微生物发酵及其应用

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微生物发酵及其应用
发酵工程
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•啤酒制造工艺流程微生物发酵及其应用
发酵工程
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•啤酒制造工艺流程微生物发酵及其应用
微生物的应用
v 酒类：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是 利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将 葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏， 因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加 热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和 少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸 馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡 萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分 被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、 维生素等，也会进入发酵的酒液中。因此， 果酒和啤酒营养价值较高。
❖ 醪糟：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种根霉， 在好氧条件下，发酵生产的含低浓度酒精和不 同糖分的食品。根霉在生长时会产生大量的淀 粉酶，将大米中的淀粉水解成葡萄糖，同时利 用部分葡萄糖发酵产生酒精。
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微生物发酵及其应用
微•微生生物物的的应应用用
❖ 馒头：以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸制 的，如果连续使用面肥发酵，经几代发酵，微 生物会因生长优势而单一化。发酵的菌种一般 多为乳酸菌。因为发酵产酸，在蒸制前要用碱 中和酸，制得的馒头才松软适口、带有特殊香 味。现在，大批量生产是采用干酵母发酵，所 以不产酸，不需要再用碱中和即可蒸制。
❖ 菌种 ❖ 营养成分 ❖ 营养物的浓度
发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度 食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期
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微生物发酵及其应用
稳定期
v 特点：
1 生长速率常数R等于0
2 菌体产量达到了最高值
3 合成次生代谢产物
4 细胞内出现储藏物质，芽孢菌内开始 产生 芽孢
v 产生原因：
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微生物的生长规律
㏒ 细 胞 数
调整期
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对数期
稳定期 衰亡期
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调整期的特点
v 生长速度为零 v 细胞体积急剧增大 v 细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，细胞呈
嗜碱性 v 合成代谢活跃，易产生诱导酶 v 对外界不良环境条件敏感
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v 传统发酵工业阶段（人们才开始了解发酵现象的
本质 ，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单， 对生产设备要求不高，规模一般不大 。）
v 现代发酵工业阶段（生产技术要求高；生产规模
大；技术发展速度快；菌种的生产能力大幅度提高， 新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程 度。 ）
v 生物技术产业阶段 （利用构建的基因工程菌生
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微生物发酵及其应用
发酵培养基的配制原则
v ① 营养物质应满足微生物的需要。不同营养类型的微 生物对营养的需求差异很大，应根据菌种对各营养要素 的不同要求进行配制。 •哪些不同类型？
v ② 营养物的浓度及配比应恰当。营养物浓度太低，不 能满足微生物生长的需要；浓度太高，又会抑制微生物 生长。
肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，保存营养和改 善口感等； v 各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节 口味、口感； v 饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。 v 可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约 70%～80%的食品添加剂是用发酵法，或发酵产生的酶，加工生产 的。
v 面包：现在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）经 活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制 生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、 营养易于吸收。
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微生物发酵及其应用
微•微生生物物的的应应用用
v 泡菜：请参看《生物技术实践》的专题1的 课题3（乳酸菌）
v 腐乳：请参看《生物技术实践》的专题1的 课题2（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）
营养物尤其是生长限制因子的耗尽
营养物的比例失调，如碳氮比不合适
有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）
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衰亡期
v 特点：
1 R为负值
2 细胞的形态发生变化，出现不规则的衰 退形
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3 释放次生代谢产物，芽孢等
4 菌体开始自溶
v 产生原因：
生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解
v 酸菜：与泡菜类似。
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微•微生生物物的的应应用用
v 糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽； v 果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳
定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用； v 各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香
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微•微生生物物的的应应用用
v 酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、 小麦、玉米等，将原料经粉碎制成固体培养基，在 好氧条件下，利用产生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉进 行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶， 将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸， 然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽， 具有特殊香味。
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什么是发酵工程？
v 采用现代化工程技术手段，利用微生物 的某些特定功能，为人类生产有用的产 品，或直接把微生物应用于工业生产过 程的一种新技术。
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发酵工程
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微生物发酵及其应用
•我国工业生产 味精使用的菌种 主要是经过诱变 育种得到的营养 缺陷型的北京谷 氨酸棒状杆菌
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发酵工程生产实例
1、菌种的选择
水
豆饼水解 液、玉米 浆中的水
• 2、培养基的选
择
•选择细胞膜通透较强，在细
胞内成不积累分 谷氨酸的谷氨酸 酸碱
无棒机状盐 杆菌氮做源菌种碳源
生长 因子
度
•
磷酸二氢钾 氧化钾 硫酸镁
抑 制
尿素
豆饼水 解液、 玉米浆
生物 素
pH 7-8
•酱：以大豆和少量面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发 •酵。发酵过程主要是能够产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶 •的霉菌，将大豆中的蛋白质、脂肪、淀粉分解，产生出 •氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多种物质。这些物质使 •酱具有独特的酱香味。
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微•微生生物物的的应应用用
v 酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵， 将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他 有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同 时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰 富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不 适应症者的优良食品。
v ③物理、化学条件适宜。（pH、水活度、渗透压 ）
v ④在设计培养基时，必须考虑是要培养菌体，还是要积 累菌体代谢产物；是实验室培养，还是大规模发酵等问 题。
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微生物发酵及其应用
发酵工业经历了哪几个阶段？
v 原始发展阶段（发酵技术原始，顶多是家庭小制
作，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其 中的原理 。）
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2020/11/14
微生物发酵及其应用
为什么要利用微生物？
v 抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通 过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和 代谢特点有什么关系？
v 1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产 生抗生素将其他种类的微生物杀死。
2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将 营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基 酸、葡萄糖 。
微生物发酵及其应用
影响调整期长短的因素
v 接种龄 v 接种量 v 培养基成分
发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成 本 在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
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对数期的特点
v 生长速度常数R最大 v 细胞进行平衡生长 v 酶系活跃，代谢旺盛
影响对数期微生物增代时间的因素
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微生物的应用
v 醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是 由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的 则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发 酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用 的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵 过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋 有不同的风味。
代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的
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死亡
微生物发酵及其应用
发酵培养基的配制
v 微生物的营养物质有六大类要素，即水、碳 源、氮源、无机盐、生长因子和能源。
v 生长因子：某些微生物本身不能从普通的碳 源、氮源合成，需要额外少量加入才能满足 需要的有机物质，包括氨基酸、维生素、嘌 呤、嘧啶及其衍生物，有时也包括一些脂肪 酸及其他膜成分
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/14
微生物发酵及其应用
3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需
的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。
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微生物发酵及其应用
为什么要利用微生物？
v 微生物繁殖非常迅速
v 微生物培养易于控制
v 微生物本身也容易改造
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微生物发酵及其应用
什么是发酵？
v 利用微生物，在适宜的条件下，将原 料经过特定的代谢途径转化为人类所 需要的产物的过程。