酵母的历史PPT课件

酵母工艺学,参考书酵母生产与应用手册，于景芝，中国轻工业出版社，2008.,酵母发酵产品研究进展,1.酵母概述2.酿酒酵母定向育种研究进展3.酵母细胞产品研究进展4.酵母提取物研究进展,一.酵母概况,酵母发展简史:酵母是一种单细胞微生物，至少包括100多个属，700多个种，10,000多个独立菌株。人们利用酵母的历史已有约9000年(酿酒)；酵母工业的发展史已有200多年(啤酒沉淀物，1781年，荷兰)；人类认识酵母菌的历史为100多年（18601870）。,Yeast,谈到酵母的发现要从公元前3000年说起，古埃及人最先掌握了制作发酵面包的技术。最初的发酵方法可能是偶然发现的：和好的面团在温暖处放久了，受到空气中野生酵母菌的侵入，导致发酵、膨胀、变酸，再经烤制便得到了远比“烤饼”松软的一种新面食，这便是世界上最早的面包。也就是人类对酵母最早的应用。,公元2世纪末，罗马的面包师行会统一了制作面包的技术和酵母菌种。他们经过实践比较，选用酵酒的酵母液作为标准酵母。17世纪时，一位懂得酿酒的面包师试用啤酒沉淀物（即酵母）来发面，发现啤酒沉淀物具有强力发酵面团的作用。与传统的“发面起子”比较，发酵速度快，产酸少。因而这种发面的方法很快传遍了全世界。酵母工业的发展可以说从这时起就开始起步了。,1）利用啤酒和酒精副产物阶段此阶段的大致范围在18世纪末至19世纪末的100多年时间内。自17世纪开始，很多年来人们一直使用泥状啤酒沉淀物发面，但是这种泥状啤酒酵母变质很快，运输和使用不便，其产品的商业化受到限制。1781年，在荷兰，从啤酒泡沫中经离心分离出来的啤酒上面发酵酵母，经进一步压榨成块后，开始在市场上销售，这就是最早的商品面包酵母。1846年，第一个酒精酵母工厂在维也纳建立，在这种方法中，酵母与酒精是同时得到的，酵母是酒精的副产物，因而被称为酒精酵母。,从整个酵母工业的历史来看，酵母工业的发展大致可分成三个阶段。,2）酵母生产工艺正式形成阶段此阶段的大致范围是19世纪末至本世纪20年代的大约50年左右的时间内。在此期间，面包酵母的生产技术在荷兰、德国、奥地利等得到了迅速的发展，我们今天所熟知的面包酵母生产工艺在此时期内正式形成。,活性干酵母发展阶段此阶段的大致范围是上世纪20年代至今。活性干酵母使用方便、便于保存、发酵力强。目前国内外的各种酵母多采用此工艺。,常规酵母与非常规酵母:,常规酵母(ConventionalYeast)即生理和遗传特性完全清楚的酵母:Saccharomycescerevisiae;Schizosacharomyces（裂殖酵母）非常规酵母(NonconventionalYeast)即生理和遗传特性还末完全清楚的酵母：Candida;Hansenula;Kluyveromyces;Pichia;Schwanniomyces（许旺酵母）;Trichosporon（丝孢酵母）工业上应用广泛的酵母：Saccharomycescerevisiae,CandidaBerkhout，Pichia.,Yeast,酿酒酵母基因工程表达系统的不足有：,(1)其质粒表达载体常不稳定，易丢失；(2)表达载体缺乏高效可调控的启动子；(3)较难实现高密度培养等。,Yeast,非常规酵母表达系统的研究:,已开始建立基因表达系统的非常规酵母有：Pichia、Hansenula、Kluyveromyces等。其中，巴斯德毕赤氏酵母的基因表达系统发展最为迅速，已有数百种外源蛋白质在巴斯德毕赤氏酵母中表达，其产量比酿酒酵母系统高10100倍。预示着非常规酵母在基因工程表达系统中有着良好的应用前景。,Yeast,酵母是重要的工业微生物：,到目前为止，酵母生物产品的产值占整个生物工业产值的40%左右，产量占90%左右。,二.酿酒酵母定向育种研究进展,2.1酵母与酿酒2.2酿酒酵母的育种方法2.3酒精酵母的育种2.4酒类酵母的育种,2.1酵母与酿酒,关于酒的起源,(1)成熟的水果,(2)发芽的谷物,(3)发霉的谷物,葡萄酒白兰地,啤酒威士忌,黄酒白酒,蒸馏,蒸馏,蒸馏,酵母菌是天然的酿酒微生物家养微生物,自然界中有糖的地方就会有酵母菌。从自然界中可筛选到酿酒效率高达90%以上的酵母菌，到目前为止这是其它微生物很难达到的高度（包括经各种方法改造后的菌株）。乙醇是酿酒酵母惟一的主要代谢产物，含量可达10-20%，其它代谢产物总和一般不超过0.5%（CO2除外）。,2.2酿酒酵母的育种方法,自然筛选诱变育种杂交育种原生质体融合育种分子育种（即基因工程技术育种）,自然筛选,从自然界中分离筛选；从收集到的不同来源的工业用酵母菌筛选符合厂家生产需要的酵母菌种；从生产中分离符合需要的酵母菌种等。,诱变育种,物理因子UV、X、快中子、高温等化学因子亚硝酸、NTG、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯、5-氨基尿嘧啶等特点：方法简单，收效显著，因此在科研和生产上得到广泛应用，但缺少育种的定向性，存在副作用。,细胞X细胞细胞X孢子孢子X孢子获得具有优良特性的酵母菌种,杂交育种,原生质体原生质体原生质体灭活原生质体细胞器原生质体融合异源细胞酵母原生质体获得具有优良特性的酵母菌种。,原生质体融合育种,分子育种,酵母菌分子育种技术主要包括如下几方面：异源基因在工业酵母中的克隆和表达；同源基因在工业酵母中的克隆和表达（自克隆技术）；基因敲出；增加有用基因的考贝数；依据代谢控制理论进行基因重组。,2.3酒精酵母的育种,到目前为止，酒精是惟一可代替石油的一种可再生能源。全世界已探明的石油储量约1500亿吨，按目前的消耗速度，可用约50年。目前全世界酒精产量的80%用于汽油醇，总产量约5000万吨。,酒精生产菌种选育的热点：,（1）耐乙醇、耐高温、耐高渗菌株的构建耐乙醇（1622%）高浓发酵、节约能耗、降低成本。耐高温（4045）提高生产速率、节约水耗。耐高渗（耐糖30%以上）是实现高浓发酵的前提。,酒精生产菌种选育的热点：,（2）木糖发酵高产菌株的构建由于粮食供应的限制，淀粉质原料生产酒精不可能无限发展。纤维类物质是自然界中存量最大的可再生资源，其有效利用的关键之一是木糖的有效利用。自然界中木糖的含量仅次于葡萄糖，约占纤维类物质总量的1/4。,木质纤维素LignocellulosicMaterials,预处理Pre-treatment,酶解EnzymaticHydrolysis,固液分离Solid-liquidSeparation,纤维素Cellulose,酶解EnzymaticHydrolysis,葡萄糖Glucose,乙醇Ethanol,木糖Xylose,乙醇Ethanol,单细胞蛋白SingleCellProtein,2,3-丁二醇2,3-butanediol,谷胱甘肽GSH,木质纤维素生物转化：,2.4酒类酵母的育种,酒的组成：水+乙醇98%风味物质0.1.0%其他杂质1.01.9%酒的品质取决于0.1.0%的风味物质，价格相差达万倍以上。风味物质主要组成酯类物质、酸类物质、高级醇、羰基化合物、其他五大类。酒的生理作用各酒种基本相同。,酿酒类酵母育种攻关点,菌种改造的目标风味物质的平衡。即减少有害物质生成量，适量增加有益物质生成量。菌种改造方法微量代谢物质的调节与控制。改造难点：(1)许多微量物质代谢机理不明；(2)风味物质的平衡问题；(3)微量（mg/L，g/L）筛选困难,3.酵母细胞产品研究进展,3.1酵母产品的分类3.2食用酵母3.3饲料酵母3.4酿酒酵母3.5药用酵母,3.1酵母产品的分类,（1）按产品活性活性酵母：产品中酵母细胞处于休眠状态，在适宜条件下复水，即恢复正常细胞功能。非活性酵母：酵母细胞大多自溶，并失去活性，但其中某些生理活性物质仍具有活性。,Yeast,3.1酵母产品的分类,（2）按产品含水量干酵母：含水量10%压榨酵母：含水量6672%酵母乳：含水量8086%（3）按酵母产品的用途食用酵母、饲料酵母、酿酒酵母、药用酵母,Yeast,3.2食用酵母,用作食品发酵剂的面包酵母具有香松可口、营养丰富等特点。作为食品添加剂或营养补充剂的营养酵母用来提高食品的营养价值和改善口感。,营养酵母：,酵母是一种全营养素，其中包括四大营养系列：蛋白质：4060%核酸：810%各种维生素：0.30.8%矿物质：69%,根据全国营养调查，VB2是中国居民最缺乏的维生素（钙是最缺乏的矿物质），全国人均每天摄入量仅为RDA值（不影响健康的最低摄入量）的60%左右。酵母中B族维生素的含量最丰富，普通酵母VB2含量为50mg/kg左右，富集酵母可达100mg/kg以上。人体直接摄入药用VB2其吸收率只有15%左右，而对酵母中VB2的吸收率可达60%以上，为直接摄入的4倍左右，是一种理想的VB2补充源。,Yeast,.,34,Yeast,食用酵母人均年消耗量（g),120g/人年,3.3饲料酵母,广泛用作各种家禽、家畜、鱼虾、蜜蜂等的蛋白质添加剂。全世界饲料酵母年总产量：150200万吨我国年产量：0.52.0万吨,Yeast,3.4酿酒酵母,我国酿酒活性干酵母（ADY）的科研与生产水平已达世界先进水平，我室是研究酿酒活性干酵母的主要单位之一。我室在酿酒ADY方面的主要科研成果包括：酒精活干酵母、葡萄酒活性干酵母、生香活性干酵母和啤酒活性干酵母等。目前，我国生产的酒精活性干酵母已大量出口美国、英国等发达国家。,Yeast,3.5药用酵母,普通药用酵母：酵母片、发酵培养基富集酵母：富含某种微量元素铬酵母治疗2号糖尿病的特效药硒酵母可治疗某些癌症铁酵母补血剂锌酵母第三代补锌产品（蛋白锌）（无机锌：硫酸锌；有机锌：葡萄糖酸锌、乳酸锌、甘草酸锌）,Yeast,4.酵母提取物研究进展,酵母细胞中具有重要经济价值的物质包括：蛋白质、酶脂肪核酸类物质糖类物质：葡聚糖、甘露聚糖、海藻糖等凝血质、麦角固醇、谷光甘肽多种维生素B和维生素D2原辅酶A、辅酶Q、辅酶I、细胞色素C等,Yeast,4.酵母提取物研究进展,4.1核酸类产品4.2酵母味素4.3海藻糖,4.1核酸类产品,核酸类物质包括：核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）嘌呤、嘧啶碱基、核苷、核苷酸及它们的衍生物,Yeast,部分核酸产品的价格,5-鸟苷酸钠（I）：5060美元/公斤5-肌苷酸钠（G）：2030美元/公斤I+G：3040美元/公斤5-胞苷酸钠：150200美元/公斤聚肌胞：1.52.0万美元/公斤,Yeast,由酵母生产核酸类产品,酵母中核酸含量：一般酵母810%，高核酸酵母1416%阳离子交换I+G高核酵母稀碱法或盐溶法核糖核酸酶法水解阴离子交换胞苷酸,Yeast,聚肌胞CDP胆碱阿糖腺苷环胞苷,4.2酵母味素,酵母味素又称酵母味精、酵母精和酵母浸出物（Yeastextract）是利用现代生物技术将酵母细胞内的蛋白质、核酸类物质进行降解、再经提纯精制而得到的粉状、膏状或液体状产品。酵母味素集调味、营养和医疗辅助于一身，被称为第三代味精（I+G称为第二代味精）。生产酵母味素的酵母来源：专门培养的酵母、干酵母生产厂的尾粉、啤酒酵母泥。,yeast,酵母味素在食品中的应用,酱油、生抽王、辣酱油、蕃茄酱、食醋；鸡精、牛肉精；炒菜、汤、火锅；糕点；罐头、火腿肠；榨菜、泡菜、咸菜；面条、快餐、方便面调料。,西欧调味品市场情况（%）,yeast,4.3海藻糖,海藻糖（Trehalose）亦名蘑菇糖（Mushroomsugar）因最初发现于海藻中而得名。海藻糖是生物体内的一种基础代谢物质，为非还原性双糖。在机体内，干燥、高温易导致海藻糖的积累，而在常温和复水情况下被海藻糖酶分解成二分子葡萄糖，进入能量代谢。海藻糖存在于真菌、细菌、酵母、虾、蜂及昆虫的血液中。一般情况下，酵母细胞中的海藻糖含量不超过10%，采用高温休克和“饥饿”培养则可使海藻糖的含量达1525%。,Yeast,海藻糖的生物保护作用,对于具有生物活性的蛋白质、酶、核酸等大分子物质，其分子周围都有一层水化膜保护着，失水干燥会破坏其结构，并失去活性。海藻糖可在干燥生物分子的失水部位以羟基和分子形成氢键，取代水的作用，从而使生物大分子在脱水条件下不丧失活性，被称为神奇的双糖。,Yeast,海藻糖天然保护剂,食品保鲜：奶类、果泥、禽蛋、番茄酱等。（主要问题是价格问题，300500美元/公斤）医药生物制品保存：血液制品、菌苗、疫苗、单克隆抗体、重组人体蛋白、载药脂质体、抗血清等。给医用生物制品的保存、运输和使用带来方便。研究用生物制品保存：限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、细胞膜、抗体、抗原、细胞器等。使生命科学变得方便、简单、有效。,Yeast,由酵母细胞提取海藻糖,酵母菌常规快速培养“饥饿”培养、温度休克培养分离、洗涤、过滤酒精提取精制干燥成品,Yeast,5、世界酵母工业现状,酵母产品历来是西方企业的天下。世界酵母市场形成了寡头垄断格局，几家西方大公司掌握话语权。国际市场上，酵母行业是成熟的、高集中度行业。2009年全球酵母产量为400万吨左右，其中高活性干酵母140万吨左右。全球酵母企业约300家，主要的五家有：法国的Lesaffre和英国ABF旗下的ABMauri*（荷兰的RoyalGist-Brocades的酵母业务被上述两家企业吞并，目前只进行酵母抽提物的生产，因此光荣退出前三甲行列）；加拿大的拉曼公司，中国安琪，美国UniversalFoods公司（红星酵母）。,最早经营此业的法国乐斯福（Lesaffre）公司历史达到150多年，目前在全球的产能达30万吨，有40家工厂。英国AB马利公司年产能25万吨，全球有37家工厂（英国食品联合集团公司(ABF收购澳大利亚BurnsPhilp公司的全球酵母业务，整合其自有酵母业务组成ABMauri），加拿大拉曼公司年产能10万吨，全球有12家工厂，三巨头占据世界市场的60%。,5.1概况,酵母产业的组织和管理,以生产为系统，美国将酵母和酵母为基础的工业分成：面包酵母及有关产品；食用酵母和饲料酵母；以酵母为原料的产品如酵母抽提物和某些生化产品；啤酒酵母和啤酒酿造；葡萄酒酵母和葡萄酒酿造；酒精酵母和蒸馏酒；工业酒精和燃料乙醇。,5.2酵母抽提物,酵母抽提物的世界年产量就达5万吨以上，年产值为5亿美元。,目前，日本生产酵母抽提物的企业有：,朝日啤酒食品公司是目前日本最大的酵母抽提物生产企业，产品有自溶型酵母提取物“米斯特”，酶水解型产品“司泊米斯特”等各种酵母抽提物。麒麟啤酒食品公司。该公司以新鲜的或干燥的啤酒酵母为原料生产酵母调味料，商品名为“酵调”系列液状和粉状的产品。,味之素公司。该公司利用谷胧甘肤含量高的酵母提取物生产“超级”系列酵母调味料。武田药品工业公司。该公司生产的酵母调味料是酶分解型、自溶性制品以及兼有强力鲜味的提取物调味料，尤其是具有防止产品成粉状或结块的制品。杰替（JT）食品公司。该公司开发生产和市场销售的酵母抽提物产品主要有“酵母抽提物21-T”，和“酵母抽提物21-A”。,协和发酵工业公司。该公司的酵母抽提物有：“酵母抽提物协和C，是具有强力鲜味和甜味平衡良好的粉末产品；“酵母抽提物协和W”是具有强力鲜味和醇厚味愉粉朱产晶；“噢母抽堤物协和甘是具有错净清灰鳞味钓低盐粉东齐品；“琴母抽提物协和H”是富含核酸、游离氨基酸和呈味性多肤成分的产品，调味效果平衡良好，只需少量添加就可使食品具有浓厚的味道。,6、我国酵母工业现状,我国的酵母工业化生产始于1922年，由上海大华利卫生食料厂首家生产压榨面包酵母，至今已有80多年的历史。,6.1高活性干酵母产业,我国活性干酵母的研究和开发始于20世纪70年代。1974年上海酵母厂首先试制和生产了面包活性干酵母，改革开放的国策则大大加快了高活性酵母产业的发展速度。20世纪80年代中期，广东率先引进了国外先进的高活性干酵母的生产技术和设备，建成了两家大型的具有当代国际先进水平的高活性干酵母生产企业，即广东丹宝利酵母公司和广东梅山一马利酵母公司。,目前，我国生产高活性干酵母的国有企业主要有湖北安琪酵母公司、广东丹宝利酵母公司，中澳合资的梅山一马利酵母公司和哈尔滨一马利酵母公司等数家。,6.2食用酵母抽提物生产,从20世纪70年代起，我国多家研究机构就开始研究和开发利用活性酵母生产食用酵母抽提物，作为食用营养调味品。由于我国的饮食习惯和消费结构与欧美国家不同，鲜味剂以味精为主，味精在我国鲜味剂市场上占据绝对的主导地位。,酵母抽提物产品作为食用调味品不仅具有鲜味，同时因含有20余种氨基酸和肤类物质，因而具有营养价值高，味道醇厚、抗氧化性等优点。目前，酵母抽提物主要应用在加工食品行业。,6.3活性酵母产品,目前，我国市场上商品活性酵母的主要品种有以下几类。1）面包酵母是指以糖蜜、淀粉质原料，经发酵法通风培养的酿酒酵母（Saccharomycescere-visia。），制得的有发酵活性的用于发面的面包酵母。,根据其生产工艺、活性高低和含水分的不同又分为:,(l)鲜酵母产品具有强的发酵活性，由新鲜酵母菌体所组成的块状产品，含水分70一73%，俗称压榨酵母（Compressedyeast）。(2)活性干酵母该类产品是将具有强壮发酵活性的鲜酵母，经过低温脱水后制成的有发酵活性的干酵母菌体，产品呈颗粒状，含水分为7.0一8.5。,(3）高活性干酵母该产品是将鲜酵母经过低温脱水后制得的具有高活性的干酵母菌体，活性大大高于普通的活性干酵母，且发酵速度快，溶解性能好。产品呈细小颗粒状，含水分为5.0一6.0%，采用真空包装。,2）酿酒活性干酵母该产品是以糖蜜、淀粉质原料，发酵通风培养得到的酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）、葡萄汁酵母（S.uvarum）、贝酵母（S.bayanus）等制得的有发酵产生酒精能力的活性干酵母菌体。,根据酵母生产工艺和用户的不同要求，主要有两种商品:,(1）酿酒鲜酵母产品具有强的发酵酒精活性的酵母菌体，其产品含水分71一73%，俗称酿酒鲜酵母（brewingCompre、sedyeast）。(2）酿酒高活性干酵母将酿酒鲜酵母经过脱水干燥制得的高活性干酵母菌体，它