产朊假丝酵母功能的探究及应用

郭照宙，许灵敏，宋建楼，许　丽

（东北农业大学动物科学技术学院，哈尔滨　150030）



产朊假丝酵母功能的探究及应用

郭照宙，许灵敏，宋建楼，许丽*

（东北农业大学动物科学技术学院，哈尔滨150030）

摘要：产朊假丝酵母属于假丝酵母属，其蛋白质产量高，可用于饲料原料、食品用香精等，还可以生产谷胱甘肽，同时可以供给硒，给人类和动物带来益处。文章对产朊假丝酵母营养特性、菌体特点、生长条件及其在生产中的应用进行论述。

关键词：酵母菌；产朊假丝酵母；营养特性；生长条件；实际应用

1　产朊假丝酵母菌的研究现状及分类

1.1研究现状

产朊假丝酵母又名产朊圆酵母或食用圆酵母，作为安全的微生物，和啤酒酵母、克鲁维酵母被美国食品及药物管理局（FDA）认证为可作为食品添加剂的酵母，也是我国卫生部规定的可用于保健食品的真菌菌种[1]。产朊假丝酵母广泛应用于食品和制药业，还能够以各种废弃物为原料生产食用蛋白质，包括竹废水、米糠以及马铃薯淀粉液废水等。通过培养产朊假丝酵母菌，来获得更高含量的蛋白质，可生产动物饲料、咸味香精等。

1.2分类

经过不断的研究和试验，酶母菌的研究大致经历了经典分类学、化学分类学、分子分类学方法3个阶段。常见的酵母菌可分为酵母菌属、裂殖酵母属、汉逊酵母属、毕赤酵母属、假丝酵母属、球拟酵母属、红酵母属。其中产朊假丝酵母菌属于假丝酵母属，其细胞为圆形、卵形或长形，多边芽殖，有些种属具有发酵能力，有些种属能氧化碳氢化合物，用以生产单细胞蛋白，供食用或作饲料，但少数菌能致病[2]。

2　产朊假丝酵母菌的营养特性

产朊假丝酵母的菌体蛋白质约占菌体干物质的32％～75％，其含量因菌种、培养条件不同而差异较大。在菌体细胞中含有核糖核酸4.5％～8.5％ 和B族维生素约2％和多种矿物质[3]。产朊假丝酵母菌本身还含有丰富的酶类，如单胃蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶及植酸酶等，这些酶类可以将淀粉、纤维素水解成小分子糖、氨基酸、醇类等易被消化和吸收的低分子物质。产朊假丝酵母的细胞壁约占整体重量的20％，成分主要有内壁的β-葡聚糖57％、外壁的甘露寡糖6.6％和糖蛋白22％，此外还有几丁质、蛋白质、脂类和灰分等。甘露糖和β-葡聚糖具有免疫促进剂的功能，能够激发或增强机体免疫功能[4]。并且其菌体中所含有的脂类主要是类脂、磷脂、固醇等脂溶性化合物，固醇类主要是麦角固醇，其经紫外线照射能转变为维生素D2，是生产天然维生素D的主要来源[5]。

3　产朊假丝酵母菌的特点及生长条件

3.1菌体特点

3.1.1正常生长时的特点

细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形，大小为3.5～ 4.5 μm×7.0～13.0 μm，以多边出芽方式进行无性繁殖，形成假菌丝，没有发现有性生殖现象以及有性孢子，其属于半知菌类酵母菌。用麦芽汁固体培养基培养，菌落呈乳白色，表面光滑湿润，边缘整齐或呈菌丝状；用玉米固体培养基培养，会产生原始状假丝菌；用葡萄糖酵母汁蛋白胨液体培养基培养，表面无菌膜。液体呈浑浊状，管底有菌体沉淀。产朊假丝酵母属化能异养型，能发酵葡萄糖、蔗糖和1/3的棉籽糖，不能发酵半乳糖、麦芽糖、乳糖、蜜二糖；能同化尿素、铵盐和硝酸盐，不分解蛋白质和脂肪。其兼性厌氧，有氧条件下，进行有氧呼吸；无氧条件下，进行酒精发酵。最适生长温度为25℃，最适生长pH为4.5～6.5。

3.1.2在工业生产中的特点

产朊假丝酵母菌在工业生产中也有广泛应用，其在工业生产中的特点包括：发酵密度高，在高密度发酵中细胞干重可达到92 g·L-1，其蛋白质和维生素B的含量都比啤酒酵母高；其能以尿素和硝酸作为氮源，在培养基中不需要加入任何生长因子即可生长；其能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造纸工业的亚硫酸废液，还能利用廉价的糖蜜、木材水解液等生产出可食用的蛋白质；不具有酵解抑制有氧氧化效应，因而在严格好气的条件下不会产生乙醇。另外，产朊假丝酵母在工业中是一种极为重要的微生物，常被用于生产多种具有功能性的生物物质，例如谷胱甘肽及一些氨基酸和酶类。

3.2自然生长和诱变生长的条件

3.2.1生长条件

温度、摇床转速、碳氮比等因素对产朊假丝酵母的生长都会产生影响。通过统计学分析，各因素对酵母菌生长影响不显著（P>0.05）。试验得到的生长条件为：发酵培养基（40 mL·500 mL-1）中按10％（v/v）的接种量接入种子后进行摇瓶发酵培养，温度27℃，摇床转速200 r·min-1，培养时间30 h，碳氮比（葡萄糖和蛋白胨质量比）为3ϑ1时，菌体密度最大，生长效果最好[6]。陈合等以产朊假丝酵母1807为试验菌，培养条件为：250 mL三角瓶装液100 mL，接种量10％，摇床转速160 r·min-1，温度30℃，时间18 h，结果得出葡萄糖利用率为91.09％，产得干酵母16.29 g·L-1[7]。陆文蔚等优化了产朊假丝酵母菌的培养基，在250 mL三角瓶中分装50 mL试验培养基，液体菌种接种量为10％，28℃、150 r·min-1培养28 h，结果发酵菌体干重达到6.37 g·L-1。可以看出，温度在28～ 30℃，转速在150～200 r·min-1，培养时间24～36 h时，产朊假丝酵母菌可以表现出最适生长潜力[8]。

3.2.2菌种选育条件及诱变后发酵条件

诱变条件多种多样，其中紫外照射诱变菌的方式相对简便、易行。在15 W紫外灯下照射120 s，致死率为89％，得到蛋白质31.4％的诱变菌株，比诱变前的22.9％提高37.12％。对紫外诱变后的菌株进行发酵条件的优化，得到的最优发酵条件为：以葡萄糖为碳源、以硫酸铵和酵母浸粉为混合氮源，在32℃条件下，培养箱转速为160 r·min-1进行培养，可以得到蛋白质含量为37％的酵母菌株[9]。

4　产朊假丝酵母菌在生产中的应用

产朊假丝酵母菌属于酵母菌，酵母菌的基本特性在一定程度上体现了产朊假丝酵母的特性，随着对酵母菌的广泛利用，一些较常用的酵母菌，例如酿酒酵母菌、热带假丝酵母菌、产朊假丝酵母菌等，其优良特性在实际生产中发挥了重要作用。

4.1在处理马铃薯淀粉废水中的应用

通过pH、接种量、无机盐（通过加入磷酸二氢钾进行无机盐补充）等对产朊假丝酵母处理马铃薯淀粉废水的影响研究表明，在pH为5.0、产朊假丝酵母接种量为10％（体积分数）、磷酸二氢钾（质量分数为0.1％）加入量为0.5 g·L-1、废水不灭菌的条件下，废水处理效果和产朊假丝酵母生长最佳，且当废水化学需要量（COD）为5 074 mg·L-1时，COD去除率达到74.86％，同时可获得2.23 g·L-1的单细胞蛋白[10]。

4.2对奶牛体外瘤胃发酵参数的影响

大量研究表明，酵母菌的添加有利于瘤胃pH的稳定。试验中较高水平（3.3×107cfu·mL-1）的产朊假丝酵母能显著提高瘤胃氨态氮浓度，表明假丝酵母促进了日粮蛋白质的降解。添加产朊假丝酵母能显著提高瘤胃总挥发性脂肪酸量，降低乙酸浓度，表明产朊假丝酵母有促进瘤胃发酵类型向丙酸型发酵的趋势。

4.3对奶牛体外瘤胃营养物质消化率的影响

丁洪涛等试验表明，随着酵母菌量增加，产气量逐渐增加，这可能是因为产朊假丝酵母刺激了瘤胃微生物的合成，从而促进了瘤胃发酵所致，产气量与体内干物质消化率存在正相关，体外干物质消化率也有所增加[11]。研究也表明，日粮中添加酵母菌制剂能刺激瘤胃微生物的合成，Yoon等发现，酵母培养物能促进蛋白分解菌生长，这可能与粗蛋白质消化率提高有关[12]。

4.4对有机酸利用的影响

高卫卫等试验表明，产朊假丝酵母能够降解细胞外的L-苹果酸、乳酸、琥珀酸和柠檬酸，不能降解乙酸、草酸和富马酸；当培养基中含有葡萄糖和L-苹果酸、琥珀酸或柠檬酸时，葡萄糖优先被产朊假丝酵母利用，其他有机酸的利用受到葡萄糖的阻遏；当培养基中有葡萄糖和乳酸时，产朊假丝酵母在利用葡萄糖的同时，也可以利用乳酸，但乳酸被利用的速度非常缓慢；当培养基中只存在L-苹果酸、琥珀酸、柠檬酸和乳酸作为碳源时，乳酸比较容易被菌体利用，而L-苹果酸、琥珀酸和柠檬酸在被菌体利用的先后顺序上并没有明显的区别[13]。

4.5在风味酵母抽提物工艺中的应用

叶茂等以产朊假丝酵母为原料制备了酵母抽提物，并以氨基态氮含量和抽提物得率为主要指标考察了对酵母自溶影响的关键因素，并在此单因素实验基础上对酵母自溶进行正交实验，最后确定了酵母抽提物的最佳工艺条件。最佳工艺条件为：在15％酵母悬浮液中、75 MPa压力下循环均质2次后，调初始pH 6.5，并添加1.5％（w/w）的复合风味酶，50℃温度下水浴自溶48 h[14]。

4.6生产单细胞蛋白

通过利用经航天诱变筛选的高产纤维素酶活菌株黑曲霉ZM-8和产朊假丝酵母SJ2，采用混菌固态发酵方式，来研究产朊假丝酵母SJ2接种量、接种时间和联合发酵时间等因素在玉米秸秆为主要原料的培养基中对发酵产物中单细胞蛋白（SCP）含量的影响，结果表明，最优发酵条件为先接入1ϑ30黑曲霉，24 h后接种5％的产朊假丝酵母，黑曲霉和产朊假丝酵母联合发酵36 h，在最优发酵工艺条件下，发酵产物中SCP含量达到25.44％[15]。

4.7生产菌体蛋白

Watanabe等利用产朊假丝酵母处理烧酒废水生产饲料酵母，培育出1个可以累积大量氮的产朊假丝酵母突变体，用其处理高浓度的烧酒废水，可去除未稀释的大麦烧酒废水中有机物62.9％、总氮38.4％、总磷44.5％，处理后的大麦烧酒废水经冷冻干燥得到酵母生物量约16.7 g·L-1，其中含有粗蛋白质约60％，用H2SO4调控pH，不仅可提高废水硫含量，而且还可增加酵母沉淀物中蛋氨酸的含量[16]。Jebasingh等研究表明，产朊假丝酵母在含糖18.81 g·L- 1、硫酸铵8.71 g·L- 1和硫酸镁0.69 g·L-1的条件下，可以获得生物质6.69 g·L-1，蛋白质含量可达50％[17]。高卫卫试验结果表明，产朊假丝酵母能够降解细胞外的L-苹果酸、乳酸、琥珀酸和柠檬酸，不能降解乙酸、草酸和延胡索酸[18]。

5　小结

酵母菌种类繁多，营养丰富，具有多种生物活性。产朊假丝酵母菌继承了酵母菌的优良特性，其应用于食品行业和畜牧业生产当中，不仅可以节约成本、减少疾病发生，而且还可以提高经济效益，有利于获得高品质的食用产品和畜牧产品。今后除深入开发产朊假丝酵母菌的天然特性外，还可利用基因工程技术和发酵技术研究和生产多种剂型生物活性物质，推广酵母及其培养物、发酵产物在生产中的应用。

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Functional Exploration and Application of CandidaUtilis

GUO Zhaozhou,XU Lingmin,SONG Jianlou,XU Li*
（College of Animal Science and Technology,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China）

Abstract:Candida utilis is a species of candida species,which can produce lots of proteins,and provide for feed ingredients,food flavor,etc.It also can produce glutathione,contributing to pharmaceuticals.At the same time,it is able to supply selenium and bring many benefits to human beings and animals.So it is necessary to do the re⁃search for Candida utilis.This article briefly discussed its nutritional characteristics,cell characteristics,growth conditions and application in animal production.

Key words:yeast; Candida utilis; nutritional properties; growth conditions; application

*通讯作者：教授，博士生导师，E-mail:xuli19621991@163.com。

作者简介：郭照宙（1992-），男，山西吕梁人，硕士研究生，研究方向为动物营养与饲料科学。

基金项目：国家科技支撑计划（2012BAD12B05）

收稿日期：2016-01-11

中图分类号：TS261.1+1；S816

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2016）03-0033-03