赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展_柴明艳
赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展
柴明艳
（淄博职业学院，山东淄博255314）
摘
要：赤藓糖醇是一种新型“零”热值纯天然生物糖，属于多元醇类甜味剂，天然存在于多种真菌、果蔬和动物组织
中，具有高稳定性、低能量值、食用安全等优良特性。本文主要就赤藓糖醇发酵生产的菌种选育、合成途径、代谢特征及其生物学功能的研究成果作一概述，为其进一步开发应用提供科学参考。关键词：赤藓糖醇；发酵；生物合成；应用
Research Progress in Microbial Screening on the Fermentation Production and Functions of Erythritol
CHAI Ming-yan
（Pharmaceutical and Biological Engineering Department of Zibo Vocational Institute ，Zibo 255314，Shandong ，
China ）
Abstract ：Erythritol was a new kind of natural biological sugar with low caloric value ，and belongs to polyol sweetener.It was found naturally in a variety of fungi ，fruit ，vegetable and animal tissues with high stability ，low energy value ，food safety other fine features.In this article ，strain selection for fermentation and biological function ，synthesis route ，metabolism of erythritol are reviewed ，providing scientific references for the further development and application of erythritol.
Key words ：erythritol ；fermentation ；biosynthetic ；application
食品研究与开发
F ood Research And Development
2015年6月
第36卷第11期
DOI ：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.035
基金项目：山东省科技发展计划项目（2011GSF12108）
作者简介：柴明艳（1983—），女（汉），助教，硕士，主要从事生物发酵方面的教研工作。
赤藓糖醇（Erythritol ），又称赤兔草醇、原藻醇，呈白色结晶状粉末，是一种国际新型营养性功能甜味剂，广泛存在于果蔬、真菌及各类发酵食品中，并在人和动物的机体中多有分布[1]。赤藓糖醇具有无副作用、口感佳、防龋齿、对高血糖病人安全，对肠胃道无不良刺激，一般食品加工中无分解和褐变等多种优良特性[2]，已被应用到多个行业领域，如医药、食品、化工、保健与化妆品等[3]。
现今，国际上已通用微生物发酵法大批量生产赤藓糖醇。然而，赤藓糖醇发酵生产的理想菌选育、消除终产物抑制现象、提高产率及其生物学功能的研究，仍然是发酵法生产赤藓糖醇工业化需要解决的主要难题。可见，
深入展开赤藓糖醇发酵法生产的技术研究，在世界范围内具有重要的理论价值与科学意义。为此，本文主要就赤藓糖醇发酵生产过程中菌种选育、合成途径及其生物学功能的文献报道作一概述，
以期为相关研究提供科学参考。1赤藓糖醇发酵生产的菌种选育
微生物学中，高产菌株选育的常用方法有自然筛选、
诱变育种与基因工程。自然筛选是获得赤藓糖醇产生菌的常用途径之一，主要是从泥土、蜂巢、蜂蜜、花粉或高糖食品中分离到。微生物诱变育种的常用方法有化学诱变、物理诱变、生物诱变与复合诱变等几种，有关以生物诱变方法获得赤藓糖醇产生菌的研究鲜有报道。基因工程育种主要是利用控制基因改造技术来完成，鉴于微生物中赤藓糖醇的合成途径及其关键酶等问题尚在研究中，故利用基因技术以获得赤藓糖醇高产菌株的研究更是鲜有报道。
与化学合成法相比，微生物发酵法生产赤藓糖醇过程温和而易控制，占有较大的工艺与成本优势，且生产效率非常高，已成为其工业生产的主要方法。为提高赤藓糖醇的产量，可通过发酵菌种选育和发酵工艺优化等方式加以实现。其中，优质菌株是赤藓糖醇发酵生产效率的关键，故需选育高产菌株，使得工艺
专题论述
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条件优化更具意义。因此，为选育到产赤藓糖醇的优质菌种，国内外科技工作者做了大量的工作，并取得了不错的研究进展。1950年，Binkley等首次报道酵母产赤藓糖醇[4]。随后，Spencer等在研究耐高渗酵母产甘油时，发现因菌种培养条件与生长速度不同，可获得大量赤藓糖醇[5]。现已证实，产赤藓糖醇的微生物主要为酵母，还有少部分为霉菌和细菌。其中以高渗酵母为主，包括假丝酵母属（Candida）、毕赤氏酵母属（Pichia）、三角酵母属（Trigonopsis）、丛梗孢酵母属（Moniliella）、球拟酵母属（Torulopsis）、丝孢酵母属（Trichospornides）、汉森（氏）酵母属（Hansenula）、耶氏酵母属（Yarrowia），以及Moniliella、Trichosporonoides、Aureobasidium和Zygopichia等属[6-8]。
在国外，有人采取泥土、花果与发酵食品等材料，进行分离、筛选、纯化、诱变育种，获得产赤藓糖醇的耐高渗酵母菌株Aureoasidiumsp.SN-115，其得率为50%[9]。随后，研究者从花粉中获得一株产赤藓糖醇的圆酵母（Torula sp.），转化率约为35%~40%[10]。Hirata等发现，花粉中分离到的Ustilaginomycetes sp.618A-01发酵生产赤藓糖醇，其过程中无副产物甘油与阿拉伯糖醇等多元醇，且无明显起泡现象[11]。Lee等分离到圆酵母属（Torula sp.）菌株，其赤藓糖醇产量达到58.3g/L[12]。采用紫外线-亚硝基胍复合诱变方法获得的菌株Penicilium sp.KJ-UV29，可提高赤藓糖醇产量近1倍，且发酵过程中无泡沫产生，还能降低发酵副产物丙三醇产量的40%[13]。而Park等从蜂巢中分离到的耐高渗酵母（Trichosporon sp.），赤藓糖醇产量可达到209g/L[14]。除以上材料外，学者从污泥中分离到的Pseudozyma. tsukubaensis KN75，通过补料发酵，可使赤藓糖醇产量达到245g/L，转化率高达61%，是目前发现产赤藓糖醇最高的一株菌种[15]。Rymowicz等以甘油为碳源，利用Yarrowia lipolytica发酵7d，赤藓糖醇的产量为170g/L，产率为1g/（L·h）[16]。采用诱变方法可使假丝酵母（Candida magnoliae）产赤藓糖醇的量达到87.8g/L[17]。此外，研究者对耶氏解脂酵母产赤藓糖醇进行了大量实验，发现含丙三醇基质中2株菌产量分别达到69.7g/L和70g/L[18]。
我国内地利用发酵法生产赤藓糖醇的研究开发工作起步较晚，菌种产赤藓糖醇的得率也较国外的低。徐虹等较早地筛选到赤藓糖醇产生菌的2个高渗酵母，其中T-124产量为15g/L[19]。随后，吴燕等从泥土、花粉与酿造食品中分离到多株赤藓糖醇产生菌，其最佳菌种的转化率达16%[20]。紧接着，杨晓伟等筛选出圆酵母（Torula sp.）B84512，赤藓糖醇的产量达到
162.5g/L[21]。还有人分别利用球拟酵母属K-23[22]和高渗假丝酵母[23]发酵产赤藓糖醇，产量分别达到46.8g/L 和157.4g/L。经复合诱变获得的球拟酵母ERY237，在优化培养条件后可产赤藓糖醇87.8g/L[24]。在原生质体融合技术构建工程菌的研究中发现，融合菌株产赤藓糖醇的量可达120.6g/L，葡萄糖转化率约为53.2%[25]。刘鹏等利用丛梗孢酵母（Moniliella acetoabutans）E54进行研究，发现赤藓糖醇产量可达41.1g/L[26]，经微波-硫酸二乙酯诱变后，产量增加为71.14g/L[27]。高慧等最近发现，葡萄糖为圆酵母（Torula sp.）B84512发酵产赤藓糖醇的最佳碳源，发酵过程中补加葡萄糖至终浓度为50%，赤藓糖醇的产量最高，发酵260h赤藓糖醇的产量为253g/L，产率为1.03g/（L·h）[28]。而杨利博等在利用甘油作优良碳源是发现，解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）可很好地发酵甘油生产赤藓糖醇，最终产量达到了93.6g/L，得率为49%[29]。Lin等在蜂蜜中分离到一株丛梗孢酵母（Moniliella sp.），经亚硝基胍诱变处理后，可使赤藓糖醇产量达到189.4g/L[30]。
2赤藓糖醇发酵生产的合成途径
赤藓糖醇发酵生产的合成途径常因微生物菌种不同而有所差异。酵母和真菌中的赤藓糖醇是通过戊糖磷酸途径（HexoseMonophophatePathway，HMP）合成的。如图1所示，葡萄糖等碳源经酵母菌内活性酶的催化，生成6-磷酸葡萄糖，再在异构酶作用下转化为6-磷酸果糖，进一步衍生为3-磷酸甘油醛和果糖-1，6-二磷酸，二者相互作用又可以生成木酮糖-5-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，继而由4-磷酸-D-赤藓糖经去磷酸化和还原反应后合成赤藓糖醇[31-32]。
此外，Veiga等报道乳酸菌也可合成赤藓糖醇，其途径如下：先利用磷酸葡萄糖异构酶将6-磷酸葡萄糖异构化为6-磷酸果糖，然后在磷酸酮醇酶作用下，裂解为4-磷酸赤藓糖，再经4-磷酸赤藓糖醇脱氢酶将其还原为4-磷酸赤藓糖醇，最后该物质由磷酸酶水解成赤藓糖醇[8]。
3赤藓糖醇的代谢特征
3.1低热值，少吸收
赤藓糖醇属于多元醇，是糖的醛基或羰基被还原后的产物[34]。据测定，赤藓糖醇的能量值为0.2kcal/g~ 0.4kcal/g，仅为蔗糖能量的5%~10%，其热量换算系数为0kJ/g，是所有多元糖醇甜味剂中能量最低的一种。赤藓糖醇进入消化道后，大部分（约占80%）易被小肠所吸收，经血液中循环进入机体组织，仅有少量
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图1赤藓糖醇的生物合成途径[33]
Fig.1The pathway of biosynthesis for erythritol
直接到达大肠成为碳源发酵。进入血液循环的赤藓糖醇，因人体缺乏赤藓糖醇的代谢酶系，不能被消化降解而吸收，最后透过肾脏，从尿液中排到体外，该独特的代谢过程使得大部分赤藓糖醇不提供能量，进一步降低了赤藓糖醇的生理热值，故赤藓糖醇属吸收非代谢性的低热糖醇[35]。研究证实，进入机体内的赤藓糖醇，将近80%经小肠吸收后从尿液中排出，只有20%左右进入大肠，其中最多有50%被细菌利用，剩余的由粪便排到体外，而被肠道细菌利用的这部分赤藓糖醇，经发酵生成CH 4和H 2溶于血液，通过呼气排出[36]。可见，赤藓糖醇进入大肠后，几乎没有被细菌发酵利用。由此可知，人体摄入的赤藓糖醇只有5%~10%参与生理代谢产能，为机体提供能量，其产热值极低。3.2耐受量高，无副作用
由于人体缺乏赤藓糖醇的代谢酶系，赤藓糖醇进入机体后很少被利用，绝大部分通过尿液排到体外，故赤藓糖醇具有很高的耐受性，是糖醇中耐受性最高的一种。与其它糖醇类甜味剂相比，赤藓糖醇耐受量是甘露醇和山梨醇的3倍~4倍，是乳糖醇、木糖醇、麦芽糖醇与异麦芽糖醇的2倍~3倍。经大量动物和临床实验证明，赤藓糖醇的生物耐受性很好，不会引起染色体变异，对机体的发育与生殖无影响，且不会刺激肿瘤生长，无致癌变作用，无致畸毒性，毒理实验也确
认它天然安全无毒[37]。据报道，动物的耐受量达20g/kg ，
建议人体摄入量为1g/kg/d [3，38]
。由于赤藓糖醇可进入
大肠的量很少，且消化道对其具有较好的生物耐受性，故对糖尿病患者的糖代谢影响极小，对血糖控制无副作用[35]。此外，
赤藓糖醇被食用后，不会因物质难以吸收而造成腹泻及肠胃胀气等副作用，能适用于各类人群[39]。3.3适用于糖尿病人
由于人体不存在赤藓糖醇的代谢酶系，使得进入机体的大部分赤藓糖醇由尿液排出体外，被吸收的部分，其代谢途径基本不依赖胰岛素甚至与之无关，故对糖代谢影响极小。因此，糖尿病人摄入赤藓糖醇，将不会引起其血浆中胰岛素与葡萄糖的明显波动。由此可见，赤藓糖醇是适合于糖尿病人食用的甜味剂，摄入该类食品对高血脂、
肥胖病患者与糖尿病人等糖限量的特殊消费群体是安全和实用的。另据报道，赤藓糖醇的血糖指数和胰岛素指数均为0.2，对血糖几乎无任何影响[40]。4
赤藓糖醇的生物学功能
4.1防致龋齿特性
目前，变异链球菌（Streptococcus mutans ，S.mu －tans ）已被公认为人类龋病的主要致病菌和致龋生物
赤藓糖醇
OH
OH
OH
HO
NAD （P ）+NAD （P ）H
赤藓糖还原酶
赤藓糖
4-磷酸赤藓糖激酶4-磷酸赤藓糖丙酮酸
1，3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油醛脱氢酶
磷酸二羟
丙酮
磷酸丙糖异构酶醛缩酶
1，6-二磷酸果糖
ADP ATP
磷酸果糖激酶
6-磷酸果糖
磷酸戊糖途径（HMP ）
6-磷酸葡萄糖
ADP
ATP
葡萄糖
己糖激酶
赤藓糖醇
OH OH
OH
HO
NADP
NADPH
H 3PO 4磷酸酶
4-磷酸赤藓
糖醇脱氢酶
4-磷酸赤藓糖4-磷酸赤藓糖醇
H 2O
3-磷酸甘油醛
H 3PO 4
磷酸解酮酶途径（PK ）磷酸葡萄糖异构酶
乙酰磷酸
细菌（Bacteria ）
酵母（Yeast ）
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专题论述
143
膜形成的必需细菌，在口腔中占有重要的生态地位，具备在牙面定植的多种特性，是牙菌斑生物膜的重要组成成分，也是致龋生物膜中数量较多的细菌之一。为此，唾液中变异链球菌的数量常用作评价龋齿危险因素的指标[41]。现研究证实，赤藓糖醇能有效地减少牙菌斑和唾液中的变异链球菌数量[42]，其机理可能是它对变异链球菌的粘附有抑制作用[43]，并能抑制多种链球菌及耐氟菌的生长和产酸[44]。此外，由于口腔中的大部分细菌，特别是变异链球菌不能发酵或利用赤藓糖醇，故不会引起牙表面pH下降而产生牙斑导致龋齿，这也是赤藓糖醇防致龋齿特性的机制之一。
4.2抗氧化
赤藓糖醇可作为抗氧化剂，能有效地清除自由基，并抑制其生成。Gertjan等采用高效液相色谱和顺磁共振光谱检测发现，赤藓糖醇能与HO·自由基反应后转化为赤藓糖和赤藓酮糖，其机理是赤藓糖醇通过脱除一个碳链上的氢原子与羟自由基发生反应而生成赤藓糖和赤藓酮糖，从而使赤藓糖醇具有清除自由基的生物学功能；在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠实验中发现，赤藓糖醇还具有保护内皮细胞层的作用，并在喂食赤藓糖醇的大鼠尿液中检出赤藓糖，从而证实赤藓糖醇是一种极好的HO·自由基清除剂和抑制剂[45]。此外，研究还表明，赤藓糖醇对2，2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐引起的大鼠溶血有抑制功能，但对超氧自由基无清除作用[45]。我国高圣君等发现，在柠檬汁饮料中加入赤藓糖醇能在一定程度上起到保护V
C 的作用，也揭示出赤藓糖醇具有抗氧化功能[46]。因此，赤藓糖醇凭借其抗氧化特性，可应用为一种体内抗氧化剂，并可能有利于减轻高血糖症引起的血管损伤。
4.3促进双歧杆菌增殖
两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）是肠道有益菌群的代表，为乳酸菌的一种。研究发现，添加适量的赤藓糖醇对酥心糖的口感、颜色和抗氧化性影响不大，并能促进两歧双歧杆菌的增殖[47]。此外，蒋世琼等在研究肠内细菌利用赤藓糖醇的效率时发现，赤藓糖醇对肠道中双歧杆菌增殖有明显的促进作用[48]。
5结语
近年来，随着科学技术的不断提高，赤藓糖醇产业的发展也日趋成熟。但是，目前仍然存在不少亟需解决的问题，诸如赤藓糖醇发酵生产的速度慢、效率低、副产品比例大、菌种耐糖性小等。要解决以上问题，需要继续加大科技投入，增强生产菌种的优化筛选，该技术重点在于对菌种进行基因改造，使其耐糖性提高，或者使限速酶过量表达以增加其转化效率，但这是一个长期的探索过程；深入研究其生产发酵过程中涉及的代谢反应，减少副产物的产生，以提高产量和转化率，还能简化后续的纯化工作，进一步降低成本；提高菌株发酵产赤藓糖醇时的溶氧能力，从而加快反应速率。
随着经济水平的提高与保健意识的增强，食品的功能性和安全性在当今社会受到了更多的关注，低热值、无糖的健康产品逐渐赢得消费者的喜爱。赤藓糖醇以其“零”热值配料、多种生物学功能等显著优越性，将具有广阔的市场需求和发展前景，其应用领域将会不断延伸。
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收稿日期：2014-05-22
柴明艳，等：赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展
专题论述
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赤藓糖醇的特性及应用
赤藓糖醇的特性及应用:摘要：赤藓糖醇是一种低热量甜味剂，具有热值低、结晶性好、口感好、 无致龋性、对糖尿病人安全等特点，其应用前景极为广泛。本文主要论述了赤藓糖醇的性质、特性、生产及在食品工业中的应用。 关键词：赤藓糖醇；性质；特性；应用；生产 赤藓糖醇是一种采用生物技术生产的新型发酵型低热量甜味剂，1999年6月国际食品添加剂专家委员会（JECFA）批准赤藓糖醇作为食用甜味剂，且无需规定ADI值。目前，赤藓糖醇在美国、日本、澳大利亚、新西兰、新加坡、韩国、墨西哥等国已用于食品生产。2007年6月19日我国卫生部公告批准赤藓糖醇作为甜味剂应用于口香糖、固体饮料、调制乳等食品中。 1 赤藓糖醇的性质 赤藓糖醇在自然界分布十分广泛，海藻、蘑菇以及甜瓜、葡萄、桃等水果类中均含有赤藓糖醇。由于细菌、真菌和酵母也能产生赤藓糖醇，所以在发酵食品果酒、啤酒、酱油中也存在，另外还存在于人和哺乳动物的体液中。 赤藓糖醇为白色结晶的四碳多元醇类化合物，化学名称为1，2，3，4-丁四醇，分子式为C4H10O4，分子量122.12，熔点126℃，沸点329～331℃，溶解热-97.4J/g，其化学性质与山梨糖醇、甘露糖醇和木糖醇等糖醇相类似。 1.1 甜味纯正 赤藓糖醇与蔗糖的甜昧特性十分接近，爽净且无后苦味，甜度约为蔗糖的70%～80%。与其他甜味剂混合使用具有改善、协调味质作用，如赤藓糖醇与高甜味剂甜菊苷以1000:（1～7）混合使用，可有效掩盖甜菊苷的后苦味；将20%以上的赤藓糖醇与白砂糖并用，其后味和甜味比白砂糖更为理想；溶液中1%～3%的赤藓糖醇能有效掩饰刺激性口味，改善溶液的口感和风味。 1.2 稳定性高 赤藓糖醇在热、酸、碱条件下稳定，适用的酸碱范围为pH2～12，符合一般食品对酸碱的要求，由于不含羰基，所以在与氨基酸共存的情况下无美拉德反应发生。试验表明，赤藓糖醇在160℃高温条件下不会出现分解及热变色，避免高温加工过程食品出现的焦化。 1.3 结晶性好 赤藓糖醇吸湿性低，结晶性好，易粉碎制得粉状产品，其吸湿性在糖醇及蔗糖等甜味剂中是最小的。温度为20℃、相对湿度为90%的环境中，放置5d后的吸湿增重，麦芽糖约为17%，蔗糖约为10%，而赤藓糖醇仅为2%左右。 1.4 熔解热高 其溶解热为-97.4J/g，由于溶解热较大，溶于水时会吸收较多的能量，有很强的制冷作用。实验表明，将10g 赤藓糖醇溶解于90g水中，温度下降约4.8℃，用它添加生产的固体食品和糖果在食用时具有口感清凉特点。 2 赤藓糖醇的生物学特性 2.1 低能量值 赤藓糖醇分子能量值为1.67kJ/g，而木糖醇11.7 kJ/g，异麦芽酮糖醇8.36KJ/g，蔗糖16.72 kJ/g，故其热量值仅为蔗糖10%左右。同时由于赤藓糖醇分子小，被动扩散容易被小肠吸收，80%的赤藓糖醇可以进入血液循环，被人体吸收后的赤藓糖醇分子不能被机体内的酶系统分解，不为机体提供热量，不参与糖代谢引起血糖变化，只能透过肾脏从血液滤出，随尿液从人体排出。实验表明，一次性摄人赤藓糖醇25g，3h内有40%从尿液中排出，大约在24h内，有80%从尿液中排出，尿液总排出量达90%以上，没有被小肠摄入的20%赤藓糖醇进入大肠后，肠道细菌发酵成不饱和脂肪酸被机体利用的不到50%。因此被摄人赤藓糖醇中只有5%～10%能为人体提供能量，故赤藓糖醇的实际能量值仅为0.84KJ/g，是所有多元糖醇甜昧剂中能量最低的一种，也被称为“零”热值配料。 2.2 高耐受性，无毒副作用 赤藓糖醇的生物耐受性好，安全无毒，动物和临床实验中不会导致腹泻的山梨糖醇最大单次剂量是0.24g/kg 体重，而赤藓糖醇为0.80 g/kg体重，是木糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇和乳糖醇的2～3倍，甘露醇的3～4倍，与其他多元糖醇相比，赤藓糖醇在人体内的最大耐受量为50g/d。这是因为绝大部分赤藓糖醇能被小肠吸
微生物菌种的选育方法
微生物菌种的选育方法 菌种选育Loremreferentibus（英语：Strain selection 日语：ひずみの选択法语：la sélection des souches 俄语：Штаммвыбор 德语：Stammselektion ）微生物菌种是决定发酵产品的工业价值以及发酵工程成败的关键，只有具备良好的菌种基础，才能通过改进发酵工艺和设备以获得理想的发酵产品。菌种用途广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。 自然选育
自然选育的菌种来源于自然界、菌种保藏机构或生产过程，从自然界中选育菌种的过程较为复杂，而从生产过程或菌种保藏机构得到菌种的自然选育过程较为简单。 自然选育的步骤主要是：采样，增长培养，培养分离和筛选等。采样筛选的菌种采集的对象以土壤为主，也可以是植物、腐败物品和某些水域等。土壤是微生物的汇集地，从土壤中几乎可以分离到任何所需的微生物，故土壤往往是首选的采集目标。微生物的营养需求和代谢类型与生长环境有很大关系。富集培养由于采集样品中各种微生物数量有很大差异，若估计到要分离的菌种数量不多时，就要人为增加分离的概率，增加该菌种的数量，称为富集培养。纯种培养尽管通过增长培养的效果很好，但是得到的微生物还是处于混杂状态，因为样品中本身含有许多种类的微生物。所以，为了取得所需的微生物纯种，增殖培养后必须进行分离。平板分离法由接种环以无菌操作沾取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线，微生物细胞数量将随着划线次数的增加而减少，并逐步分散开来。如果划线适宜的话，微生物能一一分散，经培养后，可在平板表面得到单菌落。分离方法有三种：即划线分离法、稀释法和组织分离法。稀释分离法在溶液中再加入溶剂使溶液的浓度变小。亦指加溶剂于溶液中以减小溶液浓度的过程。浓溶液的质量×浓溶液的质量分数=稀溶液的质量×稀溶液的质量分数生产能力考察初筛一般通过平板稀释法获得单个菌落，然后对各个菌落进行有关性状的初步测定，从中选出具有优良性状的菌落。例如，对抗生素产生
第三章 工业发酵菌种
第三章发酵工业微生物菌种 微生物发酵工业是利用微生物的生长和代谢活动生产各种有用物质的现代工业，它是以培养微生物进行发酵为主。而在这个过程中，优良的菌种是一个现代化的发酵工业必不可少的，最为重要的环节。其他如先进的生产工艺和先进的设备，则是为了更充分发挥优良菌种的性能而设计的。 第一节工业微生物菌种的分离和选育 第二节工业微生物菌种的改良 第三节发酵工业中菌种的退化 第四节工业微生物菌种的保藏 第五节工业微生物菌种的扩大培养 第一节工业微生物菌种的分离和选育 一般来说，从自然界直接分离到的菌种，不能立即适应实际的生产需要，只有通过选育，才能提高代谢产物的产量、改进产品质量直至简化工艺。在微生物发酵工业中生产菌种的选育方法有：?微生物菌种的分离和选育 ?菌种的改良 第一节工业微生物菌种的分离和选育 一、微生物菌种的选育 二、微生物常规育种 三、根据代谢的调节机理选择高产突变菌株 一、微生物菌种的选育 从自然界分离新菌种一般包括以下几个步骤： 1、采样 2、增殖培养 3、纯种分离 4、性能测定 1、采样 采样地点的确定要根据筛选的目的、微生物的分布概况及菌种的主要特征与外界环境关系等，进行综合、具体地分析来决定。如果不了解某种生产菌的具体来源，一般可以从土壤中分离。 ①、确定选好地点 取离地面5——15cm处的土壤几十克，盛入预先消毒好的牛皮纸袋或塑料袋中，扎好，记录采样时间、地点、环境情况等，以备查考。 ②、尽快分离 一般土壤中芽孢杆菌、放线菌和霉菌孢子忍耐不良环境能力较强，不太容易死亡。但一般应尽快分离。
③、酵母菌或霉菌类微生物采样 酵母菌或霉菌类微生物，它们对碳水化合物的需要量比较多，一般又喜欢偏酸环境，所以在普通植物花朵、瓜果种子及腐植质等上面比较多。 2、增殖培养 收集到的样品，如含有所需的菌种较多，可直接进行分离。如果样品含有所需要的菌种很少，就要设法增加该菌种的数量，进行增殖（富集）培养。 富集培养： 富集培养就是指利用不同微生物之间的生命活动特点的不同，制定出特定的环境条件，使仅仅适应于这种条件的微生物旺盛生长，从而使其在群落中的数量大大增加的微生物的分离方法。人们能够利用这种方法很容易地从自然界中分离到所需要的特定微生物。富集的条件可根据所需分离的微生物特点从物理、化学、生物及综合多个方面进行选择，如温度、紫外线、高压、光照、氧气、营养等许多方面。 3、纯种分离 通过增殖培养还不能得到微生物单一的纯种，有必要进行分离纯化，来获得纯种。 这是因为生产菌种在自然条件下通常是与各种菌混杂在一起的。 纯种的分离方法很多，常用的有划线法和稀释法。 ①、划线法 ①、划线法——是将含有菌样的样品在固体培养基表面作有规则的划线培养。 ?扇形划线法、 ?方格划线法 ?平行划线法等 菌样经过多次从点到线的稀释，最后经培养得到单菌落。 ②、稀释法。 是通过不断地稀释使被分离的样品分散到最低限度，然后吸取一定量注入平板，使每一微生物都远离其他微生物而单独生长成为菌落，从而得到纯种 ③、两种方法的比较 ③、两种方法的比较 ?划线法简单较快； ?稀释法在培养基上分离的菌落单一均匀，获得纯种的机率大，特别适宜于分离具有蔓延性的微生物。 为了提高筛选的工作效率，除增殖培养时应控制增殖条件外，在纯种分离时，培养条件对筛选结果影响也很大，一般可通过： ?控制营养成分 ?调节培养基PH ?添加抑制剂
链霉素生产工艺设计
发酵工厂工艺课程设计 题目：5000t链霉素生产工艺设计 课程名称：发酵工厂工艺设计概论 学院：药学与生物工程学院 班级： 112100101 学号： 20 姓名： 指导老师： 二零一五年五月
目录 1前言 (4) 2设计任务书 (5) 2.1本课程设计的性质、目的 (5) 2.2本课程任务： (5) 2.3基本要求： (5) 2.4 基础数据： (5) 2.5设计内容： (6) 2.6参考数据及公式 (6) 3厂址选择 (7) 3.1厂址选择主要考虑的几个因素 (7) 3.2厂址的最终选择 (7) 3.3厂址卫星图 (8) 4工厂总平面设计 (8) 4.1工厂的平面设计图见附表： (8) 5工艺流程简图及说明论证 (8) 5.1发酵工艺 (8) 5.1.1斜面孢子培养 (8) 5.1.2 摇瓶种子培养 (9) 5.1.3 种子罐扩大培养 (9) 5.2 链霉素发酵条件及中间控制 (9) 5.2.1溶氧的影响及控制 (9) 5.2.2 温度 (10) 5.2.3 pH值 (11) 5.3 提取工艺 (11) 5.4工艺流程简图如下： (12) 6工艺计算 (13) 6.1物料衡算 (13) 6.2热量衡算 (14) 6.2．1.对于生产1000kg链霉素产品，利用直接蒸汽混合加热，蒸汽消耗量为： (14) 6.2．2.发酵罐空罐灭菌时的蒸汽消耗量估算： (15) 6.2．3.发酵罐实罐灭菌保温时的蒸汽消耗量估算： (15) 6.3耗水量的计算 (16) 7发酵车间设备的选型计算 (17) 7.1发酵罐的设计 (17) 7.1.1发酵罐的选型及尺寸 (17) 7.2设备结构的工艺设计 (18) 7.2.1 空气分布器 (18) 7.2.2 挡板 (18) 7.2.3搅拌器设计 (18) 7.2.4电机设计及轴功率的计算 (19) 7.2.5冷却面积的计算与冷却管的设计 (20) 7.2.6 PH测定 (22)
菌种诱变方法
微生物诱变育种的方法 摘要:介绍了几种常用的物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等,为微生物诱变育种提供了一个总体的方法框架。 关键词:诱变; 微生物育种 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切，其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏，甚至影响人们的日常生活质量，所以选育优质、高产的微生物菌株十分重要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导，或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状，人为地使某些代谢产物过量积累，获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为育种途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前，国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。 1 物理诱变 1.1紫外照射 紫外线照射是常用的物理诱变方法之一，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA和RNA的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰260nm，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释，但比较确定的作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对，所以可能导致突变甚至死亡[2]。 马晓燕[3]等以紫外诱变原生质选育法筛选发酵乳清高产酒精菌株马克斯克 鲁维酵母菌株ZR-20，比优化前的酒精产率提高10.5%，较出发菌株提高了68%。顾蕾[4]等通过紫外诱变红酵母ns-1原生质体，获得类胡萝卜素产量明显提高的突变株，其生物量、色素产量分别为6.15g/L、6.41mg/L，分别比原始菌株提高了67.6%、54.1%。 紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用这种方法。 1.2电离辐射 γ-射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具有很高的能量，能产生电离作用，可直接或间接地改变DNA结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基，或者脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使
赤藓糖醇的研究进展及其应用
赤藓糖醇的研究进展及其应用 摘要：赤藓糖醇是一种低热量甜味剂，具有热值低、结晶性好、口感好、无致龋性、对糖尿病人安全等特点， 其应用前景极为广泛。本文主要论述了赤藓糖醇的性质、特性、生产及在食品工业中的应用。 关键词：赤藓糖醇；性质；特性；应用；生产 赤藓糖醇是一种采用生物技术生产的新型发酵型低热量甜味剂，1999年6月国际食品添加剂专家委员会（JECFA）批准赤藓糖醇作为食用甜味剂，且无需规定ADI值。目前，赤藓糖醇在美国、日本、澳大利亚、新西兰、新加坡、韩国、墨西哥等国已用于食品生产。2007年6月19日我国卫生部公告批准赤藓糖醇作为甜味剂应用于口香糖、固体饮料、调制乳等食品中。 1 赤藓糖醇的物理及甜味特性 赤藓糖醇在自然界分布十分广泛，海藻、蘑菇以及甜瓜、葡萄、桃等水果类中均含有赤藓糖醇。由于细菌、真菌和酵母也能产生赤藓糖醇，所以在发酵食品果酒、啤酒、酱油中也存在，另外还存在于人和哺乳动物的体液中。 Ergthritol化学名称为1, 2, 3, 4- 丁四醇, 英文名称为1, 2, 3, 4- Butanetetrol, 分子式为C4H10O4,分子量为122.12, 熔点118~122℃沸点329~331℃, 赤藓糖醇的结晶性好, 吸湿性低, 易于粉碎制得粉状产品。在相对湿度90%以上环境中也不吸湿; 赤藓糖醇对热和酸十分稳定, 在一般食品加工条件下, 几乎不会出现褐变或分解现象, 能耐硬糖生产时的高温煎煮而不褐变。赤藓糖醇属于填充型甜味剂, 溶于水时会吸收较多的能量, 溶解热- 97.4J/g, 使用时有一种凉爽的口感特性。其甜味纯正, 甜味特性良好, 与庶糖的甜味特性十分接近, 无不良后苦味。与糖精、阿斯巴甜、安赛蜜共用时的甜味特性也很好, 可掩盖强力甜味剂通常带有不良味感或风味。如赤藓糖醇与甜菊苷以1000: ( 1～7) 混合使用, 可掩盖甜菊苷的苦后味。 2 赤藓糖醇的代谢特性 虽然从结构上看赤藓糖醇是一种多羟基化合物, 但它的分子量很小, 所以在
发酵液提取工艺的过程
发酵液提取工艺的过程 发酵结束后的发酵液组成情况非常复杂，处理措施与化学合成法明显不同。通常情况下，发酵液中目标物浓度很低，而杂质含量却很高，成份远较化学反应母液情况复杂，大量菌体细胞、培养基、各种蛋白质胶状物、色素、金属离子和其它代谢物等混杂其中，使得发酵液的预处理对于目标物的最终获取非常必要。 1、发酵液预处理的目的是使发酵液中的蛋白质和某些杂质沉淀，以增加滤速，过滤的目的是使菌丝体与发酵液分离，以便从发酵液或菌丝体中提取目标物。预处理阶段主要去除两大类杂质：可溶性黏胶状物质（核酸、杂蛋白、不溶性多糖等）和无机盐（不仅影响成品炽灼残渣，还会影响离子交换法提取目标物的收率）。 确定预处理方法前，首先要明确目标物存在于胞内（菌体）还是胞外（发酵液），以确定弃去和收集的对象；还要结合目标物的稳定性等特点，选择预处理的pH、温度和化学试剂等。对于菌丝体及杂蛋白的处理一般可采用等电点沉淀、变性沉淀、沉淀剂沉淀、加入絮凝剂、加入凝聚剂、吸附以及酶解法去除不溶性多糖等措施，对提取效果和成品质量影响较大的无机杂质主要是Ca2+、Mg2+、Fe3＋等高价金属离子，可采用离子交换法、沉淀法等措施去除。加入的预处理试剂除要考虑到处理效果外，还要考虑低毒性、利于环保以及易于从终产品中除去等因素，申报时应说明所采取的措施及加入的试剂，必要时在成品质量研究中检测其残留量。 液－固分离是发酵液预处理的重要步骤，通常采用板框压滤、真空过滤以及离心分离等措施，过滤是各种措施中普遍存在的一个环节，为提高过滤效果、提高滤液质量，通常加入助滤剂，选择助滤剂时除考虑其效果和成本外，无毒，惰性，不与滤液和目标物产生化学反应对于终产品的质量和安全性尤为重要。 预处理后的滤液是生产过程中重要的中间产物，类似于化学反应中的中间体，有必要制订其质量控制标准，比如，一般情况下要澄清、有一定浓度、pH适中，需要说明的是，后续的提取工艺不同，对滤液的质量要求不同，如离子交换法提取目标物时对无机离子、澄清度等方面要求较严格，溶媒法提取时要求滤液蛋白含量较低。总之，经预处理后的滤液控制标准应根据其后的提取工艺综合确定。 2、目标物的提取是采用物理或化学手段从发酵液或菌丝体中得到目标物的浓缩液或粗制品。常用的提取方法有溶媒萃取法、离子交换法、吸附法以及沉淀法。具体采用何种提取方法需结合目标物化学结构特征、产品组份情况、拟采用的终产品精制工艺、终产品质量要求
赤藓糖醇应用
甜味剂赤藓糖醇在低能量或无糖饼干应用 甜味剂赤藓糖醇在低能量或无糖饼干应用 2006年6月30日 10:24来源：山东保龄宝生物技术有限公司应用技术中心作者：杨海军 据资料显示，2004年1～10月，我国饼干产量比去年同期增长16.4％，销售收入同比增加18.7％。饼干市场年增长率为10～15％，2005年中国饼干产量预计可达到170万吨，人均消耗为1公斤，而发达国家的人均消耗量为25公斤，由此可见我国的饼干市场还具有巨大的发展空间。 蔗糖、油脂是制作饼干的主要原料，对于形成饼干特有的组织结构、口感和风味具有相当重要的作用，是生产高品质饼干制品所不可缺少的原料。特别是糖在饼干的生产中,除了能增加甜味、上色、提高保藏性以外，对面团的流变学性质、工艺及产品品质带来很大的影响，糖的适量添加是保证正常的生产工艺及良好的产品品质十分重要的条件。在不添加糖的饼干的生产过程中，由于失去了糖的反水化作用，面粉的吸水率大幅度增加，面粉中的面筋性蛋白质的涨润度大幅度提高，面团的弹性增加，从而使得面团的调制时间延长，同时使辊压成的饼坯韧缩严重，烘烤后的产品表面起泡严重，口感僵硬。这种感官品质的产品很难被患有糖尿病、肥胖症及其他人群愉快的接受。 但是随着现代消费者消费水平的提高，对健康意识的增强，这种“高糖高油脂高热量”的产品已不能符合消费者的需要。饼干产业也向着营养、健康、功能性、低热量等方向发展，无糖饼干、低能早餐饼干以及添加维生素和纤维素的饼干就在这种趋势下应运而生。但是目前有些厂家只是考虑在低能量或无糖饼干中部分地减少油脂和糖的使用量，但是仅是减少油脂和糖的使用量是不够的，还应采用膳食纤维、糖醇、低聚糖、类脂肪等替代物，在减少产品能量、满足部分消费者消费需求的同时，尽可能地模拟出油脂和蔗糖的功能，提高产品的可接受性。 蔗糖的替代，目前主要是采取强力甜味剂与低甜度填充型甜味剂或填充剂相结合的方法。比如低聚糖、糖醇等。然而已有的清淡食品配料还存在许多不足之处：热值降低有限；其副作用限制了用量；溶解性差；口味异常；不耐贮存以及组织和填充性不佳等。近几年新研制开发的功能性食品配料－－赤藓糖醇对弥补上述不足取得了一些成功。它不仅能从物理化学方面取代蔗糖而且还可以带来有利于健康的好处，而且使用赤藓糖醇的饼干产品与其同样使用蔗糖为原料的产品相比具有更好的结构紧密性。在饼干中使用的赤藓糖醇，最好是粒度精细（<200um）的结晶，细小的颗粒会给产品带来平滑、圆润的口感。 赤藓糖醇是一种天然的四碳糖醇，也是所有多元糖醇中唯一运用发酵法生产的。赤藓糖醇为白色光亮粉末或结晶，能溶于水，成为无色不黏稠的液体。它是一种独特的低热值填充剂，在现代保健食品中具有很大的应用潜力，它的特性使它特别适合一些需要高比例掺入粉状或结晶状物质的情况，这是其它低热值填充剂之所不及的。 赤藓糖醇具有许多区别于其它同类产品的无与伦比的优越特性，应用在饼干中为产品增加了许多卖点，具体如下：
赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展_柴明艳
赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展 柴明艳 （淄博职业学院，山东淄博255314） 摘 要：赤藓糖醇是一种新型“零”热值纯天然生物糖，属于多元醇类甜味剂，天然存在于多种真菌、果蔬和动物组织 中，具有高稳定性、低能量值、食用安全等优良特性。本文主要就赤藓糖醇发酵生产的菌种选育、合成途径、代谢特征及其生物学功能的研究成果作一概述，为其进一步开发应用提供科学参考。关键词：赤藓糖醇；发酵；生物合成；应用 Research Progress in Microbial Screening on the Fermentation Production and Functions of Erythritol CHAI Ming-yan （Pharmaceutical and Biological Engineering Department of Zibo Vocational Institute ，Zibo 255314，Shandong ， China ） Abstract ：Erythritol was a new kind of natural biological sugar with low caloric value ，and belongs to polyol sweetener.It was found naturally in a variety of fungi ，fruit ，vegetable and animal tissues with high stability ，low energy value ，food safety other fine features.In this article ，strain selection for fermentation and biological function ，synthesis route ，metabolism of erythritol are reviewed ，providing scientific references for the further development and application of erythritol. Key words ：erythritol ；fermentation ；biosynthetic ；application 食品研究与开发 F ood Research And Development 2015年6月 第36卷第11期 DOI ：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.035 基金项目：山东省科技发展计划项目（2011GSF12108） 作者简介：柴明艳（1983—），女（汉），助教，硕士，主要从事生物发酵方面的教研工作。 赤藓糖醇（Erythritol ），又称赤兔草醇、原藻醇，呈白色结晶状粉末，是一种国际新型营养性功能甜味剂，广泛存在于果蔬、真菌及各类发酵食品中，并在人和动物的机体中多有分布[1]。赤藓糖醇具有无副作用、口感佳、防龋齿、对高血糖病人安全，对肠胃道无不良刺激，一般食品加工中无分解和褐变等多种优良特性[2]，已被应用到多个行业领域，如医药、食品、化工、保健与化妆品等[3]。 现今，国际上已通用微生物发酵法大批量生产赤藓糖醇。然而，赤藓糖醇发酵生产的理想菌选育、消除终产物抑制现象、提高产率及其生物学功能的研究，仍然是发酵法生产赤藓糖醇工业化需要解决的主要难题。可见， 深入展开赤藓糖醇发酵法生产的技术研究，在世界范围内具有重要的理论价值与科学意义。为此，本文主要就赤藓糖醇发酵生产过程中菌种选育、合成途径及其生物学功能的文献报道作一概述， 以期为相关研究提供科学参考。1赤藓糖醇发酵生产的菌种选育 微生物学中，高产菌株选育的常用方法有自然筛选、 诱变育种与基因工程。自然筛选是获得赤藓糖醇产生菌的常用途径之一，主要是从泥土、蜂巢、蜂蜜、花粉或高糖食品中分离到。微生物诱变育种的常用方法有化学诱变、物理诱变、生物诱变与复合诱变等几种，有关以生物诱变方法获得赤藓糖醇产生菌的研究鲜有报道。基因工程育种主要是利用控制基因改造技术来完成，鉴于微生物中赤藓糖醇的合成途径及其关键酶等问题尚在研究中，故利用基因技术以获得赤藓糖醇高产菌株的研究更是鲜有报道。 与化学合成法相比，微生物发酵法生产赤藓糖醇过程温和而易控制，占有较大的工艺与成本优势，且生产效率非常高，已成为其工业生产的主要方法。为提高赤藓糖醇的产量，可通过发酵菌种选育和发酵工艺优化等方式加以实现。其中，优质菌株是赤藓糖醇发酵生产效率的关键，故需选育高产菌株，使得工艺 专题论述 141
菌种的选育
第一章菌种选育 第一节工业常用微生物及要求 一、常见微生物 （一）细菌（bacteria） 发酵工业中常用的细菌主要是杆菌,主要有： Acetobacter）醋杆菌属（ Lactobacillus）乳杆菌属（ Bacillus）:α-淀粉酶，蛋白酶，肌苷、鸟苷等核苷。其中最为重要的是枯草芽孢杆菌杆菌属（Bacillus subtilis）（ （Brevibacterium）：谷氨酸短杆菌属 Corynebacterium）：谷氨酸棒杆菌属（（二）放线菌（actinomyces） 属原核微生物（有菌丝体，无横隔，不具完整的核。）最大的经济价值在于产生多种抗生素（antibiotic）。 Streptomyces）：红，金，土，氯，链霉素链霉菌（Micromonospora）：庆大霉素小单孢菌属（（三）霉菌（mould） 亦称丝状真菌（不是分类学上的名词，凡在营养基质上形成绒毛状，网状或絮状菌丝的真菌统称霉菌。） Aspergillus）曲霉属（1. A. niger）产蛋白酶，淀粉酶，果酸酶，变异菌株产柠檬黑曲霉（ 酸 A. oryzae）产淀粉酶，蛋白酶，酿酒的糖化曲和酱油曲米曲霉（ A. flavus）产黄曲霉毒素黄曲霉（ 米曲霉和黄曲霉均为半知菌。 Penicillum）：例如桔子上的绿色斑点青霉属（ 2. P. citrinum）：产生5'－磷酸二酯酶，降解核糖核酸为桔青霉（四个单核苷酸。 Rhizopus 3.）接合菌根霉属（ . R. oryzae）米根霉（ R. chinensis）华根霉（ 酒药和酒曲中含有米根霉或华根霉。 Monascus） 4.红曲霉属（ 淀粉酶，麦芽糖酶，蛋白酶，柠檬酸等。可生产食用红色素。 （四）酵母（yeast） 单细胞真核微生物，低等真菌。 Saccharomyces）①酵母属（Saccharomyces cerevisiae）啤酒酵母（Candida）②假丝酵母属（Candida utilis）生产饲料酵母，其蛋白质和维生素含量都产朊假丝酵母（ 比啤酒酵母高。可利用糖蜜，土豆淀粉废液生产人畜可食用蛋白质。 Pichia）③毕赤酵母属（
国内赤藓糖醇产量分析及预测
国内赤藓糖醇生产企业生产状况 表5-12007年国内赤藓糖醇生产企业产量分析表 公司产能（吨/年）产量（吨/年）价格（元/吨）进出口包装备注 淄博中食歌瑞生物技术有限公司4500 1500左右36000 50%出口25kg/纸袋由于赤藓糖醇起于日本，现在日本含有赤藓糖醇的化妆品开始投放市场。赤藓糖醇未来有可能取代木糖醇。 山东保龄宝生物技术有限公司1000 800左右36000 有部分出口25kg/纸袋主要销往南方市场。该产品主要适用于保健品行业，糖果等行业。 青岛琅琊台集团股份有限公司800-900 700左右34000 70%出口25kg/纸袋该产品为公司的主导产品，公司的产品销往韩国等地。 分析： 1.目前国内赤藓糖醇生产企业很少，据调研了解，国内有三家，分别是淄博中食歌瑞生物技术有限公司、山东保龄宝生物技术有限公司、青岛琅琊台集团股份有限公司。 2.山东福田药业有限公司赤藓糖醇产品现在正处于研发中，尚未投产。 3.淄博中食歌瑞生物技术有限公司是由中国食品发酵工业研究院与山东中舜科技发展有限公司共同建立的，主导产业为生物工程，主要产品为赤藓糖醇。年产量在1500吨左右，公司的产品销往日本等国家。 4.山东保龄宝生物技术有限公司赤藓糖醇产量比较稳定，年生产在800吨左右，主要是销往南方市场，并有部分出口。 5.青岛琅琊台集团股份有限公司赤藓糖醇产品的年产量在700吨左右。公司该产品产量70%左右用于出口，主要是销往日本、韩国等地。 6.浙江海正药业股份有限公司是国内较早生产赤藓糖醇的企业，赤藓糖醇产品去年已停产。 国内赤藓糖醇生产企业所占市场份额 图5-1国内赤藓糖醇生产企业所占市场份额图 国内赤藓糖醇生产企业所占市场份额图 赤藓糖醇应用领域分析
微生物菌种选育方式(一)
微生物菌种选育方式(一) 关键词：地衣芽孢杆菌诺卡氏菌 ATCC 北京标准物质网 微生物菌种选育技术在现代生物技术中具有十分重要的地位，经历了自然选育、诱变育种、杂交育种、代谢控制育种和基因工程育种五个阶段，各个阶段并不孤立存在，而是相互交叉，相互联系的。新的育种技术的发展和应用促进了生产的发展。 1．自然选育 随着微生物学的发展，特别是在发明微生物的纯培养技术之后，出现了微生物纯种的自然选育。以基因自发突变为基础选育优良性状菌株的这种方法，是最早应用微生物遗传学原理．进行育种实践的一个实例。由于微生物体内存在光复活、切补修复、重组修复、紧急呼救修复等修复机制以及DNA聚合酶的校正作用，使得自发突变几率极低，一般为10-6～10-10这样低的突变率导致自然选育耗时长、工作量大，影响了育种工作效率。在这种情况下，就出现了诱变育种技术。 2．诱变育种 1927年，Miller发现X射线能诱发果蝇基因突变。之后，人们发现其他一些因素也能诱发基因突变，并逐渐弄清了一些诱变发生的机理，为工业微生物诱变育种提供了前提条件。1941年，Beadle 和 Tatum 采用X射线和紫外线诱变红色面包霉，得到了各种代谢障碍的突变株。在这之后，诱变育种得到了极大发展。 诱变育种是以诱变剂诱发微生物基因突变，通过筛选突变体，寻找正向突变菌株的一种诱变方法。诱变剂包括物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。其中，物理诱变剂包括紫外线、X射线、射线、快中子等；化学诱变剂包括烷化剂(如甲基磺酸乙酯、硫酸二乙酯、亚硝基胍、亚硝基乙基脲、乙烯亚胺及氮芥等)、天然碱基类似物、脱氨剂(如亚硝酸)、移码诱变剂、羟化剂和金属盐类(如氯化锂及硫酸锰等)；生物诱变剂包括噬菌体等。物理诱变剂因其价格经济，操作方便，所以应用最为广泛；化学诱变剂多是致癌剂，对人体及环境均有危害，使用时须谨慎；生物诱变剂应用面窄，其应用也受到限制。 现今，诱变育种已取得了显著的成果，如青霉素生产菌的青霉素产量在40年内增加了近万倍，达到lO万u／ml左右；谷氨酸产生菌经紫外诱变处理，产酸率提高了3l％；用亚硝酸钠、紫外线等物化方法诱变产碱性蛋白酶的地衣芽
赤藓糖醇发酵
赤藓糖发酵工艺 070720107陈元滨 赤藓糖醇为1，2，3，4- 丁四醇，分子式为C4H10O4赤藓糖醇, 化学名1, 2, 3, 4—丁四醇, 英文名Eryth rito l, 分子式C4H10O 4, 分子量122.12, 熔点126℃, 沸点329～331℃, 是一种四碳多元醇, 外观为白色粉状结晶, 微甜,相对甜度为0.765, 有清凉感, 发热量低, 仅为蔗糖发热量的1/10, 易结晶。天然品存在于海藻、蘑菇、甜瓜、葡萄中, 亦存在于人体眼球、血清、精液里。 赤藓糖醇是一种天然、零热量、可替代蔗糖的填充型甜味剂，有着同蔗糖相似的清澈甜味，同其他糖醇一样，赤藓糖醇不会导致龋齿。比木糖醇略胜一筹，其原因在于人体内没有代谢赤鲜糖醇的酶系, 所以当小肠吸收进入血液后,不能被代谢, 而几乎全部随尿排出体外。它可以避免像其他糖醇由于量过大而引起腹胀、肠鸣和腹泻的副作用。能适用于各类人群, 尤其是糖尿病患者。 基于赤藓糖醇的功能和营养作用，它可被广泛应用于糖果、饮料、果冻及果冻型饮料、代糖包、口腔保健品等各种食品和饮料中。赤鲜糖醇是目前国际上惟一采用微生物发酵法生产的糖醇甜味剂。赤藓糖醇未来有可能取代木糖醇。
1发酵菌株 1.1发酵菌株 工业发酵生产赤鲜糖醇主要使用耐高渗酵母等微生物。 赤藓糖醇生产菌多属于酵母，少部分为霉菌和细菌。从菌种生产能力和产物情况来看，耐高渗透酵母是比较适宜的菌种。在工业上也主要是用耐高渗透酵母和其他生产赤藓糖醇的微生物发酵生产。Spencer等人最早发现许多耐高渗透酵母能产生赤藓糖醇。此后又有许多研究者对高产赤藓糖醇的微生物进行筛选，发现能生产赤藓糖醇的菌种有假丝酵母属（Candida）、球拟酵母属（Torulopsis）、毛孢子菌属（Trichosporum）、三角酵母属（Trigonopsis）、毕赤酵母属（Pichia），以及Moniliella、Trichosporonoides、Aureobasidium 和Zygopichia 等属。 赤藓糖醇的开发利用在日本、韩国、比利时研究较多。日本研究者从土壤、发酵食品、果实和花粉中采样进行分离、筛选、诱变育种，得到了产赤藓糖醇的耐高渗透酵母菌株Aureoasidium sp. SN- 115，以葡萄糖为基质，赤藓糖醇的得率为50%；韩国筛选得到Candida magnoliae。我国发酵法生产赤藓糖醇的研究开发工作起步较晚。江南大学的范光先等人筛选出一株单产赤藓糖醇的球状酵母OS- 194，江苏省微生物研究所吴燕等人筛选得到一株圆酵母（Torula sp.）。 部分产赤藓糖醇发酵菌株的生产比较见表1。 1．2代谢路径及调控机制 在厌氧条件下, 将葡萄糖转化为6一磷酸果糖, 然后进一步磷酸化并分解为4一磷酸赤藓糖和乙酰磷酸，4一磷酸赤藓糖经磷酸酯酶水解生成赤藓糖醇；耐高渗酵母在耗氧条件下也可通过磷酸戊糖途径合成赤藓糖醇。
年产300吨链霉素工业盐发酵车间工艺设计
年产300吨链霉素工业盐发酵车间工 艺设计
课程设计 题目:年产300吨硫酸链霉素工业盐发酵车间的工艺设计 课程名称: 发酵工厂工艺设计概论 学院: 班级: 学号: 指导老师: 姓名: 四川理工学院 二零12
年 9 月13日 目录 1.前言......................................................................... . (3) 2.设计任务书......................................................................... .. (5) 3.工艺设计说明 3.1项目背景和开发意向 (6) 3.2生产菌种及发酵基本原理 (6) 3.3基础数据......................................................................... . (7) 3.4参考数据..……………………………………………….................
(8) 4.工艺流程及方案的说明论证 (9) 4.1发酵工艺......................................................................... (9) 4.2链霉素发酵条件及中间控制 (10) 4.3提取工艺......................................................................... (11) 4.4工艺流程简图 (12) 5.物料衡算及能量恒算 (14) 5.1物料衡算......................................................................... . (14) 5.2热量衡算......................................................................... . (15)
赤藓糖醇的获得
赤藓糖醇的特性及其应用 制糖工艺学综述 摘要：赤藓糖醇是一种多元醇类甜味剂，具有酷似蔗糖的口味而发热量却接近零，而且其生理耐受性高，不致龋齿。本文综述了赤藓糖醇的物理化学及功能特性，并分析了工业中的应用现状。 关键词：赤藓糖醇特性应用 0 前言 赤藓糖醇为1，2，3，4一丁四醇，分子式为C 4H 10 O 4 。赤藓糖醇在自然界中的 分布非常广泛，地衣类植物、海藻、蘑菇类及各种植物果实中均含有。由于细菌、霉菌和酵母可以发酵产生赤藓糖醇，因此赤藓糖醇也存在于果酒、啤酒、酱油等发酵食品中。此外，它还存在于哺乳动物的体液中[1]。 赤藓糖醇是一种新型营养型甜味剂，其特点是对热稳定性好、吸湿性小、冰点较低，其应用领域十分广泛，如食品、医药、化妆品、化工等许多方面[2]。2007年6月19日我国卫生部公告批准赤藓糖醇作为甜味剂应用于口香糖、固体饮料、调制乳等食品中。其生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法，化学法是将淀粉用高碘酸法生成双全淀粉，再经氢化裂解成赤藓糖醇和其他衍生物，因此化学法的流程长，成本高。与化学合成法相比，微生物发酵法生产过程温和，容易控制，更具有生产优势。 1赤藓糖醇的特性 1．1 物理化学性质[3-5] 赤藓糖醇是一种四碳多元醇，分子对称，以内消旋型形式出现。分子质量为122．12，熔点119℃，沸点329-331℃，溶解热为-96．86 kJ／kg。赤藓糖醇为白色、光亮粉末或结晶，能溶于水，水溶液为无色不粘稠的液体。其化学性质类似于其他多元醇，不含有还原性醛基，对热和酸稳定(适用pH2～12)，与山梨醇、甘露醇、木糖醇等糖醇相比较，分子质量较低，溶液渗透压高。 1．1．1 甜味特性 赤藓糖醇甜度是蔗糖甜度的70％～80％，在口中有清凉感，甜味纯正，与蔗糖的甜味相似，无后苦味，与糖精、阿斯巴甜等其他甜味剂混合使用，甜味特性良好，能掩盖不良味感。
工业微生物菌种的选育——诱变选育(1)
工业微生物菌种的选育——诱变选育（1） 工业微生物菌种的选育——诱变选育（1） 诱变选育 诱变育种是指利用各种诱变剂的物理因素和化学因素处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需的高产优质菌种的育种方法。诱变育种具有速度快、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种主要方法，使用普遍。诱变育种的理论基础是基因突变，所谓突变是指由于染色体和基因本身的变化而产生的遗传性状的变异。 诱变育种的步骤与方法 （一）、工业育种的一般步骤（图） （二）、诱变育种方案设计 诱变育种方案包括突变的诱发、突变株的筛选和突变高产基因的表现。 1、出发菌株的选择 工业上用来进行诱变处理的菌株，称为出发菌株。出发菌株
选择目前主要依据实际经验，总结如下：①以单倍体纯种为出发菌株；②采用具有优良性状的菌株；③选择对诱变剂敏感的菌株；④许多高产突变往往要经过逐步累积的过程，才变得明显，所以有必要多挑选一些已经过诱变的菌株为出发菌株，进行多步育种，确保高产菌株的获得。 2、出发菌株的纯化 为什么要对出发菌株进行纯化呢？这是因为微生物容易发生变异和染菌，同时一般丝状菌的野生菌株多为异核体。生产菌在不断移代过程中，菌丝间接触、吻合后，易产生异核体、部分结合子、杂合二倍体及自然突变株等。这些都会造成细胞内遗传物质的异质化，使遗传性状不稳定。通过纯种分离，从中挑选所需的优良菌株。常用划线分离和稀释分离法，并结合显微镜操纵器分离单孢子。 3、单孢子悬液的制备 诱变育种要求所处理的细胞必须是处于对数生长期同步生长的细胞，并且是均匀状态的单细胞悬液。 首先是细胞的生理状态对诱变处理也会产生很大的影响，如细菌在对数期诱变处理效果较好；霉菌或放线菌的分生孢子一般都处于休眠状态，所以培养时间的长短对孢子影响不大，但稍加萌发后的孢子则可提高诱变效率。
菌种选育与培养
第三章菌种选育与培养 教学目的：1、熟悉工业发酵常用微生物种类；2、掌握菌种分离、筛选和选育的方法；3、掌握种子扩大培养方法和质量控制方法；4、掌握常规的菌种保藏方法。 教学方法：讲授 教学手段：使用多媒体课件 教学内容： 第一节重要工业微生物的分离及菌种要求 1、微生物资源非常丰富，广泛分布于土壤、水和空气中，尤以土壤中最多。 2、有的微生物从自然界中分离出来就能被利用，有的需要对分离到的野生菌株进行人工诱变，得到突变株才能被利用。 3、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，自然选育转向代谢育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。 4、由于生物工业本身的发展以及遗传工程的介入，藻类、病毒等也正在逐步变为工业生产用的微生物。 一、工业生产常用的微生物 1、细菌（bacteria）：枯草芽胞杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等； 2、酵母菌（yeast）：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等，用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等； 3、霉菌（mould）：根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉、青霉等，用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等； 4、放线菌（actinomycetes）：链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等，常用菌种来自链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等； 5、担子菌（basidiomycetes）：通常所说菇类（mushroom）微生物，用于多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发； 6、藻类（algae）：用作人类保健食品和饲料，如螺旋藻、栅列藻；可通过藻类将CO2转变为石油，或获取氢能。 二、微生物工业对菌种的要求 目前，随着微生物工业原料的转换和新产品的不断出现，势必要求开拓更多新品种。尽管微生物工业用的菌种多种多样，但作为大规模生产，对菌种有下列要求： 1、原料廉价、生产迅速、目的产物产量高； 2、易于控制培养条件，酶活性高，发酵周期较短； 3、抗杂菌和噬菌体的能力强； 4、菌种遗传性能稳定，不易变异和退化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素，保证安全生产。 三、重要工业微生物的分离 分离是指从含微生物的样品（如土壤、水等）中获得纯的或混合的培养物，是筛选具有潜在工业应用价值的微生物的第一个阶段，接着才能从以上分离物中筛选出那些能产生所需产物或具有某种生化反应的菌种。
赤藓糖醇研究
国内赤藓糖醇产量分析及预测 国内赤藓糖醇生产企业生产状况 2007年国内赤藓糖醇生产企业产量分析表 分析： 1.目前国内赤藓糖醇生产企业很少，据调研了解，国内有三家，分别是淄博中食歌瑞生物技术有限公司、山东保龄宝生物技术有限公司、青岛琅琊台集团股份有限公司。 2.山东福田药业有限公司赤藓糖醇产品现在正处于研发中，尚未投产。 3.淄博中食歌瑞生物技术有限公司是由中国食品发酵工业研究院与山东中舜科技发展有限公司共同建立的，主导产业为生物工程，主要产品为赤藓糖醇。年产量在1500吨左右，公司的产品销往日本等国家。 4.山东保龄宝生物技术有限公司赤藓糖醇产量比较稳定，年生产在800吨左右，主要是销往南方市场，并有部分出口。
5.青岛琅琊台集团股份有限公司赤藓糖醇产品的年产量在700吨左右。公司该产品产量70%左右用于出口，主要是销往日本、韩国等地。 6.浙江海正药业股份有限公司是国内较早生产赤藓糖醇的企业，赤藓糖醇产品去年已停产。 国内赤藓糖醇生产企业所占市场份额 图5-1国内赤藓糖醇生产企业所占市场份额图 国内赤藓糖醇生产企业所占市场份额图 点击此处查看全部新闻图片 赤藓糖醇应用领域分析 图5-2赤藓糖醇应用领域情况分析图 赤藓糖醇应用领域情况分析 点击此处查看全部新闻图片
分析： 目前我国赤藓糖醇的总产量在3000吨左右。 其中在保健品行业应用最广泛，这部分赤藓糖醇的用量约占我国赤藓糖醇总产量的40％左右；其次是糖果行业，这部分所占百分比约为35％；有25％应用在医药、化工、化妆品等其他行业。 近几年国内赤藓糖醇产销量预测 2007年我国赤藓糖醇市场需求量为3000吨，2005-2007年赤藓糖醇的增长率为50%，预计今后三年会以30%的速度增长，到2010年市场需求量为6500吨以上。 图5-3国内赤藓糖醇产销量预测 国内赤藓糖醇产销量预测 国内赤藓糖醇需求分析及预测 赤藓糖醇市场状况分析 赤藓糖醇工业化之初，即1991年，日本日研化学的产量为1000吨；至1994-1995年，日研化学产量至2300吨；1996-1997年其产量为6000吨；至1997年9月又扩产至12000吨；于1998年3月又按计划扩产至20000吨，现今，在欧盟有比利时的Cerestar公司年产上万吨的装置、日本的三菱化成／日研的生产能力逾5000吨；最近由三菱和美国的Cargill公司联合投资在美国建立了年产20000吨的生产工厂；韩国和巴西等国目前也纷纷开展赤藓糖醇生产技术的研发。在'98FiAsia、'99FiAsia和FiAsia2000连续三届亚洲食品添加剂展览会上，