發(fā)酵工程與食品產(chǎn)業(yè)

第四章

發(fā)酵工程與食品產(chǎn)業(yè)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應用發(fā)酵一詞的來源

“發(fā)酵”（Fermentation）一詞是拉丁語“沸騰”（fervere）的派生詞，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產(chǎn)生的二氧化碳所引起的。第一部分發(fā)酵工程概述狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學上發(fā)酵:指微生物在無氧條件下，分解各種有機物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出二氧化碳。同時獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等等。廣義“發(fā)酵”的定義

工業(yè)上所稱的發(fā)酵:泛指利用微生物細胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮、丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品既有細胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細胞、酶等。發(fā)酵工程的概念：指采用現(xiàn)代工程技術(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，或直接把微生物應用于生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。典型的發(fā)酵過程示意圖二、發(fā)酵工程的特點

1、發(fā)酵過程一般都是在常溫常壓下進行的生物化學反應，反應安全，要求條件比較簡單。2、發(fā)酵所用的原料簡單粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機和無機氮源就可進行反應。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)?；谶@一特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進行生物資源的改造和更新。3、發(fā)酵過程反應的專一性強，可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物。4、發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。

除了必須對設(shè)備進行嚴格消毒處理和空氣過濾外，反應必須在無菌條件下進行。如果污染了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟損失，要是感染了噬菌體，對發(fā)酵就會造成更大的危害。因而維持無菌條件是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。5、能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位地氧化、還原等化學轉(zhuǎn)化反應，也可以產(chǎn)生比較復雜的高分子化合物。6、通過變異和菌種篩選，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良微生物菌種，使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也可以獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。7、工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，并可以取得顯著的經(jīng)濟效益。三、發(fā)酵工程的內(nèi)容

1、以菌體為產(chǎn)品的發(fā)酵依據(jù)最終產(chǎn)品的性質(zhì)和特點，工業(yè)發(fā)酵過程可歸納為：2、以微生物的酶為產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)制作面包的酵母菌;生產(chǎn)作為人類或動物食物的微生物細胞（即單細胞蛋白質(zhì)）提取微生物酶制劑

3、、以微微生生物物的的代代謝謝產(chǎn)產(chǎn)物物為為產(chǎn)產(chǎn)品品的的發(fā)發(fā)酵酵4、、產(chǎn)品品的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化發(fā)發(fā)酵酵當微生生物物進進入入穩(wěn)穩(wěn)定定期期后后，，代代謝謝產(chǎn)產(chǎn)生生如如氨氨基基酸酸、、核核苷苷酸酸、、脂脂類類和和碳碳水水化化物物以以及及抗抗生生素素等等多多種種初初級級和和次次級級代代謝謝產(chǎn)產(chǎn)物物。。生物物細細胞胞或或其其產(chǎn)產(chǎn)生生的的酶酶能能將將一一種種化化合合物物轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化成成化化學學結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相似似，，但但在在經(jīng)經(jīng)濟濟上上更更有有價價值值的的化化合合物物。。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化反反應應包包括括催催化化脫脫氫氫、、氧氧化化、、羥羥化化、、縮縮合合、、脫脫羧羧、、氨氨化化、、脫脫氨氨化化等等作作用用。。天然然發(fā)發(fā)酵酵階階段段（（古古代代-1900年））純培培養(yǎng)養(yǎng)技技術(shù)術(shù)的的建建立立（（1905年-）通氣氣攪攪拌拌發(fā)發(fā)酵酵技技術(shù)術(shù)的的建建立立（（1940年-）開拓拓發(fā)發(fā)酵酵原原料料時時期期（（1960年-）基因因工工程程階階段段（（1979-）四、、發(fā)發(fā)酵酵工工業(yè)業(yè)的的發(fā)發(fā)展展史史（1）第第一一個個階階段段（（1900年以以前前））產(chǎn)品品只只限限于于含含酒酒精精飲飲料料和和醋醋古埃埃及及已已經(jīng)經(jīng)能能釀釀造造啤啤酒酒17世紀紀能能在在容容量量為為1500桶（（一一桶桶相相當當于于110升））的的木木質(zhì)質(zhì)大大桶桶中中進進行行第第一一次次真真正正的的大大規(guī)規(guī)模模釀釀造造1801年就就有有了了原原始始的的熱熱交交換換器器18世紀紀中中期期，，證證實實了了酒酒精精發(fā)發(fā)酵酵中中的的酵酵母母活活動動規(guī)規(guī)律律Paster最終終使使科科學學界界信信服服在在發(fā)發(fā)酵酵過過程程中中酵酵母母所所遵遵循循的的規(guī)規(guī)律律18世紀紀后后期期，，Hansen在Calsberg釀造造廠廠建建立立了了酵酵母母純純種種培培養(yǎng)養(yǎng)技技術(shù)術(shù)在18世紀紀末末到到19世紀紀初初，，基基礎(chǔ)礎(chǔ)培培養(yǎng)養(yǎng)基基是是用用巴巴氏氏滅滅菌菌法法處處理理，，然然后后接接種種10%優(yōu)質(zhì)質(zhì)醋醋使使呈呈酸酸性性，，可可防防治治染染菌菌污污染染。。這這樣樣就就成成為為一一個個良良好好的的接接種種材材料料。。在20世紀紀初初，，在在釀釀酒酒和和制制醋醋工工業(yè)業(yè)中中已已建建立立起起過過程程控控制制的的概概念念。。（2）第第二二個個階階段段（（1900年~1940年）主要的的新產(chǎn)產(chǎn)品是是酵母母、甘甘油、、檸檬檬酸、、乳酸酸、丁丁醇和和丙酮酮在面包包酵母母的生生產(chǎn)中中首先先采用用了分分批補補料培培養(yǎng)技技術(shù)在一次次大戰(zhàn)戰(zhàn)時，，Weizmann開拓了了丁醇醇、丙丙酮發(fā)發(fā)酵，，并建建立了了真正正的無無雜菌菌發(fā)酵酵（3）第三三個階階段（（1940年以后后）這一階階段的的標志志是，，在純純種培培養(yǎng)技技術(shù)下下，以以深層層培養(yǎng)養(yǎng)生產(chǎn)產(chǎn)青霉霉素解決向向培養(yǎng)養(yǎng)基中中通入入大量量無菌菌空氣氣和高高粘度度培養(yǎng)養(yǎng)液的的攪拌拌問題題（4）第四四個階階段（（1960年以后后）以烴為為碳源源生產(chǎn)產(chǎn)微生生物細細胞作作為飼飼料蛋蛋白質(zhì)質(zhì)的來來源出現(xiàn)了了不需需要機機械攪攪拌的的高壓壓噴射射和強強制循循環(huán)的的發(fā)酵酵罐工業(yè)上上普遍遍采用用分批培培養(yǎng)和分批補補料培養(yǎng)法法（5）第五五個階階段（（1979年以后后）這個階階段以以基因因工程程產(chǎn)品品的生生產(chǎn)為為標志志。目前，，世界界上已已經(jīng)批批準上上市的的基因因工程程藥物物就有有幾十十種，，如：：胰島島素、、人生生長激激素等等等。。發(fā)酵工工程的的發(fā)展展趨勢勢1)利用遺遺傳工工程等等先進進技術(shù)術(shù)，人工選選育和和改良良菌種種，使微微生物物細胞胞按照照人類類的需需要合合成某某些產(chǎn)產(chǎn)品；；2)采用發(fā)發(fā)酵技技術(shù)進進行高高等動動植物物細胞胞培養(yǎng)養(yǎng)；3)按照微微生物物生理理和代代謝特特性以以及產(chǎn)產(chǎn)物的的合成成途徑徑進行行發(fā)酵酵條件件調(diào)控控；4)在工程程方面面，開開發(fā)和和采用用大型型節(jié)能能高效效的發(fā)發(fā)酵裝裝置，，自動動控制制將成成為發(fā)發(fā)酵生生產(chǎn)控控制的的主要要手段段，從從而使使發(fā)酵酵工業(yè)業(yè)朝著著模擬擬化、、自動動化、、最優(yōu)優(yōu)化方方向發(fā)發(fā)展；；5)固定化化技術(shù)術(shù)廣泛應應用；；6)將生物物技術(shù)術(shù)理論論廣泛泛地用用于發(fā)發(fā)酵工工程。。五、發(fā)發(fā)酵過過程的的組成成部分分典型的的發(fā)酵酵生產(chǎn)產(chǎn)過程程包括括：確定菌菌種繁繁殖和和發(fā)酵酵生產(chǎn)產(chǎn)所用用的培養(yǎng)基基；對培養(yǎng)養(yǎng)基、、發(fā)酵酵罐及及其附附屬設(shè)設(shè)備進進行滅滅菌；；菌種經(jīng)經(jīng)逐級級擴大培培養(yǎng)后，，作作為為生生產(chǎn)產(chǎn)種種子子接接種種于于發(fā)發(fā)酵酵罐罐中中控制制發(fā)酵酵罐罐中中微微生生物物的的生長長條條件件，最最大大程程度度地地獲獲得得人人們們渴渴望望的的代代謝謝產(chǎn)產(chǎn)物物菌種種的的選選育育產(chǎn)物物分分離離提提純純發(fā)酵酵過過程程中中廢廢棄棄物物的的處處理理與與回回收收發(fā)酵酵生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程流流程程圖圖第二二部部分分發(fā)發(fā)酵酵設(shè)設(shè)備備與與基基本本工工藝藝過過程程一、、生生物物反反應應器器(發(fā)發(fā)酵酵罐罐)利用用生生物物工工程程技技術(shù)術(shù)進進行行生生產(chǎn)產(chǎn)的的過過程程統(tǒng)統(tǒng)稱稱為為生生物物反反應應過過程程。。采用用活活細細胞胞(包包括括微微生生物物、、動動植植物物細細胞胞)作作為為生生物物催催化化劑劑的的生生物物反反應應過過程程稱稱為為發(fā)酵酵過過程程或或細細胞胞培培養(yǎng)養(yǎng)過過程程。生物物反反應應器器：：利用用酶酶或或生生物物體體（（如如微微生生物物））所所具具有有的的生生物物功功能能，，在在體體外外進進行行生生化化反反應應的的裝裝置置系系統(tǒng)統(tǒng)。。能維維持持一一定定的的溫溫度度、、pH、、反應應物物(如如營營養(yǎng)養(yǎng)物物質(zhì)質(zhì)、、溶溶解解氧氧等等)濃濃度度應具具備備良良好好的的傳傳質(zhì)質(zhì)、、傳傳熱熱和和混混合合性性能能，，以以便便為為生生物物反反應應的的順順利利進進行行提提供供適適宜宜的的環(huán)環(huán)境境條條件件。。細胞胞生生物物反反應應器器除除具具備備上上述述特特性性外外，，還還要要求求有有一一定定的的除除菌菌及及密密封封設(shè)設(shè)備備，，以以防防止止生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程中中因因微微生生物物侵侵入入造造成成的的雜雜菌菌污污染染。。根據(jù)據(jù)生生物物反反應應過過程程中中所所使使用用的的生生物物催催化化劑劑不不同同可可將將生生物物反反應應器器分分為為：：酶反反應應器器和細胞胞生生物物反反應應器器。生物物反反應應器器應應具具備備的的條條件件：：評價價生生物物反反應應器器的的兩兩個個重重要要指指標標：：生產(chǎn)產(chǎn)能能力力產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量（一一））發(fā)發(fā)酵酵罐罐設(shè)設(shè)計計的的原原則則發(fā)酵酵罐罐的的主主要要功功能能是是：：為菌菌體體生生長長，，或或為為某某一一特特定定的的微微生生物物混混合合發(fā)發(fā)酵酵劑劑提提供供一一個個便便于于控控制制的的環(huán)環(huán)境境，，以以獲獲得得人人們們所所期期望望的的產(chǎn)產(chǎn)物物。。1、、發(fā)發(fā)酵酵器器應應能能在在無無菌菌條條件件下下工工作作數(shù)數(shù)天天，，且且應應在在長長時時間間運運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過過程程中中保保持持穩(wěn)穩(wěn)定定；；2、、通通氣氣和和充充分分攪攪拌拌，，以以滿滿足足微微生生物物代代謝謝的的需需要要，，但但不不應應損損傷傷菌菌體體；；3、、盡盡可可能能低低的的功功率率消消耗耗；；4、、發(fā)發(fā)酵酵罐罐上上應應配配備備有有溫溫度度和和pH值控制系系統(tǒng)以及及采樣裝裝置發(fā)酵罐設(shè)設(shè)計的原原則5、發(fā)酵酵罐內(nèi)的的蒸發(fā)損損失不應應太多；；6、在放放料、清清洗和維維修等操操作過程程中具有有最低的的勞動力力消耗；；7、發(fā)酵酵罐應有有較好的的適應性性，以滿滿足不同同生產(chǎn)廠廠家的需需求；8、發(fā)酵酵罐內(nèi)表表面應光光滑。9、用于于中試規(guī)規(guī)模的發(fā)發(fā)酵罐與與用于實實際生產(chǎn)產(chǎn)的發(fā)酵酵罐應具具有相同同的幾何何形狀，，有利于于放大生生產(chǎn)；10、使使用既能能滿足工工藝要求求又比較較便宜的的制造材材料，同同時應配配備完善善的供給給設(shè)施。。發(fā)酵罐設(shè)計原則則（總總結(jié)）穩(wěn)定性控制性操作性安全性可視性（二）微微生物細細胞反應應器依攪拌方方式不同同，微生生物細胞胞反應器器有：內(nèi)部機械械攪拌型型外部液體體攪拌型型氣升循環(huán)環(huán)式發(fā)酵酵罐典型發(fā)酵酵罐示意意圖電動機pH檢測及控制裝置培養(yǎng)液無菌空氣排氣口冷卻水出口冷卻水進口攪拌器加料口放料口1、機械械攪拌型型微生物物細胞生生物反應應器(通通用型)主要由殼殼體、控控溫部分分、攪拌拌部分、、通氣部部分、進進出料口口、測量量系統(tǒng)和和附屬系系統(tǒng)等組組成。殼體的作作用：為整個發(fā)發(fā)酵過程程提供一一個密封封的環(huán)境境，防止止雜菌污污染；同同時為了了能在一一定壓力力下進行行高溫滅滅菌，要要求罐體體承受的的壓力至至少在0.3MPa以上?？販夭糠址值淖饔糜茫菏潜ＷC發(fā)發(fā)酵過程程在恒溫溫條件下下進行，，并將生生物氧化化和機械械攪拌產(chǎn)產(chǎn)生的熱熱量及時時移去攪拌部分分的作用用：使罐內(nèi)物物料混合合良好，，液體中中的固形形物料保保持懸浮浮狀態(tài)，，這樣有有利于菌菌體與營營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)充分接接觸，便便于營養(yǎng)養(yǎng)吸收。。另一方方面，攪攪拌器可可以打碎碎氣泡，，增加氣氣液接觸觸面積，，提高氣氣液間的的傳質(zhì)速速率，加加強氧的的傳遞效效果及消消除泡沫沫。通氣部分分的作用用：是從罐的的底部向向罐內(nèi)通通入無菌菌空氣，，一般入入口空氣氣壓力為為0.1～0.2MPa(表壓)，，罐頂部部有空氣氣出口。。進出料口口：是指進料和和出料用用的系統(tǒng)統(tǒng)，同時時還配有有補料口口裝置等等測量系統(tǒng)統(tǒng)：作用在于測量量發(fā)酵過過程中的的pH值、溶解解氧等相相關(guān)數(shù)據(jù)據(jù)，以便便對發(fā)酵酵過程進進行隨時時的監(jiān)測測并及時時對發(fā)酵酵參數(shù)進進行調(diào)整整。此外外，測量量裝置應應能承受受一定的的滅菌溫溫度并在在長時間間內(nèi)保持持穩(wěn)定。。通用機械械攪拌型型生物反反應器內(nèi)內(nèi)通常安安裝消泡裝置置，抑制泡泡沫的形形成。附屬系統(tǒng)統(tǒng)是指用以以觀察發(fā)發(fā)酵液情情況的視視鏡裝置置和強化化發(fā)酵液液混合的的擋板等等設(shè)備。。二、基本本工藝過過程（一）微生物發(fā)發(fā)酵工藝藝類型1、分批批培養(yǎng)概念：又稱分批批發(fā)酵，，指在一一個密閉閉系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)投入有有限數(shù)量量的營養(yǎng)養(yǎng)物質(zhì)后后，接入入少量的的微生物物菌種進進行培養(yǎng)養(yǎng)，使微微生物在在特定的的條件下下只完成成一個生生長繁殖殖周期的的培養(yǎng)方方法。（（微生物物可表現(xiàn)現(xiàn)出典型型的生長長周期））2、連續(xù)續(xù)培養(yǎng)概念：又又稱連續(xù)發(fā)酵酵，指按按一定的的速度向向培養(yǎng)系系統(tǒng)內(nèi)添添加新鮮鮮的培養(yǎng)養(yǎng)基，同同時培養(yǎng)養(yǎng)液以相相同的速速度流出出，從而而使發(fā)酵酵罐內(nèi)培培養(yǎng)物的的液量維維持恒定定，使微生物細細胞能在在相對恒恒定的狀狀態(tài)下生生長。（恒定定狀態(tài)可可有效延延長分批批培養(yǎng)的的對數(shù)期期）連續(xù)培養(yǎng)養(yǎng)過程中中，微生生物細胞胞所處的的環(huán)境條條件，如如營養(yǎng)物物質(zhì)的濃濃度、產(chǎn)產(chǎn)物的生生成速度度、pH值以及微微生物細細胞的濃濃度和比比生長速速度等參參數(shù)自始始至終基基本保持持不變，，甚至還還可以根根據(jù)需要要來調(diào)節(jié)節(jié)微生物物細胞的的生長速速度。連續(xù)培養(yǎng)養(yǎng)的最大大特點：：微生物細細胞的生生長速度度和產(chǎn)物物的代謝謝生成均均處于恒恒定狀態(tài)態(tài)，因而可可以達到到穩(wěn)定、、高速培培養(yǎng)微生生物細胞胞或產(chǎn)生生大量代代謝產(chǎn)物物的目的的。連續(xù)培養(yǎng)養(yǎng)分類：：恒濁培養(yǎng)(利用濁度度檢測細細胞的濃濃度)恒化培養(yǎng)（恒恒定輸入入養(yǎng)料中中的某一一基質(zhì)））3、補料料分批培培養(yǎng)概念：又又稱半連連續(xù)發(fā)酵酵，根據(jù)菌株株生長和和初始培培養(yǎng)基的的特點，，在分批批培養(yǎng)的的某些階階段適當當補加培培養(yǎng)基，，使菌體體或其代代謝產(chǎn)物物的生產(chǎn)產(chǎn)時間延延長。補料分批批培養(yǎng)在在發(fā)酵工工業(yè)上主主要用于于發(fā)酵生生產(chǎn)單細細胞蛋白白、氨基基酸、抗抗生素、、維生素素、酶制制劑、有有機酸以以及有機機溶劑等等。補料分批批培養(yǎng)類類型：連續(xù)補料料非連續(xù)補補料多周期補補料，補料分批批培養(yǎng)具具有以下下優(yōu)點：：消除培養(yǎng)養(yǎng)過程中中底物的的抑制消除產(chǎn)物物的反饋饋抑制可以達到到高密度度細胞培培養(yǎng)延長次級級代謝產(chǎn)產(chǎn)物的生生產(chǎn)時間間稀釋有毒毒代謝產(chǎn)產(chǎn)物降低染菌菌和避免免遺傳不不穩(wěn)定性性(二)工工業(yè)微微生物菌菌種的擴擴大培養(yǎng)養(yǎng)菌種的擴擴大培養(yǎng)養(yǎng)目的：：為工業(yè)發(fā)發(fā)酵提供供數(shù)量巨巨大、代代謝旺盛盛的微生生物種子子(或發(fā)發(fā)酵劑)。種子的概概念：將保存在在沙土管管或冷凍凍干燥管管中處于于休眠狀狀態(tài)的母母發(fā)酵劑劑接入試試管斜面面活化后后，再經(jīng)經(jīng)過搖瓶瓶及種子子罐逐級級擴大培培養(yǎng)，最最后獲得得一定數(shù)數(shù)量和質(zhì)質(zhì)量的純純種培養(yǎng)養(yǎng)物，即即發(fā)酵工工業(yè)上通通稱的““種子””。發(fā)酵工業(yè)業(yè)上使用用的種子子必須具具備的條條件：①生長旺旺盛，活活力較高高，延遲遲期短，，接種到到發(fā)酵罐罐后能迅迅速生長長；②細胞濃濃度適宜宜，以保保證在大大型發(fā)酵酵罐中有有適當?shù)牡慕臃N量量；③生理狀狀態(tài)穩(wěn)定定；⑤生產(chǎn)能能力保持持穩(wěn)定④無雜菌菌污染；；（三）培培養(yǎng)基滅滅菌若發(fā)酵培培養(yǎng)基中中夾雜有有其他微微生物，，將導致致下列后后果：（或為什什么要對對培養(yǎng)基基滅菌））①生產(chǎn)菌與與雜菌在在培養(yǎng)基基中同時時生長，，使生產(chǎn)產(chǎn)菌喪失失生產(chǎn)能能力；②在連續(xù)續(xù)發(fā)酵過過程中，，雜菌有有時會比比生產(chǎn)菌菌生長快快，使生生物反應應器中雜雜菌占優(yōu)優(yōu)勢；③雜菌過過度生長長會污染染最終產(chǎn)產(chǎn)品，④雜菌代代謝所產(chǎn)產(chǎn)生的物物質(zhì)，使使目的產(chǎn)產(chǎn)物的分分離困難難；⑤雜菌使使目的產(chǎn)產(chǎn)物降解解。⑥發(fā)酵過過程中，，若發(fā)生生噬菌體體污染，，生產(chǎn)菌菌細胞會會發(fā)生溶溶菌現(xiàn)象象，使發(fā)發(fā)酵產(chǎn)物物的最終終產(chǎn)量或或活力大大幅度下下降。為防止和控控制雜菌污污染，實踐踐生產(chǎn)中采采取滅菌措措施有：①培養(yǎng)基滅滅菌；②發(fā)酵罐滅滅菌；③對所有與與發(fā)酵過程程有關(guān)的物物料進行滅滅菌；④發(fā)酵時保保持純種狀狀態(tài)。培養(yǎng)基的滅滅菌方法：(1)間歇歇式滅菌將配制好的的培養(yǎng)基放放在發(fā)酵罐罐或其他裝裝置中，通通入蒸汽將將培養(yǎng)基和和所用設(shè)備備一起進行行加熱滅菌菌的過程，，也稱作““實罐滅菌菌”。是中小型生生產(chǎn)廠家經(jīng)經(jīng)常采用的的一種培養(yǎng)養(yǎng)基滅菌方方法。(2)連連續(xù)滅菌配制好的培培養(yǎng)基在向向發(fā)酵罐等等培養(yǎng)裝置置輸送的同同時進行加加熱、保溫溫和冷卻而而進行的滅滅菌方式。。連續(xù)滅菌的的基本設(shè)備備有①配料預熱熱罐：②連消塔：：主要作用使使高溫蒸汽汽與液體培培養(yǎng)基迅速速接觸混合合，促使培培養(yǎng)液的溫溫度快速升升高到滅菌菌溫度(126～132℃)；③維持罐：：使培養(yǎng)液在在滅菌溫度度下保持5-7min，以以達到徹底底滅菌的目目的④冷卻管：：降低培養(yǎng)液液溫度培養(yǎng)基連續(xù)續(xù)滅菌的優(yōu)優(yōu)點：滅菌的溫度度較高，滅滅菌時間較較短培養(yǎng)基的營營養(yǎng)成分受受破壞的程程度較低提高了發(fā)酵酵罐的利用用率。培養(yǎng)基連續(xù)續(xù)滅菌的缺缺點：滅菌過程所所需的設(shè)備備較多操作較為麻麻煩雜菌污染的的機會也相相應增多。。（四）空空氣滅菌(1)空氣氣滅菌的要要求一般空氣滅滅菌要求10-3的染菌幾率率，即在1000次培養(yǎng)過過程中，只只允許一次次是由于空空氣滅菌不不徹底而造造成染菌，，使培養(yǎng)過過程失敗的的情況。發(fā)酵工業(yè)應應用的“無無菌空氣””：指通過過除菌處理理使空氣中中含菌量降降低在一個個極低的百百分數(shù)，從從而能控制制發(fā)酵污染染至極小機機會?？諝庵形⑸锏姆植疾伎諝庵械暮侩S環(huán)環(huán)境不同而而有很大差差異：一般干燥寒寒冷的北方方空氣中的的含菌量較較少，而潮潮濕溫暖的的南方則含含菌量較多多；人口稠密的的城市比人人口少的農(nóng)農(nóng)村含菌量量多；地面又比高高空的空氣氣含菌量多多。各地空氣中中所懸浮的的微生物種種類及比例例各不相同同，數(shù)量也也隨條件的的變化而異異。(2)空氣氣滅菌的方方法①加熱滅菌菌法：利用壓縮空空氣時產(chǎn)生生的熱量進進行滅菌利用壓縮熱熱進行空氣氣滅菌的流流程圖空氣進口溫溫度為21℃，出口溫度度為187~198℃，壓力為0.7MPa。②輻射殺菌菌：α-射線、X-射線、β-射線、γ-射線、紫外外線和超聲聲波等破壞壞微生物體體內(nèi)的蛋白白質(zhì)等生物物的活性物物質(zhì)，從而而達到殺菌菌效果。應用范圍通常用于無無菌室和醫(yī)醫(yī)院手術(shù)室室。缺點殺菌效率較較低，殺菌菌時間較長長。一般要要結(jié)合甲醛醛蒸汽等來來保證無菌菌室的無菌菌程度。③靜電除菌菌：懸浮于空氣氣中的微生生物大多帶帶有不同的的電荷，因因此，可以以利用靜電電引力吸附附帶電粒子子達到除塵塵滅菌的目目的。近幾年來，，靜電除菌菌方法已被被一些工廠廠用來除去去空氣中的的水霧、油油霧、塵埃埃和微生物物。靜電除菌有有一定的局局限性，因為一些些直徑較小小的顆粒帶帶電荷很少少，所以當當產(chǎn)生的引引力小于或或等于氣流流對微粒的的拉動力時時，則微粒粒就不能被被吸附而沉沉降。對很小的微微粒來說，，靜電除塵塵滅菌的效效果是有限限的。④介質(zhì)過濾濾除菌法：：是利利用用過過濾濾介介質(zhì)質(zhì)阻阻截截空空氣氣中中所所含含的的微微生生物物而而獲獲得得無無菌菌空空氣氣的的除除菌菌方方法法。。目目前前，，該該方方法法是是廣廣泛泛應應用用。。濾材材孔潔凈氣體含微生物的氣體(2)空空氣氣過過濾濾除除菌菌介介質(zhì)質(zhì)的的選選擇擇①空空氣氣過過濾濾除除菌菌原原理理：：當空空氣氣經(jīng)經(jīng)過過過過濾濾介介質(zhì)質(zhì)時時，，層層層層的的濾濾層層纖纖維維會會迫迫使使空空氣氣在在流流動動過過程程中中無無數(shù)數(shù)次次地地改改變變流流速速大大小小和和方方向向，，從從而而導導致致微微生生物物微微粒粒與與濾濾層層纖纖維維間間產(chǎn)產(chǎn)生生撞撞擊擊、、攔攔截截、、布布朗朗擴擴散散、、重重力力及及靜靜電電引引力力等等作作用用，，從從而而把把微微生生物物微微粒粒截截留留、、捕捕集集在在纖纖維維表表面面上上，，達達到到過過濾濾除除菌菌的的目目的的。。②空空氣氣過過濾濾除除菌菌的的介介質(zhì)質(zhì)：：纖維維狀狀物物或或顆顆粒粒狀狀物物:主要要指指脫脫脂脂棉棉、、無無堿堿玻玻璃璃纖纖維維和和活活性性炭炭等等材材料料。。過濾濾紙紙：：主要要指指玻玻璃璃纖纖維維紙紙，，厚厚度度約約為為0.25～～0.40mm，，孔徑徑約約為為1.00-1.50μμm微孔孔濾濾膜膜：孔徑徑小小于于0.50μμm，，甚至至小小于于0.1μμm，，因而而能能將將空空氣氣中中的的細細菌菌絕絕對對過過濾濾掉掉。。這這類類過過濾濾介介質(zhì)質(zhì)主主要要用用于于濾濾除除空空氣氣中中的的細細菌菌和和塵塵埃埃，，所所以以濾濾后后空空氣氣的的質(zhì)質(zhì)量量較較易易控控制制。。(3)空空氣氣過過濾濾除除菌菌工工藝藝流流程程兩級級冷冷卻卻和和加加熱熱除除菌菌流流程程是是一一個個比比較較完完善善的的空空氣氣除除菌菌流流程程工工藝藝。該流流程程的的特特點點是是兩兩次次冷冷卻卻，，兩兩次次分分離離和和適適當當加加熱熱；；優(yōu)優(yōu)點點是是能能提提高高傳傳熱熱系系數(shù)數(shù)，，節(jié)節(jié)約約冷冷卻卻用用水水，，油油水水分分離離得得比比較較完完全全。。(4)空空氣氣的的預預處處理理空氣氣預預處處理理的的目目的的：：一是是提提高高壓壓縮縮前前空空氣氣的的潔潔凈凈度度；；二是是去去除除壓壓縮縮后后空空氣氣中中所所帶帶的的油油和和水水。。氣體體預預過過濾濾器器外外殼殼圖圖①空空氣氣粗粗過過濾濾：：通常常采采用用布布袋袋過過濾濾器器、、填填料料過過濾濾器器、、油油浴浴洗洗滌滌和和水水霧霧除除塵塵裝裝置置等等作作為為粗粗過過濾濾設(shè)設(shè)備備。。②空空氣氣壓壓縮縮和和壓壓縮縮空空氣氣的的冷冷卻卻：：③壓壓縮縮空空氣氣的的除除水水除除油油。。(5)提提高高過過濾濾除除菌菌效效率率的的主主要要措措施施①減減少少進進口口空空氣氣的的含含菌菌數(shù)數(shù)②設(shè)設(shè)計計和和安安裝裝合合理理的的空空氣氣過過濾濾器器，，選選用用除除菌菌效效率率較較高高的的過過濾濾介介質(zhì)質(zhì)③采用用合合理理的的空空氣氣預預處處理理設(shè)設(shè)備備，，以以達達到到較較好好的的除除油油、、水水和和雜雜質(zhì)質(zhì)的的目目的的。。④空氣進入過過濾器之前前應進行干干燥處理，，以保證過過濾介質(zhì)正正常工作。。（五）氧的供需與與傳遞1、細胞對氧氧的需求（1）臨界界溶氧濃度度：如果培養(yǎng)基基中不存在在其他限制制性基質(zhì)時時，影響好好氧性微生生物生長繁繁殖的最低低溶解氧濃濃度稱為臨臨界溶氧濃濃度。雖然氧氣在在培養(yǎng)液中中的溶解度度很低，但但培養(yǎng)過程程中并不需需要使溶解解氧濃度達達到飽和值值，而只要要超過某一一臨界溶氧氧濃度后，，細胞的呼呼吸生長就就不會受到到抑制。一般來說，，微生物的的臨界溶氧氧濃度大約約為其飽和和濃度的1％一25％。保持溶溶解氧氧濃度度高于于臨界界溶氧氧濃度度就可可以滿滿足微微生物物的最最大需需氧量量，從而而獲得得最高高的微微生物物細胞胞產(chǎn)量量。細胞對對氧的的利用用情況況也可可用攝攝氧率率來反反映。。攝氧率率：單單位體體積培培養(yǎng)液液在單單位時時間內(nèi)內(nèi)消耗耗氧的的含量量(mmolO2/L.s)。（2））攝氧氧率：：影響攝氧率率的因因素培養(yǎng)液液中基基質(zhì)濃濃度培養(yǎng)時時間細胞濃濃度（3））溶解解氧濃濃度與與細胞胞代謝謝產(chǎn)物物溶解氧氧濃度度對細細胞生生長和和產(chǎn)物物生成成的影影響可可能是是不同同的。。溶解氧氧水平平越高高并不不一定定有利利于產(chǎn)產(chǎn)物的的生成成；同同樣，，細胞胞生長長的最最佳氧氧濃度度不一一定就就是生生成產(chǎn)產(chǎn)物的的最佳佳氧濃濃度。。Hirose和Shibai(1980)研究了了黃色色短桿桿菌代代謝生生產(chǎn)氨氨基酸酸時的的溶解解氧濃濃度，，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)提高高溶解解氧濃濃度不不利于于亮氨氨酸、、纈氨氨酸和和苯丙丙氨酸酸的生生產(chǎn)，，但有有利于于脯氨氨酸、、谷氨氨酸、、谷胱胱甘肽肽、賴賴氨酸酸、蘇蘇氨酸酸和異異亮氨氨酸的的生產(chǎn)產(chǎn)。這是因因為苯苯丙氨氨酸、、纈氨氨酸和和亮氨氨酸是是通過過糖酵酵解中中間產(chǎn)產(chǎn)物丙丙酮酸酸和磷磷酸烯烯醇式式丙酮酮酸而而形成成的，，而谷谷氨酸酸和天天門冬冬氨酸酸的生生物合合成來來源于于三羧羧酸循循環(huán)。。供氧氧充分分時，，三羧羧酸循循環(huán)的的中間間產(chǎn)物物豐富富，因因此谷谷氨酸酸和天天門冬冬氨酸酸的產(chǎn)產(chǎn)量就就高；；供氧氧不足足時，，因糖糖代謝謝受阻阻，所所以有有利于于苯丙丙氨酸酸和纈纈氨酸酸的生生產(chǎn)。。2、氧傳傳遞系數(shù)數(shù)測定現(xiàn)代發(fā)酵酵工程研研究表明明，空氣氣中的氧氧氣進入入細胞內(nèi)內(nèi)分三個個步驟:氧轉(zhuǎn)移到到發(fā)酵液液溶解的氧氧分子通通過發(fā)酵酵液進入入微生物物細胞細胞吸收收溶解氧氧。氧從空氣氣泡(氣氣相)進進入液體體(液相相)的傳傳遞速率率即氧的傳遞遞速率.可以表示示為方程程：dCL/dt=KLa（C*-CL）式中：CL為發(fā)酵液液中的溶溶氧濃度度(mmol/L)；t為時間（（h），dCL/dt為單位時時間內(nèi)的的氧濃度度變化，，即氧傳傳遞速率率[mmol/(L.h)]；KL為氧傳遞遞系數(shù)(m/h)；a為單位體體積液體體的氣/液界面面積比，，或稱比比表面積積(m2/m3)；C*為飽和溶溶氧濃度度(mmol/L)。KL可以認為為是氧從從氣體進進入液體體的傳遞遞阻力的的倒數(shù)；；氧傳遞系系數(shù)的測測定方法法主要有有亞硫酸鹽鹽氧化法法、極譜譜法、物物料衡算算法、動動態(tài)法、、排氣法法和復膜膜電極法法等。3、增加加溶氧的的工藝措措施（1）改改變通氣氣速率(增大通通風量)（2）改改變攪拌拌速度（3）改改變氣體體組成中中的氧分分壓（4）改改變罐壓壓（5）改改變發(fā)酵酵液的理理化性質(zhì)質(zhì)（6）加加入中間間傳氧介介質(zhì)第三部分分發(fā)酵過程程控制一、發(fā)酵酵過程控控制的基基本原則則發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)過程的的主要目目的：是獲得最大大產(chǎn)量和和最佳質(zhì)質(zhì)量的發(fā)發(fā)酵產(chǎn)物物.最優(yōu)化控控制的目目標:首先是得得到最大大量的發(fā)發(fā)酵產(chǎn)物物，其次次是最短短的生產(chǎn)產(chǎn)周期和和由此獲獲得的最最佳經(jīng)濟濟效益。。影響發(fā)酵酵產(chǎn)物生生產(chǎn)的因因素:營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)的濃度度、種類類、比例例溶解氧濃濃度氧化還原原電位CO2發(fā)酵液黏黏度溫度pH值泡沫酶和代謝謝產(chǎn)物此外，還還包括菌菌體濃度度、生長長速率、、死亡速速率、細細胞狀態(tài)態(tài)等生物物學因素素。二、溫度對發(fā)酵過過程的影影響及其其控制1、溫度度對微生生物的影影響：高溫會使使微生物物細胞內(nèi)內(nèi)的蛋白白質(zhì)發(fā)生生變性或或凝固，，破壞微微生物細細胞內(nèi)的的酶活性性，從而而殺死微微生物。。溫度越越高，微微生物的的死亡越越快。低溫能抑抑制微生生物的生生長。各種微生生物都有有一個最最適的生生長溫度度范圍，，在此范范圍內(nèi)，，微生物物的生長長最快。。2、溫度度與酶反反應在一定范圍圍內(nèi),溫度越高高，酶反反應速度度越快，，微生物物細胞生生長代謝謝速率加加快，產(chǎn)產(chǎn)物提前前生成；；但因為酶酶本身很很容易因因熱的作作用而失失活，溫溫度越高高，酶的的失活也也越快，，表現(xiàn)出出微生物物細胞容容易衰老老，使發(fā)發(fā)酵周期期縮短，，從而影影響發(fā)酵酵過程最最終產(chǎn)物物的產(chǎn)量量。3、溫度度與培養(yǎng)養(yǎng)液的物物理性質(zhì)質(zhì)改變培養(yǎng)養(yǎng)液的物物理性質(zhì)質(zhì)會影響響到微生生物細胞胞的生長長。例如如，溫度度通過影影響氧在在培養(yǎng)液液中的溶溶解濃度度、氧傳傳遞速度度等，而而影響到到整個發(fā)發(fā)酵過程程。4、溫度度與代謝謝產(chǎn)物的的生物合合成方向向在四環(huán)素素的發(fā)酵酵過程中中，金色色鏈霉菌菌同時代代謝產(chǎn)生生四環(huán)素和和金霉素素，當溫度度低于30℃時，金色色鏈霉菌菌合成金霉素的能力較較強，隨隨著溫度度的升高高，合成成四環(huán)素素的能力力也逐漸漸增強，，當溫度度提高到到35℃時時，則只合合成四環(huán)素，而金霉霉素的合合成幾乎乎處于停停止狀態(tài)態(tài)。5、同一一菌株，，其細胞胞生長和和代謝產(chǎn)產(chǎn)物積累累的最適適溫度往往往不同同例如，黑黑曲酶的的最適生生長溫度度為37℃，產(chǎn)產(chǎn)生糖化化酶和檸檸檬酸的的最適溫溫度是32-34℃；；谷氨酸酸生產(chǎn)菌菌生長的的最適溫溫度為30-32℃,產(chǎn)生谷氨氨酸的最最適溫度度是34-37℃。三、pH值對發(fā)酵過過程的影影響及其其控制（一）pH值對發(fā)酵酵過程的的影響大多數(shù)細細菌的最最適pH值為6.5～7.5，霉菌的的最適pH值為4.0～5.8，酵母菌菌的最適適pH值為3.8～6.0，放線菌菌的最適適pH值為6.5～8.0。例如，黑曲霉在在pH值2-3的情況下下，發(fā)酵酵過程形形成的產(chǎn)產(chǎn)物是檸檬酸，而在pH值接近中性時，卻生成成草酸。又如，啤啤酒酵母母菌的最最適生長長pH值為4.5～5.0，此時，，發(fā)酵產(chǎn)產(chǎn)物是酒酒精；但但當pH大于7.5時，發(fā)酵酵產(chǎn)物除除酒精外外，還有有醋酸和和甘油。。微生物生生長的最最適pH值和發(fā)酵酵產(chǎn)物形形成的最最適pH值往往是是不同的的。例如，青青霉素生生產(chǎn)菌生生長的最最適pH值為6.5～7.2，而青霉霉素合成成的最適適pH值卻為6.2～6.3；（二）發(fā)發(fā)酵過程程中pH值的變化化情況一般，發(fā)發(fā)酵過程程中若消消耗堿性性物質(zhì)或或生成酸酸性物質(zhì)質(zhì)都會引引起發(fā)酵酵液的pH值下降。發(fā)酵液pH下降的主主要原因因：①培養(yǎng)基基中的碳碳/氮比例不不當，碳碳源過多多②消泡油油加得過過多；③微生物物生理酸酸性物質(zhì)質(zhì)的存在在發(fā)酵過程程中若消消耗酸性性物質(zhì)或或生成堿堿性物質(zhì)質(zhì)都會引引起發(fā)酵酵液的pH值上升.發(fā)酵液pH值上升的的主要原原因：①培養(yǎng)基基中的碳碳/氮比例失失衡，氮氮源過多多②存在生生理堿性性物質(zhì)；；③中間補補料時，，氨水或或尿素等等堿性物物質(zhì)加入入過多（三）發(fā)酵過程程中pH值的控制制采用的方方法：(1)調(diào)節(jié)培養(yǎng)養(yǎng)基的起起始pH值，或加入入緩沖溶溶液(如磷酸鹽鹽)或盡量使使鹽類和和碳源的的配比平平衡(2)在發(fā)酵過過程中及時加入入弱酸或或弱堿來調(diào)節(jié)pH值(3)可及時補料料調(diào)節(jié)pH值(4)采用生理理酸性鹽鹽作為氮氮源時，，向培養(yǎng)養(yǎng)液中加加入碳酸酸鈣可以以調(diào)節(jié)pH值(5)可用流加加氨水或或尿素的的方法來來調(diào)節(jié)發(fā)發(fā)酵過程程中pH值的變化化四、泡沫對發(fā)酵過程程的影響和和控制（一）泡沫沫的形成及及其對發(fā)酵酵過程的影影響發(fā)酵過程中中產(chǎn)生泡沫沫的原因：：①外界引進進的氣流被被機械地分分散形成泡泡沫；②發(fā)酵過程程中產(chǎn)生的的氣體聚結(jié)結(jié)形成的發(fā)發(fā)酵泡沫。。過多的持久久性泡沫會會給發(fā)酵過過程造成不不利的影響響，主要表表現(xiàn)在：①使發(fā)酵罐罐的裝填系系數(shù)減少；；②造成大量量逃液，導導致產(chǎn)物的的損失；③泡沫“頂頂罐”，有有可能使培培養(yǎng)基從攪攪拌軸處滲滲出，增加加了染菌的的機會；④由于泡沫沫的液位變變動，以及及不同生長長周期微生生物隨泡沫沫漂浮或黏黏附在罐蓋蓋或罐壁上上，使微生生物生長的的環(huán)境發(fā)生生改變，使使微生物群群體的非均均一性增加加；⑤影響通氣氣攪拌的正正常進行，，妨礙微生生物的呼吸吸，造成發(fā)發(fā)酵異常，，導致最終終產(chǎn)物產(chǎn)量量下降；⑥使微生物物菌體提早早自溶，這這一過程的的發(fā)展又會會促使更多多的泡沫生生成；⑦消泡劑的的加入，會會給最終產(chǎn)產(chǎn)物的提取取帶來困難難。（二）發(fā)發(fā)酵過程中中泡沫的消消除與控制制發(fā)酵過程中中消除和控控制泡沫的的主要措施施：(1)化學消泡法法：優(yōu)點：來源廣泛，，消泡效果果好作用迅速可可靠，效率率高，用量量少不僅僅適適用用于于大大規(guī)規(guī)模模發(fā)發(fā)酵酵生生產(chǎn)產(chǎn)，，同同時時也也適適用用于于小小規(guī)規(guī)模模的的發(fā)發(fā)酵酵實實驗驗。?；瘜W學消消泡泡劑劑一一般般應應具具備備的的特特點點：：①是是表表面面活活性性劑劑，，具具有有較較低低的的表表面面張張力力，，消消泡泡作作用用迅迅速速有有效效②具具有有一一定定的的親親水水性性③在在水水中中的的溶溶解解度度較較小小④對對人人、、畜畜及及微微生生物物細細胞胞無無毒毒性性，，不不影影響響產(chǎn)產(chǎn)物物的的提提取取分分離離和和產(chǎn)產(chǎn)品品的的質(zhì)質(zhì)量量；；⑤不不影影響響氧氧在在培培養(yǎng)養(yǎng)液液中中的的溶溶解解和和傳傳遞遞；；⑥來來源源方方便便，，價價格格便便宜宜。。常用用的的化化學學消消泡泡劑劑主主要要有有：：天然然油油脂脂(玉米米油油、、米米糠糠油油、、豆豆油油、、菜菜油油、、棉棉子子油油及及魚魚油油、、豬豬油油等等)高級級醇醇類類(聚二二醇醇和和十十八八醇醇)脂肪肪酸酸和和聚聚醚醚類類(聚氧氧丙丙烯烯甘甘油油和和丙丙烯烯甘甘油油)硅酮酮類類(聚二二甲甲基基硅硅氧氧烷烷及及其其衍衍生生物物)氟化化烷烷烴烴優(yōu)點點：：不需需要要在在發(fā)發(fā)酵酵液液中中添添加加任任何何其其他他物物質(zhì)質(zhì)，，減減少少了了由由于于加加入入消消泡泡劑劑所所引引起起的的染染菌菌機機會會和和對對產(chǎn)產(chǎn)物物分分離離工工藝藝的的影影響響。。缺點點：：效果果不不如如化化學學消消泡泡迅迅速速、、可可靠靠，，還還需需要要配配備備一一定定的的設(shè)設(shè)備備和和消消耗耗一一定定的的動動力力，，不不能能從從根根本本上上消消除除引引起起泡泡沫沫的的因因素素。。(2)機械械消消泡泡法法：：五、、流流加加補補料料的的控控制制流加加補補料料概概念念：：在發(fā)發(fā)酵酵過過程程中中補補充充某某些些營營養(yǎng)養(yǎng)成成分分以以維維持持生生產(chǎn)產(chǎn)菌菌株株的的代代謝謝活活動動和和產(chǎn)產(chǎn)物物合合成成。。流加補補料的的物質(zhì)質(zhì)：可分為為碳源源、氮氮源、、微量量元素素和無無機鹽鹽以及及誘導導底物物等。。（一））流加加補料料的內(nèi)內(nèi)容和和原則則原則：：有效控控制微微生物物的中中間代代謝過過程，，使之之向著著有利利于產(chǎn)產(chǎn)物積積累的的方向向發(fā)展展。第二節(jié)節(jié)發(fā)發(fā)酵工工程在在食品品工業(yè)業(yè)中的的應用一、發(fā)發(fā)酵酵法生生產(chǎn)單單細胞胞蛋白白單細胞胞蛋白白(SCP)概念：指適用用于食食品和和動物物飼料料應用用的微微生物物細胞胞，包包括酵酵母菌菌、細細菌、、霉菌菌和高高等真真菌。。這些微微生物物大多多數(shù)是是富含含蛋白白質(zhì)的的單細細胞生生物，，可以以認為為是單單細胞胞蛋白白質(zhì)的的重要要來源源。（1）細胞胞蛋白白質(zhì)含含量高高達50%以上，，含有有多種種氨基基酸、、維生生素、、礦物物質(zhì)、、粗脂脂肪等等營養(yǎng)養(yǎng)成分分，易易于消消化吸吸收。。（2）微生生物生生長繁繁殖快快，短短時間間可獲獲得大大量產(chǎn)產(chǎn)品。。應用微微生物物生產(chǎn)產(chǎn)單細細胞蛋蛋白的的優(yōu)點點：利用微微生物物發(fā)酵酵技術(shù)術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)單細細胞蛋蛋白具具有較高的的生產(chǎn)產(chǎn)率。。因為單單細胞胞蛋白白依賴賴于微微生物物菌體體生物物量的的累積積，其其富集集蛋白白質(zhì)的的能力力要比比動、、植物物快得得多。。豬和牛牛的體體重倍倍增時時間分分別為為4～6周、1—2個月，，植物物體重重倍增增時間間為l一2周，而而細菌菌、酵酵母等等微生生物僅僅需20～120min。1頭500kg的母牛牛每天天能產(chǎn)產(chǎn)蛋白白質(zhì)約約0.4kg。500kg酵母每每天至至少生生產(chǎn)5000kg蛋白質(zhì)質(zhì)。在在實際際的工工業(yè)發(fā)發(fā)酵罐罐中，，酵母母能夠夠生產(chǎn)產(chǎn)出數(shù)數(shù)噸蛋蛋白質(zhì)質(zhì)，生生產(chǎn)率率高達達2-4kg／(h.m3培養(yǎng)液液)。（3）微生生物對對營養(yǎng)養(yǎng)要求求適應應性強強，可可利用用多種種廉價價原料料進行行生產(chǎn)產(chǎn)。（4）微生生物的的生長長條件件可人人為控控制，，可工工廠化化生產(chǎn)產(chǎn)。生產(chǎn)單單細胞胞蛋白白的主主要原原料（1）工農(nóng)農(nóng)業(yè)生生產(chǎn)的的廢棄棄物和和下腳腳料。。（2）碳水水化合合物類類（3）碳氫氫化合合物類類（4）石油油產(chǎn)品品類（5）無機機氣體體類各種化化學成成分的的含量量因微微生物物的種種類、、菌齡齡、培培養(yǎng)基基組成成、培培養(yǎng)條條件等等不同同而有有較大大差異異。例如，，啤酒酒酵母母除含含豐富富的優(yōu)優(yōu)質(zhì)蛋蛋白外外，還還含有有較豐豐富的的維生生素D和B族維生素素及Ca、Fe、Zn、K、P、Na等必需微微量元素素，因此此，它可可視為一一種理想想的蛋白白質(zhì)資源源。一般工業(yè)業(yè)上生產(chǎn)產(chǎn)單細胞蛋蛋白的微生物物是酵母，主要有有釀酒酵酵母、產(chǎn)產(chǎn)朊假絲絲酵母(或稱圓酵酵母)和脆壁克克魯維酵酵母(或稱乳清清酵母)。（一）利利用酵母母菌生產(chǎn)產(chǎn)單細胞胞蛋白SCP生產(chǎn)的概概略流程程圖烷烴類原原料生產(chǎn)產(chǎn)SCPZobell(1946年)提出酵母母菌利用用碳氫化化合物有有四個特特點：1、脂肪族族化合物物比芳香香族化合合物易于于利用；；2、長鏈脂脂肪族化化合物與與短鏈脂脂肪族化化合物相相比更易易于降解解；3、不飽和和烷烴比比飽和烷烷烴易于于降解；；4、支鏈烷烷烴較直直鏈烷烴烴更易被被酵母菌菌利用和和同化。。微生物同同化烷烴烴的步驟驟是細胞胞吸收外外源烷烴烴，然后后將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運到細細胞內(nèi)，，烷烴進進行初始始氧化。。主要有兩兩條代謝謝烷烴的的途徑，，即末端端氧化和和亞末端端氧化途途徑。前前者，烷烷烴的末末端甲基基(1個或者2個)被氧化，，最后形形成相應應的脂肪肪酸。酵酵母菌主主要以單單末端氧氧化途徑徑。單末末端氧化化途徑可可簡單示示意如下下：R-CH3→R-CH2OH→R-CHO→R-COOH↓β-氧化作用用以淀粉質(zhì)質(zhì)原料生生產(chǎn)SCP以淀粉質(zhì)質(zhì)原料生生產(chǎn)SCP主要有三三條途徑徑：①在化學學分解或或酶解底底物基礎(chǔ)礎(chǔ)上培養(yǎng)養(yǎng)SCP生產(chǎn)酵母母菌；②將對淀淀粉分解解活力高高的霉菌菌與快速速生長的的酵母菌菌混合培培養(yǎng)；③單獨培培養(yǎng)能夠夠同化淀淀粉的生生產(chǎn)菌株株。以木薯為為原料采采用深層層發(fā)酵法法生產(chǎn)SCP的流程圖圖在SCP生產(chǎn)中，，發(fā)酵過程程必須控控制溫度度以利于于菌體的的大量增增殖、生生長。可以通通過發(fā)酵酵罐內(nèi)部部的冷卻卻表面散散發(fā)培養(yǎng)養(yǎng)液的熱熱量，當當然也可可以在罐罐外通過過熱交換換器來降降低培養(yǎng)養(yǎng)液的溫溫度。以甘薯、、木薯、、玉米等等淀粉質(zhì)質(zhì)原料發(fā)發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)SCP得率一般般可超過過50％，即2t原料可生生產(chǎn)出1t多蛋白含含量超過過50％的產(chǎn)物物。每升升發(fā)酵液液中生物物量約為為37～40g。瑞典糖業(yè)業(yè)有限公公司在1973年便利用用土豆加加工的廢廢渣以混混合培養(yǎng)養(yǎng)方法生生產(chǎn)飼料料SCP。糖蜜原料料生產(chǎn)SCP糖蜜是制制糖工業(yè)業(yè)的主要要副產(chǎn)品品。甜菜菜、甘蔗蔗糖蜜中中含有多多種可利利用成分分，是綜綜合利用用發(fā)酵生生產(chǎn)酵母母、酒精精、核苷苷酸等產(chǎn)產(chǎn)品的寶寶貴資源源，而且且特別適適用于SCP生產(chǎn)。以糖蜜為為原料生生產(chǎn)SCP多采用液液體深層層發(fā)酵法法。發(fā)酵前，，應先采采用化學學、機械械或兩者者結(jié)合的的方法對對糖蜜進進行澄清清和滅菌菌處理。。向糖蜜蜜中添加加新鮮石石灰乳和和磷酸，，形成磷磷酸鈣，，靜置后后過濾或或離心除除去這些些沉淀即即有澄清清效果。。也可先先用H2SO4調(diào)節(jié)糖蜜蜜pH，再依次次加入NH3、鋁鹽、、果膠和和鋅鹽進進行澄清清。過濾濾材料可可選擇石石棉砂和和纖維素素等。經(jīng)經(jīng)機械離離心獲得得的澄清清糖蜜，，可以加加熱至130-140℃殺菌。經(jīng)過預處處理的糖糖蜜用于于酵母發(fā)發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)，可以以提高產(chǎn)產(chǎn)量以及及酵母產(chǎn)產(chǎn)品的純純度，同同時熱交交換器等等設(shè)備表表面鹽類類物質(zhì)沉沉積量減減少，有有利于降降低生產(chǎn)產(chǎn)成本。。纖維素類類原料生生產(chǎn)SCP有三條路線線：一是預處處理-酶解二是酸解解三是混合合發(fā)酵法法生產(chǎn)SCP時必須采采用適當當工藝對對原料進進行預處處理。纖維素酶酶分解天天然纖維維的先決決條件是是酶與纖纖維素相相互接觸觸，形成成復合物物，但天天然纖維維的纖維維素和其其它主要要成分不不溶于水水，并且且在細胞胞壁中排排列成緊緊密的復復合結(jié)構(gòu)構(gòu)，因此此，必須須設(shè)法使使纖維素素酶分子子擴散到到細胞壁壁內(nèi)，纖纖維素分分子的表表面才能能使之相相互接觸觸并進行行反應。。結(jié)晶度度越高，，纖維表表面積越越小，酶酶解越困困難。另另外，纖纖維素原原料中的的木質(zhì)素素會阻礙礙酶與纖纖維素接接觸，是是影響酶酶反應敏敏感性的的另一重重要因素素。采用用球球磨磨、、高高壓壓蒸蒸煮煮、、電電子子射射線線照照射射、、γ-射線線照照射射、、膨膨化化處處理理等等方方法法，，使使高高結(jié)結(jié)晶晶度度纖纖維維素素軟軟化化，，破破壞壞纖纖維維結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，以以利利于于酶酶解解，，但但這這些些預預處處理理方方法法能能耗耗大大、、成成本本高高，，使使應應用用受受到到限限制制。。預處處理理后后的的纖纖維維性性原原料料經(jīng)經(jīng)冷冷卻卻后后即即可可進進行行酶酶解解。。纖纖維維素素酶酶系系由由三三種種不不同同性性質(zhì)質(zhì)的的酶酶組組成成：：纖纖維維素素酶酶外外切切酶酶、、纖纖維維二二糖糖酶酶和和葡葡萄萄糖糖苷苷酶酶。。三三種種酶酶協(xié)協(xié)同同作作用用，，可可將將纖纖維維素素水水解解為為葡葡萄萄糖糖，，即即可可作作為為SCP生產(chǎn)產(chǎn)的的碳碳源源。。二、、高高活活性性干干酵酵母母的的生生產(chǎn)產(chǎn)細胞胞含含量量超超過過200億cfu／g.含水水量量小小于于6％的的活活性性干干酵酵母母被被稱稱為為高活活性性干干酵酵母母。高活活性性干干酵酵母母具具有有含含水水量量低低、、復復水水快快、、貯貯藏藏時時間間長長、、使使用用方方便便等等優(yōu)優(yōu)點點。。（一一））高高活活性性干干酵酵母母（（簡簡稱稱HADY）活性性干干酵酵母母有有兩兩個個基基本本特特征征：：一是是常常溫溫下下長長期期貯貯存存而而不不失失去去活活性性.二是是將將活活性性干干酵酵母母在在一一定定條條件件下下復復水水活活化化后后.即恢恢復復成成自自然然狀狀態(tài)態(tài)并并具具有有正正常常酵酵母母活活性性的的細細胞胞。。把含水分70％～73％新鮮活性性酵母經(jīng)過過連續(xù)流化化床干燥裝裝置烘干為為含水分4％～6％的HADY成品?；钚愿山湍改干a(chǎn)過程程菌種配制→→發(fā)酵→分分離→過濾濾→干燥→→真空包裝裝→貯存發(fā)酵主要原原材料為糖糖蜜。高活性干酵酵母的種類類1、高活性干干面包酵母母2、酒精生產(chǎn)產(chǎn)、釀酒用用的高活性性干酵母3、制造酵母母抽提物的的高活性干干酵母酵母抽提物物即酵母精精，由于其其細胞內(nèi)含含有核糖核核酸及其加加工后的水水解產(chǎn)物(腺嘌呤核苷苷酸、鳥嘌嘌呤核苷酸酸，胞嘧啶啶核苷酸，