技术领域
本发明涉及食用啤酒酵母蛋白粉生产工艺和制备方法的改进以及啤酒废 酵母的产业化综合开发与利用。
背景技术
啤酒酵母属单细胞生物，是天然绿色微生物蛋白源，它含有约50％人体易 于吸收的完全蛋白及人体无法自行合成的必需氨基酸，富含B族维生素、天然 膳食纤维及烟酸、叶酸、泛酸、核酸、镁、锌、铬等。已被营养学界誉为21 世纪最有魅力的营养健康品。
我国现有啤酒企业400余家，相关企业2000家。据国家统计局最新资料， 2004年我国啤酒产量达2910万吨，连续三年保持“世界啤酒第一产销大国” 的地位，同时总产量在以每年15％增长率不断增长，2005年全国啤酒总产量已 达3500万吨。副产品啤酒废酵母约占啤酒产量的1.5％，据推算，2005年全国 可回收泥状酵母50余万吨，可制成干燥酵母5万吨以上。目前国内啤酒厂家 的啤酒酵母泥除大部分直接用于动物饲料和排污外，啤酒酵母泥还没有得到合 理的深度开发利用，虽然已有少量啤酒生产企业也回收废酵母生产食用级啤酒 酵母粉，但因口味、成份保存及生物利用率(消化吸收率)等技术因素，其产 业化开发与利用受到极大限制。
因此，本领域迫切需要对啤酒生产企业外排的废酵母进行再利用，产业化 生产大量保存了营养成分、生物利用度高的啤酒酵母蛋白粉。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种啤酒酵母蛋白粉。
本发明的另一个目的是提供上述啤酒酵母蛋白粉的制备方法。
本发明的再一个目的是提供上述啤酒酵母蛋白粉的用途。
在本发明的第一个方面，提供了一种啤酒酵母蛋白粉，所述的蛋白粉具有以 下特性：
(1)蛋白含量45-60wt％；
(2)膳食纤维含量20-35wt％。
在另一优选例中，所述的蛋白粉中蛋白含量50-55wt％，膳食纤维含量25-30wt ％，B族维生素含量20-30mg/100g。
在另一优选例中，所述的蛋白粉还具有以下特性：
(3)消化吸收率80-98％；更佳地，消化吸收率90-95％。
(4)B族维生素含量10-40mg/100g。
在另一优选例中，所述的B族维生素指维生素B1、B2、B6和叶酸。
在另一优选例中，所述的蛋白粉还具有以下特性：
(5)所述的蛋白粉含有机铬Cr3+100-500mg/100g，更佳地，所述的有机铬来自 于啤酒酵母。
在另一优选例中，所述的蛋白粉含有机铬Cr3+200-500mg/100g。
在另一优选例中，所述的蛋白粉是由包含以下步骤的制备方法所获得的：
(a)在压力为70-100Mpa的条件下，对啤酒酵母进行纳米破壁处理，获得破壁 的酵母液；
(b)对破壁的酵母液，在75-98℃下进行高温自溶。
更佳地，所述的纳米破壁处理是用纳米对撞机进行的，例如购自上海东华高 压均质机厂的纳米对撞机。
在本发明的第二个方面，提供了一种上述啤酒酵母蛋白粉的制备方法，它含 有步骤：
(a)在压力为70-100Mpa的条件下，对啤酒酵母进行纳米破壁，获得破壁的酵 母液；
(b)对破壁的酵母液，在75-98℃下进行高温自溶。
在另一优选例中，步骤(a)中的压力80-90Mpa。
在另一优选例中，步骤(a)进行1-2次循环破壁，同时破壁开始后10-90分 钟内快速升温至75-98℃。
在另一优选例中，破壁温度为30-45℃。
在另一优选例中，步骤(b)中的自溶时间为0.2-4小时，较佳地0.5～2小 时。
在另一优选例中，在步骤(a)中，所述的酵母是经脱酒精处理和脱苦味酸处理 后获得的酵母溶液(称为酵母净乳)。
在另一优选例中，在步骤(a)中，所述的酵母溶液中酵母浓度为5-25wt％，更 佳地为10-18％。
在另一优选例中，在步骤(a)之前，将酵母在4-10℃下储藏，储藏时间12-144 小时，较佳地24-72小时。
在另一优选例中，步骤(a)中的纳米破壁的破壁率为45-95％，更佳地45-60％。
在另一优选例中，所述的方法还含有以下步骤：
(c)高温自溶后进行高压喷雾干燥制得蛋白粉。
在另一优选例中，喷雾干燥温度160-250℃，更佳地180-200℃；干燥时间4-20 秒，更佳地6-8秒。
在另一优选例中，所述的酵母是传代2-10次的啤酒酵母。更佳地，所述的酵 母是发酵后获得的啤酒废酵母。
在另一优选例中，所述的方法包括步骤：
(i)对酵母进行过滤脱酒处理，得到初脱酒酵母；
(ii)对初脱酒酵母进行去除苦味酸处理，得到经脱酒精处理和脱苦味酸处理 后获得的酵母溶液(称为酵母净乳)；
(iii)在压力为70-100Mpa的条件下，对啤酒酵母进行纳米破壁处理，获得破 壁的酵母液；
(iv)对经破壁的酵母液进行高温自溶，得到胶体溶液；
(v)对所得的胶体溶液进行高压喷雾干燥制得蛋白粉。
在另一优选例中，在步骤(i)之前，还包括将含水80-90％的啤酒酵母泥用 100-120目筛网进行过筛。
在另一优选例中，脱苦味酸处理的条件如下：所述的经脱酒后的酵母加1∶ 0.5-2的水进行稀释打浆，用食品级NaHCO3将其溶液pH调至6.5-7.5(更佳地 6.8-7.2)，反应时间为10-90分钟(更佳地30-45分钟)；之后加水洗涤，得到酵母 净乳。
在本发明的第三个方面，提供了一种上述啤酒酵母蛋白粉的用途，它可用于 制备食品或饮食补充剂。
在本发明的第四个方面，提供了一种组合物，所述的组合物含有0.01-99.9wt％ 权利要求1所述的酵母蛋白粉。
在另一优选例中，所述的组合物还可含有选自下组的物质：小麦胚芽、大 豆蛋白、奶精、乳清蛋白、咖啡。
据此，本发明提供了一种营养成分全、生物利用度高的啤酒酵母蛋白粉及 其制备方法。
附图说明
图1显示了本发明提供的啤酒酵母蛋白粉的制备工艺流程。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，意外地发现，通过改进制备啤酒酵母蛋 白粉的制备工艺，不仅可以提高酵母蛋白粉的蛋白含量和膳食纤维含量，还提高 其消化吸收率，从而制得一种口味好、营养利用价值高的酵母蛋白粉。在此基 础上完成了本发明。
具体地，发明人发现，要获得上述优质的啤酒酵母蛋白粉须对一定浓度的 酵母用纳米对撞机等在一定压力条件下进行纳米破壁处理，使破壁率达到 45-95％，从而不仅使得营养成分充分释放，提高蛋白含量和膳食纤维含量，而且 可以获得粒径很小的蛋白粉，从而使得消化吸收率大幅度提高。
啤酒酵母蛋白粉
如本文所述的啤酒酵母，是指用于啤酒制造中所使用的酵母，优选啤酒生 产过程中所产生的副产品啤酒废酵母。
适用于本发明的啤酒酵母没有特别限制，可以是各种常规的啤酒酵母，例 如ATCC74124、74126、74127、74128、74129、74130、74131，或CGMCC0587 (CN01138778.5)等购自ATCC等保藏机构的啤酒酵母，或公开于现有专利文 献和其他文献中的啤酒酵母。
啤酒酵母铬是葡萄糖耐量因子的重要组成成分；它具有调节脂质代谢、改 善糖耐量的作用；是作用于葡萄糖代谢中的磷酸变位酶，是促进机体糖代谢的 重要物质；它能够促进机体脂代谢的正常进行；能活化胰岛素，有助于葡萄糖 的转化，降低对外源性胰岛素的需求量；其吸收率可是普通铬吸收的20-50倍， 是食米的东方民族和II型糖尿病患者在通常的饮食中最易被忽视的和最易缺 乏的参与人体代谢的微量元素。
鉴于铬的重要用途，因此在本发明中优选选用铬含量较高的天然啤酒酵 母。
本发明提供的啤酒酵母蛋白粉是从啤酒酵母中得到的提取物，它可以是固 体物质，如粉末状物质，也可以是溶液，如胶体溶液；它含有啤酒酵母中的营 养成分及微量元素。
优选的啤酒酵母蛋白粉含有机铬(Cr3+)、蛋白和B族维生素。其中所述的 有机铬(Cr3+)含量为100-500μg/100g，优选200-500μg/100g，更优选300-500 μg/100g；所述的蛋白含量为45-60wt％，优选50-60wt％；所述的B族维生素含量 10-40mg/100g，优选20-40mg/100g，更优选20-30mg/100g。
本发明提供的啤酒酵母蛋白粉的生物利用率(消化吸收率)为80-98％，优选 90-95％。
在一优选例中，提供了一种啤酒酵母蛋白粉，它含有机铬(Cr3+)，而现有的 啤酒酵母粉中不含有机铬(Cr3+)；所述的啤酒酵母蛋白粉中有机铬(Cr3+)的含量 是300mg/100g，达到了人体一天的需求量。
制备方法
本发明提供的啤酒酵母蛋白粉可以用常规方法获得，一种优选的方法是通 过对啤酒后发酵过程中排放的废酵母进行物理保鲜、过滤除杂、脱酒、脱苦、 洗涤、纳米破壁、高温自溶及高压喷雾干燥等生产工艺制得。
其中酵母可用常规方法保存，一种优选的方法是利用食品级冷藏储罐，全 封闭实行新鲜啤酒废酵母的收集与保存，酵母储藏温度4-10℃，保存时间 12-144小时，较佳地24-72小时。由于啤酒酵母具有絮凝沉降的特性，酵母储 藏时需进行搅拌解凝。酵母传代，优选传至3-5代的酵母。
废酵母预处理由于所使用麦汁中尚有分离不净的大麦果皮、种皮及酒花碎 片，经过酵母发酵与酵母相互混杂沉降于罐底，加工时必须将其除去。根据酵 母泥充分搅拌均匀情况及筛分阻力，适当调整过筛速度，采用100目和120目 的分级筛进行二次筛分，可除去酵母泥中的全部可见杂质。
采用板框压滤机或离心机进行筛分酵母乳的脱酒，将废酵母中的啤酒与酵 母分开得到有利用价值的啤酒和初脱酒酵母。两者各占比例约为50％。
经脱酒后的酵母加1∶1的水进行稀释打浆，由于酵母液中含有一定的苦 味酸，为将其去除，用食品级NaHCO3将其溶液pH调至6.5-7.5，更佳地6.8-7.2， 反应时间为10-90分钟，更佳地30-45分钟。之后加1∶2的水采用酵母离心机 循环高速洗涤2次，得到较高纯度的酵母净乳。
可以用常规方法将上述获得的酵母净乳进行破壁，优选的方法是纳米破 壁。
对具有较高纯度的酵母净乳进行纳米破壁，优选酵母浓度为5-25wt％的酵 母净乳，更佳地为10-18％；酵母净乳经纳米对撞机进行物理高压破壁，压力： 70-100Mpa，优选80-90Mpa，破壁率45-95％，优选45-60％，循环破壁1-2次。 这样得到的酵母液有助于酵母内容营养物质的释放及吸收，同时酵母细胞壁的 生物利用率(消化吸收率)也能充分发挥。
优选在纳米破壁后进行高温自溶，即将上述经高压破壁的酵母液输送到加 热容器内，并在不断升温的同时充分搅拌酵母液，使其发生综合内反应，75-98 ℃自溶时间为0.2-4小时，得到胶体溶液并达到灭菌效果。
得到的胶体溶液可用常规方法干燥，优选高压喷雾干燥，即将上述胶体溶 液经泵和高压均质机均质及乳化进行高压并流式喷雾干燥，进风温度为 160-250℃，出风温度为80-95℃，物料经瞬间干燥后，产品营养成份不变性， 不破坏，含水率＜6％。
将上述干燥产品经风送单独进行净化包装，产品颜色达到理想的淡黄色， 产品得率10-12％；水份、灰份及微生物指标可达到药用标准。
用途
可用将本发明提供的啤酒酵母蛋白粉与其它成分组成组合物，用于预防或 治疗糖尿病的功能性食品或饮食补充剂。按固体啤酒酵母蛋白粉的量计算，每 天可冲服15克/50kg体重。
本发明提供的组合物，含有0.01-99.9％啤酒酵母蛋白粉，所述的组合物还可 含有各种营养成分，代表性的营养成分包括(但并不限于)：其它酵母粉，小麦胚 芽、大豆蛋白、奶精、乳清蛋白、咖啡。
本发明的主要优点在于：
1、极大地保存了啤酒酵母天然原料的营养成份，同时通过纳米破壁工艺解决 了啤酒酵母营养吸收率低的难题，极大提高了啤酒酵母的消化吸收率及生物利用效 价；
2、解决了废酵母的排放对环境造成的污染，同时回收了废酵母中的啤酒；
3、为啤酒生产企业的废酵母开辟了一条产业化的食用功能性健康食品的生产 途径。
4、本发明提供的啤酒酵母蛋白粉的蛋白、B族维生素的含量高，消化吸收率 高。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方 法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所 有的百分比和份数按重量计。
通用方法：
有机铬Cr3+测定：根据国家标准GB-7 5009.88测定。
蛋白含量：根据常规的凯氏定氮法测定。
维生素B1含量：根据国家标准GB-7 5009.84测定。
维生素B2含量：根据国家标准GB-7 5413.14测定。
消化吸收率的测定方法：让狗服用后，检查排泄物及胃壁吸收情况，从而确 定其消化吸收率。
实施例1
制备啤酒酵母蛋白粉No.1
将1500kg含水86％、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液，经100目和120目 两次过筛，采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收，初脱酒酵母饼经 打浆后按原料重0.5％的比例加入食品级NaHCO3，搅拌均匀并将其溶液pH调至 7.0，充分反应45分钟，之后按1∶2的水稀释采用酵母离心机循环高速洗涤2 次，得到较高纯度(浓度12％)的酵母净乳，后用纳米对撞机进行物理高压破壁， 压力：85Mpa，破壁1次，酵母液经破壁后进入反应容器在85℃下恒温1小时 并灭菌。料液经泵和高压均质、乳化后高压喷雾(180℃)瞬间(8秒)干燥，得到 产品177Kg，产品收率11.8％，含水率5.5％；菌落总数168，大肠菌群及致病菌 未检出。
所制得的啤酒酵母蛋白粉No.1破壁率达47％，有机铬含量Cr3+310mg/100g， 蛋白质54.8％，膳食纤维含量25wt％，B族维生素23mg/100g，消化吸收率85％， 产品口味好、流动性好、颜色淡黄。
实施例2
制备啤酒酵母蛋白粉No.2
将1500kg含水86％、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液，经100目和120目 两次过筛，采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收，初脱酒酵母饼经 打浆后按原料重0.5％的比例加入食品级NaHCO3，搅拌均匀并将其溶液pH调至 7.0，充分反应45分钟，之后按1∶2的水稀释采用酵母离心机循环高速洗涤2 次，得到较高纯度的酵母净乳，并将物料浓度调整为13％，物理破壁压力90Mpa， 循环破壁2次，破壁温度为45℃，同时在30分钟内快速升温至95℃高温自溶 1小时并灭菌。料液经泵和高压均质、乳化后高压喷雾(240℃)瞬间(6秒)干燥， 得到产品181Kg，产品收率12.1％，含水率5.3％，菌落总数40，大肠菌群及致病 菌未检出。
所制得的啤酒酵母蛋白粉No.2破壁率达95％，有机铬含量325mg/100g， 蛋白质53.7％，膳食纤维含量31.5wt％，B族维生素26mg/100g，消化吸收率95％， 产品口味好、流动性好、颜色淡黄。
实施例3
制备啤酒酵母蛋白粉No.3
将1500kg含水86％、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液，经100目和120目 两次过筛，采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收，初脱酒酵母饼经 打浆后按原料重0.5％的比例加入食品级NaHCO3，搅拌均匀并将其溶液pH调至 7.0，充分反应45分钟，之后按1∶2的水稀释采用酵母离心机循环高速洗涤2 次，得到较高纯度的酵母净乳，并将酵母浓度调至5％)后用纳米对撞机进行物 理高压破壁，压力：75Mpa，破壁1次，酵母液经破壁后进入反应容器在85℃ 下恒温0.5小时并灭菌。料液经泵和高压均质、乳化后高压喷雾(200℃)瞬间 (4秒)干燥，得到产品165Kg，产品收率11.2％，含水率5.7％；菌落总数68，大 肠菌群及致病菌未检出。
所制得的啤酒酵母蛋白粉No.3破壁率达45％，有机铬含量315mg/100g， 蛋白质52.5％，膳食纤维含量28.5wt％，B族维生素24mg/100g，消化吸收率80％， 产品口味稍差、流动性较好、颜色稍差。
实施例4
制备啤酒酵母蛋白粉No.4
将1500kg含水86％、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液，经100目和120目 两次过筛，采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收，初脱酒酵母饼经 打浆后按原料重0.5％的比例加入食品级NaHCO3，搅拌均匀并将其溶液pH调至 7.0，充分反应45分钟，之后按1∶2的水稀释采用酵母离心机循环高速洗涤2 次，得到较高纯度的酵母净乳，并将酵母浓度调至25％)后用纳米对撞机进行物 理高压破壁，压力：100Mpa，破壁2次，酵母液经破壁后进入反应容器在90 ℃下恒温2小时并灭菌。料液经泵和高压均质、乳化后高压喷雾(250℃)瞬间 (10秒)干燥，得到产品169Kg，产品收率11.6％，含水率4.8％；菌落总数120， 大肠菌群及致病菌未检出。
所制得的啤酒酵母蛋白粉No.4破壁率达95％，有机铬含量332mg/100g， 蛋白质53.5％，膳食纤维含量32.5wt％，B族维生素28mg/100g，消化吸收率95％， 产品口味稍差、流动性不好、颜色差。
对比例1-4
重复实施例1的方法，不同点在于采用下表中所示的条件。实施例1-4和 对比例1-4的结果汇总于表1。
表1 实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 对比例 1 对比例 2 对比例 3 对比例 4 破壁压力(Mpa) 85 90 75 100 60 110 90 90 破壁温度 30℃ 45℃ 35℃ 40℃ 30℃ 45℃ 45℃ 45℃ 酵母净乳中的酵母浓度(％) 12％ 13％ 5 25 15 15 13％ 13％ 循环破壁次数 1 2 1 2 1 1 2 2 高温自溶温度(℃) 95 85 85 90 85 90 60 98 高温自溶时间(小时) 1 1 0.5 2 1.5 1 1 1 喷雾干燥温度(℃) 180 240 200 250 200 180 240 240 喷雾干燥时间(秒) 8 6 4 10 20 10 6 6 蛋白粉 破壁率 风味 颜色 流动性 消化吸收率 47％ 好 淡黄 好 85％ 60％ 好 淡黄 好 95％ 45％ 稍差 不好 较好 80％ 95％ 不好 深黄 较差 95％ 5％ 不好 深黄 好 40％ 80％ 不好 深黄 不好 95％ 60％ 不好 淡黄 好 93％ 60％ 不好 深黄 好 94％
上述结果表明：
破壁压力＜70Mpa，破壁率低，营养成分不能完全释放，而且影响消化吸收； 破壁压力大(＞100Mpa)，会因为口味过鲜而使食用者难以接受。
自溶温度低(＜75℃)，不能使啤酒酵母中的内容物充分释放；自溶温度 过高(＞98℃)会使颜色加深，风味变差，失去原有的食品香味。
实施例5-8
制备功能性食品 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 啤酒酵母蛋白粉 蛋白粉No.1 300g 蛋白粉No.2 165g 蛋白粉No.3 165g 蛋白粉No.4 150g 大豆蛋白粉(g) / 120 60 141 小麦胚芽(g) / / 45 / 奶精(g) / 15 30 9
结果：
啤酒酵母蛋白粉具有改善胰脏血液循环，提高胰脏生理功能，降低血糖等 效果。
通过上述实施例5结果表明：糖尿病患者每日3次冲饮，每次5克啤酒酵 母蛋白粉20天后，测定餐后血糖的有效率(血糖由开始的16毫摩尔/升降至10.4 毫摩尔/升以下)为35％，；患者餐后视力模糊、自汗、盗汗、神疲乏力、心悸 气短、失眠、腰酸腿软等症状均有明显改善，总有效率为80％。
实施例6-8的效果与实施例5相类似。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献 被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后， 本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申 请所附权利要求书所限定的范围。