何 青

（安琪酵母（濱州）有限公司，山東 濱州 251800）

引言

制作面包所必須的一項(xiàng)原材料的就是面包酵母，在發(fā)酵過(guò)程中它能使面包膨脹，賦予其蓬松柔軟的口感和獨(dú)特的風(fēng)味，但冷凍面團(tuán)的低溫對(duì)面包酵母卻會(huì)造成傷害，因此，需要深入研究面包酵母的耐冷凍機(jī)理，總結(jié)出使冷凍面包面團(tuán)中的酵母具有更好的耐冷凍性能的方法，以優(yōu)化面包生產(chǎn)水平。在此背景下，考慮海藻糖與氨基酸等物質(zhì)都會(huì)對(duì)面包酵母的耐冷凍性產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)此進(jìn)行更多研究。

1 面包酵母的耐冷凍機(jī)理

1.1 面包酵母的分類

通常使用于面包烘焙的酵母有三種，分別是即發(fā)干酵母、干性酵母和鮮酵母三種，酵母能夠使面包面團(tuán)體積漲大，為面團(tuán)注入二氧化碳?xì)怏w，使面筋擴(kuò)展，并為面包賦予獨(dú)特的風(fēng)味。不同酵母的存儲(chǔ)環(huán)境與使用方法也不同，其酵母本身的水分含量也不同，在使用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)面包制作的需要進(jìn)行選擇。

1.2 海藻糖的作用

耐冷凍面包酵母最早是從自然界自然分離出來(lái)的，經(jīng)過(guò)人工篩選并長(zhǎng)期培育試驗(yàn)終于得到了耐冷凍性極強(qiáng)的面包酵母菌株，F(xiàn)RI413。通常來(lái)講普通的冷凍面團(tuán)在低溫環(huán)境中酵母受到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致面團(tuán)在解凍后發(fā)酵能力明顯降低，面團(tuán)的蓬松口感與鮮美風(fēng)味都比不上新鮮發(fā)酵的面團(tuán)，但使用FRI413 菌株則可以在長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵后再將面團(tuán)送入低溫環(huán)境冷凍，取出解凍后發(fā)酵能力仍然非?？捎^[1]。對(duì)比FRI413 與普通面包酵母，發(fā)現(xiàn)最主要的差異體現(xiàn)在海藻糖的含量上，通過(guò)對(duì)FRI413 和其他普通面包酵母海藻糖含量變化進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)FRI413 菌株中的海藻糖含量大約是普通面包酵母的兩倍甚至更多。這就說(shuō)明海藻糖在面包酵母中的積累量確實(shí)與面包酵母的耐冷凍性能有著非常密切的關(guān)系，甚至可以說(shuō)是面包酵母耐冷凍性的決定因素之一。海藻糖對(duì)面包酵母菌的保護(hù)機(jī)理主要有兩種說(shuō)法，一種是“水替代”，另一種是“玻璃態(tài)”（或稱“糖漿態(tài)”），這兩種是學(xué)界較為認(rèn)可的。

1.3 氨基酸庫(kù)的作用

在不斷培育酵母菌株的過(guò)程中，面包酵母中氨基酸庫(kù)對(duì)耐冷凍性產(chǎn)生的作用。具體來(lái)講，在培育變異酵母菌株的過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，一種類似脯氨酸構(gòu)造的物質(zhì)與谷氨酸、精氨酸等氨基酸物質(zhì)的積累量不斷提升，也能夠?qū)?yīng)地提升面包酵母的耐冷凍性。在后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，面包酵母的菌株如果缺少精氨酸酶遺傳因子，那么酵母中的精氨酸和谷氨酸等帶電荷的氨基酸也同樣能夠提高酵母菌的耐冷凍性，那么在酵母菌株耐冷凍性提高的研究實(shí)驗(yàn)中，就得出了氨基酸也能夠決定酵母菌耐冷凍性的結(jié)論。

2 面包酵母耐冷凍性影響因子分析

2.1 海藻糖對(duì)面包酵母耐冷凍性的影響

2.1.1 預(yù)發(fā)酵過(guò)程中海藻糖的降解

通常來(lái)講，面團(tuán)在進(jìn)入低溫冷凍之前，面團(tuán)中的酵母不可避免地存在一個(gè)預(yù)發(fā)酵的過(guò)程，在這一過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)的海藻糖會(huì)開(kāi)始自動(dòng)分解，可以說(shuō)，面包在發(fā)酵的過(guò)程中，海藻糖就不停地在分解海藻糖的含量將會(huì)迅速下降，進(jìn)而導(dǎo)致酵母細(xì)胞失去了海藻糖的保護(hù)，導(dǎo)致酵母細(xì)胞在低溫冷凍環(huán)境下受到嚴(yán)重的損害，這是一種海藻糖自動(dòng)分解系統(tǒng)，這也是海藻糖含量下降對(duì)面包酵母造成傷害的主要原因[2]。

2.1.2 外源添加海藻糖與酵母耐冷凍性的關(guān)系

在不添加外源海藻糖的前提下，部分酵母菌株經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的冷凍自然處于敏感狀態(tài)，通過(guò)在酵母菌株中添加能夠增加海藻糖的物質(zhì)則可以對(duì)應(yīng)地降低酵母的冷凍敏感性，使酵母菌株的存活率上升約5%左右。但外源添加海藻糖的含量達(dá)到5%以上之后，對(duì)于原本就有較高海藻糖含量的酵母菌株的冷凍性是沒(méi)有明顯影響的，這就說(shuō)明海藻糖對(duì)酵母菌株耐冷凍性的影響是有限的，其主要是與原本酵母菌株中的海藻糖含量有直接關(guān)系，原本酵母菌中的海藻糖含量如果比較低，那么通過(guò)外源添加海藻糖則能夠使酵母菌株的耐冷凍性得到對(duì)應(yīng)的提高，但酵母菌株中的海藻糖含量達(dá)到一定數(shù)量后，再繼續(xù)添加海藻糖，卻并不能使酵母菌株的耐冷凍性繼續(xù)提高。

2.1.3 外界條件與海藻糖含量

正處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的面包酵母菌株，其細(xì)胞內(nèi)的海藻糖含量往往并不高，但在逐漸生長(zhǎng)至穩(wěn)定期的過(guò)程中，其細(xì)胞內(nèi)的合成酶活性不斷增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)海藻糖的含量最多可增加至50 倍之多。在大量實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)基中的碳與氮都能夠影響海藻糖的積累量，通常碳源和氮源越少，海藻糖的積累量也就越多，這之中真正控制著海藻糖降解能力的是氮源。通常情況下，在碳源更改的前提下，例如將麥芽糖與葡萄糖進(jìn)行替換，也會(huì)對(duì)海藻糖的積累量產(chǎn)生明顯的影響。通常來(lái)講，酵母中海藻糖的積累量與其生長(zhǎng)溫度也有關(guān)系，溫度稍稍提高能夠刺激海藻糖的積累，在面包酵母耐冷凍性實(shí)驗(yàn)中，海藻糖的積累量越多，則面包的冷凍敏感性也就越低，面包在冷凍環(huán)境下存儲(chǔ)后品質(zhì)下降也就越不明顯，那么在面團(tuán)還未進(jìn)入冷凍環(huán)境之前，通過(guò)對(duì)面團(tuán)進(jìn)行溫度控制，也能夠使面團(tuán)中的海藻糖含量產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響面團(tuán)在冷凍之后的性能表現(xiàn)。

2.2 胞內(nèi)甘油對(duì)面包酵母耐冷凍性的影響

在細(xì)胞冷藏保存中，經(jīng)常使用外源甘油作為細(xì)胞保護(hù)劑，外源甘油也經(jīng)常用做酶的保護(hù)劑，通過(guò)增加胞內(nèi)甘油可以對(duì)酵母的耐冷凍性達(dá)到切實(shí)的提高。這是由于在此前的諸多實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)甘油能夠使酵母產(chǎn)品在貨架上售賣的時(shí)間延長(zhǎng)，一定程度上達(dá)到了延長(zhǎng)酵母保存時(shí)間的目的[3]。在冷凍面團(tuán)技術(shù)中，通過(guò)對(duì)胞內(nèi)甘油的研究發(fā)現(xiàn)，利用其代謝途徑來(lái)對(duì)面包酵母的菌株進(jìn)行篩選與培育，研發(fā)了許多新的耐冷凍性更強(qiáng)的面包酵母菌種，其中兩種比較主要的甘油合成酶為甘油-3-磷酸脫氫酶和甘油-3-磷酸醋酶。而在面包酵母中，甘油降解是通過(guò)甘油脫氫酶進(jìn)行的，細(xì)胞內(nèi)不斷積累甘油的過(guò)程，也是細(xì)胞耐凍性能增強(qiáng)的標(biāo)志，面包酵母的變異株在冷凍面團(tuán)中，通過(guò)積累甘油，不斷提升發(fā)酵力。諸多研究表明，在面包酵母菌中積累更多量的胞內(nèi)甘油，并不會(huì)影響面包的蓬松程度，面包的風(fēng)味以及面包烘烤之后的顏色，這就表明，通過(guò)胞內(nèi)甘油來(lái)提升面包酵母的耐冷凍性，對(duì)面包的品質(zhì)并不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的影響。但需要注意的是，胞內(nèi)甘油的積累需要在堿性環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)需要通過(guò)亞硫酸鈉的誘導(dǎo)，才能使酵母甘油的積蓄量不斷增加，面團(tuán)若處于酸性環(huán)境下則無(wú)法不斷積累，胞內(nèi)甘油也就無(wú)法提高面包酵母的耐冷凍性。

2.3 氨基酸對(duì)面包酵母耐冷凍性的影響

氨基酸中有一些氨基酸是帶電荷的，這樣的氨基酸可以為細(xì)胞提供保護(hù)，針對(duì)面包酵母的耐冷凍性來(lái)講，精氨酸、脯氨酸和谷氨酸的添加都能夠使面包酵母在低溫冷凍環(huán)境下有更好的存活表現(xiàn)，在面包酵母菌株隨著面團(tuán)冷凍到解凍的全過(guò)程中，精氨酸酶在酵母細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行第一步的降解。通過(guò)以工業(yè)面包酵母作為母本來(lái)構(gòu)建精氨酸酶突變株的構(gòu)成進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)突變株的細(xì)胞能夠不斷積累精氨酸和谷氨酸鹽物質(zhì)，通過(guò)將不同的冷凍面團(tuán)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，積累了更多精氨酸與谷氨酸鹽物質(zhì)的冷凍面團(tuán)，在解凍后的發(fā)酵力相對(duì)而言更強(qiáng)一些，這也就說(shuō)明，氨基酸物質(zhì)在一定程度上能夠提升冷凍面團(tuán)內(nèi)面包酵母菌株的耐冷凍性能。

2.4 質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍谆钚詫?duì)面包耐冷凍性的影響

質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍资悄さ鞍椎囊环N，這其中質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍资亲钪饕某煞?，其主要作用是將水和其他中性的小分子溶質(zhì)進(jìn)行運(yùn)輸，例如甘油就可以通過(guò)質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍走M(jìn)行運(yùn)輸，在面包酵母耐冷凍性提升的諸多實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍椎幕钚赃M(jìn)行分析，并對(duì)質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍椎幕虮磉_(dá)進(jìn)行記錄則可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍椎幕钚詫?duì)酵母菌株的冷凍敏感性是有直接影響的，一旦質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍字械幕蛉笔?，那么面包酵母菌株的冷凍敏感性也就更?qiáng)[4]。所以通過(guò)質(zhì)膜運(yùn)輸?shù)鞍紫鄳?yīng)基因的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)面包酵母的耐冷凍性能，是能夠得到很好效果的。這也表明，要想提高面包酵母的能動(dòng)性可以提高面包酵母中質(zhì)膜水運(yùn)輸?shù)鞍椎幕钚?，使其能夠?qū)⒏视偷任镔|(zhì)進(jìn)行更順暢地運(yùn)輸，從而從多個(gè)不同方面綜合提高面包酵母菌株的冷凍耐受性。

2.5 冰晶核基因的表達(dá)對(duì)面包酵母耐冷凍性的影響

通過(guò)對(duì)釀酒酵母進(jìn)行分解與轉(zhuǎn)化，從中分離出的冰晶成核基因?qū)湍妇甑睦鋬鲂阅芴嵘灿幸欢ǖ挠绊憽＞唧w來(lái)講，在細(xì)菌中分離出來(lái)的約3.6kb 大小的冰晶成核基因在半乳糖啟動(dòng)子的作用下進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)選用一些野生型的酵母菌株和普通酵母菌株進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)表達(dá)，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化后的冰晶核形成能力明顯增加，其中包含細(xì)胞的低溫冷凍溫度從-13 ℃上升到了-6 ℃。這是一種在面包酵母菌株耐冷凍性能提升研究過(guò)程中的探索，但是由于冰晶成核基因的分離與轉(zhuǎn)化操作流程極為復(fù)雜，且這種菌株的生長(zhǎng)溫度要求十分嚴(yán)格，并不能適用于普通酵母和工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。而且這種菌株的最大冰晶成核活性表達(dá)對(duì)環(huán)境溫度也有十分嚴(yán)格的要求。這就意味著，盡管通過(guò)這種辦法能夠研發(fā)出耐冷凍性更強(qiáng)的面包酵母菌株，但其耐冷凍性提高的作用，需要通過(guò)嚴(yán)格的低溫誘導(dǎo)，才能達(dá)到理想的預(yù)期效果，總的來(lái)說(shuō)，冰晶核基因的表達(dá)，對(duì)面包酵母耐冷凍性雖然會(huì)產(chǎn)生顯著影響，但并不適用于冷凍面團(tuán)技術(shù)的大規(guī)模推廣。但這為面包酵母菌耐冷凍性的研究提供了新的方向和思路，在未來(lái)的研究中想必能夠成為可參考的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之一。

2.6 胞內(nèi)固醇磷脂比例對(duì)面包酵母耐冷凍性的影響

在諸多研究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，生物膜所帶有的不飽和脂肪酸數(shù)量越多，那么它的相變溫度也就越低，這表明生物細(xì)胞膜的相變溫度與構(gòu)成細(xì)胞膜的脂肪酸飽和程度之間存在直接的聯(lián)系，面包酵母與啤酒酵母一定程度上存在相似，構(gòu)成這種酵母細(xì)胞膜的不飽和脂肪酸主要來(lái)自于棕櫚酸和油酸，其中極少發(fā)現(xiàn)兩個(gè)以上雙鍵的不飽和脂肪酸，例如亞油酸。通過(guò)改變面包酵母細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸的比例，實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，胞內(nèi)固醇磷脂的比例對(duì)于面包酵母的耐冷凍性將會(huì)產(chǎn)生直接的影響，具體來(lái)講，面包酵母中性脂肪固醇和磷脂游離脂肪酸等物質(zhì)的含量比例、卵磷脂、磷脂酞絲氨酸的含量，對(duì)于酵母菌株的冷凍敏感性和抗凍性其實(shí)并不直接產(chǎn)生影響，也就是說(shuō)，磷脂的成分比例如何對(duì)酵母菌株的耐冷凍性提高沒(méi)有直接的作用，但固醇磷脂的比例將會(huì)直接影響到酵母菌株的冷凍敏感性，主要是由于固醇磷脂的比例能夠影響酵母細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，這也就導(dǎo)致面包酵母的內(nèi)冷凍性在固醇磷脂比例變化的作用下產(chǎn)生了差異。

3 γ-聚谷氨酸改善酵母耐冷凍性的研究

日本傳統(tǒng)食品納豆的制作中存在一種成分，叫做γ-聚谷氨酸，這種成分是通過(guò)γ-酰胺酸連接谷氨酸的陰離子型多肽，其特性為沒(méi)有氣味，可以食用生物降解性能好，是一種新型高分子材料。同時(shí)，它還具有高吸水性和金屬吸附性，一直以來(lái)，醫(yī)藥化妝品，和食品業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用與推廣[5]。γ-聚谷氨酸同時(shí)還具有非常優(yōu)秀的抗凍性，在提高面包酵母菌株耐冷凍性的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了γ-聚谷氨酸對(duì)面包酵母耐冷凍性的提升研究結(jié)果，證明γ-聚谷氨酸確實(shí)對(duì)市面上大多數(shù)商業(yè)使用的面包酵母菌株的耐冷凍性提升有明確的效果，具體來(lái)講，對(duì)面包酵母添加1%含量的γ-聚谷氨酸，可以使普通酵母細(xì)胞在-30 ℃環(huán)境中冷藏三天以上，且酵母菌存活率能夠提高約10%，γ-聚谷氨酸的不同分子量都能對(duì)酵母細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的抗冷凍性能提升，在啤酒酵母和其他米酒酵母的研究中，也有類似結(jié)果。那么這就證明，在冷凍面團(tuán)技術(shù)中，通過(guò)對(duì)面團(tuán)添加γ-聚谷氨酸約1%的含量，則能夠使面團(tuán)在解凍之后，表現(xiàn)出更高的抗冷凍性能，酵母存活率的提高意味著，解凍后的面團(tuán)具有更強(qiáng)的產(chǎn)氣能力，面團(tuán)的蓬松狀態(tài)和柔軟口感都將得到顯著的改善。究其原因，γ-聚谷氨酸在面團(tuán)中能夠發(fā)生反應(yīng)，消耗面團(tuán)中不斷積累的面包酵母代謝產(chǎn)物，阻止代謝產(chǎn)物抑制酵母產(chǎn)氣，也提高了酵母的存活率，目前，在面團(tuán)中添加γ-聚谷氨酸，可以稱之為是最簡(jiǎn)單快捷的提高面包酵母，耐冷凍性能的辦法之一，在面包烘焙生產(chǎn)業(yè)和冷凍面團(tuán)技術(shù)中，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

冷凍面團(tuán)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于操作方便、工作效率高、有利于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、面包新鮮且風(fēng)味十足，但面包酵母在冷凍后往往品質(zhì)受到嚴(yán)重破壞。通過(guò)研究海藻糖、氨基酸、聚谷氨酸等物質(zhì)對(duì)面包酵母耐冷凍性的影響有助于培育出更優(yōu)質(zhì)耐冷凍性更強(qiáng)的酵母菌株，有助于提高我國(guó)面包冷凍面團(tuán)技術(shù)，使冷凍面團(tuán)的成本壓下來(lái)，使面包的品質(zhì)得到提升。