第四章 发酵工程原理及其在食品工业中的应用.pptVIP

第四章 发酵工程及其在食品工业中的应用 第一节 概述 1、发酵(fermentation)： 来源于拉丁文“fervere”，是果汁或麦芽汁经过酵母发酵作用而出现的“沸腾”现象。 生物化学上讲，发酵是无氧条件下一个有机化合物同时作为电子的供体和最终受体并产生能量的过程。 微生物上讲，发酵是借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身，或其初级代谢产物、次级代谢产物的过程。 2、发酵工程： 也称微生物工程。利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，最大限度地发挥微生物的某种特定功能，以生产出人类所需的产品。 ▲营养简单--可以在相对经济的培养基上生长 ▲培养条件相对粗放--如温度pH值易于控制 ▲倍增时间短--高效率地生产(表达效率高) ▲结构简单--易于改良和基因操作,获得新品种 ▲种类多--代谢产物繁多 二、发酵工程主要研究内容 1.大规模微生物细胞培养过程； 2.大规模培养基灭菌和空气灭菌过程； 3.微生物细胞生长和产物形成动力学； 4.发酵过程的优化； 5.生物反应器的放大和设计； 6.发酵过程的参数监控和计算机应用； 7.发酵产品的分离和纯化等工程技术问题。 三、发酵工程产品类型 1.以菌体为产品。 例如：药用真菌，食用菌，酵母菌、单细胞蛋白 2.以微生物的酶为产品。 例如：糖化酶、碱性蛋白酶、淀粉酶，与从动植物体内提取相比，可以大规模生产，提高酶的产量。 3.以微生物的代谢产物为产品 初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类、碳水化合物。 次级代谢产物：抗生素、生物碱、毒素、激素、维生素。 4.利用发酵作用，对某种化合物的化学结构进行改造，即产品的转化过程。 转化反应包括催化脱氢、氧化、羟化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化等作用。 四、发酵工程的发展简史 （一）天然发酵阶段（古代-1900年） 主要产品有黄酒、白酒、啤酒、酒精和醋等。多数产品为厌氧发酵、非纯种培养、凭经验传授技术和产品质量不稳定是这个阶段的特点。 （二）纯培养技术的建立 （1905年-） 纯培养技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期。 主要的产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和丙酮 在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技术 在一次大战时，Weizmann开拓了丁醇、丙酮发酵，并建立了真正的无杂菌发酵 （三）通气搅拌发酵技术的建立 （1940年-） 通气搅拌发酵技术的建立是发酵工业上的第二个转折点。 这一阶段的标志是，在纯种培养技术下，以深层培养生产青霉素 解决向培养基中通入大量无菌空气和高粘度培养液的搅拌问题 （四）代谢控制发酵技术 由氨基酸发酵而开始的代谢控制发酵，使发酵工业进入一个新的阶段。随后，核苷酸、酶制剂以及有机酸等方面也利用代谢调控技术进入发酵生产。 氨基酸发酵(谷氨酸、赖氨酸) 核酸类物质发酵(肌苷酸、鸟苷酸) 柠檬酸发酵 有机酸发酵 切断支路代谢:酶的活力调控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏),解除菌体自身的反馈调节, 突变株的应用,前体、终产物、副产物等 （六）基因工程阶段（1979-） 使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物，如胰岛素、干扰素、白介素和多细胞生长因子等，大大地拓宽了发酵工业的范围，使发酵工业发生了革命性变化。 五、发酵工程的发展趋势和现状 （一）现状 1、提高产量：通过微生物菌种和工艺的改进，使整个世界的总产量提高了5倍，抗生素达10倍以上，饲料酵母达十几倍。 2、改造工艺：对传统发酵行业形成了巨大的冲击，老的工艺得到了大的改进。 3、开发产品：现代发酵技术给人类带来了许多新产品，例如：SCP (二)发展趋势 1、利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种，使微生物细胞按照人类的需要合成某些产品； 2、采用发酵技术进行高等动植物细胞培养； 3、按照微生物生理和代谢特性以及产物的合成途径进行发酵条件调控； 4、在工程方面，开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将成为发酵生产控制的主要手段，从而使发酵工业朝着模拟化、自动化、最优化方向发展； 5、固定化技术广泛应用； 6、将生物技术理论广泛地用于发酵工程。 六、我国发酵工业与先进国家相比，存在的主要差距 1.传统发酵产品及产量发展过大过快 酒类、谷氨酸、柠檬酸、普通酶制剂和抗生素等。 2.发酵产品工业产值在国民生产总值中的比例较低（1%）以下 3.