摘要：面包酵母是制作面包不可缺少的原料，提高面包酵母的耐冷冻性对冷冻面团工业的发展有着十分重要的作用。本文介绍了面包酵母的种类和作用，重点讲述了面包酵母的耐冷冻机理及国内外对提高面包酵母耐冷冻性的研究进展。
关键词：面包酵母；耐冷冻性；
 
Review on Improvement In Freeze-Tolerance of Bakers’ Yeast

Abstract: Bakers’ yeast is a necessary material of bread making, and improvement in freeze-tolerance of bakers’ yeast is very important to the development of frozen dough. In this paper, we introduced the species and effects of bakers’ yeast, and emphasized on the freeze-tolerance mechanism of bakers’ yeast and the development review on improvement in freeze-tolerance of bakers’ yeast.
Key words: bakers’ yeast; freeze-tolerance;
 
冷冻面团是20世纪50年代以来发展起来的面包生产新工艺，它是利用冷冻原理与技术来处理成品或半成品。冷冻面团目前在世界许多国家和地区已经相当普及，特别是面包行业流行的连锁店经营方式。美国在1990年有80％以上的面包店使用冷冻面团，并且冷冻面团零售营业额达65亿美元；法国在1995年冷冻面团面包已占法国面包销售的80％；日本约有50％的面包店使用冷冻面团技术^[1]。
面包酵母制作面包不可缺少的原料，可以在较短的发酵时间内，产生二氧化碳使面团膨胀，形成具有非常柔软内相的面包，并且在发酵过程中，由于酵母自身的代谢作用生成带有香味的产物，赋予了面包制品的独特风味和香气^[2]。然而，在制作冷冻面团生产工艺中，面包酵母在冷冻、冻藏和解冻期间受到冷冻速度、冷冻温度、冷冻时间和冷冻介质等因素的影响，会产生冷冻伤害。特别是发酵后的面团经过冷冻工序，面团中含有的酵母菌更容易受到冷冻伤害，甚至因此而死亡，存活的酵母菌数与产气能力明显下降，使解冻后的面团膨胀不足。普通面包酵母随着冷冻前发酵时间的增长，解冻后的发酵力会急速减弱，致使冷冻面团技术这一能够使面包生产企业和消费者两方受益的面包制作方法，在应用的过程中产生了许多实际问题^[3]。冷冻面团技术最初实施，是通过增加酵母的用量来弥补这一不足，但是由于酵母的使用过量会使制品产生酵母臭味给产品的风味带来影响。因此，面包工厂希望酵母生产厂能够提供具有耐冷冻性的面包酵母。近半个世纪以来，各国的面包酵母研究开发工作者做了大量的研究工作来提高面包酵母的耐冷冻性。本文拟将这方面的研究进展综述如下。
 
1面包酵母的分类及其作用
1.1面包酵母的分类
面包酵母的种类不同，使用方法和用量也有所不同。常用于烘焙的酵母种类有鲜酵母、干性酵母及即发干酵母等三种，其储存及使用特性见表1^[4]。
表1  各种面包酵母的储存及使用特性

酵母种类	鲜酵母	干性酵母	即发干酵母
储存温度/℃	2～7	室温	室温
储存期限	3～4周	2～12月	1年
水分含量	67～72	6～8	4～6
转换系数	1	0.4～0.5	0.33～0.4
使用方法	直接使用	泡水活化	直接使用

1.2面包酵母的作用
①生物膨松作用
面包酵母在面团发酵中产生大量的二氧化碳气体，并由于面筋网状结构的形成，而被留在网状组织内，使面团酥松多孔，体积变大及膨松。
②面筋扩展作用
酵母发酵除产生二氧化碳外，还有增加面筋扩展的作用，使发酵所产生的二氧化碳能保留在面团中，提高面团的保气能力。
③风味改善作用
面包酵母在发酵时，能产生面包产品所将有的发酵味道。
④增加营养价值
因为酵母的主要成分是蛋白质，在酵母干物质中，蛋白质含量几乎为一半，且必须氨基酸含量充足，尤其是谷物中缺少的赖氨酸有较多的含量。同时，含有大量的维生素B1、维生素B2及尼克酸。
 
2面包酵母的耐冷冻机理
2.1海藻糖的作用
自1980年起，日本食品综合研究所岛纯等人从自然界分离出具有耐冷冻面包酵母后，经过反复的筛选和培育，终于得到FRI413耐冷冻性非常强的面包酵母菌株。普通面包酵母在发酵后进行冷冻，其解冻后的发酵力显著降低，而FRI413菌株经过长时间的发酵后进行冷冻，仍能保持相当强的发酵力。将它与普通面包酵母进行细胞成分的比较，除了海藻糖的含量外没有发现大的差异。　　海藻糖是由两个葡萄糖分子通过a,a,1,1-糖苷键结合构成的非还原性的双糖，除面包酵母外广泛存在于食用菌类、海藻和大豆等食品中。通过对发酵过程中海藻糖含量变化的测定发现，FRI413菌株细胞中海藻糖的含量是普通面包酵母的两倍；普通面包酵母在发酵开始阶段，其细胞内贮存的海藻糖立即消失，而FRI413菌株尽管经过发酵，其细胞内海藻糖的含量仍能达到干燥菌体重量的14%，并通过实验证明，发酵过程中酵母体内海藻糖的积累量与其耐冷冻性有非常密切的关系。因此，可以认为细胞内海藻糖的含量是面包酵母耐冷冻性强弱的决定因素之一^[5]。
2.2酵母细胞内的氨基酸库的作用
既往的研究已经指出，微生物和植物适应环境变化能力的强弱与其细胞内存在的氨基酸有关。近年来，日本高木等人在对因类似脯氨酸构造物质产生变异的酵母菌株培养过程中，发现酵母细胞内脯氨酸、精氨酸、谷氨酸等氨基酸的大量积蓄可以提高酵母的耐冷冻性。此外，岛纯等人的研究指出，缺少精氨酸酶遗传因子的生产用面包酵母在培养过程中，酵母细胞内精氨酸和谷氨酸等带电荷氨基酸的积蓄也可以提高酵母菌的耐冷冻性。因此，可以认为，酵母体内脯氨酸和带电荷氨基酸的存在，是酵母耐冷冻性强弱的另一决定因素^[6]。
2.3构成酵母细胞膜的脂肪酸的作用
生物体细胞膜的相变化温度的高低与构成细胞膜的脂肪酸的不饱和程度密切相关，即生物膜带有的不饱和脂肪酸越多，其相变化的温度越低。目前已从若干种低温生物的研究得知，一般来说生物膜的相变化温度低，说明在低温下生物膜仍能保持一定的流动性，生物细胞就不容易受低温环境的伤害。以面包酵母为代表的啤酒类酵母，构成其细胞膜的主要不饱和脂肪酸是棕榈酸和油酸，像亚油酸那样含两个以上双键的不饱和脂肪酸的含量极少。因此可以认为，普通的啤酒类酵母之所以耐冷冻性差，是因为构成细胞膜脂质的不饱和脂肪酸的比例少所致^[7]。
 
3提高面包酵母耐冷冻性的研究
3.1耐冷冻酵母菌的选育
面包酵母的菌种选育主要是通过理化因素诱变、杂交和原生质体融合、基因工程四种方式。采用理化因素诱变面包酵母时，通常选用紫外线作为诱变剂。诱变育种中存在的问题是酵母菌二倍体细胞很稳定，不易表现出基因的改变。通常采用单倍体细胞或子囊孢子进行诱变。杂交法是面包酵母育种的重要方法之一，己有大量成功的例证，但同时存在许多问题。商业面包酵母往往是多倍体、非整倍体，很难生成子囊孢子；一些面包酵母虽然能生成子囊孢子，但孢子的接合能力差、存活率低；特别是面包酵母的单倍体往往不再具有优良的面包酵母发酵特性，使杂交育种难以成功。原生质体融合法己成为面包酵母菌种选育的主要方法。它具有以下优点：融合频率高；受接合型或致育性的限制少；遗传物质的传递更为完善。其中电诱导原生质体融合与化学诱导原生质体融合相比，又具有以下特点：可在显微镜下监视和观察到融合的完整过程；电融合为一定空间、时间同步的可控制过程；电融合对细胞损伤较小；电诱导与关于膜的分子水平的认识直接相关，能较好地解释膜融合的机制；融合频率高。目前利用基因工程的方法克服葡萄糖对麦芽糖利用的阻遏作用已获得成功。但基因工程面包酵母的安全性问题备受各国政府的关注^[8]。
 
3.2添加海藻糖对酵母抗冻能力的影响
90年代，研究的热点是细胞生长期、营养状况及海藻糖含量对抗冻性的影响以及对控制抗冻性的结构基因、调节基因等基因水平的研究。据相关报道，细胞延迟期海藻糖含量最高，抗冻性也最高；对数期海藻糖含量最低，抗冻性也最差；稳定期海藻糖量较高，抗冻性也较高。细胞营养状况对抗冻性的影响和生长期的影响是一致的^[9]。当细胞转入新鲜培养基后，细胞内的贮存物质，如海藻糖、甘油开始降解，而当细胞进入稳定期后，又开始积累海藻糖和甘油。Park.J. I.等人认为，营养状况对细胞抗冻性的影响是通过RAS-cAMP途径实现的。碳源、氮源的突然缺乏，导致抗冻性提高，而稳定期持续的营养缺乏，却导致抗冻性的逐步下降，这与RAS-cAMP途径的作用方式是一致的。
 
3.3聚-γ-谷氨酸改善酵母耐冻性的研究
聚-γ-谷氨酸是一种通过γ酰胺键连接谷氨酸的阴离子型多肽，是一种日本传统食品纳豆的主要成分。聚-γ-谷氨酸是一种无味无臭、可食的、可生物降解的高分子材料。此外，聚-γ-谷氨酸还具有很多特性，比如高吸水性、金属吸附性以及抗冻性等等。所以，聚-γ-谷氨酸在医药、食品以及化妆品等工业领域内有着广泛的应用潜力^[10]。日本德岛大学生命科学院的Kumio Yokoigawa等人进行了聚-γ-谷氨酸对提高面包酵母耐冷冻性的研究，结果表明聚-γ-谷氨酸对多种商业面包酵母的耐冷冻性都有着显著的改善。在培养基中添加超过1%的聚-γ-谷氨酸可以使在-30℃冷藏3天的普通酵母细胞存活率增加10%以上。并且，不同分子量（50，2000，4000，6000，8000，10000kDa）的聚-γ-谷氨酸都对细胞表现出相似的抗冷冻作用。此外，对其他种类的酵母（日本米酒酵母、啤酒酵母）的研究也得到了类似的结果。当添加超过1%聚-γ-谷氨酸的面团在-30℃冷藏3天后，多种面包酵母在冷冻和解冻后都表现出更高的产气能力。聚-γ-谷氨酸具有这种提高面包酵母耐冷冻的能力的可能的原因是聚-γ-谷氨酸消化掉了面团中累积的面包酵母的代谢产物，而这些代谢产物在很大程度上抑制了酵母的产气能力。在面团中添加聚-γ-谷氨酸看来是最简单的提高面包酵母耐冷冻能力的方法，聚-γ-谷氨酸的研究将给冷冻面团工业带来巨大的发展机会^[11]。
 
参考文献：
[1]刘传富，董海州等.冷冻面团面包生产技术及其前景展望. 粮食与油脂，2001（9）：44-45.
[2]刘德海.酵母在面包生产中的重要作用.粮食与食品科技，2005（6）：28-30.
[3]陆婕，管筱武等.冷冻面团面包工艺的研究进展. 粮食与饲料工业，2000（10）：38-40.
[4]张守文.面包酵母的功能特性与科学使用方法. 食品科技，2002（4）：32-34.
[5]肖冬光，邹静等.面包酵母酸性海藻糖酶活性测定. 食品与发酵工业，2006（9）75-78.
[6]Satoshi N, Kozo O. Construction from a single parent of baker’s yeast strains with high freeze tolerance and fermentative activity in both lean and sweet doughs[J]. Appl Environ Microbiol, 1994, 60: 3499-3502.
[7]Shingo Izawa, Machiko Sato, Kumio Yokoigawa, Yoshiharu Inoue. Intracellular glycerol influences resistance to freeze stress in Saccharomyces cerevisiae: analysis of a quadruple mutant in glycerol dehydrogenase genes and glycerol-enriched cells. APPLIED MICROBIAL AND CELL PHYSIOLOGY，2004（66）：108-114.
[8]许春英，王昌禄.低温敏感型面包酵母的选育及其应用的研究. 天津轻工业大学硕士学位论文，2000（1-10）.
[9]周洁，周惠明.添加海藻糖对酵母抗冻能力的影响. 食品工业科技，2004（11）64-66.
[10]顾斌涛.新型生物材料聚-γ-谷氨酸（综述）. 天津生物医学工程，2006.
[11]Kumio Yokoigawa, Machiko Sato, and Kenji Soda. Simple Improvement in Freeze-Tolerance of Bakers’ Yeast with Poly-γ-Glutamate. JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING, 2006(3):215-219.