食品微生物专题知识讲座.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2022/1/8,#,食品微生物专题知识讲座,食品微生物专题知识讲座,第1页,2,发酵工程,发酵已经从过去简单生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程一个极其主要分支，成为一个包含了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程一个多学科工程。,当代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等各种医疗保健药品，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。,食品微生物专题知识讲座,第2页,3,FERMENTATION,Process Control,Fermentation engineering,上游工程,UPSTREAM,PROCESSES,下游工程,DOWNSTREAM,PROCESSES,发酵工程组成,从广义上讲，由三个别组成：,上游工程、发酵工程、下游工程,食品微生物专题知识讲座,第3页,4,UPSTREAM PROCESSES,-genetics,cell,-inoculum development,media formulation,sterilization,-inoculation,FERMENTATION,Process Control,上游工程,Fermentation engineering,食品微生物专题知识讲座,第4页,5,DOWNSTREAM PROCESSES,-product extraction,purification&assay,-waste treatment,by product recovery,FERMENTATION,Process Control,下游工程,The ratio of recovery to fermentation costs for,L-asparaginase:3.0 ethanol:0.16,Fermentation engineering,食品微生物专题知识讲座,第5页,6,发酵工程,主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物工艺技术,(1)有严格无菌生长环境：,包含发酵开始前采取高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌技术；,在发酵过程中不停向发酵罐中通入干燥无菌空气空气过滤技术；,(2)在发酵过程中依据细胞生长要求控制加料速 度计算机控制技术；,(3)种子培养和生产培养不一样工艺技术。,食品微生物专题知识讲座,第6页,7,(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在试验 室规模小发酵罐进行大量试验，得到产物形成动力学模型，并依据这个模型设计中试发酵要求，最终从中试数据再设计更大规模生产动力学模型。,(5)因为生物反应复杂性，在从试验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。,食品微生物专题知识讲座,第7页,8,微生物发酵技术,1857,年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名发酵理论：,“,一切发酵过程都是微生物作用结果。,”,巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；伴随科学技术发展，能够用加热处理等方法来杀死有害微生物，预防酒发生质变。同时，也能够把发酵微生物分离出来，经过人工培养，依据不一样要求去诱发各种类型发酵，取得所需发酵产品。,食品微生物专题知识讲座,第8页,9,利用微生物特点,发酵工程所利用,微生物,主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌,利用微生物特点,：(1)对周围环境温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大适应能力,(2)有极强消化能力,(3)有极强繁殖能力,食品微生物专题知识讲座,第9页,10,Use of Microorganisms,Positive,（,益处）,Biomass,Production,Conversion,Negative,（,危害）,Pathogens,Spoilage,食品微生物专题知识讲座,第10页,11,一、发酵定义,1、传统发酵,2、生化和生理学意义发酵,3、工业上发酵,食品微生物专题知识讲座,第11页,12,1、传统发酵,最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡现象，或者是指酒生产过程。,食品微生物专题知识讲座,第12页,13,2、生化和生理学意义发酵,指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量一个方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体氧化还原产能反应。,如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出,CO,2,。,食品微生物专题知识讲座,第13页,14,3、工业上发酵,泛指利用微生物制造或生产一些产品过程,包含：,1.厌氧培养生产过程，如酒精，乳酸等。,2.通气（有氧）培养生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。,产品有细胞代谢产物，也包含菌体细胞、酶等。,食品微生物专题知识讲座,第14页,15,二、发酵工业,定义：,是指利用生物生命活动产生酶，无机或有机原料进行酶加工，取得产品工业。,食品微生物专题知识讲座,第15页,16,适宜微生物,确保或控制微生物进行代谢各种条件,进行微生物发酵设备,精制成产品方法设备,2.取得发酵产品条件,食品微生物专题知识讲座,第16页,17,三、发酵工业发展历史,天然发酵阶段,纯培养技术建立：巴斯德，科赫等。人为地控制微生物发酵进程。,通气搅拌发酵技术建立：,青霉素生产,深层培养,代谢控制发酵技术：微生物进行甾体化合物转化，,Glu,和,Lys,发酵生产。对微生物含有高度专一性酶反应作为合成伎俩一个别加以利用，进行合理代谢。,食品微生物专题知识讲座,第17页,18,开拓发酵原料时期：,石油发酵，醋酸生产谷氨酸,基因工程阶段：,采取酶学方法，将不一样起源,DNA,进行体外重组，再把重组,DNA,设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传下去。大家能够依据自己意愿将微生物以外基因件导入微生物细胞中，从而到达定向地改变生物性状与功效创新物种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成产物。,食品微生物专题知识讲座,第18页,19,History of applied microbiology,Ancient times,food preservation(vinegar,cheese),flavour(bread,soy sauce),brewing(beer,wine),1861 Louis Pasteur,first phase industrial biotechnology,1940 penicillin(Fleming),antibiotic industry,production of fine chemicals,食品微生物专题知识讲座,第19页,20,History of applied microbiology,1973 rec DNA technology(Boyer&Cohen),1982 rec human insulin胰岛素）,post recombinant DNA area,since 1982 rec therapeutic agents,（,治疗剂）,1990 rec bakers yeast,1992 rec chymosine,（,凝乳酶）,(,from yeast),食品微生物专题知识讲座,第20页,21,四、发酵工业范围,1、以微生物细胞为产物发酵工业,2、以微生物代谢产物为产品发酵工业,3、以微生物酶为产品发酵工业,4、生物转化或修饰化合物发酵工业,5、微生物废水处理和其它,食品微生物专题知识讲座,第21页,微生物产物：微生物细胞，酶，药品活性物质，特殊化学物质和食品添加剂,食品微生物专题知识讲座,第22页,1、生产微生物细胞物质,定义：,是以取得含有各种用途微生物菌体细胞为目标产品发酵工业，包含单细胞酵母和藻类、担子菌，生物防治苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用疫苗等。,特点：,细胞生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定时产量最高。,食品微生物专题知识讲座,第23页,2、微生物酶发酵,酶特点：,易于工业化生产，便于改进工艺提升产量。,分类：,胞内酶 和胞外酶,生物合成特点：,需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。,食品微生物专题知识讲座,第24页,3、微生物代谢产物发酵,包含初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。,对数生长久形成产物是细胞本身生长所必需，称为初级代谢产物或中间代谢产物。,各种次级代谢产物都是在微生物生长迟缓或停顿生长时期即稳定时所产生，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。,食品微生物专题知识讲座,第25页,4、微生物生物转化,定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）作用，使它转变成结构相类似但含有更在经济价值化合物。,最终产物是由微生物细胞酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成。,食品微生物专题知识讲座,第26页,5、微生物特殊机能利用,利用微生物消除环境污染,利用,微生物,发酵保持生态平衡,微生物湿法冶金,利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。,食品微生物专题知识讲座,第27页,28,发酵工业介绍,发酵食品,有机酸,氨基酸,核酸类物质,酶制剂,医药工业（抗生素,）,饲料工业（单细胞蛋白,环境工程（废物处理）,其它（冶金工业,）,Fermentation Industry,Fermented Foods,Organic Acids,Amino Acids,Nucleotides,Enzymes,Pharmaceutical(Antibiotics),Feedstuff(eg.SCP),Environmental Application,(Waste Treatment),Others(eg.Metallurgical industry),食品微生物专题知识讲座,第28页,五、发酵工业特征,发酵过程中离不开微生物作用,1、发酵原料选择及预处理,2、微生物菌种选育及扩充培养,3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。种子扩充培养和发酵采取不一样工艺。,4、发酵产物分离提取,5、发酵废物回收和利用,食品微生物专题知识讲座,第29页,(1)发酵所用原料通常以淀粉、糖蜜或其它农副产品为主，只要加入少许有机和无机氮源就可进行反应。能够利用废水和废物等作为发酵原料进行生物资源改造和更新。,(2)微生物菌种是进行发酵根本原因，经过变异和菌种选育，能够取得高产优良菌株并使生产设备得到充分利用，也能够所以取得按常规方法难以生产产品。,食品微生物专题知识讲座,第30页,(3)发酵过程普通来说都是在常温常压下进行生物化学反应，反应安全，要求条件简单。,(4)发酵对杂菌污染防治至关主要。反应必需在无菌条件下进行。,(5)因为生物体本身所含有反应机制，能够专一地和高度选择性地对一些较为复杂化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也能够产生比较复杂高分子化合物。,食品微生物专题知识讲座,第31页,(6)发酵过程是经过生物体自动调整方式来完成，反应专一性强，因而能够得到较为单一代谢产物。,(7)工业发酵与其它工业相比，投资少，见效快，并能够取得较显著经济效益。,(8)除利用微生物外，还能够用动植物细胞和酶，也能够用人工构建遗传工程菌进行反应。,食品微生物专题知识讲座,第32页,六、发酵方法类别与流程,1、类别：,依据对氧需要区分：,厌氧和有氧发酵,依据培养基物理性状区分：,液体和固体发酵,依据从微生物生长特征区分：,分批发酵和连续发酵,食品微生物专题知识讲座,第33页,2、发酵流程,空气,空气净化处理,保藏菌种,斜面活化,扩充培养,种子罐,主发酵,碳源、氮源、无机盐等营养物质,灭菌,产物分离纯化,成品,食品微生物专题知识讲座,第34页,2,.工业发酵步骤和工艺流程,(1)用作培养菌种及扩充生产发酵罐培养基配制,(2)培养基、发酵罐以及辅助设备消毒灭菌,(3)将已培养好有活性纯菌株以一定量转接到发 酵罐中,(4)将接种到发酵罐中菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物,(5)将产物抽提并进行精制，以得到合格产品,(6)回收或处剪发酵过程中产生废物和废水,食品微生物专题知识讲座,第35页,菌种筛选,摇瓶试验,发酵罐试验,食品微生物专题知识讲座,第36页,2.1,发酵原料预处理,原料不一样处理方法也有所差异。,1.淀粉,利用前需变成糊精或葡萄糖,方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法,2.糖蜜,加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐,3.碳氢化合物：石油脱蜡,一定馏分石油经冷却脱蜡而取得凝固点在-10油，加入适量无机盐进行接种发酵,食品微生物专题知识讲座,第37页,2.2菌种斜面培养,菌种：,已经有优良生产菌种和选育新菌种,方法：,普通都是由保留于冷冻管及砂土管或冰箱中斜面菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于种子扩充培养。,食品微生物专题知识讲座,第38页,2.3,种子扩充培养,扩充培养方法能够依据需要采取固体培养或液体培养两级不一样方式。,固体种子扩充培养普通采取传统制曲工艺，普通先用克氏瓶或匣子瓶进行扩充，再转接到曲盘扩充培养。,需氧微生物：将克氏瓶表面培养菌种接到装有液体培养基三角瓶中，在摇庆上振荡培养。,厌氧微生物：将有菌种试管斜面或克氏瓶转接到三角瓶液体培养基中静置培养。,食品微生物专题知识讲座,第39页,2.4,微生物发酵和控制,发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。,固体发酵：适合于传统发酵工艺及乡镇企业用来生产比较简单产品。,液体深层发酵：适合于大规模工业化生产。,影响发酵原因很多，如温度、,pH,、,通风、搅拌、罐压力等等，必须适当地控制影响发酵各种条件，掌握发酵动态，并进行杂菌检验和产物测定，使整个发酵过程顺利进行。,食品微生物专题知识讲座,第40页,2.5,发酵产物分离提取,利用菌体：离心沉淀或板框压滤法使菌体与醪液分开，也能够用喷雾干燥法直接做成粉剂。,酒精,发酵醪蒸馏塔蒸馏；,抗菌素及有机酸,依据产物不一样特征，采取离子交换树脂吸附处理、脱色过滤、减压浓缩等方法提取精制。,取得产物都要按照相关部门制订国家标准进行质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产品。,食品微生物专题知识讲座,第41页,