分类号：密级：学号：毕业设计题目：啤酒废酵母的回收利用学生姓名：刘元元所在系部：化学工程学院专业：应用化工技术指导教师姓名：刘芳2015 年 6 月21 日啤酒废酵母的综合利用随着啤酒行业的快速发展,啤酒废酵母产量也日益增长. 目前,我国啤酒企业有500多家年产啤酒近3000多万吨,每年产啤酒废酵母60 ～90万吨,合理地利用啤酒废酵母进行开发和深加工,可以减少资源的浪费并能有效的降低环境污染,为啤酒工业治理“三废”找到了一条有效的途径,同时能够给啤酒企业带来可观的经济利益[ 1 ]. 啤酒废酵母的应用范围很广,可用于食品、医药等领域. 本文具体介绍利用啤酒废酵母生产酵母浸膏、天然调味品，超氧化物岐化酶(SOD)以及利用啤酒废醇母生产饲料、酵母精、谷胱甘肽、海藻糖和核酸的研究情况,为合理开发啤酒废酵母提供一些依据.1分析：1.1啤酒废酵母的营养成分啤酒废酵母含有丰富的蛋白质、碳水化合物、脂肪粗纤维、矿物质等多种营养成分，干燥酵母的具体营养成分见。
啤酒干酵母中含有丰富的维生素Ｂ１，及Ｂ２Ｂ６Ｂ１２叶酸、泛酸等生理活性物质。
酵母中的蛋白质含量较高，并含有１８种氨基酸，其中人体必需的８种氨基酸含量及氨基酸的组比例接近联合国粮农组织（ＦＡＯ）推荐的理想氨基酸的比例，具有较重要的氨基酸药理作用。
2应用：2.1生产酵母浸膏酵母浸膏是借酵母菌体的内源酶（蛋白酶、核酸酶、碳水化合物水解酶等）将菌体的高分子物质水解成小分子而溶解所得的物质。
酵母浸膏可用于生物培养、食工业调味滋补剂及医药工业高级营养制品等。
酵母浸膏的生产工艺流程：啤酒废酵母-预处理-自溶-浓缩-调配-成品。
为了提高成品的感官质量，成品中-ＮＨ２含量及收率，去除酵母泥中残余的酒花苦味，须对废弃啤酒酵母进行预处理，使细胞壁组织疏松，便于提取。
ＳｈｏｔｉｐＡ等人发现采用旋转式微滤装置对啤酒废酵母进行脱苦处理，效果较好，并且可以通过调整旋转速率来平蛋白质提取率及脱苦效率。
啤酒废酵母自溶是一个比较复杂的过程，受到较多因素的影响。
吴方思等对啤酒废酵母自溶条件进行了优化，得出影响酵母自溶的因素依次为：ｐＨ＞加水量食盐用量＞温度；酵母自溶最适条件为：ｐＨ６．０，加水量２５０％，食盐用量２％，温度５０度；氨基氮收率５．１４但吴鑫颖等人却发现影响酵母自溶的因素依次为：度＞ｐＨ值＞食盐用量＞加水量；自溶最佳条件为：温度４０度，ｐＨ５．０，食盐用量１．０％，加水量２００％，自溶４８ｈ氨基氮收率可达到５．９４２％。
宋莲军等人研究发现酵自溶的最佳条件为：加水量为１/２，ｐＨ６．５，在４７-５２ .下自溶２４ｈ，氨基氮含量可达到５４９ｍｇ／１００ｍＬ。
添加一定量的酶能促进啤酒酵母溶解。
研究表明，葡萄糖糖化酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、真菌酸性a-１蛋白酶、木瓜蛋白酶对酵母自溶有促进作用，使用葡萄糖化酶时，自溶液中含较高的葡萄糖，但其中a-ＮＨ２含量却比不上使用蛋白酶时a-ＮＨ２的含量。
祝忠付现，添加中性蛋白酶及葡聚糖酶对酵母自溶有较大帮助，食盐对酵母自溶有促进作用，在５０度下酶解２０ｈ，氨基酸浓度达到５６０ｍｇ／１００ｍＬ。
陈洁等人研究了机械破壁、ｐＨ值以及麦芽根核酸酶对啤酒酵母自溶作用过程的影响，得出均质破壁能显著提高自溶速率及酵母抽提物中蛋白质和核苷酸的含量，麦芽根核酸酶的加入有效地提高了酵母抽提物中５-核苷酸含量，啤酒废酵母经预处理后，加入一定量的核酸酶，在４０ＭＰａ下均质３次，然后升温到５５度，自溶３０ｈ得到酵母抽提物中５-核苷酸，含量高达６．３７ｍｇ／ｇ。
从以上研究可看出，影响啤酒废酵母自溶的因素较多，主要有温度、值、自溶时间、加水量、助溶剂、酶、ｐＨ等，但影响因素的先后次序则并没有唯一确定，这就需要研究者根据具体条件来确定。
2.2生产营养调味品利用废酵母可以生产富含多种氨基酸、多肽、呈味核苷酸、维生素、多种微量元素的调味品，产品不仅滋味鲜美，而且营养丰富，是当今市场较流行的集调味、营养功能于一体的天然食品。
利用啤酒废酵母生产营养酱油，其方法有两种：一种是利用废酵母自溶液和豆粕按一定比例发酵而成；另一种是将废酵母自溶液和不同鲜味剂调配而成。
胡根河采用第一种方法生产营养酱油，其工艺流程为：啤酒废酵母-预处理-自溶水解液麸皮，豆粕-混合润水-煮沸-通风制曲-成曲-发酵-浸泡-淋油-灭菌-成品酱油第二种方法的生产工艺流程为：啤酒废酵母-预处理-自溶-过滤-调配-灌装-杀菌-营养酱油Ｋｏｕｔｉｎａｓ．ＡＡ等发现在使用啤酒废酵母生产酱油过程中，啤酒废酵母的自溶程度受ｐＨ影响较小，但受温度、初始固体浓缩物浓度和发酵周期影响较大。
2.3生产胞壁多糖酵母细胞壁由８５％-９０％的碳水化合物及１０％、１５％的蛋白质组成，约一半的碳水化合物主要为葡聚糖和甘露聚糖，细胞壁中还含有大量甘露糖蛋白。
葡聚糖和甘露聚糖在人的消化道中难以被消化，可作为膳食纤维发挥作用，并具有增强细胞免疫力、提高巨噬细胞活性及治癌等功效。
刘烺新等采用酵母自溶与机械破碎相结合的方法提取胞壁多糖，使得胞壁多糖得率达到１０％，纯度达８３％。
其提取工艺为：酵母沉淀-自溶-机械破碎-碱溶-中和-沉淀-洗涤-分离-烘干。
张玉香、尹卓容用酶法从啤酒酵母中提取的甘露糖蛋白，经乙醇沉淀和层析提纯，样品中含多糖８８％，含蛋白质１２％，薄层层析表明单糖组分中只有甘露糖。
2.4生产超氧化物岐化酶(SOD)超氧化物岐化酶(SOD)是一种含有铜、锌、铁、锰的新型金属酶, 1938年由Mann和Keilin首次从牛红血球中分离出一种蓝色铜蛋白(最初定名为血铜蛋白Hemocuprein) ,而在1969年由Mccord和Fridovich发现其能够催化超氧阴离子自由基发生歧化反应而命名[2, 3 ]. SOD在生物体中普遍存在,是一种重要的氧自由基清除剂,该酶作用于底物超氧阴离子(O2) ,将其分解成O2和H2O2, H2O2 再经过氧化物酶与过氧化氢酶的催化变成H2O,从而解除了超氧阴离子对生物体细胞的损伤,发挥着有效的清除作用和生理效用. 因此,它对机体的防护和抗衰老、抗炎症、抗肿瘤、抗自身免疫疾病、抗辐射、抗休克、抗氧中毒等均有积极的作用,已受到国内外医药界和生物化学界的高度重视,同时它还被越来越多地应用于食品及化妆品添加剂等领域. 如在化妆品市场上,尤其引人注目,像大宝、霞飞、奥琪、隆力琪等品牌都冠之为SOD面蜜. 在食品领域,目前已面市的有SOD啤酒、SOD蛋黄酱、牛奶、可容性咖啡、奶糖、酸牛奶等保健食品. 可见, SOD具有广阔的应用前景.目前,国内SOD基本上是以动物血为原料制备,典型的制备工艺是先经溶血,然后,采用热变和有机溶剂处理提取,最后用柱层析纯化. 这种方法的缺点是易受原料来源、产率、产品质量不稳定及安全性等方面的限制,而用微生物为原料制取SOD,具有原料便宜易得,可以规模化生产的优点. 近年来,国外利用微生物发酵生产SOD的相关报道很多,其中发酵法生产SOD是一条经济可行的途径. 国内对微生物SOD的研究主要集中于微生物细胞中SOD的含量、酯的活性测定及其提取方法等方面的研究. 研究表明,酵母细胞中含有较多的SOD,因此,作为生产SOD的材料来源之一,它具有繁殖快,代谢时间短,产率高,易培养,易大规模工业化生产,不受季节与自然条件的限制等优点.以酵母菌为例,因为SOD属于胞内酶,在提取SOD前必须对细胞进行破壁处理,通常采用的方法有细胞自溶法、酶法、甲苯法、异丙醇法和氯仿一乙醇法. 在细胞破壁之后,要经过离心,盐析,透析,离子交换层析2～3次和凝胶层析等工艺,得到精制的SOD. 国内西北大学化工学院的杨明琰等人[ 4 ]利用酿酒酵母CNU94经发酵培养后,离心收集菌体,将菌体用甲苯法破壁得到粗酶液调节pH除杂蛋白,丙酮二次沉淀后,用DE2AE - 32纤维素柱层析梯度洗脱,得到纯化的SOD, ,其比活为3500 u/mg,收率为58. 3%. PAGE电泳后的活性染色显示,酵母超氧化物歧化酶具有4条明显的同工酶. 该样品KCN, H2O2, CHCl3 - 乙醇抑制试验,酶类型为Cu/ZnSOD. 沈阳药科大学的苏昕[ 3 ]用已筛选出的一株Y12酵母菌对其在优化培养条件下发酵培养得到湿菌体,破壁抽提得SOD粗酶液,采用硫铵盐析、丙酮沉淀、Sephadex G 100凝胶过滤和QAE - Sephadex A -50离子交换柱层析,分离得到醇母SOD并测定其部分酶学性质. 但是针对啤酒废酵母,必须先进行预处理,将回收的啤酒废酵母泥用2～3倍的无菌冷水洗涤,用80目～100目的不锈钢孔板筛过滤,除去酒花树脂等杂质. 离心分离后,再用无菌冷水清洗1～2次,直到所有上层清液无色无味,酵母呈现纯白色为止. 然后将处理过的酵母泥加入萃取剂进行破壁处理,离心后得到酵母SOD的粗酶液. 然后经过除杂蛋白、有机溶剂沉淀、离子交换柱层析等工艺得到外观带淡蓝绿色的精品SOD[ 5]。
2.5生产饲料目前我国啤酒工业对啤酒酵酒的回收利用已初步取得成绩. 啤酒废醇母含有丰富的蛋白质、碳水化合物、脂肪、粗纤维、矿物质等多种营养成分,因此,经过处理后的啤酒废酵母在干燥之后,可以作为生产蛋白饲料的添加剂,通常作为配制其他混合饲料的蛋白源,可配制畜牧、鱼虾等饲料,生产工艺流程为:酵母泥→酵母浆→滚筒干燥→成品除此之外,还可以利用啤酒废酵母生产混合饲料. 如一个年产12万吨啤酒、116万吨麦芽的啤酒厂,每年生产800吨混合饲料,可创产值1120万元/年,获利润500万元以上. 生产混合饲料的工艺流程为:酵母泥(麦糟、硅藻土) →压滤→干燥麦根混合粉碎→制粒→成品[1]2.6生产酵母精酵母精又称为酵母抽提物,属于酵母分解型天然调味料. 它是以酵母菌体为原料,经自溶等工艺制成的,内含十多种氨基酸、核苷酸、肽类化合物、维生素及微星元素等. 酵母精作为一种重要的调味原料,具有营养丰富,滋味鲜美,肉香味浓郁而持久,具有独特的调味效果,添加到各类食品中,能很好地改善产品风味,提高产品品质,现已在欧美、日本等发达国家的食品工业中得到广泛应用,而国内在这一领域还需要进一步发展[7 ]. 1993年世界酵母精的产销量达5万吨,每年以20%的速度增加,到目前为止已占去全球增鲜剂份额的35%以上. 目前国内醇母抽提物的市场售价为2万元/吨,成本不过3000元[9 ]。
利用啤酒废酵母生产酵母精,首先将新鲜的啤酒废酵母倒入洗涤槽,反复用水洗涤,直到没有发酵液及酒花味为止,然后将洗好的酵母进行分离浓缩,板框压滤,转入自溶罐中做自溶处理,即采用6% (体积比)的酒精,在45～65℃的温水下溶解,搅拦20～24h. 当醇母自溶结束后进行分离收集上清液,对上清液进行浓缩,得到的糊状物可经过喷雾干燥制得酵母精.2.7提取谷胱甘肽谷胱甘肽( GSH)是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的天然三肽,又称为还原型谷胱甘肽,广泛存在于生物体内,是主要的抗氧化剂,参与细胞内的多种反应,又是多种酶反应的辅酶,对生物分子上的巯基起保护作用. 此外,还有防止脂质氧化、解毒、防止白内障发展和保护皮肤等作用,临床用于中毒性肝炎和感染性肝炎治疗,癌症辐射和化疗的保护,对肺纤维化、肝癌、卵巢癌、爱滋病也是有益的联合用药. 谷胱甘肽在食品、医药、化妆品等领域具有广泛的应用价值[6, 8 ]. 啤酒发酵工业产生了大量的废酵母,价格低廉,可以充分利用这些资源来提取生产谷胱甘肽,提高啤酒废酵母的附加值. 用啤酒废酵母提取谷胱甘肽的工艺流程为[9 ]:啤酒废酵母→洗涤、过筛→醋酸抽提→离心→分离纯化→成品此外,湖北工业大学的邱雁临等人[10 ]研究利用壳聚糖作为吸附剂,采用吸附层析的方法从啤酒废酵母中提谷胱甘肽,研究结果证明此方法可行.2.8提取海藻糖海藻糖是由两个葡萄分子通过半缩醛羟基缩合而成的非还原性双糖. 天然海藻糖是白色晶体,具有甜味,作为一种应急代谢物,能赋予动物、植物和微生物抵抗营养缺乏,抗高温、低温、干燥、高渗透压、有毒物质等恶劣环境的能力,它具有在恶劣环境下保护生物体的生物膜、脂质体、蛋白质、核酸等结构和功能的特殊功效. 作为一种生物添加剂,海藻糖在生物制品活性保存以及食品、化妆品、农业、医药等方面有着广泛的应用前景. 利用啤酒废酵母提取海藻糖的工艺流程:啤酒废酵母→洗涤离心→加热预处理→乙醇浸提→冷却离心→上清液浓缩去醇→加足量醋酸铅溶液→过滤→滤液加足量固体草酸钠除铅→过滤→活性碳脱色→阴阳离子交换→浓缩→乙醇结晶→过滤及干燥→成品。