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第三章第三章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應用發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應用第一節(jié)第一節(jié)發(fā)酵工程概述發(fā)酵工程概述第二節(jié)第二節(jié)發(fā)酵法生產單細胞蛋白發(fā)酵法生產單細胞蛋白第三節(jié)第三節(jié)發(fā)酵法培養(yǎng)新型食品膠發(fā)酵法培養(yǎng)新型食品膠第四節(jié)第四節(jié)發(fā)酵法生產食用色素發(fā)酵法生產食用色素第五節(jié)第五節(jié)其它產品的發(fā)酵生產其它產品的發(fā)酵生產第六節(jié)第六節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產及其應用螺旋藻的培養(yǎng)生產及其應用教教 學學 內內 容容第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵工程概述發(fā)酵工程概述 Fermentation engineeringFermentation engineering：利利用用微微生生物物生生長長速速度度快快、生生長長條條件件簡簡單單以以及及代代謝謝過過程程特特殊殊等等特特點點，在在合合適適條條件件下下，通通過過現(xiàn)現(xiàn)代代化化工工程程技技術術手手段段，由由微微生生物物的的某某種種特特定定功功能能生生產產出出人人類類所所需需的的產產品品稱稱為發(fā)酵工程，也稱為發(fā)酵工程，也稱微生物工程。微生物工程。一、發(fā)酵工程的內容及生產流程一、發(fā)酵工程的內容及生產流程現(xiàn)現(xiàn)代代的的發(fā)發(fā)酵酵工工程程包包括括菌菌體體生生產產和和代代謝謝產產物物的的發(fā)發(fā)酵酵生生產產，還還包包括括微微生生物物機機能能的的利利用。用。主主要要內內容容：包包括括生生產產菌菌種種的的選選育育，發(fā)發(fā)酵酵條條件件的的優(yōu)優(yōu)化化與與控控制制，反反應應器器的的設設計計及及產產物物的的分離、提取與精制等。分離、提取與精制等。1、固體發(fā)酵法：、固體發(fā)酵法：2、液體發(fā)酵法：、液體發(fā)酵法：二、微生物發(fā)酵方法二、微生物發(fā)酵方法液體表面發(fā)酵法液體表面發(fā)酵法液體深層通氣發(fā)酵法液體深層通氣發(fā)酵法液體厭氧發(fā)酵法液體厭氧發(fā)酵法三、發(fā)酵操作方式以及過程控制三、發(fā)酵操作方式以及過程控制液體深層發(fā)酵操作方式可分為液體深層發(fā)酵操作方式可分為:1、分批發(fā)酵法：、分批發(fā)酵法：向發(fā)酵罐一次性投入發(fā)酵液和向發(fā)酵罐一次性投入發(fā)酵液和菌種，一次性收獲產品。菌種，一次性收獲產品。2、連續(xù)發(fā)酵法：、連續(xù)發(fā)酵法：以一定的速度連續(xù)向發(fā)酵罐中以一定的速度連續(xù)向發(fā)酵罐中輸入新鮮的培養(yǎng)液，同時以一定的流速（往往相輸入新鮮的培養(yǎng)液，同時以一定的流速（往往相同）從發(fā)酵罐中排出含有目的產物的發(fā)酵液的發(fā)同）從發(fā)酵罐中排出含有目的產物的發(fā)酵液的發(fā)酵過程。酵過程。3、中間補料發(fā)酵法：、中間補料發(fā)酵法：介于分批和連續(xù)發(fā)酵之間介于分批和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術。的一種發(fā)酵技術。發(fā)酵過程控制：發(fā)酵過程控制：物理參數(shù)及其控制物理參數(shù)及其控制溫度、壓力、流量、轉速、補料和泡沫等。溫度、壓力、流量、轉速、補料和泡沫等?；瘜W參數(shù)及其控制化學參數(shù)及其控制pH、溶解氧、二氧化碳溶解量、排氣組分和、溶解氧、二氧化碳溶解量、排氣組分和溶液成分等的在線檢測和控制。溶液成分等的在線檢測和控制。生物學參數(shù)及其控制生物學參數(shù)及其控制生物量、細胞數(shù)、細胞形態(tài)和大小、酶活性、生物量、細胞數(shù)、細胞形態(tài)和大小、酶活性、ATP和細胞活力等的測定。和細胞活力等的測定。四、發(fā)酵產物分離過程四、發(fā)酵產物分離過程發(fā)酵產物：發(fā)酵產物：1、微生物菌體、微生物菌體2、微生物酶、微生物酶3、微生物代謝產物、微生物代謝產物4、微生物轉化產物、微生物轉化產物第二節(jié)第二節(jié)發(fā)酵法生產單細胞蛋白發(fā)酵法生產單細胞蛋白一、一、SCP生產菌種和原料生產菌種和原料二、二、SCP的發(fā)酵生產的發(fā)酵生產三、三、SCP的分離和純化的分離和純化四、高活性干酵母的生產和應用四、高活性干酵母的生產和應用單細胞蛋白（單細胞蛋白（singlecellprotein，簡稱，簡稱SCP）：）：是指通過大規(guī)模培養(yǎng)酵母或細菌等微生物是指通過大規(guī)模培養(yǎng)酵母或細菌等微生物而生產的用作食品或飼料的微生物蛋白。而生產的用作食品或飼料的微生物蛋白。富含蛋白質的微生物：富含蛋白質的微生物：酵母菌、細菌、霉菌、食酵母菌、細菌、霉菌、食用菌和藻類等。用菌和藻類等。蛋白含量：蛋白含量：霉菌：霉菌：31%50%酵母菌：酵母菌：47%56%細菌：細菌：72%83%螺旋藻：螺旋藻：50%70%微生物的菌體蛋白營養(yǎng)價值：微生物的菌體蛋白營養(yǎng)價值：蛋白質含量高達蛋白質含量高達40%80%，比大豆、肉、，比大豆、肉、魚等食品中蛋白含量高。魚等食品中蛋白含量高。氨基酸的組成較為齊全，含有人體必需的氨基酸的組成較為齊全，含有人體必需的8種種氨基酸。氨基酸。含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質，含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質，以及豐富的酶類和生物活性物質。以及豐富的酶類和生物活性物質。目前，人們已公認目前，人們已公認SCP是非常具有應用前景是非常具有應用前景的蛋白質資源。的蛋白質資源。、直接食用：、直接食用：蛋白粉、蛋白粉、“人造肉人造肉”等。等。、作為食品添加劑，如：、作為食品添加劑，如：食品的增鮮劑：食品的增鮮劑：已廣泛應用于調味料中。已廣泛應用于調味料中。營養(yǎng)增強劑：營養(yǎng)增強劑：補充蛋白質或維生素、礦物質等。補充蛋白質或維生素、礦物質等。抗氧化劑：抗氧化劑：常用于嬰兒粉及湯料等中。常用于嬰兒粉及湯料等中。減肥食品的添加劑：減肥食品的添加劑：干酵母熱量低。干酵母熱量低。3、其其他他應應用用：如如意意大大利利烘烘餅餅中中加加入入活活性性酵酵母母，可提高餅的延薄性能。可提高餅的延薄性能。單細胞蛋白在食品工業(yè)中的應用：單細胞蛋白在食品工業(yè)中的應用：一、一、SCP生產菌種和原料生產菌種和原料生產生產SCP的菌種：的菌種：酵母菌、細菌、霉菌和藻類等，用的較多的是酵母菌、細菌、霉菌和藻類等，用的較多的是酵母菌。酵母菌。如：釀酒酵母、產朊假絲酵母（或稱圓酵母）、如：釀酒酵母、產朊假絲酵母（或稱圓酵母）、脆壁克魯維酵母（或稱乳清酵母）。脆壁克魯維酵母（或稱乳清酵母）。優(yōu)良的優(yōu)良的SCP生產菌株應具有的性狀：生產菌株應具有的性狀：無生理毒無生理毒性、菌體蛋白含量高、生長速度快、對培養(yǎng)條性、菌體蛋白含量高、生長速度快、對培養(yǎng)條件要求簡單和產品味道好易于吸收等。件要求簡單和產品味道好易于吸收等。生產原料：生產原料：1、烷烴類和石油化工產品、烷烴類和石油化工產品如甲烷、甲醇、乙醇、石蠟烴等。如甲烷、甲醇、乙醇、石蠟烴等。2、各種有機廢料和一些糖類物質、各種有機廢料和一些糖類物質有機廢料：有機廢料：如食品廠、釀造廠、造紙廠等廢如食品廠、釀造廠、造紙廠等廢棄物以及農作物秸桿等。棄物以及農作物秸桿等。糖類物質：糖類物質：如糖蜜、淀粉類物質等。如糖蜜、淀粉類物質等。二、二、SCP的發(fā)酵生產的發(fā)酵生產一般一般SCP生產的概略流程圖生產的概略流程圖（一）、以淀粉質為原料生產（一）、以淀粉質為原料生產SCP主要有三條途徑：主要有三條途徑：在在化化學學分分解解或或酶酶解解底底物物基基礎礎上上培培養(yǎng)養(yǎng)SCP生生產菌，主要是酵母菌產菌，主要是酵母菌；將將對對淀淀粉粉分分解解活活力力高高的的酵酵母母（或或霉霉菌菌）與與快速生長的酵母菌混合培養(yǎng)；快速生長的酵母菌混合培養(yǎng)；單單獨獨培培養(yǎng)養(yǎng)能能夠夠同同化化淀淀粉粉的的生生產產菌菌株株，如如SCP生產工程菌。生產工程菌。以甘薯、木薯、玉米等淀粉質原料發(fā)酵生產以甘薯、木薯、玉米等淀粉質原料發(fā)酵生產SCP得率一般可超過得率一般可超過50。即。即t原料可生產出原料可生產出t多蛋白含量超過多蛋白含量超過50的產物。每升發(fā)酵液中的產物。每升發(fā)酵液中生物量約為生物量約為3740g。近年來，我國已經(jīng)開始探討應用混合培養(yǎng)近年來，我國已經(jīng)開始探討應用混合培養(yǎng)法生產法生產SCP的工藝。而瑞典糖業(yè)有限公司早在的工藝。而瑞典糖業(yè)有限公司早在1973年便利用土豆加工的廢渣以混合培養(yǎng)方法年便利用土豆加工的廢渣以混合培養(yǎng)方法生產飼料生產飼料SCP。（二）、以糖蜜為原料生產（二）、以糖蜜為原料生產SCP105頁表頁表4-4糖蜜預處理：糖蜜預處理：包括澄清和滅菌包括澄清和滅菌發(fā)酵培養(yǎng)液：發(fā)酵培養(yǎng)液：以糖蜜作為碳源，氨水、硫胺素、以糖蜜作為碳源，氨水、硫胺素、尿素等作為氮源，還需添加適量的磷酸、磷酸尿素等作為氮源，還需添加適量的磷酸、磷酸鹽等磷源，可提高酵母產率。鹽等磷源，可提高酵母產率。發(fā)酵方式：發(fā)酵方式：液體深層發(fā)酵，需要通氣。液體深層發(fā)酵，需要通氣。發(fā)酵條件：發(fā)酵條件：培養(yǎng)液培養(yǎng)液pH：在在4.75.0之間之間發(fā)酵溫度：發(fā)酵溫度：約約26。終發(fā)酵液：終發(fā)酵液：含酵母含酵母58得得率：率：100kg糖蜜可獲得約糖蜜可獲得約60kg濕酵母濕酵母（三）、以纖維素類為原料生產三）、以纖維素類為原料生產SCP三條路線：三條路線：1、預處理、預處理-酶解酶解-發(fā)酵發(fā)酵一一般般先先經(jīng)經(jīng)膨膨化化預預處處理理，然然后后用用纖纖維維素素酶酶水水解解纖維素，以其為碳源進行發(fā)酵。纖維素，以其為碳源進行發(fā)酵。2、酸解、酸解-發(fā)酵發(fā)酵常常用用粗粗硫硫酸酸，使使纖纖維維素素和和半半纖纖維維素素部部分分水水解解，并除去木質素等有機溶解物。并除去木質素等有機溶解物。3、混合發(fā)酵、混合發(fā)酵選用能較好地利用纖維素的菌株，使其與纖選用能較好地利用纖維素的菌株，使其與纖維素酶配合使用。維素酶配合使用。三、三、SCP的分離和純化的分離和純化兩個關鍵技術：兩個關鍵技術：破除菌體細胞壁破除菌體細胞壁降低降低SCP產品中的產品中的RNA含量含量以酵母為例：以酵母為例：1、破碎細胞壁方法、破碎細胞壁方法化學法化學法:酸法、堿法、有機溶劑等酸法、堿法、有機溶劑等酶法：酶法：自溶作用或外加酶（如蝸牛酶等）自溶作用或外加酶（如蝸牛酶等）機械法：機械法：高壓勻漿、球磨研磨、超聲波破碎高壓勻漿、球磨研磨、超聲波破碎法等。法等。2、降低、降低RNA含量的方法含量的方法堿堿法法：將將酵酵母母漿漿液液在在加加熱熱的的堿堿液液中中處處理理一一定定時時間間，使使蛋蛋白白沉沉淀淀，RNA在在上上清清液液中中，分分離離后后SCP中僅含中僅含12RNA。酶酶法法：利利用用菌菌體體自自身身RNA酶酶的的作作用用，在在5055下下保保溫溫處處理理1060s，激激活活胞胞內內RNA酶酶，可獲得可獲得RNA含量僅為含量僅為1.5%的的SCP。鹽析法：鹽析法：用不同種類、濃度的鹽抽提。用不同種類、濃度的鹽抽提。四、高活性干酵母的生產和應用四、高活性干酵母的生產和應用高高活活性性干干酵酵母母：（highactivedryyeast，簡簡稱稱HADY），顆顆粒粒狀狀的的含含水水量量為為46的的具具有高發(fā)酵活力的酵母成品。有高發(fā)酵活力的酵母成品。（）（）HADY的制作技術的制作技術設設備：備：連續(xù)流化床干燥裝置連續(xù)流化床干燥裝置干燥過程：干燥過程：溫度分兩級控制溫度分兩級控制初期：初期：熱空氣溫度熱空氣溫度150160。后期：后期：溫度在溫度在3035。菌種選育：菌種選育：選育耐高溫、抗干燥能力強、生產選育耐高溫、抗干燥能力強、生產性狀好的菌種。性狀好的菌種。酵母的培養(yǎng)和發(fā)酵生產酵母的培養(yǎng)和發(fā)酵生產工藝過程與其它酵母的生產相似，但其培養(yǎng)工藝過程與其它酵母的生產相似，但其培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件和營養(yǎng)源流加量等對酵母干燥基組成、培養(yǎng)條件和營養(yǎng)源流加量等對酵母干燥后的存活力有一定的影響。后的存活力有一定的影響。HADY制作中的技術關鍵問題制作中的技術關鍵問題培養(yǎng)基成分的影響培養(yǎng)基成分的影響碳碳源源：廢廢糖糖蜜蜜是是較較理理想想的的碳碳源源，因因其其含含碳碳量量較較高高，含含氮氮量量較較低低，培培養(yǎng)養(yǎng)制制備備的的干干酵酵母母存存活活力力比比較高。較高。氮源：氮源：氮源過多，酵母對干燥抵抗力差。氮源過多，酵母對干燥抵抗力差。當酵母含氮量達當酵母含氮量達6.4%(干計干計)，酵母干燥后大部酵母干燥后大部分細胞活力被鈍化。分細胞活力被鈍化。營養(yǎng)源流加量和培養(yǎng)條件的影響營養(yǎng)源流加量和培養(yǎng)條件的影響酵母細胞中海藻糖含量與其抗干燥能力有酵母細胞中海藻糖含量與其抗干燥能力有一定的關系，當海藻糖含量高達一定的關系，當海藻糖含量高達10%15%，對干燥的抵抗力明顯增強。對干燥的抵抗力明顯增強。嚴格控制營養(yǎng)源流加的碳氮比、發(fā)酵末期嚴格控制營養(yǎng)源流加的碳氮比、發(fā)酵末期適當升溫和減少通風量，使酵母呈適當升溫和減少通風量，使酵母呈23小時的小時的“饑餓饑餓”狀態(tài)，可使海藻糖含量增加到狀態(tài)，可使海藻糖含量增加到15%16%（干計）或更高。（干計）或更高。干燥前的處理干燥前的處理加加入入高高滲滲溶溶液液、膨膨脹脹劑劑（如如甲甲基基纖纖維維素素）、潤潤濕濕劑劑（如如甘甘油油）或或穩(wěn)穩(wěn)定定劑劑（如如阿阿拉拉伯伯膠膠）都都可可增強酵母對干燥的抵抗性能。增強酵母對干燥的抵抗性能。活性干酵母的顆粒結構與形狀活性干酵母的顆粒結構與形狀顆粒大小適中，干燥均勻，復水性能好、發(fā)顆粒大小適中，干燥均勻，復水性能好、發(fā)酵活力高。酵活力高。產品的保存條件產品的保存條件于絕氧條件下保存，采用真空或充氮氣的復于絕氧條件下保存，采用真空或充氮氣的復合鋁箔包裝，保存期可達合鋁箔包裝，保存期可達12年。年。一、黃原膠（一、黃原膠（Xanthangum）的發(fā)酵生產）的發(fā)酵生產黃黃原原膠膠是是國國際際上上20世世紀紀70年年代代發(fā)發(fā)展展起起來來的的新型食品膠。新型食品膠。黃黃原原膠膠是是由由黃黃單單孢孢細細菌菌（Xanthomonascampestris）以以碳碳水水化化合合物物為為主主要要原原料料經(jīng)經(jīng)過過通通氣氣發(fā)發(fā)酵酵、分分離離提提純純后后得得到到的的細細胞胞外外雜雜多多糖糖，產產品品為為淡淡黃黃色色粉粉末末。是是目目前前世世界界上上生生產產規(guī)規(guī)模模最最大大的的微生物多糖。微生物多糖。第三節(jié)第三節(jié)發(fā)酵法生產新型食品膠發(fā)酵法生產新型食品膠（一）、黃原膠的結構與性能（一）、黃原膠的結構與性能1結構結構黃黃原原膠膠是是由由葡葡萄萄糖糖、甘甘露露糖糖、葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸、鼠鼠李李糖糖、乙乙酸酸和和丙丙酮酮酸酸等等組組成成的的陰陰離離子子雜多糖。雜多糖。基基本本骨骨架架為為葡葡萄萄糖糖連連接接而而成成的的直直鏈鏈纖纖維維素素分分子子，每每隔隔一一個個葡葡萄萄糖糖單單位位都都連連接接一一個個三三糖糖側側鏈鏈，側側鏈鏈由由葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸、甘甘露露糖糖、鼠鼠李李糖糖等等組組成成。側側鏈鏈末末端端含含有有丙丙酮酮酸酸基基團團的的多多少少，對對黃黃原膠分子性能有很大影響。原膠分子性能有很大影響。黃原膠在水溶液中形成雙螺旋體結構，很多的雙螺旋結構間靠微弱的黃原膠在水溶液中形成雙螺旋體結構，很多的雙螺旋結構間靠微弱的非共價鍵維系，形成規(guī)則的螺旋聚合體，使得黃原膠具有強親水性、增稠非共價鍵維系，形成規(guī)則的螺旋聚合體，使得黃原膠具有強親水性、增稠性、穩(wěn)定性、懸浮性、乳化性等。性、穩(wěn)定性、懸浮性、乳化性等。2性能性能作為增稠穩(wěn)定劑：作為增稠穩(wěn)定劑：用于果汁、飲料、調味料等食品中。用于果汁、飲料、調味料等食品中。作為乳化劑：作為乳化劑：用于蛋白飲料、乳飲料等食品中。用于蛋白飲料、乳飲料等食品中。作為高粘度填充劑：作為高粘度填充劑：用于點心、面包、糖果等食品中。用于點心、面包、糖果等食品中。作為乳化穩(wěn)定劑：作為乳化穩(wěn)定劑：用于冷飲食品中。用于冷飲食品中。肉制品加工：肉制品加工：提高制品的嫩度、持水性、出品率。提高制品的嫩度、持水性、出品率。果蔬保鮮加工：果蔬保鮮加工：防止果蔬失水、褐變，延長產品保質期。防止果蔬失水、褐變，延長產品保質期。罐頭、飲料等加工：罐頭、飲料等加工：作為懸浮劑和穩(wěn)定劑，利于保持產作為懸浮劑和穩(wěn)定劑，利于保持產品外觀，改進口感和增強風味等。品外觀，改進口感和增強風味等。（二（二）、）、黃原膠在食品工業(yè)中的應用黃原膠在食品工業(yè)中的應用常用的生產菌種：常用的生產菌種：黃單孢桿菌及其變異株。黃單孢桿菌及其變異株。美國：多數(shù)為甘藍黑腐病黃單孢桿菌及其變美國：多數(shù)為甘藍黑腐病黃單孢桿菌及其變異株異株我國：多數(shù)為野油菜黃單孢桿菌我國：多數(shù)為野油菜黃單孢桿菌（XanthomonasCampestris）及及其其變異株變異株如如南南開開大大學學篩篩選選出出的的NK01菌菌株株等。等。（三）、生產菌種（三）、生產菌種（四）、發(fā)酵工藝流程（四）、發(fā)酵工藝流程1、種子培養(yǎng)、種子培養(yǎng)斜面斜面三角瓶三角瓶10L罐罐100L罐罐1M3罐罐10M3發(fā)酵罐發(fā)酵罐n碳源：碳源：葡萄糖、蔗糖或葡萄糖、蔗糖或淀粉淀粉。n氮源：氮源：蛋白胨、酵母精粉、玉米漿、水解乳清粉、豆餅粉和無機氮源等。蛋白胨、酵母精粉、玉米漿、水解乳清粉、豆餅粉和無機氮源等。氮源含量高會導致黃原膠產量下降，宜采用高氮源含量高會導致黃原膠產量下降，宜采用高C/N。n無機離子和微量元素：無機離子和微量元素：P、S、Mg2+、Ca2+、k+等對菌體和膠的合成起等對菌體和膠的合成起促進作用，可提高黃原膠產量或質量。促進作用，可提高黃原膠產量或質量。表面活性劑：表面活性劑：乳化發(fā)酵可提高黃原膠產量。乳化發(fā)酵可提高黃原膠產量。2、發(fā)酵培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)溫度：培養(yǎng)溫度：前期前期2427（利于菌體生長）（利于菌體生長）后期后期3033（利于產膠）（利于產膠）培養(yǎng)時間：培養(yǎng)時間：天天天天pH:最適為最適為7.0，控制在，控制在7.0士士0.5發(fā)酵方式：發(fā)酵方式：連續(xù)發(fā)酵或間歇發(fā)酵，發(fā)酵過程中需通氣攪拌。連續(xù)發(fā)酵或間歇發(fā)酵，發(fā)酵過程中需通氣攪拌。供供氧氧充充足足時時，黃黃原原膠膠合合成成速速度度快快、黃黃原原膠膠相相對對分分子子量量大大，其其中丙酮酸含量高，粘度高，供氧不足時，則相反。中丙酮酸含量高，粘度高，供氧不足時，則相反。3、發(fā)酵條件及其控制、發(fā)酵條件及其控制（五）、黃原膠的提取工藝（五）、黃原膠的提取工藝1、發(fā)酵液預處理：、發(fā)酵液預處理：如過濾、絮凝等。如過濾、絮凝等。2、分離提?。?、分離提?。菏秤眉夵S原膠常用醇沉淀，醇能降低多糖分子與水的親和食用級黃原膠常用醇沉淀，醇能降低多糖分子與水的親和力，使多糖分子脫水而相互聚集形成沉淀。力，使多糖分子脫水而相互聚集形成沉淀。3、脫水、脫水:壓榨或離心脫水。壓榨或離心脫水。4、干燥、干燥:氣流干燥或真空干燥。干燥溫度氣流干燥或真空干燥。干燥溫度60左右，終產品水分在左右，終產品水分在10左右。左右。5、粉碎、過篩與包裝：、粉碎、過篩與包裝：黃原膠細度一般在黃原膠細度一般在0.18mm左右。國外黃原膠細度可達左右。國外黃原膠細度可達0.074mm。成品：成品：乳白色或淺米黃色粉末。乳白色或淺米黃色粉末。食用級黃原膠產品食用級黃原膠產品結結冷冷膠膠（Gellangum）是是一一種種新新型型微微生生物物多多糖糖，上上世世紀紀80年年代代初初開開發(fā)發(fā)成成功功，1992年年美美國國FDA批批準準作作為為食食品品添添加加劑劑，我我國國1996年年批批準準。美美國國是是主主要要供供應應商商，目目前前我國已開始有小規(guī)模生產。我國已開始有小規(guī)模生產。（）生產菌種：（）生產菌種：少動鞘脂單胞菌少動鞘脂單胞菌（Spningomonascampestris）二、結冷膠的發(fā)酵生產二、結冷膠的發(fā)酵生產（二）結冷膠的發(fā)酵生產（二）結冷膠的發(fā)酵生產結冷膠分子結構的重復單元結冷膠分子結構的重復單元分子結構：分子結構：都是由四個單糖連接成都是由四個單糖連接成的重復糖單元構成的高分子糖類化的重復糖單元構成的高分子糖類化合物。合物。天然結冷膠特性：天然結冷膠特性：主鏈上連接有酰主鏈上連接有?；纬傻哪z柔軟，有彈性。基，形成的凝膠柔軟，有彈性。低?；Y冷膠特性：低酰基結冷膠特性：分子結構中的分子結構中的?；炕虿糠直蝗コ?，凝膠力增酰基全部或部分被去除，凝膠力增強，但易脆裂，在食品工業(yè)上普遍強，但易脆裂，在食品工業(yè)上普遍使用。使用。兩種產品形式：兩種產品形式：天然的結冷膠（高?；Y冷膠）天然的結冷膠（高酰基結冷膠）低?；Y冷膠（脫?；Y冷膠）。低?；Y冷膠（脫酰基結冷膠）。D葡萄糖葡萄糖D葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸D葡萄糖葡萄糖L鼠李糖鼠李糖1、結冷膠的生產工藝流程、結冷膠的生產工藝流程n發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基一一般般采采用用葡葡萄萄糖糖或或蔗蔗糖糖為為碳碳源源，氮氮源源為為有有機機氮氮和和無無機機氮氮配配合合，高高碳碳氮氮比利于產膠。比利于產膠。n發(fā)酵溫度發(fā)酵溫度：前期：前期2728，產膠期產膠期30左右左右npH：6.57.0n發(fā)酵方式：發(fā)酵方式：一步發(fā)酵法或中間補料發(fā)酵法，需通氣攪一步發(fā)酵法或中間補料發(fā)酵法，需通氣攪拌。拌。2、發(fā)酵培養(yǎng)基及其工藝控制發(fā)酵培養(yǎng)基及其工藝控制1、預處理：、預處理：加熱滅酶及絮凝除菌等。加熱滅酶及絮凝除菌等。2、脫?；Y冷膠的提取、脫?；Y冷膠的提取經(jīng)預處理的發(fā)酵液在經(jīng)預處理的發(fā)酵液在80下，加入下，加入NaOH或或KOH調調pH至至10.0以上，以上，攪拌處理攪拌處理10min，然后用稀酸中和至中性，精濾除去不溶性雜質然后用稀酸中和至中性，精濾除去不溶性雜質，再用再用異異丙醇丙醇或或乙醇乙醇沉淀分離出結冷膠，然后經(jīng)壓榨或離心除去溶劑，經(jīng)干燥、粉沉淀分離出結冷膠，然后經(jīng)壓榨或離心除去溶劑，經(jīng)干燥、粉碎包裝等工序后得脫?；Y冷膠。碎包裝等工序后得脫?；Y冷膠。（三）結冷膠的分離提?。ㄈ┙Y冷膠的分離提取作為膠凝劑，可溶于冷水或稍微加熱的溶液中，凝膠穩(wěn)定性高，耐酸、耐作為膠凝劑，可溶于冷水或稍微加熱的溶液中，凝膠穩(wěn)定性高，耐酸、耐堿性強，使用量低，可與多種食品膠配合使用。堿性強，使用量低，可與多種食品膠配合使用。糖果加工：糖果加工：在淀粉軟糖中添加在淀粉軟糖中添加0.075%結冷膠，可使凝膠時間由結冷膠，可使凝膠時間由2448小時縮小時縮短到短到12小時。小時。果凍和果醬加工：果凍和果醬加工：可用結冷膠代替果膠或海藻膠，使用量僅為可用結冷膠代替果膠或海藻膠，使用量僅為0.2%,且可形成且可形成更佳的結構和口感。更佳的結構和口感。人造食品：人造食品：人造水果塊，使用量人造水果塊，使用量0.7%,在殺菌過程中不溶化并保持其外形特征。在殺菌過程中不溶化并保持其外形特征。（融化溫度在（融化溫度在65120）（四）結冷膠在食品工業(yè)中的應用（四）結冷膠在食品工業(yè)中的應用三、茁霉多糖的發(fā)酵生產三、茁霉多糖的發(fā)酵生產又又稱稱普普魯魯蘭蘭糖糖，日日本本于于1978年年開開始始工工業(yè)業(yè)化化生生產產。該該多多糖糖是是一一種種粘粘性性多多糖糖，主主要要是是以以麥麥芽芽三三糖糖和和少少量量的的麥麥芽芽四四糖糖構構成成的的線線狀狀多多糖糖，是是一一種種無無色色、無無臭、無味、無毒的無定形白色粉末。臭、無味、無毒的無定形白色粉末。1、生產菌種、生產菌種主要是出芽短梗霉菌。主要是出芽短梗霉菌。生產菌株在普通條件下培養(yǎng)能大量分泌多種色素，有些色素難以除生產菌株在普通條件下培養(yǎng)能大量分泌多種色素，有些色素難以除去，工業(yè)生產應選用產色素少，發(fā)酵周期短，產量高的菌種作為生產菌去，工業(yè)生產應選用產色素少，發(fā)酵周期短，產量高的菌種作為生產菌株。株。2、生產流程、生產流程培養(yǎng)基培養(yǎng)基滅菌滅菌接種接種發(fā)酵一加熱發(fā)酵一加熱滅酶滅酶絮凝除菌絮凝除菌過濾精制過濾精制超濾超濾濃縮濃縮干燥干燥粉碎粉碎包裝包裝產品產品（一）（一）茁霉多糖的發(fā)酵生產茁霉多糖的發(fā)酵生產發(fā)酵培養(yǎng)基：發(fā)酵培養(yǎng)基：高高C/N比，利于產膠比，利于產膠發(fā)酵溫度：發(fā)酵溫度：30左右左右pH：6.0左右左右通氣培養(yǎng)通氣培養(yǎng)培養(yǎng)時間：培養(yǎng)時間：一般一般57天，在茁霉多糖產量達到最高峰前幾小時終止發(fā)酵。天，在茁霉多糖產量達到最高峰前幾小時終止發(fā)酵。因為產量達到高峰值后，茁霉多糖會被其分解酶迅速分解，得率下降，粘因為產量達到高峰值后，茁霉多糖會被其分解酶迅速分解，得率下降，粘度也會降低。度也會降低。3發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵控制發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵控制粘結性強：粘結性強：對木材、紙張、纖維、玻璃、金屬等材料都有很強的粘結性對木材、紙張、纖維、玻璃、金屬等材料都有很強的粘結性?？煽伤芩苄孕詮姀姡嚎煽芍浦颇つ?、紡紡絲絲、任任意意造造型型。加加工工成成的的包包裝裝材材料料能能被被微微生生物物分分解解，不造成環(huán)境污染。不造成環(huán)境污染。用用作作食食品品包包裝裝材材料料：茁茁霉霉多多糖糖膜膜具具有有很很強強的的隔隔氣氣性性能能，能能阻阻止止氧氧氣氣對對食食品品作用，防止食品變質。作用，防止食品變質。用用作作食食品品品品質質改改良良劑劑：如如在在肉肉制制品品中中添添加加0.1的的茁茁霉霉多多糖糖，可可使使肉肉制制品品的的彈性、口感和持水性明顯提高。彈性、口感和持水性明顯提高。（二）茁霉多糖的理化性質（二）茁霉多糖的理化性質第四節(jié)第四節(jié)發(fā)酵法生產食用色素發(fā)酵法生產食用色素微生物發(fā)酵法生產的食用色素，目前僅有紅曲紅色素和微生物發(fā)酵法生產的食用色素，目前僅有紅曲紅色素和-胡蘿卜素兩種。胡蘿卜素兩種。一、發(fā)酵法生產一、發(fā)酵法生產-胡蘿卜素胡蘿卜素-胡蘿卜素是一種具有營養(yǎng)強化作胡蘿卜素是一種具有營養(yǎng)強化作用的重要著色劑。在食品中添加用的重要著色劑。在食品中添加-胡蘿胡蘿卜素能使食品色澤金燦誘人，同時具有卜素能使食品色澤金燦誘人，同時具有刺激免疫、降血脂、預防心血管疾病等刺激免疫、降血脂、預防心血管疾病等功能。功能。生生產產菌菌種種：布布拉拉克克須須霉霉菌菌（phycomyocesblakeskeamis）、三三孢孢布拉霉菌（布拉霉菌（Blakesleatrispora）等。等。三三孢孢布布拉拉霉霉屬屬毛毛霉霉目目，三三孢孢霉霉屬屬，是是目目前前發(fā)發(fā)酵酵生生產產-胡胡蘿蘿卜卜素素最最好的菌種。好的菌種。培培養(yǎng)養(yǎng)56d總總胡胡蘿蘿卜卜素素產產量量在在1gL以以上上，其其中中8090是是-胡蘿卜素。胡蘿卜素。目目前前，國國際際上上實實驗驗室室水水平平生生產產-胡胡蘿蘿卜卜素素達達到到3gL以以上上。由由于于三三孢孢布布拉拉霉霉生生長長不不需需光光照照，非非常常具具有有工工業(yè)業(yè)化化發(fā)發(fā)展展前前途途。俄俄羅羅斯斯等等東東歐歐國國家家已實現(xiàn)了工業(yè)化生產。已實現(xiàn)了工業(yè)化生產。第五節(jié)第五節(jié)其它產品的發(fā)酵生產其它產品的發(fā)酵生產 一、有機酸的發(fā)酵生產一、有機酸的發(fā)酵生產檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷氨酸、賴氨酸等）、一些脂肪酸（氨酸、賴氨酸等）、一些脂肪酸（-亞麻酸、亞麻酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）等。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）等。上述有機酸都可利用微生物進行發(fā)酵生產，上述有機酸都可利用微生物進行發(fā)酵生產，經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)后提取這些成分。經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)后提取這些成分。二、真菌多糖的發(fā)酵生產二、真菌多糖的發(fā)酵生產真菌多糖是從真菌中分離出的由十個以上真菌多糖是從真菌中分離出的由十個以上的單糖以糖甙鍵連接而成的高分子多聚物。如靈的單糖以糖甙鍵連接而成的高分子多聚物。如靈芝多糖、香菇多糖、冬蟲夏草多糖、銀耳多糖、芝多糖、香菇多糖、冬蟲夏草多糖、銀耳多糖、黑木耳多糖等等。黑木耳多糖等等。真菌多糖具有調節(jié)機體的免疫功能，抑制真菌多糖具有調節(jié)機體的免疫功能，抑制和消滅腫瘤細胞等功效。因此，真菌多糖可作為和消滅腫瘤細胞等功效。因此，真菌多糖可作為功能性食品基料，用于保健食品或醫(yī)藥領域。功能性食品基料，用于保健食品或醫(yī)藥領域。靈芝多糖可從子實體或菌絲體中提取。靈芝多糖可從子實體或菌絲體中提取。液體深層發(fā)酵生產靈芝多糖工藝流程：液體深層發(fā)酵生產靈芝多糖工藝流程：一、種子培養(yǎng)一、種子培養(yǎng)斜面菌種培養(yǎng)斜面菌種培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)二、發(fā)酵罐培養(yǎng)二、發(fā)酵罐培養(yǎng)（菌絲體生產）（菌絲體生產）三、靈芝多糖（胞內和胞外多糖）的分離提取三、靈芝多糖（胞內和胞外多糖）的分離提取例：例：靈芝多糖的生產靈芝多糖的生產靈芝多糖在食品中的應用實例靈芝多糖在食品中的應用實例：1、靈芝乳酸濃縮汁的生產、靈芝乳酸濃縮汁的生產將靈芝菌種深層發(fā)酵培養(yǎng)獲得菌絲和濾液，從菌絲中提取多糖，并將靈芝菌種深層發(fā)酵培養(yǎng)獲得菌絲和濾液，從菌絲中提取多糖，并將提取液與濾液混合后添加適量的碳源和調味劑等，然后接入乳酸菌進行將提取液與濾液混合后添加適量的碳源和調味劑等，然后接入乳酸菌進行乳酸發(fā)酵，發(fā)酵后經(jīng)分離、配料、冷貯去雜、包裝和巴氏殺菌后即得成品。乳酸發(fā)酵，發(fā)酵后經(jīng)分離、配料、冷貯去雜、包裝和巴氏殺菌后即得成品。2、靈芝發(fā)酵飲料的生產、靈芝發(fā)酵飲料的生產將靈芝粉、白砂糖、蜜糖等作為發(fā)酵原料，接入酵母菌進行發(fā)酵，將靈芝粉、白砂糖、蜜糖等作為發(fā)酵原料，接入酵母菌進行發(fā)酵，將發(fā)酵離心液加入糖、檸檬酸和香料等配制而成。將發(fā)酵離心液加入糖、檸檬酸和香料等配制而成。3、靈芝菌絲體發(fā)酵酒的生產、靈芝菌絲體發(fā)酵酒的生產將靈芝菌絲體粉碎，再經(jīng)發(fā)酵而成的營養(yǎng)保健酒。將靈芝菌絲體粉碎，再經(jīng)發(fā)酵而成的營養(yǎng)保健酒。第六節(jié)第六節(jié)螺旋藻的培養(yǎng)生產及其應用螺旋藻的培養(yǎng)生產及其應用一、螺旋藻研究開發(fā)的進展及其藥理評價一、螺旋藻研究開發(fā)的進展及其藥理評價20世紀世紀50年代，作為食品出售年代，作為食品出售1967人工養(yǎng)殖螺旋藻獲得成功人工養(yǎng)殖螺旋藻獲得成功1968年，在墨西哥建成第一個螺旋藻生產工廠，其產品證明沒有毒性，允年，在墨西哥建成第一個螺旋藻生產工廠，其產品證明沒有毒性，允許作為食品和飼料。許作為食品和飼料。1977年，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織委托毒理學家進行毒性試驗，認為螺旋藻的年，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織委托毒理學家進行毒性試驗，認為螺旋藻的蛋白質質量達到理想蛋白質標準。蛋白質質量達到理想蛋白質標準。目前世界上很多國家進行螺旋藻的生產，銷售額在目前世界上很多國家進行螺旋藻的生產，銷售額在20億元以上。億元以上。1、蛋白質：、蛋白質：約約50%70%，其蛋白質中，其蛋白質中8種必需氨基酸配比合理且全面。種必需氨基酸配比合理且全面。2、碳水化合物：、碳水化合物：約約15%20%，其中，其中7%8%為螺旋藻活性多糖。為螺旋藻活性多糖。3、脂類：、脂類：約約4%，其中，其中亞麻酸占亞麻酸占1%。4、維生素：、維生素：含有多種維生素含有多種維生素，約，約3%，維生素，維生素B12、維生素、維生素E含量高。含量高。5、色素：、色素：約約6%，其中類胡蘿卜素在干粉中的含量為，其中類胡蘿卜素在干粉中的含量為0.2%0.4%，為其，為其它植物的它植物的10倍以上。倍以上。二、螺旋藻的化學組成和營養(yǎng)二、螺旋藻的化學組成和營養(yǎng)三、螺旋藻的形態(tài)、分類及生態(tài)三、螺旋藻的形態(tài)、分類及生態(tài)1、螺旋藻（、螺旋藻（Spirulina）的形態(tài)的形態(tài)是一種多細胞絲狀體。藻絲：長是一種多細胞絲狀體。藻絲：長50500m，直徑約直徑約112m。螺螺旋旋藻藻（Spirulina）屬屬藍藍藻藻門門、顫顫藻藻科科、螺螺旋旋藻藻屬屬，因因其其藻藻體體呈呈絲絲狀狀螺螺旋旋形形而而得得名名。目目前前在在國國內內發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)該該屬屬有有38個個種種，研研究究較較深深入入并并工工廠廠化化生生產產的的螺螺旋旋藻藻主要有兩個種。主要有兩個種。2、螺旋藻分類、螺旋藻分類鈍頂螺旋藻：鈍頂螺旋藻：藻絲末端細胞鈍圓，藻絲寬約藻絲末端細胞鈍圓，藻絲寬約68m，螺旋直徑為螺旋直徑為2836m，螺距約螺距約為為4357m；極大螺旋藻：極大螺旋藻：藻絲末端細胞略粗，藻絲約為藻絲末端細胞略粗，藻絲約為3.415m，螺旋直徑約為螺旋直徑約為4067m，螺距為螺距為3376m。鈍頂螺旋藻鈍頂螺旋藻極大螺旋藻極大螺旋藻3、螺旋藻的營養(yǎng)類型、螺旋藻的營養(yǎng)類型 1、光合自養(yǎng)型：、光合自養(yǎng)型：在光照下生長，在光照下生長，CO2作為唯一的碳源同化為細胞結構，作為唯一的碳源同化為細胞結構，生長所需能量僅僅來自光。生長所需能量僅僅來自光。2、營養(yǎng)缺陷型：、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，但這有機物不是作為碳源和能源，而是作為生長因子。有機物，但這有機物不是作為碳源和能源，而是作為生長因子。3、混合營養(yǎng)型：、混合營養(yǎng)型：在光照和在光照和CO2存在下生長，還必須加入至少一種有機底存在下生長，還必須加入至少一種有機底物，這種底物能進行光合代謝。物，這種底物能進行光合代謝。4、異養(yǎng)型：、異養(yǎng)型：能利用一種或多種有機物作為能源和碳源，能利用一種或多種有機物作為能源和碳源，CO2可有可無，可有可無，能在黑暗中生長。能在黑暗中生長。螺旋藻分布很廣，可在土壤、沼澤、淡螺旋藻分布很廣，可在土壤、沼澤、淡水、鹽水、海水及溫泉中生長，甚至可以在不水、鹽水、海水及溫泉中生長，甚至可以在不適宜生物生長的環(huán)境下生長，如在含堿量很高適宜生物生長的環(huán)境下生長，如在含堿量很高的湖泊中它也能良好的生長。的湖泊中它也能良好的生長。目前，工業(yè)化生產的螺旋藻大部分利用目前，工業(yè)化生產的螺旋藻大部分利用淡水養(yǎng)殖，也有利用海水養(yǎng)殖，后者需注意降淡水養(yǎng)殖，也有利用海水養(yǎng)殖，后者需注意降低重金屬含量。低重金屬含量。4、螺旋藻生態(tài)螺旋藻生態(tài)四、螺旋藻的生產和分離方法四、螺旋藻的生產和分離方法1、螺旋藻的生產、螺旋藻的生產按培養(yǎng)基類型分為按培養(yǎng)基類型分為：淡水培養(yǎng)淡水培養(yǎng)海水培養(yǎng)海水培養(yǎng)按營養(yǎng)類型分為：按營養(yǎng)類型分為：光合自養(yǎng)型生長培養(yǎng)光合自養(yǎng)型生長培養(yǎng)混合營養(yǎng)型生長培養(yǎng)混合營養(yǎng)型生長培養(yǎng)（1）、光合自養(yǎng)型螺旋藻的培養(yǎng)）、光合自養(yǎng)型螺旋藻的培養(yǎng)封閉池培養(yǎng)法：封閉池培養(yǎng)法：封閉池為長方形，深度約封閉池為長方形，深度約10cm左右，使用攪拌器和塑料擋板來加強水的左右，使用攪拌器和塑料擋板來加強水的流動，它既可以暴露于空氣中，又可以用塑料薄膜覆蓋其上，面積在流動，它既可以暴露于空氣中，又可以用塑料薄膜覆蓋其上，面積在5005000m2范圍內。范圍內。云南麗江程海湖天然螺旋藻生產基地（2）、混合營養(yǎng)型螺旋藻的培養(yǎng)）、混合營養(yǎng)型螺旋藻的培養(yǎng)例：鈍頂螺旋藻的分批培養(yǎng)例：鈍頂螺旋藻的分批培養(yǎng)在在生生物物反反應應器器中中加加入入滅滅過過菌菌的的培培養(yǎng)養(yǎng)基基，可可采采用用Zarrouk培培養(yǎng)養(yǎng)基基作作為為基基本本培培養(yǎng)養(yǎng)基基，根根據(jù)據(jù)需需要要在在其其中中添添加加葡葡萄萄糖糖（1.02.0gL）和和硝硝酸酸鈉鈉（2.0gL）?？乜刂浦苝H范范圍圍在在910，溫溫度度在在3035，一一定定的的光光強強度度（影影響響不不大大），培培養(yǎng)時間視情況而定。養(yǎng)時間視情況而定。2、螺旋藻的分離方法、螺旋藻的分離方法 可分為三個主要步驟：可分為三個主要步驟：初級分離：過濾法、離心法和絮凝法初級分離：過濾法、離心法和絮凝法脫水方法：離心法、重力過濾法和沙床過濾，脫水方法：離心法、重力過濾法和沙床過濾，其中以沙床過濾法較為理想，它將干燥和脫水其中以沙床過濾法較為理想，它將干燥和脫水兩個步驟結合在一起。兩個步驟結合在一起。干干燥燥方方法法：通通過過機機械械（滾滾筒筒）干干燥燥法法或或日日曬曬干干燥法將分離到的螺旋藻進行干燥。燥法將分離到的螺旋藻進行干燥。螺旋藻螺旋藻產品品螺旋藻食品螺旋藻食品

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