面包酵母耐冷冻性影响因子分析

何 青

（安琪酵母（滨州）有限公司，山东 滨州 251800）

引言

制作面包所必须的一项原材料的就是面包酵母，在发酵过程中它能使面包膨胀，赋予其蓬松柔软的口感和独特的风味，但冷冻面团的低温对面包酵母却会造成伤害，因此，需要深入研究面包酵母的耐冷冻机理，总结出使冷冻面包面团中的酵母具有更好的耐冷冻性能的方法，以优化面包生产水平。在此背景下，考虑海藻糖与氨基酸等物质都会对面包酵母的耐冷冻性产生影响，因此需要对此进行更多研究。

1 面包酵母的耐冷冻机理

1.1 面包酵母的分类

通常使用于面包烘焙的酵母有三种，分别是即发干酵母、干性酵母和鲜酵母三种，酵母能够使面包面团体积涨大，为面团注入二氧化碳气体，使面筋扩展，并为面包赋予独特的风味。不同酵母的存储环境与使用方法也不同，其酵母本身的水分含量也不同，在使用中应当根据面包制作的需要进行选择。

1.2 海藻糖的作用

耐冷冻面包酵母最早是从自然界自然分离出来的，经过人工筛选并长期培育试验终于得到了耐冷冻性极强的面包酵母菌株，FRI413。通常来讲普通的冷冻面团在低温环境中酵母受到严重破坏，导致面团在解冻后发酵能力明显降低，面团的蓬松口感与鲜美风味都比不上新鲜发酵的面团，但使用FRI413 菌株则可以在长时间发酵后再将面团送入低温环境冷冻，取出解冻后发酵能力仍然非常可观[1]。对比FRI413 与普通面包酵母，发现最主要的差异体现在海藻糖的含量上，通过对FRI413 和其他普通面包酵母海藻糖含量变化进行检测，发现FRI413 菌株中的海藻糖含量大约是普通面包酵母的两倍甚至更多。这就说明海藻糖在面包酵母中的积累量确实与面包酵母的耐冷冻性能有着非常密切的关系，甚至可以说是面包酵母耐冷冻性的决定因素之一。海藻糖对面包酵母菌的保护机理主要有两种说法，一种是“水替代”，另一种是“玻璃态”（或称“糖浆态”），这两种是学界较为认可的。

1.3 氨基酸库的作用

在不断培育酵母菌株的过程中，面包酵母中氨基酸库对耐冷冻性产生的作用。具体来讲，在培育变异酵母菌株的过程中，研究人员发现，一种类似脯氨酸构造的物质与谷氨酸、精氨酸等氨基酸物质的积累量不断提升，也能够对应地提升面包酵母的耐冷冻性。在后续研究中发现，面包酵母的菌株如果缺少精氨酸酶遗传因子，那么酵母中的精氨酸和谷氨酸等带电荷的氨基酸也同样能够提高酵母菌的耐冷冻性，那么在酵母菌株耐冷冻性提高的研究实验中，就得出了氨基酸也能够决定酵母菌耐冷冻性的结论。

2 面包酵母耐冷冻性影响因子分析

2.1 海藻糖对面包酵母耐冷冻性的影响

2.1.1 预发酵过程中海藻糖的降解

通常来讲，面团在进入低温冷冻之前，面团中的酵母不可避免地存在一个预发酵的过程，在这一过程中，细胞内的海藻糖会开始自动分解，可以说，面包在发酵的过程中，海藻糖就不停地在分解海藻糖的含量将会迅速下降，进而导致酵母细胞失去了海藻糖的保护，导致酵母细胞在低温冷冻环境下受到严重的损害，这是一种海藻糖自动分解系统，这也是海藻糖含量下降对面包酵母造成伤害的主要原因[2]。

2.1.2 外源添加海藻糖与酵母耐冷冻性的关系

在不添加外源海藻糖的前提下，部分酵母菌株经过长时间的冷冻自然处于敏感状态，通过在酵母菌株中添加能够增加海藻糖的物质则可以对应地降低酵母的冷冻敏感性，使酵母菌株的存活率上升约5%左右。但外源添加海藻糖的含量达到5%以上之后，对于原本就有较高海藻糖含量的酵母菌株的冷冻性是没有明显影响的，这就说明海藻糖对酵母菌株耐冷冻性的影响是有限的，其主要是与原本酵母菌株中的海藻糖含量有直接关系，原本酵母菌中的海藻糖含量如果比较低，那么通过外源添加海藻糖则能够使酵母菌株的耐冷冻性得到对应的提高，但酵母菌株中的海藻糖含量达到一定数量后，再继续添加海藻糖，却并不能使酵母菌株的耐冷冻性继续提高。

2.1.3 外界条件与海藻糖含量

正处于对数生长期的面包酵母菌株，其细胞内的海藻糖含量往往并不高，但在逐渐生长至稳定期的过程中，其细胞内的合成酶活性不断增强，细胞内海藻糖的含量最多可增加至50 倍之多。在大量实验中，培养基中的碳与氮都能够影响海藻糖的积累量，通常碳源和氮源越少，海藻糖的积累量也就越多，这之中真正控制着海藻糖降解能力的是氮源。通常情况下，在碳源更改的前提下，例如将麦芽糖与葡萄糖进行替换，也会对海藻糖的积累量产生明显的影响。通常来讲，酵母中海藻糖的积累量与其生长温度也有关系，温度稍稍提高能够刺激海藻糖的积累，在面包酵母耐冷冻性实验中，海藻糖的积累量越多，则面包的冷冻敏感性也就越低，面包在冷冻环境下存储后品质下降也就越不明显，那么在面团还未进入冷冻环境之前，通过对面团进行温度控制，也能够使面团中的海藻糖含量产生变化，进而影响面团在冷冻之后的性能表现。

2.2 胞内甘油对面包酵母耐冷冻性的影响

在细胞冷藏保存中，经常使用外源甘油作为细胞保护剂，外源甘油也经常用做酶的保护剂，通过增加胞内甘油可以对酵母的耐冷冻性达到切实的提高。这是由于在此前的诸多实验中发现胞内甘油能够使酵母产品在货架上售卖的时间延长，一定程度上达到了延长酵母保存时间的目的[3]。在冷冻面团技术中，通过对胞内甘油的研究发现，利用其代谢途径来对面包酵母的菌株进行筛选与培育，研发了许多新的耐冷冻性更强的面包酵母菌种，其中两种比较主要的甘油合成酶为甘油-3-磷酸脱氢酶和甘油-3-磷酸醋酶。而在面包酵母中，甘油降解是通过甘油脱氢酶进行的，细胞内不断积累甘油的过程，也是细胞耐冻性能增强的标志，面包酵母的变异株在冷冻面团中，通过积累甘油，不断提升发酵力。诸多研究表明，在面包酵母菌中积累更多量的胞内甘油，并不会影响面包的蓬松程度，面包的风味以及面包烘烤之后的颜色，这就表明，通过胞内甘油来提升面包酵母的耐冷冻性，对面包的品质并不会产生实质上的影响。但需要注意的是，胞内甘油的积累需要在碱性环境下进行，同时需要通过亚硫酸钠的诱导，才能使酵母甘油的积蓄量不断增加，面团若处于酸性环境下则无法不断积累，胞内甘油也就无法提高面包酵母的耐冷冻性。

2.3 氨基酸对面包酵母耐冷冻性的影响

氨基酸中有一些氨基酸是带电荷的，这样的氨基酸可以为细胞提供保护，针对面包酵母的耐冷冻性来讲，精氨酸、脯氨酸和谷氨酸的添加都能够使面包酵母在低温冷冻环境下有更好的存活表现，在面包酵母菌株随着面团冷冻到解冻的全过程中，精氨酸酶在酵母细胞内进行第一步的降解。通过以工业面包酵母作为母本来构建精氨酸酶突变株的构成进行实验，发现突变株的细胞能够不断积累精氨酸和谷氨酸盐物质，通过将不同的冷冻面团进行对比后发现，积累了更多精氨酸与谷氨酸盐物质的冷冻面团，在解冻后的发酵力相对而言更强一些，这也就说明，氨基酸物质在一定程度上能够提升冷冻面团内面包酵母菌株的耐冷冻性能。

2.4 质膜水运输蛋白活性对面包耐冷冻性的影响

质膜水运输蛋白是膜蛋白的一种，这其中质膜水运输蛋白是最主要的成分，其主要作用是将水和其他中性的小分子溶质进行运输，例如甘油就可以通过质膜水运输蛋白进行运输，在面包酵母耐冷冻性提升的诸多实验当中，通过对质膜水运输蛋白的活性进行分析，并对质膜水运输蛋白的基因表达进行记录则可以发现质膜水运输蛋白的活性对酵母菌株的冷冻敏感性是有直接影响的，一旦质膜水运输蛋白中的基因缺失，那么面包酵母菌株的冷冻敏感性也就更强[4]。所以通过质膜运输蛋白相应基因的表达来增强面包酵母的耐冷冻性能，是能够得到很好效果的。这也表明，要想提高面包酵母的能动性可以提高面包酵母中质膜水运输蛋白的活性，使其能够将甘油等物质进行更顺畅地运输，从而从多个不同方面综合提高面包酵母菌株的冷冻耐受性。

2.5 冰晶核基因的表达对面包酵母耐冷冻性的影响

通过对酿酒酵母进行分解与转化，从中分离出的冰晶成核基因对酵母菌株的冷冻性能提升也有一定的影响。具体来讲，在细菌中分离出来的约3.6kb 大小的冰晶成核基因在半乳糖启动子的作用下进行表达，同时选用一些野生型的酵母菌株和普通酵母菌株进行同样的实验表达，可以发现转化后的冰晶核形成能力明显增加，其中包含细胞的低温冷冻温度从-13 ℃上升到了-6 ℃。这是一种在面包酵母菌株耐冷冻性能提升研究过程中的探索，但是由于冰晶成核基因的分离与转化操作流程极为复杂，且这种菌株的生长温度要求十分严格，并不能适用于普通酵母和工业化大规模生产。而且这种菌株的最大冰晶成核活性表达对环境温度也有十分严格的要求。这就意味着，尽管通过这种办法能够研发出耐冷冻性更强的面包酵母菌株，但其耐冷冻性提高的作用，需要通过严格的低温诱导，才能达到理想的预期效果，总的来说，冰晶核基因的表达，对面包酵母耐冷冻性虽然会产生显著影响，但并不适用于冷冻面团技术的大规模推广。但这为面包酵母菌耐冷冻性的研究提供了新的方向和思路，在未来的研究中想必能够成为可参考的实验结果之一。

2.6 胞内固醇磷脂比例对面包酵母耐冷冻性的影响

在诸多研究实验中发现，生物膜所带有的不饱和脂肪酸数量越多，那么它的相变温度也就越低，这表明生物细胞膜的相变温度与构成细胞膜的脂肪酸饱和程度之间存在直接的联系，面包酵母与啤酒酵母一定程度上存在相似，构成这种酵母细胞膜的不饱和脂肪酸主要来自于棕榈酸和油酸，其中极少发现两个以上双键的不饱和脂肪酸，例如亚油酸。通过改变面包酵母细胞膜中不饱和脂肪酸的比例，实验可以发现，胞内固醇磷脂的比例对于面包酵母的耐冷冻性将会产生直接的影响，具体来讲，面包酵母中性脂肪固醇和磷脂游离脂肪酸等物质的含量比例、卵磷脂、磷脂酞丝氨酸的含量，对于酵母菌株的冷冻敏感性和抗冻性其实并不直接产生影响，也就是说，磷脂的成分比例如何对酵母菌株的耐冷冻性提高没有直接的作用，但固醇磷脂的比例将会直接影响到酵母菌株的冷冻敏感性，主要是由于固醇磷脂的比例能够影响酵母细胞质膜的流动性，这也就导致面包酵母的内冷冻性在固醇磷脂比例变化的作用下产生了差异。

3 γ-聚谷氨酸改善酵母耐冷冻性的研究

日本传统食品纳豆的制作中存在一种成分，叫做γ-聚谷氨酸，这种成分是通过γ-酰胺酸连接谷氨酸的阴离子型多肽，其特性为没有气味，可以食用生物降解性能好，是一种新型高分子材料。同时，它还具有高吸水性和金属吸附性，一直以来，医药化妆品，和食品业中都有广泛的应用与推广[5]。γ-聚谷氨酸同时还具有非常优秀的抗冻性，在提高面包酵母菌株耐冷冻性的研究中，研究人员发现了γ-聚谷氨酸对面包酵母耐冷冻性的提升研究结果，证明γ-聚谷氨酸确实对市面上大多数商业使用的面包酵母菌株的耐冷冻性提升有明确的效果，具体来讲，对面包酵母添加1%含量的γ-聚谷氨酸，可以使普通酵母细胞在-30 ℃环境中冷藏三天以上，且酵母菌存活率能够提高约10%，γ-聚谷氨酸的不同分子量都能对酵母细胞表现出明显的抗冷冻性能提升，在啤酒酵母和其他米酒酵母的研究中，也有类似结果。那么这就证明，在冷冻面团技术中，通过对面团添加γ-聚谷氨酸约1%的含量，则能够使面团在解冻之后，表现出更高的抗冷冻性能，酵母存活率的提高意味着，解冻后的面团具有更强的产气能力，面团的蓬松状态和柔软口感都将得到显著的改善。究其原因，γ-聚谷氨酸在面团中能够发生反应，消耗面团中不断积累的面包酵母代谢产物，阻止代谢产物抑制酵母产气，也提高了酵母的存活率，目前，在面团中添加γ-聚谷氨酸，可以称之为是最简单快捷的提高面包酵母，耐冷冻性能的办法之一，在面包烘焙生产业和冷冻面团技术中，已经得到了广泛的应用。

4 结语

冷冻面团技术的优势在于操作方便、工作效率高、有利于扩大生产规模、面包新鲜且风味十足，但面包酵母在冷冻后往往品质受到严重破坏。通过研究海藻糖、氨基酸、聚谷氨酸等物质对面包酵母耐冷冻性的影响有助于培育出更优质耐冷冻性更强的酵母菌株，有助于提高我国面包冷冻面团技术，使冷冻面团的成本压下来，使面包的品质得到提升。