食品生物技术第三章-复印用综述课件.ppt

1、1第三章第三章 发酵工程及其在食品工业中的应用发酵工程及其在食品工业中的应用 The Application of Fermentation Engineering in Food Industry2 第一节第一节 前前 言言自然发酵阶段自然发酵阶段纯种发酵技术的建立（纯种发酵技术的建立（十九世纪末十九世纪末）深层发酵技术的建立深层发酵技术的建立代谢控制发酵技术（代谢控制发酵技术（1950-1960）发酵原料的拓展与发酵设备的改进发酵原料的拓展与发酵设备的改进（60年代初期年代初期，石油发酵时期石油发酵时期）基因工程菌的构建（基因工程菌的构建（1970-）3固态（体）发酵微生物在湿的固体培养基

2、上生长、繁殖、代谢的发酵过程（培养基含水量在50%左右，通常“手捏成团，落地成散”）。-接近自然状态的发酵过程，主要适合于霉菌。4 优点：优点：培养基简单且来源广泛培养基简单且来源广泛不需要严格的无菌操作不需要严格的无菌操作发酵残渣处理简单，废水发酵残渣处理简单，废水排放少排放少分生孢子可作为种子，能分生孢子可作为种子，能长期保存和重复利用长期保存和重复利用5 缺点：缺点：培养基不均匀且不易搅拌，培养基不均匀且不易搅拌，使得发酵参数的检测和控使得发酵参数的检测和控制都比较困难制都比较困难连续操作和自动化很困难连续操作和自动化很困难劳动强度大，占地面积大，劳动强度大，占地面积大，易污染杂菌。易污

3、染杂菌。6液态（体）深层发酵在装有无菌液体培养基的封闭式发酵罐中接入菌种，通入无菌空气并适当搅拌，进行微生物培养或发酵的技术。根据操作方式，可分为间歇式发酵和连续式发酵。7 优点：优点：培养基均匀，容易控制发培养基均匀，容易控制发酵参数，选择最佳培养条酵参数，选择最佳培养条件件易于实现大规模工业化、易于实现大规模工业化、标准化、自动化生产，生标准化、自动化生产，生产效率高产效率高 -主要发酵生产工艺主要发酵生产工艺8发酵工程的一般工艺过程发酵工程的一般工艺过程菌种的选育菌种的选育培养基的配制与优化培养基的配制与优化培养基的灭菌培养基的灭菌种子扩大培养（种子扩大培养（试管试管-摇瓶摇瓶-种子罐种

4、子罐）微生物发酵生产微生物发酵生产发酵液的后提取发酵液的后提取6.具有抗噬菌体感染的能力1.遗传特性稳定，不易变异退化2.生长繁殖能力强3.不生产或少生产与目标产品性质相近的副产物4.对培养基营养成分要求低5.最适温度、耗氧适中，易于控制发酵条件优良生产菌种的特性优良生产菌种的特性7.菌种为非病原菌10发酵微生物的来源从自然界分离筛选 野生型微生物是获得优良菌种的宝库。从菌种保藏机构的已知菌种中直接分离筛选 可节省时间和筛选工作量。从生产过程中分离筛选 工业生产中常采用的方法。11诱变育种诱变育种（物理诱变；化学诱变）（物理诱变；化学诱变）基因重组改良基因重组改良1.碳源 有机和无机碳源2.氮

5、源 有机和无机氮源3.无机盐及微量元素4.生长因子培养基的组成培养基的组成培养基的配制培养基的配制用于培养菌体的种子培养基营养成分应丰富，碳氮比值低用于积累大量代谢产物的发酵培养基，氮源含量稍低机械搅拌通风发酵罐示意图机械搅拌通风发酵罐示意图代谢途径的一览图 1点1线或1点2线:410个；1点3线:71个；1点4线:20个；1点5线:11个；1点6线或6线以上:8个；1点1线在1个途径的末端；1点2线在1个途径的中间；1点3线参与2个途径；其余类推。物理参数物理参数：温度、搅拌速度、空气流量、溶解氧、：温度、搅拌速度、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气量等表观粘度、排气量等化学参数化学参数：基质

6、浓度、：基质浓度、pHpH、产物浓度、核酸量等、产物浓度、核酸量等 生物参数：生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体生长速率、呼菌丝形态、菌浓度、菌体生长速率、呼吸强度、关键酶活力等吸强度、关键酶活力等19第二节第二节 氨基酸工业代谢控制发酵氨基酸工业代谢控制发酵20一、一、氨基酸工业现状及发展方向氨基酸工业现状及发展方向近近4040多年来，国内外在研究、开发和应用氨基酸方面多年来，国内外在研究、开发和应用氨基酸方面均取得重大进展，新发现的氨基酸种类和数量已由均取得重大进展，新发现的氨基酸种类和数量已由2020世纪世纪6060年代年代5050种左右，发展到种左右，发展到2020世纪世纪8080年代的

7、年代的400400种，种，目前已达目前已达10001000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达衍生物的品种达100100多种。多种。氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。酸。氨基酸中有氨基酸中有8 8种氨基酸人体本身不能合成，只能从食种氨基酸人体本身不能合成，只能从食物的蛋白质中摄取，称为必需氨基酸，它们是物的蛋白质中摄取，称为必需氨基酸，它们是L-L-赖氨赖氨酸、酸、L-L-色氨酸、色氨酸、L-L-苏氨酸、苏氨酸、L-L-缬氨酸、缬氨酸、L-L-亮氨酸、亮氨酸、L-L-异亮氨酸、异亮氨酸、

8、L-L-苯丙氨酸和苯丙氨酸和L-L-蛋氨酸。蛋氨酸。还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。21氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法p抽提法（水解蛋白质）抽提法（水解蛋白质）p化学合成法化学合成法p生物法（包括直接发酵法和酶转化）生物法（包括直接发酵法和酶转化）目前绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的目前绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的22谷氨酸发酵的历史谷氨酸发酵的历史p18661866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面筋，分年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面筋，分离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材，将此氨基酸离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材，将

9、此氨基酸命名为谷氨酸命名为谷氨酸p18721872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸p18901890年沃尔夫利用年沃尔夫利用-酮戊酸经溴化后合成酮戊酸经溴化后合成DL-DL-谷氨酸。谷氨酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取了谷日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取了谷氨酸，并在氨酸，并在19081908年开始制造商品味之素年开始制造商品味之素p19101910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。19361936年年美国从甜菜废液美国从甜菜废液(司蒂芬废液司蒂芬废液)中提取谷氨酸。中提取谷氨酸。23氨基酸发

10、酵的现状氨基酸发酵的现状p自从发酵法生产谷氨酸成功以后，世界各国纷纷自从发酵法生产谷氨酸成功以后，世界各国纷纷开展氨基酸发酵的研究与生产，产量增长很快。开展氨基酸发酵的研究与生产，产量增长很快。20002000年氨基酸产量达年氨基酸产量达237237万吨，销售额接近万吨，销售额接近4545亿美亿美元，占生物技术产品销售额的元，占生物技术产品销售额的7 7。p目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和中国。中国。24我国氨基酸发酵的发展我国氨基酸发酵的发展p我国氨基酸生产最早在我国氨基酸生产最早在19221922年用酸法水解面筋生产谷氨酸年用酸法水解面筋

11、生产谷氨酸钠即味精，在上海开办了天厨味精厂，该味精的制造方法钠即味精，在上海开办了天厨味精厂，该味精的制造方法曾向美、英、法申请专利，并取得了专利权。并先后建立曾向美、英、法申请专利，并取得了专利权。并先后建立了沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂，规模均很小，了沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂，规模均很小，19491949年全国味精总产量不到年全国味精总产量不到500500吨。吨。p19651965年发酵法生产味精取得成功，带动了其他氨基酸的研年发酵法生产味精取得成功，带动了其他氨基酸的研究开发。究开发。p19651965年以后，我国味精生产全部采用以淀粉质或糖蜜为原年以后，我国味精生产全部

12、采用以淀粉质或糖蜜为原料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产的发展，到料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产的发展，到19851985年全国味精生产企业达到年全国味精生产企业达到140140家。随着酶制剂的应用和生家。随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，进一步推动了产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，进一步推动了味精生产的快速发展。味精生产的快速发展。p发酵法发酵法L-L-赖氨酸赖氨酸生产起步于生产起步于2020世纪世纪7070年代，当时仅有上海年代，当时仅有上海天厨味精厂少量生产，以实用为主，天厨味精厂少量生产，以实用为主，19811981年在广西建成年年在广西建成年产产

13、100100吨食品级吨食品级L-L-赖氨酸试验工厂，于赖氨酸试验工厂，于19871987年投产。年投产。25二、微生物代谢控制发酵二、微生物代谢控制发酵p微生物的经济化学与合目的性微生物的经济化学与合目的性 Economic BiochemistryEconomic Biochemistry（经济化学）：微生（经济化学）：微生物利于生存发生的所有生化反应皆有精确计算，物利于生存发生的所有生化反应皆有精确计算，有很高经济效益有很高经济效益 TelenomicTelenomic （合目的性）：微生物按需要有目（合目的性）：微生物按需要有目的进行物质合成的能力的进行物质合成的能力26代谢控制发酵的定

14、义代谢控制发酵的定义代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积累代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积累初级代谢产物；人为解除正常代谢调节，而大量积初级代谢产物；人为解除正常代谢调节，而大量积累初级代谢产物的发酵方式。累初级代谢产物的发酵方式。代谢控制发酵方法代谢控制发酵方法：1 1、菌种遗传改造、菌种遗传改造 2 2、发酵条件控制、发酵条件控制27解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育野生型菌株野生型菌株诱变诱变解除反馈调节突变株解除反馈调节突变株AR-或或AO-AR-AO-酶基因突变酶基因突变 解除反馈调节突变株可以大量积累末端产物解除反馈调节突变株可以大

15、量积累末端产物筛选方法：筛选方法：解除解除Lys反馈调节突变株筛选反馈调节突变株筛选野生型菌株野生型菌株诱变诱变菌细胞菌细胞正常反馈调节型正常反馈调节型解除反馈调节突变型解除反馈调节突变型28营养缺陷型菌株：营养缺陷型菌株：对某些必需的营养物质对某些必需的营养物质(如氨基酸如氨基酸)或或生长因子的合成能力出现缺陷的变异生长因子的合成能力出现缺陷的变异菌株或细胞。必须在基本培养基菌株或细胞。必须在基本培养基(如如由葡萄糖和无机盐组成的培养基由葡萄糖和无机盐组成的培养基)中中补加相应的营养成分才能正常生长。补加相应的营养成分才能正常生长。29三、谷氨酸的生物合成途径三、谷氨酸的生物合成途径p生产谷

16、氨酸的主要菌株生产谷氨酸的主要菌株p生成谷氨酸的主要酶反应生成谷氨酸的主要酶反应p谷氨酸发酵的代谢途径谷氨酸发酵的代谢途径30 GluGlu发酵常用菌种发酵常用菌种 谷氨酸棒杆菌谷氨酸棒杆菌(C.glutamicumC.glutamicum)北京棒杆菌北京棒杆菌(C.peikingC.peiking AS.1229)AS.1229)黄色短杆菌黄色短杆菌(Brevibacterium flavumBrevibacterium flavum)乳糖发酵短杆菌乳糖发酵短杆菌(B.lactofermentumB.lactofermentum)31谷氨酸的生物合成包括谷氨酸的生物合成包括32谷氨酸发酵的代

17、谢途径谷氨酸发酵的代谢途径p生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰CoA，另一部分经，另一部分经CO2固定反应生成固定反应生成草酰乙酸或苹果酸，催化草酰乙酸或苹果酸，催化CO2固定固定反应的酶有丙酮酸羧化酶、苹果酸反应的酶有丙酮酸羧化酶、苹果酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。p草酰乙酸与乙酰草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酶的作用

18、下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成成-酮戊二酸，酮戊二酸，-酮戊二酸是谷氨酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体酸合成的直接前体。p-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经还原氨基化反应生成谷氨酸经还原氨基化反应生成谷氨酸33Citrate synthase,Aconitase,ICDH,GDH酶活力强酶活力强乙醛酸循环弱乙醛酸循环弱异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱活力欠缺或微弱-酮戊二酸氧化酮戊二酸氧化能力缺失或微弱能力缺失或微弱谷氨酸脱氢酶能谷氨酸脱氢酶能力强力强l控制谷氨酸合成的重要措施控制谷氨酸合成的重要措施34l

19、乙醛酸循环的作用乙醛酸循环的作用谷氨酸发酵的代谢途径谷氨酸发酵的代谢途径乙醛酸循环途径乙醛酸循环途径可看作三羧酸循可看作三羧酸循环的支路和中间环的支路和中间产物的补给途径产物的补给途径在菌体生长期之在菌体生长期之后，进入谷氨酸后，进入谷氨酸生成期，为了大生成期，为了大量生成、积累谷量生成、积累谷氨酸氨酸 ，最好没有，最好没有异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶催化反应，封闭催化反应，封闭乙醛酸循环乙醛酸循环35四、谷氨酸生物合成的调节机制四、谷氨酸生物合成的调节机制pGluGlu产生菌主要生理生化特性产生菌主要生理生化特性 需氧，生物素（维生素需氧，生物素（维生素H H）缺陷型）缺陷型biobio-,

20、有乙有乙醛酸循环，羧化酶活性强（醛酸循环，羧化酶活性强（biobio作为辅酶）作为辅酶）柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活性高，柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活性高，GluGlu合成中存在正常反馈阻遏和反馈抑制。菌体细合成中存在正常反馈阻遏和反馈抑制。菌体细胞膜通透性差，利于胞膜通透性差，利于GluGlu胞外分泌。胞外分泌。36l生物素对乙醛酸循环的影响生物素对乙醛酸循环的影响 乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。在低浓度生物素条件琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。在低浓度生物素条件下，因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反下，

21、因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反馈抑制该酶的活性，并阻遏该酶的合成，乙醛酸循馈抑制该酶的活性，并阻遏该酶的合成，乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸-酮戊酮戊二酸二酸谷氨酸的方向高效率地移动。谷氨酸的方向高效率地移动。生物素对代谢的调控作用生物素对代谢的调控作用37l生物素控制磷脂的合成生物素控制磷脂的合成使用生物素缺陷型菌株进行谷氨酸发酵，通过限使用生物素缺陷型菌株进行谷氨酸发酵，通过限制发酵培养基中生物素的浓度控制脂肪酸生物合成，制发酵培养基中生物素的浓度控制脂肪酸生物合成，从而控制磷脂的合成从而控制磷脂的合成作用机制：生物素作为催化脂肪酸生

22、物合成最初作用机制：生物素作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰反应的关键酶乙酰CoACoA羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的合成，进而影响磷脂的合成。当磷脂合成减少到的合成，进而影响磷脂的合成。当磷脂合成减少到正常量的一半左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏正常量的一半左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏出，积累于发酵液中出，积累于发酵液中38p控制生物素添加量使菌种生产控制生物素添加量使菌种生产GluGlu 高浓度高浓度biobio增强羧化酶活性，促进羧化反应利增强羧化酶活性，促进羧化反应利于磷脂合成。于磷脂合成。低浓度低浓度biobio降低裂解酶活性，使菌体生长后关降低裂

23、解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向闭乙醛酸循环，使底物流向GluGlu合成；低浓度合成；低浓度biobio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于GluGlu胞外胞外分泌，解除反馈调节，利于分泌，解除反馈调节，利于GluGlu合成并大量积累。合成并大量积累。添加亚适量，添加亚适量，5-10g/L 5-10g/L 培养基，生产培养基，生产GluGlu39 培养前期，培养前期，bio充足，存充足，存在乙醛酸循环，中间物质在乙醛酸循环，中间物质和能量充足，长细胞，膜和能量充足，长细胞，膜磷脂合成正常，正常反馈磷脂合成正常，正常反馈调节，不积累调节，不积累

24、Glu，细胞，细胞形态正常。形态正常。8hrGlu非积累型细胞非积累型细胞Glu积累型细胞积累型细胞 培养中后期，培养中后期，bio浓度渐浓度渐低，乙醛酸途径减弱直至低，乙醛酸途径减弱直至关闭，膜磷脂合成缺陷，关闭，膜磷脂合成缺陷，膜透性增强，分泌膜透性增强，分泌Glu，解除反馈调节，大量积累解除反馈调节，大量积累Glu，细胞形态异常，未，细胞形态异常，未溶解。溶解。40五、味精生产工艺五、味精生产工艺41第三节第三节 酶的发酵生产酶的发酵生产Apply Fermentation to Produce Enzymes-淀粉酶的生产工艺举例1.生产的菌种 主要有细菌和霉菌。霉菌大多采用固态曲法生

25、产；细菌则以液态发酵生产为主。2.培养基 种子培养基：玉米粉4%、豆粕粉3%、麸皮1%、米糠1%、Na2HPO4 0.8%、NH4Cl 0.2%发酵培养基：玉米粉6%、豆粕粉3%、麸皮1%、米糠2%、Na2HPO4 0.8%423.工艺条件控制n培养基灭菌：发酵罐升温至60时加入-淀粉酶6 IU/g,对玉米粉进行液化。然后升温至121-123 ，保温40 min。n接种：将已灭菌培养液冷却至30-31，按10%接入种子液。n温度控制：芽孢杆菌用37；曲霉用32-35，培养24-48h。n通风培养：控制种子罐和发酵罐的罐压为50kPa。43第四节第四节 啤酒的生产啤酒的生产Apply Ferme

26、ntation to Produce Beer 44 水水：啤酒中水含量占：啤酒中水含量占90%90%以上，因此水对啤酒口味影以上，因此水对啤酒口味影响极大。响极大。麦芽麦芽：以啤酒大麦为原料，经浸麦、发芽、烘干、焙：以啤酒大麦为原料，经浸麦、发芽、烘干、焙焦而成，是焦而成，是“啤酒的灵魂啤酒的灵魂”。按其色度可分为淡色、浓。按其色度可分为淡色、浓色和黑色三种。色和黑色三种。辅料辅料：富含淀粉的谷类、糖类或糖浆，比例控制在：富含淀粉的谷类、糖类或糖浆，比例控制在30%30%左右。左右。酒花酒花：酿造啤酒的特殊原料（约：酿造啤酒的特殊原料（约1.4kg/t1.4kg/t）。赋予啤酒）。赋予啤酒特

27、有的香气和苦味，促进泡沫形成并提高泡沫持久性，特有的香气和苦味，促进泡沫形成并提高泡沫持久性，还具有防腐作用。还具有防腐作用。啤酒发酵的原料啤酒发酵的原料45（1）麦芽和谷物的粉碎）麦芽和谷物的粉碎（2）糖化制成麦芽汁）糖化制成麦芽汁（3）过滤分离麦糟）过滤分离麦糟（4）麦汁煮沸并添加酒花）麦汁煮沸并添加酒花（5）麦汁冷却并分离固形物）麦汁冷却并分离固形物 啤酒厂微生物工作的核心，目的是提供优良、啤酒厂微生物工作的核心，目的是提供优良、强壮的酵母。强壮的酵母。麦汁制造麦汁制造啤酒酵母的扩大培养啤酒酵母的扩大培养46麦汁煮沸的目的：麦汁煮沸的目的：1.将麦汁浓缩到规定浓度；将麦汁浓缩到规定浓度；

28、2.使酒花有效成分溶入麦汁中；使酒花有效成分溶入麦汁中；3.使麦汁中蛋白质凝固析出，提使麦汁中蛋白质凝固析出，提高啤酒的非生物稳定性；高啤酒的非生物稳定性；4.使酶失活，对麦汁进行灭菌，使酶失活，对麦汁进行灭菌，以获得定型的麦汁。以获得定型的麦汁。47传统发酵工艺分成前发酵和后发酵两个阶段。传统发酵工艺分成前发酵和后发酵两个阶段。前发酵前发酵（主发酵）：将发酵液品温控制在（主发酵）：将发酵液品温控制在9-10,发酵发酵7-10d即成嫩啤酒；即成嫩啤酒；后发酵后发酵（贮酒）：一般在（贮酒）：一般在0-3下贮酒下贮酒42-90d，以达到啤酒成熟、二氧化碳饱和和啤酒澄清的以达到啤酒成熟、二氧化碳饱和

29、和啤酒澄清的目的。目的。新型发酵工艺：一罐法，即前酵和后酵在同一发新型发酵工艺：一罐法，即前酵和后酵在同一发 酵罐完成。酵罐完成。啤酒发酵工艺啤酒发酵工艺48啤酒在长期放置过程中，内含蛋白质和多酚物啤酒在长期放置过程中，内含蛋白质和多酚物质发生聚合反应，是啤酒变浑浊的主要原因。质发生聚合反应，是啤酒变浑浊的主要原因。利用蛋白酶水解作用是防止啤酒浑浊的主要方利用蛋白酶水解作用是防止啤酒浑浊的主要方法，但要防止蛋白质水解过度。（影响啤酒泡法，但要防止蛋白质水解过度。（影响啤酒泡沫）沫）通过调节流速（酶柱法）和反应时间（分批通过调节流速（酶柱法）和反应时间（分批法），可以精确控制蛋白质的水解程度。法

30、），可以精确控制蛋白质的水解程度。二、固定化木瓜蛋白酶应用于啤酒澄清二、固定化木瓜蛋白酶应用于啤酒澄清49三、三、-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麦中大麦中-葡聚糖含量一般占干物质的葡聚糖含量一般占干物质的5-8%5-8%，它是构成，它是构成啤酒酒体和泡沫的重要成分，但含量过高在麦芽汁生啤酒酒体和泡沫的重要成分，但含量过高在麦芽汁生产阶段会使糖化醪粘度升高，麦芽汁难于过滤，延长产阶段会使糖化醪粘度升高，麦芽汁难于过滤，延长麦汁过滤时间，降低了麦芽汁得率。麦汁过滤时间，降低了麦芽汁得率。此外，过多此外，过多-葡聚糖进入发酵液后与蛋白质结合，使葡聚糖进入发酵液后与蛋白质结合，使

31、啤酒酵母容易产生早期沉降，影响发酵的正常进行。啤酒酵母容易产生早期沉降，影响发酵的正常进行。用用-葡聚糖酶降解葡聚糖酶降解-葡聚糖，提高啤酒质量葡聚糖，提高啤酒质量50四、酶法降低双乙酰（丁二酮）含量四、酶法降低双乙酰（丁二酮）含量 双乙酰是啤酒发酵过程形成的代谢副产物，双乙酰是啤酒发酵过程形成的代谢副产物，其含量是影响啤酒风味的重要因素。其含量是影响啤酒风味的重要因素。如如-乙酰乳酸乙酰乳酸-双乙酰（即丁酮酸）双乙酰（即丁酮酸）（CHCH3 3COCOCHCOCOCH3 3）当双乙酰含量大于当双乙酰含量大于0.1-0.15 mg/L0.1-0.15 mg/L，使啤酒发，使啤酒发酸，延长发酵周

32、期（啤酒不熟），所以，必酸，延长发酵周期（啤酒不熟），所以，必须降低啤酒中双乙酰含量，在实际操作中用须降低啤酒中双乙酰含量，在实际操作中用酶来降低双乙酰含量，提高啤酒的口感酶来降低双乙酰含量，提高啤酒的口感 -乙酰乳酸脱羧酶乙酰乳酸脱羧酶-乙酰乳酸乙酰乳酸-3-3-羟基丙酮羟基丙酮51（一）干啤酒的特点：（一）干啤酒的特点：与普通啤酒相比，具有发酵度高，与普通啤酒相比，具有发酵度高，一般达一般达75%75%、残糖低、热量低、口味纯和、残糖低、热量低、口味纯和干爽及饮后不流余味等特点。干爽及饮后不流余味等特点。五、酶法制造干啤酒（五、酶法制造干啤酒（dry beerdry beer）52 （二）

33、酶法制造干啤酒的关键技术：（二）酶法制造干啤酒的关键技术：提高麦汁发酵度、降低啤酒中的残糖量：提高麦汁发酵度、降低啤酒中的残糖量：1 1、提高麦汁可发酵糖的含量：、提高麦汁可发酵糖的含量：I I、添加酶制剂强化淀粉糖化添加酶制剂强化淀粉糖化 IIII、直接添加可发酵糖（如蔗糖、糖浆等）、直接添加可发酵糖（如蔗糖、糖浆等）2 2、选育高发酵度的酵母菌株：、选育高发酵度的酵母菌株：用基因工程法或细胞融合法制备高发酵度用基因工程法或细胞融合法制备高发酵度 的菌株的菌株53 强化淀粉糖化常用的方法：（1 1）添加普鲁兰酶（脱支酶）和糖化酶酿造）添加普鲁兰酶（脱支酶）和糖化酶酿造 干啤酒干啤酒 （2 2

34、）糖化和前发酵添加糖化酶酿造干啤酒，）糖化和前发酵添加糖化酶酿造干啤酒，一般在糖化阶段添加一般在糖化阶段添加 （3 3）添加真菌淀粉酶（产物为麦芽糖）酿造）添加真菌淀粉酶（产物为麦芽糖）酿造 干啤酒干啤酒 54第五节第五节 发酵乳的生产发酵乳的生产一、发酵乳的分类一、发酵乳的分类二、发酵乳的功能与特性二、发酵乳的功能与特性三、发酵乳用发酵剂三、发酵乳用发酵剂四、发酵乳生产四、发酵乳生产55（一）酒精发酵乳：（一）酒精发酵乳：概念：使用酵母和乳酸菌混合发酵剂概念：使用酵母和乳酸菌混合发酵剂 制成的发酵乳称为酒精发酵乳。制成的发酵乳称为酒精发酵乳。特点：成品中不仅含有乳酸和其它特点：成品中不仅含有

35、乳酸和其它 有机酸，还含有酒精和有机酸，还含有酒精和COCO2 2品种：品种：1 1、酸牛乳酒、酸牛乳酒 2 2、酸马奶酒、酸马奶酒56（二）乳酸发酵乳：（二）乳酸发酵乳：1 1、概念：乳酸发酵乳是经乳酸菌发酵、概念：乳酸发酵乳是经乳酸菌发酵 （不用酵母）而得到的乳制品（不用酵母）而得到的乳制品 2 2、特点：产品中含有乳酸及其它有机、特点：产品中含有乳酸及其它有机 酸和微量的芳香成分如：酸和微量的芳香成分如：丁二酮。不含酒精丁二酮。不含酒精 3 3、品种：、品种：酸乳酸乳、发酵酪乳、双歧杆菌、发酵酪乳、双歧杆菌 乳，嗜酸菌乳和发酵稀奶油乳，嗜酸菌乳和发酵稀奶油57（1 1）酸乳（）酸乳（yo

36、ghurtyoghurt）概念：乳类（奶类）经乳酸菌发酵得到的乳概念：乳类（奶类）经乳酸菌发酵得到的乳制品制品 菌种：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发菌种：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵剂酵剂（2 2）发酵酪乳发酵酪乳(fermented butter milk)概念：乳制品或制造奶油的副产物酪乳经乳概念：乳制品或制造奶油的副产物酪乳经乳 酸菌发酵的产品。酸菌发酵的产品。（加入凝乳酶是干酪）（加入凝乳酶是干酪）菌种：乳酸链球菌、乳脂链球菌等菌种：乳酸链球菌、乳脂链球菌等58 （3 3）双歧杆菌乳）双歧杆菌乳(bifidobacterium(bifidobacterium)概念：用加有双歧杆

37、菌的混合菌发酵的产物概念：用加有双歧杆菌的混合菌发酵的产物菌种：嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌菌种：嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌的混合菌的混合菌（4 4）嗜酸菌乳）嗜酸菌乳(acidophilus milk)(acidophilus milk)概念：经嗜酸乳杆菌为发酵剂制成的发酵乳概念：经嗜酸乳杆菌为发酵剂制成的发酵乳（5 5）发酵稀奶油）发酵稀奶油(fermented cream)(fermented cream)概念：稀奶油经均质，杀菌后，添加发酵菌生概念：稀奶油经均质，杀菌后，添加发酵菌生 成的产物。成的产物。菌种：乳酸链球菌、丁二酮链球菌，菌种：乳酸链球菌、丁二酮链球菌，乳脂链乳

38、脂链 球菌等。球菌等。59二、发酵乳的功能与特性二、发酵乳的功能与特性 （一）发酵乳的营养价值与功能（一）发酵乳的营养价值与功能 （二）对肠道菌群的改善作用（二）对肠道菌群的改善作用 （三）发酵乳的整肠作用及预防肠道疾病（三）发酵乳的整肠作用及预防肠道疾病 的功能的功能 （四）发酵乳的降低血中胆固醇的作用（四）发酵乳的降低血中胆固醇的作用601 1、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合 物，经发酵后其中物，经发酵后其中20-30%20-30%生成乳酸生成乳酸 2 2、蛋白质、蛋白质 ：发酵作用使蛋白变成微细的凝乳：发酵作用使蛋白变成微细的凝乳 粒，易被人体

39、消化和吸收。粒，易被人体消化和吸收。3 3、乳脂类物质、乳脂类物质4 4、维生素和矿物质、维生素和矿物质（一）发酵乳的营养价值与功能（一）发酵乳的营养价值与功能61（二）对肠道菌群的改善作用（二）对肠道菌群的改善作用1 1、增加肠道内的有益菌、增加肠道内的有益菌2 2、乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸、乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸、H H2 2O O2 2以及抗生物质对以及抗生物质对G G+菌，菌，G G-及其他一些及其他一些致病菌的抗菌作用也明显致病菌的抗菌作用也明显。（三）发酵乳的整肠作用及预防肠道疾病（三）发酵乳的整肠作用及预防肠道疾病 的功能的功能62四、发酵乳生产四、发酵乳生产63第

40、六节第六节 发酵法生产单细胞蛋白发酵法生产单细胞蛋白Apply Fermentation to Produce Single Cell Protein 一、单细胞蛋白的概念和特点一、单细胞蛋白的概念和特点 ：（1 1）单细胞蛋白（）单细胞蛋白（single cell protein,single cell protein,简称简称SCPSCP）主要指通过培养主要指通过培养单细胞微生物单细胞微生物而获得的菌而获得的菌 体蛋白。主要指酵母、细菌、真菌等微生体蛋白。主要指酵母、细菌、真菌等微生 物蛋白质资源。物蛋白质资源。（2 2）发酵法生产）发酵法生产SCPSCP的优点：的优点：不受时间和耕地制约

41、；产量高、蛋白质含不受时间和耕地制约；产量高、蛋白质含 量高且营养丰富；富集蛋白质的能力快。量高且营养丰富；富集蛋白质的能力快。64二、二、SCPSCP生产菌种和原料生产菌种和原料The Yeasts and Becteria of SCP and the Material of SCP 用于生产用于生产SCPSCP的微生物主要包括非病原细菌、的微生物主要包括非病原细菌、酵母菌、丝状真菌以及微型藻类。酵母菌、丝状真菌以及微型藻类。（一）菌种（一）菌种酵母菌：如酿酒酵母、假丝酵母（或称圆酵酵母菌：如酿酒酵母、假丝酵母（或称圆酵母母,Candida,Candida）和乳清酵母。）和乳清酵母。细菌：

42、往往用来生产饲料用单细胞蛋白，因细菌：往往用来生产饲料用单细胞蛋白，因其生长繁殖快，其蛋白质中含硫氨基酸比较其生长繁殖快，其蛋白质中含硫氨基酸比较高。高。65（二）（二）SCPSCP生产的原料生产的原料1 1、利用淀粉质原料生产、利用淀粉质原料生产SCPSCP2 2、利用烷烃化合物生产、利用烷烃化合物生产SCPSCP3 3、利用糖蜜原料生产、利用糖蜜原料生产SCP SCP 4 4、纤维素质原料生产、纤维素质原料生产SCP SCP 5 5、利用工业废液生产、利用工业废液生产SCP SCP 66三、三、SCPSCP的发酵生产的发酵生产 The Preparation of SCP Fermenta

43、tion 原料斜面菌种 扩大培养 发酵培养 分离 干燥 饲用蛋白菌体细胞 洗涤 水解 分离浓缩 蛋白质抽提物纯化 喷雾干燥 食用蛋白粉 需要通过需要通过安全性评价安全性评价671 1、在化学分解或酶解基础上培养、在化学分解或酶解基础上培养SCPSCP生产生产酵母菌酵母菌 淀粉淀粉液化液化糖化糖化葡萄糖葡萄糖发酵发酵-SCP-SCP以淀粉质为原料生产以淀粉质为原料生产SCP682 2、混合菌培养（同步糖化发酵法、水解发酵并、混合菌培养（同步糖化发酵法、水解发酵并行法）行法）-SSF-SSF工艺工艺 培养黑曲霉（或其它降解淀粉的菌株）培养黑曲霉（或其它降解淀粉的菌株）培养产朊假丝酵母菌种培养产朊假

44、丝酵母菌种接入培养基接入培养基发酵发酵精制工艺精制工艺 SCP SCP分离纯化分离纯化SCPSCP 培养基组成培养基组成：8%8%淀粉淀粉+0.05%MgSO+0.05%MgSO4 47H7H2 2O+O+0.1%KH 0.1%KH2 2POPO4 4+0.6%+0.6%硫氨硫氨+0.4+0.4尿素尿素 3 3、单独培养能够同化淀粉的、单独培养能够同化淀粉的SCPSCP生产工程菌生产工程菌 （实际应用并不多，仍处在研究阶段）（实际应用并不多，仍处在研究阶段）69 混合培养工艺的关混合培养工艺的关键是要对键是要对SCP生产菌生产菌与其他不同菌种的组与其他不同菌种的组合进行比较试验，以合进行比较试

45、验，以期获得共生特性良好期获得共生特性良好的组合菌株。的组合菌株。70（二）二）工艺流程：工艺流程：黄浆水黄浆水过滤过滤用用H H2 2SOSO4 4酸化酸化煮沸煮沸去渣去渣 （含还原糖（含还原糖0.1%,0.1%,总糖总糖0.4%,0.4%,粗蛋白粗蛋白0.12%,0.12%,总固型物总固型物1.8%,1.8%,）用氨水调用氨水调pHpH至至55大罐大罐发酵发酵过滤过滤湿品湿品 菌种菌种干燥干燥干品（干品（30300 0C C，通风）（，通风）（156156目）目）白地酶是一种类似酵母的地霉属真菌，其白地酶是一种类似酵母的地霉属真菌，其菌体含蛋白菌体含蛋白46%46%以上，以上，VB1VB1

46、、VB2VB2也相当丰富、也相当丰富、营养价值很高，可供食用及饲料用。营养价值很高，可供食用及饲料用。利用分离蛋白和豆腐黄浆水生产白地酶利用分离蛋白和豆腐黄浆水生产白地酶SCP71玉米皮玉米皮(湿粉渣湿粉渣)加稀酸水解加稀酸水解水解液水解液(含糖可达含糖可达5 5以上以上)用氨水中和用氨水中和 过过滤除去滤渣滤除去滤渣滤液一接酵母种发酵滤液一接酵母种发酵离心离心分离分离干燥干燥粉碎粉碎 成品成品利用玉米皮生产利用玉米皮生产SCP72预处理预处理酶解酶解发酵路线发酵路线酸解酸解发酵路线发酵路线混合发酵法混合发酵法利用纤维素类原料生产利用纤维素类原料生产SCP球磨球磨高压蒸煮高压蒸煮膨化膨化73四

47、、四、SCPSCP的分离提纯的分离提纯 The Separation and Purification of SCP分离提取工艺的关键技术：分离提取工艺的关键技术：(一一)破除破除SCPSCP生产菌体细胞壁生产菌体细胞壁(二二)降低降低SCPSCP产品的产品的RNARNA含量含量74（一）破除（一）破除SCPSCP生产菌体细胞壁生产菌体细胞壁1 1、化学法化学法 ：用不同化合物处理菌体，如：氢：用不同化合物处理菌体，如：氢氧化钠，乙酸、柠檬酸、氯仿等去除细胞壁或氧化钠，乙酸、柠檬酸、氯仿等去除细胞壁或增加其通透性。增加其通透性。2 2、酶法酶法 ：一般将活性菌体置于一定温度下，：一般将活性菌体

48、置于一定温度下，以激活胞内以激活胞内-葡聚糖酶，使细胞壁发生自溶。葡聚糖酶，使细胞壁发生自溶。或者加入外酶。或者加入外酶。3 3、机械法机械法：包括高压均质，球磨研磨法，超：包括高压均质，球磨研磨法，超声波破碎法，冷冻声波破碎法，冷冻-解冻交替处理法。解冻交替处理法。7576（二）降低（二）降低SCPSCP产品的产品的RNARNA含量含量1 1、碱法碱法：细胞壁去除后直接加入碱（温度：细胞壁去除后直接加入碱（温度55-55-80800 0C C，pH10-12.5pH10-12.5），但容易使蛋白质变性。），但容易使蛋白质变性。2 2、酶法酶法:细胞壁去除后的细胞浆液放置于细胞壁去除后的细胞浆

49、液放置于50-50-55550 0C C下保温，会激活下保温，会激活RNARNA分解酶。但缺点是在分解酶。但缺点是在激活激活RNARNA分解酶的同时会激活细胞内的蛋白酶，分解酶的同时会激活细胞内的蛋白酶，会引起蛋白质降解，甚至会导致其功能性质发会引起蛋白质降解，甚至会导致其功能性质发生改变。生改变。3 3、化学修饰法化学修饰法 ：磷酰氯（：磷酰氯（POCIPOCI3 3）PH9.0 PH9.0 或或 琥珀酸琥珀酸PH9.0PH9.04 4、盐法盐法：NaBrNaBr、NaNONaNO3 3、NaClONaClO4 4等都可以去等都可以去除除SCPSCP中的中的RNARNA。77五、五、SCPS

50、CP的功能特性。的功能特性。The Function and Properties of SCPThe Function and Properties of SCP（一）（一）胶凝性胶凝性（黏度或流动度、弹性，可塑性、（黏度或流动度、弹性，可塑性、强度等）它有很好的胶凝性有助于食品形成凝强度等）它有很好的胶凝性有助于食品形成凝胶，凝胶独特的结构，使之具有良好的保水性，胶，凝胶独特的结构，使之具有良好的保水性，较高的弹性、粘度和可塑性。较高的弹性、粘度和可塑性。（二）（二）水合性水合性：保持食品的水分，口感和风味：保持食品的水分，口感和风味（三）（三）乳化性乳化性：可以使食品的组织结构均匀。：可