微生物与现代发酵工业.ppt

第十章 微生物与现代发酵工业 生工学院 为什么要利用微生物？ 微生物繁殖非常迅速 微生物培养易于控制 微生物本身也容易改造 发酵工程 发酵工程 发酵工程 酒精 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； 酶：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。 单细胞蛋白 第一节 酒精发酵 酒精发酵原料 与酒清发酵有关的微生物 酒精发酵生化机制 酒精发酵工艺 酒精发酵是酿酒工业的基础，它与酿造白酒，果酒，啤酒以及酒精的生产等有密切关系。进行酒精发酵的微生物主要是酵母菌，如啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)等， 此外还有少数细菌如发酵单胞菌(Zymononas mobilis)，嗜糖假单胞菌(Pseudomonas Saccharophila)，解淀粉欧文氏菌(Eruinia amylovora)等也能进行酒精发酵。 酵母菌进行乙醇发酵时，根据控制的发酵条件不同，形成的发酵产物有根本的差别，我们将酵母菌的乙醇发酵分为三型：第一型发酵，第二型和第三型发酵。 1、酒精发酵原料 薯类原料红薯是我国生产酒精的主要薯类原料，也 叫地瓜、山芋、蕃薯，新鲜或制成薯干。其固形物主要成分是淀粉，还含有少量的糖类和蛋白质。 谷物原料(粮食原料)：包括玉米、小麦、高梁、大米等。 （二）糖质原料 常用的糖质原料有糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高梁等。 糖蜜又称废糖蜜，它是甘蔗或甜菜糖厂制糖过程中形成的一种副产物，分别称为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，其产量分别为加工甘蔗和甜菜间的30%左右和3.5%～5%。糖蜜含糖量较高，一级甘蔗糖蜜含糖分50%以上，甜菜糖蜜含糖量50%左右，所含主要成分为蔗糖。 甘蔗汁进行酒精发酵。甘蔗法中可发酵固形物包括蔗糖、淀粉及其他碳水化合物。 过剩的甜菜或受冻、变质的甜菜生产酒精。甜菜所含主要糖分是蔗糖。此外还含少量其他碳水合物和果胶质。 甜高粱秆中含糖分10%～12%，所结的高粱米富含淀粉，均可用于发酵酒精，是具有潜在发展前途的糖质原料。 （三）纤维质原料 纤维类物质是自然界中的可再生资源。 天然纤维原料由纤维素、半纤维素和木质素三大成分组成，它们均较难被降解。 近年来，纤维素和半纤维素生产酒精的研究有了突破性的进展，纤维素和半纤维已成为很有潜力的酒精生产原料。 农作物纤维质下脚料(稻草、麦草、玉米秆、玉米芯、花生壳、稻壳、棉籽壳等) 森林和木材加工工业的下脚料(树枝、木屑等) 工厂纤维素和半纤维素下脚料(甘蔗渣、废甜菜丝、废纸浆等) 城市废纤维垃圾等。 （四）其他原料 主要指亚硫酸盐纸浆废液、甘薯和马铃薯淀粉渣、各种野生植物和乳清等。用这些原料生产酒精目前还不多见。 2、与酒精发酵有关的微生物 (一)糖化菌 糖化：淀粉质原料全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，所用催化剂称为糖化剂。 糖化剂可以是由微生物制成的糖化曲(包括固体曲和液体曲)，也可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖化剂作用，但酒精生产中一般不采用酸糖化 (一) 糖化菌 实际生产中主要用曲霉和根霉。 我国的糖化菌种经历了从米曲霉到黄曲霉，进而发展到用黑曲霉的过程。 历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲霉、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉(Aspergillus usamii)、泡盛曲霉(Asp.awamori)和甘薯曲霉(Asp.batatae)应用最广。白曲霉以河内白曲霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒生产中，不断更新菌种，是改进生产、提高淀粉利用率的有效途径之一。 (二)酒精发酵微生物 啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，是属于子囊菌亚门酵母属的一种单细胞微生物：繁殖速度快，产酒精能力强，耐酒精。 常用的酵母的菌株有南阳酵母(1300及1308)、拉斯2号酵母(Rasse Ⅱ)、拉斯12号酵母(Rasse ⅪⅠ)、K字酵母、M酵母(Hefe M)、日本发研1号、卡尔斯伯酵母等。 利用糖质原料的酒母除啤酒酵母外，还有粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)和克鲁维酵母(Kluyveromyces.sp)等 细菌：森奈假单胞菌(Ps.Lindneri)、嗜糖假单胞菌(Ps.saccharophila)——可以利用葡萄糖进行发酵生产乙醇。 总状毛霉深层培养时也要产生乙醇。 三