硫酸钙在发酵酵母中的应用

荆门市磊鑫石膏制品有限公司官波李敏

酵母是被人们利用最为广泛的真菌之一，与人们的生活密切相关。在诸多食品上都有相关的应用，如：各种酒类、面包等面粉制品类、醋等发酵调料类、还有纯酵母蛋白类。利用不同的酵母菌种和它的不同代谢过程产生我们所需要的代谢产物，利用无氧环境下糖酵解产生酒中的乙醇和醋中的乳酸等；利用有氧环境下糖酵解的TCA循环产生面粉制品中的二氧化碳和其它中间代谢产物；利用基因工程菌富集代谢中的特殊蛋白和其它营养来满足我们食品生产上的不同需求。在实际生产中要让酵母充分发挥其作用就得满足酵母生长所需要的各种物质和这些物质的具体比例。

1．硫酸钙简介

按形成方式划分，硫酸钙有天然硫酸钙和化学合成硫酸钙两种，按照规定用于食品添加剂的硫酸钙只能使用天然硫酸钙；按照化学结构划分，硫酸钙有二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）、无水硫酸钙（CaSO4）以及半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O）三种，按照规定用于食品添加剂的硫酸钙只能是二水硫酸钙和无水硫酸钙两种。

2．硫酸钙在酵母营养物质中的地位

酵母的六种营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水[1-3]。这些营养物质的主要功能是：供给微生物合成细胞物质的原料；合成代谢和生命活动所需的能量；调节新陈代谢。

碳源是作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质，主要有糖、有机酸、醇、脂、碳酸盐、二氧化碳等；氮源提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，主要有蛋白质及其不同程度的讲解产物、铵盐、硝酸盐等；能源是供给微生物生长所需能量的物质，主要有化学能和辐射能两种。生长因子为一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物，广义的包括维生素、氨基酸、嘌呤及其衍生物、嘧啶及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等；无机盐指微生物生长必需的金属和非金属元素，由硫酸盐、磷酸盐、氯化物等供给。其主要作用是：构成酵母细胞的各种组分；作为酶的组成成分；维持酶得活性；调节并维持酵母细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位；还有些可以作为某些微生物的能源。这些元素有：磷、硫、镁、钙、钠、钾、铁、锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍等。

其中硫酸钙的是作为无机盐来提供酵母生长所必须的硫酸盐和钙。硫酸钙可提供酵母生长所需的钙和硫两种元素。在无机盐中这两种元素都属于大量元素，虽然这两种元素占酵母细胞干重的比例不大（硫：0.3-1.0；钙0.1到0.5），但都是必不可少的。由于在小型培养时需要准确的知道培养基成分所以常用硫酸铵、硫酸镁、硫酸亚铁、氯化钙、硝酸钙等溶解度高的盐进行供应。但其中很多都由于安全问题、使用量大、酸碱性、引入其它不必要的离子等原因无法直接用于酵母发酵的食品行业。天然的硫酸钙（石膏）其溶解度不高，水溶液的pH为中性且安全等性质在食品中应用广泛。

3．钙离子和硫酸根离子对酵母生理的作用

钙离子并不成为酵母的组成成分，其在酵母中的主要作用：①作为某些酶的辅助因子来维持酶的稳定性，保证酶活性。在酵母中钙离子所涉及的蛋白质有几百种，这些蛋白质涉及到能量代谢、运动、细胞周期、物质运输和胞间信息的传输等。[1-4]②作为酵母细胞第二信使对细胞生理状态和代谢进行调节。③调节酵母细胞膜的通透性，改变细胞的渗透压、调节营养物质的吸收和代谢废物的排放。④缩短酵母生长周期，酵母芽孢和孢子繁殖所必需的营养元素。

硫酸根离子被酵母吸收利用主要用于含硫的氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸）、多肽（谷胱甘肽等）和蛋白质的合成，形成酵母细胞中的组分发挥相关的生理功能。如谷胱甘肽调节胞内氧化还原电位；二硫键是蛋白质高级结构的重要化学键之一，这些蛋白质作为酵母细胞的组成成分和酶发挥其重要作用；硫还是部分维生素的组成成分。这些都是酵母生长发育所必须的。

4．硫酸钙在啤酒发酵和面团发酵中应用

酵母发酵最早应用于酒发酵和面团的发酵，同样硫酸钙在发酵酵母中应用最为广泛的也是是啤酒和面团发酵两方面。

硫酸钙（石膏）在啤酒发酵过程中主要用于啤酒酿造用水的改善。硫酸钙在啤酒中应用除了对酵母有上述的作用外还有：增加发酵后期酵母的凝聚性，使的啤酒澄清周期缩短。还有其它的生物活性功能，如：提高淀粉酶的耐热性；煮沸过程凝固蛋白质和沉淀草酸根；降低细胞膜的通透性，调节酸度等[5]。除此之外钙离子在啤酒中还有调节水的硬度、改善糖化雷竞技百科 等作用。

硫酸钙（石膏）在面团发酵过程中，多数被应用于复合的面粉改良剂中。其主要作用是作为酵母食物，提供酵母生长所需的矿质元素，增加酵母的生长繁殖活力，缩短和增加其发酵能力，提高二氧化碳的和发酵过程中间风味产物的产量。不改变小麦的自然芳香。其还作为改良剂中的吸水剂，分散剂和填充剂。同时硫酸钙还可以作为钙营养强化剂用于面团发酵的食品中，作为高钙食品。

5．如何选择发酵用硫酸钙

食品添加剂硫酸钙被用于面粉改良剂的有两种形式：一种是生石膏，又名二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）；另一种是煅石膏，又名无水硫酸钙（CaSO4）。无水硫酸钙是由二水硫酸钙经过煅烧脱去两分子的水的到的。两者的区别如下表：

序号	项目	二水硫酸钙	无水硫酸钙
1	相同雷竞技百科 含钙量	23.23%	24.37%
2	相同雷竞技百科 含硫量	18.63%	19.54%
3	10%浆液pH	7	7--10
4	10℃水溶解性g/100ml	0.190	0.193
5	遇水放热	不放热	放热
6	遇水结块	不结块	30min左右结块
7	制作工艺	精选天然石膏 粉磨加工等	精选天然石膏煅烧 粉磨加工等

从上表可以看出在使用上述两种产品时我们应当注意以下几点：

①两种形式的硫酸钙含钙量和含硫量不同，由表中可知单位雷竞技百科 的无水硫酸钙中钙和硫的含量要多于单位雷竞技百科 中二水硫酸钙中钙和硫的含量。

②从上表3中可以看出二水硫酸钙和无水硫酸钙溶于水后pH不同，使用这两种粉时应考虑它们对面团pH值的影响，但它们的添加量都很小面团的pH影响不大，无水硫酸钙的微碱性会在被酵母发酵时产生的酸性中和。

③无水硫酸钙溶解时会放热，有助于面团初始温度的升高，有利于发酵速度。其遇水能结块且溶解度低的性质应当注意，将其与水混合时水量应当多一点且加水要搅拌加速其溶解防止结块。

④两种粉末的生产，如：细度、含水量；储存，如：湿度、堆压重量；对粉末的分散性都有影响。对等条件生产、储存的两种粉末无水硫酸钙的分散性要比二水硫酸钙的分散性好。

⑤在面粉改良剂中硫酸钙的用量并不多，一般在0.15%—1%。所以上述两种粉末在某些方面对改良剂的影响都只做定性的考虑，如：溶液pH的影响、放热影响、结块因素等；只有在特定的因素才会定量的考察，如：做营养强化剂时钙的含量、大量使用是粉料的分散性、酵母食料使用量等。

⑥无水硫酸钙与二水硫酸钙都是糖化用水时添加的，众所周知水中含了过量的硫酸钙对人体是不利的。在20℃时，生石膏的溶解度为2.05g/L；无水石膏的溶解度是6.30g/L，同时由于生石膏中本身就含有结晶水，所以有效成份硫酸钙含量更低，更加容易控制。

综合以上几种因素考虑，在面团发酵时选用无水硫酸钙的效果要优于二水硫酸钙；在啤酒发酵时选用二水硫酸钙的效果要优于无水硫酸钙。

6．小结

我国硫酸钙矿石的储量居世界前列，但是大量的硫酸钙矿石都被用来生产低附加值的建筑石膏，加强对硫酸钙在发酵酵母以及食品中的应用研究，提高硫酸钙矿石的附加值，对于合理利用硫酸钙资源有重要的作用。

参考文献：

[1]周德庆.微生物学教程[M].高等教育出版社.2006(11):153-264.

[2]曹军卫,马辉文,微生物工程[M].科学出版社,2002:41-83.

[3]陈思妘,萧熙佩.酵母生物化学[M]山东科学技术出版社.1990:30-62.

[4]胡青平,徐建国,李琪，等.营养盐对酵母发酵的影响初探[J]沈阳农业大学学报,2007-06,38(3):428-430.

[5]景晓莉.酿造水中常量离子、微量离子对啤酒酿造的影响[D]甘肃农业大学.2006:3-12.

[6]李雅莲,吴敏,张霞,等.加钙速发面粉的研制及指标评定[J]西都粮油科技.1999,24(2):44-45.