微生物在发酵工业中的应用全解

医药工业：抗生素、维生素、胰岛素、疫苗、干扰素等 食品工业：氨基酸、新糖原、饮料、酒类、食品添加剂等
发 酵 工 程 的 运 用
能源工业：生产乙醇、沼气等 化学工业：生产化工原料如乙醇、丙酮、生物表面活性剂等 冶金工业：黄金开采和铜、铀等金属的浸提 农、牧业：生物固氮、生物杀虫剂和微生物饲料的生产等 环境保护：对污染物进行降解和转化等
2、啤酒发酵
• ⑴原料：以大麦为主 • ⑵原理:利用大麦发芽时产生的淀粉酶将原料中的淀粉转化 为葡萄糖，然后利用酵母菌进行乙醇发酵。 • 酒花：增加啤酒的香味和爽口苦味，同时具有澄清和防 腐的作用。 • ⑶发酵完成后，还要经过过滤，以去除酵母菌体。 • ⑷分类：①熟啤酒：经过巴斯德消毒后的啤酒； • ②生啤酒：不经过巴斯德消毒后的啤酒； • ③纯生啤酒：采用无菌酿造、特殊的过滤技术除菌、 无菌灌装技术生产的
发 酵
固体发酵：指发酵原料、菌体吸附在固体支持物（载体）上，通过
微生物的代谢活动将原料转化为发酵产品。
液体发酵：微生物的菌体或菌丝均匀分散在液体培养基中，通过向
培养液强制通气进行发酵。
发酵基本过程示意图：
二、发酵罐
• 广义发酵罐指为一个特定生物化学过程的操作提供良好而 满意环境的容器，工业发酵中指进行微生物深层培养的设 备。 厌氧发酵罐 • 发酵（按微生物生长） 好氧发酵罐
机械搅拌通风发酵罐
（按发酵罐设 备特点）
非机械搅拌通风发酵罐
严密的结构
发 酵 罐 一 般 所 具 有
良好的液体混合性能
高的传质和传热速率
灵敏 的检测
控制仪表
菌种培养与扩大（一般需要经过斜面培养、三角摇瓶
和小型发酵罐的活化与放大） 培养基和发酵设备的灭菌（主要采用蒸汽灭菌，因为 蒸汽具有强大的穿透力，破坏菌体蛋白和核酸的化学 键，使酶失活，微生物因代谢障碍而死亡。）
产物或产品，是发酵工艺学和工程学相结合的产物。
菌种的选育
• 发酵工程
最佳发酵条件的选定和控制 生化反应器的设计 发酵产品的分离和精制
天然发酵：利用自然环境中存在的多种微生物进行发酵， 一般为混合发酵。
纯培养发酵：指利用已知菌种进行的发酵，现代工业发 酵大多数采用纯培养发酵。纯培养发酵提高了产品的稳 定性，被认为是发酵工业的第一个转折点。
第十章
第二节 微生物在发酵工业中的应用
一、微生物发酵与发酵工程
• 发酵：（原始概念）指从液体中向外冒气 泡的现象。
• （广义概念）指发酵工业上应用微生物生 产某种产品的过程，包括好氧过程和厌氧 过程。 • （在生物化学中）指有机物脱下的氢直接 交给另一内源有机物的过程。
Байду номын сангаас
发酵工程技术：是大规模工业化应用的技术，最终目标是获得
空气除菌主要通过加入灭菌、静电除菌和介质过滤除菌等方 式
• pH影响微生物生长繁殖和代谢积累，还影响酶活性，影
响膜的通透性，影响微生物营养吸收及代谢产物分泌，影 响营养物质的分解或中间代谢产物解离，影响微生物对这 些物质的利用。
• 温度控制要考虑菌体生长和产物形成两个方面。前期控制 温度，使其适合微生物菌体的生长繁殖，后期控制温度， 使其适合产物的形成。 • 泡沫中的空气有隔热作用，造成培养基灭菌不彻底，有时 从排气口溢出，容易污染。 • 杂菌污染可导致发酵产物复杂，有毒物质产生，产物分离 、提纯困难，严重时导致发酵失败。要经常检查菌种、设 备等。 • 噬菌体是细菌的病毒，噬菌体可侵染发酵菌种，造成发酵 菌种的裂解，导致发酵失败。
有机酸发酵 • 有机酸发酵的应用：由微生物发酵法生产的有机酸有多种 多接近自然产物，对人体有益。
• 应用于多种领域：⑴在食品和饮料中作为酸味剂，如汽水 ；⑵在水果罐头、果冻、果酱中具有保护色作用、抑制腐 败微生物生长；⑶在医药工业上，柠檬酸是很好的抗凝血 剂葡糖酸钙补钙；⑷在化学工业中，用于洗涤剂、电镀； ⑸用于化妆品、香皂沐浴液，可预防氧化与除臭；⑹其他 领域：卷烟中、纤维处理、乳酸钙等等。
• 柠檬酸发酵：柠檬酸（citric acid）在化工、医药、食品 等方面用途广泛。1893年 以前主要从柑橘、菠萝 和柠檬中提取，之后才 开始以微生物进行有机 酸发酵而获取主要由青 霉、毛霉、木霉、曲霉 及葡孢霉等发酵产生。 原理是：己糖、淀粉等 原料转变为柠檬酸，先 经过EMP糖酵解途径， 然后通过TCA形成柠檬酸。
• 乳酸发酵：是重要的一元酸因存在于 牛奶而得名，从牛奶中分离得到乳酸 菌，开始应用于工业不同微生物异型 乳酸发酵产物不同。 乙酸发酵（食醋发酵）：食 醋发酵机制是淀粉质原料在 细菌、霉菌产生的淀粉酶作 用下水解为葡萄糖等单糖， 然后经EMP途径发酵葡萄糖 产生乙醇和二氧化碳。在酵 母菌作用下产生乙醇，最后 在醋酸细菌作用下产生乙酸。
发 酵 的 基 本 过 程
发酵过程控制（受很多环境条件的影响，如培养基组 成、pH、温度、氧气、泡沫、杂菌污染和噬菌体感染 等因素）
下游加工过程（是从发酵液中分离、精制有关产品的 过程。一般包括发酵液预处理和固体分离）
培 养 基 的 灭 菌
分批灭菌：培养基和发酵罐一起灭菌
优点：高温快速灭菌，发酵罐利 用率高，热能利用合理，自动化 控制 连续灭菌：培养基在发酵罐外灭菌 后经过冷却后送人发酵罐 缺点：不适合黏度大或固型物含 量高的培养基，增加操作环节， 增加染菌机会
• 啤酒生产的工艺过程如下：
3、葡萄酒
• 葡萄酒是葡萄发酵而成的一种饮料酒，酒度较低，一般介 于8~ 22度。 • 分类：⑴以颜色分：①红葡萄酒——利用红色或紫色葡萄 ，果皮、果肉与果汁混在一起进行主发酵，发酵中含有果 皮或果肉中的色素； • ②白葡萄酒——用葡萄汁单独发酵制成黄色的葡 萄酒，深金黄至淡灰黄不等。 • ⑵以含糖量分： ①干葡萄酒——含糖量不超过1%； ②半干葡萄酒——含糖量为1%~4%； ③甜葡萄酒——含糖量至少为4%。
四、微生物发酵的应用 乙醇发酵
• 1，白酒酿造 • ⑴原料：①糖质原料——甘蔗、废糖蜜 • ②淀粉原料——高粱、玉米、马铃薯 • ③纤维素原料——木屑、作物秸秆、甘蔗渣 • ⑵基本原理：利用霉菌、细菌等微生物产生的淀粉酶、纤 维素酶将原料中的淀粉、纤维素等转化为葡萄糖，在酵母 菌作用下通过EMP途径将1分子的葡萄糖转化为2分子的乙 醇。