酵母菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用

1、酵母菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用摘要：我國(guó)勞動(dòng)人民在幾千年前就利用酵母制醬釀酒等，酵母菌在人類的食品化工能源等方面有重大作用。酵母菌發(fā)酵食品可改善其風(fēng)味及提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，基因工程在改造酵母方面獲得了很多成功，使酵母獲得了很多對(duì)人類有益的性狀。在能源匱乏的今天，利用酵母發(fā)酵生物質(zhì)產(chǎn)酒精作為能源代替品已越來越引起重視。但還需解決纖維素難利用等問題，因此亟需改造酵母，使其適應(yīng)于纖維素等發(fā)酵。關(guān)鍵詞：酵母菌 食品風(fēng)味 可再生能源 基因工程The role of yeast in fermention industryAbstract：The people of our country mak

2、e sauce and alcohol .Yeast play a important role in food chemeical-industry and energy and so on .Food ferment by yeast has a special taste and nutrient .Along the development of biotechnology ,gene engineer succeeds to change the characters of yeast and get many new properties of yeast to fit the f

3、ermentation .Because the short of energy , it is importanceto use yeast to ferment alcohol as a substitution . But yeast can't use fiber to ferment effecient . Gene engineer may solve this problem . Key words：yeast , flavor of food ,renewable energy sources ,gene engineer .1 酵母在發(fā)酵中的歷史回顧中國(guó)是世界上在食品

4、生產(chǎn)中利用微生物發(fā)酵技術(shù)最早的文明古國(guó),具有許多民族特色的發(fā)酵食品,如豆腐乳、豆豉、醬油、醬、醋和白酒等,這些食品的制造工藝屬傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)1。利用酵母對(duì)肉制品進(jìn)行發(fā)酵，如臘肉，可以提高肉制品的消化吸收率及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值2。酵母菌與人類生活密切相關(guān)，除了發(fā)面做饅頭、面包和釀造各種飲料酒外，還能生產(chǎn)酒精、甘油、甘露醇、有機(jī)酸、維生素等等。酵母以通氣方式培養(yǎng)可產(chǎn)生大量菌體，其蛋白質(zhì)含最可達(dá)千酵母之50%。食用酵母多以糖蜜為原料，生產(chǎn)飼料酵母則以酒精工業(yè)、淀粉工業(yè)、制糖工業(yè)、啤酒工業(yè)、千酪工業(yè)、造紙工業(yè)(亞硫酸鹽紙漿廢液)等廢液以及石臘油、木材水解液為原料生產(chǎn)。生產(chǎn)設(shè)備向著大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展3。使用化

5、學(xué)超聲波等方法使酵母細(xì)胞破碎入醪液發(fā)酵，可以縮短發(fā)酵周期，提高醬油質(zhì)量4。2 酵母抽提物的呈味作用原理一般用酵母菌分為啤酒酵母和卡爾酵母，啤酒酵母屬于上面酵母，而卡爾酵母屬于下面酵母。酵母的發(fā)酵產(chǎn)物可以改善食品風(fēng)味，能使人增強(qiáng)食欲。例如天然調(diào)味料酵母抽提物(也稱“酵母精”) 是以酵母發(fā)酵液為原料經(jīng)自溶等工序而制得5, 它不同于味精只含單一谷氨酸鈉, 除了谷氨酸鈉外, 還含豐富的其它10 多種氨基酸、肽以及多肽類、呈味核苷酸、維生素及微量元素等, 多種成分形成一種復(fù)雜的復(fù)合效應(yīng), 不僅具有味精的鮮味, 而且還具有濃郁的肉香味, 添加到許多食品中, 具有強(qiáng)烈的增鮮和增香作用, 可達(dá)到理想的調(diào)味效果

6、6。因而在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家早已大量使用。歸納起來, 酵母精可用在如下多種食品的調(diào)味中: 家用調(diào)味品、肉類食品加工、水產(chǎn)品加工、快餐食品、方便面湯料及其它湯料、膨化食品、腌漬類佐料、素食食品以及營(yíng)養(yǎng)滋補(bǔ)品等7。酵母源生物飼料作為天然綠色生物添加劑，在改善動(dòng)物消化健康、提高動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量等有很好的效果8。酵母中約有31%的編碼基因與哺乳動(dòng)物的一些重要功能基因具有很高的同源性9，使其應(yīng)用價(jià)值。目前比較流行的食品酵母活性干酵母，應(yīng)用價(jià)值十分的高?；钚愿山湍赣袃蓚€(gè)基本特征：一是常溫下長(zhǎng)期貯存而不失去活性，二是將活性干酵母在一定條件下復(fù)水活化后，即恢復(fù)成自然狀態(tài)并具有正常酵母活性的細(xì)胞。其中，細(xì)胞含量超

7、過200億cfu/g，含水量小于6%的活性干酵母被稱為高活性干酵母。高活性干酵母具有含水量低、復(fù)水快、貯藏時(shí)間長(zhǎng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。在食品釀酒工業(yè)中都有很廣泛的應(yīng)用10。3 酵母在生物能源中的作用 隨著石油資源匱乏、價(jià)格飛速增長(zhǎng)以及全球氣候變暖、環(huán)境惡化等問題的日益嚴(yán)重, 各國(guó)政府、企業(yè)和科學(xué)界均致力于推動(dòng)傳統(tǒng)石油化工制造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)11。工業(yè)生物制造技術(shù)是一種可再生的、環(huán)境友好、節(jié)能減排的先進(jìn)技術(shù), 微生物發(fā)酵則是其中的重中之重。代謝工程的發(fā)展雖然只有短短的20 年, 卻極大地推動(dòng)了微生物發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展, 既降低了微生物發(fā)酵的生產(chǎn)成本, 又拓展了發(fā)酵產(chǎn)品的多樣性, 使其在和石油化工制造技術(shù)的

8、競(jìng)爭(zhēng)中在局部占據(jù)了上風(fēng)。2006 年全球的化學(xué)市場(chǎng)銷售中5%來自于工業(yè)生物技術(shù)。麥肯錫咨詢公司預(yù)測(cè)在2010年工業(yè)生物技術(shù)的產(chǎn)值將達(dá)到560 億美元, 占化學(xué)市場(chǎng)的20%。隨著系統(tǒng)生物學(xué)和合成生物學(xué)等新技術(shù)的迅速發(fā)展, 代謝工程和微生物發(fā)酵工業(yè)在不久的將來會(huì)取得新一輪的輝煌12。燃料酒精是一種潛力巨大的生物能源，纖維質(zhì)原料具有來源廣泛、成本低廉、可再生等優(yōu)點(diǎn)，因此，用纖維質(zhì)原料制燃料酒精具有其他淀粉原料不可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前，燃料酒精的生產(chǎn)占世界酒精總產(chǎn)量的66，并且還有進(jìn)一步增加趨勢(shì)13。但是，轉(zhuǎn)化過程中纖維素酶的成本降低問題、發(fā)酵工藝的優(yōu)化問題以及酒精廢糟的綜合利用問題尚未得到完善，值得我們

9、深入的研究解決。生物柴油主要以植物油脂、動(dòng)物油酯、廢餐飲油等原料通過酯交換法來生產(chǎn)，但成本過高，且與其他產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)原料14。將纖維素、半纖維素等糖化發(fā)酵培養(yǎng)高含油脂的酵母、霉菌、藻類可獲得更多的生物柴油原料。如果能夠大規(guī)模培養(yǎng)獲得可以在湖泊、海洋生長(zhǎng)的綠藻、螺旋藻、微藻、小球藻等，替代動(dòng)植物油酯作為生物柴油的原料，將徹底解決人類的能源問題。各種海洋、湖泊高產(chǎn)油脂的藻類菌種篩選培養(yǎng)，油料樹種的大面積種植，纖維素、半纖維素糖化后高產(chǎn)油脂的酵母、霉菌、藻類的發(fā)酵培養(yǎng)，均是好的發(fā)展方向15。微生物以單糖為碳源發(fā)酵產(chǎn)油脂以纖維素裂解產(chǎn)生的單糖、寡糖等裂解液為碳源，經(jīng)高產(chǎn)油脂的霉菌，酵母菌，藻類發(fā)酵生產(chǎn)油脂

10、，生產(chǎn)生物柴油16。目前已發(fā)現(xiàn)能代謝木糖的微生物百余種，包括細(xì)菌、真菌和酵母菌，但是細(xì)菌發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇的濃度和產(chǎn)率較低，產(chǎn)物復(fù)雜，耐乙醇能力較差，真菌產(chǎn)乙醇速度較慢17，所以，大量的研究集中在發(fā)酵性能相對(duì)較好的酵母菌上。木質(zhì)纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，其中半纖維素占到11%37%18，而半纖維素水解產(chǎn)物主要為木糖，所以通過酵母充分利用木質(zhì)纖維素水解液中的木糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇是木質(zhì)纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟的關(guān)鍵19。4 酵母發(fā)酵工業(yè)面臨的困難和問題根據(jù)絮凝特性和糖抑制類型,啤酒酵母的絮凝可分為FLO1型(甘露糖專一型)和New FLO1型(受甘露糖,麥芽糖,葡萄糖,蔗糖等抑制)20。發(fā)酵

11、啤酒過程中，使啤酒酵母啤酒凝集可以減輕過濾壓力，增加啤酒清純口味21。如果酵母能夠分泌-內(nèi)切葡聚糖酶,就可以使啤酒中的大麥-葡聚糖在發(fā)酵中降解,從而防止了由-葡聚糖可能引起的混濁,去除-葡聚糖也有利于含高-葡聚糖的啤酒的過濾22。在生產(chǎn)過程中，選用性能優(yōu)良、 穩(wěn)定的酵母菌菌株并不斷優(yōu)化酵母菌的營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境， 盡量不要讓酵母菌通過調(diào)節(jié)自身的功能去適應(yīng)環(huán)境， 而是要不斷優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境，去滿足酵母菌生理活動(dòng)的需求， 保證酵母菌發(fā)酵正常， 從而保證發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性23。發(fā)酵過程中對(duì)于保障純種發(fā)酵和質(zhì)量穩(wěn)定,酵母菌株的穩(wěn)定性至關(guān)重要,因此,遺傳改良的酵母必須保持其新獲得的性狀。目前,將目的基因整合進(jìn)酵

12、母染色體一般比在質(zhì)粒載體中更穩(wěn)定。但是,隨著遺傳學(xué)的高速發(fā)展,質(zhì)粒載體會(huì)更穩(wěn)定24。最近幾年,利用酵母遺傳學(xué)改良,構(gòu)建更好的酵母菌株已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。相信不久的將來,經(jīng)遺傳改良的啤酒酵母將廣泛地應(yīng)用于啤酒釀造工業(yè),顯示出其巨大的價(jià)值。5.展望酵母對(duì)人類貢獻(xiàn)很多，但隨著人類社會(huì)的發(fā)展，酵母目前的產(chǎn)品不足以滿足人類日益增長(zhǎng)的需求，亟需選著具有新性狀的酵母來適應(yīng)發(fā)酵工業(yè)的需要。目前有三種方法：從自然界選擇自發(fā)突變菌株 、誘變和使用基因工程改造25。獲得自發(fā)突變株或誘變株是較簡(jiǎn)單的直接改良酵母菌株的方法。自發(fā)突變菌株通常無外源遺傳損傷,不需要再通過回交方法去除或抑制之。自發(fā)突變株通常較穩(wěn)定。但自發(fā)

13、突變也具有突變頻率低,需富集等缺陷26。對(duì)酵母進(jìn)行誘變劑(EMS、NTG、紫外線)處理也是一種很有效的篩選目的菌株的方法27。基因工程改造酵母。酵母具有比大腸桿菌更完備的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制及對(duì)表達(dá)產(chǎn)物的加工修飾和分泌能力，并且不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)毒素，是基因工程中良好的真核基因受體菌28。采用基因工程方法將多種纖維素酶在釀酒酵母中高效共表達(dá),就可直接降解纖維素,應(yīng)用于環(huán)境和生物質(zhì)能等領(lǐng)域29 。pScIKP載體能成功用于多個(gè)外源基因共表達(dá)和產(chǎn)物協(xié)同作用的研究30,為構(gòu)建能直接降解纖維素的釀酒酵母菌株,實(shí)現(xiàn)纖維素可再生能源的生物利用奠定了基礎(chǔ)31。Ingram 研究小組分析了生產(chǎn)乙醇的大腸桿菌代謝網(wǎng)絡(luò), 確

14、定丙酮酸和NADH 供給是乙醇合成的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn); 通過擴(kuò)增表達(dá)運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonas mobilis)的丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶, 將碳代謝通量幾乎全部轉(zhuǎn)入乙醇合成, 從而使乙醇發(fā)酵產(chǎn)率達(dá)到95%以上32。 酵母生產(chǎn)企業(yè)每噸產(chǎn)品產(chǎn)生的發(fā)酵殘液較多。因此在發(fā)酵生產(chǎn)的同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)度水的治理，做到達(dá)標(biāo)排放，將企業(yè)建成環(huán)境友好企業(yè)。許多工廠是將酵母工廠廢水蒸發(fā)濃縮，制成顆粒狀的物質(zhì)，作為牛飼料。有的工廠直接將含氮量高的發(fā)酵液排放到種草的農(nóng)場(chǎng)，作為補(bǔ)充肥料。發(fā)酵工業(yè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活關(guān)系密切，對(duì)支援農(nóng)業(yè)、繁榮市場(chǎng)、擴(kuò)大出口、換取外匯、以及三廢治理、環(huán)境保護(hù)等方面，起著重要的作用。隨著生物技

15、術(shù)的研究和應(yīng)用，發(fā)酵工業(yè)必將給人類帶來更大的益處。而酵母發(fā)酵則是發(fā)酵工業(yè)中的重中之重，一定要重視。參考文獻(xiàn)：1李洪軍，唐勇. 生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望J.肉類工業(yè)，2001,?(2):37-392朱俊晨. 中式發(fā)酵香腸用發(fā)酵劑混合菌種的研究 J . 食品與發(fā)酵工業(yè), 2001( 5) : 17 -20.3FELL JW,BOEKHOUT T,FONSECA A,et a1.Biodiversity and system-atics of basidiomycetous yeasts as determined by large-subunit rDNA D1/D2 domain s

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