Huynh Xuan Phong * , Nguyen Thi Kim Hue , Lưu Minh Châu , Bui Hoang Dang Long and Nguyen Ngoc Thanh

* Corresponding author (hxphong@ctu.edu.vn)

Abstract

Spent yeast is the second major by-product of the brewing industry. They are known to be a good source of proteins, vitamins B, and minerals and other valuable ingredients such as β-glucans, mono- and oligosaccharides. With the benefits of spent yeast, this study was conducted to use spent yeast to produce yeast extract that has both nutritional value and phenolic ingredients with antioxidant activity. Brewer’s spent yeast from S. cerevisiae was debittered and hydrolyzed at 50°C in 24 h. The results show that the nutritional content of hydrolysate from brewer’s spent yeast contained 50.73% of protein, 1.45% of fat, and 22.54% of ash content (dry matter). Trace minerals and vitamins were determined, including Na (452.8 mg/L), Ca (29.0 mg/L), K (2,886.8 mg/L), Mg (59.1 mg/L), and B3 (12.0 mg/L). The total polyphenol content in the spent yeast hydrolysate was 105.13 mg GAE/mL. The antioxidant capacity of the spent yeast hydrolysates was evaluated by scavenging free radical of DPPH and reducing power Fe3+ with the IC50 values were 103.89 μg/mL and 2.88 μg/mL, respectively. With the nutritive value and antioxidant activity, the yeast hydrolysate will be a promising material for application in food production and development of functional food.

Keywords: Saccharomyces cerevisiae, Antioxidant activities, spent brewer’s yeast, total polyphenol content, yeast hydrolysate

Tóm tắt

Bã men bia là sản phẩm phụ thứ hai từ ngành công nghiệp sản xuất bia. Đây là một nguồn cung cấp protein, vitamin B, khoáng chất và một số thành phần có giá trị như β-glucan, mono- và oligosaccharide. Với các lợi ích từ bã men bia, nghiên cứu được thực hiện nhằm tận dụng bã men bia để sản xuất dịch thủy phân nấm men vừa có giá trị dinh dưỡng, vừa có chứa các thành phần phenolic với các hoạt tính kháng oxy hóa. Bã men bia Saccharomyces cerevisiae được xử lý đắng và thủy phân ở nhiệt độ 50°C trong 24 giờ. Kết quả đã xác định được thành phần dinh dưỡng có trong dịch thủy phân từ bã men bia với hàm lượng protein là 50,73%, chất béo là 1,45% và hàm lượng tro là 22,54% (tính theo vật chất khô). Thành phần các khoáng chất vi lượng bao gồm Na (452,8 mg/L), Ca (29,0 mg/L), K (2.886,8 mg/L), Mg (59,1 mg/L) và vitamin B3 là 12,0 mg/L. Hàm lượng polyphenol tổng hiện diện trong dịch thủy phân nấm men là 105,13 mg GAE/mL. Khả năng kháng oxy hóa của dịch thủy phân nấm men được đánh giá qua khả năng khử gốc tự do DPPH và khử ion Fe3+ với giá trị IC50 lần lượt là 103,89 μg/mL và 2,88 μg/mL. Các thành phần dinh dưỡng và hoạt tính kháng oxy hóa của dịch thủy phân nấm men bia cho thấy tiềm năng ứng dụng trong chế biến thực phẩm cũng như phát triển các sản phẩm chức năng.

Từ khóa: Bã men bia, dịch thủy phân nấm men, hàm lượng polyphenol tổng, khả năng kháng oxy hóa, Saccharomyces cerevisiae

Article Details

References

Akhavan, H., Barzegar, M., Weidlich, H., & Zimmermann, B. F. (2015). Phenolic compounds and antioxidant activity of juices from ten Iranian pomegranate cultivars depend on extraction. Journal of Chemistry, 2015, 907101. https://doi.org/10.1155/2015/907101

Amorim, M., Marques, C., Pereira, J. O., Guardao, L., Martins, M. J., Osorio, H., Moura, D., Calhau, C., Pinheiro, H., Pintado, M. (2019.) Antihypertensive effect of spent brewer yeast peptide. Process Biochemistry, 76, 213-218. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2018.10.004

Arunachalam, K., Saravanan, S., & Parimelazhagan, T. (2011). Nutritional analysis and antioxidant activity of Palmyrah (Borassus flabellifer L.) seed embryo for potential use as food source. Food Science and Biotechnology, 20(1), 143-149. https://doi.org/10.1007/s10068-011-0020-y

Baiano, A. (2014). Recovery of biomolecules from food wastes - A review. Molecules, 19(9), 14821-14842. https://doi.org/10.3390/molecules190914821

Barbano, D. M., Clark, J. L., Dunham, C. E., & Fleming, J. R. (1990). Kjeldahl method for determination of total nitrogen-content of milk - Collaborative study. Association of Official Analytical Chemists, 73(6), 849-859. https://doi.org/10.1093/jaoac/73.6.849

Bayarjargal, M., Munkhbat, E., Ariunsaikhan, T., Odonchimeg, M., Uurzaikh, T., Gan-Erdene, T., & Regdel, D. (2011). Utilization of spent brewer’s yeast Saccharomyces cerevisiae 19 for the production of yeast enzymatic hydrolysate. Mongolian Journal of Chemistry, 12(38), 88-91. https://doi.org/10.5564/mjc.v12i0.179

Belousova, N. I., Gordienko, S. V., & Eroshin, V. K. (1995). The effect of autolysis conditions on the properties of amino acid mixtures, obtained by ethanol-assimilating yeasts. Applied Biochemistry and Microbiology, 31(4), 458-462.

Burin, V. M., Falcão, L. D., Gonzaga, L. V., Rosier, R., Fett, J. P., & BordignonLuiz, M. T. (2010). Colour, phenolic content and antioxidant activity of grape juice. Food Science and Technology (Campinas), 30(4), 1027-1032. https://doi.org/10.1590/S0101-20612010000400030

Caballero-Córdoba, G. M., & Sgarbieri, V. C. (2000). Nutritional and toxicological evaluation of yeast (Saccharomyces cerevisiae) biomass and a yeast protein concentrate. Journal of the Science of Food and Agriculture, 80(3), 341-351. https://doi.org/10.1002/1097-0010(200002)80:3<341::AID-JSFA533>3.0.CO;2-M

Chae, H. J., Joo, H., & In, M. J. (2001). Utilization of brewer’s yeast cells for the production of food-grade yeast extract. Part I: Effects of different enzymatic treatments on solid and protein recovery and flavor characteristics. Bioresource Technology, 76(3), 253-258. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(00)00102-4

Elumalai, N. & Parameswaran, I. (2012). In vitro antioxidant activities of methanol and aqueous extract of Annona squamosa (L.) fruit pulp. Journal of Acupuncture and Meridian Studies, 6(3), 142-148. https://doi.org/10.1016/j.jams.2012.09.002

Ferreira, I. M. P. L. V. O., Pinho, O., Vieira, E., & Tavarela, J. G. (2010). Brewer’s Saccharomyces yeast biomass: characteristics and potential applications. Trends in Food Science and Technology, 21(2), 77-84. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2009.10.008

Ferreira, I. C., Baptista, P., Vilas-Boas, M., & Barros, L. (2007). Free-radical scavenging capacity and reducing power of wild edible mushrooms from northeast Portugal: Individual cap and stipe activity. Food Chemistry, 100(4), 1511-1516. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2005.11.043

Gaudreau, H., Champagne, C. P., Conway, J., & Degre, R. (1999). Effect of ultrafiltration of yeast extract on their ability to promote lactic acid bacteria growth. Canadian Journal of Microbiology, 45(11), 891-897. https://doi.org/10.1139/w99-089

Hassan, H. M. M. (2011). Antioxidant and immunostimulating activities of yeast (Saccharomyces cerevisiae) autolysates. World Applied Sciences Journal, 15(8), 1110-1119.

Huyền, H. N. D., Phụng, N. T. K., Nguyên, N T. T., Thủy, M. T. T., Thủy, P. T. T., & Trâm, V. T. B. (2014). Quy trình sản xuất sinh khối nấm men (đề tài nghiên cứu khoa học). Trường Đại học Công nghiệp Thực Phẩm Thành phố Hồ Chí Minh.

Duy, H. T., Dũ, L. P., Thành, N. V., & Độ, N. Đ. (2020). Khảo sát thành phần hóa học và khả năng kháng oxy hóa của các phân đoạn cao chiết lá già từ cây bình bát nước (Annona glabra L.). Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Đại học Nông Lâm Huế, 4(1), 1668-1678.

Jarmołowicz, S., Zakęś, Z., Siwicki, A., Terech-Majewska E., Kowalska, A., Partyka, K., & Hopko, M. (2013). Immunomodulatory effect of dietary brewer’s yeast extract in Sander lucioperca juveniles against the challenge of Aeromonas salmonicida. Aquaculture International, 21(4), 939-945.

Jung, E. Y., Lee H. S., Choi, J. W., Ra, K. S., Kim, M. R., & Suh, H. J. (2011). Glucose tolerance and antioxidant activity of spent brewer's yeast hydrolysate with a high content of Cyclo-His-Pro (CHP). Journal of Food Science, 76(2), C272-C278. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2010.01997.x

Kalt, W., Forney, C. F., Martin, A., & Prior, R. L. (1999). Antioxidant capacity, vitamin C, phenolics, and anthocyanins after fresh storage of small fruits. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(11), 4638-4644. https://doi.org/10.1021/jf990266t

Moure, A., Dominguez, H., & Parajo, J. C. (2006). Antioxidant properties of ultrafiltrationrecovered soy protein fractions from industrial effluents and their hydrolysates. Process Biochemistry, 41(2), 447-456. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2005.07.014

Mussatto, S. I. (2009). Biotechnological potential of brewing industry by-products. In P. S. Nigam & A. Pandey (Eds.), Biotechnology for Agro-industrial Residues Utilisation (313-326). Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9942-7_16

Nagodawithana, T. (1992). Yeast-derived flavors and flavor enhancers and their probable mode of action. Food Technology, 46(11), 138-144.

Nagodawithana, T. (1994). Savory flavours. In A. Gabelman (Ed.), Bioprocess Production of Flavour Fragnance and Color Ingredients (135-168). Wiley-Interscience.

Trang, P. Q. (2012). Nghiên cứu tận dụng phế thải bia sau quá trình lên men làm thức ăn chăn nuôi (luận văn thạc sĩ). Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội.

Trâm, P. T. B. & My, N. T. D. (2016). Khảo sát hoạt tính các hợp chất kháng oxy hóa trong lá và thân cây chùm ngây (Moringa oleifera). Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Số chuyên đề nông nghiệp(3), 179-184. https://doi.org/10.22144/ctu.jsi.2016.086

Pinto, L., Lopes M., Carvalho, F. C., Alves, L., & Benevides, C. (2013). Determinação do valor nutritivo de derivados de levedura de cervejaria (Saccharomyces spp.). Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, 15(1), 7-17. https://doi.org/10.15871/1517-8595/rbpa.v15n1p7-17

Podpora, B., Świderski, F., Sadowska, A., Piotrowska, A., & Rakowska, R. (2015). Spent brewer’s yeast autolysates as a new and valuable component of functional food and dietary supplements. Journal of Food Processing and Technology, 6(12), 526-530. https://doi.org/10.4172/2157-7110.1000526

Rizzo, M., Ventrice, D., Varone, M. A., Sidari, R., & Caridi, A. (2006). HPLC determination of phenolics adsorbed on yeasts. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 42(1), 46-55. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2006.02.058

Sombutyanuchit, P., Suphantharika, M., & Verduyn, C. (2001). Preparation of 5′-GMP-rich yeast extracts from spent brewer's yeast. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 17(2), 163-168. https://doi.org/10.1023/A:1016686504154

Schieberle, P., Hofmann, T., & Münch, P. (2000). Studies on potent aroma compounds generated in Maillard-type reactions using using the odor-activity-value concept. In S. J. Risch. & C. T. Ho (Eds.), Flavor chemistry: Industrial and Academic Research (133-150). American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/bk-2000-0756.ch010

Singleton, V. L. & Rossi, J. A. (1965). Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture, 16(3), 144-158.

Sommer, R. (1998). Yeast extract: Production, properties and components. Food Australia, 50(4), 181-183.

Tabart, J., Kevers, C., Sipel, A., Pincemail, J., Defraigne, J. O., & Dommes, J. (2007). Optimisation of extraction of phenolics and antioxidants from black currant leaves and buds and of stability during storage. Food Chemistry, 105(3), 1268-1275. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.03.005

Tanguler, H. & Erten, H. (2008). Utilisation of spent brewer’s yeast for yeast extract production by autolysis: The effect of temperature. Food and Bioproducts Processing, 86(4), 317-321. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2007.10.015

Vieira, E., Carvalho, J., Pinto, E., Cunha, S., Almeida, A. A., & Ferreira, I. M. (2016). Nutritive value, antioxidant activity and phenolic compounds profile of brewer’s spent yeast extract. Journal of Food Composition and Analysis52, 4-51. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2016.07.006

Vieira, E., Cunha, S. C., & Ferreira, I. M. P. L. V. O. (2019). Characterization of a potential bioactive food ingredient from inner cellular content of brewer’s spent yeast. Waste and Biomass Valorization, 10(11), 3235-3242. https://doi.org/10.1007/s12649-018-0368-9

Vieira, E., Moura, C., Almeida, T., Meireles, S., Brandão, T., Pinto, O., & Ferreira I. M. P. L. V. O. (2012). Influence of serial repitching on beer polypeptide profiles. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 70(4), 275-279. https://doi.org/10.1094/ASBCJ-2012-0918-01

Vučurović, V. M., Puškaš, V. S., Miljić, U. D., Filipović, J. S., & Filipović, V. S. (2018). The effect of yeast extract addition to dough on the fermentative activity of Saccharomyces cerevisiae. Journal on Processing and Energy in Agriculture, 22(3), 150-152. https://doi.org/10.5937/JPEA1803150V

Waszkiewicz-Robak, B. (2013). Spent brewer’s yeast and beta-glucans isolated from them as diet components modifying blood lipid metabolism disturbed by an atherogenic diet. In R. V. Baezin (Ed.), Lipid Metabolism (261-290). IntechOpen. https://doi.org/10.5772/51530