1、第十三章 微生物资源开发与利用 第一节第一节 微生物资源微生物资源第二节第二节 微生物酶微生物酶第三节第三节 微生物风味物质微生物风味物质 第四节第四节 微生物与保健食品的筛选微生物与保健食品的筛选 利用和保护的科学。是微生物、生物化学、分子生利用和保护的科学。是微生物、生物化学、分子生物，医学、农学、化学、工程学等学科的边缘科学。物，医学、农学、化学、工程学等学科的边缘科学。微生物资源学重点讨论微生物资源学重点讨论微生物这一重要的资源，微生物这一重要的资源，它与人类的关系，开发利用的新成就，新技术及存在它与人类的关系，开发利用的新成就，新技术及存在的问题。开发利用的战略和策略，值得重点投入的
2、领的问题。开发利用的战略和策略，值得重点投入的领域等。域等。为什么学习微生物资源开发利用为什么学习微生物资源开发利用?现代工业、农业已在大规模开发动植物资源现代工业、农业已在大规模开发动植物资源为人类服务。但是过度开发或不合理开发，造成为人类服务。但是过度开发或不合理开发，造成环境恶化，沙漠化加剧，动植物资源减少，环境恶化，沙漠化加剧，动植物资源减少，同时同时这使得微生物资源也在不断削减这使得微生物资源也在不断削减。有关这些引起。有关这些引起国际上各国政府的高度关注，提出了只有一个地国际上各国政府的高度关注，提出了只有一个地球的口号，提出要保护生物多样性，要保护环境，球的口号，提出要保护生物多
3、样性，要保护环境，并将可持续发展战略作为基本国策。并将可持续发展战略作为基本国策。微生物是一类天然资源的公众意识远远没有微生物是一类天然资源的公众意识远远没有建立。建立。第一节第一节 微生物资源微生物资源1微生物资源的特殊性2 2微生物资源开发利用微生物资源开发利用3 3微生物资源的保护微生物资源的保护4 4微生物菌体食品微生物菌体食品5 5单细胞蛋白单细胞蛋白生物资源的利用现状生物资源的利用现状类群已知种估计种已知种比例(%)病毒5 51 10 03 31.31.31 10 05 54 4细菌4.74.71 10 03 3 4 41 10 04 41212真菌6.96.91 10 04 41
4、.51.51 10 06 65 5藻类4 41 10 04 46 61 10 04 46767被子植物2.52.51 10 05 52.72.71 10 05 59393鱼类1.91.91 10 04 42.12.11 10 04 49090鸟类9.29.21 10 03 3 1 11 10 04 4 100100哺乳动物4.174.171 10 03 3 4.34.31 10 03 3 100100一 微生物资源的特殊性1.人类发现微生物人类发现微生物300300年，最初认识都是引起疾病的年，最初认识都是引起疾病的病原微生物，病原微生物，所以人类一开始是把它当作敌人，缺所以人类一开始是把它当
5、作敌人，缺乏全面认识。乏全面认识。2.2.微生物形体小，比表面积大。微生物形体小，比表面积大。3.3.代谢类型多，生长繁殖速度惊人。代谢类型多，生长繁殖速度惊人。可提供多样化的可提供多样化的产品，又不宜受气候等因素影响。产品，又不宜受气候等因素影响。4.4.种源丰富，未知者众种源丰富，未知者众。微生物的种类有多少目前还。微生物的种类有多少目前还未知。有人认为全世界描述的微生物还不到未知。有人认为全世界描述的微生物还不到2 2，故开发潜力巨大。故开发潜力巨大。5.5.微生物变异性大微生物变异性大。这为人类改造它们提供了更大的。这为人类改造它们提供了更大的可能性。如最初青霉素产率可能性。如最初青霉
6、素产率0.01%,0.01%,但经改造后达但经改造后达5 5，提高，提高500500倍。倍。一 微生物资源的特殊性6.6.微生物资源的研究与开发比动植物晚。微生物资源的研究与开发比动植物晚。微生物的资源开发还处于起步阶段，零微生物的资源开发还处于起步阶段，零星、分散、不成体系星、分散、不成体系7.7.微生物能在极端环境下生存（高温、低温、微生物能在极端环境下生存（高温、低温、高酸、高盐）高酸、高盐）8.8.微生物是一个巨大的基因资源库。微生物是一个巨大的基因资源库。9.9.微生物潜力巨大，开发前景广阔，微生物潜力巨大，开发前景广阔，具有实际具有实际或潜在用途或价值或潜在用途或价值（如酿酒、食品
7、、有机溶（如酿酒、食品、有机溶剂、医药、工业、农业、环保等）剂、医药、工业、农业、环保等）1992年联合国环发大会通过了年联合国环发大会通过了生物多样性公生物多样性公约约。这是人类对保护生物多样性及其永续利用的。这是人类对保护生物多样性及其永续利用的共同纲领。我国是该公约的缔约国之一。共同纲领。我国是该公约的缔约国之一。生物资源三支柱，即动物、植物、微生物，其中微生物资源三支柱，即动物、植物、微生物，其中微生物是一类与动、植物资源不同、生产性能优越、生物是一类与动、植物资源不同、生产性能优越、开发前景广阔的生物资源。开发前景广阔的生物资源。我国地大物博，微生物资源极为丰富。目前，据初步我国地大
8、物博，微生物资源极为丰富。目前，据初步统计，我统计，我们们知道的微生物还不到知道的微生物还不到10，利用的不到，利用的不到1，可能有，可能有90未开发，未开发，这些都可叫做这些都可叫做“新种新种”，有可能存在，有可能存在新基因、能产生新产物和具有新用途。新基因、能产生新产物和具有新用途。二二 微生物资源开发利用微生物资源开发利用 微生物资源开发的真正兴起约微生物资源开发的真正兴起约50年，其中创新是开发的灵年，其中创新是开发的灵魂。虽然微生物资源丰富，但开发的难度也不断加大，如魂。虽然微生物资源丰富，但开发的难度也不断加大，如20世纪世纪50年代有千分之一的几率，而现在只有万分之一的几率。年代
9、有千分之一的几率，而现在只有万分之一的几率。微生物资源开发利用程序：微生物资源开发利用程序：总体设计、找到目的菌、效果试验、申请专利、菌种改良及发总体设计、找到目的菌、效果试验、申请专利、菌种改良及发酵工艺研究、以及报批、生产和市场等组成。酵工艺研究、以及报批、生产和市场等组成。1.总体设计总体设计 总体设计是微生物资源开发利用的首要任务。还要考虑市场总体设计是微生物资源开发利用的首要任务。还要考虑市场变化、开发策略、自身现有基础等方面。往往还需要合作伙伴的变化、开发策略、自身现有基础等方面。往往还需要合作伙伴的帮助。总体设计为防止目标相重，一套好的总体设计帮助。总体设计为防止目标相重，一套好
10、的总体设计往往有几套往往有几套方案。方案。总体设计确定后，明确开发意图并贯彻始终。总体设计确定后，明确开发意图并贯彻始终。2、找到目的菌、找到目的菌 总体设计一旦确定，核心问题就是千方百计尽早找到目总体设计一旦确定，核心问题就是千方百计尽早找到目的菌的菌.所有的策略、路线、方法等都为这个中心服务。所有的策略、路线、方法等都为这个中心服务。原则如下（原则如下（4个方面）个方面）：1）菌种来源及分离：）菌种来源及分离：世界微生物资料中心资料显示，目前至少有世界微生物资料中心资料显示，目前至少有58个国家个国家484个菌种保藏中心，已保藏有个菌种保藏中心，已保藏有80多万株，这是一个重要来源。多万株
11、，这是一个重要来源。分离菌种可根据开发目标，选择取样地域、取样环境，取样分离菌种可根据开发目标，选择取样地域、取样环境，取样方法。方法。菌株分离法：菌株分离法：单菌株筛选纯培养；单菌株筛选纯培养；混合菌筛选培养混合菌筛选培养 例：选冶含硫矿砷金处理的微生物（铁硫杆菌、硫硫杆菌）例：选冶含硫矿砷金处理的微生物（铁硫杆菌、硫硫杆菌）2）模型设计）模型设计 微生物开发目的千差万别，但必须微生物开发目的千差万别，但必须建立准确、快速、微量、建立准确、快速、微量、简便的筛选模型，尽快淘汰非目的菌简便的筛选模型，尽快淘汰非目的菌。模型设计可根据作用。模型设计可根据作用机制、代谢途径的靶位、目的化合物等设计
12、初筛模型。机制、代谢途径的靶位、目的化合物等设计初筛模型。3）一菌多筛，增加菌的利用率和入选率，还可能找到用途更）一菌多筛，增加菌的利用率和入选率，还可能找到用途更大的非目的菌。这点对生物活性物质（微生物药）的开发尤大的非目的菌。这点对生物活性物质（微生物药）的开发尤为重要，因为有时不清楚我们要找的究竟是哪类微生物，而为重要，因为有时不清楚我们要找的究竟是哪类微生物，而开发意图在分离菌种时一般无法贯彻，因此常常要分离数以开发意图在分离菌种时一般无法贯彻，因此常常要分离数以万计的菌种。而如果万计的菌种。而如果只用一个模型往往找不到目的菌，造成只用一个模型往往找不到目的菌，造成浪费。浪费。4）高通
13、量筛选和组合生化相结合。（高通量筛选在国外已广）高通量筛选和组合生化相结合。（高通量筛选在国外已广泛使用，许多模型固定在各自不同的载体上，以机器人取样，泛使用，许多模型固定在各自不同的载体上，以机器人取样，计算分析，提高筛选效率）。计算分析，提高筛选效率）。3、申请专利、申请专利 专利是一个国家科技发展水平的标志之一，也是专利是一个国家科技发展水平的标志之一，也是一个单位无形资产的重要组成部分。一个单位无形资产的重要组成部分。微生物资源开发包含重大的经济利益，同时也包微生物资源开发包含重大的经济利益，同时也包含重大的投入和风险。为了保护劳动成果，保护知识含重大的投入和风险。为了保护劳动成果，保
14、护知识产权，及时申请专利是绝对必要的。产权，及时申请专利是绝对必要的。申请时机一般在确定某种新活性、新用途或新化申请时机一般在确定某种新活性、新用途或新化合物时立即申请。新菌种也可申请合物时立即申请。新菌种也可申请，但不同国家有不，但不同国家有不同规定。同规定。4、菌种改良及基因工程、菌种改良及基因工程 微生物资源开发利用在某种意义上讲是微生物微生物资源开发利用在某种意义上讲是微生物天然功能在人工控制条件下，按照人工的意志的重天然功能在人工控制条件下，按照人工的意志的重演和高效表达演和高效表达。通常获得的目的物的产率会比较低，或者菌株的通常获得的目的物的产率会比较低，或者菌株的工艺性状有缺陷，
15、这就需要进行菌种的改良。工艺性状有缺陷，这就需要进行菌种的改良。方法：方法：诱变育种诱变育种 ；基因工程方法基因工程方法5、微生物资源开发利用的重大课题、微生物资源开发利用的重大课题 微生物资源开发只有微生物资源开发只有50年历史，开发的潜力还很年历史，开发的潜力还很巨大。研究重大课题有：巨大。研究重大课题有：1）未知微生物的检测、分离和利用）未知微生物的检测、分离和利用 2）无公害农药的微生物研究）无公害农药的微生物研究 3）微生物药物的开发）微生物药物的开发三微生物资源的保护三微生物资源的保护1.保护微生物资源的必要性保护微生物资源的必要性u微生物对人类的意义：一是生态系统的积极参与者，维
16、持生微生物对人类的意义：一是生态系统的积极参与者，维持生态平衡起着不可替代的作用；二是人类生活所需的各种物质态平衡起着不可替代的作用；二是人类生活所需的各种物质的生产者。的生产者。u社会对保护天然微生物资源的必要性和紧迫性缺乏认识。自社会对保护天然微生物资源的必要性和紧迫性缺乏认识。自然界的微生物受环境的影响，处在生生死死和不停的变化之然界的微生物受环境的影响，处在生生死死和不停的变化之中，大量未知微生物灭亡。中，大量未知微生物灭亡。u还有天然的极端微生物（高盐、高碱高酸、高压、太空、高还有天然的极端微生物（高盐、高碱高酸、高压、太空、高辐射等），许多极端微生物所栖息的环境正不断遭到破坏，辐射
17、等），许多极端微生物所栖息的环境正不断遭到破坏，所以这种特定下的特殊微生物也不断在减少。所以这种特定下的特殊微生物也不断在减少。例：有学者考察云南省例：有学者考察云南省22个地区不同植被的土壤放线菌，发现原个地区不同植被的土壤放线菌，发现原始森林的放线菌最多（始森林的放线菌最多（9个属），而后随着砍伐、耕种和旱个属），而后随着砍伐、耕种和旱地程度增加，放线菌种类不断减少。地程度增加，放线菌种类不断减少。说明不是因微生物资源说明不是因微生物资源开发而减少，而是自然环境破坏造成的微生物种类减少。开发而减少，而是自然环境破坏造成的微生物种类减少。2.保护微生物资源的措施保护微生物资源的措施1)生产菌
18、种和专利菌种的保护生产菌种和专利菌种的保护,现在主要是通过法现在主要是通过法律手段保护律手段保护.2)2)天然微生物资源的保护天然微生物资源的保护:保护具有代表性的原保护具有代表性的原始环境如原始森林；高山湖泊、冰川、盐湖等。始环境如原始森林；高山湖泊、冰川、盐湖等。3 3）对典型地区进行微生物资源调查，分离鉴定与保）对典型地区进行微生物资源调查，分离鉴定与保 存菌种；存菌种；4 4）加大对微生物资源的利用；）加大对微生物资源的利用；5 5）宣传保护原始生态环境的重要性，将保护微生物）宣传保护原始生态环境的重要性，将保护微生物资源看的和保护动植物资源一样重要。资源看的和保护动植物资源一样重要。
19、四、微生物菌体食品四、微生物菌体食品平菇香菇草菇返回本节金针菇药用菌类代表灵芝猴头猪苓返回本节珍稀菌类代表杏鲍菇茶树菇鸡腿菇滑菇返回本节（一）、食用菌的概念可食用的具有肉质或胶质子实体的大型真菌我国现报导约981种人工栽培的70余种大规模生产 20余种常规菌类药用菌类珍稀菌类返回本节（二）食用菌的形态结构（二）食用菌的形态结构在分类学上，食用菌属于真菌界中的担子菌门在分类学上，食用菌属于真菌界中的担子菌门和子囊菌门。和子囊菌门。食用菌的子实体一般都比较大，直径和食用菌的子实体一般都比较大，直径和高度可达高度可达240 cm，所以又称食用菌为大型真菌。，所以又称食用菌为大型真菌。分为菌盖、菌柄及
20、菌丝体分为菌盖、菌柄及菌丝体3部分。部分。菌丝体是食用菌的营养结构，主要功能是分解菌丝体是食用菌的营养结构，主要功能是分解基质，吸收、输送及贮藏养分；子实体（菌盖、菌基质，吸收、输送及贮藏养分；子实体（菌盖、菌柄）是繁殖结构，其主要作用是产生孢子，繁殖后柄）是繁殖结构，其主要作用是产生孢子，繁殖后代。代。菌丝形态1 孢子，2 孢子膨大3 孢子萌发4 菌丝分枝5 菌丝体6 放大的菌 丝体A 细胞壁B 细胞核 C 细胞质 D 细胞隔膜 菌丝体的形态结构菌丝体的形态结构 有隔菌丝有隔菌丝 无隔菌丝无隔菌丝菌丝体的形态结构菌丝体的形态结构食用菌的菌丝一般是多细胞的，菌丝被隔膜隔成了多个细胞。每个细胞可
21、是单核、多核或双核。邻近的两个菌丝细胞之间，可发生细胞质交换。子实体子实体的形态结构的形态结构伞 状：双孢蘑菇 贝 壳 状：平菇 漏 斗 状：鸡油菌 舌 状：牛舌菌 头 状：猴头菌 毛 刷 状：齿状菌 珊 瑚 状：珊瑚菌 盘 状：盘菌 蜂 窝 状：羊肚菌 马 鞍 状：马鞍菌 耳 状：木耳 花 瓣 状：银耳绣 球 状：绣球菌 子实体子实体的形态结构的形态结构舌舌 状状子实体子实体的形态结构的形态结构蜂窝状蜂窝状子实体子实体的形态结构的形态结构耳耳 状状花花 瓣瓣 状状子实体的形态结构子实体的形态结构子实体子实体的形态结构的形态结构伞伞 状状伞菌子实体伞菌子实体的形态结构的形态结构二、食用菌的生产
22、意义（三）食用菌的营养成分一高高蛋白二低低脂肪低糖四多膳食纤维素矿质元素氨基酸维生素二无无胆固醇无淀粉返回本节1、营养价值集中了食品的一切良好特性、营养价值达到植物性食品的顶峰植物肉、上帝食品、长寿食品营养结构合理，各营养成分的比例平衡表绪1 部分食用菌与蔬菜、粮食中蛋白质含量的比较（g/100g干重）食用菌蔬菜粮食种类蛋白质种类蛋白质种类蛋白质蘑菇36.1白萝卜0.6小麦12.4香菇13.418.5大白菜1.1稻米8.5平菇10.530.4菠菜1.8玉米8.5草菇25.930.1黄瓜0.8高粱9.5返回本节表绪2 部分食用菌维生素的含量（mg/kg鲜品）菌类维生素VB1VB2VB3VCVD原
23、双孢菇1.60.748.0131.91240.0香菇0.71.224.0109.72460.0平菇4.01.4107.093.01200.0草菇12.033.0919.0206.27金针菇3.10.581.0109.32040.0返回本节2.药用价值（1）药用成分主要是多糖类、三萜类及核苷类化合物等。（2）药效增 强 免 疫 力清 除 自 由 基防治心血管病保肝、健胃、减肥等肿瘤辐射衰老病毒抗返回本节食用菌世界生产概况一、生产概况20世纪30年代生产国家10余个总产量5.5万t（主要是双孢菇）70年代前：主产地是欧洲及北美后生产国家发展到80多个总产量100万t主产地由欧洲变为亚洲返回本节（四
24、)食用菌发展概况主要生产国法国、德国、美国、荷兰、日本、南韩、意大利、印尼、泰国等双孢菇：主产于欧洲与北美香菇：主产于中国与日本平菇：主产于中国、西德、法国等草菇：主产于中国、印尼、泰国等世界四大食用菌返回本节（二）中国生产概况人工栽培自30年代从国外引进双孢菇开始70年代前基本为半人工栽培70年代后进行全人工栽培20多个省区从事生产从业人员约3000万古田、庆元、泌阳三大批发市场全国有现在总产值仅次于粮、棉、油、果、菜、位居第六位，超过了茶叶及蚕桑。成为世界名副其实的生产大国正以15%年增长速度发展栽培原料：段木棉籽壳秸秆等混合料方式：熟料、室内生料、发酵料、室外品种：少、低产多、抗逆性强、
25、产量较高规模：小而分散大而集中返回本节 26.8%53.8%60%65%70%中国与世界食用菌总产量的比较（万吨）返回本节是创汇产业2002年出口119个国家出口量占世界40%亚洲80%每年贸易额约达6亿美元返回本节发展趋势1）向高效益发展反季节栽培立体栽培珍稀菌类生产实行标准化减少农药、激素的使用多用物理、生物防治法返回本节形式：零散 规模化和产业化主体：农户企业方式：作坊式机械化和自动化生产返回本节食品饮料药品滋补品化妆品以原料形式进入市场效益低加工技术层次越高，升值倍数越大 加工返回本节观赏性强盆 景观光农业返回本节返回本节五、单细胞蛋白 单细胞蛋白（单细胞蛋白（SCP）是通过培养单细胞
26、生物而获得的）是通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白质。菌体蛋白质。用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型藻类、非用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型藻类、非病原细菌、酵母菌类和真菌等。病原细菌、酵母菌类和真菌等。它们可利用各种基质在适宜的培养条件下生产单细胞它们可利用各种基质在适宜的培养条件下生产单细胞蛋白。菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异，一蛋白。菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异，一般含量达般含量达4080。与传统食品营养成分比较，蛋。与传统食品营养成分比较，蛋白质含量高，氨基酸组成较为齐全，含有人体必需白质含量高，氨基酸组成较为齐全，含有人体必需8种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的
27、赖氨酸。种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质。单细胞蛋白的开发与及丰富的酶类和生物活性物质。单细胞蛋白的开发与生产为解决人类食品和饲料问题开辟了新的途径。生产为解决人类食品和饲料问题开辟了新的途径。单细胞蛋白与传统食品的单细胞蛋白与传统食品的各种主要营养成分含量比较各种主要营养成分含量比较 生产生产SCP的菌种基本要求的菌种基本要求（1）对基质的菌体产率高，生长速度快）对基质的菌体产率高，生长速度快（2）菌体细胞以大的为好，并含有较多的蛋白）菌体细胞以大的为好，并含有较多的
28、蛋白质质（3）培养的最适温度较高，其生长）培养的最适温度较高，其生长pH以偏酸为以偏酸为佳。佳。（4）能耐浓度高的基质。）能耐浓度高的基质。（5）食用菌种应无毒性，在培养期间，不使基）食用菌种应无毒性，在培养期间，不使基质产生有害物质。质产生有害物质。作为蛋白质资源的微生物作为蛋白质资源的微生物（1）利用糖类原料发酵生产单细胞蛋白。如酿）利用糖类原料发酵生产单细胞蛋白。如酿酒酵母、假丝酵母、木霉、青霉等。酒酵母、假丝酵母、木霉、青霉等。（2）利用石油原料生产单细胞蛋白。如酵母菌，）利用石油原料生产单细胞蛋白。如酵母菌，细菌中的诺卡氏菌、假单胞菌、棒状杆菌等。尽细菌中的诺卡氏菌、假单胞菌、棒状杆
29、菌等。尽管已经证明烃类蛋白质没有毒性和致癌性，但人管已经证明烃类蛋白质没有毒性和致癌性，但人们还是担心其安全性。们还是担心其安全性。（3）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以细菌）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以细菌为主，如甲烷假单胞菌、嗜甲烷单胞菌等。为主，如甲烷假单胞菌、嗜甲烷单胞菌等。甲烷不合芳香烃，无致癌物质，无毒害，产品安甲烷不合芳香烃，无致癌物质，无毒害，产品安全性高，原料蕴藏丰富，成本低。但产生菌大多全性高，原料蕴藏丰富，成本低。但产生菌大多都生长较慢，菌体浓度低，所以生产速率低，尾都生长较慢，菌体浓度低，所以生产速率低，尾气中残留甲烷的利用尚未完全解决。气中残留甲烷的利用尚未完全解
30、决。（4）利用甲醇生产单细胞蛋白。甲烷单胞菌属、）利用甲醇生产单细胞蛋白。甲烷单胞菌属、甲基球菌属，假单胞菌。甲基球菌属，假单胞菌。（5）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、细菌、曲霉属。细菌、曲霉属。（6）利用二氧化碳为碳源，氢为能源的细菌为）利用二氧化碳为碳源，氢为能源的细菌为氢细菌，多为氢单胞菌属。氢细菌，多为氢单胞菌属。（7）利用太阳光能生产单细胞蛋白。单细胞藻）利用太阳光能生产单细胞蛋白。单细胞藻类，如小球藻、螺旋藻属及光合细菌等。类，如小球藻、螺旋藻属及光合细菌等。世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业
31、国内外以农业废物和食品工业废物为原料研国内外以农业废物和食品工业废物为原料研制单细胞蛋白的主要情况制单细胞蛋白的主要情况 用糖类原料生产菌体蛋白用糖类原料生产菌体蛋白 生产单细胞蛋白的糖类原料非常丰富，如糖蜜，生产单细胞蛋白的糖类原料非常丰富，如糖蜜，甘薯粉、玉米粉、土豆粉、麦粉、稻草、麦秆、甘薯粉、玉米粉、土豆粉、麦粉、稻草、麦秆、玉米茎和叶。玉米茎和叶。其中纤维素类是生产单细胞蛋白的最佳原料之一。其中纤维素类是生产单细胞蛋白的最佳原料之一。其优点是：原料来源丰富，价廉，没有毒性疑虑，其优点是：原料来源丰富，价廉，没有毒性疑虑，可附带解决城市垃圾问题，可提高纤维质粗饲料可附带解决城市垃圾问题
32、，可提高纤维质粗饲料的使用价值。的使用价值。天然纤维素的聚合度、结晶度很高。由天然纤维素的聚合度、结晶度很高。由-1,4-糖糖苷键连接的苷键连接的D-葡萄糖残基组成的高分子聚合物的葡萄糖残基组成的高分子聚合物的聚合度从几百到一万五千。聚合度从几百到一万五千。据据X衍射测定，多种植物纤维素的相对结晶度在衍射测定，多种植物纤维素的相对结晶度在3040之间，而棉花纤维高达之间，而棉花纤维高达7080，且植物纤维，且植物纤维被木质素包蔽着，是一种具有高度抵抗生物降解被木质素包蔽着，是一种具有高度抵抗生物降解的高分子聚合物。的高分子聚合物。因此，纤维素在用作碳源前必须进行预处理，这因此，纤维素在用作碳源
33、前必须进行预处理，这也是该原料的不足之处，因而也促使人们加以研也是该原料的不足之处，因而也促使人们加以研究改进处理技术，以适用廉价生产的要求。究改进处理技术，以适用廉价生产的要求。利用纤维素原料生产利用纤维素原料生产SCP工艺流程工艺流程 第二节 微生物酶 一一 概述概述 19世纪后建立酶的概念世纪后建立酶的概念.但酶的催化作用却很早但酶的催化作用却很早为人们的生活所利用为人们的生活所利用.如如4000多年前酿酒和制酱。多年前酿酒和制酱。酶商品化生产在酶商品化生产在1897年后，最初开始由动植物提年后，最初开始由动植物提取；之后由霉菌开始生产淀粉酶；二次世界大战取；之后由霉菌开始生产淀粉酶；二
34、次世界大战后，用微生物获得商品化酶制剂形成规模性的产后，用微生物获得商品化酶制剂形成规模性的产业化生产。业化生产。20世纪世纪90年代后，年代后，基因工程发酵工艺先进发基因工程发酵工艺先进发酵设备酵设备是酶工业的第三个飞跃。这个飞跃使微生是酶工业的第三个飞跃。这个飞跃使微生物酶制剂地位进一步加强。物酶制剂地位进一步加强。二微生物酶的开发 1微生物酶开发的一般程序微生物酶开发的一般程序 1）样品采集与菌种分离；）样品采集与菌种分离；2）菌种筛选；）菌种筛选；菌种复壮；菌种复壮；3）最佳产酶条件初步确定；产酶性能进一步提高）最佳产酶条件初步确定；产酶性能进一步提高 4）微生物酶提取方法）微生物酶提
35、取方法 5）菌种保藏）菌种保藏2.2.初筛与复筛方法初筛与复筛方法 初筛：初筛：1)1)用简单的定性反应（包括颜色反应、有无水解圈、有用简单的定性反应（包括颜色反应、有无水解圈、有 无特殊气体生成等），无特殊气体生成等），2)2)在最初分离时就给予特殊的培养基或培养条件。在最初分离时就给予特殊的培养基或培养条件。但初筛往往和分离同步：但初筛往往和分离同步：如脂肪酶产生菌初筛培养基：橄榄如脂肪酶产生菌初筛培养基：橄榄 油油2 2，硫酸胺等无机盐，去氧胆酸，硫酸胺等无机盐，去氧胆酸 盐，脂肪酶菌种生长后，菌落周围盐，脂肪酶菌种生长后，菌落周围 出现清晰水解圈。出现清晰水解圈。复筛：在初筛基础上筛选
36、产酶量高、性能更符合生产的菌种。复筛：在初筛基础上筛选产酶量高、性能更符合生产的菌种。复筛时测定方法极为重要，摇瓶发酵测定酶活力，一般用复筛时测定方法极为重要，摇瓶发酵测定酶活力，一般用 真正的底物。真正的底物。复筛获得的菌株要求：复筛获得的菌株要求：不是致病菌；不是致病菌；不易变异和退化；不不易变异和退化；不 易感染噬菌体；易感染噬菌体；微生物产酶量高，生微生物产酶量高，生 长繁殖快；营养要求低；酶便于分离和长繁殖快；营养要求低；酶便于分离和 提纯，得率高。提纯，得率高。3.微生物产酶性能的进一步提高 获得高产菌种的突变体获得高产菌种的突变体物理和化学诱变物理和化学诱变利用代谢调节机理获得突
37、变株利用代谢调节机理获得突变株 利用代谢调节机理来提高微生物的酶产量利用代谢调节机理来提高微生物的酶产量 运用遗传、基因工程的手段将原有菌株中的目的运用遗传、基因工程的手段将原有菌株中的目的酶酶基因转移到另外一些对生产环境具有适应性的微生基因转移到另外一些对生产环境具有适应性的微生物细胞之内使其高表达物细胞之内使其高表达 使酶基因在另一微生物上得使酶基因在另一微生物上得到表达，到表达，大幅度提高酶基因在细胞内的量。大幅度提高酶基因在细胞内的量。4 微生物酶的提取方法 酶的粗提酶的粗提 胞内酶的提取：收集菌体胞内酶的提取：收集菌体 破碎细胞破碎细胞 收集提取收集提取液（发酵液）液（发酵液）酶的沉
38、淀分离（盐析、有机溶剂沉淀等）酶的沉淀分离（盐析、有机溶剂沉淀等）胞外酶的提取：培养菌体胞外酶的提取：培养菌体 收集发酵液收集发酵液 酶的精制酶的精制 三三 微生物酶的应用微生物酶的应用 蛋白酶：最重要的工业酶，约占市场蛋白酶：最重要的工业酶，约占市场40.1979年起都在寻找年起都在寻找高温及高碱性的蛋白分解酶，还有糖尿病人需要有甜度的非高温及高碱性的蛋白分解酶，还有糖尿病人需要有甜度的非糖类化合物，如蛋白肽等。糖类化合物，如蛋白肽等。芳基乙醚酶：木质素是纤维素发酵后的主要副产品。全世界芳基乙醚酶：木质素是纤维素发酵后的主要副产品。全世界陆生生物量中木质纤维素占了陆生生物量中木质纤维素占了9
39、5，其中木质素占了，其中木质素占了1/4左右。左右。现有欧文氏菌编码的芳基乙醚酶基因克隆在大肠杆菌体内，现有欧文氏菌编码的芳基乙醚酶基因克隆在大肠杆菌体内，用于降解木质素生产燃料、能源、药品等。用于降解木质素生产燃料、能源、药品等。纤维素酶：纤维素占地球动植物总量的一半，是数量最大的纤维素酶：纤维素占地球动植物总量的一半，是数量最大的可再生资源。自然下微生物降解纤维素极为缓慢，现已获得可再生资源。自然下微生物降解纤维素极为缓慢，现已获得一些菌转化纤维素进行资源再利用。一些菌转化纤维素进行资源再利用。脂肪酶脂肪酶 青霉素酰化酶青霉素酰化酶 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 特殊治疗用酶（透明质酸酶、血纤维蛋
40、白溶酶、特殊治疗用酶（透明质酸酶、血纤维蛋白溶酶、L天冬氨酸、天冬氨酸、右旋糖酐酶）右旋糖酐酶）四 极端环境微生物酶的开发 极端微生物酶的来源极端微生物酶的来源 嗜冷微生物（嗜冷微生物（15以下）以下）嗜盐微生物（高盐环境）嗜盐微生物（高盐环境）嗜热微生物（嗜热微生物（50113甚至更高）甚至更高）极端环境微生物极端环境微生物酶的获得 酶的产生：酶的产生：在在极端环境微生物中找到的酶基因，以大肠杆菌为宿主，极端环境微生物中找到的酶基因，以大肠杆菌为宿主，进行异源基因表达进行异源基因表达;还有还有酶的纯化和酶性能的改善酶的纯化和酶性能的改善.第三节微生物风味物质微生物风味物质香精油、含油树脂、蛋
41、白质水解物、蒸馏物、香料、香精油、含油树脂、蛋白质水解物、蒸馏物、香料、香草、氨基酸、酶水解产品、烘焙产品香草、氨基酸、酶水解产品、烘焙产品目前风味物质大多是通过化学合成或萃取的方法生目前风味物质大多是通过化学合成或萃取的方法生产产,植物是香精油和风味物质的主要来源。植物是香精油和风味物质的主要来源。生产的法规生产的法规:GRAS,美国食品医药管理局对微生物或美国食品医药管理局对微生物或酶生产的风味物质展开调查，将其列入酶生产的风味物质展开调查，将其列入GRAS级，级，这些化合物不被认为是添加剂。（这些化合物不被认为是添加剂。（generally regarded as safe）一、风味的概
42、念一、风味的概念“广义风味广义风味”的观点的观点认为，“风味”意指食物在摄入前、后刺激人的所有感官的综合而产生的各种感觉的综合，它包含了味、嗅、视、听等感官反应而引起的化学、物理和心理感觉，是这些感觉的综合效应。“狭义狭义”的观点的观点认为，“风味”决定人们对食品的选择，接受和吸收，它是食物刺激味觉或嗅觉受体而产生的综合生理响应，按照这个定义，风味主要是指食物刺激人类感官而引起的化学感觉。二、风味物质的特点：二、风味物质的特点：食品中的风味物质一般具有以下的特点：(1)种类繁多，相互影响。(2)含量极微，效果显著 在水中乙酸异戊酯含量达到510-6mg/Kg，就会产生香蕉气味。(3)大多数是非
43、营养物质。(4)呈味性能与其分子结构有高度特异性的关系。(5)稳定性差，容易被破坏。微生物直接合成的风味物质微生物直接合成的风味物质萜烯类合物：香精油特殊香味。真菌如子囊菌类和担子菌纲产萜烯，多见于腐烂松子。内酯类化合物:赋予果味、椰子味、奶油味、坚果味等。土壤真菌绿色木霉：浓郁椰子味。吡嗪类化合物：焙烤风味和坚果风味。谷氨酸棒杆菌产四甲基吡嗪。酯类：水果的主要风味物质。乳酸菌和假单胞菌产丁酸己酯，乙酸乙酯等。风味物质工业化生产的问题 风味物质产率低，提取费用高。挥发性和低水溶性，难回收。终产物对微生物本身有抑制和毒害作用。新产品必须经过立法机构验证后方可裁决为天然产品，历时数年。第四节第四节 微生物与保健食品的筛选微生物与保健食品的筛选香菇多糖、乳酸菌、双歧杆菌、单糖、低聚糖、多元糖醇、不饱和脂肪酸、磷脂、胆碱、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化酶、谷胱甘肽、免疫球蛋白等。保健食品：是食品的一个种类，具有一般食品共性，还具有能调节人体某些机能，适于特定人群食用，但不以治疗疾病为目的。微生物保健食品基本原则：1应保证对人体不产生任何急性、亚急性或慢性危害；2应通过科学实验证明确定有效成分和明显稳定的调节人体机能的作用；3其配方生产工艺应有科学依据；4其企业应符合GB1488194的规定，并应逐步健全质量保证体系
