发酵工业微生物菌种–《食品生物技术》一书

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：目前，人们所知的微生物种类不到总数的10%，而真正被利用的不到1%，进一步开发利用微生物资源具有很大潜力。其中，发酵工业应用的可培养微生物通常分为四大类：细菌、放线菌、酵母菌、霉菌，其中后二者为真核生物。应用微生物于食品生产，不仅可以制造多种具有丰富营养价值的美味可口的食品，并可开阔新食品资源。食品发酵工业中常见的微生物从类群来讲以细菌、放线菌、酵母和霉菌为主。食品发酵工业上常用的微生物见表6-1。

（一）概述

菌种在发酵工业中起着重要作用，它是决定发酵产品是否具有产业化价值和商业化价值的关键因素，是发酵工业的灵魂。只有具备了良好的菌种，才有可能通过改进发酵工艺和设备，得到理想的发酵产品。早期工业生产使用的优良菌种都是从自然界分离得到的，然后经过多年的选育，发酵性能稳步提高。如青霉素生产菌种（Penicillium notatum），1929年弗莱明刚发现时，其浅表层培养只有1～2U/mL。经过40多年的诱变育种，目前已达到60000U/mL以上，产量提高了几万倍。常规菌种选育包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合育种等技术。在得到了一株优良菌株后，只有采取合适的方法进行保藏，才能保持原始菌株的优良性状。但是，微生物菌种在传代繁殖的过程中将不断地受环境条件的影响，多数情况下会出现退化现象，从而对工业生产产生不利的影响。因此，对已发生退化的菌种采用恰当的方法进行复壮，恢复其原有的性状也是微生物发酵过程中需要解决的问题。本节将介绍工业菌种的种类、特点及菌种制备、选育及其保藏等基础知识。

（二）发酵工业菌种种类

微生物在自然界中分布极为广泛，不断开发和利用微生物资源是人类社会实现可持续发展的必由之路，也是解决现代社会经济高速发展所带来的人口、资源、能源、环境、健康等问题的重要途径。目前，人们所知的微生物种类不到总数的10%，而真正被利用的不到1%，进一步开发利用微生物资源具有很大潜力。其中，发酵工业应用的可培养微生物通常分为四大类：细菌、放线菌、酵母菌、霉菌，其中后二者为真核生物。

1.细菌

细菌是一类单细胞的原核微生物，在自然界分布最广，数量最多，与人类生产和生活密切相关，也是工业微生物学研究和应用的主要对象之一，在工业上大量用于生产氨基酸、核苷酸、酶、多糖和有机酸。工业生产常用的细菌有枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。用于生产各种酶制剂、有机酸、氨基酸、肌苷酸等。此外，细菌常作基因工程载体的宿主细胞，用于构建基因工程菌来生产外源物质，如利用大肠杆菌生产核酸和蛋白质疫苗等。

2.放线菌

放线菌因菌落呈放射状而得名，是一类介于细菌和真菌之间的单细胞微生物，它的细胞构造和细胞壁的化学成分与细菌相同。但在菌丝的形成、外生孢子繁殖等方面则类似于丝状真菌。它是一个原核生物类群，在自然界中，尤其在含有机质丰富的微碱性土壤中分布较广，大多腐生，少数寄生。放线菌主要以无性孢子进行繁殖，也可借菌丝片段进行繁殖。它的最大经济价值在于能产生多种抗生素。从微生物中发现的抗生素有60%以上是由放线菌产生的，如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等。常用的放线菌主要来自于链霉菌属、小单孢菌属和诺卡菌属等。

3.酵母菌

酵母菌通常指一类主要以出芽方式进行无性繁殖的单细胞真菌。酵母菌在自然界中普遍存在，主要分布于含糖较多的酸性环境中，如水果、蔬菜、花蜜和植物叶子上以及果园土壤中。酵母菌多为腐生，常以单个细胞存在，以出芽方式进行繁殖，母细胞体积长到一定程度时就开始出芽。工业生产中常用的酵母有啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等，分别用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及生产可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等。按照路德（Lodder）的分类系统，酵母菌共分39属，372种。发酵工业上常用的酵母菌除了酵母属（Saccharomyces）外，还有假丝酵母属、汉逊氏酵母属、毕赤氏酵母属及裂殖酵母属等。

4.霉菌

霉菌，指“发霉的真菌”，是一群在营养基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝真菌的通称。它在自然界广为分布，大量存在于土壤、空气、水和生物体中。喜欢偏酸性环境，大多数为好氧性，多腐生，少数寄生。霉菌的繁殖能力很强，能以无性孢子和有性孢子进行繁殖，多以无性孢子繁殖。霉菌与人类日常生活密切相关，除了用于传统的酿酒、制酱油外，近代广泛用于发酵工业和酶制剂工业。工业上常用的霉菌，有子囊菌纲的红曲霉、藻状菌纲的毛霉、根霉和犁头霉，以及半知菌纲的曲霉及青霉等。

应用微生物于食品生产，不仅可以制造多种具有丰富营养价值的美味可口的食品，并可开阔新食品资源。食品发酵工业中常见的微生物从类群来讲以细菌、放线菌、酵母和霉菌为主。食品发酵工业上常用的微生物见表6-1。(www.chuimin.cn)

表6-1　食品发酵工业常用的微生物

（三）发酵工业微生物的基本要求

优良的微生物菌种是发酵的基础和关键，它直接决定着生产效率、产品成本和产品质量。要使发酵工业产品的种类、产量和质量得以改善，必须选育性能优良的菌种，这是发酵工业能否连续稳定生产的前提。并不是所有的微生物都能用于工业生产，能够用于工业生产的微生物菌种，一般应具有以下特性：

①能在较短的发酵周期内产生大量有价值发酵产品的能力。如高产菌株的运用，可以在不追加投资的情况下，大幅度提高企业生产能力。

②能在廉价原料制作的发酵培养基上迅速生长并大量合成目的产物。如许多发酵工业都是用农副产品配制成发酵培养基，不仅能满足菌种发酵所要求的营养成分，转化率高，而且发酵原料易获得，价格低廉。

③对生长条件要求不高，能在易控制的培养条件（糖浓度、温度、pH、溶解氧、渗透压等）下迅速生长和发酵，缩短发酵周期。如在天气炎热地区选择耐高温的菌种，能和反应过程中所用的设备相适应。

④易于从发酵液中提取产物。菌种能尽可能少产生或不产生与目标产品性质相近的副产物及其他产物，以提高目标产物的产量并便于产物的分离。

⑤生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染而造成倒罐现象。

⑥对人、动物、植物和环境不应该造成危害。如不产生任何有害物质和毒素，以保证产品的安全，还应注意潜在的、慢性的、长期的危害，要充分评估，严格保护。

⑦遗传特性稳定，不易退化，而且易于进行基因操作。这不仅可以提高发酵生产和产品质量的稳定性，而且还为菌种的进一步改良创造了很好的条件。

具备以上条件的菌株，才能保证发酵产品的产量和质量，这是发酵工业的最大目的和最低要求。对某些发酵过程，还需要菌株具有其他的特性，包括对极端环境的耐受能力强、安全无毒、环境污染少等。

发酵工业微生物菌种–《食品生物技术》一书

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