微生物發(fā)酵及其應(yīng)用

1、抗生素、氨基酸、酶制劑等產(chǎn)品為什么能通過微生物抗生素、氨基酸、酶制劑等產(chǎn)品為什么能通過微生物發(fā)酵來生產(chǎn)？這與微生物的生長和代謝特點有什么關(guān)發(fā)酵來生產(chǎn)？這與微生物的生長和代謝特點有什么關(guān)系？系？1、某些微生物因爭奪生存環(huán)境或營養(yǎng)物，會產(chǎn)生抗生素將其某些微生物因爭奪生存環(huán)境或營養(yǎng)物，會產(chǎn)生抗生素將其他種類的微生物殺死。他種類的微生物殺死。2、微生物會產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶，將營養(yǎng)物質(zhì)水解、微生物會產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶，將營養(yǎng)物質(zhì)水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖 。3、微生物細(xì)胞會通過合成或分解代謝生產(chǎn)它必需的一些物質(zhì)，、微生物細(xì)胞會通過

2、合成或分解代謝生產(chǎn)它必需的一些物質(zhì)，包括氨基酸、核苷酸等。包括氨基酸、核苷酸等。微生物繁殖非常迅速微生物繁殖非常迅速微生物培養(yǎng)易于控制微生物培養(yǎng)易于控制微生物本身也容易改造微生物本身也容易改造利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。物的過程。細(xì)細(xì)胞胞數(shù)數(shù) 調(diào)整期調(diào)整期 對數(shù)期對數(shù)期 穩(wěn)定期穩(wěn)定期 衰亡期衰亡期 單細(xì)胞微生物的典型生長曲線單細(xì)胞微生物的典型生長曲線生長速度為零細(xì)胞體積急劇增大細(xì)胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，細(xì)胞呈嗜堿性合成代謝活躍，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶對外界不良環(huán)境條件

3、敏感接種齡接種量培養(yǎng)基成分 發(fā)酵工業(yè)上需盡量縮短該期，以降低生產(chǎn)成本 在食品工業(yè)上，盡量在此期進(jìn)行消毒或滅菌對數(shù)期的特點對數(shù)期的特點生長速度常數(shù)生長速度常數(shù)R最大最大細(xì)胞進(jìn)行平衡生長細(xì)胞進(jìn)行平衡生長酶系活躍，代謝旺盛酶系活躍，代謝旺盛影響對數(shù)期微生物增代時間的因素影響對數(shù)期微生物增代時間的因素菌種菌種營養(yǎng)成分營養(yǎng)成分營養(yǎng)物的濃度營養(yǎng)物的濃度 發(fā)酵工業(yè)上盡量延長該期，以達(dá)到較高的菌體密度發(fā)酵工業(yè)上盡量延長該期，以達(dá)到較高的菌體密度 食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進(jìn)入此期食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進(jìn)入此期特點：特點： 1 生長速率常數(shù)生長速率常數(shù)R等于等于0 2 菌體產(chǎn)量達(dá)到了最高值菌體產(chǎn)量達(dá)

4、到了最高值 3 合成次生代謝產(chǎn)物合成次生代謝產(chǎn)物 4 細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)儲藏物質(zhì)，芽孢菌內(nèi)開始細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)儲藏物質(zhì)，芽孢菌內(nèi)開始 產(chǎn)生芽孢產(chǎn)生芽孢產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡 營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適 有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等）有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等） 物化條件（物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適氧化還原勢等）不合適特點：特點： 1 R為負(fù)值為負(fù)值 2 細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的衰退形細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的衰退形 3 釋放次生代謝產(chǎn)物，芽孢等釋放次生代謝產(chǎn)物，芽孢等 4

5、菌體開始自溶菌體開始自溶產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 生長條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過生長條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡微生物的營養(yǎng)物質(zhì)有六大類要素，即微生物的營養(yǎng)物質(zhì)有六大類要素，即水、碳源、氮源、水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子和能源。無機鹽、生長因子和能源。生長因子生長因子：某些微生物本身不能從普通的碳源、氮源：某些微生物本身不能從普通的碳源、氮源合成，需要額外少量加入才能滿足需要的有機物質(zhì)，合成，需要額外少量加入才能滿足需要的有機物質(zhì)，包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有時包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧

6、啶及其衍生物，有時也包括一些脂肪酸及其他膜成分也包括一些脂肪酸及其他膜成分 營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)滿足微生物的需要營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)滿足微生物的需要。不同營養(yǎng)類型的微生物對營養(yǎng)的需。不同營養(yǎng)類型的微生物對營養(yǎng)的需求差異很大，應(yīng)根據(jù)菌種對各營養(yǎng)要素的不同要求進(jìn)行配制。求差異很大，應(yīng)根據(jù)菌種對各營養(yǎng)要素的不同要求進(jìn)行配制。 營養(yǎng)物的濃度及配比應(yīng)恰當(dāng)營養(yǎng)物的濃度及配比應(yīng)恰當(dāng)。營養(yǎng)物濃度太低，不能滿足微生物生。營養(yǎng)物濃度太低，不能滿足微生物生長的需要；濃度太高，又會抑制微生物生長。長的需要；濃度太高，又會抑制微生物生長。物理、化學(xué)條件適宜。物理、化學(xué)條件適宜。（pHpH、水活度、滲透壓、水活度、滲透壓 ）在設(shè)計培養(yǎng)基時，

7、必須考慮是要培養(yǎng)菌體，還是要積累菌體代謝產(chǎn)在設(shè)計培養(yǎng)基時，必須考慮是要培養(yǎng)菌體，還是要積累菌體代謝產(chǎn)物；是實驗室培養(yǎng)，還是大規(guī)模發(fā)酵等問題。物；是實驗室培養(yǎng)，還是大規(guī)模發(fā)酵等問題。 哪些不同類型？哪些不同類型？原始發(fā)展階段原始發(fā)展階段（發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進(jìn)步緩（發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進(jìn)步緩慢，完全是經(jīng)驗式的，并不知道其中的原理慢，完全是經(jīng)驗式的，并不知道其中的原理 。）。） 傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段（人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)（人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì) ，采用開，采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過

8、程較為簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模一般不大一般不大 。）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段（生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技術(shù)發(fā)展（生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技術(shù)發(fā)展速度快；菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的速度快；菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度。應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度。 ）生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段 （利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn)（利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn) ）采用現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，利用微生物的某些采用現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)

9、生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。我國工業(yè)生產(chǎn)味我國工業(yè)生產(chǎn)味精使用的菌種主精使用的菌種主要是經(jīng)過誘變育要是經(jīng)過誘變育種得到的營養(yǎng)缺種得到的營養(yǎng)缺陷型的北京陷型的北京谷氨谷氨酸棒狀桿菌酸棒狀桿菌 抑制1、菌種的選擇2、培養(yǎng)基的選擇選擇細(xì)胞膜通透較強，在細(xì)胞內(nèi)不積累谷氨酸的谷氨酸棒狀桿菌做菌種生物生物素素生長生長因子因子豆餅水解豆餅水解液、玉米液、玉米漿漿碳源碳源尿素尿素氮源氮源磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀氧化鉀氧化鉀硫酸鎂硫酸鎂無機鹽無機鹽水水pHpH7-8 7-8 豆餅水解液、豆餅水解液、玉米漿中的玉米漿中的水水酸堿酸堿度度成成 分分啤酒制造工藝流程啤酒制造工藝流程啤酒制造

10、工藝流程啤酒制造工藝流程酒類：酒類：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精酵母，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精生產(chǎn)的生產(chǎn)的。白酒經(jīng)過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒。白酒經(jīng)過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他精，以及一些加熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒，發(fā)酵時酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡萄糖，轉(zhuǎn)化酒，發(fā)酵時酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡萄糖，轉(zhuǎn)化為酒精，而其他營養(yǎng)成分會

11、部分被酵母利用，產(chǎn)生一為酒精，而其他營養(yǎng)成分會部分被酵母利用，產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、維生素等，也會進(jìn)入發(fā)酵的些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、維生素等，也會進(jìn)入發(fā)酵的酒液中。因此，果酒和啤酒營養(yǎng)價值較高。酒液中。因此，果酒和啤酒營養(yǎng)價值較高。 醋：醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學(xué)合食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學(xué)合成的食品級醋酸勾兌的外，其他的則是由成的食品級醋酸勾兌的外，其他的則是由醋酸菌醋酸菌在好在好氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生產(chǎn)的。由于使用的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄產(chǎn)的。由于使用的微生物菌種或曲種的差異，

12、在葡萄糖發(fā)酵過程中會產(chǎn)生乳酸或其他有機酸，因而使醋有糖發(fā)酵過程中會產(chǎn)生乳酸或其他有機酸，因而使醋有不同的風(fēng)味。不同的風(fēng)味。 醬油：醬油：醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，將原料經(jīng)粉碎制成固體培養(yǎng)基，在好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的將原料經(jīng)粉碎制成固體培養(yǎng)基，在好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌，如霉菌，如黑曲霉黑曲霉進(jìn)行發(fā)酵。微生物在生長過程中會產(chǎn)生大量的蛋白進(jìn)行發(fā)酵。微生物在生長過程中會產(chǎn)生大量的蛋白酶，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、酶，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、調(diào)制成醬油產(chǎn)

13、品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。調(diào)制成醬油產(chǎn)品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。 醬：以大豆和少量面粉為原料，蒸煮后在空氣中自然發(fā)醬：以大豆和少量面粉為原料，蒸煮后在空氣中自然發(fā)酵。發(fā)酵過程主要是能夠產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶酵。發(fā)酵過程主要是能夠產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌，將大豆中的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉分解，產(chǎn)生出的霉菌，將大豆中的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉分解，產(chǎn)生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)使氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)使醬具有獨特的醬香味。醬具有獨特的醬香味。酸奶：酸奶：牛奶在厭氧條件下，由牛奶在厭氧條件下，由乳酸菌乳酸菌發(fā)酵，將乳糖分發(fā)酵，將

14、乳糖分解，并進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他有機酸，以及一些解，并進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他有機酸，以及一些芳香物質(zhì)和維生素等；同時蛋白質(zhì)也部分水解。因此，芳香物質(zhì)和維生素等；同時蛋白質(zhì)也部分水解。因此，酸奶是營養(yǎng)豐富、易消化，少含乳糖，是適合于有乳酸奶是營養(yǎng)豐富、易消化，少含乳糖，是適合于有乳糖不適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。糖不適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。 醪糟：又稱酒釀，是大米經(jīng)蒸煮后，接種根霉，在好氧條醪糟：又稱酒釀，是大米經(jīng)蒸煮后，接種根霉，在好氧條件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長時會產(chǎn)生大量的淀粉酶，將大米中的淀粉水解成葡在生長時會產(chǎn)生

15、大量的淀粉酶，將大米中的淀粉水解成葡萄糖，同時利用部分葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。萄糖，同時利用部分葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。面包：現(xiàn)在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）經(jīng)活化后，與面面包：現(xiàn)在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）經(jīng)活化后，與面粉混合發(fā)酵，再加入各種添加劑，經(jīng)烤制生產(chǎn)的。面粉發(fā)酵后淀粉結(jié)粉混合發(fā)酵，再加入各種添加劑，經(jīng)烤制生產(chǎn)的。面粉發(fā)酵后淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變得易于消化、營養(yǎng)易于吸收。構(gòu)發(fā)生改變，變得易于消化、營養(yǎng)易于吸收。饅頭：饅頭：以前做饅頭的面粉是經(jīng)自然發(fā)酵后蒸制的，如果連以前做饅頭的面粉是經(jīng)自然發(fā)酵后蒸制的，如果連續(xù)使用面肥發(fā)酵，經(jīng)幾代發(fā)酵，微生物會因生長優(yōu)勢而單續(xù)使用面肥發(fā)酵，經(jīng)

16、幾代發(fā)酵，微生物會因生長優(yōu)勢而單一化。發(fā)酵的菌種一般多為一化。發(fā)酵的菌種一般多為乳酸菌乳酸菌。因為發(fā)酵產(chǎn)酸，在蒸。因為發(fā)酵產(chǎn)酸，在蒸制前要用堿中和酸，制得的饅頭才松軟適口、帶有特殊香制前要用堿中和酸，制得的饅頭才松軟適口、帶有特殊香味?，F(xiàn)在，大批量生產(chǎn)是采用味?，F(xiàn)在，大批量生產(chǎn)是采用干酵母干酵母發(fā)酵，所以不產(chǎn)酸，發(fā)酵，所以不產(chǎn)酸，不需要再用堿中和即可蒸制。不需要再用堿中和即可蒸制。泡菜：請參看泡菜：請參看生物技術(shù)實踐生物技術(shù)實踐的專題的專題1 1的課題的課題3 3（乳乳酸菌酸菌）腐乳：請參看腐乳：請參看生物技術(shù)實踐生物技術(shù)實踐的專題的專題1 1的課題的課題2 2（毛毛霉霉、青霉、酵母、曲霉等）

17、、青霉、酵母、曲霉等）酸菜：與泡菜類似。酸菜：與泡菜類似。糖果、餅干、果凍糖果、餅干、果凍等添加了等添加了紅曲色素紅曲色素，以調(diào)節(jié)色澤；，以調(diào)節(jié)色澤；果汁、餅干、面包、點心、方便面果汁、餅干、面包、點心、方便面等添加了等添加了黃原膠黃原膠，起懸浮、穩(wěn)定、增稠、改，起懸浮、穩(wěn)定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用；善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用；各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶等等添加了添加了乳鏈桿菌肽乳鏈桿菌肽，以保鮮、防腐，保存營養(yǎng)和改善口感等；，以保鮮、防腐，保存營養(yǎng)和改善口感等；各種果汁、啤酒和飲料各種果汁、啤酒和飲料中均需使用中均需使用檸檬酸或乳酸檸檬酸或乳酸作為酸味劑調(diào)節(jié)口味、口感；作為酸味劑調(diào)節(jié)口味、口感；飯店、食堂和家庭制作的飯店、食堂和家庭制作的菜肴菜肴中常加中常加味精或肌苷味精或肌苷，以增加鮮味。，以增加鮮味?？梢哉f市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，其中約可以說市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，其中約70%70%80%80%的食品的食品添加劑是用發(fā)酵法添加劑是用發(fā)酵法，或發(fā)酵產(chǎn)生的酶，加工生產(chǎn)的。，或發(fā)酵產(chǎn)生的酶，加工生產(chǎn)的。 制藥業(yè)：制藥業(yè)：抗生素、氨基酸、維生素的生產(chǎn)廠家；抗生素