食品生物技術(shù)第三章-復(fù)印用課件

1、第三章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用 The Application of Fermentation Engineering in Food Industry1 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(jì)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(jìn) （60年代初期，石油發(fā)酵時(shí)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(zhǎng)、繁殖、代謝的發(fā)酵過(guò)程（培養(yǎng)基含水量在50%左右，通?！笆帜蟪蓤F(tuán)，落地成散”）。-接近自然狀態(tài)的發(fā)酵過(guò)程，主要適合于霉菌。3 缺點(diǎn)：培養(yǎng)基不均勻且不易攪拌，使得發(fā)酵參數(shù)的檢測(cè)和控制都比較

2、困難連續(xù)操作和自動(dòng)化很困難勞動(dòng)強(qiáng)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(wú)菌液體培養(yǎng)基的封閉式發(fā)酵罐中接入菌種，通入無(wú)菌空氣并適當(dāng)攪拌，進(jìn)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(diǎn)：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(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)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(guò)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(kuò)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8發(fā)酵微生物的來(lái)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(kù)。從菌種保藏機(jī)構(gòu)的已知菌種中直接分離篩選 可節(jié)省時(shí)間和

3、篩選工作量。從生產(chǎn)過(guò)程中分離篩選 工業(yè)生產(chǎn)中常采用的方法。10碳源 有機(jī)和無(wú)機(jī)碳源2. 氮源 有機(jī)和無(wú)機(jī)氮源3. 無(wú)機(jī)鹽及微量元素4. 生長(zhǎng)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(yíng)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1214機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐示意圖15發(fā)酵過(guò)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(huì)得到不同的結(jié)果微生物代謝是一個(gè)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(huì)引發(fā)代謝朝不同的方向進(jìn)行16代謝途徑的一覽圖 1點(diǎn)1線或1點(diǎn)2線:410個(gè)； 1點(diǎn)3線:71個(gè)；1點(diǎn)4線:20個(gè)；1點(diǎn)5線:11個(gè)；1點(diǎn)6線或6線以上:8個(gè)；

4、1點(diǎn)1線在1個(gè)途徑的末端；1點(diǎn)2線在1個(gè)途徑的中間；1點(diǎn)3線參與2個(gè)途徑； 其余類推。17發(fā)酵過(guò)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(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、關(guān)鍵酶活力等18一、 氨基酸工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向近40多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用氨基酸方面均取得重大進(jìn)展，新發(fā)現(xiàn)的氨基酸種類和數(shù)量已由20世紀(jì)60年代50種左右，發(fā)展到20世紀(jì)80年代的400種，目前已達(dá)1000多種。其中用于藥物的氨基酸及氨基酸衍生物的品種達(dá)100多種。氨基酸分為兩大類，即蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋

5、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(guó)紛紛開(kāi)展氨基酸發(fā)酵的研究與生產(chǎn)，產(chǎn)量增長(zhǎng)很快。2000年氨基酸產(chǎn)量達(dá)237萬(wàn)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(guó)家是美國(guó)、日本和中國(guó)。23

6、我國(guó)氨基酸發(fā)酵的發(fā)展我國(guó)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(kāi)辦了天廚味精廠，該味精的制造方法曾向美、英、法申請(qǐng)專利，并取得了專利權(quán)。并先后建立了沈陽(yáng)味精廠、青島味精廠和天津味精廠，規(guī)模均很小，1949年全國(guó)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(dòng)了其他氨基酸的研究開(kāi)發(fā)。1965年以后，我國(guó)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(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展，到1985年全國(guó)味精生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到140家。隨著酶制劑的應(yīng)用和生產(chǎn)工藝及裝備的改進(jìn)，技術(shù)水平不斷提高，進(jìn)一步推動(dòng)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(jì)70年代，當(dāng)

7、時(shí)僅有上海天廚味精廠少量生產(chǎn)，以實(shí)用為主，1981年在廣西建成年產(chǎn)100噸食品級(jí)L-賴氨酸試驗(yàn)工廠，于1987年投產(chǎn)。24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(guò)量積累初級(jí)代謝產(chǎn)物；人為解除正常代謝調(diào)節(jié)，而大量積累初級(jí)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?zhàn)瓒簟⒎答佉种仆蛔冎甑倪x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(xì)胞正常反饋調(diào)節(jié)型解除反饋調(diào)節(jié)突變型27營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株：對(duì)某些必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如氨基酸)

8、或生長(zhǎng)因子的合成能力出現(xiàn)缺陷的變異菌株或細(xì)胞。必須在基本培養(yǎng)基(如由葡萄糖和無(wú)機(jī)鹽組成的培養(yǎng)基)中補(bǔ)加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)。 28 Glu發(fā)酵常用菌種 谷氨酸棒桿菌(C.glutamicum) 北京棒桿菌(C.peiking AS.1229) 黃色短桿菌(Brevibacterium flavum) 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（pentose phosphate pathway，HMP途徑）三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle）乙醛酸循環(huán)(glyoxylat

9、e cycle)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(jìn)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-酮戊二酸，-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前體。-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32Citrate synthase, Aconitase, ICDH, GDH酶活

10、力強(qiáng)乙醛酸循環(huán)弱異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱谷氨酸脫氫酶能力強(qiáng)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(bǔ)給途徑在菌體生長(zhǎng)期之后，進(jìn)入谷氨酸生成期，為了大量生成、積累谷氨酸 ，最好沒(méi)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(jī)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(qiáng)（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?zhàn)瓒艉头答佉种?。菌體細(xì)胞膜通透性差，利于Glu胞外分泌。35生物素對(duì)乙

11、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(huì)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-酮戊二酸谷氨酸的方向高效率地移動(dòng)。生物素對(duì)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(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，通過(guò)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(jī)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(jìn)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(shí)，細(xì)胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于

12、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(qiáng)羧化酶活性，促進(jìn)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(zhǎng)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，5-10g/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(zhǎng)細(xì)胞，膜磷脂合成正常，正常反饋調(diào)節(jié)，不積累Glu，細(xì)胞形態(tài)正常。8hrGlu非積累型細(xì)胞Glu積累型細(xì)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(qiáng)，分泌Glu，解除

13、反饋調(diào)節(jié)，大量積累Glu，細(xì)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)Apply Fermentation to Produce Enzymes -淀粉酶的生產(chǎn)工藝舉例生產(chǎn)的菌種 主要有細(xì)菌和霉菌。霉菌大多采用固態(tài)曲法生產(chǎn)；細(xì)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%、 Na2HPO4 0.8%、NH4Cl 0.2% 發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉6%、豆粕粉3%、麩皮1%、米糠2%、Na2HPO4 0.8%413. 工藝條件控制培養(yǎng)基滅菌：發(fā)酵罐升溫至60時(shí)加入-淀粉酶6 IU/g,對(duì)玉米粉進(jìn)行液化。然后升溫至121-123 ，保溫

14、40 min。 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)Apply Fermentation to Produce Beer 43 水：啤酒中水含量占90%以上，因此水對(duì)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(jìn)泡沫形成并提

15、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(guò)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(qiáng)壯的酵母。麥汁制造啤酒酵母的擴(kuò)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(duì)麥汁進(jìn)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(gè)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(dá)到

16、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(zhǎng)期放置過(guò)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(guò)度。（影響啤酒泡沫）通過(guò)調(diào)節(jié)流速（酶柱法）和反應(yīng)時(shí)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、-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麥中-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(guò)高在麥芽汁生產(chǎn)階段會(huì)使糖化醪粘度升高，麥芽汁難于過(guò)濾，延長(zhǎng)麥汁過(guò)濾時(shí)間，降低了麥芽汁得率。此外，過(guò)

17、多-葡聚糖進(jìn)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(jìn)行。用-葡聚糖酶降解-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(guò)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-乙酰乳酸-雙乙酰（即丁酮酸）（CH3COCOCH3）當(dāng)雙乙酰含量大于0.1-0.15 mg/L，使啤酒發(fā)酸，延長(zhǎng)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(shí)際操作中用酶來(lái)降低雙乙酰含量，提高啤酒的口感 -乙酰乳酸脫羧酶-乙酰乳酸-3-羥基丙酮50（一）干啤酒的特點(diǎn)： 與普通啤酒相比，具有發(fā)酵度高，一般達(dá)75%、殘?zhí)堑?、熱量低、口味純和干爽及飲后不流?/p>

18、味等特點(diǎn)。 五、酶法制造干啤酒（dry beer）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?1、提高麥汁可發(fā)酵糖的含量： I、 添加酶制劑強(qiáng)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(xì)胞融合法制備高發(fā)酵度 的菌株52 強(qiáng)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

19、）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(diǎn)：成品中不僅含有乳酸和其它 有機(jī)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(diǎn)：產(chǎn)品中含有乳酸及其它有機(jī) 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(fermented butter milk)概念：乳制品或制造奶油

20、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(acidophilus milk) 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(fermented cream) 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(yíng)養(yǎng)價(jià)值與功能 （二）對(duì)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

21、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(xì)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值與功能60（二）對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、H2O2以及抗生物質(zhì)對(duì)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(xì)胞蛋白Apply Fermentation to Produce Single Cell Protein

22、一、單細(xì)胞蛋白的概念和特點(diǎn) ：（1）單細(xì)胞蛋白（single cell protein,簡(jiǎn)稱SCP） 主要指通過(guò)培養(yǎng)單細(xì)胞微生物而獲得的菌 體蛋白。主要指酵母、細(xì)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(diǎn)： 不受時(shí)間和耕地制約；產(chǎn)量高、蛋白質(zhì)含 量高且營(yíng)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The Yeasts and Becteria of SCP and the Material of SCP 用于生產(chǎn)SCP的微生物主要包括非病原細(xì)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(xì)菌：往往

23、用來(lái)生產(chǎn)飼料用單細(xì)胞蛋白，因其生長(zhǎng)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)SCP 4、纖維素質(zhì)原料生產(chǎn)SCP 5、利用工業(yè)廢液生產(chǎn)SCP 65三、SCP的發(fā)酵生產(chǎn) The Preparation of SCP Fermentation 原料斜面菌種 擴(kuò)大培養(yǎng) 發(fā)酵培養(yǎng) 分離 干燥 飼用蛋白菌體細(xì)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(guò)安全性評(píng)價(jià)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

24、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%MgSO47H2O+ 0.1%KH2PO4 +0.6%硫氨+0.4尿素 3、單獨(dú)培養(yǎng)能夠同化淀粉的SCP生產(chǎn)工程菌 （實(shí)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(duì)SCP生產(chǎn)菌與其他不同菌種的組合進(jìn)行比較試驗(yàn)，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(guò)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)

25、酵過(guò)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(dá)5以上) 用氨水中和 過(guò)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 The Separation and Purification of SCP分離提取工藝的關(guān)鍵技術(shù)：(一) 破除SCP生產(chǎn)菌體細(xì)胞壁

26、(二) 降低SCP產(chǎn)品的RNA含量73（一）破除SCP生產(chǎn)菌體細(xì)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(xì)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)-葡聚糖酶，使細(xì)胞壁發(fā)生自溶。或者加入外酶。3、機(jī)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(xì)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(xì)胞壁去除后的細(xì)胞漿液放置于50-550C下保溫，會(huì)激活RNA分解酶。但缺點(diǎn)是在激活RNA分解酶的同時(shí)會(huì)激活細(xì)胞內(nèi)的蛋白

27、酶，會(huì)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。The Function and Properties of SCP （一）膠凝性（黏度或流動(dòng)度、彈性，可塑性、強(qiáng)度等）它有很好的膠凝性有助于食品形成凝膠，凝膠獨(dú)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

28、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(qiáng)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(jìn)行高滲溶液處理）4、HADY的造粒（顆粒細(xì)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HADY 79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(xì)菌一樣，細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有真正的細(xì)胞核（屬原核生物），所以又稱藍(lán)細(xì)菌。 83第二節(jié) 螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用

29、前言（1）：35億年前，螺旋藻誕生的時(shí)候，我們的地球還是一個(gè)無(wú)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(yáng)光的作用下，迅速繁殖，同時(shí)放出氧氣，經(jīng)過(guò)億萬(wàn)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(jí)生物界的進(jìn)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(jìn)化發(fā)展而后上岸衍化為今天的生物，可以說(shuō)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(xiǎn)，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(jué)得奇異，在航海日志中做了詳細(xì)記

30、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(xì)膩、少病多壽?，F(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(yíng)養(yǎng)成分最全面、最均衡的食品之一，被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）譽(yù)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(yíng)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(yú)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(guó)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. Platen

31、sis)、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(guó)云南麗江的程海湖 87一、螺旋藻的特點(diǎn)及其藥理評(píng)價(jià) （一）藻類的特點(diǎn)： 1、螺旋藻營(yíng)養(yǎng)豐富.含蛋白質(zhì)50%70%（蛋白質(zhì)質(zhì)量達(dá)到理想蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)），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1520%，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-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 610 大 米 7大 豆 3336 牛 肉 18

32、20雞 蛋 18 螺旋藻 507088一、螺旋藻的特點(diǎn)及其藥理評(píng)價(jià)（一）藻類的特點(diǎn)： 2、生長(zhǎng)速度快。3、細(xì)胞壁薄，纖維素含量低，很易消化吸收，消化率達(dá)95%，而小球藻為46%。89 （二）螺旋藻的藥理價(jià)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(qiáng)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(jī)會(huì)。對(duì)于胃酸過(guò)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(yíng)養(yǎng)成份，對(duì)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(duì)貧血癥效果顯著。螺旋藻能對(duì)肝病

33、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(hù)肝的良方。90（二）螺旋藻的藥理價(jià)值螺旋藻可以消除由水銀及藥物引起的腎毒素，起到保護(hù)腎臟的作用。螺旋藻所含的不飽和脂肪酸、-亞麻酸對(duì)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(yíng)養(yǎng)不良的問(wèn)題，對(duì)嬰兒尤為見(jiàn)效。 螺旋藻可以減肥，在美國(guó)、歐洲等國(guó)家已成為風(fēng)潮，其方法是在進(jìn)食前30分鐘或1小時(shí)服下數(shù)克螺旋藻，從而令身體既不缺乏營(yíng)養(yǎng)又可減少熱量的攝取，以達(dá)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(jià)值螺旋藻對(duì)

34、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胡蘿卜素的食物，對(duì)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(rèn)為是防癌的一種飲食方式。此外，螺旋藻還能增強(qiáng)人的視力，加速傷口的愈合，縮短病人康復(fù)所需的時(shí)間；對(duì)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(jì)效益生產(chǎn)螺旋藻有很好的經(jīng)濟(jì)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(shì)和潛力。93二、

35、螺旋藻的化學(xué)組成和營(yíng)養(yǎng)類型（一）螺旋藻的化學(xué)組成 蛋白質(zhì)5070%，碳水化合物19%，色素6%（主要為-胡蘿卜素、葉綠素等，-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(yíng)養(yǎng)類型1、光合自養(yǎng)型：在光照下生長(zhǎng)，CO2 作為唯一的碳源同化為細(xì)胞結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)所需能量?jī)H僅來(lái)自于光。2、營(yíng)養(yǎng)缺陷型：由于發(fā)生代謝障礙，生長(zhǎng)時(shí)至少需加入一種較低濃度的有機(jī)物，但這個(gè)有機(jī)物不是作為碳源和能源。3、混合營(yíng)養(yǎng)型：在光照和CO2存在下生長(zhǎng)，還必須加入至少一種有機(jī)底物，這種底物能進(jìn)行光合代謝。 4、異養(yǎng)型（黑暗中），能利用一種或多種有機(jī)物作為能源和碳源， CO2可要可不要，能在黑暗中生長(zhǎng)。 9596三、螺旋藻的生產(chǎn) （一）光合自養(yǎng)型生長(zhǎng)培養(yǎng)螺旋藻 （二）混合營(yíng)養(yǎng)型高細(xì)胞密度培養(yǎng)螺旋藻1967年，比利時(shí)植物學(xué)家從食用螺旋藻中分