正文 第三節 醬油酵母(1 / 3)

一、醬油酵母的多樣性稀發酵醬油醪中含有18%的食鹽,而且含氮量也高,在13%以上。因此生長並活躍在這一特殊環境中的醬油酵母是一種耐鹽性很強的酵母。另外,醬油酵母的抗滲透壓性也很強,其實這兩種性質是不同的,醬油酵母完全可耐高食鹽濃度培養基的滲透壓並進行生長,這種滲透壓是來自高糖濃度,則可耐更高的滲透壓,醬油酵母在高食鹽濃度下生長的培養基pH僅為5.0~6.0,其範圍很窄,而在高糖濃度培養基中生長的pH就寬得多。再者,醬油酵母若在高食鹽濃度培養基中培養,其細胞膜的透過性就增大。這種變化在高糖濃度培養基中是不會產生的。即透過性的變化不是由於培養基的滲透壓的影響,而應該看作是食鹽本身的影響。從以上事實也可以了解到,醬油酵母既然可以耐受高滲透壓,也就可以耐得住K+、Na+、Ce+、等無機鹽濃度的抑製。不僅如此,醬油酵母還顯示出其好鹽性的性質,如果將其置於一定濃度的食鹽環境中,其細胞代謝就產生了活性。因此醬油酵母在無鹽培養中是不能生長的,但如果是在高食鹽培養基中,即使是40℃的溫度也可以生長。這是因為其代謝產生了活性的緣故。但這不能說是提高了對熱的穩定性。

由於一般醬油酵母,兩個細胞相結合而形成孢子,所以過去歸入了結合孢子酵母屬(Zygosaccharoces,其中對醬油發酵有用的是非產膜性,當時稱作Zygosacchar.sojae及Zygosacchar.major;有害的產膜性酵母當時稱作Zygosacchar.japonicus及Zygosacchro.salsus)。從這點來講醬油酵母與普通的Saccharomyces形成孢子有所不同,但是兩者的生理現象的區別,僅僅是在酵母生活史上所表現出的差別而已,認為以此作為種屬的區別不太妥當,於是將Zygosacchromyces與esmophilic saccharomyces一並總稱之為魯氏酵母屬Sacchromycesrouxii。

在醬油醪中生長的酵母常被稱作為耐鹽性酵母Saccharo.halophilus,其中最重要的是魯氏酵母。還有許多耐鹽性酵母,如球擬酵母等,其性能也多有不同。充分表現出醬油酵母的多樣性。

根據大西的研究,醬油醪中的耐鹽酵母可分為下列三群:①製醪初期沒有酒精發酵能的雜酵母(Torulopsisfamata,Candida polymorpha等),②酒精發酵旺盛成為主發酵的魯氏酵母(Sacch.Youxii)或產膜性的魯氏酵母(Sach.Youxii var halomenbranis),③參與醬醪後熟的球擬酵母(Torulopsis versatilis,T.etchellsii等)。雜酵母的耐鹽性很弱,在醬醪中逐漸死亡,實際上參與增殖,發酵的主體酵母是魯氏酵母以及在好氣條件下增殖的球擬酵母。

經過許多研究證明,魯氏酵母是具有不同生理性質的多樣性酵母。鬆本等從醬油或味噌分離出的魯氏酵母,根據高鹽度培養基生長pH的不同分為三組:A組是在食鹽3mol/L濃度下,pH3.5~6.5廣範圍內生長的一群魯氏酵母,B組及C組是在食鹽濃度低於3mol/L,而隻有分別在pH3.5~5.5及pH4.0~5.0生長良好的菌群,醬醪中表麵長的產膜魯氏酵母(Sach.rouxii var .halomembranis)屬好氣性,耐鹽性有害酵母,惡化醬油香氣及外觀,適當予以攪拌,與空氣隔絕,即可得到抑製。

為了調查醬油醪中酵母的動態,提出了不少簡易的識別方法。魯氏酵母菌群在18%食鹽的葡萄糖培養基中可以繁殖,而在麥芽糖的培養基中則不能生長。茂木氏利用這一性質,從醬油醪發酵期開始至後熟成期,分別測出魯氏酵母及後熟期繁殖的球擬酵母,應用於醬油醪的技術管理,繼而利用血清將魯氏酵母及球擬酵母兩屬菌群加以區分,在球擬酵母屬中分出T.noctaensis和T.vetsatilis A.B兩型。利用TTC染色法使魯氏酵母染色成紅色乃至桃紅色,使球擬酵母染色成白色,利用此法考查了醬油醪中酵母的動態。但是,以上方法糖化性不變或分別操作繁雜,都是此方法存在的缺點。

馬場等發現了含Li+、Zn2+金屬鹽的培養基完全抑製了魯氏酵母菌群的生長,而對球擬酵母菌群卻沒有阻害作用。含氯化鋅(0.00~0.01mol/L)及2mol/L以上食鹽的培養基(pH4.5以上)就可以將魯氏酵母及球擬酵母兩屬明顯地區分開,利用這一方法可以判斷醬油醪中的魯氏酵母菌群隻有在發酵期間其生菌數可以過半數,而球擬酵母在從製醪初期到發酵期內也會生長,出現二次生長的情況。另外,對球擬酵母,正香草醛的阻害作用較強,利用這點提出了單獨對魯氏酵母進行計數的方法。

但是,醬油醪中各種酵母的動態與醬油的質量有密切關係,尚不能說這是完整的方法。還有待今後的進一步探討開發。

從醬油釀造各過程分離出的酵母類的菌種名列於,由於酵母分類學的進步,耐鹽性酵母類的名稱有所改變。

二、耐鹽酵母的分類及其對大豆發酵調味品的意義

醬油或醬的傳統釀造方法是在開放條件下進行,在醬油醪中存在多種耐鹽性酵母,它們在發酵過程中所起的作用意義重大,為人所重視且有很多研究。由於其能在食鹽濃度18%,含氮含量1.4%左右的環境中繁殖,與一般釀造醪中所繁殖的酵母不同,稱之為“抗滲透壓性酵母”,或“耐鹽性酵母”。這些酵母主要存在於醬油醪中,有人稱之為醬油酵母,本書總稱之為耐鹽性酵母。在分類學上已大致成一係統。在這一類酵母中有耐高鹽並能進行酒精發酵的魯氏酵母,是最重要的耐鹽酵母,被稱作主發酵酵母。另外,還有賦予醬油、醬特定香氣成分的耐鹽性球擬酵母,號稱後發酵酵母。除此之外,還有不少產生特有香氣成分的酵母。有些具有產膜性的漢遜酵母(Hansenula)及畢赤酵母(Pichia),也具有一定的耐鹽性。在釀造調味品中所起的作用仍需進一步研究。

從長期稀發酵醬油醪中所分離出的酵母,約有45%是魯氏酵母,有人從1200株醬油酵母中分離出的魯氏酵母占1/3,其他則為具有良好醬油香氣的易變球擬酵母(Torulopsis versatilis)和埃切球擬酵母(Torulopsis etchellsii)等,魯氏酵母與球擬酵母是醬油酵母的兩大主要類型。對這些菌的研究雖已不少,對其活動實態,對醬油熟成所起的作用、機理等,仍有待進一步研究和探討。

關於醬油曲中酵母存在的狀態,最近有較詳細報道,曲中雜酵母和醬油酵母可以利用其耐鹽性加以區別。製醪後或發酵初期生存於曲中的酵母遷居於醬醪,這時分離到的酵母多種多樣,非耐鹽性的雜酵母在製醪20d左右就完全死亡。以後出現的耐鹽性酵母,主要是硝酸鹽非同化性酵母,其後隨著醬醪pH的下降,魯氏酵母的活性逐漸變強。一般在製醪後4個月就消失,但也有報告說機械製曲的曲子製醪後3個月魯氏酵母就完全死亡,剩下的隻有球擬酵母。但是,產膜性魯氏酵母在醬醪表麵形成膜,可以生存下去。中浜等利用Emulgen106表麵活性劑,使之在非產膜狀態下進行繁殖,得到香氣特別優秀的醬油。這種香氣成分為苯乙醇。在產膜狀態所形成的香氣成分是苯甲醛,這些成分可能是來自苯基丙氨酸。由於產膜酵母的增殖,醬油中還原糖被顯著地消耗掉,並未發現氨基酸的減少,但部分穀氨酸被分解。

隨著熟成的進行,硝酸鹽同化性的球擬酵母屬會逐漸繁殖而占優勢地位,這種不同菌種的交替現象,與食鹽濃度和pH的關係最為密切,另外,各個酵母的代謝產物,例如各種醇類、醋酸,酪酸等有機酸,以及4EG等微量物質的影響也不小。關於這些酵母的動態調查方法,以利用其對糖的發酵性或同化性較為簡便。

近年,逐漸對酵母在醬油釀造過程中的作用有了明確的認識。醬油酵母中最重要的魯氏酵母的作用主要是進行酒精發酵,與此同時進行著各種香氣成分酯類的合成、甘油及多元醇的生成。此外,魯氏酵母增加醬油中琥珀酸的含量使醬油的滋味得到改進。從糖醛生成糠醇也是魯氏酵母的重要作用。糠醇也是醬油香氣成分之一。

橫塚等根據檢出酵母的發酵能、香氣成分等,將有用酵母分為三類:①魯氏酵母群發酵生長良好的一群;②生長發酵均不良的一群;③生長發酵緩慢,最後賦予發酵醪以優良風味的群。屬於第一類的主要是魯氏酵母,而球擬酵母則屬於第三類,所生成的主要香氣成分為4-乙基愈創木酚(4-EG)及2-苯乙醇,魯氏酵母沒有生成4-EG的能力。這種香氣成分的生成是由木質素、配糖體借曲黴所生成阿魏酸,對一香豆酸變成的。含1~3mg/kg就可以顯著地提高醬油的質量。

由於酵母的作用已為人所認識,於是廣泛地進行了添加酵母於發酵醪的試驗和應用。一般認為在製醪初期加入這些有用酵母是有效的。這種有益效果的報告較多,但也有相反的結論,認為溫釀法不加也可,如發酵過於旺盛反而會使醬油質量下降。隻要根據具體條件,進行適當的控製管理,對風味的提高是有所裨益的。

由於製曲技術的進步及采取提高氮成分利用率的技術,製醪後的發酵狀態也必然發生變化,最明顯的變化就是氮濃度的提高,酵母發酵感到困難,因而近年對醬油酵母生長促進因子的探討或抑製發酵物質的發現進行了大量研究,從醬油醪發現肌醇是魯氏酵母在高鹽度下生長的促進物質,但含量過多時會抑製發酵的進行。不僅氨基酸等具有抑製作用,高鹽度和高濃度的氮化合物也會起物理的抑製作用,從化學醬油分離出對魯氏酵母有抑製作用的物質有糠醛、香草醛>香草酸>酪酸>丙酸>對苯二酚>醋酸>乙酰丙酸、原兒茶酚>甲酸,其抑製作用依上述順序而減小。最近岡田等從小麥粉分離出一種毒害酵母的物質,其相對分子質量為9800,是一種鹽基性的單純蛋白質,當其濃度達到10mg/kg 5min內就可以停止酵母的呼吸和發酵作用,最後使其死亡。當有金屬離子存在就可以阻止其作用。林田等報告醬油曲中某些抗真菌性細菌所產生的抗真菌性物質就有抑製酵母生長的作用。這些事實已引起了人們的注意,開展了酵母生長抑製物質的研究。

從防黴的觀點,江口等研究了醬油中乙醇濃度、全氮濃度,食鹽濃度與發黴的關係,提出了提高其濃度可以收到防黴效果的報告。熟成好的優質醬油是不易發黴的,其原因之一即由於含有4-EG或正己酸的緣故。將0.2mol/L己糖與0.1mol/L L-氨基酸加入米曲黴汁中,在pH4.5、120℃加熱60min所產生的褐變係色素成比例地抑製產膜酵母的發生,由此可以看到醬油充分發酵及所生成的色素都是防黴的重要手段。

三、醬油酵母的產膜性和非產膜性

醬油熟成的主要微生物魯氏酵母培養於含鹽培養基上時可生成適量的酒精,如果用同樣的培養基培養產膜性酵母Z.salsus或Z.japonicus則生成很少的酒精,產膜性較強的畢赤酵母或漢遜酵母屬也生成很少的酒精。而且以醬油中的氨基酸為基質而生成令人不快的臭氣。這樣產膜酵母就分解苯丙氨酸而生成苯丙酮酸、苯乙醛、苯乙醇、苯乙酸、苯甲醛、苯甲酸等。

苯丙氨酸的分解,非產膜性酵母與產膜性酵母的生成物的量有所不同,例如Z.sojae所生成的苯甲酸較Z. salsus少得多。前者生成的苯甲醛、苯乙醇的比例要較後者高得多,後者與前者相反生成較多的苯甲醇。二者分解的途徑各有不同,其他醬油的產膜性和非產膜性酵母也有同樣現象。非產膜性酵母多生成苯乙醇,產膜性酵母在好氣性條件下則多生成具有刺激性臭氣的苯甲醛或苯甲酸,因此在醬油中汙染產膜性酵母後所產生臭氣是損害質量的原因。由此可以推論到其他氨基酸的分解。

產膜酵母在無氧環境下或添加表麵活性劑的含鹽培養基上無產膜性,而在液體內生長,成懸浮狀。這時,糖的代謝也發生變化,進行酒精發酵,Z.salsus,Z.japonicus在厭氧條件下培養,其產生酒精能力幾乎與魯氏酵母Z.sojae或Z.major相同。添加表麵活性劑培養的產膜性酵母之所以失去產膜性能,是由於表麵活性劑使培養基的表麵張力降低的緣故,而且導致糖或氨基酸代謝方式的變化。

Z.salsus在未添加表麵活性劑的無鹽培養基上也可以進行厭氧生長而不產膜,像這種產膜酵母極易受外界條件的影響發生生理上的變化,不管產膜性或非產膜性,酵母的生長與外界環境的物理條件有密切的關係。產膜性和非產膜性酵母的糖代謝,具有與氧化代謝有關的酶係和嫌氣分解代謝有關的酶群,其中何者發揮主要作用,將決定酵母的生長狀態。

關於酵母的生長狀態,在普通條件下,產膜酵母好氣代謝進行得比較強,而對非產膜酵母來講,厭氧代謝進行得比較強。因此,產膜酵母在培養基內部對其代謝就不適當,在液麵附近時其代謝條件最適合,所以生長旺盛,由於這部分增殖旺盛,於是結膜,而非產膜性酵母存在於液體內部,最適合於其代謝條件,於是生長旺盛而成混濁狀。

但是,產膜酵母進行厭氧培養時,同樣進行酒精發酵生成大量酒精,非產膜酵母在強嗜氧條件下進行氧化呼吸,產膜酵母與非產膜酵母之間所產生的這種差別,與其說取決於代謝方法的生理性質,不如說是取決於酵母體的物理性質,采取嗜氧還是厭氧代謝方式,主要還是取決於酵母的生長狀態。

當然,產膜酵母具有易於浮在培養基表麵,非產膜酵母具有易於懸浮於培養基內的物理性質,這點與培養基的物理性質有關。

下麵比較一下這兩種酵母的差別。首先比較一下兩種酵母的沉降度。取一定量幹燥菌體於盛生理鹽水的細試管,靜置一定時間後,其沉降速度的菌體以非產膜性酵母的大。這是由於酵母菌體比重不同的緣故。比重的大小與菌體成分有關,產膜酵母磷脂質含量比非產膜性酵母大得多。其次菌體的吸著性也有差別,例如次甲基藍的吸著性產膜酵母的較大。其吸著能力因氫離子濃度而不同,物質的吸著性大小表示細胞的相互集結傾向。另外與膜的形成也有關係。菌體表麵的電荷也是重要因子之一,非產膜性酵母菌體多正,負電荷,細胞膜的結構多含遊離型的羧基或生基,所以呈親水性,易於分散於液內,而產膜性酵母則與此相反,表麵電荷很弱,因此呈疏水性,再加上其比重較小,並由於培養基表麵張力的關係,所以浮在上麵成易於結膜的狀態。根據這種生長狀態,就產生適用於其的代謝係,是很易為人所理解的。四、醬油酵母的生理特性

魯氏酵母在無鹽條件下,發酵葡萄糖、麥芽糖,在高食鹽濃度下,隻發酵葡萄糖而不能發酵麥芽糖。易變球擬酵母能發酵較多種糖,埃契氏球擬酵母發酵葡萄糖、麥芽糖,而且這些球擬酵母在高鹽度下,也能緩慢持續地發酵,是球擬酵母的一大特征。

濃度的相關性

○食鹽0%× 食鹽1mol

△食鹽2mol●食鹽3mol主發酵的魯氏酵母具有高耐鹽性(24%~26%),最低的水分活性0.787~0.81。球擬酵母最適水分活性則是0.975~0.84。耐鹽性酵母(26%食鹽濃度)的最低水分活性為0.787。

關於魯氏酵母及球擬酵母的生長繁殖條件,如營養要求、pH、溫度、糖發酵性、同化性等均有不少研究,介紹好井氏所歸納醬油酵母生理特性。18%食鹽濃度的條件,醬油酵母的生長pH範圍變得狹小,魯氏酵母更為明顯,生長可能溫度也上升5℃,隨著食鹽濃度的增加,對肌醇、煙酸的要求也有所增加,說明這兩種維生素賦予酵母以顯著的耐鹽性,肌醇主要是原料大豆的植酸鈣鎂及肌醇磷脂質,由曲黴酶作用而生成。

1.耐鹽性

最近,微生物的生長多用水分活性(Aw)進行研討,食品的水分活性,因其中所溶食鹽、氨基酸、糖類等低分子化合物的量而不同,溶量越大,水分活性越低,微生物所能利用的水分也就越少。因此抑製微生物生長的傾向也就越強,醬油的食鹽濃度與Aw之間有著高度的關聯,每增加1%食鹽,Aw約降低0.007、食鹽濃度18%時,醬油的Aw為0.80,較純食鹽水的Aw(0.88)約低0.08,其誤差是由於醬油中主要氮成分所致。製醪後,發酵過程中的醬醪汁液的Aw,即可看作是在這兩個Aw數值之間。

醬油魯氏酵母的生長與培養基Aw的關係,Aw0.787~0.81,食鹽24%~26%(滲透壓15.2~16.7MPa)高鹽度下仍可生長。在葡萄糖80%(滲透壓22.3~26.3MPa),蔗糖80%(滲透壓18.2~22.3MPa)的高濃度糖液中也能生長。食鹽與糖不同,除Aw及滲透壓的作用外,還具有離子對生長的抑製作用。

●食鹽10%×食鹽18%球擬酵母也是具有更高的耐鹽性的後熟酵母,其生長Aw為0.975~0.84,在最低的Aw0.787也能生長,最高食鹽濃度可達26%,在最高耐鹽性24%~26%,仍能慢慢生長。經過高濃度食鹽的適應,馴化過程,醬油酵母是可以獲得最高耐鹽性的。在高鹽度下表現出特殊的細胞機能。例如在18%食鹽存在的條件下,鉀離子增大了細胞的透過性,將外界機質攝入細胞內進行活躍的代謝,而且可以提高其生長溫度,在40℃仍可慢慢地生長。無鹽條件下魯氏酵母,球擬酵母的生長溫度分別為20~35℃、20~30℃,當在18%含鹽量的條件下,其生長可能最高溫度就分別變成40℃及35℃。

醬油酵母在18%食鹽鹽度下的生長,是需要葡萄糖作為能源的。葡萄糖量越大,對增殖、細胞內生活力的維持越有利,這可能是由於葡萄糖具有耐鹽保護效能的緣故。

醬油酵母的生長,增殖是需要空氣的,特別是球擬酵母、較魯氏酵母的好氣性還強。製醪後不常進行攪拌,球擬酵母生長非常緩慢。

2.營養要求