食品添加剂硫酸钙（石膏）在发酵酵母中的应用综述黄明杰张杰（荆门市磊鑫石膏制品有限公司湖北荆门448000）0引言酵母是一种重要的单细胞微生物，与人们的生活密切相关，也是被人们利用最为广泛的真菌之一。
在诸多食品上都有相关的应用，如：各种酒类、面包等面粉制品类、醋等发酵调料类、还有纯酵母蛋白类。
具有发酵，营养强化，增味等功能。
酵母工业的发展已有200余年的历史了。
如今，人们已经认识到酵母菌的生理功能，并且酵母菌发酵在食品加工中得到广泛的应用。
[1]不仅国内应用广泛，美国、日本及欧洲一些国家也在普通的粮食制品如面包、蛋糕、饼干和烤饼中掺入5%左右的食用酵母粉以提高食品的营养价值。
1食品添加剂硫酸钙（石膏）简介按形成方式划分，硫酸钙有天然硫酸钙和化学合成硫酸钙两种，按照规定用于食品添加剂的硫酸钙只能使用天然硫酸钙；根据GB1892-2007《食品添加剂硫酸钙》的要求，食品添加剂硫酸钙可分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）和无水硫酸钙（CaSO4）两种，在选择发酵用硫酸钙时首先必须能够满足GB1892-2007《食品添加剂硫酸钙》[2]中硫酸钙的相关技术指标，具体要求如表1所示。
表1 GB1892-2007《食品添加剂硫酸钙》中硫酸钙的技术指标指标名称CaSO4CaSO4•2H2O硫酸钙（CaSO4）（以干基计），% ≥98.0 98.0重金属（以Pb计），% ≤0.0002 0.0002砷(As)，% ≤0.0002 0.0002氟化物（以F计），% ≤0.005 0.003硒(Se)，% ≤0.003 0.003干燥减量，% ≤ 1.5 19.0～23.02硫酸钙在酵母营养物质中的地位酵母生长繁殖所需的各种营养物质，统称酵母食料。
酵母生长繁殖速度受到营养物质、温度和pH值等环境条件的制约，其中营养物质是重要的因素。
酵母的六种营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水。
[3-5]这些营养物质的主要功能是：供给微生物合成细胞物质的原料；合成代谢和生命活动所需的能量；调节新陈代谢。
碳源是作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质，主要有糖、有机酸、醇、脂、碳酸盐、二氧化碳等；氮源提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，主要有蛋白质及其不同程度的讲解产物、铵盐、硝酸盐等；能源是供给微生物生长所需能量的物质，主要有化学能和辐射能两种。
生长因子为一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物，广义的包括维生素、氨基酸、嘌呤及其衍生物、嘧啶及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等；无机盐指微生物生长必需的金属和非金属元素，由硫酸盐、磷酸盐、氯化物等供给。
其主要作用是：构成酵母细胞的各种组分；作为酶的组成成分；维持酶得活性；调节并维持酵母细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位；还有些可以作为某些微生物的能源。
这些元素有：磷、硫、镁、钙、钠、钾、铁、锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍等。
其中硫酸钙的是作为无机盐来提供酵母生长所必须的硫酸盐和钙。
硫酸钙可提供酵母生长所需的钙和硫两种元素。
在无机盐中这两种元素都属于大量元素，虽然这两种元素占酵母细胞干重的比例不大（硫：0.3-1.0；钙0.1-0.5），但都是必不可少的。
由于在小型培养时需要准确的知道培养基成分所以常用硫酸铵、硫酸镁、硫酸亚铁、氯化钙、硝酸钙等溶解度高的盐进行供应。
但其中很多都由于安全问题、使用量大、酸碱性、引入其它不必要的离子等原因无法直接用于酵母发酵的食品行业。
天然的硫酸钙（石膏）其溶解度不高，水溶液的pH为中性且安全等性质在食品中应用广泛。
3钙离子和硫酸根离子对酵母生理的作用钙离子并不成为酵母的组成成分，其在酵母中的主要作用：①作为某些酶的辅助因子来维持酶的稳定性，保证酶活性。
在酵母中钙离子所涉及的蛋白质有几百种，这些蛋白质涉及到能量代谢、运动、细胞周期、物质运输和胞间信息的传输等。
[3-6]②作为酵母细胞第二信使对细胞生理状态和代谢进行调节。
③调节酵母细胞膜的通透性，改变细胞的渗透压、调节营养物质的吸收和代谢废物的排放。
④缩短酵母生长周期，酵母芽孢和孢子繁殖所必需的营养元素。
硫酸根离子被酵母吸收利用主要用于含硫的氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸）、多肽（谷胱甘肽等）和蛋白质的合成，形成酵母细胞中的组分发挥相关的生理功能。
如谷胱甘肽调节胞内氧化还原电位；二硫键是蛋白质高级结构的重要化学键之一，这些蛋白质作为酵母细胞的组成成分和酶发挥其重要作用；硫还是部分维生素的组成成分。
这些都是酵母生长发育所必须的。
4硫酸钙在发酵酵母中应用常见的酵母菌有啤酒酵母，用于生产啤酒、白酒和酒精，以及制做面包；葡萄酒酵母，也称酿酒酵母，用于酿造葡萄酒和果酒，也用于啤酒和白酒的酿造。
酵母发酵最早应用于酒发酵和面团的发酵，同样硫酸钙在发酵酵母中应用最为广泛的也是是啤酒酿造和面团发酵两个方向。
4.1啤酒酿造用酵母啤酒酿造是以大麦、水为主要原料，以大米或其它未发芽的谷物、酒花为辅助原料；大麦经过发芽产生多种水解酶类制成麦芽；借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉和蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖类、糊精以及氨基酸、肽、胨等低分子物质制成麦芽汁；麦芽汁通过酵母菌的发酵作用生成酒精和CO2以及多种营养和风味物质；最后经过过滤、包装、杀菌等工艺制成CO2含量丰富、酒精含量仅3%～4%、富含多种营养成份、酒花芳香、苦味爽口的饮料酒即成品啤酒。
[7]啤酒发酵中硫酸钙提供的Ca2+不参与酵母细胞结构物质的组成，而以离子状态控制酵母细胞的生理状态。
如降低细胞膜的渗透性、调节酸度、细胞凝聚等。
对酿酒酵母来说絮凝性是其一个重要特性，虽然酵母絮凝除受酵母遗传基因影响外，还受外界条件影响，但菌种一定，生产正常情况下，调节麦汁中钙离子的含量会显著改善酵母絮凝状态。
[8]通常啤酒发酵中Ca2+浓度在30mg/L以上时能促进酵母细胞的凝聚性，使成品啤酒的发酵度、双乙酰等指标均一稳定。
硫酸钙（石膏）在啤酒发酵过程中主要用于啤酒酿造用水的改善。
硫酸钙在啤酒中应用除了对酵母有上述的作用外还有：增加发酵后期酵母的凝聚性，使的啤酒澄清周期缩短。
还有其它的生物活性功能，如：提高淀粉酶的耐热性；煮沸过程凝固蛋白质和沉淀草酸根；降低细胞膜的通透性，调节酸度等[9]。
除此之外钙离子在啤酒中还有调节水的硬度、改善糖化质量等作用。
4.2面团发酵用酵母酵母在发酵时利用原料中的葡萄糖、果糖、麦芽糖等糖类及a-淀粉酶对面粉中淀粉进行转化后的糖类进行发酵作用，产生CO2，使面团体积膨大，结构疏松，呈海绵状结构；改善面包的风味。
发酵后的面包与其他各类主食品相比，其风味自有特异之处。
产品中有发酵制品的香味，这种香气的构成极其复杂。
在面团制作过程中，酵母中的各种酶对面包中的各种有机物发生的生化反应，将高分子的结构复杂的物质变成结构简单的、相对分子质量较低能为人体直接吸收的中间生成物和单分子有机物，如淀粉中的一部分变成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质水解成胨、肽和氨基酸等生成物。
这对人体消化吸收非常有利，提高了谷物的生理价值。
酵母本身蛋白质含量甚高，且含有多种维生素，使面团的营养价值增高。
[10]硫酸钙（石膏）在面团发酵过程中，多数被应用于复合的面粉改良剂中。
其主要作用是作为酵母食物，提供酵母生长所需的矿质元素，增加酵母的生长繁殖活力，缩短和增加其发酵能力，提高二氧化碳的和发酵过程中间风味产物的产量。
不改变小麦的自然芳香。
其还作为改良剂中的吸水剂，分散剂和填充剂。
同时硫酸钙还可以作为钙营养强化剂用于面团发酵的食品中，作为高钙食品。
5发酵用硫酸钙选择食品添加剂硫酸钙有两种形式：一种是生石膏，又名二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）；另一种是煅石膏，又名无水硫酸钙（CaSO4），无水硫酸钙是由二水硫酸钙经过煅烧脱去两分子的水的到的，两者的区别如表2所示。
表2二水硫酸钙与无水硫酸钙指标对比序号项目二水硫酸钙无水硫酸钙1 相同质量含钙量23.23% 24.37%2 相同质量含硫量18.63% 19.54%3 10%浆液pH 7 7--104 10℃水溶解性g/100ml 0.190 0.1935 遇水放热不放热放热6 遇水结块不结块30min左右结块7 制作工艺精选天然石膏粉磨加工等精选天然石膏煅烧粉磨加工等从上表可以看出在使用上述两种产品时我们应当注意以下几点：①从上表2中可以看出二水硫酸钙和无水硫酸钙溶于水后pH不同，使用这两种粉时应考虑它们对面团pH值的影响，但它们的添加量都很小面团的pH影响不大，无水硫酸钙的微碱性会在被酵母发酵时产生的酸性中和。
②无水硫酸钙溶解时会放热，有助于面团初始温度的升高，有利于发酵速度。
其遇水能结块且溶解度低的性质应当注意，将其与水混合时水量应当多一点且加水要搅拌加速其溶解防止结块。
③两种粉末的生产，如：细度、含水量；储存，如：湿度、堆压重量；对粉末的分散性都有影响。
对等条件生产、储存的两种粉末无水硫酸钙的分散性要比二水硫酸钙的分散性好。
④在面粉改良剂中硫酸钙的用量并不多，一般在0.15%-1%。
所以上述两种粉末在某些方面对改良剂的影响都只做定性的考虑，如：溶液pH的影响、放热影响、结块因素等；只有在特定的因素才会定量的考察，如：做营养强化剂时钙的含量、大量使用是粉料的分散性、酵母食料使用量等。
⑤无水硫酸钙与二水硫酸钙都是糖化用水时添加的，众所周知水中含了过量的硫酸钙对人体是不利的。
在20℃时，生石膏的溶解度为2.05g/L；无水石膏的溶解度是6.30g/L，同时由于生石膏中本身就含有结晶水，所以有效成份硫酸钙含量更低，更加容易控制。
综合以上几种因素考虑，在面团发酵时选用无水硫酸钙的效果要优于二水硫酸钙；在啤酒发酵时选用二水硫酸钙的效果要优于无水硫酸钙。
6小结酵母在食品领域中的应用历史悠久，以酿酒和面制品发酵被人们所熟悉，但仍存在有待发展的地方。
比如酵母菌发酵食品的种类和产量上与发达国家相比还有一定的距离。
许多酵母菌制品还没有形成工业化生产，应最大程度利用酵母菌发展产品的优势，研究开发更多的新型品种，使之投放市场。
利用酵母菌开发更多的有利于人体健康的食品，应用高新技术开发酵母菌在食品上得使用。
我国硫酸钙矿石的储量居世界前列，但是大量的硫酸钙矿石都被用来生产低附加值的建筑石膏，加强对硫酸钙在发酵酵母以及食品中的应用研究，提高硫酸钙矿石的附加值，对于合理利用硫酸钙资源有重要的作用。
参考文献[1] 王景芝主编.酵母菌生产与应用手册.北京市:中国轻工业出版社,2005.07[2] GB1892-2007,食品添加剂硫酸钙[S].[3] 周德庆.微生物学教程[M].高等教育出版社.2006(11):153-264.[4] 曹军卫,马辉文,微生物工程[M].科学出版社,2002:41-83.[5] 陈思妘,萧熙佩.酵母生物化学[M]山东科学技术出版社.1990:30-62.[6] 胡青平,徐建国,李琪，等.营养盐对酵母发酵的影响初探[J]沈阳农业大学学报,2007-06,38(3):428-430.[7]（英）巴尼特（Barnett，J.A.）等著；胡瑞清译.酵母菌的特征与鉴定手册.青岛市：青岛海洋大学出版社,1991.06.[8] 杨丽华,侯学峰.调节钙离子的含量改善酵母絮凝状态[J].酿酒,2008,(第5期).[9] 景晓莉.酿造水中常量离子、微量离子对啤酒酿造的影响[D]甘肃农业大学.2006:3-12.[10] 刘冬，张学仁主编.发酵工程.北京市：高等教育出版社，2007。