发酵工程及其在食品中的应用-正式
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目前，人们已公认SCP是非常具有应用前景 的蛋白质资源。
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单细胞蛋白在食品工业中的应用：
１、直接食用：蛋白粉、“人造肉” 等。 ２、作为食品添加剂，如： 食品的增鲜剂：已广泛应用于调味料中。 营养增强剂：补充蛋白质或维生素、矿物质等。 抗氧化剂：常用于婴儿粉及汤料等中。 减肥食品的添加剂：干酵母热量低。 3、其他应用：如意大利烘饼中加入活性酵母， 可提高饼的延薄性能。
蛋白含量： 霉菌：31%~50% 细菌：72%~83%
酵母菌：47%~56% 螺旋藻：50%~70%
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微生物的菌体蛋白营养价值：
➢蛋白质含量高达40%～80%，比大豆、肉、鱼 等食品中蛋白含量高。 ➢氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种 氨基酸。 ➢含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质 ，以及丰富的酶类和生物活性物质。
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一、SCP生产菌种和原料
生产SCP的菌种： 酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是 酵母菌。 如：酿酒酵母、产朊假丝酵母（或称圆酵母） 、脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。 优良的SCP生产菌株应具有的性状：无生理毒 性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条 件要求简单和产品味道好易于吸收等。
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第二节 发酵法生产单细胞蛋白
一、SCP生产菌种和原料 二、SCP的发酵生产 三、SCP的分离和纯化 四、高活性干酵母的生产和应用
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单细胞蛋白（single cell protein ，简称SCP） ：
是指通过大规模培养酵母或细菌等微生物 而生产的用作食品或饲料的微生物蛋白。
富含蛋白质的微生物：酵母菌、细菌、霉菌、食 用菌和藻类等。
第三章 发酵工程及其在食品工业中的应用
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教学内容
▪第一节 发酵工程概述 ▪第二节 发酵法生产单细胞蛋白 ▪第三节 发酵法培养新型食品胶 ▪第四节 发酵法生产食用色素 ▪第五节 其它产品的发酵生产 ▪第六节 螺旋藻的培养生产及其应用
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第一节 发酵工程概述
Fermentation engineering： 利用微生物生长速度快、生长条件简单
3、混合发酵
选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤 维素酶配合使用。
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三、SCP的分离和纯化
两个关键技术： ▪ 破除菌体细胞壁 ▪ 降低SCP产品中的RNA含量
以酵母为例： 1、破碎细胞壁方法 化学法: 酸法、碱法、有机溶剂等 酶法： 自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等） 机械法：高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎
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近年来，我国已经开始探讨应用混合培养 法生产SCP的工艺。而瑞典糖业有限公司早在 1973年便利用土豆加工的废渣以混合培养方法 生产饲料SCP。
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（二）、以糖蜜为原料生产SCP
105页表4-4
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糖蜜预处理：包括澄清和灭菌 发酵培养液：以糖蜜作为碳源，氨水、硫胺素 、尿素等作为氮源，还需添加适量的磷酸、磷 酸盐等磷源，可提高酵母产率。 发酵方式：液体深层发酵，需要通气。 发酵条件：培养液pH：在4.7～5.0之间
以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下 ，通过现代化工程技术手段，由微生物的 某种特定功能生产出人类所需的产品称为 发酵工程，也称微生物工程。
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一、发酵工程的内容及生产流程
现代的发酵工程包括菌体生产和代谢 产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用 。 主要内容：包括生产菌种的选育，发酵条件 的优化与控制，反应器的设计及产物的分离 、提取与精制等。
主要有三条途径： ①在化学分解或酶解底物基础上培养SCP生 产菌，主要是酵母菌； ②将对淀粉分解活力高的酵母（或霉菌）与 快速生长的酵母菌混合培养； ③单独培养能够同化淀粉的生产菌株，如 SCP生产工程菌。
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以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产 SCP得率一般可超过50％。即２t原料可生产出 １t多蛋白含量超过50％的产物。每升发酵液中 生物量约为37～40g。
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生产原料： 1、烷烃类和石油化工产品 如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。 2、各种有机废料和一些糖类物质 有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废 弃物以及农作物秸杆等。 糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。
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二、SCP的发酵生产
一般SCP生产的概略流程图
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（一）、以淀粉质为原料生产SCP
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发酵过程控制：
➢ 物理参数及其控制 温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。
➢ 化学参数及其控制 pH、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和
溶液成分等的在线检测和控制。 ➢ 生物学参数及其控制
生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性、 ATP和细胞活力等的测定。
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四、发酵产物分离过程
发酵产物： 1、微生物菌体 2、微生物酶 3、微生物代谢产物 4 、微生物转化产物
发酵温度： 约26℃。 终发酵液：含酵母 5％～8％ 得 率：100kg糖蜜可获得约60kg湿酵母
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（三）、以纤维素类为原料生产SCP
三条路线： 1、预处理-酶解-发酵
一般先经膨化预处理，然后用纤维素酶水解 纤维素，以其为碳源进行发酵。 2、酸解-发酵
常用粗硫酸，使纤维素和半纤维素部分水解 ，并除去木质素等有机溶解物。
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二、微生物发酵方法
1、固体发酵法：
2、液体发酵法：
液体表面发酵法 液体深层通气发酵法 液体厌氧发酵法
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三、发酵操作方式以及过程控制
液体深层发酵操作方式可分为: 1、分批发酵法：向发酵罐一次性投入发酵液和 菌种，一次性收获产品。 2、连续发酵法：以一定的速度连续向发酵罐中 输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相 同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发 酵过程。 3、中间补料发酵法：介于分批和连续发酵之间 的一种发酵技术。
法等。
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2、降低RNA含量的方法 碱法：将酵母浆液在加热的碱液中处理一定时 间，使蛋白沉淀， RNA在上清液中，分离后 SCP中仅含 1％～2％ RNA。 酶法：利用菌体自身RNA酶的作用，在50～ 55℃下保温处理10～60s，激活胞内RNA酶 ，可获得RNA含量仅为1.5%的SCP。 盐析法：用不同种类、浓度的盐抽提。
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单细胞蛋白在食品工业中的应用：
１、直接食用：蛋白粉、“人造肉” 等。 ２、作为食品添加剂，如： 食品的增鲜剂：已广泛应用于调味料中。 营养增强剂：补充蛋白质或维生素、矿物质等。 抗氧化剂：常用于婴儿粉及汤料等中。 减肥食品的添加剂：干酵母热量低。 3、其他应用：如意大利烘饼中加入活性酵母， 可提高饼的延薄性能。
蛋白含量： 霉菌：31%~50% 细菌：72%~83%
酵母菌：47%~56% 螺旋藻：50%~70%
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微生物的菌体蛋白营养价值：
➢蛋白质含量高达40%～80%，比大豆、肉、鱼 等食品中蛋白含量高。 ➢氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种 氨基酸。 ➢含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质 ，以及丰富的酶类和生物活性物质。
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一、SCP生产菌种和原料
生产SCP的菌种： 酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是 酵母菌。 如：酿酒酵母、产朊假丝酵母（或称圆酵母） 、脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。 优良的SCP生产菌株应具有的性状：无生理毒 性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条 件要求简单和产品味道好易于吸收等。
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第二节 发酵法生产单细胞蛋白
一、SCP生产菌种和原料 二、SCP的发酵生产 三、SCP的分离和纯化 四、高活性干酵母的生产和应用
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单细胞蛋白（single cell protein ，简称SCP） ：
是指通过大规模培养酵母或细菌等微生物 而生产的用作食品或饲料的微生物蛋白。
富含蛋白质的微生物：酵母菌、细菌、霉菌、食 用菌和藻类等。
第三章 发酵工程及其在食品工业中的应用
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教学内容
▪第一节 发酵工程概述 ▪第二节 发酵法生产单细胞蛋白 ▪第三节 发酵法培养新型食品胶 ▪第四节 发酵法生产食用色素 ▪第五节 其它产品的发酵生产 ▪第六节 螺旋藻的培养生产及其应用
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第一节 发酵工程概述
Fermentation engineering： 利用微生物生长速度快、生长条件简单
3、混合发酵
选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤 维素酶配合使用。
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三、SCP的分离和纯化
两个关键技术： ▪ 破除菌体细胞壁 ▪ 降低SCP产品中的RNA含量
以酵母为例： 1、破碎细胞壁方法 化学法: 酸法、碱法、有机溶剂等 酶法： 自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等） 机械法：高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎
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近年来，我国已经开始探讨应用混合培养 法生产SCP的工艺。而瑞典糖业有限公司早在 1973年便利用土豆加工的废渣以混合培养方法 生产饲料SCP。
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（二）、以糖蜜为原料生产SCP
105页表4-4
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糖蜜预处理：包括澄清和灭菌 发酵培养液：以糖蜜作为碳源，氨水、硫胺素 、尿素等作为氮源，还需添加适量的磷酸、磷 酸盐等磷源，可提高酵母产率。 发酵方式：液体深层发酵，需要通气。 发酵条件：培养液pH：在4.7～5.0之间
以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下 ，通过现代化工程技术手段，由微生物的 某种特定功能生产出人类所需的产品称为 发酵工程，也称微生物工程。
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一、发酵工程的内容及生产流程
现代的发酵工程包括菌体生产和代谢 产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用 。 主要内容：包括生产菌种的选育，发酵条件 的优化与控制，反应器的设计及产物的分离 、提取与精制等。
主要有三条途径： ①在化学分解或酶解底物基础上培养SCP生 产菌，主要是酵母菌； ②将对淀粉分解活力高的酵母（或霉菌）与 快速生长的酵母菌混合培养； ③单独培养能够同化淀粉的生产菌株，如 SCP生产工程菌。
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以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产 SCP得率一般可超过50％。即２t原料可生产出 １t多蛋白含量超过50％的产物。每升发酵液中 生物量约为37～40g。
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生产原料： 1、烷烃类和石油化工产品 如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。 2、各种有机废料和一些糖类物质 有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废 弃物以及农作物秸杆等。 糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。
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二、SCP的发酵生产
一般SCP生产的概略流程图
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（一）、以淀粉质为原料生产SCP
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发酵过程控制：
➢ 物理参数及其控制 温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。
➢ 化学参数及其控制 pH、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和
溶液成分等的在线检测和控制。 ➢ 生物学参数及其控制
生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性、 ATP和细胞活力等的测定。
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四、发酵产物分离过程
发酵产物： 1、微生物菌体 2、微生物酶 3、微生物代谢产物 4 、微生物转化产物
发酵温度： 约26℃。 终发酵液：含酵母 5％～8％ 得 率：100kg糖蜜可获得约60kg湿酵母
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（三）、以纤维素类为原料生产SCP
三条路线： 1、预处理-酶解-发酵
一般先经膨化预处理，然后用纤维素酶水解 纤维素，以其为碳源进行发酵。 2、酸解-发酵
常用粗硫酸，使纤维素和半纤维素部分水解 ，并除去木质素等有机溶解物。
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二、微生物发酵方法
1、固体发酵法：
2、液体发酵法：
液体表面发酵法 液体深层通气发酵法 液体厌氧发酵法
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三、发酵操作方式以及过程控制
液体深层发酵操作方式可分为: 1、分批发酵法：向发酵罐一次性投入发酵液和 菌种，一次性收获产品。 2、连续发酵法：以一定的速度连续向发酵罐中 输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相 同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发 酵过程。 3、中间补料发酵法：介于分批和连续发酵之间 的一种发酵技术。
法等。
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2、降低RNA含量的方法 碱法：将酵母浆液在加热的碱液中处理一定时 间，使蛋白沉淀， RNA在上清液中，分离后 SCP中仅含 1％～2％ RNA。 酶法：利用菌体自身RNA酶的作用，在50～ 55℃下保温处理10～60s，激活胞内RNA酶 ，可获得RNA含量仅为1.5%的SCP。 盐析法：用不同种类、浓度的盐抽提。