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Abstract

本发明公开了一种促进酵母细胞破壁的方法，通过采用喷射器高速喷射酵母乳，并利用蒸汽加热，再经过体积较大的缓冲容器，使酵母乳充分分散，并快速升温再经过等熵降压膨胀，实现酵母细胞的快速破壁，该方法能够在2h内实现酵母细胞破壁，并能够将酵母乳液迅速提高到后处理工艺所需要的温度；通过后续工段酶解处理后，该方法能够达到与其它破壁方法基本等同的酶解效果，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种促进酵母细胞破壁的方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种促进酵母细胞破壁的方法。
背景技术
酵母属于单细胞真核微生物，含有丰富的蛋白质、核酸、功能性多糖、维生素以及多种矿物元素，广泛应用于食品生产和饲料生产领域。从酵母细胞中提取生产功能性物质如酵母核酸、生产食品工业常用的酵母抽提物、酵母自溶粉等，以及生产饲料工业常用的酵母水解物等产品时，首先需要将酵母细胞进行破壁。
目前常用的酵母破壁方法包括：物理法、化学法以及物理化学相结合的方法；其中物理法包括反复冻融法、超声波法、挤压式破壁法、高压均质法、微波加热法、研磨法；化学法包括盐法破壁法、有机溶剂法、碱法、酸碱法、酶法、表面活性剂法；物理化学相结合的方法包括冻融法结合有机溶剂法、高压均质法结合有机溶剂法等。
反复冻融法需要重复的降温和快速升温处理，需要加装冷冻机组，生产设备成本较高，在目前实际生产中也有应用，但是能耗较大，不利于工厂低成本运行；超声波法利用气泡产生的高压力和局部高温造成细胞破裂，但是超声波法产生的噪音大、散热困难、不适用于工业大生产；挤压式破壁常采用玻璃珠挤压，易于在实验室实现细胞破碎，但是并不适用于工业生产；高压均质法通过高速撞击环使细胞破裂，在生产上也有应用，但需要反复多次破碎方能达到破碎效果；低温超高压连续流细胞破碎机是利用超高压能量使样品通过狭缝释放，通过剪切效应、空穴效应和碰撞效应使细胞破碎，一般在实验室用途较多，实际生产中所用很少。微波加热法在实际生产上应用并不多；研磨法利用研钵、石磨、球磨等产生的剪切力将细胞破碎，但是料液损失较为严重。
化学法目前在实际生产中应用较为广泛，如乙酸乙酯促溶法应用最为广泛，但是所需破壁时间较长，长达5小时以上，并且在生产现场会有较高浓度的乙酸乙酯，不利于生产人员的身体健康，并且高浓度的乙酸乙酯可能导致生产事故的发生；酸、碱法除了对营养物质破坏较大外，还存在致癌物质三氯丙醇引起环境污染的问题；酶法除了破壁时间长（需要8小时以上），还需要酶制剂与甘露聚糖、葡聚糖等发生接触反应才能起作用，完整的酵母细胞并不利于酶法的作用，并且酶法成本高、常存在产物抑制的问题（几种不同破壁方法对提取酵母内容物的影响，徐娜，秦丹等，农产品加工，2015.3.1-3）；自溶法也属于酶法破壁的一种，但是反应时间较长，常需要6小时以上，温度较低，容易导致酵母乳受到污染而变质（酵母细胞破壁技术研究与应用进展，杨翠竹，李艳等，食品科技，2006.7,138-142；反复冻融和超声协同作用破损酵母细胞，苑华宁，黄冬云等，食品与发酵工业，2013，39,62-67；温和破壁制备酵母源生物蛋白的研究，王斌，黄丽娜等；中国生物工程杂质，2013,33,62-67）。
因此，发展一种高效、快速的酵母细胞破壁方法，对酵母功能物质提取，酵母抽提物、酵母水解物等的生产至关重要。
而喷射器在淀粉制糖行业非常常见，设备小，安装和使用方便，其作用原理是利用高速喷射使淀粉颗粒分散；再利用多级等熵降压膨胀，达到使紧密的淀粉颗粒充分分散开的目的（李政方，淀粉液化与喷射液化器，中国酿造，1998年第6期，28-33；徐良增，许时婴等，淀粉蒸汽喷射液化器的设计，粮油加工与食品机械，2001年第2期，26-29）。但是目前蒸汽喷射器这个设备还未见报道在酵母破壁上有使用。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种快速、高效、安全的促进酵母细胞破壁的方法，旨在解决现有技术中酵母的破壁方法存在工作时间长、运行成本高、料液损失严重、污染环境等问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种促进酵母细胞破壁的方法，包括以下步骤：
A.制备浓度为3%～20%的酵母乳；
B.开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽；
C.开启进料泵，将工作流体酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为1～15m3/h，保持合适的成膜厚度；
D.设定酵母乳的喷射温度为30～90℃，采用自动控制系统调节蒸汽流量，使酵母乳达到设定温度持续、稳定地喷射进缓冲容器中；
E.酵母乳在缓冲容器中保温10～60min后流出，进入后处理工序。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述酵母包括酿酒酵母、废啤酒酵母、酒精酵母、假丝酵母和毕赤酵母中的一种。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射流量为3～12m3/h。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射温度为30～90℃。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述缓冲容器包括维持罐或维持管、闪蒸罐。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述闪蒸罐的体积大于维持罐和维持管。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述酵母乳先流入维持罐或维持管，再从维持罐或维持管中流出，进入闪蒸罐中。
所述促进酵母细胞破壁的方法中，所述酵母乳在闪蒸罐内保温10～40min后流出，进入后处理工序。
有益效果：
本发明提供了一种促进酵母细胞破壁的方法，通过采用喷射器高速喷射酵母乳，并利用蒸汽加热，再经过体积较大的缓冲容器，使酵母乳充分分散，并快速升温再经过等熵降压膨胀，实现酵母细胞的快速破壁，该方法能够在2h内实现酵母细胞破壁，并能够将酵母乳液迅速提高到后处理工艺所需要的温度；通过后续工段酶解处理后，该方法能够达到与其它破壁方法（如乙酸乙酯法、冷冻法等）基本等同的酶解效果，提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的所述促进酵母细胞破壁的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种促进酵母细胞破壁的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种促进酵母细胞破壁的方法，包括以下步骤：
A.制备浓度为3%～20%的酵母乳；
B.开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽；
C.开启进料泵，将工作流体酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为1～15m3/h，保持合适的成膜厚度；
D.设定酵母乳的喷射温度为30～90℃，采用自动控制系统调节蒸汽流量，使酵母乳达到设定温度持续、稳定地喷射进缓冲容器中；
E.酵母乳在缓冲容器中保温10～60min后流出，进入后处理工序。
上述方法采用喷射器高速喷射酵母乳，并利用蒸汽加热，再经过体积较大的缓冲容器，使酵母乳充分分散，并快速升温再经过等熵降压膨胀，实现酵母细胞的快速破壁，该方法能够在2h内实现酵母细胞破壁，并能够将酵母乳液迅速提高到后处理工艺所需要的温度；通过后续工段酶解处理后，该方法能够达到与其它破壁方法（如乙酸乙酯法、冷冻法等）基本等同的酶解效果，提高了生产效率，降低了生产成本。
进一步地，所述酵母包括酿酒酵母、废啤酒酵母、酒精酵母、假丝酵母和毕赤酵母中的一种；上述酵母的破壁适用于采用上述方法进行。
优选地，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射流量为3～12m3/h；更优选地，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射流量为12 m3/h，该喷射流量下将酵母入喷射进体积较大的缓冲容器中，使酵母乳能够快速膨胀，加速分散，实现破壁的目的；喷射流量过大，喷射出的酵母乳不能够均匀地被蒸汽快速加热到所需的温度，不利于后续工序的处理；喷射的流量过小，则喷射速度过小，酵母乳的体积膨胀不够，破壁效果不好。
优选地，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射温度为30～90℃；该温度与后处理的温度相当，能够在喷射过程中快速将酵母乳的温度提高到后续处理工艺所需要的温度，减少了后续处理工艺中的加热工艺，并且节省了加热的时间，提高了生产的效率。
优选地，所述缓冲容器包括维持罐或维持管、闪蒸罐；缓冲容器设置两级，使所述酵母乳经历两次的减压膨胀，促进酵母细胞快速破壁。
进一步地，所述闪蒸罐的体积大于维持罐和维持管；本实施例中，采用维持罐作为第一个缓冲容器，所述闪蒸罐的体积为维持罐的3倍；保证酵母乳从维持罐进入闪蒸罐中体积能够有一定的膨胀，促进酵母细胞快速破壁，闪蒸罐过大，会造成不必要的浪费；闪蒸罐过小，则酵母细胞膨胀不足，破壁效果不显著。
具体地，所述酵母乳先流入维持罐或维持管，再从维持罐或维持管中流出，进入闪蒸罐中；所述酵母乳从喷射器进入维持罐或者维持管中，体积变大，经历第一次的减压膨胀，加快酵母乳的分散，所述闪蒸罐的体积比维持罐或者维持管大，使酵母乳从维持罐或者维持管中进入闪蒸罐中时经历第二次的减压膨胀，进一步地促进酵母细胞快速破壁。
进一步地，所述酵母乳在闪蒸罐内保温10～40min后流出，进入后处理工序；保证酵母细胞从高压进入低压环境中充分的膨胀，该闪蒸时间下得到的酵母细胞的破壁效果和生产效率达到最好的平衡。
实施例1
所述促进酵母细胞破壁的方法，包括：
制备浓度为10%的酵母乳，开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽，并开启进料泵，将酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为3m3/h，保持合适的成膜厚度，以便酵母乳与蒸汽进行充分接触和热交换；设定酵母乳的喷射温度为70℃，通过自动控制系统调节蒸汽流量，维持酵母乳的温度保持稳定，使酵母乳达到设定温度持续稳定地喷射进0.5m3的维持罐中，然后再流入1.5 m3的闪蒸罐中，保温40min，流出闪蒸罐，进入后处理（酶解）工序。
实施例2
所述促进酵母细胞破壁的方法，包括：
制备浓度为12%的酵母乳，开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽，并开启进料泵，将酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为12m3/h，保持合适的成膜厚度，以便酵母乳与蒸汽进行充分接触和热交换；设定酵母乳的喷射温度为90℃，通过自动控制系统调节蒸汽流量，维持酵母乳的温度保持稳定，使酵母乳达到设定温度持续稳定地喷射进0.5m3的维持罐中，然后再流入1.5 m3的闪蒸罐中，保温10min，流出闪蒸罐，进入后处理（酶解）工序。
实施例3
所述促进酵母细胞破壁的方法，包括：
制备浓度为3%的酵母乳，开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽，并开启进料泵，将酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为1m3/h，保持合适的成膜厚度，以便酵母乳与蒸汽进行充分接触和热交换；设定酵母乳的喷射温度为50℃，通过自动控制系统调节蒸汽流量，维持酵母乳的温度保持稳定，使酵母乳达到设定温度持续稳定地喷射进0.5m3的维持罐中，然后再流入1.5 m3的闪蒸罐中，保温25min，流出闪蒸罐，进入后处理（酶解）工序。
实施例4
所述促进酵母细胞破壁的方法，包括：
制备浓度为20%的酵母乳，开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽，并开启进料泵，将酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为15m3/h，保持合适的成膜厚度，以便酵母乳与蒸汽进行充分接触和热交换；设定酵母乳的喷射温度为30℃，通过自动控制系统调节蒸汽流量，维持酵母乳的温度保持稳定，使酵母乳达到设定温度持续稳定地喷射进0.5m3的维持罐中，然后再流入1.5 m3的闪蒸罐中，保温60min，流出闪蒸罐，进入后处理（酶解）工序。
实施例5
所述促进酵母细胞破壁的方法，包括：
制备浓度为8%的酵母乳，开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽，并开启进料泵，将酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为8m3/h，保持合适的成膜厚度，以便酵母乳与蒸汽进行充分接触和热交换；设定酵母乳的喷射温度为60℃，通过自动控制系统调节蒸汽流量，维持酵母乳的温度保持稳定，使酵母乳达到设定温度持续稳定地喷射进0.5m3的维持罐中，然后再流入1.5 m3的闪蒸罐中，保温50min，流出闪蒸罐，进入后处理（酶解）工序。
实施例6
分别取实施例1-5酶解后的液体与按照乙酸乙酯法、冷冻+乙酸乙酯法处理后再进行酶解后的液体，调PH至中性，然后检测样品的溶解率，每组样品取4个平行样，溶解率的检测按照以下步骤进行：
1）称量干燥的离心管，记重量为m0,；
2）称取一定量样品于离心管中，记样品质量为m1；
3）设定离型转速为4000rpm，时间10min，将充分溶解的样品放入离心机中进行离心；
4）离心结束后小心倒去上清液，并用滤纸擦净离心管壁残留水分，称量总重量，记为m2；
5）将沉淀搅拌均匀，测定沉淀中干物质含量，记为D。
酵母破碎越多，细胞内容物溶出就越多，后处理（蛋白酶解）越容易和越彻底，可溶性的氨基酸、肽类及其它细胞内容物越多。酵母的溶解率按照公式（1）计算：
式中：m0-离心管重量，g；
m1-称取样品的质量，g；
m2-离心后沉淀和离心管的重量，g；
D-沉淀所含的干物质含量，%；
按照公式（1）计算后，实施例1-5酶解后的液体与按照乙酸乙酯法、冷冻+乙酸乙酯法处理后再进行酶解后的液体的溶解率结果如表1所示。
表1 实施例1-5与乙酸乙酯法、冷冻+乙酸乙酯法处理后酵母的溶解率
由表（1）中可看出，实施例1-5处理后的酵母细胞经过酶解后与乙酸乙酯法、冷冻+乙酸乙酯法酶解后所得到的样品的溶解率基本相同，且不同样品间的稳定性更好。
综上所述，本发明的提供的促进酵母细胞破壁的方法快速、高效、稳定性好，且得到的酵母细胞的破壁效果与现有的使用广泛的乙酸乙酯法、冷冻+乙酸乙酯法差不多，生产成本低，适合大规模的应用。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.制备浓度为3%～20%的酵母乳；
B.开启喷射器的蒸汽阀，引入喷射蒸汽；
C.开启进料泵，将工作流体酵母乳泵入喷射器中，调节喷射器喷嘴针阀的开度，使酵母乳的喷射流量控制为1～15m3/h，保持合适的成膜厚度；
D.设定酵母乳的喷射温度为30～90℃，采用自动控制系统调节蒸汽流量，使酵母乳达到设定温度持续、稳定地喷射进缓冲容器中；
E.酵母乳在缓冲容器中保温10～60min后流出，进入后处理工序。
2.根据权利要求1所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述酵母包括酿酒酵母、废啤酒酵母、酒精酵母、假丝酵母和毕赤酵母中的一种。
3.根据权利要求1所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射流量为3～12m3/h。
4.根据权利要求1所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述酵母乳喷射进缓冲容器中的喷射温度为30～90℃。
5.根据权利要求1所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述缓冲容器包括维持罐或维持管、闪蒸罐。
6.根据权利要求5所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述闪蒸罐的体积大于维持罐和维持管。
7.根据权利要求5所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述酵母乳先流入维持罐或维持管，再从维持罐或维持管中流出，进入闪蒸罐中。
8.根据权利要求5所述的促进酵母细胞破壁的方法，其特征在于，所述酵母乳在闪蒸罐内保温10～40min后流出，进入后处理工序。
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