酵母细胞的形状为近似于球形的椭圆体，菌落为乳白色，形态为有光泽，平坦，边缘整齐。啤酒酵母的生长繁殖方式与酿酒酵母的繁殖方式一样，为无性繁殖，且以芽殖为主要方式。

1.3 酵母菌的作用机制

酵母菌是一种兼性厌氧菌，当生长环境含有大量氧气时，它可以通过有氧呼吸获取生长所需的能量；在氧气不足或者是无氧条件下，它可以进行无氧呼吸，产生乙醇和生长能源，即乙醇发酵。乙醇发酵是指在无氧条件下，酵母菌将葡萄糖经糖酵解（EMP）途径先分解为丙酮酸，在丙酮酸脱羧酶的作用下脱羧成乙醛，再经过细胞内酶的作用转变成乙醇的过程[3]。简而言之就是酵母菌以葡萄糖为原料，进行一系列的反应，最终产生CO2、乙醇和能量的过程。

1.4 酵母菌的筛选方法

常用的筛选酵母菌的方法有两种，即稀释涂布平板法和平板划线分离法。例如翁鸿珍等[4]把新鲜奶酒当作分离源，利用灭菌麦芽汁培养基进行酵母菌的富集培养，采用稀释平板法对奶酒中的酵母菌进行了分离。为了提高实验结果的严谨性，进行更细致的筛选，科学家们把筛选程序分成了3步：①高温测验（高于酵母菌的适宜温度，但不宜过高），在显微镜下观察，挑选出还未失去活性、生长良好的菌株。②TTC（2,3,5-三苯基氯化四氮唑）平板染色以及呼吸强度（CO2的生成量作为参考依据）筛选。③在10%的乙醇环境下进行耐酒精测验。通过这3步的测验可以筛选出耐高温、耐酒精、生长性能优良的菌株[5]。

2 酵母菌发酵性能的应用

2.1 在新产品开发方面的应用

通过用酵母菌或细菌等一些微生物的菌体发酵获得的单细胞蛋白（SCP），含有大量的蛋白质、碳水化合物、矿物质和维生素等，因而营养价值也大幅度提高了。而富硒酵母的生产更是开辟了一片新天地，创造出将发酵工艺作用于微量元素的生产上的新途径，将微量元素与酵母菌结合起来可以满足人们对微量元素的需求。例如大量的研究数据表明酵母细胞对硒（一种微量元素）具有富集作用（吸收率高约75%），于是科学家们根据酵母菌的这一特点开始了富硒酵母菌细胞的研究。他们在特定的培养环境下或者是不同阶段在培养基中加入适量的硒，并使它被酵母菌充分吸收、利用并且转化为酵母细胞内可被利用的有机硒，然后通过酵母菌细胞自溶最终获得目的产物。此外还可以利用现代发酵技术生产不同用途、丰富多样的食品添加剂，改变食品的风味，相对于化学添加剂，这已经成为一种新的趋势，大大降低了添加剂对人体的伤害。例如现在风味添加剂中的多种核苷酸、琥珀酸钠、异丁醇、双乙酰等就是通过发酵工程生产的[6]。

2.2 在酿酒技术方面的应用

啤酒是世界上销量最大的酒种，是以发芽的小麦为主要原料，酒花、玉米、水等辅料，通过长时间的发酵产生。如果按照传统的方式进行啤酒酿造，发酵的过程比较麻烦，这是因为啤酒酵母中缺少了一种重要的酶——α-淀粉酶，所以需要借助麦芽产生的α-淀粉酶使谷物淀粉液化成糊精。为了解决这个问题，科学家们经过多次研究决定采用基因工程技术，将大麦中α-淀粉酶基因转入到啤酒酵母中构建一种能够产生α-淀粉酶的啤酒酵母[7]。优点是这种技术可以让酵母直接利用淀粉发酵，实现了啤酒技术的革新。

2.3 在改变发酵类型方面的应用

因为化学合成产率比较低、反应时间长，并且合成的产品中含有诱变剂（或许对人体有害），无法得到完全对人类有益的纯的目的产物，所以，人们逐渐转向于利用这种新型发酵方法来合成各种食品添加剂以及生物活性物质，这些物质往往具有化学合成不可比拟的优越性。如用黏红酵母GLR513生产油脂，油脂含量高，不饱和脂肪酸含量也高[8]。

2.4 在制作动物饲料方面的应用

酵母菌不仅可以制作食品，还可以作为一种有价值的动物饲料，因为酵母菌是一种重要的蛋白质和氨基酸来源，同时酵母菌中富含多种维生素，尤其是B类维生素和维生素E及一些动物必需矿物质。目前常见的用于动物饲养的酵母菌制剂产品有两大类，各有各的用途。①保证高数量的活酵母菌，作为活酵母菌制剂销售，如活干酵母菌，这类产品的特点是有高浓度的活性细胞（＞10 CFU/g）[9]。因为这类酵母菌有一定的代谢能力，被动物食用之后，进入肠道，与原肠道中的微生物相互作用，发挥“益生素”的功能。②不含或者仅含少量的活酵母菌培养物成分，被称为酵母菌培养物制剂，它主要以含有酵母菌和用于酵母菌生长的培养基的方式销售。这类产品主要是作为营养活性成分和营养底物，在反刍动物的瘤胃中发挥“益生素”作用。

2.5 在废水处理技术方面的应用

酵母菌废水处理技术的原理是去除水中的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD），最终达到废水的净化[10]。它的作用原理与微生物工艺中的活性污泥法的作用原理大致相同，不同之处是活性污泥主要是靠活性污泥的吸附作用，吸附废水中的有毒物质或者其他有机质：而酵母菌的作用原理是酵母菌的降解作用。科学家们首先从自然环境中筛选出一种或多种能够在废水中生长并且能够有效分解有机物质的酵母菌菌种，然后再把筛选到的菌种混合，通入适量的氧气（以好氧的方式），让混合酵母菌充分分解利用废水中的有机质，从而降低水中的COD，实现水质的净化。

3 展望

本文简单介绍了酵母菌的发酵性能在生活中的应用，在满足社会需求的同时，也在担忧由酵母菌产生的威胁，例如假丝酵母可以引起肺炎或脑膜炎等急性病。为了完善酵母菌的价值，对此有以下几个研究方向。

（1）开发利用新型酵母菌。随着科学技术的发展，大量资源被掠夺，甚至部分不可再生资源已经发出了红色警告，石油就是其中较为典型的例子。为了保证人类的生存不被影响，科学家们正在试图找一种可以代替石油的物质或者是其他生产石油的途径。大量的研究表明，微生物发酵可以产生乙醇等可利用物质，但产量极低，所以科学家在未来研究中要进一步完善生物技术，以便满足人们日益增长的需求。

（2）筛选特异功能的酵母菌。人们越来越多的把重心放在工业上，导致出现越来越多的工厂，污水大量排放、废气随意排放，环境污染越来越严重，可以利用混合菌种处理生活废水，但是处理效果不太好，效率不太高。针对这个问题，在未来发展中，科学家们可以研究出一种快速高效的酵母菌种去治理被污染的环境。

（3）改良不良酵母菌。酵母菌也是把双刃剑，有利有弊。少数的酵母菌可能会引起人或动物的疾病，例如白假丝酵母和新型隐球菌等一些条件致病菌可引起鹅口疮、肺炎或脑膜炎等疾病。在未来的研究中，要深入了解、探索、研究，尽量把酵母菌对人们的危害降到最低，在最大程度上保证人们的利益。