发酵工程及其应用1讲解ppt课件.ppt

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1、微生物发酵与食品生产,我们的日常生活中也接触到许多发酵食品，请思考这样一个问题：哪些食品是由微生物发酵生产的？相应的发酵种类是什么？,举例说出利用微生物发酵生产的5种食品,微生物的应用,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。,微生物

2、的应用,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。,微生物的应用,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。,酱：以大豆和少量面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发酵

3、。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。,微生物的应用,微生物的应用,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。,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。,微生物的应用,微

4、生物的应用,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，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。,微生物的应用,微生物的应用,泡菜：（乳酸菌）腐乳：（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）酸菜：与泡菜类似。,微生物的应用,微生物的应用,糖果、饼干、果冻等添加

5、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；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。,微生物的应用,微生物工程发酵与食品生产,微生物与发酵食品,发酵生产的历史,传统发酵工业,现代发酵工业,发酵与发酵食品,微生物发酵需要的条件,传统发酵技术的作用,防

6、止食物腐败,口感更好,营养更好,更易消化,现代发酵技术的作用,生产效率高,质量易控制,确保安全性,发酵食品的生产,发酵食品的生产,菌种的选育,菌种的扩大培养,培养基的配制,水,碳源,氮源,无机盐类,生长因子,灭菌和接种,发酵的条件控制,温度,溶氧量,分离和提纯,发酵工程,发酵工程,一、发酵工业经历了哪几个阶段？,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 。） 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 。）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

7、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。 ）生物技术产业阶段 （利用构建的基因工程菌生产 ）,四千年前，利用微生物酿酒；1857年，巴斯德证明活酵母能酒精发酵；19世纪末到20世纪30年代，利用微生物生产的新产品不断出现20世纪40-50年代，无菌技术的发展和大型发酵罐的设计成功，例：弗洛里、钱恩研究出了大规模生产青霉素方法20世纪70年代后，分子生物学的发展，利用基因工程将特定的基因转移到微生物中，获得能生产特定产品的基因工程菌，再进行发酵培养。,传统发酵工业,现代发酵工业,生物技术产业阶段,原始发酵工业,二、微生物发酵需要条件的探究,微生物的发酵需要

8、糖类，当有糖类存在时酵母菌能进行发酵。,实验内容：,探究酵母菌发酵所需要的条件,假设,实验记录表,无气体产生,无气体产生,有气体产生,有大量气体产生,无气体产生,思考：1、为什么要加入温水？2、设置3号和4号瓶的目的是什么？为什么要设置5号瓶？3、如果在瓶中加入牛奶、硝酸盐则结果有何不同？,三、发酵生产过程探秘,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。如：谷氨酸棒状杆菌生产味精；黄色短杆菌生产赖氨酸；发酵过程中的微生物：大多数为好氧微生物，少数为厌氧微生物,选育菌种,配制培养基,灭菌,发酵罐内发酵,接种,分离提纯,产品,扩大培养,发酵生产过程,

9、内容：,1）菌种的选育2）培养基的配制3）灭菌4）扩大培养和接种5）发酵过程6）产品的分离和提纯,发酵工程生产过程,（一）菌种的选育,怎样才能得到优良的菌种？,1）若生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 2）若生产的是微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。,（二）扩大培养,工业发酵要想在较短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量的菌体。如何得到大量菌体来缩短生产周期？,需要经过多次扩大

10、培养。,怎样对菌种进行扩大培养？,将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。,（三）培养基的配制,是细胞内各种化学反应的进行场所,合成自身物质提供能量，最常用的是糖类,是微生物细胞生长繁殖和生物合成不可缺的物质。分为无机氮和有机氮两种,提供不可缺少的矿质元素,如：酵母膏、动物肝脏浸出液、麦芽汁,根据不同的微生物进行调节,思考：蛋白胨、酵母膏可以作为什么？,1、发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程不能混入杂菌，为什么？,因为杂菌将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。,（四）灭菌和接种,例如：,1）在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌

11、死亡。 2）在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，分解青霉素。,2、如何防止杂菌的污染？,在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。,3、怎样才算灭菌彻底？,用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。,（五）发酵过程中心阶段,发酵过程的监控：,1、要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程； 2、及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物 3、要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。 。,发酵过程的影响因素：,微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中时，会引起发酵温度升

12、高；机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。此外，发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部分热量，使发酵温度降低。 用冷却水进行温度的调节,1、温度,2、PH值 PH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降；而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。 调节和控制培养液pH的方法：在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱。,发酵过程的影响因素：,发酵过程的影响因素：,3、溶解氧,好氧型微生物：溶解氧要充足；厌氧型微生物：严格的无氧环境由发酵罐的通气口来控制,发酵产物不同分离提纯的方法也不同：,代谢产物菌体本身,：蒸馏、萃取、离子交换等方法。：过滤、沉淀。,（六）分离和提纯,发酵工程的主要内容,从自然界分离的菌种,诱变育种,基因工程,细胞工程,生产用菌种,扩大培养,发酵罐发酵条件控制,原料,培养基配制,微生物菌体,代谢产物,产品,