酵母的历史

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I+G:30~40 美元/公斤


5´-胞苷酸钠:150~200美元/公斤
聚肌胞:1.5~2.0 万美元/公斤
由酵母生产核酸类产品
酵母中核酸含量:一般酵母8~10%,高核酸酵母14~16%
阳离子交换 I+G 酶法水解 阴离子交换胞苷酸


高核酵母 稀碱法或盐溶法核糖核酸
聚肌胞 CDP胆碱 阿糖腺苷 环胞苷
酒的组成:水+乙醇98% 风味物质0.1~1.0% 其他杂质1.0~1.9% 酒的品质——取决于0.1~1.0% 的风味物质,价格相差达万倍以 上。 风味物质主要组成——酯类物质 、酸类物质、高级醇、羰基化合物 、其他五大类。 酒的生理作用——各酒种基本相 同。
酿酒类酵母育种攻关点


菌种改造的目标——风味物质的 平衡。即减少有害物质生成量, 适量增加有益物质生成量。 菌种改造方法——微量代谢物质 的调节与控制。 改造难点: (1)许多微量物质代谢机理不明 ; (2)风味物质的平衡问题; (3)微量(mg/L,μ g/L)—— 筛选困难.
3.1酵母产品的分类
(2)按产品含水量 干 酵 母:含水量<10% 压榨酵母:含水量66~72% 酵 母 乳:含水量80~86% (3)按酵母产品的用途 食用酵母、饲料酵母、酿酒酵母、药用酵母
3.2食用酵母

用作食品发酵剂的面包酵母 ——具有香松可口、营养丰 富等特点。 作为食品添加剂或营养补充 剂的营养酵母——用来提高 食品的营养价值和改善口感 。
4.酵母提取物研究进展
4.1核酸类产品 4.2酵母味素 4.3海藻糖
4.1核酸类产品
核酸类物质包括:

核糖核酸(RNA) 脱氧核糖核酸(DNA) 嘌呤、嘧啶碱基、核苷、核苷酸及它们的衍生物
部分核酸产品的价格

5´-鸟苷酸钠(I):50~60美元/公斤


5´-肌苷酸钠(G):20~30美元/公斤
分子育种
☆酵母菌分子育种技术主要包括如 下几方面: 异源基因在工业酵母中的克隆和 表达; 同源基因在工业酵母中的克隆和 表达(自克隆技术); 基因敲出; 增加有用基因的考贝数; 依据代谢控制理论进行基因重组 。
2.3 酒精酵母的育种
•到目前为止,酒精是惟 一可代替石油的一种可 再生能源。 •全世界已探明的石油储 量约1500亿吨,按目前 的消耗速度,可用约50 年。

营养酵母:
★酵母是一种全营养素,其中 包括四大营养系列:

蛋白质:40~60%
核酸:8~10%
各种维生素:0.3~0.8% 矿物质:6~9%

根据全国营养调查,VB2是中国居民最缺乏的维生 素(钙是最缺乏的矿物质),全国人均每天摄入量 仅为RDA值(不影响健康的最低摄入量)的60%左 右。 酵母中 B 族维生素的含量最丰富,普通酵母 VB 2 含 量为50mg/kg左右,富集酵母可达100mg/kg以 上。 人体直接摄入药用VB2其吸收率只有15%左右,而对 酵母中 VB 2 的吸收率可达 60% 以上,为直接摄入的 4 倍左右,是一种理想的VB2补充源。

自然筛选 诱变育种 杂交育种 原生质体融合育种 分子育种 (即基因工程技术育种)
自然筛选



从自然界中分离筛选; 从收集到的不同来源的工业 用酵母菌筛选符合厂家生产 需要的酵母菌种; 从生产中分离符合需要的酵 母菌种等。
诱变育种

物理因子——UV 、X、 、快中子 、高温 等 化学因子——亚硝酸、NTG、硫酸 二乙酯、甲基磺酸乙酯、5-氨基尿 嘧啶等


食用酵母人均年消耗量(g)
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
120g/人年
全世界
欧美
香港
中国大陆
3.3饲料酵母

广泛用作各种家禽、家畜、鱼虾、蜜蜂等的蛋 白质添加剂。 全世界饲料酵母年总产量:150~200万吨 我国年产量:0.5~2.0万吨

3.4酿酒酵母



我国酿酒活性干酵母(ADY)的科研与生产水平 已达世界先进水平,我室是研究酿酒活性干酵母 的主要单位之一。 我室在酿酒ADY方面的主要科研成果包括:酒精 活干酵母、葡萄酒活性干酵母、生香活性干酵母 和啤酒活性干酵母等。 目前,我国生产的酒精活性干酵母已大量出口美 国、英国等发达国家。
cerevisiae, Candida Berkhout, Pichia.
酿酒酵母基因工程表达系统的不足有:
(1)其质粒表达载体常不稳定,易丢失; (2)表达载体缺乏高效可调控的启动子;
(3)较难实现高密度培养等。
非常规酵母表达系统的研究:

已开始建立基因表达系统的非常规酵母有: Pichia、Hansenula、Kluyveromyces等。 其中,巴斯德毕赤氏酵母的基因表达系统发展 最为迅速,已有数百种外源蛋白质在巴斯德毕 赤氏酵母中表达,其产量比酿酒酵母系统高 10~100倍。预示着非常规酵母在基因工程表 达系统中有着良好的应用前景。


特点:方法简单,收效显著,因此 在科研和生产上得到广泛应用,但 缺少育种的定向性,存在副作用。
杂交育种
细胞 X 细胞 细胞 X 孢子
孢子 X 孢子

获得具有优良特 性的酵母菌种
原生质体融合育种
原生质体 + 原生质体 原生质体 + 灭活原生质体
细胞器 + 原生质体融合
异源细胞 + 酵母原生质体 获得具有优良特 性的 酵母菌种。
二.酿酒酵母定向育种研究进展
2.1 酵母与酿酒 2.2 酿酒酵母的育种方法 2.3 酒精酵母的育种 2.4 酒类酵母的育种
2.1酵母与酿酒

关于酒的起源
(1)成熟的水果 (2)发芽的谷物
(3)发霉的谷物
酵母 酵母
蒸馏
葡萄酒→白兰地
蒸馏
啤 酒→威士忌
蒸馏
酵母
黄 酒→白

酵母菌是天然的酿酒微生物 ——家养微生物


自然界中有糖的地方就会有酵母菌。 从自然界中可筛选到酿酒效率高达90%以上的 酵母菌,到目前为止这是其它微生物很难达到 的高度(包括经各种方法改造后的菌株)。 乙醇是酿酒酵母惟一的主要代谢产物,含量可 达10-20%,其它代谢产物总和一般不超过 0.5%(CO2除外)。
2.2 酿酒酵母的育种方法
酒精生产菌种选育的热点:
(2)木糖发酵高产菌株的构 建
由于粮食供应的限制,淀粉质 原料生产酒精不可能无限发展。
纤维类物质是自然界中存量 最大的可再生资源,其有效利用 的关键之一是木糖的有效利用。 自然界中木糖的含量仅次于葡 萄糖,约占纤维类物质总量的1/4 。
木质纤维素生物转化:
木质纤维素 Lignocellulosic Materials 预处理 Pre-treatment 酶 解 Enzymatic Hydrolysis 固液分离 Solid- liquid Separation

2)酵母生产工艺正式形成阶段 此阶段的大致范围是19世纪末至本世纪20年代 的大约50年左右的时间内。在此期间,面包酵母 的生产技术在荷兰、德国、奥地利等得到了迅速 的发展,我们今天所熟知的面包酵母生产工艺在 此时期内正式形成。

活性干酵母发展阶段 此阶段的大致范围是上世纪20年代至今。活性 干酵母使用方便、便于保存、发酵力强。目前国 内外的各种酵母多采用此工艺。

谈到酵母的发现要从公元前3000年说起,古埃及 人最先掌握了制作发酵面包的技术。最初的发酵 方法可能是偶然发现的:和好的面团在温暖处放 久了,受到空气中野生酵母菌的侵入,导致发酵 、膨胀、变酸,再经烤制便得到了远比“烤饼” 松软的一种新面食,这便是世界上最早的面包。 也就是人类对酵母最早的应用。
4.2酵母味素


酵母味素又称酵母味精、酵母精和酵母浸出物( Yeast extract)——是利用现代生物技术将酵 母细胞内的蛋白质、核酸类物质进行降解、再经 提纯精制而得到的粉状、膏状或液体状产品。 酵母味素集调味、营养和医疗辅助于一身,被称 为第三代味精(I+G称为第二代味精)。 生产酵母味素的酵母来源:专门培养的酵母、干 酵母生产厂的尾粉、啤酒酵母泥。
3.酵母细胞产品研究进展
3.1酵母产品的分类
3.2食用酵母 3.3饲料酵母
3.4酿酒酵母
3.5药用酵母
3.1酵母产品的分类
(1)按产品活性 活性酵母:产品中酵母细胞处于休眠状态,在适 宜条件下复水,即恢复正常细胞功能。 非活性酵母:酵母细胞大多自溶,并失去活性, 但其中某些生理活性物质仍具有活性。
3.5药用ห้องสมุดไป่ตู้母

普通药用酵母:酵母片、发酵培养基 富集酵母:富含某种微量元素 铬酵母——治疗2号糖尿病的特效药 硒酵母——可治疗某些癌症 铁酵母——补血剂 锌酵母——第三代补锌产品(蛋白锌)
(无机锌:硫酸锌;有机锌:葡萄糖酸锌、乳酸锌、甘草酸 锌)
4.酵母提取物研究进展
酵母细胞中具有重要经济价值的物质包括: 蛋白质、酶 脂肪 核酸类物质 糖类物质:葡聚糖、甘露聚糖、海藻糖等 凝血质、麦角固醇、谷光甘肽 多种维生素B和维生素D2原 辅酶A、辅酶Q、辅酶I、细胞色素C等

公元2世纪末,罗马的面包师行会统一了制作面包 的技术和酵母菌种。他们经过实践比较,选用酵 酒的酵母液作为标准酵母。
17世纪时,一位懂得酿酒的面包师试用啤酒沉 淀物(即酵母)来发面,发现啤酒沉淀物具有强 力发酵面团的作用。与传统的“发面起子”比较 ,发酵速度快,产酸少。因而这种发面的方法很 快传遍了全世界。酵母工业的发展可以说从这时 起就开始起步了。
酵母是重要的工业微生物:
★ 到目前为止,酵母生物产品的产值占整个生物工业 产值的40%左右,产量占90%左右。
酵母菌
厌氧发酵 ↓ 胞外产品: 酒精 (燃料乙醇) 各种洒类 甘油等
好氧发酵 ↓ 细胞产品: 面包酵母 营养酵母 酿酒酵母 药用酵母 饲料酵母
好氧/厌氧发酵 ↓ 胞内产品: 蛋白质 核酸类产品 生理活性物质 多糖等

从整个酵母工业的历史来看,酵母工业的发展大致可分成三 个阶段。

1)利用啤酒和酒精副产物阶段 此阶段的大致范围在18世纪末至19世纪末的100多年 时间内。自17世纪开始,很多年来人们一直使用泥状 啤酒沉淀物发面,但是这种泥状啤酒酵母变质很快, 运输和使用不便,其产品的商业化受到限制。1781年 ,在荷兰,从啤酒泡沫中经离心分离出来的啤酒上面 发酵酵母,经进一步压榨成块后,开始在市场上销售 ,这就是最早的商品面包酵母。 1846年,第一个酒精酵母工厂在维也纳建立,在这种 方法中,酵母与酒精是同时得到的,酵母是酒精的副 产物,因而被称为酒精酵母。
•目前全世界酒精产量的 80%用于汽油醇,总产 量约5000万吨。
酒精生产菌种选育的热点:
(1)耐乙醇、耐高温、耐高 渗菌株的构建
耐乙醇(16~22%)——高浓发 酵、节约能耗、降低成本。 耐高温(40~45 ℃ )——提高 生产速率、节约水耗。 耐高渗(耐糖30%以上)—— 是实现高浓发酵的前提。
酵母工艺学

参考书《酵母生产与应用手册》,于景芝,中国 轻工业出版社,2008.
酵母发酵产品研究进展
1.酵母概述 2.酿酒酵母定向育种研究进展 3.酵母细胞产品研究进展 4.酵母提取物研究进展
一. 酵母概况
酵母发展简史:

酵母是一种单细胞微生物,至少包括100多个属, 700多个种,10,000多个独立菌株。 人们利用酵母的历史已有约9000年(酿酒); 酵母工业的发展史已有200多年(啤酒沉淀物, 1781年,荷兰); 人类认识酵母菌的历史为100多年(1860~1870 )。
常规酵母与非常规酵母:



常规酵母(Conventional Yeast)——即生理和遗 传特性完全清楚的酵母: Saccharomyces cerevisiae; Schizosacharomyces(裂殖酵母) 非常规酵母(Nonconventional Yeast)——即生 理和遗传特性还末完全清楚的酵母: Candida; Hansenula; Kluyveromyces; Pichia; Schwanniomyces(许旺酵母); Trichosporon(丝孢酵母) 工业上应用广泛的酵母:Saccharomyces
木 糖 Xylose
纤维素 Cellulose
酶 解 Enzymatic Hydrolysis 2,3-丁二醇 2,3-butanediol 乙 醇 Ethanol 单细胞蛋白 Single Cell Protein 谷胱甘肽 GSH
葡萄糖 Glucose
乙 醇 Ethanol
2.4 酒类酵母的育种
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