食品发酵与酿造工艺学重点

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1、食品发酵工艺学 第一章 绪论 一、食品发酵与酿造的历史 1.列文虎克 Leeuwenhoek Antoni Van ( 1632-1723 )： 成功制造了世界上第一台显微镜， 并在人 列文虎克 类历史上第一次通过显微镜发现了单细胞生命体-微生物。 2.巴斯德 巴斯德（Louis Pasteur,18221895）巴斯德的主要贡献 巴斯德的主要贡献：发明了巴斯德灭菌法。1861 年， 巴斯德的主要贡献 巴斯德实验，结束了绵延 100 多年的争论，把自然发生论赶出了科学界。1865 年，巴斯德 受农业部长的重托， 解决了法国南部蚕业上遇到的疾病使蚕大量死亡的难题。 发明了狂犬病 疫苗，他还指出这

2、种病原物是某种可以通过细菌滤器的“过滤性的超微生物” 。 3.科赫 科赫（Koch, Robert 18431910）科赫的主要贡献：1881 年后，创用了固体培养基划线分 科赫 离纯种法。建立了单种微生物的分离和纯培养技术。1882 年 3 月 24 日科赫在德国柏林生理 学会上宣布了结核菌是结核病的病原菌。单种微生物分离和纯培养技术的建立，是食品发 单种微生物分离和纯培养技术的建立， 单种微生物分离和纯培养技术的建立 酵与酿造技术的第一个转折点 第一个转折点。 酵与酿造技术的第一个转折点。 4.20 世纪 40 年代，好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。 年代，好气性发

3、酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。 5.人工诱变育种技术和代谢调控发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第三个转折点。 人工诱变育种技术和代谢调控发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第三个转折点。 620 世纪 70 年代发展起来的 DNA 重组技术，又大大推动了发酵与酿造技术的发展。 重组技术，又大大推动了发酵与酿造技术的发展。二、食品发酵与酿造的特点以及与现代生物技术的关系 （一）食品发酵与酿造的特点 发酵： 泛指利用微生物制造工业原料和工业产品的过程。 通常所说的发酵指生物或离体的酶， 发酵： 不彻底地分解代谢有机物，并释放出能量的过程。 酿造： 酿造：是我国劳动人民对一些特

4、定产品进行发酵生产的一种称谓，通常把成分复杂、风味要 求较高，诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜 等食佐餐调味品的生产称谓酿造。 酿造与发酵的区别： 酿造与发酵的区别：利用生物体或生物体长生的酶进行的化学反应。与化学工业相比，发酵 与酿造工业的特点：安全、简单；原料广泛；反应专一；代谢多样；易受污染；菌种选育 发酵技术的两个核心：生物催化剂、生物反应系统 发酵技术的两个核心：生物催化剂 生物反应系统 菌种选育、 第二章 菌种选育、保藏与复壮 菌种选育的方法有 自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程。 的方法有： 菌种选育的方法有：自然选育、诱

5、变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程。 一、微生物菌种选育的理论基础 微生物的遗传性和变异性的特点：a、微生物由于繁殖速度快、生活周期短；b、微生物由于 个体微小，比表面积大，大多以单细胞或极少分化的多细胞存在；c、微生物大多以无性生 殖为主，且营养体多数为单倍体。 诱变育种： 诱变育种：人为地将对象生物置于诱变因子中，使该生物体发生突变，从这些突变体中筛选 具有优良性状的突变株的过程。 （一）突变：微生物的遗传物质存在于变动着得的环境中，染色体上的遗传信息以及染色体 组受到环境的作用而改变， 这种改变或多或少是永久性的， 从生物表型上说是突然发生可遗 传的变换，这种变化就称为突变。自发突

6、变：在自然状况下发生的突变，也称自然突变。诱 发突变：人为地利用物理或化学因素诱发的突变。 （二）诱变的基本原理 1.诱变剂 诱变剂：用来处理微生物并能提高生物体突变频率的这些物理或化学因素成为诱变因素， 诱变剂 又称诱变剂。诱变剂有物理诱变因子（紫外线、射线） 、化学诱变因子（亚硝基胍、亚硝 酸、亚硝基甲基胍）生物诱变因子（噬菌体） 2.诱变剂作用机理 物理诱变因子诱变机理：快中子、射线、射线产生电离辐射，而紫外线是不形成离子的 非电离辐射。 以紫外线为例， 紫外线照射后引起的结构改变， 强烈吸收紫外线， 特别是碱基对，而嘧啶比嘌呤对紫外线更为敏感。紫外线引起结构变化，是胞嘧啶和 尿嘧啶的水

7、合作用以及二聚体形成。 菌种保藏的目的是在一定时间内使菌种不死、不乱，以供研究、生产、交换使用。基本 原则：挑选优良纯种、典型菌种；尽量使用分生孢子，芽孢等休眠体；创造有利于休眠 分子的保藏环境；尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株。 菌种保藏的方法有： （一） 低温保藏法： 冰箱保藏法 （斜面） 低温， ： 适用于各大类， 菌种保藏的方法有： 保藏个月，简单。冰箱保藏法（半固体） ：低温，避氧，适用于细菌酵母菌， 保藏时间为个月， 简便 （二） 甘油悬液保藏法： 低温， 需要保护剂 （ 甘油） ，适用于细菌、酵母菌约年，较简便（三）石蜡油低温保藏法： 低温，阻氧，适用于各大类

8、，保藏时间约年，简便（四）干燥保藏 沙土管 法：干燥无营养产孢子的微生物保藏时间约为年，简便有效。 （五）甘油管保藏法 （六）真空冷冻干燥法：干燥低温，无氧有保护剂，适用于各大类，保藏时间大于 年，但繁而高效。 （七）液氮超低温保存：超低温，有保护剂，适用于 各大类，保藏时间大于年，繁而有效。 第三章 微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中的应用 代谢调节:是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。通过 代谢调节 调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一， 使生物体能更好地利用环境条件来 完成复杂的生命活动。 二、代谢调控的方式 通道调节； （1）调节营养物

9、质透过细胞膜而进入细胞的能力 通道调节； ）调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力-通道调节 通量调节； （2）调节代谢流 通量调节； ）调节代谢流-通量调节 限制其基质有形接近。 （3）通过酶的定位以限制它与相应底物的接近 限制其基质有形接近。 ）通过酶的定位以限制它与相应底物的接近-限制其基质有形接近 三、与代谢调节有关的酶 （一）同工酶 同工酶：又称同功酶，是指催化相同生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶。 同工酶 别构酶： （二）别构酶：具有别构作用（或变构作用）的酶。其分子有活性中心和别构中心，往往是 具有四级结构的多亚基的寡聚酶。 多功能酶： （三）多功能酶：分子组成只有一条多

10、肽链，但具有两种或两种以上催化活力的酶。 一个终产物的过量， 在使共同途径第一步反应受到部分抑制的同时， 分支途径第一步反应也 受到抑制，使代谢沿着其他分支进行。因此，一个产物的过量不致干扰其他产物的生成。 第二节 微生物代谢的协调作用 （1）酶活性的激活：指在分解代谢途径中，后面的反应可被较前面的中间产物所促 ）酶活性的激活： 进。 （2）酶活性的抑制：主要是反馈抑制。 酶活性的抑制：主要是反馈抑制。 反馈抑制： 反馈抑制：某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物可反过来直接抑 制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末端产物 的过多累积。 反馈阻遏： 反馈阻

11、遏：是指抑制酶的形成是由途径终点产物或其衍生物执行的。即当代谢的， 它就会终产物大量存在并达到一定浓度时，它就会同细胞中早已存在的阻遏物结合 起来共同发挥作用 （3）反馈抑制的类型 直线式代谢途径中的反馈抑制 分支代谢途径中的反馈抑制。书上 P63 协同反馈抑制： （1） ） 协同反馈抑制： 指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的 第一个酶的一种反馈调节方式。 （2）合作反馈抑制： 指两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈 ）合作反馈抑制： 抑制作用。 累积反馈抑制： （3） ） 累积反馈抑制：每一分支途径的末端产物按一定百分率单独抑制共同途径中前面的

12、酶， 所以当几种末端产物共同存在时，它们的抑制作用是累积的。 （4）顺序反馈抑制：当 E 过多时，可抑制 CD，这时由于 C 的浓度过大而促使反应向 F 顺序反馈抑制： G 方向进行，结果又造成了另一末端产物 G 浓度的增高。由于 G 过多就抑制了 CF，结果 造成 C 的浓度进一步增高。 过多又对 AB 间的酶发生抑制， C 从而达到了反馈抑制的效果。 这种通过逐步有顺序的方式达到的调节，称为顺序反馈抑制。 酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制， 这是一种在基因水 平上（在原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。 凡能促进酶生物合成的现象，称为诱导。能阻碍酶生物合成

13、的现象，则称为阻遏。 凡能促进酶生物合成的现象，称为诱导。能阻碍酶生物合成的现象，则称为阻遏。 分解代谢物阻遏的典型实例：葡萄糖效应。葡萄糖效应 葡萄糖效应（ ：又称葡萄糖阻遏 分解代谢物阻遏的典型实例：葡萄糖效应 葡萄糖效应（ glucose effect） ） ： 或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源,其分解代谢产物阻遏某些诱导酶 体系编码的基因转录的现象。 （二）酶合成调节的机制 1.操纵子是 操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由调节基因（R） 启动子（P） 操纵 、启动子 、操纵 操纵子是 ，由调节基因（ ） 启动子（ ） 、 、 基因（ ）和在功能上相关的几个

14、结构基因(S)组成 调节基因:用于编码调节蛋白的基因。 基因（O）和在功能上相关的几个结构基因 组成 ；调节基因 启动基因:是一种能被依赖于 DNA 的 RNA 聚合酶所识别的碱基顺序，它既是 RNA 多聚酶的 启动基因 结合部位，也是转录的起始点；操纵基因 ；操纵基因是位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序， 能与阻遏物（一种调节蛋白）相结合，以此来决定结构基因的转录是否能进行；结构基因则 结构基因则 是决定某一多肽的 DNA 模板，可根据其上的碱基顺序转录出对应的 mRNA，然后再可通过 核糖体而转译出相应的酶。一个操纵子的转录，就合成了一个 mRNA 分子。 调节蛋白 蛋白是一类变构蛋

15、白，它有两个特殊位点，其一可与操纵基因结合，另一位点则可与效 调节蛋白 应物相结合。当调节蛋白与效应物结合后，就发生变构作用。有的调节蛋白在其变构后可提 高与操纵基因的结合能力，有的则会降低其结合能力。 调节蛋白可分两种，其一称阻遏物 阻遏物，它能在没有诱导物（效应物的一种）时与操纵基因相结 阻遏物 合；另一则称阻遏物蛋白 阻遏物蛋白，它只能在辅阻遏物（效应物的另一种）存在时才能与操纵基因相 阻遏物蛋白 结合。 三、能荷的调节 能荷的调节（P65） 当细胞中腺苷酸全部是 ATP，能荷为 1；当细胞中腺苷酸全部是 ：当细胞中腺苷酸全部是 能荷的调节 ， ； ADP，能荷为 0.5；当细胞中腺苷酸

16、全部是 AMP，能荷为 0。当细胞或线粒体中三种核苷酸 ， ； ， 当细胞或线粒体中三种核苷酸 同时并存时，能荷大小随三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。 同时并存时，能荷大小随三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。 能荷在细胞不同生长时期的变化另外一个度量细胞能量状态的参数是磷酸化位。磷酸化位 磷酸化位。 磷酸化位 =ATP/ADPPi磷酸化位除了腺苷酸外，还决定于无机磷浓度。磷酸化位与能荷相比，其 磷酸化位除了腺苷酸外， 磷酸化位除了腺苷酸外 还决定于无机磷浓度。磷酸化位与能荷相比， 值变化范围更宽，因此是反映细胞能量状态更加灵敏的指标。 值变化范围更宽，因此是反映细胞能量状态更加灵敏的指标。