论文总字数：19176字

摘 要

随着现代社会的需求，冷冻面团技术已成为发酵面食行业的一种发展趋势。抗冻酵母是冷冻面团技术的关键之一。本实验室以面包酵母Saccharomyces cerevisiae CGMCC2.1423为出发菌株，采用低温等离子体诱变结合定向驯化的手段，选育出了一株发酵能力强、拥有良好耐冻性能的抗冻酵母AFY-1。本文旨在深入探究初始葡萄糖浓度对细胞生长与乙醇生成的影响，提高酵母对基质的得率，从而提高生产效率。通过联立Monod方程、Luedeking-Piret方程和类Luedeking-Piret方程，对细胞生长、乙醇生成和基质消耗进行了动力学分析。得到如下结论：

(1)初糖浓度1~40 g/L范围内，随着初始葡萄糖浓度的增加，细胞收率减少，而乙醇收率增加。

(2)采用Monod方程、Leudeking-Piret模型和类Leudeking-Piret模型，可以很好的描述以葡萄糖和乙醇为基质的抗冻酵母AFY-1一次性投料分批培养中细胞、乙醇和基质浓度的变化。

本研究结果为后续的流加培养优化提供了理论基础。

关键词：抗冻酵母；细胞；乙醇；葡萄糖；动力学

Kinetics Studies of Freeze-tolerant Baker’s Yeast AFY-1 in Batch Culture

ABSTRACT

With the demands of modern society, frozen bread-dough technology has become a trend in pasta industry. Freeze-tolerant baker’s yeasts are the key technologies of frozen dough. Our laboratory developed a freeze-tolerant baker’s yeast strain Saccharomyces cerevisiae AFY-1 by low temperature plasma mutation and domestication, using S cerevisiae CGMCC 2.1423 as the parent. The objective of present study was to clarify the mechanism how the initial glucose concentration affects cell growth and ethanol production. In addition, Monod equation, Luedeking-Piret equation and pseudo-Luedeking-Piret equation were established to simulate cell growth, ethanol production and substance consumption during culture. The conclusions are as follows:

(1) In the initial sugar concentration range of 1-40 g/L, cells yield decreased with increasing initial glucose concentration, and ethanol yield changed in the opposite direction.

(2) The changes of concentrations of cell, ethanol and substance during batch culture using glucose and ethanol as substance could be expressed by simultaneous equations consisting of Monod equation, Luedeking-Piret equation and pseudo-Luedeking-Piret equation.

The results of present study provided a theoretical basis for the fed-batch culture of and freeze-tolerant baker’s yeast AFY-1.

Key words: Freeze-tolerant Baker’s Yeast AFY-1; Cells; Ethanol; Glucose; Dynamics

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 抗冻酵母概述 1

1.2 酵母的代谢途径及调节效应 2

1.2.1 酵母的代谢途径 2

1.2.2 酵母糖代谢的调节效应 2

1.3 酵母的培养动力学 4

1.3.1 细胞生长动力学 4

1.3.2 乙醇生成动力学 5

1.3.3 基质消耗动力学 5

1.4 研究目的与意义 6

第二章 实验材料与方法 7

2.1 实验材料 7

2.1.1 菌种 7

2.1.2 培养基 7

2.1.3 实验仪器与试剂 7

2.2 实验方法 8

2.2.1 种子培养 8

2.2.2 扩大培养 8

2.2.3 生物量测定 8

2.2.4 葡萄糖、乙醇浓度测定 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 细胞生长和乙醇生成 10

3.1.1 一次投料分批培养过程 10

3.1.2 基质浓度对培养的影响 11

3.2 以葡萄糖为基质的细胞生长动力学 13

3.2.1 培养动力学模型 13

3.2.2 生物量、乙醇浓度和葡萄糖浓度计算值与实验值的比较 16

3.3 以乙醇为基质的细胞生长动力学 18

3.3.1 培养动力学模型 18

3.2.2 生物量、乙醇浓度计算值与实验值的比较 20

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1 抗冻酵母概述

人民生活水平日益提高的同时，对发酵面食的品质追求也越来越高。为了迎合消费者的需求，冷冻生胚技术应时而生。冷冻生胚技术是指在生产发酵面食的过程中运用冷冻原理与技术，加工处理整型后的面团并冻藏，待需用时解冻、醒发、烘烤直至成为成品的一项新兴技术^[1]。生产者采用冷冻生胚技术能够实现面团制作和焙烤分离，有利于保证产品的新鲜度和品质稳定性，延长产品的货架期，同时减少生产经营所需场地和时间，节约劳力和成本。此外，消费者也可以在家里随时用冷冻生胚做出各种营养、美味、可口的新鲜发酵面食。

但目前国内冷冻生胚技术并不完善。一方面，由于冷冻过程中形成冰晶，使面团中水分分布发生了改变，这会影响整个过程中蛋白质的溶解性和酶的活性；另一方面，冷冻过程中冰晶的形成会对面筋网络和酵母细胞产生影响。冰晶不仅会破坏面筋网络结构，还对面包酵母产生很大的机械损伤。酵母细胞受伤后会释放谷胱甘肽，使面筋网络结构再次被破坏，从而使得面团在解冻后醒发时间延长，面团持气力下降，烘焙出的面食比容变小，风味变劣^[2]。

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