食品生物技术复印用综述课件

第三章发酵工程及其在食品工业中的应用

TheApplicationofFermentationEngineeringinFoodIndustry1第三章发酵工程及其在食品工业中的应用

TheAppli第一节前言自然发酵阶段纯种发酵技术的建立（十九世纪末）深层发酵技术的建立代谢控制发酵技术（1950-1960）发酵原料的拓展与发酵设备的改进（60年代初期，石油发酵时期）基因工程菌的构建（1970-）2第一节前言自然发酵阶段2固态（体）发酵微生物在湿的固体培养基上生长、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。3固态（体）发酵微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵

优点：培养基简单且来源广泛不需要严格的无菌操作发酵残渣处理简单，废水排放少分生孢子可作为种子，能长期保存和重复利用4优点：4

缺点：培养基不均匀且不易搅拌，使得发酵参数的检测和控制都比较困难连续操作和自动化很困难劳动强度大，占地面积大，易污染杂菌。5缺点：5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。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

优点：培养基均匀，容易控制发酵参数，选择最佳培养条件易于实现大规模工业化、标准化、自动化生产，生产效率高-----主要发酵生产工艺7优点：7发酵工程的一般工艺过程菌种的选育培养基的配制与优化培养基的灭菌种子扩大培养（试管-摇瓶-种子罐）微生物发酵生产发酵液的后提取8发酵工程的一般工艺过程菌种的选育86.具有抗噬菌体感染的能力遗传特性稳定，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7.菌种为非病原菌96.具有抗噬菌体感染的能力遗传特性稳定，不易变异退化2.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。10发酵微生物的来源从自然界分离筛选10诱变育种（物理诱变；化学诱变）基因重组改良11诱变育种11碳源有机和无机碳源2.氮源有机和无机氮源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12碳源有机和无机碳源2.氮源有机和无机氮源3.13131414机械搅拌通风发酵罐示意图15机械搅拌通风发酵罐示意图15发酵过程的中间分析同样的菌种、同样的培养基在不同工厂、不同批次会得到不同的结果微生物代谢是一个复杂的系统，它的代谢呈网络形式，环境条件的差异会引发代谢朝不同的方向进行16发酵过程的中间分析同样的菌种、同样的培养基在不同工厂、不同批代谢途径的一览图

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。17代谢途径的一览图17发酵过程的代谢参数按性质

可分三类：

物理参数：温度、搅拌速度、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气量等化学参数：基质浓度、pH、产物浓度、核酸量等

生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体生长速率、呼吸强度、关键酶活力等18发酵过程的代谢参数按性质

可分三类：物理参数：温度、搅拌速第二节氨基酸工业代谢控制发酵19第二节氨基酸工业代谢控制发酵19一、氨基酸工业现状及发展方向近40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20世纪60年代50种左右，发展到20世纪80年代的400种，目前已达1000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达100多种。氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。氨基酸中有8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L-赖氨酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。20一、氨基酸工业现状及发展方向近40多年来，国内外在研究

氨基酸的生产方法

抽提法（水解蛋白质）化学合成法生物法（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21

氨基酸的生产方法

抽提法（水解蛋白质）21谷氨酸发酵的历史1866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，将此氨基酸命名为谷氨酸1872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸1890年沃尔夫利用α-酮戊酸经溴化后合成DL-谷氨酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取了谷氨酸，并在1908年开始制造商品味之素1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。22谷氨酸发酵的历史1866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面氨基酸发酵的现状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。2000年氨基酸产量达237万吨，销售额接近45亿美元，占生物技术产品销售额的7％。目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和中国。23氨基酸发酵的现状自从发酵法生产谷氨酸成功以后，世界各国纷纷开我国氨基酸发酵的发展我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解面筋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，1949年全国味精总产量不到500吨。1965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。1965年以后，我国味精生产全部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1985年全国味精生产企业达到140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，进一步推动了味精生产的快速发展。发酵法L-赖氨酸生产起步于20世纪70年代，当时仅有上海天厨味精厂少量生产，以实用为主，1981年在广西建成年产100吨食品级L-赖氨酸试验工厂，于1987年投产。24我国氨基酸发酵的发展我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解二、微生物代谢控制发酵微生物的经济化学与合目的性EconomicBiochemistry（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，有很高经济效益Telenomic（合目的性）：微生物按需要有目的进行物质合成的能力25二、微生物代谢控制发酵微生物的经济化学与合目的性25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。

代谢控制发酵方法：1、菌种遗传改造2、发酵条件控制26代谢控制发酵的定义代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育野生型菌株诱变解除反馈调节突变株AR-或AO-AR-＋AO-酶基因突变

解除反馈调节突变株可以大量积累末端产物筛选方法：解除Lys反馈调节突变株筛选野生型菌株诱变菌细胞正常反馈调节型解除反馈调节突变型27解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育野生型菌株诱变解除反馈调节营养缺陷型菌株：对某些必需的营养物质(如氨基酸)或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(如由葡萄糖和无机盐组成的培养基)中补加相应的营养成分才能正常生长。

28营养缺陷型菌株：28三、谷氨酸的生物合成途径生产谷氨酸的主要菌株生成谷氨酸的主要酶反应谷氨酸发酵的代谢途径29三、谷氨酸的生物合成途径生产谷氨酸的主要菌株29

Glu发酵常用菌种谷氨酸棒杆菌(C.glutamicum)北京棒杆菌(C.peikingAS.1229)黄色短杆菌(Brevibacteriumflavum)乳糖发酵短杆菌(B.lactofermentum)3030谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（glycolysis,EMP途径）戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway，HMP途径）三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle）乙醛酸循环(glyoxylatecycle)丙酮酸羧化支路（CO2固定反应）等31谷氨酸的生物合成包括31谷氨酸发酵的代谢途径生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰CoA，另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸或苹果酸，催化CO2固定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。草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体。α-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32谷氨酸发酵的代谢途径生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作Citratesynthase,Aconitase,ICDH,GDH酶活力强乙醛酸循环弱异柠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脱氢酶能力强控制谷氨酸合成的重要措施33Citratesynthase,Aconitase,I乙醛酸循环的作用谷氨酸发酵的代谢途径乙醛酸循环途径可看作三羧酸循环的支路和中间产物的补给途径在菌体生长期之后，进入谷氨酸生成期，为了大量生成、积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶催化反应，封闭乙醛酸循环34乙醛酸循环的作用谷氨酸发酵的代谢途径乙醛酸循环途径可看作三羧四、谷氨酸生物合成的调节机制Glu产生菌主要生理生化特性需氧，生物素（维生素H）缺陷型bio-,有乙醛酸循环，羧化酶活性强（bio作为辅酶）柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活性高，Glu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Glu胞外分泌。35四、谷氨酸生物合成的调节机制Glu产生菌主要生理生化特性35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、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→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地移动。生物素对代谢的调控作用36生物素对乙醛酸循环的影响生物素对代谢的调控作用36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CoA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37生物素控制磷脂的合成37控制生物素添加量使菌种生产Glu高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利于磷脂合成。低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向Glu合成；低浓度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于Glu合成并大量积累。

添加亚适量，5-10μg/L培养基，生产Glu38控制生物素添加量使菌种生产Glu38培养前期，bio充足，存在乙醛酸循环，中间物质和能量充足，长细胞，膜磷脂合成正常，正常反馈调节，不积累Glu，细胞形态正常。8hrGlu非积累型细胞Glu积累型细胞培养中后期，bio浓度渐低，乙醛酸途径减弱直至关闭，膜磷脂合成缺陷，膜透性增强，分泌Glu，解除反馈调节，大量积累Glu，细胞形态异常，未溶解。39培养前期，bio充足，存在乙醛酸循环，中间物质和能量五、味精生产工艺40五、味精生产工艺40第三节酶的发酵生产

ApplyFermentationtoProduceEnzymes

α-淀粉酶的生产工艺举例生产的菌种

主要有细菌和霉菌。霉菌大多采用固态曲法生产；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%、Na2HPO40.8%、NH4Cl0.2%

发酵培养基：玉米粉6%、豆粕粉3%、麸皮1%、米糠2%、Na2HPO40.8%41第三节酶的发酵生产

ApplyFermentation3.工艺条件控制培养基灭菌：发酵罐升温至60℃时加入α-淀粉酶6IU/g,对玉米粉进行液化。然后升温至121-123℃，保温40min。

接种：将已灭菌培养液冷却至30-31℃，按10%接入种子液。温度控制：芽孢杆菌用37℃；曲霉用32-35℃，培养24-48h。通风培养：控制种子罐和发酵罐的罐压为50kPa。423.工艺条件控制培养基灭菌：发酵罐升温至60℃时加入α-淀第四节啤酒的生产

ApplyFermentationtoProduceBeer

43第四节啤酒的生产

ApplyFermentation

水：啤酒中水含量占90%以上，因此水对啤酒口味影响极大。

麦芽：以啤酒大麦为原料，经浸麦、发芽、烘干、焙焦而成，是“啤酒的灵魂”。按其色度可分为淡色、浓色和黑色三种。辅料：富含淀粉的谷类、糖类或糖浆，比例控制在30%左右。

酒花：酿造啤酒的特殊原料（约1.4kg/t）。赋予啤酒特有的香气和苦味，促进泡沫形成并提高泡沫持久性，还具有防腐作用。啤酒发酵的原料44啤酒发酵的原料44（1）麦芽和谷物的粉碎（2）糖化制成麦芽汁（3）过滤分离麦糟（4）麦汁煮沸并添加酒花（5）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、强壮的酵母。麦汁制造啤酒酵母的扩大培养45（1）麦芽和谷物的粉碎麦汁制造啤酒酵母的扩大培养45麦汁煮沸的目的：1.将麦汁浓缩到规定浓度；2.使酒花有效成分溶入麦汁中；3.使麦汁中蛋白质凝固析出，提高啤酒的非生物稳定性；4.使酶失活，对麦汁进行灭菌，以获得定型的麦汁。

46麦汁煮沸的目的：46传统发酵工艺分成前发酵和后发酵两个阶段。

前发酵（主发酵）：将发酵液品温控制在9-10℃,发酵7-10d即成嫩啤酒；

后发酵（贮酒）：一般在0-3℃下贮酒42-90d，以达到啤酒成熟、二氧化碳饱和和啤酒澄清的目的。新型发酵工艺：一罐法，即前酵和后酵在同一发酵罐完成。啤酒发酵工艺47传统发酵工艺分成前发酵和后发酵两个阶段。啤酒发酵工艺47

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。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。（影响啤酒泡沫）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。二、固定化木瓜蛋白酶应用于啤酒澄清48

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，是三、β-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麦中β-葡聚糖含量一般占干物质的5-8%，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。此外，过多β-葡聚糖进入发酵液后与蛋白质结合，使啤酒酵母容易产生早期沉降，影响发酵的正常进行。用β-葡聚糖酶降解β-葡聚糖，提高啤酒质量49三、β-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麦中β-葡聚糖含量一般占干四、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，其含量是影响啤酒风味的重要因素。如α-乙酰乳酸-→双乙酰（即丁酮酸）（CH3COCOCH3）当双乙酰含量大于0.1-0.15mg/L，使啤酒发酸，延长发酵周期（啤酒不熟），所以，必须降低啤酒中双乙酰含量，在实际操作中用酶来降低双乙酰含量，提高啤酒的口感

α-乙酰乳酸脱羧酶α-乙酰乳酸---------------→3-羟基丙酮50四、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（一）干啤酒的特点：

与普通啤酒相比，具有发酵度高，一般达75%、残糖低、热量低、口味纯和干爽及饮后不流余味等特点。五、酶法制造干啤酒（drybeer）51（一）干啤酒的特点：五、酶法制造干啤酒（drybeer）5（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：

1、提高麦汁可发酵糖的含量：I、添加酶制剂强化淀粉糖化II、直接添加可发酵糖（如蔗糖、糖浆等）2、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的菌株52（二）酶法制造干啤酒的关键技术：52强化淀粉糖化常用的方法：

（1）添加普鲁兰酶（脱支酶）和糖化酶酿造干啤酒（2）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（3）添加真菌淀粉酶（产物为麦芽糖）酿造干啤酒53强化淀粉糖化常用的方法：（1）添加普鲁兰酶（脱支酶）

第五节发酵乳的生产

一、发酵乳的分类二、发酵乳的功能与特性三、发酵乳用发酵剂

四、发酵乳生产54

第五节发酵乳的生产

一、发酵乳的分类54（一）酒精发酵乳：

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。特点：成品中不仅含有乳酸和其它有机酸，还含有酒精和CO2品种：1、酸牛乳酒2、酸马奶酒55（一）酒精发酵乳：概念：使用酵母和乳酸菌混合发酵剂55（二）乳酸发酵乳：

1、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

2、特点：产品中含有乳酸及其它有机酸和微量的芳香成分如：丁二酮。不含酒精

3、品种：酸乳、发酵酪乳、双歧杆菌乳，嗜酸菌乳和发酵稀奶油56（二）乳酸发酵乳：1、概念：乳酸发酵乳是经乳（1）酸乳（yoghurt）概念：乳类（奶类）经乳酸菌发酵得到的乳制品菌种：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵剂（2）发酵酪乳(fermentedbuttermilk)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。（加入凝乳酶是干酪）菌种：乳酸链球菌、乳脂链球菌等57（1）酸乳（yoghurt）概念：乳类（奶类）经乳酸菌发（3）双歧杆菌乳(bifidobacterium)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的混合菌（4）嗜酸菌乳(acidophilusmilk)概念：经嗜酸乳杆菌为发酵剂制成的发酵乳（5）发酵稀奶油(fermentedcream)概念：稀奶油经均质，杀菌后，添加发酵菌生成的产物。菌种：乳酸链球菌、丁二酮链球菌，乳脂链球菌等。58（3）双歧杆菌乳(bifidobacterium)概念：用二、发酵乳的功能与特性

（一）发酵乳的营养价值与功能（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的功能（四）发酵乳的降低血中胆固醇的作用59二、发酵乳的功能与特性（一）发酵乳的营养价值与功能591、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合物，经发酵后其中20-30%生成乳酸2、蛋白质：发酵作用使蛋白变成微细的凝乳粒，易被人体消化和吸收。3、乳脂类物质4、维生素和矿物质（一）发酵乳的营养价值与功能601、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合（一）发酵乳的营养价（二）对肠道菌群的改善作用1、增加肠道内的有益菌2、乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸、H2O2以及抗生物质对G+菌，G-及其他一些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的功能61（二）对肠道菌群的改善作用1、增加肠道内的有益菌（三）发酵乳四、发酵乳生产62四、发酵乳生产62第六节发酵法生产单细胞蛋白

ApplyFermentationtoProduceSingleCellProtein

一、单细胞蛋白的概念和特点：（1）单细胞蛋白（singlecellprotein,简称SCP）主要指通过培养单细胞微生物而获得的菌体蛋白。主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。（2）发酵法生产SCP的优点：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。63第六节发酵法生产单细胞蛋白

ApplyFermentat二、SCP生产菌种和原料

TheYeastsandBecteriaofSCPandtheMaterialofSCP

用于生产SCP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。（一）菌种酵母菌：如酿酒酵母、假丝酵母（或称圆酵母,Candida）和乳清酵母。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高。64二、SCP生产菌种和原料

TheYeastsandBe（二）SCP生产的原料1、利用淀粉质原料生产SCP2、利用烷烃化合物生产SCP3、利用糖蜜原料生产SCP4、纤维素质原料生产SCP5、利用工业废液生产SCP65（二）SCP生产的原料1、利用淀粉质原料生产SCP65三、SCP的发酵生产

ThePreparationofSCPFermentation

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

需要通过安全性评价66三、SCP的发酵生产

ThePreparation1、在化学分解或酶解基础上培养SCP生产酵母菌

淀粉→液化→糖化→葡萄糖→发酵---SCP以淀粉质为原料生产SCP671、在化学分解或酶解基础上培养SCP生产酵母菌以淀粉质为原2、混合菌培养（同步糖化发酵法、水解发酵并行法）---SSF工艺

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→接入培养基→发酵→精制工艺→SCP分离纯化→SCP

培养基组成：8%淀粉+0.05%MgSO4·7H2O+0.1%KH2PO4+0.6%硫氨+0.4尿素

3、单独培养能够同化淀粉的SCP生产工程菌

（实际应用并不多，仍处在研究阶段）682、混合菌培养（同步糖化发酵法、水解发酵并行法）---SSF

混合培养工艺的关键是要对SCP生产菌与其他不同菌种的组合进行比较试验，以期获得共生特性良好的组合菌株。69混合培养工艺的关键是要对（二）工艺流程：黄浆水→过滤→用H2SO4酸化→煮沸→去渣→（含还原糖0.1%,总糖0.4%,粗蛋白0.12%,总固型物1.8%,）用氨水调pH至5→大罐→发酵→过滤→湿品→

菌种干燥→干品（300C，通风）（156目）白地酶是一种类似酵母的地霉属真菌，其菌体含蛋白46%以上，VB1、VB2也相当丰富、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SCP70（二）工艺流程：白地酶是一种类似酵母的地霉属真菌玉米皮(湿粉渣)→加稀酸水解→水解液(含糖可达5％以上)→用氨水中和→过滤除去滤渣→滤液一接酵母种发酵→离心分离→干燥→粉碎→成品利用玉米皮生产SCP71玉米皮(湿粉渣)→加稀酸水解→水解液(含糖可达5％以上)预处理—酶解—发酵路线酸解—发酵路线混合发酵法利用纤维素类原料生产SCP球磨高压蒸煮膨化72预处理—酶解—发酵路线利用纤维素类原料生产SCP球磨72四、SCP的分离提纯

TheSeparationandPurificationofSCP分离提取工艺的关键技术：(一)破除SCP生产菌体细胞壁(二)降低SCP产品的RNA含量

73四、SCP的分离提纯

TheSeparationand（一）破除SCP生产菌体细胞壁1、化学法：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增加其通透性。2、酶法：一般将活性菌体置于一定温度下，以激活胞内β-葡聚糖酶，使细胞壁发生自溶。或者加入外酶。3、机械法：包括高压均质，球磨研磨法，超声波破碎法，冷冻-解冻交替处理法。74（一）破除SCP生产菌体细胞壁1、化学法：用不同化合物处理7575（二）降低SCP产品的RNA含量

1、碱法：细胞壁去除后直接加入碱（温度55-800C，pH10-12.5），但容易使蛋白质变性。2、酶法:细胞壁去除后的细胞浆液放置于50-550C下保温，会激活RNA分解酶。但缺点是在激活RNA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生改变。3、化学修饰法：磷酰氯（POCI3）PH9.0或琥珀酸PH9.04、盐法：NaBr、NaNO3、

NaClO4等都可以去除SCP中的RNA。76（二）降低SCP产品的RNA含量

1、碱法：细胞壁去除后直接五、SCP的功能特性。

TheFunctionandPropertiesofSCP

（一）胶凝性（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。（二）水合性：保持食品的水分，口感和风味（三）乳化性：可以使食品的组织结构均匀。

77五、SCP的功能特性。

TheFunctionandP（一）HADY的制作技术将含水分70%-73%新鲜活性酵母干燥为含水分为4-6%的HADY。

关键技术：1、酵母菌种的选育（耐高温、糖化能力强等）2、HADY的培养和发酵生产3、干燥前加入膨胀剂或稳定剂（或进行高渗溶液处理）4、HADY的造粒（颗粒细小、多孔较适宜）5、绝氧条件下保存（可保存1-2年）六、高活性干酵母的生产及其应用78（一）HADY的制作技术将含水分70%-73%新鲜活性酵（二）HADY特性及其应用1、高活性干面包酵母2、酒精生产、酿酒用的高活性干酵母3、适用于制造酵母抽提物的HADY79（二）HADY特性及其应用1、高活性干面包酵母79第二节螺旋藻的培养生产及其应用80第二节螺旋藻的培养生产及其应用80第二节螺旋藻的培养生产及其应用81第二节螺旋藻的培养生产及其应用818282螺旋藻是一类低等植物，它们与细菌一样，细胞内没有真正的细胞核（属原核生物），所以又称蓝细菌。

83螺旋藻是一类低等植物，它们83第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（1）：35亿年前，螺旋藻诞生的时候，我们的地球还是一个无氧的世界。原始的大气是由氨、氮、甲烷、氢气、水蒸汽组成的。螺旋藻是光合生物的始祖，它有光合作效率极高的光系统，在太阳光的作用下，迅速繁殖，同时放出氧气，经过亿万年的积累，使我们的星球成为有氧世界，为以后五光十色的高级生物界的进化提供了条件。最原始的生物都是在海洋中以藻类为食物进化发展而后上岸衍化为今天的生物，可以说光合作用下产生的螺旋藻就是生命的起源。84第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（1）：35亿年前，螺旋第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（2）：螺旋藻同新大陆一起被发现，1492年哥伦布探险，发现当地庇提克族从湖中采集一种绿色丝状物作为食品，他觉得奇异，在航海日志中做了详细记载。当地生活环境十分恶劣，资源贫瘠，医药缺乏，但土族居民却身体健壮、皮肤细腻、少病多寿。现代医学证明：螺旋藻作为地球上最古老的植物，是目前所知营养成分最全面、最均衡的食品之一，被联合国粮农组织（FAO）誉为“最理想的食品”。85第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（2）：螺旋藻同新大陆一第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（3）：它含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、不饱和脂肪酸、胡罗卜素等多种维生素、矿物质和微量元素。1g螺旋藻的营养成分相当于1000g各类蔬菜总和，其蛋白质的含量是大豆、鸡蛋的五倍，是大米的十倍、鱼肉的三倍。

86第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（3）：它含有丰富的蛋白第二节螺旋藻的培养生产及其应用

前言（4）：目前国内外应用于生产的螺旋藻主要有三种:钝顶螺旋藻(SP.Platensis)、极大螺旋藻(SP.Maxcima)和盐泽螺旋藻(SP.Subsalsa)。

世界三大天然螺旋藻生产基地：

非洲的乍得湖、墨西哥的迪斯科克湖、中国云南丽江的程海湖

87第二节螺旋藻的培养生产及其应用前言（4）：目前国内一、螺旋藻的特点及其药理评价

（一）藻类的特点：

1、螺旋藻营养丰富.含蛋白质50%～70%（蛋白质质量达到理想蛋白质标准），是牛肉的3倍，猪肝的4倍，鸡蛋的5倍，大米的10倍，碳水化合物含量丰富15～20%，其中含有7

～8%的活性多糖（有功能性作用）。脂肪和胆固醇含量低，脂肪仅为4%，其中γ-亚油酸占1%。螺旋藻与几种食品蛋白质含量比较

食品种类蛋白质含量(%)

小麦

6～10大米

7

大豆

33～36牛肉

18～20

鸡蛋

18螺旋藻

50～7088一、螺旋藻的特点及其药理评价（一）藻类的特点：88一、螺旋藻的特点及其药理评价（一）藻类的特点：

2、生长速度快。3、细胞壁薄，纤维素含量低，很易消化吸收，消化率达95%，而小球藻为46%。89一、螺旋藻的特点及其药理评价（一）藻类的特点：89

（二）螺旋藻的药理价值螺旋藻含高量的叶绿素(镁的化合物)，富有植物性蛋白质，再加上B1、B2泛酸和锌，可以促使天然胰岛素产生。具有降低血糖，消除疲劳，增强体质的神奇效果。螺旋藻可降低人体所含的胆固醇量，从而可以减轻高血压和心脏病症状或减少发病的机会。对于胃酸过多的胃病患者，螺旋藻是碱性食品，加上具有极易吸收的丰富营养成份，对于胃病症状有明显的效果。螺旋藻含有极为丰富的铁质和叶绿素，对贫血症效果显著。螺旋藻能对肝病患者提供高蛋白质和高维生素，从而使病人得到改善和好转。因此，高蛋白质的螺旋藻是护肝的良方。90（二）螺旋藻的药理价值螺旋藻含高量的叶绿素(镁的化合物)，（二）螺旋藻的药理价值螺旋藻可以消除由水银及药物引起的肾毒素，起到保护肾脏的作用。螺旋藻所含的不饱和脂肪酸、γ-亚麻酸对于风湿性关节炎患者很有帮助。螺旋藻能为人体提供丰富的维生素和矿物质，可解决营养不良的问题，对婴儿尤为见效。螺旋藻可以减肥，在美国、欧洲等国家已成为风潮，其方法是在进食前30分钟或1小时服下数克螺旋藻，从而令身体既不缺乏营养又可减少热量的摄取，以达到减肥目的。具有美容抗衰老作用，调整植物神经紊乱、去暗疮、黄褐斑、及因化妆造成的皮肤粗糙、黑斑等脸部病患。91（二）螺旋藻的药理价值螺旋藻可以消除由水银及药物引起的肾毒素（二）螺旋藻的药理价值螺旋藻对放射性污染有清除作用。受前苏联切尔若贝核电站核辐射的小孩服用螺旋藻20天尿检核辐射水平下降50％。也可以防电视X线等辐射作用。由于螺旋藻是含有最丰富的天然β—胡萝卜素的食物，对多种癌症有抑制作用，包括肺癌、喉癌、胃癌、肝癌、肠道癌、食道癌、乳癌及子宫癌。经常摄取足量的螺旋藻被认为是防癌的一种饮食方式。此外，螺旋藻还能增强人的视力，加速伤口的愈合，缩短病人康复所需的时间；对于失眠、情绪抑郁、精神分裂亦具有良好功效。92（二）螺旋藻的药理价值螺旋藻对放射性污染有清除作用。受前苏联（三）螺旋藻的经济效益生产螺旋藻有很好的经济效益,据估算一亩水田的螺旋藻生产效益相当于736亩水稻或658亩水麦或403亩玉米或303亩大豆,因此螺旋藻具有巨大的生产优势和潜力。

93（三）螺旋藻的经济效益生产螺旋藻有很好的经济效益,据估算一亩二、螺旋藻的化学组成和营养类型（一）螺旋藻的化学组成蛋白质50～70%，碳水化合物19%，色素6%（主要为β-胡萝卜素、叶绿素等，β-胡萝卜素可以转化为VA），脂类4%（不含胆固醇），纤维素3%，维生素和矿物质。94二、螺旋藻的化学组成和营养类型（一）螺旋藻的化学组成94（二）螺旋藻的营养类型1、光合自养型：在光照下生长，CO2作为唯一的碳源同化为细胞结构，生长所需能量仅仅来自于光。2、营养缺陷型：由于发生代谢障碍，生长时至少需加入一种较低浓度的有机物，但这个有机物不是作为碳源和能源。3、混合营养型：在光照和CO2存在下生长，还必须加入至少一种有机底物，这种底物能进行光合代谢。

4、异养型（黑暗中），能利用一种或多种有机物作为能源和碳源，CO2可要可不要，能在黑暗中生长。95（二）螺旋藻的营养类型1、光合自养型：在光照下生长，CO29696三、螺旋藻的生产

（一）光合自养型生长培养螺旋藻（二）混合营养型高细胞密度培养螺旋藻1967年，比利时植物学家从食用螺旋藻中分离出纯种螺旋藻97三、螺旋藻的生产（一）光合自养型生长培养螺旋藻196（一）光合自养型生长培养螺旋藻1、培养步骤（在实验室光合自氧培养螺旋藻的步骤如下：（1）种子培养（2）分批摇瓶培养（3）光合自氧培养98（一）光合自养型生长培养螺旋藻1、培养步骤（在实验室光合自2、培养条件，PH，温度，氮源、光照（1）pH8.3～11,大于11不利（2）温度：耐热性好，最适温度为：35～37℃（3）氮源：能利用无机氮源，铵盐和尿素（4）光照：太阳光和荧光992、培养条件，PH，温度，氮源、光照（1）pH8.3～11,

3、影响因素：

(1)光强度(2)温度(3)CO2浓度(4)氧100100（1）光强度的影响：

A、用释放的氧量来衡量光合作用速率（因生成氧）。X：光限制区，Y:光饱和区；A--250C，B--150C，A--250C，0.4%CO2B--150C，0.4%CO2C--250C，0.01%CO2101（1）光强度的影响：A、用释放的氧量来衡量光合作用速率（因B、结论：

I、当光浓度（强度）低时，随着光强度增大，光合作用线性递增。II、当光浓度（强度）达到一定值时（光饱和区），随着光强度增大，光合作用保持不变。102B、结论：

I、当光浓度（强度）低时，随着光强度增大，光合作（2）温度的影响：A、在低光强度时，光合速率对温度不敏感，也就是说：低温和高温光合速率是相同的。B、但在高光强度时，光合速率随着温度升高而升高A--250C，B--150C，103（2）温度的影响：A、在低光强度时，光合速率对温度不敏感，也（3）CO2浓度的影响：

A:0.4%CO2250CC:0.01%CO2250CA、在低光强度(光限制区)，CO2浓度不影响光合作用速率。B、在高光强度，随着CO2浓度增大，光合作用速率增大。CO2浓度为0.1%时,光合作用速率最快，一般大气中的CO2浓度（0.03-0.04%）低于0.1%。104（3）CO2浓度的影响：A:0.4%CO2250四、螺旋藻的分离方法：

三个步骤：（一）初级分离：过滤法、离心和絮凝法；（二）次级分离（脱水）：离心法、重力过滤法和沙床过滤；（三）第三级分离（干燥）：通过机械（滚筒）干燥法。105四、螺旋藻的分离方法：三个步骤：105（一）废水的化学指标化学需氧量-----COD(chemicaloxygendemand化学好氧量)----是指用强氧化剂使被测废水中有机物进行化学氧化时所消耗的氧。生化需氧量-----BOD(biochemicaloxygendemand)----是指1L废水中的有机污染物在好氧微生物作用下进行氧化分解时消耗的氧容量。实际测量时常用BOD5，即水样在200C条件下培养5d的生化需氧量。总需氧量---TOD，有机物燃烧氧化的总需氧量。五、藻类在废水处理中应用106（一）废水的化学指标化学需氧量-----COD(chemic（二）废水的生物指标1、细菌总数2、大肠菌群数3、生物检测（三）废水生物处理的可行性指标BOD5/COD—废水中可生物降解的那部分有机物占全部有机物的比例。当BOD5/COD大于0.3或0.45以上，则采用生物处理的方法较好。107（二）废水的生物指标1、细菌总数（三）废水生物处理的可行性指含氮量高，且碳、氮、磷比例不适合细菌生长，较难于净化，但却适合螺旋藻生长---利用这类废水的含氮物质物质培养螺旋藻等藻类，既可解决蛋白质资源又可解决废水污染问题。五、藻类在废水处理中应用108含氮量高，且碳、氮、磷比例不适合细菌生长，较难于净化，但却适第三章发酵工程及其在食品工业中的应用

TheApplicationofFermentationEngineeringinFoodIndustry109第三章发酵工程及其在食品工业中的应用

TheAppli第一节前言自然发酵阶段纯种发酵技术的建立（十九世纪末）深层发酵技术的建立代谢控制发酵技术（1950-1960）发酵原料的拓展与发酵设备的改进（60年代初期，石油发酵时期）基因工程菌的构建（1970-）110第一节前言自然发酵阶段2固态（体）发酵微生物在湿的固体培养基上生长、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。111固态（体）发酵微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵

优点：培养基简单且来源广泛不需要严格的无菌操作发酵残渣处理简单，废水排放少分生孢子可作为种子，能长期保存和重复利用112优点：4

缺点：培养基不均匀且不易搅拌，使得发酵参数的检测和控制都比较困难连续操作和自动化很困难劳动强度大，占地面积大，易污染杂菌。113缺点：5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。114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

优点：培养基均匀，容易控制发酵参数，选择最佳培养条件易于实现大规模工业化、标准化、自动化生产，生产效率高-----主要发酵生产工艺115优点：7发酵工程的一般工艺过程菌种的选育培养基的配制与优化培养基的灭菌种子扩大培养（试管-摇瓶-种子罐）微生物发酵生产发酵液的后提取116发酵工程的一般工艺过程菌种的选育86.具有抗噬菌体感染的能力遗传特性稳定，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7.菌种为非病原菌1176.具有抗噬菌体感染的能力遗传特性稳定，不易变异退化2.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。118发酵微生物的来源从自然界分离筛选10诱变育种（物理诱变；化学诱变）基因重组改良119诱变育种11碳源有机和无机碳源2.氮源有机和无机氮源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120碳源有机和无机碳源2.氮源有机和无机氮源3.1211312214机械搅拌通风发酵罐示意图123机械搅拌通风发酵罐示意图15发酵过程的中间分析同样的菌种、同样的培养基在不同工厂、不同批次会得到不同的结果微生物代谢是一个复杂的系统，它的代谢呈网络形式，环境条件的差异会引发代谢朝不同的方向进行124发酵过程的中间分析同样的菌种、同样的培养基在不同工厂、不同批代谢途径的一览图

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。125代谢途径的一览图17发酵过程的代谢参数按性质

可分三类：

物理参数：温度、搅拌速度、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气量等化学参数：基质浓度、pH、产物浓度、核酸量等

生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体生长速率、呼吸强度、关键酶活力等126发酵过程的代谢参数按性质

可分三类：物理参数：温度、搅拌速第二节氨基酸工业代谢控制发酵127第二节氨基酸工业代谢控制发酵19一、氨基酸工业现状及发展方向近40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20世纪60年代50种左右，发展到20世纪80年代的400种，目前已达1000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达100多种。氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。氨基酸中有8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L-赖氨酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。128一、氨基酸工业现状及发展方向近40多年来，国内外在研究

氨基酸的生产方法

抽提法（水解蛋白质）化学合成法生物法（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129

氨基酸的生产方法

抽提法（水解蛋白质）21谷氨酸发酵的历史1866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，将此氨基酸命名为谷氨酸1872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸1890年沃尔夫利用α-酮戊酸经溴化后合成DL-谷氨酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取了谷氨酸，并在1908年开始制造商品味之素1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。130谷氨酸发酵的历史1866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面氨基酸发酵的现状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。2000年氨基酸产量达237万吨，销售额接近45亿美元，占生物技术产品销售额的7％。目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和中国。131氨基酸发酵的现状自从发酵法生产谷氨酸成功以后，世界各国纷纷开我国氨基酸发酵的发展我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解面筋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，1949年全国味精总产量不到500吨。1965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。1965年以后，我国味精生产全部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1985年全国味精生产企业达到140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，进一步推动了味精生产的快速发展。发酵法L-赖氨酸生产起步于20世纪70年代，当时仅有上海天厨味精厂少量生产，以实用为主，1981年在广西建成年产100吨食品级L-赖氨酸试验工厂，于1987年投产。132我国氨基酸发酵的发展我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解二、微生物代谢控制发酵微生物的经济化学与合目的性EconomicBiochemistry（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，有很高经济效益Telenomic（合目的性）：微生物按需要有目的进行物质合成的能力133二、微生物代谢控制发酵微生物的经济化学与合目的性25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。

代谢控制发酵方法：1、菌种遗传改造2、发酵条件控制134代谢控制发酵的定义代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育野生型菌株诱变解除反馈调节突变株AR-或AO-AR-＋AO-酶基因突变

解除反馈调节突变株可以大量积累末端产物筛选方法：解除Lys反馈调节突变株筛选野生型菌株诱变菌细胞正常反馈调节型解除反馈调节突变型135解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育野生型菌株诱变解除反馈调节营养缺陷型菌株：对某些必需的营养物质(如氨基酸)或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(如由葡萄糖和无机盐组成的培养基)中补加相应的营养成分才能正常生长。

136营养缺陷型菌株：28三、谷氨酸的生物合成途径生产谷氨酸的主要菌株生成谷氨酸的主要酶反应谷氨酸发酵的代谢途径137三、谷氨酸的生物合成途径生产谷氨酸的主要菌株29

Glu发酵常用菌种谷氨酸棒杆菌(C.glutamicum)北京棒杆菌(C.peikingAS.1229)黄色短杆菌(Brevibacteriumflavum)乳糖发酵短杆菌(B.lactofermentum)13830谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（glycolysis,EMP途径）戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway，HMP途径）三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle）乙醛酸循环(glyoxylatecycle)丙酮酸羧化支路（CO2固定反应）等139谷氨酸的生物合成包括31谷氨酸发酵的代谢途径生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰CoA，另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸或苹果酸，催化CO2固定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。草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体。α-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140谷氨酸发酵的代谢途径生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作Citratesynthase,Aconitase,ICDH,GDH酶活力强乙醛酸循环弱异柠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脱氢酶能力强控制谷氨酸合成的重要措施141Citratesynthase,Aconitase,I乙醛酸循环的作用谷氨酸发酵的代谢途径乙醛酸循环途径可看作三羧酸循环的支路和中间产物的补给途径在菌体生长期之后，进入谷氨酸生成期，为了大量生成、积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶催化反应，封闭乙醛酸循环142乙醛酸循环的作用谷氨酸发酵的代谢途径乙醛酸循环途径可看作三羧四、谷氨酸生物合成的调节机制Glu产生菌主要生理生化特性需氧，生物素（维生素H）缺陷型bio-,有乙醛酸循环，羧化酶活性强（bio作为辅酶）柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活性高，Glu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Glu胞外分泌。143四、谷氨酸生物合成的调节机制Glu产生菌主要生理生化特性35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、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→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地移动。生物素对代谢的调控作用144生物素对乙醛酸循环的影响生物素对代谢的调控作用36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CoA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145生物素控制磷脂的合成37控制生物素添加量使菌种生产Glu高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利于磷脂合成。低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向Glu合成；低浓度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于Glu合成并大量积累。

添加亚适量，5-10μg/L培养基，生产Glu146控制生物素添加量使菌种生产Glu38培养前期，bio充足，存在乙醛酸循环，中间物质和能量充足，长细胞，膜磷脂合成正常，正常反馈调节，不积累Glu，细胞形态正常。8hrGlu非积累型细胞Glu积累型细胞培养中后期，bio浓度渐低，乙醛酸途径减弱直至关闭，膜磷脂合成缺陷，膜透性增强，分泌Glu，解除反馈调节，大量积累Glu，细胞形态异常，未溶解。147培养前期，bio充足，存在乙醛酸循环，中间物质和能量五、味精生产工艺148五、味精生产工艺40第三节酶的发酵生产

ApplyFermentationtoProduceEnzymes

α-淀粉酶的生产工艺举例生产的菌种

主要有细菌和霉菌。霉菌大多采用固态曲法生产；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%、Na2HPO40.8%、NH4Cl0.2%

发酵培养基：玉米粉6%、豆粕粉3%、麸皮1%、米糠2%、Na2HPO40.8%149第三节酶的发酵生产

ApplyFermentation3.工艺条件控制培养基灭菌：发酵罐升温至60℃时加入α-淀粉酶6IU/g,对玉米粉进行液化。然后升温至121-123℃，保温40min。

接种：将已灭菌培养液冷却至30-31℃，按10%接入种子液。温度控制：芽孢杆菌用37℃；曲霉用32-35℃，培养24-48h。通风培养：控制种子罐和发酵罐的罐压为50kPa。1503.工艺条件控制培养基灭菌：发酵罐升温至60℃时加入α-淀第四节啤酒的生产

ApplyFermentationtoProduceBeer

151第四节啤酒的生产

ApplyFermentation

水：啤酒中水含量占90%以上，因此水对啤酒口味影响极大。

麦芽：以啤酒大麦为原料，经浸麦、发芽、烘干、焙焦而成，是“啤酒的灵魂”。按其色度可分为淡色、浓色和黑色三种。辅料：富含淀粉的谷类、糖类或糖浆，比例控制在30%左右。

酒花：酿造啤酒的特殊原料（约1.4kg/t）。赋予啤酒特有的香气和苦味，促进泡沫形成并提高泡沫持久性，还具有防腐作用。啤酒发酵的原料152啤酒发酵的原料44（1）麦芽和谷物的粉碎（2）糖化制成麦芽汁（3）过滤分离麦糟（4）麦汁煮沸并添加酒花（5）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、强壮的酵母。麦汁制造啤酒酵母的扩大培养153（1）麦芽和谷物的粉碎麦汁制造啤酒酵母的扩大培养45麦汁煮沸的目的：1.将麦汁浓缩到规定浓度；2.使酒花有效成分溶入麦汁中；3.使麦汁中蛋白质凝固析出，提高啤酒的非生物稳定性；4.使酶失活，对麦汁进行灭菌，以获得定型的麦汁。

154麦汁煮沸的目的：46传统发酵工艺分成前发酵和后发酵两个阶段。

前发酵（主发酵）：将发酵液品温控制在9-10℃,发酵7-10d即成嫩啤酒；

后发酵（贮酒）：一般在0-3℃下贮酒42-90d，以达到啤酒成熟、二氧化碳饱和和啤酒澄清的目的。新型发酵工艺：一罐法，即前酵和后酵在同一发酵罐完成。啤酒发酵工艺155传统发酵工艺分成前发酵和后发酵两个阶段。啤酒发酵工艺47

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。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。（影响啤酒泡沫）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。二、固定化木瓜蛋白酶应用于啤酒澄清156

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，是三、β-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麦中β-葡聚糖含量一般占干物质的5-8%，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。此外，过多β-葡聚糖进入发酵液后与蛋白质结合，使啤酒酵母容易产生早期沉降，影响发酵的正常进行。用β-葡聚糖酶降解β-葡聚糖，提高啤酒质量157三、β-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性大麦中β-葡聚糖含量一般占干四、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，其含量是影响啤酒风味的重要因素。如α-乙酰乳酸-→双乙酰（即丁酮酸）（CH3COCOCH3）当双乙酰含量大于0.1-0.15mg/L，使啤酒发酸，延长发酵周期（啤酒不熟），所以，必须降低啤酒中双乙酰含量，在实际操作中用酶来降低双乙酰含量，提高啤酒的口感

α-乙酰乳酸脱羧酶α-乙酰乳酸---------------→3-羟基丙酮158四、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（一）干啤酒的特点：

与普通啤酒相比，具有发酵度高，一般达75%、残糖低、热量低、口味纯和干爽及饮后不流余味等特点。五、酶法制造干啤酒（drybeer）159（一）干啤酒的特点：五、酶法制造干啤酒（drybeer）5（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：

1、提高麦汁可发酵糖的含量：I、添加酶制剂强化淀粉糖化II、直接添加可发酵糖（如蔗糖、糖浆等）2、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的菌株160（二）酶法制造干啤酒的关键技术：52强化淀粉糖化常用的方法：

（1）添加普鲁兰酶（脱支酶）和糖化酶酿造干啤酒（2）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（3）添加真菌淀粉酶（产物为麦芽糖）酿造干啤酒161强化淀粉糖化常用的方法：（1）添加普鲁兰酶（脱支酶）

第五节发酵乳的生产

一、发酵乳的分类二、发酵乳的功能与特性三、发酵乳用发酵剂

四、发酵乳生产162

第五节发酵乳的生产

一、发酵乳的分类54（一）酒精发酵乳：

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。特点：成品中不仅含有乳酸和其它有机酸，还含有酒精和CO2品种：1、酸牛乳酒2、酸马奶酒163（一）酒精发酵乳：概念：使用酵母和乳酸菌混合发酵剂55（二）乳酸发酵乳：

1、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

2、特点：产品中含有乳酸及其它有机酸和微量的芳香成分如：丁二酮。不含酒精

3、品种：酸乳、发酵酪乳、双歧杆菌乳，嗜酸菌乳和发酵稀奶油164（二）乳酸发酵乳：1、概念：乳酸发酵乳是经乳（1）酸乳（yoghurt）概念：乳类（奶类）经乳酸菌发酵得到的乳制品菌种：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵剂（2）发酵酪乳(fermentedbuttermilk)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。（加入凝乳酶是干酪）菌种：乳酸链球菌、乳脂链球菌等165（1）酸乳（yoghurt）概念：乳类（奶类）经乳酸菌发（3）双歧杆菌乳(bifidobacterium)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的混合菌（4）嗜酸菌乳(acidophilusmilk)概念：经嗜酸乳杆菌为发酵剂制成的发酵乳（5）发酵稀奶油(fermentedcream)概念：稀奶油经均质，杀菌后，添加发酵菌生成的产物。菌种：乳酸链球菌、丁二酮链球菌，乳脂链球菌等。166（3）双歧杆菌乳(bifidobacterium)概念：用二、发酵乳的功能与特性

（一）发酵乳的营养价值与功能（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的功能（四）发酵乳的降低血中胆固醇的作用167二、发酵乳的功能与特性（一）发酵乳的营养价值与功能591、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合物，经发酵后其中20-30%生成乳酸2、蛋白质：发酵作用使蛋白变成微细的凝乳粒，易被人体消化和吸收。3、乳脂类物质4、维生素和矿物质（一）发酵乳的营养价值与功能1681、碳水化合物：乳糖是乳中唯一的碳水化合（一）发酵乳的营养价（二）对肠道菌群的改善作用1、增加肠道内的有益菌2、乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸、H2O2以及抗生物质对G+菌，G-及其他一些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的功能169（二）对肠道菌群的改善作用1、增加肠道内的有益菌（三）发酵乳四、发酵乳生产170四、发酵乳生产62第六节发酵法生产单细胞蛋白

ApplyFermentationtoProduceSingleCellProtein

一、单细胞蛋白的概念和特点：（1）单细胞蛋白（singlecellprotein,简称SCP）主要指通过培养单细胞微生物而获得的菌体蛋白。主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。（2）发酵法生产SCP的优点：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。171第六节发酵法生产单细胞蛋白

ApplyFermentat二、SCP生产菌种和原料

TheYeastsandBecteriaofSCPandtheMaterialofSCP

用于生产SCP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。（一