食品生物技術(shù)第三章-復(fù)印用

第三章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

TheApplicationofFermentationEngineeringinFoodIndustry1第一節(jié)前言自然發(fā)酵階段純種發(fā)酵技術(shù)的建立（十九世紀末）深層發(fā)酵技術(shù)的建立代謝控制發(fā)酵技術(shù)（1950-1960）發(fā)酵原料的拓展與發(fā)酵設(shè)備的改進（60年代初期，石油發(fā)酵時期）基因工程菌的構(gòu)建（1970-）2固態(tài)（體）發(fā)酵微生物在濕的固體培養(yǎng)基上生長、繁殖、代謝的發(fā)酵過程（培養(yǎng)基含水量在50%左右，通?！笆帜蟪蓤F，落地成散”）。---接近自然狀態(tài)的發(fā)酵過程，主要適合于霉菌。3

優(yōu)點：培養(yǎng)基簡單且來源廣泛不需要嚴格的無菌操作發(fā)酵殘渣處理簡單，廢水排放少分生孢子可作為種子，能長期保存和重復(fù)利用4

缺點：培養(yǎng)基不均勻且不易攪拌，使得發(fā)酵參數(shù)的檢測和控制都比較困難連續(xù)操作和自動化很困難勞動強度大，占地面積大，易污染雜菌。5液態(tài)（體）深層發(fā)酵在裝有無菌液體培養(yǎng)基的封閉式發(fā)酵罐中接入菌種，通入無菌空氣并適當(dāng)攪拌，進行微生物培養(yǎng)或發(fā)酵的技術(shù)。根據(jù)操作方式，可分為間歇式發(fā)酵和連續(xù)式發(fā)酵。6

優(yōu)點：培養(yǎng)基均勻，容易控制發(fā)酵參數(shù)，選擇最佳培養(yǎng)條件易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化、標準化、自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高

-----主要發(fā)酵生產(chǎn)工藝7發(fā)酵工程的一般工藝過程菌種的選育培養(yǎng)基的配制與優(yōu)化培養(yǎng)基的滅菌種子擴大培養(yǎng)（試管-搖瓶-種子罐）微生物發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵液的后提取86.具有抗噬菌體感染的能力遺傳特性穩(wěn)定，不易變異退化2.生長繁殖能力強3.

不生產(chǎn)或少生產(chǎn)與目標產(chǎn)品性質(zhì)相近的副產(chǎn)物4.對培養(yǎng)基營養(yǎng)成分要求低5.最適溫度、耗氧適中，易于控制發(fā)酵條件優(yōu)良生產(chǎn)菌種的特性7.菌種為非病原菌9發(fā)酵微生物的來源從自然界分離篩選

野生型微生物是獲得優(yōu)良菌種的寶庫。從菌種保藏機構(gòu)的已知菌種中直接分離篩選

可節(jié)省時間和篩選工作量。從生產(chǎn)過程中分離篩選

工業(yè)生產(chǎn)中常采用的方法。10誘變育種（物理誘變；化學(xué)誘變）基因重組改良11碳源有機和無機碳源2.氮源有機和無機氮源3.無機鹽及微量元素4.生長因子培養(yǎng)基的組成培養(yǎng)基的配制用于培養(yǎng)菌體的種子培養(yǎng)基營養(yǎng)成分應(yīng)豐富，碳氮比值低用于積累大量代謝產(chǎn)物的發(fā)酵培養(yǎng)基，氮源含量稍低121314機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐示意圖15發(fā)酵過程的中間分析同樣的菌種、同樣的培養(yǎng)基在不同工廠、不同批次會得到不同的結(jié)果微生物代謝是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它的代謝呈網(wǎng)絡(luò)形式，環(huán)境條件的差異會引發(fā)代謝朝不同的方向進行16代謝途徑的一覽圖

1點1線或1點2線:410個；1點3線:71個；1點4線:20個；1點5線:11個；1點6線或6線以上:8個；1點1線在1個途徑的末端；1點2線在1個途徑的中間；1點3線參與2個途徑；其余類推。17發(fā)酵過程的代謝參數(shù)按性質(zhì)

可分三類：

物理參數(shù)：溫度、攪拌速度、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣量等化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等

生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體生長速率、呼吸強度、關(guān)鍵酶活力等18第二節(jié)氨基酸工業(yè)代謝控制發(fā)酵19一、氨基酸工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向近40多年來，國內(nèi)外在研究、開發(fā)和應(yīng)用氨基酸方面均取得重大進展，新發(fā)現(xiàn)的氨基酸種類和數(shù)量已由20世紀60年代50種左右，發(fā)展到20世紀80年代的400種，目前已達1000多種。其中用于藥物的氨基酸及氨基酸衍生物的品種達100多種。氨基酸分為兩大類，即蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸。氨基酸中有8種氨基酸人體本身不能合成，只能從食物的蛋白質(zhì)中攝取，稱為必需氨基酸，它們是L-賴氨酸、L-色氨酸、L-蘇氨酸、L-纈氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。還有兩種半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。20

氨基酸的生產(chǎn)方法

抽提法（水解蛋白質(zhì)）化學(xué)合成法生物法（包括直接發(fā)酵法和酶轉(zhuǎn)化）目前絕大多數(shù)氨基酸是以發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)的21谷氨酸發(fā)酵的歷史1866年德國化學(xué)家里豪森利用硫酸水解小麥面筋，分離到一種酸性氨基酸，依據(jù)原料的取材，將此氨基酸命名為谷氨酸1872年赫拉西維茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸1890年沃爾夫利用α-酮戊酸經(jīng)溴化后合成DL-谷氨酸。日本池田菊苗教授在探討海帶汁的鮮味時，提取了谷氨酸，并在1908年開始制造商品味之素1910年日本味之素公司用水解法生產(chǎn)谷氨酸。1936年美國從甜菜廢液(司蒂芬廢液)中提取谷氨酸。22氨基酸發(fā)酵的現(xiàn)狀自從發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成功以后，世界各國紛紛開展氨基酸發(fā)酵的研究與生產(chǎn)，產(chǎn)量增長很快。2000年氨基酸產(chǎn)量達237萬噸，銷售額接近45億美元，占生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額的7％。目前氨基酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的國家是美國、日本和中國。23我國氨基酸發(fā)酵的發(fā)展我國氨基酸生產(chǎn)最早在1922年用酸法水解面筋生產(chǎn)谷氨酸鈉即味精，在上海開辦了天廚味精廠，該味精的制造方法曾向美、英、法申請專利，并取得了專利權(quán)。并先后建立了沈陽味精廠、青島味精廠和天津味精廠，規(guī)模均很小，1949年全國味精總產(chǎn)量不到500噸。1965年發(fā)酵法生產(chǎn)味精取得成功，帶動了其他氨基酸的研究開發(fā)。1965年以后，我國味精生產(chǎn)全部采用以淀粉質(zhì)或糖蜜為原料的微生物發(fā)酵工藝，大大的促進了生產(chǎn)的發(fā)展，到1985年全國味精生產(chǎn)企業(yè)達到140家。隨著酶制劑的應(yīng)用和生產(chǎn)工藝及裝備的改進，技術(shù)水平不斷提高，進一步推動了味精生產(chǎn)的快速發(fā)展。發(fā)酵法L-賴氨酸生產(chǎn)起步于20世紀70年代，當(dāng)時僅有上海天廚味精廠少量生產(chǎn)，以實用為主，1981年在廣西建成年產(chǎn)100噸食品級L-賴氨酸試驗工廠，于1987年投產(chǎn)。24二、微生物代謝控制發(fā)酵微生物的經(jīng)濟化學(xué)與合目的性EconomicBiochemistry（經(jīng)濟化學(xué)）：微生物利于生存發(fā)生的所有生化反應(yīng)皆有精確計算，有很高經(jīng)濟效益Telenomic（合目的性）：微生物按需要有目的進行物質(zhì)合成的能力25代謝控制發(fā)酵的定義代謝控制發(fā)酵：微生物正常代謝調(diào)節(jié)，不過量積累初級代謝產(chǎn)物；人為解除正常代謝調(diào)節(jié)，而大量積累初級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵方式。

代謝控制發(fā)酵方法：1、菌種遺傳改造2、發(fā)酵條件控制26解除反饋阻遏、反饋抑制突變株的選育野生型菌株誘變解除反饋調(diào)節(jié)突變株AR-或AO-AR-＋AO-酶基因突變

解除反饋調(diào)節(jié)突變株可以大量積累末端產(chǎn)物篩選方法：解除Lys反饋調(diào)節(jié)突變株篩選野生型菌株誘變菌細胞正常反饋調(diào)節(jié)型解除反饋調(diào)節(jié)突變型27營養(yǎng)缺陷型菌株：對某些必需的營養(yǎng)物質(zhì)(如氨基酸)或生長因子的合成能力出現(xiàn)缺陷的變異菌株或細胞。必須在基本培養(yǎng)基(如由葡萄糖和無機鹽組成的培養(yǎng)基)中補加相應(yīng)的營養(yǎng)成分才能正常生長。

28三、谷氨酸的生物合成途徑生產(chǎn)谷氨酸的主要菌株生成谷氨酸的主要酶反應(yīng)谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑29

Glu發(fā)酵常用菌種谷氨酸棒桿菌(C.glutamicum)北京棒桿菌(C.peikingAS.1229)黃色短桿菌(Brevibacteriumflavum)乳糖發(fā)酵短桿菌(B.lactofermentum)30谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（glycolysis,EMP途徑）戊糖磷酸途徑（pentosephosphatepathway，HMP途徑）三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle）乙醛酸循環(huán)(glyoxylatecycle)丙酮酸羧化支路（CO2固定反應(yīng)）等31谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脫氫酶系的作用下氧化脫羧生成乙酰CoA，另一部分經(jīng)CO2固定反應(yīng)生成草酰乙酸或蘋果酸，催化CO2固定反應(yīng)的酶有丙酮酸羧化酶、蘋果酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。草酰乙酸與乙酰CoA在檸檬酸合成酶催化作用下，縮合成檸檬酸，進入三羧酸循環(huán)，檸檬酸在順烏頭酸酶的作用下生成異檸檬酸，異檸檬酸再在異檸檬酸脫氫酶的作用下生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前體。α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶作用下經(jīng)還原氨基化反應(yīng)生成谷氨酸32Citratesynthase,Aconitase,ICDH,GDH酶活力強乙醛酸循環(huán)弱異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱谷氨酸脫氫酶能力強控制谷氨酸合成的重要措施33乙醛酸循環(huán)的作用谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑乙醛酸循環(huán)途徑可看作三羧酸循環(huán)的支路和中間產(chǎn)物的補給途徑在菌體生長期之后，進入谷氨酸生成期，為了大量生成、積累谷氨酸，最好沒有異檸檬酸裂解酶催化反應(yīng)，封閉乙醛酸循環(huán)34四、谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制Glu產(chǎn)生菌主要生理生化特性需氧，生物素（維生素H）缺陷型bio-,有乙醛酸循環(huán)，羧化酶活性強（bio作為輔酶）檸檬酸、異檸檬酸、谷氨酸脫氫酶活性高，Glu合成中存在正常反饋阻遏和反饋抑制。菌體細胞膜通透性差，利于Glu胞外分泌。35生物素對乙醛酸循環(huán)的影響乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，為醋酸所誘導(dǎo)。在低濃度生物素條件下，因琥珀酸氧化能力降低而積累的琥珀酸就會反饋抑制該酶的活性，并阻遏該酶的合成，乙醛酸循環(huán)基本上是封閉的，代謝流向異檸檬酸→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地移動。生物素對代謝的調(diào)控作用36生物素控制磷脂的合成使用生物素缺陷型菌株進行谷氨酸發(fā)酵，通過限制發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素的濃度控制脂肪酸生物合成，從而控制磷脂的合成作用機制：生物素作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當(dāng)磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中37控制生物素添加量使菌種生產(chǎn)Glu高濃度bio增強羧化酶活性，促進羧化反應(yīng)利于磷脂合成。低濃度bio降低裂解酶活性，使菌體生長后關(guān)閉乙醛酸循環(huán)，使底物流向Glu合成；低濃度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反饋調(diào)節(jié)，利于Glu合成并大量積累。

添加亞適量，5-10μg/L培養(yǎng)基，生產(chǎn)Glu38培養(yǎng)前期，bio充足，存在乙醛酸循環(huán)，中間物質(zhì)和能量充足，長細胞，膜磷脂合成正常，正常反饋調(diào)節(jié)，不積累Glu，細胞形態(tài)正常。8hrGlu非積累型細胞Glu積累型細胞培養(yǎng)中后期，bio濃度漸低，乙醛酸途徑減弱直至關(guān)閉，膜磷脂合成缺陷，膜透性增強，分泌Glu，解除反饋調(diào)節(jié)，大量積累Glu，細胞形態(tài)異常，未溶解。39五、味精生產(chǎn)工藝40第三節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)

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α-淀粉酶的生產(chǎn)工藝舉例生產(chǎn)的菌種

主要有細菌和霉菌。霉菌大多采用固態(tài)曲法生產(chǎn)；細菌則以液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)為主。2.培養(yǎng)基

種子培養(yǎng)基：玉米粉4%、豆粕粉3%、麩皮1%、米糠1%、Na2HPO40.8%、NH4Cl0.2%

發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉6%、豆粕粉3%、麩皮1%、米糠2%、Na2HPO40.8%413.工藝條件控制培養(yǎng)基滅菌：發(fā)酵罐升溫至60℃時加入α-淀粉酶6IU/g,對玉米粉進行液化。然后升溫至121-123℃，保溫40min。

接種：將已滅菌培養(yǎng)液冷卻至30-31℃，按10%接入種子液。溫度控制：芽孢桿菌用37℃；曲霉用32-35℃，培養(yǎng)24-48h。通風(fēng)培養(yǎng)：控制種子罐和發(fā)酵罐的罐壓為50kPa。42第四節(jié)啤酒的生產(chǎn)

ApplyFermentationtoProduceBeer

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水：啤酒中水含量占90%以上，因此水對啤酒口味影響極大。

麥芽：以啤酒大麥為原料，經(jīng)浸麥、發(fā)芽、烘干、焙焦而成，是“啤酒的靈魂”。按其色度可分為淡色、濃色和黑色三種。輔料：富含淀粉的谷類、糖類或糖漿，比例控制在30%左右。

酒花：釀造啤酒的特殊原料（約1.4kg/t）。賦予啤酒特有的香氣和苦味，促進泡沫形成并提高泡沫持久性，還具有防腐作用。啤酒發(fā)酵的原料44（1）麥芽和谷物的粉碎（2）糖化制成麥芽汁（3）過濾分離麥糟（4）麥汁煮沸并添加酒花（5）麥汁冷卻并分離固形物

啤酒廠微生物工作的核心，目的是提供優(yōu)良、強壯的酵母。麥汁制造啤酒酵母的擴大培養(yǎng)45麥汁煮沸的目的：1.將麥汁濃縮到規(guī)定濃度；2.使酒花有效成分溶入麥汁中；3.使麥汁中蛋白質(zhì)凝固析出，提高啤酒的非生物穩(wěn)定性；4.使酶失活，對麥汁進行滅菌，以獲得定型的麥汁。

46傳統(tǒng)發(fā)酵工藝分成前發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段。

前發(fā)酵（主發(fā)酵）：將發(fā)酵液品溫控制在9-10℃,發(fā)酵7-10d即成嫩啤酒；

后發(fā)酵（貯酒）：一般在0-3℃下貯酒42-90d，以達到啤酒成熟、二氧化碳飽和和啤酒澄清的目的。新型發(fā)酵工藝：一罐法，即前酵和后酵在同一發(fā)酵罐完成。啤酒發(fā)酵工藝47

啤酒在長期放置過程中，內(nèi)含蛋白質(zhì)和多酚物質(zhì)發(fā)生聚合反應(yīng)，是啤酒變渾濁的主要原因。利用蛋白酶水解作用是防止啤酒渾濁的主要方法，但要防止蛋白質(zhì)水解過度。（影響啤酒泡沫）通過調(diào)節(jié)流速（酶柱法）和反應(yīng)時間（分批法），可以精確控制蛋白質(zhì)的水解程度。二、固定化木瓜蛋白酶應(yīng)用于啤酒澄清48三、β-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麥中β-葡聚糖含量一般占干物質(zhì)的5-8%，它是構(gòu)成啤酒酒體和泡沫的重要成分，但含量過高在麥芽汁生產(chǎn)階段會使糖化醪粘度升高，麥芽汁難于過濾，延長麥汁過濾時間，降低了麥芽汁得率。此外，過多β-葡聚糖進入發(fā)酵液后與蛋白質(zhì)結(jié)合，使啤酒酵母容易產(chǎn)生早期沉降，影響發(fā)酵的正常進行。用β-葡聚糖酶降解β-葡聚糖，提高啤酒質(zhì)量49四、酶法降低雙乙酰（丁二酮）含量

雙乙酰是啤酒發(fā)酵過程形成的代謝副產(chǎn)物，其含量是影響啤酒風(fēng)味的重要因素。如α-乙酰乳酸-→雙乙酰（即丁酮酸）（CH3COCOCH3）當(dāng)雙乙酰含量大于0.1-0.15mg/L，使啤酒發(fā)酸，延長發(fā)酵周期（啤酒不熟），所以，必須降低啤酒中雙乙酰含量，在實際操作中用酶來降低雙乙酰含量，提高啤酒的口感

α-乙酰乳酸脫羧酶α-乙酰乳酸---------------→3-羥基丙酮50（一）干啤酒的特點：

與普通啤酒相比，具有發(fā)酵度高，一般達75%、殘?zhí)堑?、熱量低、口味純和干爽及飲后不流余味等特點。五、酶法制造干啤酒（drybeer）51（二）酶法制造干啤酒的關(guān)鍵技術(shù)：提高麥汁發(fā)酵度、降低啤酒中的殘?zhí)橇浚?/p>

1、提高麥汁可發(fā)酵糖的含量：I、添加酶制劑強化淀粉糖化II、直接添加可發(fā)酵糖（如蔗糖、糖漿等）2、選育高發(fā)酵度的酵母菌株：用基因工程法或細胞融合法制備高發(fā)酵度的菌株52強化淀粉糖化常用的方法：

（1）添加普魯蘭酶（脫支酶）和糖化酶釀造干啤酒（2）糖化和前發(fā)酵添加糖化酶釀造干啤酒，一般在糖化階段添加（3）添加真菌淀粉酶（產(chǎn)物為麥芽糖）釀造干啤酒53

第五節(jié)發(fā)酵乳的生產(chǎn)

一、發(fā)酵乳的分類二、發(fā)酵乳的功能與特性三、發(fā)酵乳用發(fā)酵劑

四、發(fā)酵乳生產(chǎn)54（一）酒精發(fā)酵乳：

概念：使用酵母和乳酸菌混合發(fā)酵劑制成的發(fā)酵乳稱為酒精發(fā)酵乳。特點：成品中不僅含有乳酸和其它有機酸，還含有酒精和CO2品種：1、酸牛乳酒2、酸馬奶酒55（二）乳酸發(fā)酵乳：

1、概念：乳酸發(fā)酵乳是經(jīng)乳酸菌發(fā)酵（不用酵母）而得到的乳制品

2、特點：產(chǎn)品中含有乳酸及其它有機酸和微量的芳香成分如：丁二酮。不含酒精

3、品種：酸乳、發(fā)酵酪乳、雙歧桿菌乳，嗜酸菌乳和發(fā)酵稀奶油56（1）酸乳（yoghurt）概念：乳類（奶類）經(jīng)乳酸菌發(fā)酵得到的乳制品菌種：嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合發(fā)酵劑（2）發(fā)酵酪乳(fermentedbuttermilk)概念：乳制品或制造奶油的副產(chǎn)物酪乳經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的產(chǎn)品。（加入凝乳酶是干酪）菌種：乳酸鏈球菌、乳脂鏈球菌等57（3）雙歧桿菌乳(bifidobacterium)概念：用加有雙歧桿菌的混合菌發(fā)酵的產(chǎn)物菌種：嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌的混合菌（4）嗜酸菌乳(acidophilusmilk)概念：經(jīng)嗜酸乳桿菌為發(fā)酵劑制成的發(fā)酵乳（5）發(fā)酵稀奶油(fermentedcream)概念：稀奶油經(jīng)均質(zhì)，殺菌后，添加發(fā)酵菌生成的產(chǎn)物。菌種：乳酸鏈球菌、丁二酮鏈球菌，乳脂鏈球菌等。58二、發(fā)酵乳的功能與特性

（一）發(fā)酵乳的營養(yǎng)價值與功能（二）對腸道菌群的改善作用（三）發(fā)酵乳的整腸作用及預(yù)防腸道疾病的功能（四）發(fā)酵乳的降低血中膽固醇的作用591、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合物，經(jīng)發(fā)酵后其中20-30%生成乳酸2、蛋白質(zhì)：發(fā)酵作用使蛋白變成微細的凝乳粒，易被人體消化和吸收。3、乳脂類物質(zhì)4、維生素和礦物質(zhì)（一）發(fā)酵乳的營養(yǎng)價值與功能60（二）對腸道菌群的改善作用1、增加腸道內(nèi)的有益菌2、乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的有機酸、H2O2以及抗生物質(zhì)對G+菌，G-及其他一些致病菌的抗菌作用也明顯。（三）發(fā)酵乳的整腸作用及預(yù)防腸道疾病的功能61四、發(fā)酵乳生產(chǎn)62第六節(jié)發(fā)酵法生產(chǎn)單細胞蛋白

ApplyFermentationtoProduceSingleCellProtein

一、單細胞蛋白的概念和特點：（1）單細胞蛋白（singlecellprotein,簡稱SCP）主要指通過培養(yǎng)單細胞微生物而獲得的菌體蛋白。主要指酵母、細菌、真菌等微生物蛋白質(zhì)資源。（2）發(fā)酵法生產(chǎn)SCP的優(yōu)點：不受時間和耕地制約；產(chǎn)量高、蛋白質(zhì)含量高且營養(yǎng)豐富；富集蛋白質(zhì)的能力快。63二、SCP生產(chǎn)菌種和原料

TheYeastsandBecteriaofSCPandtheMaterialofSCP

用于生產(chǎn)SCP的微生物主要包括非病原細菌、酵母菌、絲狀真菌以及微型藻類。（一）菌種酵母菌：如釀酒酵母、假絲酵母（或稱圓酵母,Candida）和乳清酵母。細菌：往往用來生產(chǎn)飼料用單細胞蛋白，因其生長繁殖快，其蛋白質(zhì)中含硫氨基酸比較高。64（二）SCP生產(chǎn)的原料1、利用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)SCP2、利用烷烴化合物生產(chǎn)SCP3、利用糖蜜原料生產(chǎn)SCP4、纖維素質(zhì)原料生產(chǎn)SCP5、利用工業(yè)廢液生產(chǎn)SCP65三、SCP的發(fā)酵生產(chǎn)

ThePreparationofSCPFermentation

原料斜面菌種→擴大培養(yǎng)→發(fā)酵培養(yǎng)→分離→干燥→

飼用蛋白菌體細胞→洗滌→水解→分離濃縮→

蛋白質(zhì)抽提物→純化→噴霧干燥→

食用蛋白粉

需要通過安全性評價661、在化學(xué)分解或酶解基礎(chǔ)上培養(yǎng)SCP生產(chǎn)酵母菌

淀粉→液化→糖化→葡萄糖→發(fā)酵---SCP以淀粉質(zhì)為原料生產(chǎn)SCP672、混合菌培養(yǎng)（同步糖化發(fā)酵法、水解發(fā)酵并行法）---SSF工藝

培養(yǎng)黑曲霉（或其它降解淀粉的菌株）

培養(yǎng)產(chǎn)朊假絲酵母菌種→接入培養(yǎng)基→發(fā)酵→精制工藝→SCP分離純化→SCP

培養(yǎng)基組成：8%淀粉+0.05%MgSO4·7H2O+0.1%KH2PO4+0.6%硫氨+0.4尿素

3、單獨培養(yǎng)能夠同化淀粉的SCP生產(chǎn)工程菌

（實際應(yīng)用并不多，仍處在研究階段）68

混合培養(yǎng)工藝的關(guān)鍵是要對SCP生產(chǎn)菌與其他不同菌種的組合進行比較試驗，以期獲得共生特性良好的組合菌株。69（二）工藝流程：黃漿水→過濾→用H2SO4酸化→煮沸→去渣→（含還原糖0.1%,總糖0.4%,粗蛋白0.12%,總固型物1.8%,）用氨水調(diào)pH至5→大罐→發(fā)酵→過濾→濕品→

菌種干燥→干品（300C，通風(fēng)）（156目）白地酶是一種類似酵母的地霉屬真菌，其菌體含蛋白46%以上，VB1、VB2也相當(dāng)豐富、營養(yǎng)價值很高，可供食用及飼料用。利用分離蛋白和豆腐黃漿水生產(chǎn)白地酶SCP70玉米皮(濕粉渣)→加稀酸水解→水解液(含糖可達5％以上)→用氨水中和→過濾除去濾渣→濾液一接酵母種發(fā)酵→離心分離→干燥→粉碎→成品利用玉米皮生產(chǎn)SCP71預(yù)處理—酶解—發(fā)酵路線酸解—發(fā)酵路線混合發(fā)酵法利用纖維素類原料生產(chǎn)SCP球磨高壓蒸煮膨化72四、SCP的分離提純

TheSeparationandPurificationofSCP分離提取工藝的關(guān)鍵技術(shù)：(一)破除SCP生產(chǎn)菌體細胞壁(二)降低SCP產(chǎn)品的RNA含量

73（一）破除SCP生產(chǎn)菌體細胞壁1、化學(xué)法：用不同化合物處理菌體，如：氫氧化鈉，乙酸、檸檬酸、氯仿等去除細胞壁或增加其通透性。2、酶法：一般將活性菌體置于一定溫度下，以激活胞內(nèi)β-葡聚糖酶，使細胞壁發(fā)生自溶?；蛘呒尤胪饷?。3、機械法：包括高壓均質(zhì)，球磨研磨法，超聲波破碎法，冷凍-解凍交替處理法。7475（二）降低SCP產(chǎn)品的RNA含量

1、堿法：細胞壁去除后直接加入堿（溫度55-800C，pH10-12.5），但容易使蛋白質(zhì)變性。2、酶法:細胞壁去除后的細胞漿液放置于50-550C下保溫，會激活RNA分解酶。但缺點是在激活RNA分解酶的同時會激活細胞內(nèi)的蛋白酶，會引起蛋白質(zhì)降解，甚至?xí)?dǎo)致其功能性質(zhì)發(fā)生改變。3、化學(xué)修飾法：磷酰氯（POCI3）PH9.0或琥珀酸PH9.04、鹽法：NaBr、NaNO3、

NaClO4等都可以去除SCP中的RNA。76五、SCP的功能特性。

TheFunctionandPropertiesofSCP

（一）膠凝性（黏度或流動度、彈性，可塑性、強度等）它有很好的膠凝性有助于食品形成凝膠，凝膠獨特的結(jié)構(gòu)，使之具有良好的保水性，較高的彈性、粘度和可塑性。（二）水合性：保持食品的水分，口感和風(fēng)味（三）乳化性：可以使食品的組織結(jié)構(gòu)均勻。

77（一）HADY的制作技術(shù)將含水分70%-73%新鮮活性酵母干燥為含水分為4-6%的HADY。

關(guān)鍵技術(shù)：1、酵母菌種的選育（耐高溫、糖化能力強等）2、HADY的培養(yǎng)和發(fā)酵生產(chǎn)3、干燥前加入膨脹劑或穩(wěn)定劑（或進行高滲溶液處理）4、HADY的造粒（顆粒細小、多孔較適宜）5、絕氧條件下保存（可保存1-2年）六、高活性干酵母的生產(chǎn)及其應(yīng)用78（二）HADY特性及其應(yīng)用1、高活性干面包酵母2、酒精生產(chǎn)、釀酒用的高活性干酵母3、適用于制造酵母抽提物的HADY79第二節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用80第二節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用8182螺旋藻是一類低等植物，它們與細菌一樣，細胞內(nèi)沒有真正的細胞核（屬原核生物），所以又稱藍細菌。

83第二節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用前言（1）：35億年前，螺旋藻誕生的時候，我們的地球還是一個無氧的世界。原始的大氣是由氨、氮、甲烷、氫氣、水蒸汽組成的。螺旋藻是光合生物的始祖，它有光合作效率極高的光系統(tǒng)，在太陽光的作用下，迅速繁殖，同時放出氧氣，經(jīng)過億萬年的積累，使我們的星球成為有氧世界，為以后五光十色的高級生物界的進化提供了條件。最原始的生物都是在海洋中以藻類為食物進化發(fā)展而后上岸衍化為今天的生物，可以說光合作用下產(chǎn)生的螺旋藻就是生命的起源。84第二節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用前言（2）：螺旋藻同新大陸一起被發(fā)現(xiàn)，1492年哥倫布探險，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乇犹峥俗鍙暮胁杉环N綠色絲狀物作為食品，他覺得奇異，在航海日志中做了詳細記載。當(dāng)?shù)厣瞽h(huán)境十分惡劣，資源貧瘠，醫(yī)藥缺乏，但土族居民卻身體健壯、皮膚細膩、少病多壽。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)證明：螺旋藻作為地球上最古老的植物，是目前所知營養(yǎng)成分最全面、最均衡的食品之一，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）譽為“最理想的食品”。85第二節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用前言（3）：它含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、不飽和脂肪酸、胡羅卜素等多種維生素、礦物質(zhì)和微量元素。1g螺旋藻的營養(yǎng)成分相當(dāng)于1000g各類蔬菜總和，其蛋白質(zhì)的含量是大豆、雞蛋的五倍，是大米的十倍、魚肉的三倍。

86第二節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用

前言（4）：目前國內(nèi)外應(yīng)用于生產(chǎn)的螺旋藻主要有三種:鈍頂螺旋藻(SP.Platensis)、極大螺旋藻(SP.Maxcima)和鹽澤螺旋藻(SP.Subsalsa)。

世界三大天然螺旋藻生產(chǎn)基地：

非洲的乍得湖、墨西哥的迪斯科克湖、中國云南麗江的程海湖

87一、螺旋藻的特點及其藥理評價

（一）藻類的特點：

1、螺旋藻營養(yǎng)豐富.含蛋白質(zhì)50%～70%（蛋白質(zhì)質(zhì)量達到理想蛋白質(zhì)標準），是牛肉的3倍，豬肝的4倍，雞蛋的5倍，大米的10倍，碳水化合物含量豐富15～20%，其中含有7

～8%的活性多糖（有功能性作用）。脂肪和膽固醇含量低，脂肪僅為4%，其中γ-亞油酸占1%。螺旋藻與幾種食品蛋白質(zhì)含量比較

食品種類蛋白質(zhì)含量(%)

小麥

6～10大米

7

大豆

33～36牛肉

18～20

雞蛋

18螺旋藻

50～7088一、螺旋藻的特點及其藥理評價（一）藻類的特點：

2、生長速度快。3、細胞壁薄，纖維素含量低，很易消化吸收，消化率達95%，而小球藻為46%。89

（二）螺旋藻的藥理價值螺旋藻含高量的葉綠素(鎂的化合物)，富有植物性蛋白質(zhì)，再加上B1、B2泛酸和鋅，可以促使天然胰島素產(chǎn)生。具有降低血糖，消除疲勞，增強體質(zhì)的神奇效果。螺旋藻可降低人體所含的膽固醇量，從而可以減輕高血壓和心臟病癥狀或減少發(fā)病的機會。對于胃酸過多的胃病患者，螺旋藻是堿性食品，加上具有極易吸收的豐富營養(yǎng)成份，對于胃病癥狀有明顯的效果。螺旋藻含有極為豐富的鐵質(zhì)和葉綠素，對貧血癥效果顯著。螺旋藻能對肝病患者提供高蛋白質(zhì)和高維生素，從而使病人得到改善和好轉(zhuǎn)。因此，高蛋白質(zhì)的螺旋藻是護肝的良方。90（二）螺旋藻的藥理價值螺旋藻可以消除由水銀及藥物引起的腎毒素，起到保護腎臟的作用。螺旋藻所含的不飽和脂肪酸、γ-亞麻酸對于風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者很有幫助。螺旋藻能為人體提供豐富的維生素和礦物質(zhì)，可解決營養(yǎng)不良的問題，對嬰兒尤為見效。螺旋藻可以減肥，在美國、歐洲等國家已成為風(fēng)潮，其方法是在進食前30分鐘或1小時服下數(shù)克螺旋藻，從而令身體既不缺乏營養(yǎng)又可減少熱量的攝取，以達到減肥目的。具有美容抗衰老作用，調(diào)整植物神經(jīng)紊亂、去暗瘡、黃褐斑、及因化妝造成的皮膚粗糙、黑斑等臉部病患。91（二）螺旋藻的藥理價值螺旋藻對放射性污染有清除作用。受前蘇聯(lián)切爾若貝核電站核輻射的小孩服用螺旋藻20天尿檢核輻射水平下降50％。也可以防電視X線等輻射作用。由于螺旋藻是含有最豐富的天然β—胡蘿卜素的食物，對多種癌癥有抑制作用，包括肺癌、喉癌、胃癌、肝癌、腸道癌、食道癌、乳癌及子宮癌。經(jīng)常攝取足量的螺旋藻被認為是防癌的一種飲食方式。此外，螺旋藻還能增強人的視力，加速傷口的愈合，縮短病人康復(fù)所需的時間；對于失眠、情緒抑郁、精神分裂亦具有良好功效。92（三）螺旋藻的經(jīng)濟效益生產(chǎn)螺旋藻有很好的經(jīng)濟效益,據(jù)估算一畝水田的螺旋藻生產(chǎn)效益相當(dāng)于736畝水稻或658畝水麥或403畝玉米或303畝大豆,因此螺旋藻具有巨大的生產(chǎn)優(yōu)勢和潛力。

93二、螺旋藻的化學(xué)組成和營養(yǎng)類型（一）螺旋藻的化學(xué)組成蛋白質(zhì)50～70%，碳水化合物19%，色素6%（主要為β-胡蘿卜素、葉綠素等，β-胡蘿卜素可以轉(zhuǎn)化為VA），脂類4%（不含膽固醇），纖維素3%，維生素和礦物質(zhì)。94（二）螺旋藻的營養(yǎng)類型1、光合自養(yǎng)型：在光照下生長，CO2作為唯一的碳源同化為細胞結(jié)構(gòu)，生長所需能量僅僅來自于光。2、營養(yǎng)缺陷型：由于發(fā)生代謝障礙，生長時至少需加入一種較低濃度的有機物，但這個有機物不是作為碳源和能源。3、混合營養(yǎng)型：在光照和CO2存在下生長，還必須加入至少一種有機底物，這種底物能進行光合代謝。

4、異養(yǎng)型（黑暗中），能利用一種或多種有機物作為能源和碳源，CO2可要可不要，能在黑暗中生長。9596三、螺旋藻的生產(chǎn)

（一）光合自養(yǎng)型生長培養(yǎng)螺旋藻