2007面包酵母基因工程菌

母由于缺乏 β－ 半乳糖苷酶和乳糖透性酶， 不能利用乳清。但
另外， 实验室多采用筛选酵母突变株的方法来提高酵母对
乳 清 可 以 被 Ｋ． ｌａｃｔｉｓ 和 Ｋ． ｆｒａｇｉｌｉｓ 所 利 用 ， 将 Ｋ． ｌａｃｔｉｓ 中 分 别 麦 牙 糖 的 利 用 率 。Ｒａｎｄｅｚ－ Ｇｉｌ 和 Ｓａｎｚ［ ２］ 从 一 株 工 业 面 包 酵 母
５ 结论
重组 ＤＮＡ 技 术 的 广 泛 应 用 ， 使 构 建 具 有 新 性 质 的 面 包 酵 母成为可能， 这将给面包生产市场带来巨大的经济效益。在不久 的将来， 面包酵母将会在新的原料如淀粉、纤维素废物或乳清中
变株没有明显表型， 但结果表明酵母存在特定的冷激反应机制。 生长， 更经济、更环保和更可行的工艺也将应运而生。同时， 随着
添加酶的过敏反应。 重组菌株的商业应用也会遇到诸多问题， 如技术缺陷以及
公众接受方面。再比如， 改进菌株的 ＣＯ２ 产气速率， 在有效的缩 短酵母发酵时间的同时， 也大大减少了面包中的香味成分。但无 论如何， 目前的面包生产的确需要这类面包酵母基因工程菌， 通 过对酵母特性的控制， 可直接影响面包生产的技术工艺和最终
面 粉 的 主 要 成 分 为 淀 粉、多 糖 、蛋 白 质 和 脂 肪 等， 这 些 物 质 ［４］ Ｋｏｎｄｏ Ｋ， Ｉｎｏｕｙｅ Ｍ． ＴＩＰ １， ａ ｃｏｌｄ ｓｈｏｃｋ－ ｉｎｄｕｃｉｂｌｅ ｇｅｎｅ ｏｆ
均可通过酶的作用发生降解， 从而提高物质的利用率， 改善面团 Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ． Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ ［Ｊ］． ２００１， ２６６ （２６）：
快速关闭， 胞内甘油浓度升高； 当渗透压力较小时， 通道开启， 释 放胞内甘油， 甘油浓度降低［ ５］ 。
产品质量。
由此可见， 要改善酵母在甜面团中的适应性， 则应该改进酵 参考文献 母的甘油代谢。酵母工程菌如能过表达 ＧＰＤ１ 或 Ｆｐｓ１ｐ 通道缺 ［１］ Ｂｒｏｗｎ Ａ Ｊ Ｐ． Ｇｅｎｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｓｉｓ ｉｎ Ｃａｎ－
发酵， 通常采用以下几种措施。
有研究表明酵母的耐冻能力主要来自于海藻糖的保护作
２．１ 糖酵解途径的修饰
用。酵母细胞在一定条件下聚集海藻二糖， 从而抵御一些环境压
最新研究表明［ １］ 糖代谢是由整个糖酵解途径中所有 的 酶 共 力如渗透压变化、高温等。海藻糖对“ 瞬间活性干酵母”的生产和
同调节的结果， 而单个酶（如糖酵解途径中的关键酶磷酸果糖激 保持冰冻面团中酵母的活性特别重要。为得到海藻糖含量较高
可使酿酒酵母利用乳清发酵， 其生产效果可与酵母在糖蜜中发 交株仍可利用麦芽糖， 这对面包生产有重要意义。
酵相媲美。
此外， 构建可降解淀粉和木质纤维素的基因工程酵母， 不仅 ３ 抗环境压力的面包酵母
可简化上述两种原料的预处理过程， 降低成本， 还避免了在预处
众所周知， 面团冰冻会对面包生产带来不良影响， 限制冰冻
生产带来新的突破。 例如乳清是奶酪业的一种无用副产品， 主要成份是乳糖， 其
降解过程需要消耗大量的氧， 因此对环境存在潜在污染。面包酵
粒被水解成麦芽糖， 面团得以继续发酵。由上可知， 游离糖分的 存 在 抑 制 了 麦 芽 糖 利 用 酶 的 表 达 ， 从 而 导 致 了 ＣＯ２ 产 量 的 延 滞， 直至麦芽糖利用酶的表达被激活才能得以解除。
酵母具有发酵面团的 特 性 ， 它 能 产 生 ＣＯ２ 使 面 包 保 持 蜂 窝 酶和丙酮酸激酶）对整个过程的影响有限。因此， 若要使整个 过
结构， 同时还赋予面包特殊的风味， 因此很早就为人们所利用。 程的代谢能力明显提高， 需要增加整个系统中的酶量。
产气速率在酵母的发酵过程中是极为重要的， 它不仅与面团的 ２．２ 糖酵解—合成的调节
ＴＰＳ１ 可以提高海藻糖的合成量， 但海藻糖的聚集只能在非发酵 类似。
条件下起作用， 为增强其抗冻能力， 还需优化其它因素［ ３］ 。
另外， 酵母的压力反应有 赖 于 基 因 转 录 水 平 。Ｋｏｎｄｏ 和 Ｉ－ ｎｏｕｙｅ［ ４］ 用 差 异 杂 交 的 方 法 从 酿 酒 酵 母 中 获 得 到 一 种 冷 激 诱 导 （ｃｏｌｄ－ ｓｈｏｃｋ－ ｉｎｄｕｃｅｄ） 基 因 ＴＩＰ１ （ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ ｉｎｄｕｃｉｂｌｅ ｐｒｏ－ ｔｅｉｎ）和两个同源基因 ＴＩＲ１ 和 ＴＩＲ２。尽管这三种基因缺失的突
筛选得到一株可抗高渗透压的酵母， 该菌株还能够较好的利用 ２３７－ ２４４．
麦芽糖。
［３］ Ｎａｉｔｏ Ｓ， Ｆｕｋａｍｉ Ｓ， Ｍｉｚｕｋａｍｉ Ｙ， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｒｅｅｚｅ－ ｔｈａｗ
４ 面包酵母的酶工程修饰
ｃｙｃｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｇｌｕｔｅｎ ｆｉｂｒｉｌｓ ａｎｄ ｃｒｕｍｂ ｇｒａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｂｒｅａｄｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｆｒｏｚｅｎ ｄｏｕｇｈｓ［Ｊ］． Ｃｅｒｅａｌ Ｃｈｅｍ． ２００４， ８１（１）：８０－ ８６
线菌的优质培养基， 从而影响面包质量。而且， 各批次添加剂中 Ｌｅｔｔ Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． ２０００，３１（４）：３２３－ ３２７．
酶的含量有差别， 从而会影响面团或面包质量的稳定性。此外， ［６］ Ｈｉｇｇｉｎｓ Ｖ Ｊ， Ｂｅｌｌ Ｐ Ｊ， Ｄａｗｅｓ Ｉ Ｗ， ｅｔ ａｌ． Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ
理过程中可能混入的一些不利于酵母生长的物质， 从而提高酵 面团发酵膨胀的主要原因就在于冰冻对面包酵母的生长和产气
母产品质量。但由于降解淀粉或木质纤维素往往需要多种酶共 能力的伤 害 ， 另 外 在 甜 面 团 发 酵 中 ， 由 于 添 加 了 １％－ ２５％蔗 糖 ，
同作用， 因此需要在酵母中转入多种基因方可发挥作用。
随着与酵母冰冻反应有关的冷诱导基因或转录因子的不断发 酵母生物技术的发展， 那些存在潜在污染的资源也将变成宝藏。
现， 将有利于发展新的构建耐低温酵母的方法。 ３．２ 抗渗透压菌株
利用基因克隆技术使外源酶在酵母中表达， 则可避免使用 添加剂， 节约成本， 改进终产品的质量， 减少或消除工作人员对
酵母通过调整其水和离子通道以及甘油水平来控制胞内 渗透压， 从而适应环境中的渗透压变化。通过 ＨＯＧ（ｈｉｇｈ ｏｓｍｏ－ ｌａｒｉｔｙ ｇｌｙｃｅｒｏｌ） 信 号 转 导 途 径 ， 渗 透 压 力 激 活 ＧＰＤ１ 基 因（编 码 合成甘油的第一个酶）的转录， 并由一种成分传感系统激活其它 几 种 分 裂 素 激 活 蛋 白 （ｍｉｔｏｇｅｎ－ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｐｒｏｔａｉｎ， ＭＡＰ）形 成 阶 梯反应， 从而在胞内聚集甘油。当渗透压力极高时， Ｆｐｓ１ｐ 通道
构建酵母基因工程菌， 不仅可以改善面包酵母内在的发酵特性， 达。携有这种基因的酵母 不 仅 糖 利 用 率 提 高 了 ５０％， 而 且 乙 醛
如产气速率、发酵速度、发酵能力等， 还可以提高发酵产品质量， 扩大原料利用范围等。
合成也增加了 ４４％， ＣＯ２ 产 量 提 高 了 ３５％。 但 酵 母 的 传 代 时 间 也因此增长， 菌体产量降低约 ３０％。
表 达 β－ 半 乳 糖 苷 酶 和 乳 糖 透 性 酶 的 ＬＡＣ４ 和 ＬＡＣ１２ 基 因 或 的芽孢中分离得到一株新的代谢抑制突变株， 该突变株可以用
Ｅ． ｃｏｌｉ（或 Ａ． ｎｉｇｅｒ）的 β－ 半 乳 糖 苷 酶 基 因 构 建 至 酿 酒 酵 母 ， 就 于杂交株的构建。实验结果显示， 在葡萄糖存在的情况下， 该杂
或面包质量。为此， 面包师通常会添加多种添加剂如淀粉酶、半 １７５３７－ １７５４４．
纤维素酶、蛋白酶和脂酶等来提高产品质量。但外源酶的使用也 ［５］ Ａｔｔｆｉｅｌｄ Ｐ Ｖ， Ｋｌｅｔｓａｓ Ｓ． Ｈｙｐｅｒｏｓｍｏｔｉｃ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｂｙ
会带来相应的副作用， 如造成产品中脂质含量升高， 而脂质是放 ｓｔｒａｉｎｓ ｏｆ ｂａｋｅｒｓ＇ ｙｅａｓｔｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ［Ｊ］．
工程酵母菌具有提高 ＣＯ２ 的产速率， 增强对外界环境压力的抵抗力， 并且还能够产生新的蛋白和其它代谢物来改进面包等的风 味， 延长酵母的保存期限。
【 关键词】 面包酵母； 基因工程； 发酵； 酶工程修饰
【 中图分类号】 Ｑ ８１９
【 文献标识码】Ａ 【 文章编号】 １００３－ ２６７３（２００７）０８－ ０００５－ ０２
２００７ 年 ８ 月 第 ８ 期（ 总第 １０５ 期）
广西轻工业
ＧＵＡＮＧＸＩ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
面包酵母基因工程菌
食品与生物
赵慧
（华南农业大学资源环境学院， 广东 广州 ５１ ０６４０）
【 摘 要】 随着重组 ＤＮ Ａ 技术的发展， 酵母在其发酵的形式、原料成份及工艺流程等方面都发生了极大的变化。新的基因
速下降。因此优化和面条件， 避免酵母在该过程中产气， 是制备 包酵母菌株。结果表明分泌的重组 α－ 淀粉酶的生物化学和动
冰冻面团的一个重要环节。有研究结果显示， 通过修饰面包酵母 力学特征均类似于正常 α－ 淀粉酶。用该菌株生产的面包“ 发”
菌 株 中 编 码 中 性 海 藻 糖 酶 基 因 ＮＴＨ１ 或 海 藻 糖 合 成 酶 的 基 因 得更大、更柔更松， 固 化 速 度 更 慢 ， 与 添 加 α－ 淀 粉 酶 后 的 结 果
失均可在胞内容纳高浓度甘油， 因而这类酵母工程菌是较为理 想的面包生产菌株。在适当的启动子的控制下， 变异的 ＭＡＰ 激 酶可高度激活 ＨＯＧ 途径， 也可以提高甘油的浓度。Ｈｉｇｇｉｎｓ 等［ ６］
ｄｉｄａ ａｌｂｉｃａｎｓ［Ｊ］． Ｔｒｅｎｄｓ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ． ，１９９７，１５： ４４５－ ４４７． ［２］ Ｒａｎｄｅｚ－ Ｇｉｌ Ｆ， Ｓａｎｚ Ｐ， Ｐｒｉｅｔｏ Ｊ Ａ． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｋｅｒ＇ｓ ｙｅａｓｔ： ｒｏｏｍ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ［Ｊ］． Ｔｒｅｎｄｓ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ． １９９９，１７ （６）：
成份有关， 还与面包酵母的内在性质密切相关。为了适应冷冻技
另一种促进糖酵解的方法是调节糖的分解—合成能力。有
术在面包发酵方面的应用， 须使酵母在冷冻后仍保持较快的生 人将合成糖的两个关键酶 ＦＢＰ１ 和 ＰＣＫ１ 的基因置于乙醇脱氢
长速率和较强的发酵能力。而大量资料表明， 通过基因工程技术 酶 － １ 的启动子下游 ， 以 此 让 两 基 因 在 葡 萄 糖 的 诱 导 下 得 以 表
２．３ 适应麦芽糖发酵
１ 面包酵母的工程生产
在面包生产初期， 酵母将先利用面粉中的游离糖分如葡萄
酵母生产， 一般采用糖蜜或其它碳源培养基培养细胞并能 糖、果糖、蔗糖、麦芽糖及呋喃葡萄糖等进行生长。游离糖利用完 获得较高的菌体浓度， 但如果利用基因技术， 则会给酵母的工程 全后， 在 β－ 淀粉内切酶和 α－ 淀粉外切酶的作用下， 淀粉颗
【 作者简介】 赵慧（１９７７－ ）， 女， 湖北人， 助教， 硕士， 主要从事发酵工程研究。
５
的酵母， 通常需要优化培养条件。但由于在和面的过程中即发酵 所需酶 产 生 于 面 团 中 ， 与 生 产 工 人 没 有 直 接 接 触 ， 有 利 于 健 康 。
wenku.baidu.com
初期， 海藻糖易发生水解， 从而导致酵母细胞中海藻糖的含量快 Ｒａｎｄｅｚ－ Ｇｉｌ 等 构 建 了 一 株 可 分 泌 表 达 米 曲 霉 α－ 淀 粉 酶 的 面
从而使酵母处于高渗透压的环境中， 不利于酵母生长。实际生产
中为改 善 这 一 状 况 ， 一 般 会 筛 选 耐 低 温 、抗 渗 透 压 的 菌 株 ， 再 结
２ 面包酵母的工程发酵
合发酵条件、发酵方式和发酵成份的优化来降低或消除这些不
通常认为， 酵母的面团发酵能力可能与糖降解活性、适应变 良影响。 化基质的能力、麦芽糖发酵速率等因素有关。为改善酵母的面团 ３．１ 耐低温菌株
一些添加剂还可能会引起生产工人的皮肤或支气管过敏。
Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ｓｔｒａｉｎ ｔｈａｔ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｓｔｒｏｎｇ ｍａｌｔｏｓｅ ｕ－