啤酒廢酵母的回收利用

.z.：密級：學(xué)號：畢業(yè)設(shè)計題目：啤酒廢酵母的回收利用學(xué)生**：*元元所在系部：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù)指導(dǎo)教師**：*芳2021年6月21日啤酒廢酵母的綜合利用隨著啤酒行業(yè)的快速開展,啤酒廢酵母產(chǎn)量也日益增長.目前,我國啤酒企業(yè)有500多家年產(chǎn)啤酒近3000多萬噸,每年產(chǎn)啤酒廢酵母60～90萬噸,合理地利用啤酒廢酵母進展開發(fā)和深加工,可以減少資源的浪費并能有效的降低環(huán)境污染,為啤酒工業(yè)治理"三廢〞找到了一條有效的途徑,同時能夠給啤酒企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟利益[1].啤酒廢酵母的應(yīng)用范圍很廣,可用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域.本文具體介紹利用啤酒廢酵母生產(chǎn)酵母浸膏、天然調(diào)味品，超氧化物岐化酶(SOD)以及利用啤酒廢醇母生產(chǎn)飼料、酵母精、谷胱甘肽、海藻糖和核酸的研究情況,為合理開發(fā)啤酒廢酵母提供一些依據(jù).1分析：1.1啤酒廢酵母的營養(yǎng)成分啤酒廢酵母含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪粗纖維、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，枯燥酵母的具體營養(yǎng)成分見。啤酒干酵母中含有豐富的維生素Ｂ１，及Ｂ２Ｂ６Ｂ１２葉酸、泛酸等生理活性物質(zhì)。酵母中的蛋白質(zhì)含量較高，并含有１８種氨基酸，其中人體必需的８種氨基酸含量及氨基酸的組比例接近聯(lián)合國糧農(nóng)組織〔ＦＡＯ〕推薦的理想氨基酸的比例，具有較重要的氨基酸藥理作用。2應(yīng)用：2.1生產(chǎn)酵母浸膏酵母浸膏是借酵母菌體的內(nèi)源酶〔蛋白酶、核酸酶、碳水化合物水解酶等〕將菌體的高分子物質(zhì)水解成小分子而溶解所得的物質(zhì)。酵母浸膏可用于生物培養(yǎng)、食工業(yè)調(diào)味滋補劑及醫(yī)藥工業(yè)高級營養(yǎng)制品等。酵母浸膏的生產(chǎn)工藝流程：啤酒廢酵母-預(yù)處理-自溶-濃縮-調(diào)配-成品。為了提高成品的感官質(zhì)量，成品中-ＮＨ２含量及收率，去除酵母泥中剩余的酒花苦味，須對廢棄啤酒酵母進展預(yù)處理，使細胞壁組織疏松，便于提取。ＳｈｏｔｉｐＡ等人發(fā)現(xiàn)采用旋轉(zhuǎn)式微濾裝置對啤酒廢酵母進展脫苦處理，效果較好，并且可以通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)速率來平蛋白質(zhì)提取率及脫苦效率。啤酒廢酵母自溶是一個比擬復(fù)雜的過程，受到較多因素的影響。*方思等對啤酒廢酵母自溶條件進展了優(yōu)化，得出影響酵母自溶的因素依次為：ｐＨ＞加水量食鹽用量＞溫度；酵母自溶最適條件為：ｐＨ６．０，加水量２５０％，食鹽用量２％，溫度５０度；氨基氮收率５．１４但*鑫穎等人卻發(fā)現(xiàn)影響酵母自溶的因素依次為：度＞ｐＨ值＞食鹽用量＞加水量；自溶最正確條件為：溫度４０度，ｐＨ５．０，食鹽用量１．０％，加水量２００％，自溶４８ｈ氨基氮收率可到達５．９４２％。宋蓮軍等人研究發(fā)現(xiàn)酵自溶的最正確條件為：加水量為１/２，ｐＨ６．５，在４７-５２.下自溶２４ｈ，氨基氮含量可到達５４９ｍｇ／１００ｍＬ。添加一定量的酶能促進啤酒酵母溶解。研究說明，葡萄糖糖化酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、真菌酸性a-１蛋白酶、木瓜蛋白酶對酵母自溶有促進作用，使用葡萄糖化酶時，自溶液中含較高的葡萄糖，但其中a-ＮＨ２含量卻比不上使用蛋白酶時a-ＮＨ２的含量。祝忠付現(xiàn)，添加中性蛋白酶及葡聚糖酶對酵母自溶有較大幫助，食鹽對酵母自溶有促進作用，在５０度下酶解２０ｈ，氨基酸濃度到達５６０ｍｇ／１００ｍＬ。陳潔等人研究了機械破壁、ｐＨ值以及麥芽根核酸酶對啤酒酵母自溶作用過程的影響，得出均質(zhì)破壁能顯著提高自溶速率及酵母抽提物中蛋白質(zhì)和核苷酸的含量，麥芽根核酸酶的參加有效地提高了酵母抽提物中５-核苷酸含量，啤酒廢酵母經(jīng)預(yù)處理后，參加一定量的核酸酶，在４０ＭＰａ下均質(zhì)３次，然后升溫到５５度，自溶３０ｈ得到酵母抽提物中５-核苷酸，含量高達６．３７ｍｇ／ｇ。從以上研究可看出，影響啤酒廢酵母自溶的因素較多，主要有溫度、值、自溶時間、加水量、助溶劑、酶、ｐＨ等，但影響因素的先后次序則并沒有唯一確定，這就需要研究者根據(jù)具體條件來確定。2.2生產(chǎn)營養(yǎng)調(diào)味品利用廢酵母可以生產(chǎn)富含多種氨基酸、多肽、呈味核苷酸、維生素、多種微量元素的調(diào)味品，產(chǎn)品不僅滋味鮮美，而且營養(yǎng)豐富，是當今市場較流行的集調(diào)味、營養(yǎng)功能于一體的天然食品。利用啤酒廢酵母生產(chǎn)營養(yǎng)醬油，其方法有兩種：一種是利用廢酵母自溶液和豆粕按一定比例發(fā)酵而成；另一種是將廢酵母自溶液和不同鮮味劑調(diào)配而成。胡根河采用第一種方法生產(chǎn)營養(yǎng)醬油，其工藝流程為：啤酒廢酵母-預(yù)處理-自溶水解液麩皮，豆粕-混合潤水-煮沸-通風(fēng)制曲-成曲-發(fā)酵-浸泡-淋油-滅菌-成品醬油第二種方法的生產(chǎn)工藝流程為：啤酒廢酵母-預(yù)處理-自溶-過濾-調(diào)配-灌裝-殺菌-營養(yǎng)醬油Ｋｏｕｔｉｎａｓ．ＡＡ等發(fā)現(xiàn)在使用啤酒廢酵母生產(chǎn)醬油過程中，啤酒廢酵母的自溶程度受ｐＨ影響較小，但受溫度、初始固體濃縮物濃度和發(fā)酵周期影響較大。2.3生產(chǎn)胞壁多糖酵母細胞壁由８５％-９０％的碳水化合物及１０％、１５％的蛋白質(zhì)組成，約一半的碳水化合物主要為葡聚糖和甘露聚糖，細胞壁中還含有大量甘露糖蛋白。葡聚糖和甘露聚糖在人的消化道中難以被消化，可作為膳食纖維發(fā)揮作用，并具有增強細胞免疫力、提高巨噬細胞活性及治癌等成效。*烺新等采用酵母自溶與機械破碎相結(jié)合的方法提取胞壁多糖，使得胞壁多糖得率到達１０％，純度達８３％。其提取工藝為：酵母沉淀-自溶-機械破碎-堿溶-中和-沉淀-洗滌-別離-烘干。*玉香、尹卓容用酶法從啤酒酵母中提取的甘露糖蛋白，經(jīng)乙醇沉淀和層析提純，樣品中含多糖８８％，含蛋白質(zhì)１２％，薄層層析說明單糖組分中只有甘露糖。2.4生產(chǎn)超氧化物岐化酶(SOD)超氧化物岐化酶(SOD)是一種含有銅、鋅、鐵、錳的新型金屬酶,1938年由Mann和Keilin首次從牛紅血球中別離出一種藍色銅蛋白(最初定名為血銅蛋白Hemocuprein),而在1969年由Mccord和Fridovich發(fā)現(xiàn)其能夠催化超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反響而命名[2,3].SOD在生物體中普遍存在,是一種重要的氧自由基去除劑,該酶作用于底物超氧陰離子(O2),將其分解成O2和H2O2,H2O2再經(jīng)過氧化物酶與過氧化氫酶的催化變成H2O,從而解除了超氧陰離子對生物體細胞的損傷,發(fā)揮著有效的去除作用和生理效用.因此,它對機體的防護和抗衰老、抗炎癥、抗腫瘤、抗自身免疫疾病、抗輻射、抗休克、抗氧中毒等均有積極的作用,已受到國內(nèi)外醫(yī)藥界和生物化學(xué)界的高度重視,同時它還被越來越多地應(yīng)用于食品及化裝品添加劑等領(lǐng)域.如在化裝品市場上,尤其引人注目,像大寶、霞飛、奧琪、隆力琪等品牌都冠之為SOD面蜜.在食品領(lǐng)域,目前已面市的有SOD啤酒、SOD蛋黃醬、牛奶、可容性咖啡、奶糖、酸牛奶等保健食品.可見,SOD具有廣闊的應(yīng)用前景.目前,國內(nèi)SOD根本上是以動物血為原料制備,典型的制備工藝是先經(jīng)溶血,然后,采用熱變和有機溶劑處理提取,最后用柱層析純化.這種方法的缺點是易受原料來源、產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定及平安性等方面的限制,而用微生物為原料制取SOD,具有原料廉價易得,可以規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)點.近年來,國外利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)SOD的相關(guān)報道很多,其中發(fā)酵法生產(chǎn)SOD是一條經(jīng)濟可行的途徑.國內(nèi)對微生物SOD的研究主要集中于微生物細胞中SOD的含量、酯的活性測定及其提取方法等方面的研究.研究說明,酵母細胞中含有較多的SOD,因此,作為生產(chǎn)SOD的材料來源之一,它具有繁殖快,代謝時間短,產(chǎn)率高,易培養(yǎng),易大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),不受季節(jié)與自然條件的限制等優(yōu)點.以酵母菌為例,因為SOD屬于胞內(nèi)酶,在提取SOD前必須對細胞進展破壁處理,通常采用的方法有細胞自溶法、酶法、甲苯法、異丙醇法和氯仿一乙醇法.在細胞破壁之后,要經(jīng)過離心,鹽析,透析,離子交換層析2～3次和凝膠層析等工藝,得到精制的SOD.國內(nèi)西北大學(xué)化工學(xué)院的楊明琰等人[4]利用釀酒酵母U94經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)后,離心收集菌體,將菌體用甲苯法破壁得到粗酶液調(diào)節(jié)pH除雜蛋白,丙酮二次沉淀后,用DE2AE-32纖維素柱層析梯度洗脫,得到純化的SOD,,其比活為3500u/mg,收率為58.3%.PAGE電泳后的活性染色顯示,酵母超氧化物歧化酶具有4條明顯的同工酶.該樣品K,H2O2,CHCl3-乙醇抑制試驗,酶類型為Cu/ZnSOD.**藥科大學(xué)的蘇昕[3]用已篩選出的一株Y12酵母菌對其在優(yōu)化培養(yǎng)條件下發(fā)酵培養(yǎng)得到濕菌體,破壁抽提得SOD粗酶液,采用硫銨鹽析、丙酮沉淀、Sephade*G100凝膠過濾和QAE-Sephade*A-50離子交換柱層析,別離得到醇母SOD并測定其局部酶學(xué)性質(zhì).但是針對啤酒廢酵母,必須先進展預(yù)處理,將回收的啤酒廢酵母泥用2～3倍的無菌冷水洗滌,用80目～100目的不銹鋼孔板篩過濾,除去酒花樹脂等雜質(zhì).離心別離后,再用無菌冷水清洗1～2次,直到所有上層清液無色無味,酵母呈現(xiàn)純白色為止.然后將處理過的酵母泥參加萃取劑進展破壁處理,離心后得到酵母SOD的粗酶液.然后經(jīng)過除雜蛋白、有機溶劑沉淀、離子交換柱層析等工藝得到外觀帶淡藍綠色的精品SOD[5]。2.5生產(chǎn)飼料目前我國啤酒工業(yè)對啤酒酵酒的回收利用已初步取得成績.啤酒廢醇母含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、粗纖維、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分,因此,經(jīng)過處理后的啤酒廢酵母在枯燥之后,可以作為生產(chǎn)蛋白飼料的添加劑,通常作為配制其他混合飼料的蛋白源,可配制畜牧、魚蝦等飼料,生產(chǎn)工藝流程為:酵母泥→酵母漿→滾筒枯燥→成品除此之外,還可以利用啤酒廢酵母生產(chǎn)混合飼料.如一個年產(chǎn)12萬噸啤酒、116萬噸麥芽的啤酒廠,每年生產(chǎn)800噸混合飼料,可創(chuàng)產(chǎn)值1120萬元/年,獲利潤500萬元以上.生產(chǎn)混合飼料的工藝流程為:酵母泥(麥糟、硅藻土)→壓濾→枯燥麥根混合粉碎→制?！善穂1]2.6生產(chǎn)酵母精酵母精又稱為酵母抽提物,屬于酵母分解型天然調(diào)味料.它是以酵母菌體為原料,經(jīng)自溶等工藝制成的,內(nèi)含十多種氨基酸、核苷酸、肽類化合物、維生素及微星元素等.酵母精作為一種重要的調(diào)味原料,具有營養(yǎng)豐富,滋味鮮美,肉香味濃郁而持久,具有獨特的調(diào)味效果,添加到各類食品中,能很好地改善產(chǎn)品風(fēng)味,提高產(chǎn)品品質(zhì),現(xiàn)已在歐美、日本等興旺國家的食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,而國內(nèi)在這一領(lǐng)域還需要進一步開展[7].1993年世界酵母精的產(chǎn)銷量達5萬噸,每年以20%的速度增加,到目前為止已占去全球增鮮劑份額的35%以上.目前國內(nèi)醇母抽提物的市場售價為2萬元/噸,本錢不過3000元[9]。利用啤酒廢酵母生產(chǎn)酵母精,首先將新鮮的啤酒廢酵母倒入洗滌槽,反復(fù)用水洗滌,直到?jīng)]有發(fā)酵液及酒花味為止,然后將洗好的酵母進展別離濃縮,板框壓濾,轉(zhuǎn)入自溶罐中做自溶處理,即采用6%(體積比)的酒精,在45～65℃的溫水下溶解,攪攔20～24h.當醇母自溶完畢后進展別離收集上清液,對上清液進展?jié)饪s,得到的糊狀物可經(jīng)過噴霧枯燥制得酵母精.2.7提取谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)是一種由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的天然三肽,又稱為復(fù)原型谷胱甘肽,廣泛存在于生物體內(nèi),是主要的抗氧化劑,參與細胞內(nèi)的多種反響,又是多種酶反響的輔酶,對生物分子上的巰基起保護作用.此外,還有防止脂質(zhì)氧化、解毒、防止白內(nèi)障開展和保護皮膚等作用,臨床用于中毒性肝炎和感染性肝炎治療,癌癥輻射和化療的保護,對肺纖維化、肝癌、卵巢癌、愛滋病也是有益的聯(lián)合用藥.谷胱甘肽在食品、醫(yī)藥、化裝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值[6,8].啤酒發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)生了大量的廢酵母,價格低廉,可以充分利用這些資源來提取生產(chǎn)谷胱甘肽,提高啤酒廢酵母的附加值.用啤酒廢酵母提取谷胱甘肽的工藝流程為[9]:啤酒廢酵母→洗滌、過篩→醋酸抽提→離心→別離純化→成品此外,**工業(yè)大學(xué)的邱雁臨等人[10]研究利用殼聚糖作為吸附劑,采用吸附層析的方法從啤酒廢酵母中提谷胱甘肽,研究結(jié)果證明此方法可行.2.8提取海藻糖海藻糖是由兩個葡萄分子通過半縮醛羥基縮合而成的非復(fù)原性雙糖.天然海藻糖是白色晶體,具有甜味,作為一種應(yīng)急代謝物,能賦予動物、植物和微生物抵抗營養(yǎng)缺乏,抗高溫、低溫、枯燥、高滲透壓、有毒物質(zhì)等惡劣環(huán)境的能力,它具有在惡劣環(huán)境下保護生物體的生物膜、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)、核酸等構(gòu)造和功能的特殊成效.作為一種生物添加劑,海藻糖在生物制品活性保存以及食品、化裝品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用前景.利用啤酒廢酵母提取海藻糖的工藝流程:啤酒廢酵母→洗滌離心→加熱預(yù)處理→乙醇浸提→冷卻離心→上清液濃縮去醇→加足量醋酸鉛溶液→過濾→濾液加足量固體草酸鈉除鉛→過濾→活性碳脫色→陰陽離子交換→濃縮→乙醇結(jié)晶→過濾及枯燥→成品。**輕工業(yè)學(xué)院的譚海剛等人[11]對啤酒廢醇母提取海藻糖的工藝進展了研究,在乙醇濃度為60%(V/V),提取溫度為(80±1)℃,提取時間為30min,酵母質(zhì)量濃度為100g/L條件下,海藻糖的提取率可達91171%.采用活性炭脫色,陰陽離子交換除雜,經(jīng)濃縮、結(jié)晶、枯燥,制成的海藻糖成品純度為96.85%.2.9提取核酸核糖核酸簡稱核酸(RNA)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上.在食品工業(yè),核酸是開發(fā)新型食品的調(diào)味品不可缺少的原料,第二代味精