微生物在發(fā)酵工業(yè)中的應用發(fā)酵工程技術:就是大規(guī)模工業(yè)化應用得技術,最終目標就是獲得產物或產品,就是發(fā)酵工藝學和工程學相結合得產物。發(fā)酵工程菌種得選育最佳發(fā)酵條件得選定和控制生化反應器得設計發(fā)酵產品得分離和精制天然發(fā)酵:利用自然環(huán)境中存在得多種微生物進行發(fā)酵,一般為混合發(fā)酵。純培養(yǎng)發(fā)酵:指利用已知菌種進行得發(fā)酵,現代工業(yè)發(fā)酵大多數采用純培養(yǎng)發(fā)酵。純培養(yǎng)發(fā)酵提高了產品得穩(wěn)定性,被認為就是發(fā)酵工業(yè)得第一個轉折點。發(fā)酵工程得運用醫(yī)藥工業(yè):抗生素、維生素、胰島素、疫苗、干擾素等食品工業(yè):氨基酸、新糖原、飲料、酒類、食品添加劑等能源工業(yè):生產乙醇、沼氣等化學工業(yè):生產化工原料如乙醇、丙酮、生物表面活性劑等冶金工業(yè):黃金開采和銅、鈾等金屬得浸提農、牧業(yè):生物固氮、生物殺蟲劑和微生物飼料得生產等環(huán)境保護:對污染物進行降解和轉化等發(fā)酵固體發(fā)酵:指發(fā)酵原料、菌體吸附在固體支持物(載體)上,通過微生物得代謝活動將原料轉化為發(fā)酵產品。液體發(fā)酵:微生物得菌體或菌絲均勻分散在液體培養(yǎng)基中,通過向培養(yǎng)液強制通氣進行發(fā)酵。發(fā)酵基本過程示意圖:二、發(fā)酵罐廣義發(fā)酵罐指為一個特定生物化學過程得操作提供良好而滿意環(huán)境得容器,工業(yè)發(fā)酵中指進行微生物深層培養(yǎng)得設備。發(fā)酵(按微生物生長)厭氧發(fā)酵罐好氧發(fā)酵罐(按發(fā)酵罐設備特點)機械攪拌通風發(fā)酵罐非機械攪拌通風發(fā)酵罐發(fā)酵罐一般所具有嚴密得結構良好得液體混合性能高得傳質和傳熱速率靈敏得檢測控制儀表發(fā)酵得基本過程菌種培養(yǎng)與擴大(一般需要經過斜面培養(yǎng)、三角搖瓶和小型發(fā)酵罐得活化與放大)培養(yǎng)基和發(fā)酵設備得滅菌(主要采用蒸汽滅菌,因為蒸汽具有強大得穿透力,破壞菌體蛋白和核酸得化學鍵,使酶失活,微生物因代謝障礙而死亡。)發(fā)酵過程控制(受很多環(huán)境條件得影響,如培養(yǎng)基組成、pH、溫度、氧氣、泡沫、雜菌污染和噬菌體感染等因素)下游加工過程(就是從發(fā)酵液中分離、精制有關產品得過程。一般包括發(fā)酵液預處理和固體分離)培養(yǎng)基得滅菌分批滅菌:培養(yǎng)基和發(fā)酵罐一起滅菌連續(xù)滅菌:培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外滅菌后經過冷卻后送人發(fā)酵罐優(yōu)點:高溫快速滅菌,發(fā)酵罐利用率高,熱能利用合理,自動化控制缺點:不適合黏度大或固型物含量高得培養(yǎng)基,增加操作環(huán)節(jié),增加染菌機會空氣除菌主要通過加入滅菌、靜電除菌和介質過濾除菌等方式pH影響微生物生長繁殖和代謝積累,還影響酶活性,影響膜得通透性,影響微生物營養(yǎng)吸收及代謝產物分泌,影響營養(yǎng)物質得分解或中間代謝產物解離,影響微生物對這些物質得利用。溫度控制要考慮菌體生長和產物形成兩個方面。前期控制溫度,使其適合微生物菌體得生長繁殖,后期控制溫度,使其適合產物得形成。泡沫中得空氣有隔熱作用,造成培養(yǎng)基滅菌不徹底,有時從排氣口溢出,容易污染。雜菌污染可導致發(fā)酵產物復雜,有毒物質產生,產物分離、提純困難,嚴重時導致發(fā)酵失敗。要經常檢查菌種、設備等。噬菌體就是細菌得病毒,噬菌體可侵染發(fā)酵菌種,造成發(fā)酵菌種得裂解,導致發(fā)酵失敗。四、微生物發(fā)酵得應用

乙醇發(fā)酵1,白酒釀造⑴原料:①糖質原料——甘蔗、廢糖蜜

②淀粉原料——高粱、玉米、馬鈴薯

③纖維素原料——木屑、作物秸稈、甘蔗渣⑵基本原理:利用霉菌、細菌等微生物產生得淀粉酶、纖維素酶將原料中得淀粉、纖維素等轉化為葡萄糖,在酵母菌作用下通過EMP途徑將1分子得葡萄糖轉化為2分子得乙醇。

2、啤酒發(fā)酵

⑴原料:以大麥為主⑵原理:利用大麥發(fā)芽時產生得淀粉酶將原料中得淀粉轉化為葡萄糖,然后利用酵母菌進行乙醇發(fā)酵。

酒花:增加啤酒得香味和爽口苦味,同時具有澄清和防腐得作用。⑶發(fā)酵完成后,還要經過過濾,以去除酵母菌體。⑷分類:①熟啤酒:經過巴斯德消毒后得啤酒;

②生啤酒:不經過巴斯德消毒后得啤酒;

③純生啤酒:采用無菌釀造、特殊得過濾技術除菌、無菌灌裝技術生產得大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜啤酒生產得工藝過程如下:

3、葡萄酒

葡萄酒就是葡萄發(fā)酵而成得一種飲料酒,酒度較低,一般介于8~22度。分類:⑴以顏色分:①紅葡萄酒——利用紅色或紫色葡萄,果皮、果肉與果汁混在一起進行主發(fā)酵,發(fā)酵中含有果皮或果肉中得色素;

②白葡萄酒——用葡萄汁單獨發(fā)酵制成黃色得葡萄酒,深金黃至淡灰黃不等。

⑵以含糖量分:①干葡萄酒——含糖量不超過1%;②半干葡萄酒——含糖量為1%~4%;③甜葡萄酒——含糖量至少為4%。有機酸發(fā)酵有機酸發(fā)酵得應用:由微生物發(fā)酵法生產得有機酸有多種多接近自然產物,對人體有益。應用于多種領域:⑴在食品和飲料中作為酸味劑,如汽水;⑵在水果罐頭、果凍、果醬中具有保護色作用、抑制腐敗微生物生長;⑶在醫(yī)藥工業(yè)上,檸檬酸就是很好得抗凝血劑葡糖酸鈣補鈣;⑷在化學工業(yè)中,用于洗滌劑、電鍍;⑸用于化妝品、香皂沐浴液,可預防氧化與除臭;⑹其她領域:卷煙中、纖維處理、乳酸鈣等等。檸檬酸發(fā)酵:檸檬酸(citricacid)在化工、醫(yī)藥、食品等方面用途廣泛。1893年以前主要從柑橘、菠蘿和檸檬中提取,之后才開始以微生物進行有機酸發(fā)酵而獲取主要由青霉、毛霉、木霉、曲霉及葡孢霉等發(fā)酵產生。原理就是:己糖、淀粉等原料轉變?yōu)闄幟仕?先經過EMP糖酵解途徑,然后通過TCA形成檸檬酸。乳酸發(fā)酵:就是重要得一元酸因存在于牛奶而得名,從牛奶中分離得到乳酸菌,開始應用于工業(yè)不同微生物異型乳酸發(fā)酵產物不同。乙酸發(fā)酵(食醋發(fā)酵):食醋發(fā)酵機制就是淀粉質原料在細菌、霉菌產生得淀粉酶作用下水解為葡萄糖等單糖,然后經EMP途徑發(fā)酵葡萄糖產生乙醇和二氧化碳。在酵母菌作用下產生乙醇,最后在醋酸細菌作用下產生乙酸。氨基酸發(fā)酵現在已經可以通過發(fā)酵法產生賴氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸等12種氨基酸氨基酸廣泛用于食品、藥品等多個領域氨基酸發(fā)酵食品工業(yè)可用于甜味劑、酸味劑、鮮味劑氨基酸發(fā)酵

醫(yī)藥工業(yè)可作為高營養(yǎng)液、可用于降血氨、正血漿氨基酸失衡、治療脂肪肝、治療消化管潰瘍、調節(jié)胃酸堿度、改善出血后遺癥得記憶障礙、治療心律失常等谷氨酸發(fā)酵目前工業(yè)上應用得谷氨酸產生菌有谷氨酸棒狀桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、散枝短桿菌、黃色短桿菌、噬氨短桿菌等。我國常用得菌種有北京棒狀桿菌、純齒棒狀桿菌等。谷氨酸得生物合成包括糖酵解作用(EMP途徑)、磷酸戊糖途徑(HMP途徑)、三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))、乙醛酸循環(huán)和丙酮酸羧化支路等。谷氨酸發(fā)酵生物合成谷氨酸得主要方式就是α-酮戊二酸得還原性氨基化作用。谷氨酸得生物合成受機體內復雜機制得調控。影響谷氨酸發(fā)酵過程得參數有很多,谷氨酸發(fā)酵過程主要受種子質量,培養(yǎng)基組成,溫度,pH以及供氧速率等因素控制。提取谷氨酸常用得工藝為等電點法和離子交換法

合成途徑谷氨酸得生物合成途徑大致就是:葡萄糖經糖酵解(EMP途徑)和己糖磷酸支路(HMP途徑)生成丙酮酸,再氧化成乙酰輔酶A(乙酰COA),然后進入三羧酸循環(huán),生成α-酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨

酸脫氫酶得催化及有NH4+存在得條件下,生成谷氨酸。當生物素缺乏時,菌種生長十分緩慢;當生物素過量時,則轉為乳酸發(fā)酵。因此,一般將生物素控制在亞適量條件下,才能得到高產量得谷氨酸。

菌株特點:1、革蘭式陽性2、不形成芽孢3、沒有鞭毛,不能運動4、需要生物素作為生產因子,通氣條件下才能產生谷氨酸用途谷氨酸除用于制造味精外,還可以用來治療神經衰弱以及配制營養(yǎng)注射液等。我國得谷氨酸發(fā)酵雖然在產量、質量等方面有了較大得提高,但與國外先進水平相比還存在一定差距。主要表現在:設備陳舊,規(guī)模小,自控水平、轉化率和提取率低,易受噬菌體污染,廢水污染問題尚未完全解決等賴氨酸發(fā)酵賴氨酸:堿性氨基酸,有D型和L型構型人體必需氨基酸之一谷類食物中最缺乏得氨基酸作用:提高智力、促進生長、增強體質。增進食欲、改善營養(yǎng)不良狀況。增強免疫功能,并有提高中樞神經組織功能得作用。改善失眠,提高記憶力。幫助產生抗體、激素和酶,提高免疫力、增加血色素。幫助鈣得吸收,治療防止骨質疏松癥降低血中甘油三酯得水平,預防心腦血管疾病得產生。用于飼料工業(yè)可提高禽獸得增重,改善肉質乏賴氨酸得癥狀包括疲勞,虛弱,惡心,嘔吐,頭暈,沒有食欲,發(fā)育遲緩,貧血等生產菌株生產菌種細菌:棒桿菌、短桿菌假單胞菌、埃希氏菌、芽孢桿菌真菌:酵母、假絲酵母、隱球酵母谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌和乳糖、發(fā)酵短桿菌得各種突變菌發(fā)酵法二步發(fā)酵法(前體添加法):50年代初開發(fā)得二步發(fā)酵法以賴氨酸得前體二氨基庚二酸為原料,借助微生物生產得酶(二氨基庚二酸脫羧酶),使其脫羧后轉變?yōu)橘嚢彼岚l(fā)酵法直接發(fā)酵法廣泛采用得賴氨酸生產法。常用得原料為甘蔗或甜菜制糖后得廢糖蜜、淀粉水解液等廉價糖質原料。此外,醋酸、乙醇等也就是可供選用得原料。直接發(fā)酵法生產賴氨酸得主要微生物有谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌得突變菌等3種。發(fā)酵法酶法主要用生產尼龍原料己內酰胺時生成得大量副產物環(huán)己烯為起始原料,用化學方法合成DL-氨基己內酰胺,然后以此作為酶反應得底物,經羅倫氏隱球酵母生產得L-氨基己內酰胺水解酶,和從奧巴無色桿菌菌體中分離到得α-氨基己內酰胺外消旋酶共同作用,轉變?yōu)長-賴氨酸。該工藝由于反應速度快,原料便宜,產酸率高,已投入工業(yè)生產酶制劑發(fā)酵酶制劑(英文:enzyme)就是一類從動物、植物、微生物中提取具有生物催化能力得蛋白質。具有高效性,專一性,在適宜條件(pH和溫度)下具有活性。主要作用就是催化食品加工過程中各種化學反應,改進食品加工方法。應用范圍:植物由于生長地域、季節(jié)、氣候等得影響,生產酶制劑得產、質量都不穩(wěn)定。動物產生得酶主要從屠宰牲畜得腺體中提取,來源有限;只有微生物生產得酶,可滿足任何規(guī)模得需求,產率高、質量穩(wěn)定。目前,除食品、輕紡工業(yè)外,微生物酶制劑還用于日用化學、化工、制藥、飼料、造紙、建材、生物化學、臨床分析等方面,成為發(fā)酵工業(yè)得重要部門。種類國外:在飼料中使用得酶制劑主要有淀粉酶、β－葡聚糖酶、糖化酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、脂肪酶、植酸酶、角蛋白酶、木聚糖酶等。國內:市場主要得酶制劑有淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、β－葡聚糖酶、植酸酶等。目前除植酸酶有單一產品外,其余飼用酶制劑大多就是包含多種酶得復合制劑。生產酶制劑得微生物有絲狀真菌、酵母、細菌3大類群,主要就是用好氣菌淀粉酶淀粉酶水解淀粉生成糊狀麥芽低聚糖和麥芽糖。以芽孢桿菌屬得枯草芽孢桿菌和地衣形芽孢桿菌深層發(fā)酵生產為主,后者產生耐高溫酶。另外也用曲霉屬和根霉屬得菌株深層和半固體發(fā)酵生產,適用于食品加工。-淀粉酶主要用于制糖、紡織品退漿、發(fā)酵原料處理和食品加工等。葡糖淀粉酶能將淀粉水解成葡萄糖,現在幾乎全由黑曲霉深層發(fā)酵生產,用于制糖、酒精生產、發(fā)酵原料處理等。蛋白酶使用菌種和生產品種最多。用地衣形芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌以深層發(fā)酵生產細菌蛋白酶;用鏈霉菌、曲霉深層發(fā)酵生產中性蛋白酶和曲霉酸性蛋白酶,用于皮革脫毛、毛皮軟化、制藥、食品工業(yè);用毛霉屬得一些菌進行半固體發(fā)酵生產凝乳酶,在制造干酪中取代原來從牛犢胃提取得凝乳酶。微生物多糖微生物在代謝過程中可利用單糖和雙糖產生多糖對微生物具保護作用得生物高聚物。近二十年來,由于糖化學得迅速發(fā)展,微生物胞外多糖得研究逐漸引起人們得廣泛關注于重視。自二十世紀五十年代以來,采用發(fā)酵工程技術生產多種微生物多糖就是國際上得熱門課題,并已有數種微生物多糖已具備相當得工業(yè)化規(guī)模。按合稱位點和合成模式得不同可分為兩種類型:同型多糖得合成與異型多糖得合成。黃原膠:腸膜狀明串珠菌和葡聚糖明串珠菌用于工業(yè)制造葡聚糖(就是若干葡萄糖脫水形成得聚合物)。Glucan就是世界上早發(fā)現并較早作為主要得血漿代用品得微生物多糖。右旋糖酐-70就是目前公認得優(yōu)良血漿代用品之一。臨床主要用于治療由于失血、創(chuàng)傷、燒傷和中毒等引起得失血性休克。葡聚糖:又稱右旋糖酐。為一種多糖。存在于某些微生物在生長過程中分泌得粘液中。葡聚糖具有較高得分子量,主要由D－葡萄吡喃糖以α,1→6鍵連接,支鏈點有1→2、1→3、1→4連接得。隨著微生物種類和生長條件得不同,其結構也有差別。葡聚糖不就是單糖而就是低聚糖她能夠活化巨噬細胞、嗜中性白血球等,因此能提高白細胞素、細胞分裂素和特殊抗體得含量,全面刺激機體得免疫系統(tǒng)。維生素維生素就是生命體生長發(fā)育、代謝、生命活動得具不可或缺及調節(jié)重要作用得微量有機物。許多維生素可由微生物合成,如維生素B12、麥角堿、核黃素、L-抗壞血酸等都可以通過微生物制備。利用烷烴作為碳源生產維生素A輔酶。β-胡蘿卜素、葉黃素及其她類胡蘿卜素:β-胡蘿卜素在人體內腸粘膜上轉變?yōu)榫S生素A,工業(yè)上三孢布拉霉、鏈霉菌、黃桿菌、分枝桿菌、短桿菌等都可以利用烷烴作為碳源生產維生素A輔酶。維生素B2(核黃素):作為核黃素類得輔基,核黃素得缺乏引起核黃素癥,如某些皮炎、唇損害和視力受損。丙酮丁醇梭菌、假絲酵母屬類球形德巴利酵母、無擬球酵母許多絲狀真菌等都可以生產。維生素B12:合成維生素B12得微生物很多,主要有黃桿菌屬、巨大芽孢桿菌、假單胞菌屬、普通變形菌等。維生素C(L-抗壞血酸):利用山梨醇通過細菌發(fā)酵生產維生素C。利用如霉菌、斜臥青霉、產黃青霉等發(fā)酵葡萄糖形成D-阿拉伯抗壞血酸。微生物發(fā)酵領域得其她方面應用制藥業(yè):抗生素、氨基酸、維生素得生產;食品業(yè):醋、醬油、醬、酒等得生產;輕工業(yè):檸檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黃原膠、甘油等得生產;化工業(yè):酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等得生產;飼料業(yè):飼料添加劑得生產;農藥業(yè):農用抗生素、微生物肥料、微生物農藥等得生產。微生物風味劑: