微生物&发酵.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪 论,随着生物化学、细胞生物学、应用分子生物学、遗传工程和代谢工程等学科的发展，以及分析、检测技术的成熟，工业发酵正在从技艺走向科学。,工业微生物发酵愈来愈受到科学界和工程技术界的广泛重视。,第一节,为什么说微生物是工业发酵的灵魂？,第二节,什么是发酵？,第三节,日常生活中的微生物发酵产品,第四节,微生物在发酵工业的应用,微生物是工业发酵的“灵魂”,。,这句话强调微生物在工业发酵中的,关键作用,以及它在工业发酵与工业化学过程、工业生物化学过程的不可替代性。,第一节,为什么说微生物是工业发酵的灵魂？,工业发酵要依靠,微生物,的生命活动。,我们该怎样认识,微生物细胞,呢？微生物细胞与其他生物细胞有什么不同的地方呢？在工业发酵过程中，人类与微生物细胞发生什么样的关系呢？,体积小；,种类多；,分布广；,繁殖非常迅速；,培养易于控制；,微生物本身也容易改造；,7.,人工培养不受季节、地域的限制,独立存在,自主生存,一、微 生 物 的 特 点,真核细胞,原核细胞,电镜,微 生 物 的 相 对 大 小,肉眼,光学显微镜,病毒,微生物的类群庞杂,原核生物界：例如细菌、蓝藻,真菌界：例如酵母菌,原生生物界：例如草履虫、变形虫,病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒,目前已经知道的微生物约有10万种，分布在以下各界中：,农田上层15cm处微生物的数量,微生物,每克土壤中的数量,细菌,9.810,7,放线菌,2.010,6,真菌,1.210,5,藻菌,2.510,4,原生动物,3.010,4,菌落数与空气清洁度的关系,空气清洁度,菌落数,(,10,4,个/,m,3,),最清洁的空气,1-2,洁净空气,30个以下,普通空气,30-150,轻度污染空气,300以下,严重污染空气,301以上,人体微生态中微生物的含量,部位,含量,部位,含量,眼睛,1g,肺,20g,鼻腔,10g,肠道,1000g,口腔,20g,生殖道,20 g,皮肤,200g,总量,1271g,人体消化系统中微生物群体 (个/g),回肠,结肠,直肠或粪便,双歧杆菌,10,4,10,7,10,10,拟杆菌,10,3,10,8,10,10,肠杆菌,10,3,10,6,10,6,肠球菌,10,7,乳杆菌,10,4,细菌的繁殖,细菌主要是以二分裂的方式进行繁殖,工业发酵过程是,微生物群体,生命活动的动态过程，这个过程是五花八门、千变万化的。具体表现为种种多样性，譬如微生物种群的多样性、微生物营养类型的多样性、微生物培养条件的多样性、目的产物的多样性等等。,二、为什么要利用微生物？,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？,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。,医药和畜牧业行业中治疗疾病的各种抗生素，如青霉素、头孢霉素链霉素、四环素、土霉素、红霉素等，农业中广泛应用的稻瘟素、井岗霉素等杀虫剂。,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。,目前巳发现的微生物的酶巳有2500多种，使用价值高而大量规模化生产的仅20多种。主要有，淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、纤维素酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶等10余种。,广泛应用于食品、发酵、纺织、制革、医药、造纸、日用化工、水产加工、畜禽饲料、三废处理、化学分析等，其中60用于食品工业。,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。,氨基酸,：如谷氨酸（单谷氨酸钠又称味精）、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等；,核苷酸及其类似物,：腺嘌呤核苷酸(adenosine,AMP);鸟嘌呤核苷酸(guanosine,GMP);次黄嘌呤核苷酸(inosine,IMP)。核苷酸除营养作用外,鸟嘌呤核苷酸和次黄嘌呤核苷酸还具有呈味和增鲜作用,在味精、鸡精等调味品中使用。,第二节,什么是发酵？,发酵是,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。,发酵工业经历的几个阶段,原始发展阶段,传统发酵工业阶段,现代发酵工业阶段,生物技术产业阶段,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,人们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,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,利用构建的具有特殊生产能力的基因工程菌来进行代谢调控生产,现代发酵工程,味精发酵,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,啤酒发酵,啤酒制造工艺流程,啤酒制造工艺流程,啤酒发酵,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。,第三节 日常生活中的微生物发酵产品,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。,酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将上述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。,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。,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。,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。,馒头：以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸制的，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。,糖果、饼干、果冻等添加了,红曲色素,，以调节色泽；,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；,各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，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；,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；,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。,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。,制药业：抗生素、氨基酸、维生素的生产厂家；,食品业：醋、酱油、酱、酒等的生产厂家；,轻工业：柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产厂家；,化工业：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生产厂家；,饲料业：饲料添加剂(发酵饲料、各种酶制剂）的生产厂家；,农药业：农用抗生素、微生物肥料、微生物农药等的生产厂家。,第四节 微生物在发酵工业的应用,酒类,：如果酒（葡萄酒等）、米酒、白酒等；,有机溶剂,：如乙醇、丙酮、丁醇、甘油；,有机酸,：如醋酸、乳酸、葡萄糖酸、柠檬酸、酒石酸、衣康酸、长链二元酸（以十三到十八碳的直链烷烃为原料的发酵产品）；,氨基酸,：如谷氨酸（单谷氨酸钠又称味精）、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、丝氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等；,核苷酸及其类似物,：如鸟嘌呤核苷酸（5-GMP）、肌苷酸（5-IMP）、腺嘌呤核苷酸（5-AMP）、黄嘌呤核苷酸（5-XMP）等；,抗生素,：包括疾病治疗的药用抗生素，农业和畜牧业用于防病抗病的杀虫剂和抗生素，如青霉素、头孢霉素、链霉素、四环素、土霉素、红霉素、稻瘟素、井岗霉素、春日霉素等等；,第四节 微生物在发酵工业的应用,多糖,：如黄原胶、普鲁兰等；,酶,：如碱性蛋白酶（洗涤剂）、中性蛋白酶（洗涤剂等）、脂肪酶（洗涤剂）、-淀粉酶（淀粉水解）、葡萄糖淀粉酶（葡萄糖生产）、葡萄糖异构酶（高果糖糖浆生产）、纤维素酶（纤维素水解、纺织品加工）、果胶酶（食品、水果加工等）、凝乳酶（奶酪制造）、青霉素酰化酶（青霉素母核生产）、天冬氨酸酶（L天冬氨酸制造）、延胡索酸酶（L-苹果酸制造）、葡萄糖氧化酶（检验葡萄糖）、乳酸脱氢酶（临床检验）、链激酶（治疗血栓）等等，目前世界上有100多种酶用微生物发酵生产，应用于不同领域。,第四节 微生物在发酵工业的应用,7051 杀 虫 素,原料,淀粉,黄豆粉,等农副,产品,微生物发酵,7051杀虫素和目前常用杀虫剂效果的比较,药 剂 类 型,田间用药量（克/公顷）,有机氯,5003000,有机磷,600,氨基甲酸酯,700,除虫菊酯类,10200,7051杀虫素,110,