啤酒废酵母的综合利用分析研究进展

啤酒废酵母的综合利用研究进展

苏海荣，王家林

<青岛科技大学生物工程与技术系发酵工程实验室，山东青岛 266042）

摘要：啤酒废酵母是啤酒工业的副产物，它含有丰富的营养成分及生理活性物质，应用前景广阔，本文主要从啤酒酵母泥的营养成分、生理活性物质及其在污水处理方面的作用等方面介绍了啤酒废酵母的应用研究进展。

关键词：啤酒废酵母；生理活性物质；污水处理

我国是啤酒生产大国，产量居世界之首，而啤酒废酵母是啤酒行业的主要副产物之一，充分合理利用酵母泥，变废为宝，不仅可获得一定的经济效益，而且还具有明显的环境效益和一定的社会效益。啤酒酵母属于真菌，含有丰富的营养成分，据测定，它含有50%左右的蛋白质，6%～8%的RNA，细胞壁中含有25%～35%的酵母多糖，维生素和矿物质含量也十分丰富[1]。同时，啤酒酵母还含有丰富的酶系和生理活性物质，如辅酶A、辅酶Q、辅酶I、细胞色素C、凝血质、谷胱甘肽等，应用前景广阔。国外对啤酒酵母泥的综合利用研究比较深入，而国内研究则相对落后，没有将其充分利用。随着科学技术的进步和生物技术的不断发展，啤酒酵母泥的利用与开发越来越受到人们的关注。

1.啤酒废酵母营养成分的应用研究

啤酒废酵母含有丰富的蛋白质、碳水化合物、脂肪、粗纤维、矿物质等营养成分，蛋白质含量高达细胞干重的50%，含有人体和动物必需的8种氨基酸，在食品工业与饲料生产行业中应用广泛。

1.1食用营养酵母

食用营养酵母是一种可食用的、营养丰富的单细胞微生物，是一种无酶活力、干燥的死酵母，既不需要提取，也不需要附加物。将废啤酒泥回收，经过清洗、脱苦、干燥工艺即可得到低水分含量的干酵母粉末[2]。目前直接食用营养酵母，以获取酵母的丰富、均衡的营养，发挥酵母的各种保健作用，正在欧美等发达国家和地区流行。随着我国居民营养知识的普及和对酵母的认识，食用酵母的营养价值逐渐被接受。食用酵母的主要营养成分包括：蛋白质及氨基酸、B族维生素、矿物质、多糖、麦角固醇、谷胱甘肽等。在日本，食用营养酵母作为减肥食品，深受消费者欢迎。

1.2酵母抽提物

酵母抽提物又称酵母精等，是以啤酒废酵母为原料，采用一定的方法，将酵母细胞内蛋白质降解成氨基酸和多肽，核酸降解成核苷酸，并把它们和其他有效成分一起从酵母细胞中抽提出来所制得的人体可直接吸收利用的可溶性营养及风味物质的浓缩物。酵母抽提物中含有丰富的氨基酸、小分子肽类、呈味核苷酸、

维生素B族、微量元素和挥发性芳香化合物等组分，具有营养、调味和保健功能，在食品工业方面具有广泛的应用前景。制备方法主要有自溶法、酶解法、酸碱分解法、高压均质机法等。

袁仲，杨继远[3]以啤酒废酵母为原料，采用复合酶解法制备酵母抽提物，通过各酶制剂间互相复合的实验，最终筛选出碱性蛋白酶A和风味蛋白酶A进行复合酶解的最佳酶解工艺技术路线，制备酵母抽提物。陈军[4]以啤酒废酵母为原料，利用木瓜蛋白酶及自身酶系的共同酶解作用制备酵母抽提物。实验表明，脱苦的最佳条件为：0.5%NaHCO3搅拌1h，酶解的最佳条件为：酶量0.3%<以酵母干基计），pH6.0，温度50℃，时间36h。张霁等[5]以啤酒生产的废弃酵母为原料，制备酵母抽提物。经各种单酶及各单酶间的复合实验，筛选

出碱性蛋白酶与胰蛋白酶进行复合酶解，在料水比1:4、复合酶添加量0.4%<以干酵母粉计，2种酶添加量各为0.2%）、酶解温度45℃、酶解pH值8.5、酶解时间18d~20d的优化工艺

条件下，酵母抽提物α-

氨基酸态氮的含量为4587mg/L。莫重文[6]研究了以啤酒酵母为主要原料，通过自溶法和酶解法生产酵母味素。他研究了洗涤、均质、自溶时间酶制剂的选择及搅拌等因素对酵母细胞自溶的影响，得出了啤酒酵母自溶的最佳工艺条件，啤酒酵母经0.5%NaHCO3脱苦，加2 .5倍体积的水和3%食盐，用胶体磨均质l min，55℃自溶10 h，加入1.5%蛋白酶和0.2%葡萄糖酶自溶12 h(搅拌20 min停30 min>，然后95℃灭酶10 min，再加入核酸酶55℃自溶3.5

h，经分离、浓缩可获得68.5%的酵母味素。王仁雷[7]做了基于功能性调味剂开发的啤酒废酵母自溶工艺条件的研究，结果表明：啤酒废酵母脱苦的最佳NaHCO3浓度为0.5%，最佳的自溶条件为0.3%NaCl溶液和0.05%的溶壁酶作促进剂、pH

7.0、自溶温度55℃、自溶时间60 h。

1.3酵母酱油

由于啤酒废酵母含有丰富的蛋白质等营养成分，因此成为调味品生产原料的佳选。以啤酒酵母为主要原料，辅以豆粕等蛋白质物料，采用现代生物技术方法，使其酵母细胞内容物和豆粕中的物质溶出并分解成相应的水解产物，再经过一系列的后加工处理，生产出比传统酿造酱油更鲜美、营养更高的新型酱油产品—

酵母酱油，可为消费者提供一种新的选择。莫重文[8]以啤酒酵母和豆粕为原料，结合酵母抽提物和传统酱油酿造工艺，提出了生产酵母酱油的方法。通过对水洗、混合料比、均质、酶解及热反应等因素的研究，得出了最佳的工艺条件：先将水洗、均质后的啤酒酵母与蒸煮、酶解后的豆粕混合均匀，加入0.6％的葡聚糖酶，在温度55℃、pH值6.5条件下水解6 h后，添加复合蛋白酶水解10h，再添加风味蛋白酶水解，酶解后，95℃灭酶20

min，水解液经分离、浓缩、热反应即可生产出酵母酱油。

1.4核糖核酸的制备

作为啤酒工业废弃物之一的啤酒废酵母，其RNA含量达4%~8%，是很好的工业上提取RNA 的原料。从啤酒酵母中提取RNA的工艺方法很多，主要有稀碱法、氨解法、浓盐法等。初期阶段人们常用碱法，但是RNA在酸或碱中不稳定，故若需获得未降解状态的RNA，应尽量避免使用酸或碱，氨解法抽提RNA ，抽提率和纯度都很低，而且氨对人体有刺激作用，因此工业上通常利用盐法提取酵母RNA。胡刚等[9]做了浓盐法提取啤酒废酵母核糖核酸的研究，以抽提率和收率为指标，通过单因素实验，确定了盐法提取啤酒废酵母中核糖核酸的参数，并通过正交实验获得了最佳提取工艺：提取时间5

h，提取温度100℃，氯化钠浓度8%，酵母浓度8%，在此条件下RNA抽提率为7.12%，收率为99.30%，OD260/OD280为2.01。

1.5蛋白质、氨基酸的制备

啤酒酵母中蛋白质含量占其干物质的50%，并且富含人体必需的八种氨基酸，且氨基酸的组成比例接近联合国粮农组织推荐的理想氨基酸的比例，是很好的蛋白质、氨基酸生产原料。张俊杰[10]研究了啤酒酵母蛋白的提取工艺，确定了主要工艺路线。实验采用1mol/ L的Tween20作为表面活性剂和180分钟的超声破碎啤酒酵母细胞的破壁率达到了68.67%，提取物酵母蛋白的产率为0.106mg/mL。任静，朱凯[11]采用风味蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶作为外加酶对啤酒废酵母进行酶解，制备富含氨基酸的酶解液，结果表明风味蛋白酶酶解效果优于木瓜蛋白酶、中性蛋白酶。采用氨基酸分析仪对酵母酶解液进行分析，共检测出17种游离氨基酸，总含量为36.89 mg/mL。

1.6饲料生产

啤酒酵母具有丰富的营养成分，特别是高蛋白含量，可以用来生产高蛋白饲料、营养型发酵饲料、混合饲料等。利用啤酒废酵母生产饲料，对啤酒厂废弃固形物进行综合治理和利用，不仅减少环境污染、变废为宝，并且有可观的经济效益。

2.啤酒废酵母生理活性物质的应用研究

啤酒酵母还含有丰富的酶系和生理活性物质，如辅酶A、辅酶Q、辅酶I、细胞色素C、凝血质、谷胱甘肽等，利用废啤酒酵母提取具有生物活性的功能物质已逐渐成为研究的热点，目前主要生产和开发胞壁多糖、蛋白肽、海藻糖、SOD、谷胱苷肽等产品。

2.1胞壁多糖

酵母细胞的细胞壁中含有25%～35%的酵母多糖，主要为葡聚糖和甘露聚糖。葡聚糖位于细胞壁的最内层，占细胞壁干重的30%～60%[12]，具有抗肿瘤、促进和激活人体免疫力等作用。甘露聚糖和蛋白质骨架相连，位于细胞壁最外层，是构成细胞壁的重要成分，具有抗辐射、抗肿瘤、刺激动物机体免疫反应机能、降低胆固醇含量的作用。天然海藻糖是由2分子葡萄糖构成，化学性质极稳定，广泛分布于细菌、真菌、植物和动物体内，能稳定大分子物质，广泛用于保持生物制品的活性，啤酒酵母中海藻糖含量约为5%。

马森等[13]采用酶处理对啤酒酵母残渣中的β-1,3-

葡聚糖进行纯化，并研究了酶处理纯化的最佳工艺。结果表明：酵母残渣中添加208U/g底物的木瓜蛋白酶，在50℃、pH6.0条件下酶解8h，蛋白质去除率可达到62.82%，β-1,3-

葡聚糖最终纯度为90.50%，得率为11.00%。汪立平等[14]以啤酒废酵母为原料，研究了自溶法制备甘露聚糖的最佳工艺条件，并将优化后的自溶法和常用的酸碱法进行了比较，最后对最佳自溶条件在5L发酵罐中进行了放大实验。研究表明，自溶24h后，酵母残渣中的甘

露聚糖含量达到最高值，制备啤酒废酵母细胞壁的最佳自溶条件为温度50℃、NaCl

2%、pH6。此条件下，酵母自溶残渣中甘露聚糖含量达到164.95mg/g，优于传统的酸法、碱法，自溶因素的重要性次序为：温度＞NaCl浓度＞pH值。放大实验结果表明，最优自溶条件下甘露聚糖含量达到149.00mg/g。

2.2 酵母蛋白肽

生物活性肽是具有氨基酸顺序的多肽，具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，引起了食品学术界的广泛重视。

邵伟等[15]以啤酒废酵母为原料，选用碱性蛋白酶

25凝胶层析分离出10种多肽，经过总抗氧化性的测定发现分离出来的多肽具有一定的总抗氧化性，其中两种组分的总抗氧化性较强，一种达到0.59 U/mg多肽，另一种达到0.58 U/mg多肽；洗脱曲线表明，自溶12 h能得到比较多的这两种组分。

2.3海藻糖

啤酒酵母中海藻糖含量丰富，约占细胞干重的5%，天然海藻糖是由2分子葡萄糖构成，化学性质极稳定，广泛分布于细菌、真菌、植物和动物体内，能稳定大分子物质。在食品工业中，主要利用海藻糖具有的非还原性、保湿性、耐冻性、耐干燥性以及良好的甜味，用来防止因干燥或冷冻引起的变性，或与其它甜味剂混合使用作为食品的甜味剂，还可以作为一些调料、食品的品质改良剂。

张雪莲等[17]先对废啤酒酵母进行微波、高温处理促使酵母细胞破壁，再以40%的乙醇

溶剂进行浸提，最后经脱色、脱蛋白、脱盐后结晶干燥得到了海藻糖成品。杨渝军等[18]进行了超声波辅助水浸提啤酒废酵母细胞中海藻糖的工艺研究。实验以啤酒废酵母为实验材料，以海藻糖为研究对象，蒸馏水为提取剂对影响超声波技术辅助水浸提工艺的多个因素进行了研究，优化了料液比、超声波作用时间、超声功率、浸提时间、浸提温度五个工艺条件。通过L9(34>正交实验，结果表明各因素影响程度依次为：浸提温度＞浸提时间＞超声功率＞超声时间，得到最佳参数为：超声时间20min，超声功率600W，水浸提时间6h，浸提温度100℃。在此参数条件下海藻糖得率达到7.72%。与乙醇浸提法相比，超声波技术辅助水浸提法极大地降低了成本。

2.4制取超氧化物歧化酶

SOD是一种重要的氧自由基清除剂，具有延缓衰老、提高人体免疫力、预防和治疗某些疾病的作用。目前，我国SOD产品主要从牲畜血液中提取，该方法所用原料有限，SOD 质量不稳定。而酵母细胞中含有较多的SOD，酵母菌作为生产SOD的材料来源之一，具有繁殖快、代谢时间短、产率高、易培养、易大规模化生产、不受季节与自然条件限制等优点，因此，国内外学者研究利用酵母细胞生产SOD。

明景熙[19]采用不同工艺流程提取SOD。结果表明，萃取离心法提取SOD回收率达到73 %，纯化倍数达96倍；而分布萃取法具有收率高，产品质量稳定，经济效益显著等优点，但手续繁琐；微滤超滤法无相变，低温，活性损失小，操作简单，是今后的发展方向，使用该法提取得到的SOD总酶活力达到3000 u/mg。

2.5制取谷胱甘肽(GSH>

谷胱甘肽是生物机体内的重要活性物质，具有清除自由基的作用，特别是对于维持生物体内适宜的氧化还原环境起着至关重要的作用。临床实验结果表明，GSH可以迅速增强机体的免疫力，人体内GSH含量增加后对消化系统、呼吸系统和新陈代谢等都有很大的帮助。此外，GSH还有改善性功能和消除疲劳的作用，在食品、医药等领域的应用日益受到人们的重视。生产方法主要有生物提取法、发酵法、化学合成法及酶法等。研究者们通过工艺条件优化等使得发酵法生产谷胱甘肽的方法不断改进，已成为目前国内外生产谷胱甘肽最普遍的方法。

Zhang

Tao等[20]利用均匀设计法对发酵法生产谷胱甘肽的培养基进行了优化，涉及葡萄糖、酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、蜂蜜、MgSO4、ZnSO4、(NH4>2HPO4、硫胺素9个因素，选用均匀设计为9因素、9水平U27<99），得到的数据经UD3.0软件进行分析，得到了优化培养基的最佳配比为：葡萄糖70g/L，酵母膏3 g/L、蛋白胨5 g/L、麦芽汁70 g/L、蜂蜜20 g/L、MgSO4 5.6 g/L、ZnSO4 16 mg/L、(NH4>2HPO4 7 g/L、硫胺素0.2 mg/L。GSH在该最佳工艺条件下产量达到74.6

mg/L，比对照组高出1.81倍，证实均匀设计法在GSH发酵工艺条件优化中效果明显。但要想获得纯度很高的GSH，还需要对纯化方法进行改进。邱雁临等[21]以废弃酵母泥为原料，经预处理和细胞破碎后得到富含谷胱甘肽的抽提液，利用天然新型吸附剂壳聚糖作为吸附剂，通过吸附层析法从中分离纯化得到了纯度较高的还原型谷胱甘肽。

2.6生产1，6-二磷酸果糖(FDP>

1，6-

二磷酸果糖，简称FDP，通常是以钠、钙或锌盐等形式存在。FDP是细胞内葡萄糖代谢过程中的重要产物和驱动物质，可改善缺氧条件下心肌细胞的能量代谢，避免在缺氧或缺血条件下的组织损伤。FDP在增加细胞内ATP的同时，具有稳定细胞膜和溶酶体膜的作用。

目前，国产FDP药物还不能满足国内市场的需求，利用啤酒酵母制取FDP存在着较大的潜力。目前工业化生产FDP主要是利用啤酒酵母中的活性酶，用糖类和磷酸盐来生物合成。

主要工艺过程为：洗净的废酵母泥经化学法破壁，使其中的活性酶释放，在将此酵母液与包含糖类和磷酸盐的反应液混合，经生物合成反应生成FDP，反应液经除杂、分离、纯化、浓缩、脱色、结晶，进一步纯化即可得到纯净的FDP[22]。

3.啤酒废酵母在污水处理方面的应用研究

生物吸附法是利用生物体或其衍生物吸附废水中的金属离子。微生物对金属离子的吸附具有速度快、选择性高、吸附容量大等优点。啤酒废酵母对多种重金属离子如铬、镉、镍、铜等，有着较强的吸附能力，利用啤酒废酵母吸附废水中的重金属离子，不仅可以较好地达到治理废水的目的，而且对于降低生物吸附剂的生产成本，提高啤酒工业中废酵母的利用价值及减少废酵母对环境的污染都有着重要的意义。

3.1啤酒酵母对铬的吸附

铬(Ⅵ>是工业废水中广泛存在的重金属离子，有很强的毒性和致癌性。张帅，程昊[23]用2%海藻酸钠与1%明胶混合作为包埋剂固定啤酒废酵母，研究了固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ>的吸附特性。结果表明，固定化啤酒废酵母吸附Cr(Ⅵ>受吸附时间、起始pH、固定化菌体浓度、Cr(Ⅵ>起始浓度及共存离子等因素的影响。确定了固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ>最佳吸附条件为：pH2，Cr(Ⅵ>起始浓度100 mg/L，固定化菌体浓度2 g/L，吸附90 min。此条件下Cr(Ⅵ>的吸附率可达96.8%，Pd2+等并存离子可抑制固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ>的吸附，用1 mol/L盐酸洗脱固定化啤酒废酵母所吸附的Cr(Ⅵ> 3 h，解吸率为93. 6%。

3.2啤酒酵母对镉的吸附

代淑娟等[24]以水洗废啤酒酵母为吸附剂，采用自制实验装置，对电镀废水中重金属镉进行吸附-沉降工艺实验研究。结果表明：在废水处理量1 L，废水中镉质量浓度为26 mg/L，pH=7，吸附剂用量40 g/L(湿重>，室温约25℃，搅拌速度1000 r/min，吸附时间30 min，沉降240 min的条件下，废水中镉的吸附率及吸附—沉降后镉的去除率分别达96.59%和94.25%。三级处理后废水中镉达到排放标准(<0.1

mg/L>，连续处理效果比间歇处理效果略差。采用扫描电子显微镜及表面能谱，分析水洗废啤酒酵母对镉的吸附机理，结果表明：水洗废啤酒酵母对镉的吸附过程中细胞结构受到破坏，吸附过程有化学络合和静电吸附作用存在。

3.3啤酒酵母对镍的吸附

武运等[25]为了开发新型生物吸附剂，研究了啤酒酵母废菌体制备的生物吸附剂对水中重金属Ni2+的吸附作用；为了增强啤酒酵母废菌体吸附Ni2+的能力，对其进行了固定化，研究了包括pH值、吸附时间、吸附温度、酵母添加量、Ni2+起始浓度5个条件对酵母菌吸附Ni 2+的影响。实验结果表明，经过固定化，啤酒酵母吸附Ni2+的能力有所提高。pH值对啤酒

酵母菌吸附Ni2+的影响较大，最适pH值为6，在20~40℃，温度对吸附的影响不大。

3.4啤酒酵母对苯酚的吸附

崔龙哲，周俊伟，吴桂萍[26]以啤酒废酵母为材料吸附水溶液中苯酚，考察了溶液pH值、盐浓度、吸附时间对吸附的影响，结果表明：啤酒废酵母吸附苯酚的平衡时间为2h，在较宽的pH值范围内对苯酚的吸附性能良好，等温曲线符合Langmuir模式，最大吸附量为10 8.34 mg/g，高盐浓度对苯酚的吸附有阻碍作用，啤酒废酵母能较好地吸附废水中的苯酚。

4.其他应用研究

4.1微生物燃料电池的研究

黄素德等[27]进行了啤酒酵母微生物燃料电池及阳极的研究，针对微生物燃料电池(MF C>

输出功率低、成本高等问题，基于微生物的代谢作用和电子传递机制，采用葡萄糖作为燃料，以亚甲基蓝为电子介体，利用啤酒酵母菌的生物催化作用构建了MFC。研究结果表明，啤酒酵母菌具有良好的生物电催化活性，可作为MFC的功能微生物。

4.2酵母滤液回收酒精的研究

从啤酒酵母泥中压滤得到的废啤酒含有约4.5％vol的酒精，将其蒸馏可得到用于白酒生产的优质酒精。李鹏，周广田[28]做了从啤酒废酵母滤液中回收酒精的研究，研究了回流比、起始酒精浓度等对蒸馏效果的影响，正交实验确定了最佳的工艺参数为：酒精起始浓度6 0％vol，回流比为3，酒头提取量为3％，酒尾提取量为l4％。

4.3废啤酒酵母溶解相作为赤铁矿的抑制剂的研究

对废啤酒酵母进行简单水洗预处理，溶解于水的成分占24.68％，称其为溶解相。代淑娟等[29]以废啤酒酵母溶解相为抑制剂，进行抑铁浮硅的实验研究，考察了废啤酒酵母溶解相对赤铁矿的抑制效果，并对抑制机理进行了分析和探讨。

4.4富锌酵母的制备

锌是生物体内是不可缺少的元素，对细胞生长和细胞的保护具有重要的意义，利用啤酒废酵母制备富锌酵母，变废为宝，具有很大的环境效益和经济效益。关转飞等[30]以啤酒废酵母为原料制备富锌酵母。对制备的工艺条件进行了优化。确定最佳的工艺条件条件为：Zn2+的浓度为500μg/mL；培养pH值为4.5；振荡培养时间为10h；啤酒酵母投加量为50g/5 0mL培养基。通过红外分析对空白废酵母和富锌废酵母进行比较，分析了酵母富集锌前后吸收峰的变化。

4.5富硒、富铬酵母的制备

硒是人和动物体内谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPX>的辅助因子，具有清除对机体有害的自由基，防止细胞膜氧化受损的作用，其广泛存在于生命机体的肝、肾、心、肺等。而缺硒可能导致癌症、心肌梗塞等多种疾病的发生，通过膳食摄取足够的硒可起到预防有关疾病的作用。酵母具有较高的富硒能力，并能将毒性高的无机硒转化为安全的有机硒。硒酵母作为一种安全有效的食品硒源，受到国内外研究者的重视。铬(III>是葡萄糖耐量因子的中心活性成分，能协助胰岛素维持正常糖耐量并影响糖类、脂类、蛋白质和核酸的代谢。利用啤酒酵母的富集作用制备富含铬酵母，使其作为功能性补铬食品和治疗糖尿病及其他心血管疾病的药品，已成为学者们研究的热点。

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