第九章 发酵产品举例

在低微浓度下有选
择性地抑制或杀灭 其他微生物或肿瘤 细胞的有机物。
microorganisms or of
destroying them.
1. 概
历史 • • •
述
Introduction
History
• Penicillin was discovered by Fleming in 1929.
1929年，英国弗莱
Master cell bank Working cell bank
Secondary Primary Lab fermentor shake flask shake flask evaluation Strain Agar plate Evaluation evaluation Production 出发菌株 平板技术 different media 摇瓶培养 Condition 二级摇瓶培养 小型发酵罐 6000 各种培养基 模拟生产条件
lawn of test bacteria 测试菌苔 filter papers soaked with test compounds 含药物滤纸
agar plate 琼脂培养基
zones of inhibition (no growth) 抑菌圈
Agar diffusion assay
3. 抗生素生产菌改良 Strain Improvement
明发现青霉素
二战期间，大规模
• World War II, fermented
in large-scale
发酵生产
世界上最早用于临 床的抗菌素
• The first major antibiotic
to be commercialized
分
类
Classification
根据抗生素的作用机制分类 (Modes of Action of Antibiotics)
1. 概述
1. Introduction
2. Research in Lab
2. 生产前期研究
3. 生产菌改良 4. 生产工艺过程 5. 发酵条件的控制 6. 提取和精制
3. Strain mprovement
4. Production processing 5. Fermentation control 6. Isolation & purification
（二）啤酒酵母的培养特征
麦芽汁固体培养，菌落呈乳白色，不透明，有光泽，表 面光滑湿润，边缘略呈锯齿状；随培养时间延长，菌落 颜色变暗，失去光泽。麦芽汁液体培养，表面产生泡沫， 液体变混，培养后期菌体悬浮在液面上形成酵母泡盖。 因此而称上面酵母。
（三）啤酒酵母的生理生化特性
化能异养型，能发酵葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽 糖和麦芽三糖以及1/3的棉子糖，不发酵蜜二糖、乳糖和 甘油醛，也不发酵淀粉、纤维素等多糖。不分解蛋白质， 可同化氨基酸和氨态氮，不同化硝酸盐。
第九章 发酵产品举例
§1 啤酒生产
• 我国啤酒的正规化生产，起源于十九世纪末。五六十年 代，随着国家的经济的复苏和人民生活的改善，政府斥 资兴建了一批啤酒厂，使我国的啤酒生产业初具规模。 至八十年代，我国经济快速增长，啤酒产业也得了空前 的发展，并迅速成为了一个啤酒大国。
早期的啤酒生产，设备落后，且监控过程大多采用人工 方式，再加上啤酒生产的长时性特点，使人工任务量过 大，很容易出现质量问题。后期虽然开始启用一些控制 设备，但多数存在控制过程简单，可视性差，生产过程 数据不能进行有效地保存分析，控制精度和灵活性也欠 佳。随着近些年来计算机的迅速普及，监控组态软件技 术的日益成熟，人们开始运用组态软件进行啤酒生产过 程自动化控制，避免了人为操作的失误，具有足够的灵 活性，控制过程精度也有了很大的进步。
•
多
肽
类 (polymyxin) ：
多粘菌素
2．生产前期研究 Research in Lab
• • • • • 产生菌的筛选 抗菌性试验 提取、精制、鉴定 毒性试验 药理和临床试验
• Screening of a strain
• Antimicrobial trial
• Isolation, purification and identification • Toxicological trial • Medicinal & clinical trial
1. 概
抗生素
述
Introduction Antibiotics
Any organic substances produced by various organisms that have the power of arresting the growth of other
是生物在其生产活动过
程中所产生，并能
根据抗生素的化学结构分类
• β-内酰胺类 (β-lactam)： 青霉素类 (penicillins)
头孢菌素类
氨基糖苷类 (aminoglycosides) ： 链霉素、庆大霉素
•
•
大环内酯类 (macrolides) ：
四 环 类 (tetracyclines) ：
红霉素、麦迪加霉素
四环素、土霉素
落泡期：发酵5～6d后，泡沫开始回缩，颜色变深，称为落泡期。
此时需开动冰水逐渐降温，维持2d。 泡盖形成期：发酵7～8d后，泡沫消退，形成泡盖（由酒花树脂、 蛋白质多酚复合物、泡沫和死酵母构成），称为泡盖形成期。此时应 急剧降温至4～5℃，使酵母沉降，并打捞泡盖、回收酵母，结束主发 酵。
③ 后发酵。后发酵的主要作用是使残糖继续发酵，
② 主发酵。主发酵也称前发酵，可分为四个时期：
起泡期：入发酵池（罐）后4～5h，酵母菌产生的CO2使麦芽汁饱 和，在麦芽汁表面出现白色、乳脂状气泡，称为起泡期。此时不需人 工降温，保持2～3d。 高泡期：随着发酵的进行，酵母菌厌氧代谢旺盛，使泡沫层加厚， 温度升高，发酵进入高泡期。此时需开动冰水人工降温，最高发酵温 度不超过9℃，保持2～3d。
二．啤酒酵母的扩大培养
1、工艺流程。 斜面原种→活化（25℃ 1～2d）→2个100mL富士瓶(25℃ 1～ 2d)→2个1000mL巴士瓶(25℃1～2d)→2个10L卡氏罐(25℃1～2d) →200L汉森式种母罐(15℃ 1～2d)→2t扩大罐(10℃ 1～2d)→10t繁殖 槽→(8℃ 1～2d)→主发酵。 2、技术要点。 ① 温度控制。培养初期，采用酵母菌最适生长温度25℃培养， 之后每扩大培养1次，温度均有所降低，使酵母菌逐步适应低温发酵 的要求。 ② 接种时间。每次扩大培养均采用对数生长期后期的种子液接 种，一般泡沫达到最高将要回落时为对数生长期。 ③ 注意及时通风供氧。从斜面原种至卡氏罐为实验室扩大培养 阶段，应注意每天定时摇动容器，达到供氧目的；从汉森罐至酵母 繁殖槽为生产现场扩大培养阶段，应定时通入无菌压缩空气供氧。
扩培实例步骤
• ①用20L卡氏罐两个,保证干净无菌状态下,内有实验室的 扩培液,接种到500L种子罐，这一步接种倍数大约在10～15 倍 ②在种子罐中在15~18℃培养两天,以扩大培养倍数在6～8 倍，接种到3KL增殖罐中，在15～16℃培养两天 ③扩大倍数在5～6倍，接种到15KL增殖罐中，在11～13℃ 培养两天 ③扩大倍数在4～5倍，接种到75KL增殖罐中，在10～12℃ 培养两天，加强充氧，进一步扩大到75KL增殖罐中，可供 180KL发酵罐接种使用，或在更进一步扩大到150KL增殖罐 中供发酵使用
三．啤酒酿造工艺
1、工艺流程。
原料大麦→清选→分级→浸渍→发芽→干燥→麦芽及辅料
粉碎→糖化→过滤→麦汁煮沸→麦汁沉淀→麦汁冷却→接 种→酵母繁殖→主发酵→后发酵→过滤→包装→杀菌→贴
标→成品。
2、技术要点。 ① 接种与酵母增殖。冷却麦芽汁入酵母繁 殖槽，接种6代以内回收的酵母泥5‰（或 扩大培养的种子液），控制品温6～8℃， 好氧培养12～24h，待起发后入发酵池（罐） 进行主发酵。
•
•
抑制细胞壁合成 (Cell Wall Synthesis) ：
青霉素
抑制细胞膜功能 (Cell Membrane Damage) ： 多烯类抗生素
•
•
抑制蛋白质合成 (Protein Synthesis) ：
抑制核酸合成 (Nucleic Acid Synthesis) ：
四环素
丝裂霉素
分
类
Classification
• 啤酒酿造是以大麦、水为主要原料，以大米或其它未发芽 的谷物、酒花为辅助原料；大麦经过发芽产生多种水解酶 类制成麦芽；借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉和蛋白质
等大分子物质分解为可溶性糖类、糊精以及氨基酸、肽、
胨等低分子物质制成麦芽汁；麦芽汁通过酵母菌的发酵作 用生成酒精和CO2以及多种营养和风味物质；最后经过过
Possible recycle 1 300 3 30
Production Evaluation 生产
Pilot plant Evaluation 中试生产
Inoculum Development 菌种扩大培养
Scale-up（比拟放大）
需要B族维生素和P、S、Ca、Mg、K、Fe等无机元素。
兼性厌氧，有氧条件下，将可发酵性糖类通过有氧呼吸作 用彻底氧化为CO2和H2O，释放大量能量供细胞生长；无氧 条件下，使可发性糖类通过发酵作用（EMP途径）生成酒 精和CO2，释放较少能量供细胞生长。 最适生长温度25℃，发酵最适温度10-25℃。最适发酵pH 为4.5-6.5。真正发酵度达60%-65%。
• 附：啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 啤酒酵母属于典型的上面酵母，又称爱丁堡酵母。广泛应用于啤 酒、白酒酿造和面包制作。
（一）啤酒酵母的形态特征 细胞呈圆形或短卵圆形，大小为 3～7×5～10μ m，通常聚集在一 起，不运动。单倍体细胞或双倍 体细胞都能以多边出芽方式进行 无性繁殖，能形成有规则的假菌 丝（芽簇），但无真菌丝。有性 繁殖为2个单倍体细胞同宗或异宗 接合或双倍体细胞直接进行减数 分裂形成1～4个子囊孢子。细胞 形态往往受培养条件的影响，但 恢复原有的培养条件，细胞形态 即可恢复原状。
照射
亚硝基胍、亚硝酸、 秋水仙素、氮芥等 诱变剂处理
selected empirically
3. 抗生素生产菌改良 Strain Improvement 基因工程 Genetic Engineering
Recombinant DNA
Technology
（DNA重组技术） 克隆
Strain Improvement Scale-up
人工诱变法： 紫外线、X-线、r-线
Conventional strain selection
•
• •
Physical mutagen
eg. Ultraviolet Radiation Chemical mutagen eg. Nitrosoguanidine (NTG) Improved strain can be
促进CO2在酒液中饱和；同时利用酵母内酶还原双乙酰； ④ 后处理。后发酵结束，酒液经过过滤、装瓶、热
杀菌（60℃ 30min）处理，称为熟啤酒，而不经过热杀菌
的啤酒称为鲜啤酒。
§2 抗 生 素 发 酵 生 产 技 术 Antibiotics Fermentation Production
抗生素发酵生产技术 Antibiotics Fermentation Production
滤、包装、杀菌等工艺制成CO2含量丰富、酒精含量仅
3%～4%、富含多种营养成份、酒花芳香、苦味爽口的饮料 酒即成品啤酒。
•
啤酒的种类，根据酵母品种可分为上面发酵啤酒和下
面发酵啤酒；根据颜色可分为淡色啤酒和浓色啤酒；根据 生产方式可分为鲜啤酒、纯鲜啤酒和熟啤酒.
一．啤酒发酵优良酵母的评估及选育
1、啤酒酵母优良性状的评估。啤酒酵母应具有以下优良性状： ①生长繁殖力强，发酵活力高； ②代谢产物能够赋予啤酒良好的风味； ③聚凝性强,沉降速度快,发酵结束易与发酵液分离,便于菌 体回收。 2、优良菌种的选育。 ①菌种筛选。 ②诱变育种。 ③杂交育种。例如，通过杂交育种有可能获得凝聚性强的 新菌种、风味良好的新菌种和发酵度比较高的新菌种。 ④细胞融合育种。例如，凝聚性强但发酵度低的菌株和发 酵度高但凝聚性弱的菌株通过细胞融合有可能产生凝聚性 强和发酵度高的新型细胞。