应用微生物八（微生物与 及食品）.ppt

应用微生物 章初龙 生物技术研究所 十二、微生物与食品 微生物与食品生产 微生物菌体的应用食用菌、单细胞蛋白、微生态调节剂（微生物与农业） 微生物代谢产物的应用食醋、酒类、乳制品、酱油、氨基酸、有机酸 利用微生物酶生产食品淀粉酶、蛋白酶 微生物与食品腐败变质 食品贮藏中的微生物控制 微生物发酵生产酒精和酒类 酒精发酵是最重要的发酵工业之一 首先通过糖化剂的作用，将淀粉、纤维素等大分子有机物转化为可发酵性糖（单糖），再通过酵母或细菌的作用，将可发酵性糖转化为乙醇 糖化作用将淀粉、纤维素等大分子有机物转化为葡萄糖 糖化过程利用酸水解、酶解或某些微生物将大分子有机物水解为葡萄糖的过程 糖化菌能将大分子有机物转化为葡萄糖的微生物 发酵法生产酒精 酒精生产多采用固定化酵母或活性干酵母连续发酵法，原料以淀粉、糖蜜为主，以纤维素、半纤维素为原料 蒸馏酒采用间歇发酵法，中国白酒传统上采用固体发酵法，以大麦、谷物等粮食为主，以水果为原料生产蒸馏酒 用淀粉质原料发酵生产酒精 淀粉质原料：甘薯、玉米、高梁等 生产工艺：原料蒸煮，冷至60℃左右，加麸曲或液曲进行糖化制成糖化醪，送入发酵槽，加酒醪发酵，再蒸馏出酒精 糖化剂的选择 固体曲，米曲霉培养的黄曲，糖化酶不耐酸，发酵效率75％-80％；黑曲霉培养的黑曲，发酵效率90％-92％ 液体曲，大规模生产 工艺过程：原料预处理、纤维素酶解、水解物发酵 糖化发酵二段发酵法：先进行纤维素和半纤维素酶解，产生葡萄糖、木糖等可发酵性糖，再进一步发酵产生乙醇等物质 产酶、酶解、发酵三个步骤所需条件各不相同，整个过程时间较长，需要二种微生物的作用，工艺较复杂 同时糖化发酵法：在同一装置内同时进行纤维素的酶水解和发酵糖化 可消除纤维素酶水解时产生的水解产物（葡萄糖）积累，从而消除对酶水解作用的反馈抑制，缩短发酵时间，但仍需二种微生物的分别作用 纤维素酶的最适温度50℃，酵母发酵温度37-40℃，最终产物乙醇对纤维素酶和微生物的活性、中间代谢产物木糖对水解过程都有抑制作用 选用耐热酵母菌或耐热酵母菌与普通酵母菌混合发酵，以解决最适温度差异问题 基因工程在酒精发酵菌中引入利用木糖的基因，减弱木糖的抑制作用 产纤维素酶菌种 许多微生物都能产生纤维素酶，多数为丝状真菌 工业上普遍应用里氏木霉，分泌的纤维素酶是多种酶的混合物，包括葡聚糖内切酶、纤维二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶 葡聚糖内切酶内切纤维素分子形成大量非还原性末端，纤维二糖水解酶作用于非还原性末端形成纤维二糖，β-葡萄糖苷酶将纤维二糖水解为葡萄糖 对结晶状纤维素催化速度慢，中间产物和终产物抑制纤维素水解酶的活性 采用糖化同步发酵法可大幅度解除葡萄糖对纤维素水解的抑制作用 酒精发酵微生物的改良 耐高温α-淀粉酶的应用 淀粉质原料浓度高，连续蒸煮器糊化淀粉，蒸煮后粘度非常大，在淀粉糊化过程中必须加入能耐高温的α-淀粉酶液化淀粉，降低粘度，便于随后的酒精发酵 工业生产菌株有枯草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌等，最适温度分别为60-70℃和95℃，耐热能力80-85℃和105℃ 采用重组DNA技术构建耐热性α-淀粉酶 糖化酶产生菌的选育 糖化酶产生菌有根霉和曲霉两大类。通过人工诱变可以提高糖化力 酒精酵母的选育 传统酒精发酵工艺，糖质量浓度0.16-0.25 g/mL，酵母菌只能产生体积分数为6％-12％的乙醇，更高的底物浓度和乙醇浓度对酵母菌生长和发酵会产生抑制作用 筛选和构建能够糖化的酒精酵母、耐高浓度酒精和高渗透压的酵母菌、耐高温的酵母菌，并把这些酵母菌应用于超浓醪，发酵生产高浓度酒精，可以节省发酵和蒸馏过程中的能量消耗，提高设备利用率，减少劳动力和提高酒精产量 应用细菌的酒精发酵法 细菌能进行乙醇发醇的种不多：发酵单胞菌、胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等，按ED途径进行酒精发酵 运动发酵单胞菌发酵生产酒精优缺点 优点：?耐高糖能力400g/L；?耐乙醇能力100g/L； ?低生物产量和高乙醇收率（在厌氧条件下，每消耗1mol/L葡萄糖，可得1.9mol/L乙醇）； ④比生产速率和发酵速度快。 缺点：?底物范围窄，以葡萄糖和果糖为碳源时效果好，蔗糖发酵会产生大量副产物果聚糖和山梨醇；不能利用其他糖类和脂肪酸； ?生产上容易染菌，对pH控制比酵母严格； ?培养时分泌胞外物，导致培养基粘度增加和形成稳定的泡沫 微生物发酵生产有机酸 真菌分泌有机酸，代替从植物果实中通过榨汁获取有机酸 发酵法生产有机酸是工业微生物的重要应用领域 柠檬酸、苹果酸、乳酸、葡萄糖酸、酒石酸、衣康酸、富马酸等 工业化生产氨基酸 二、微生物与食品腐败变质 不同食品的腐败变质，涉及的微生物过程和产物不一 以蛋白质为主的食物，在分解蛋白质的微生物作用下产生氨基酸、胺、氨