【正文】 原料進(jìn)行液體深層發(fā)酵生產(chǎn) SCP。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 纖維質(zhì)原料發(fā)酵前需經(jīng)合適的預(yù)處理，冷卻后即可進(jìn)行酶解。參與酶解的纖維素酶系有羧甲基纖維素酶、纖維素二糖酶和葡萄糖苷酶。三種酶的協(xié)同作用，將纖維素水解成葡萄糖單體，為生產(chǎn) SCP酵母菌提供可發(fā)酵性的糖。 隨著世界人口的不斷增長，糧食和飼料不足的情況日益嚴(yán)重。面對(duì)這一嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，開發(fā)利用單細(xì)胞蛋白已成為許多國家增產(chǎn)糧食的新途徑。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 食品工業(yè)中微生物酶制劑 酶是一種生物催化劑，具有催化效率高、反應(yīng)條件溫和和專一性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)日益受到人們的重視，應(yīng)用也越來越廣泛。生物界中已發(fā)現(xiàn)有多種微生物酶，目前國際出售的酶制劑商品有 100多種，而中國生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的僅有淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖異構(gòu)酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 利用微生物生產(chǎn)生物酶制劑要比從植物瓜果、種子、動(dòng)物組織中獲得更容易。因?yàn)閯?dòng)、植物來源有限，且受季節(jié)、氣候和地域的限制，而微生物不僅不受這些因素的影響，而且種類繁多、生長速度快、加工提純?nèi)菀住⒓庸こ杀鞠鄬?duì)比較低，充分顯示了微生物生產(chǎn)酶制劑的優(yōu)越性?，F(xiàn)在除少數(shù)幾種酶仍從動(dòng)、植物中提取外，絕大部分是用微生物來生產(chǎn)的。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 主要酶制劑及產(chǎn)酶微生物 淀粉酶 按照水解淀粉方式不同可將淀粉酶分為： α 淀粉酶、β 淀粉酶、糖化酶和普魯蘭酶（葡萄糖異構(gòu)酶）。 （ 1） α 淀粉酶（ α Amylase） 也稱液化淀粉酶 它作用于淀粉時(shí)可從淀粉分子內(nèi)部切開 α 1,4糖苷鍵生成糊精和還原糖。但不能分解 α 1,6糖苷鍵，因產(chǎn)物的末端葡萄殘基C1碳原子為 α 構(gòu)形故稱。不同的微生物種類產(chǎn)生的 α 淀粉酶的性質(zhì)也不同。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn) α 淀粉酶主要微生物是細(xì)菌和霉菌，特別是枯草桿菌，中國和美國使用的液化酶都屬于這一種。由微生物制備的酶制劑產(chǎn)霉量高，易于分離和精制，適于大量生產(chǎn)。從動(dòng)植物中提取的 α 淀粉酶，可以滿足特殊需要，但由于成本高、產(chǎn)量低，目前還不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前具有實(shí)用價(jià)值的 α 淀粉酶生產(chǎn)菌有：枯草桿菌 JD3 枯草桿菌 BF765 淀粉液化芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌，馬鈴薯芽孢桿菌、嗜熱糖化芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌等。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 霉菌 α 淀粉酶大多采有固體曲法生產(chǎn)，細(xì)菌 α 淀粉酶則以液體深層發(fā)酵為主。中國目前產(chǎn)量最大、用途最廣的液化型 α 淀粉酶 —— 枯草桿菌 BF7658， 其最適 ， pH 6或 10時(shí)，酶活力顯著降低，最適溫度為 65℃ 左右， 60℃以下穩(wěn)定。在淀粉漿中酶的最適溫度為 80～ 85℃,90℃ 保溫15min， 保留酶活性 87%。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 2） β 淀粉酶（ β Amylase） 早年是從麥芽、大麥、甘薯和大豆等高等植物中提取，近些年來發(fā)現(xiàn)不少的微生物能產(chǎn) β 淀粉酶，且其對(duì)淀粉的作用與高等植物的 β 淀粉酶是相同的，而在耐熱性等方面優(yōu)于高等植物 β 淀粉酶，更適合于工業(yè)化應(yīng)用。 β 淀粉酶由淀粉的非還原端開始作用 ， 逐次分解直鏈淀粉為麥芽糖 ， 但分枝部分及內(nèi)側(cè)部分則不被分解而列殘留下來 ， 即 β 極限糊精 。 生成的麥芽糖在光學(xué)上屬于 β 型 。 目前研究最多的是多黏芽孢桿菌、巨大芽孢芽桿菌、蠟狀芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌和鏈霉菌等。由于葡萄異構(gòu)酶和β 淀粉酶可以相互配合使用，可以篩選同時(shí)具有這兩種酶的菌種。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 3）糖化酶 (Glucoamylase) 也稱葡萄糖苷酶 其作用方式與 β 淀粉酶相似，也由淀粉非還原端開始，逐次分解淀粉為葡萄糖，它也能水解 α 1,6糖苷鍵，所以水解產(chǎn)物除葡萄糖外，還有異麥芽糖，這點(diǎn) β 淀粉酶不同。 不同的國家糖化酶的生產(chǎn)菌種不同，美國主要有臭曲霉，丹麥和中國用黑曲霉、日本用擬內(nèi)孢霉和根霉。糖化酶的工業(yè)化生產(chǎn)起步較晚，當(dāng)時(shí)的菌種活性較低，發(fā)酵單位不高，20世紀(jì) 70年代中國選育黑曲霉突變株 UV11， 目前已廣泛用于糖化酶生產(chǎn)。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 4）葡萄糖異構(gòu)酶（ Isoamylase） 也稱普魯蘭酶、淀粉1,6 葡萄糖苷酶、 R酶等 異構(gòu)酶可以分解支鏈淀粉 α 1,6糖苷鍵，生成直鏈淀粉。 可以產(chǎn)生異構(gòu)酶的微生物有酵母菌、產(chǎn)氣氣桿菌、假單胞菌、放線菌、乳酸桿菌、小球菌等。中國多采用產(chǎn)氣氣桿菌。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 (Pectinases) 果膠酶是指能分解果膠質(zhì)的多種酶的總稱，不同來源的果膠酶期特點(diǎn)也不同。根據(jù)不同的微生物來源將果膠酶分為：聚半乳糖醛酸酶（ polygalacturonase,PG）、 聚半乳糖醛酸裂解酶 (polygaalcturomate lyase,PGL)、 聚甲基半乳糖醛酸裂和果膠酯酶（ pectinesterases enzyme,PE）。 能夠產(chǎn)生果膠酶的微生物很多，但在工業(yè)生產(chǎn)中采用真菌，大多數(shù)菌種生產(chǎn)的果膠酶都是復(fù)合酶，也有微生物卻能產(chǎn)生單一果膠酶，如齋藤曲酶，主要產(chǎn)生 PG， 而鐮刀霉主要生產(chǎn)原果膠酶。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ cellulases） 纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一類酶的總稱。纖維素酶可分為酸性纖維素酶和堿性纖維素酶。產(chǎn)生纖維素酶的微生物有很多，如真菌、放線菌和細(xì)菌等，但作用機(jī)理不同。大多數(shù)的細(xì)菌纖維素酶在細(xì)胞內(nèi)形成緊密的酶復(fù)合物，而真菌纖維素酶均可分泌到細(xì)胞外。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ proteases） 蛋白酶是水解蛋白肽鍵的一類酶的總稱。按其降解多肽的方式分為：內(nèi)肽酶和端肽酶。內(nèi)肽酶可將大分子質(zhì)量的多肽鏈從中間切斷，形成小分子質(zhì)量的朊或胨，端肽酶可分為羧肽酶和氨肽酶，它們分別從多肽的游離羧基末端或游離氨基末端將肽水解，生成氨基酸。 在微生物的生命活動(dòng)中，內(nèi)肽酶的作用是降解大的蛋白質(zhì)分子，使蛋白便于進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。屬于胞外酶。端肽酶常存在于細(xì)胞內(nèi)，胞內(nèi)酶。目前工業(yè)常用的蛋白酶是胞外酶。按產(chǎn)生菌的最適 pH為標(biāo)準(zhǔn)，將蛋白酶分為中性蛋白酶、堿性蛋白酶和酸性蛋白酶。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 1）酸性蛋白酶 它在許多地方與動(dòng)物胃蛋白酶和凝乳蛋白酶相似，除胃蛋白酶外，都是由真菌產(chǎn)生。多數(shù)酸性蛋白酶在 pH 2～ 5范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，一般在 pH 7， 40℃ 條件下，處理 30min立即使酸性蛋白酶失活，在 ， 30℃ 條件下可引起大部分酸性蛋白酶失活。酶的失活是由于酶的自溶引起的，溶液中游離氨基酸的的增加就是有力的證據(jù)，但添加2mol的 NaCl可增加酶的穩(wěn)定性。 生產(chǎn)酸性蛋白酶的微生物有：黑曲酶、米曲霉、方齋藤曲霉、金黃曲霉、擬青霉、微小毛霉、白假絲酵母、枯草桿菌等等。中國生產(chǎn)酸性蛋白酶的菌種為黑曲霉。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 2）中性蛋白酶 大多數(shù)微生物產(chǎn)生的蛋白酶是金屬酶，是微生物蛋白酶中最不穩(wěn)定的酶，很容易自溶，即使在低溫冷凍干燥下，也會(huì)造成分子質(zhì)量的明顯減少。 中性蛋白酶的熱穩(wěn)定性較差，枯草桿菌中性蛋白酶在 pH 7 60℃ 處理 15min， 失活 90%，棲土曲霉中性蛋白酶 55℃ 處理 10min， 失活 80%，而放線菌中性蛋白酶熱穩(wěn)定性更差，只在 35℃ 以下穩(wěn)定， 45℃ 迅速失活。而有的枯草桿菌中性蛋白酶在 pH7和溫度 65℃ 時(shí)，酶活幾乎無損失。此外，鈣對(duì)中性蛋白酶的熱穩(wěn)定性有保護(hù)作用。 生產(chǎn)中性蛋白酶的微生物有：桔草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、醬油曲霉、米曲霉和灰色鏈霉菌等。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 3）堿性蛋白酶 堿性蛋白酶是一類作用最適 pH9～ 11范圍的蛋白酶，由于其活性中心含絲氨酸，所以也叫絲氨酸蛋白酶。堿性蛋白酶作用位置是要求在水解肽鍵的羧基側(cè)具有芳香族或疏水性氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸等）它比中性蛋白酶的水解能力更強(qiáng)，能水解酯鍵、酰胺鍵和轉(zhuǎn)肽的能力。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 堿性蛋白酶較耐熱， 55℃ 下保持 30min仍能有大部分的活力。因此，主要應(yīng)用于制造加酶洗滌劑。但是，多數(shù)微生物堿性蛋白在 60℃ 以上酶失活很快，只有少數(shù)鏈霉菌屬菌的堿性蛋白酶 70℃ 處理 30min后，酶活性僅損失 10%左右，堿性蛋白酶是商品蛋白酶中產(chǎn)量最大的一類蛋白酶，占蛋白酶總量的 70%左右。 生產(chǎn)堿性蛋白酶的微生物主要是芽孢桿菌屬的幾個(gè)種，如地衣芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、嗜堿芽孢桿菌和灰色鏈球菌等。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 其他微生物酶類 由酵母菌、霉菌產(chǎn)生的脂肪酶；霉菌產(chǎn)生的半纖維素酶、葡萄糖氧化酶、蔗糖酶、橙皮苷酶、柚柑酶；由細(xì)菌、放線菌產(chǎn)生的葡萄糖異構(gòu)酶等。 一種酶可以有多種微生物產(chǎn)生，而一種微生物也可以產(chǎn)生多種酶。因此可經(jīng)根據(jù)不同條件利用微生物來生產(chǎn)酶制劑。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 菌種的選擇 我們知道，任何微生物都能在一定的條件下合成某些酶。但并不是所有微生物產(chǎn)生的酶都能用于酶的發(fā)酵生產(chǎn)。一般說來，能用于酶發(fā)酵生產(chǎn)的微生物必須具備如下幾個(gè)條件： （ 1）酶的產(chǎn)量高 優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物首先具有高產(chǎn)的特性，才有較好的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。但高產(chǎn)菌種可以通過篩選、誘變、或采用基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù)而獲得； （ 2）菌種容易培養(yǎng)和管理 要求產(chǎn)酶微生物容易生長繁殖，并且適應(yīng)性較強(qiáng)，易于控制，便于管理； 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 3）菌種產(chǎn)酶穩(wěn)定性好 在通常的生產(chǎn)條件下，能夠穩(wěn)定地用于生產(chǎn)，不易退化與變異。一旦菌種退化，要經(jīng)過復(fù)壯處理，使其恢復(fù)產(chǎn)酶性能； （ 4）利于酶的分離純化 發(fā)酵完成后，需經(jīng)分離純化過程，才能得到所需的酶，這就要求產(chǎn)酶細(xì)胞本身及其他雜質(zhì)易于和酶分離； （ 5）安全可靠 要使用的微生物及其代謝物安全無毒，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)人員健康和環(huán)境帶來不良影響，也不會(huì)對(duì)酶的應(yīng)用產(chǎn)生其他的負(fù)面影響。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 發(fā)酵條件的控制 我們選擇了優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物后，還必須滿足微生物生長、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的各種工藝條件，并要根據(jù)發(fā)酵過程的變化進(jìn)行優(yōu)化控制。以便達(dá)到發(fā)酵生產(chǎn)獲得大量所需的酶為目的。 提高微生物酶活性和產(chǎn)率的途徑是多方面的，其中控制營養(yǎng)和培養(yǎng)條件是最基本也是最重要的途徑。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 改變培養(yǎng)基成分，常常能提高酶活性；改變培養(yǎng)基的氫離子濃度和通氣等條件，可以調(diào)節(jié)酶系的比例；改變代謝調(diào)節(jié)或遺傳型，可以使產(chǎn)酶的微生物合成發(fā)生巨大的變化。但是菌種的生長與產(chǎn)酶未必是同步的，產(chǎn)酶量也并不是完全與微生物生長旺盛程度成正比。為了使菌體最大限度地產(chǎn)酶，除了根據(jù)菌種特性或生產(chǎn)條件選擇恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)酶培養(yǎng)基外，還應(yīng)當(dāng)為菌種在各個(gè)生理時(shí)期創(chuàng)造不同的培養(yǎng)條件。例如細(xì)菌淀粉酶發(fā)酵采取 低濃度發(fā)酵，高濃度補(bǔ)料 ，蛋白酶發(fā)酵采取 提高前期培養(yǎng)溫度 等不同措施，提高了產(chǎn)酶水平。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 酶制劑在食品保鮮中應(yīng)用 酶法保鮮技術(shù)是利用生物酶的高效催化作用，防止或消除外界因素對(duì)食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)和特性的技術(shù)。由于酶具有專一性強(qiáng)、催化效率高、作用條件溫和等特點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧化和微生物對(duì)食品所造成的不良影響。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 1） 葡萄糖氧化酶（ glucose oxidase） 是一種氧化還原酶，將蛋類制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產(chǎn)品的質(zhì)量；容易發(fā)生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易發(fā)生褐變的馬鈴薯、蘋果、梨、果醬類食品中，利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑，可以有效地防止氧化的發(fā)生。 （ 2）溶菌酶（ lysozyme） 是一種催化細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽多糖水解的水解酶，用溶菌酶處理食品，可以有效地防止和消除細(xì)菌對(duì)食品的污染，起到防腐保鮮作用，如干酪、水產(chǎn)品、低濃度釀造酒、乳制品等其他食品的保鮮。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 目前以淀粉為原料生產(chǎn)味精、啤酒、面包酵母、淀粉糖、酒精等企業(yè)廣泛應(yīng)用淀粉酶進(jìn)行淀粉糖化和液化。 （ 1）在酒精生產(chǎn)過程中酶法液化代替高壓蒸煮 酒精生產(chǎn)過去是多采用高壓蒸煮淀粉原料（液化）；經(jīng)糖化后進(jìn)行酒精發(fā)酵。酶法液化是利用 α 淀粉酶液化淀粉質(zhì)原料，從而取代高壓蒸煮工藝。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 2）雙酶水解淀粉質(zhì)粗原料發(fā)酵谷氨酸 谷氨酸發(fā)酵過去多采用酸水解淀粉為葡萄糖，這工藝不僅要消耗大量的鹽酸，而且浪費(fèi)糧食大約損失淀粉約 30%。用酶法水解淀粉，即淀粉粗質(zhì)原料先經(jīng) α 淀粉酶液化，再經(jīng)糖化酶糖化，糖液壓濾進(jìn)行離子交換除雜質(zhì)后，接入菌種進(jìn)行谷氨