第三章发酵工程与食品产业1
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第三章第六节发酵工程在食品工业中的应用精品PPT课件
➢藻蓝蛋白可作荧光探针，此外，螺旋藻还应用于珍 稀动物饲料和美容化妆品等的制造。
我国对螺旋藻的开发研究始于70年代初，我国农业部和国家 科委把螺旋藻列入国家“七五”、“八五”攻关和推广项目；
中国科学院武汉水生所，青岛海洋所、北京大学、南京大学、 华南师范大学、华南理工大学、江西农科院等对螺旋藻生物 特性、养殖条件及藻粉的生理活性物质进行了大量基础研究；
高活性干酵母的种类
1、高活性干面包酵母
2、酒精生产、酿酒用的高活性干酵母
3、制造酵母抽提物的高活性干酵母
酵母抽提物即酵母精，由于其细胞内含有核糖核酸及其加工后的水解产物 (腺嘌呤核苷酸、鸟嘌呤核苷酸，胞嘧啶核苷酸，尿嘧啶核苷酸)，其中腺 嘌呤核苷酸的转化产物次黄嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸有着强力鲜味，另 外，酵母细胞含有丰富的蛋白质，其水解产物中的谷氨酸等也呈鲜味，还 有各种营养成分的配合，使酵母抽提物呈现出强力的鲜味。
成自然状态并具有正常酵母活性的细胞。 （一）高活性干酵母（简称HADY）
细胞含量超过200 亿cfu ／g .含水量小于6 ％ 的活性干酵母被称为高活性干酵母。
把含水分70％～73％新鲜活性酵母经过连续流化 床干燥装置烘干为含水分4％～6％的HADY成品。
活性干酵母生产过程
菌种配制→发酵→分离→过滤→干燥→真空包装 →贮存 发酵主要原材料为糖蜜。
1968年，法国石油研究所与墨西哥一家公司合作， 利用墨西哥迪斯科克湖的螺旋藻资源，建成了700m2 的培养池，年产量为300t左右，成为世界上第一间螺 旋藻生产工厂
螺旋藻除了营养成分完全、疗效作用大以外，还由 于其细胞壁薄，纤维素含量低，很易消化吸收，消 化率达95％ 。
美国Earthrise公司生产的螺旋藻片剂、粒剂和粉 剂，零售价格为129美元／kg
我国对螺旋藻的开发研究始于70年代初，我国农业部和国家 科委把螺旋藻列入国家“七五”、“八五”攻关和推广项目；
中国科学院武汉水生所，青岛海洋所、北京大学、南京大学、 华南师范大学、华南理工大学、江西农科院等对螺旋藻生物 特性、养殖条件及藻粉的生理活性物质进行了大量基础研究；
高活性干酵母的种类
1、高活性干面包酵母
2、酒精生产、酿酒用的高活性干酵母
3、制造酵母抽提物的高活性干酵母
酵母抽提物即酵母精，由于其细胞内含有核糖核酸及其加工后的水解产物 (腺嘌呤核苷酸、鸟嘌呤核苷酸，胞嘧啶核苷酸，尿嘧啶核苷酸)，其中腺 嘌呤核苷酸的转化产物次黄嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸有着强力鲜味，另 外，酵母细胞含有丰富的蛋白质，其水解产物中的谷氨酸等也呈鲜味，还 有各种营养成分的配合，使酵母抽提物呈现出强力的鲜味。
成自然状态并具有正常酵母活性的细胞。 （一）高活性干酵母（简称HADY）
细胞含量超过200 亿cfu ／g .含水量小于6 ％ 的活性干酵母被称为高活性干酵母。
把含水分70％～73％新鲜活性酵母经过连续流化 床干燥装置烘干为含水分4％～6％的HADY成品。
活性干酵母生产过程
菌种配制→发酵→分离→过滤→干燥→真空包装 →贮存 发酵主要原材料为糖蜜。
1968年，法国石油研究所与墨西哥一家公司合作， 利用墨西哥迪斯科克湖的螺旋藻资源，建成了700m2 的培养池，年产量为300t左右，成为世界上第一间螺 旋藻生产工厂
螺旋藻除了营养成分完全、疗效作用大以外，还由 于其细胞壁薄，纤维素含量低，很易消化吸收，消 化率达95％ 。
美国Earthrise公司生产的螺旋藻片剂、粒剂和粉 剂，零售价格为129美元／kg
《食品生物技术概论》3发酵工程
三、 发酵工程的内容
菌种的选育 发酵条件的优化与控制 反应器的设计 产物的分离、提取与精制
四、 发酵类型
➢微生物菌体发酵 ➢微生物酶发酵 ➢微生物代谢产物发酵 ➢微生物的转化发酵 ➢生物工程细胞的发酵
微生物菌体发酵
• 以获得某种用途的菌体为目的的发酵。 • 酵母，药用真菌，微生物杀虫剂等
微生物酶发酵
微生物代谢产物类型
产业 医药 食品
农业 轻工
其他
微生物代谢产物
抗生素，药理活性物质，维生素，抗肿瘤剂、基因工 程药物、疫苗等
氨基酸，鲜味增强剂，脂肪酸，蛋白质，糖与多糖类， 发酵剂，脂类，核酸，核苷酸，核苷、维生素、饮料 等
动物生长促进剂，除草剂，植物生长促进剂，灭害剂， 驱虫剂，杀虫剂等
酸味剂，生物碱，酶抑制剂，酶，溶媒，辅酶，表面 活性剂，转化甾醇和甾体，有机酸，乳化剂，色素， 抗氧化剂，石油等
（2）自吸式发酵罐
构造： 带中央吸气口的搅拌器,由罐底向上伸入的主 轴带动
优点： 提高氧的溶解速率、总的动力消耗减少
缺点： 进罐处负压，增加染菌机会，切断菌丝，影 响菌的正常生长
2.通风搅拌式发酵罐
在通风搅拌式发酵罐中， 通风的目的不仅是供给微 生物所需要的氧，同时还 利用通入发酵罐的空气， 代替搅拌器使发酵液均匀 混合。 常用的有循环式通风发酵 罐和高位塔式发酵罐
营养成分丰富完整，氮源和维生素的含量略高
（3）发酵培养基：提供菌体生长和合成代谢产物
组成丰富完整，营养成份浓度和粘度适中
2.培养基的基本成分
（1）碳源：
是构成菌体和产物的碳架及能量来源。
主要利用的碳源：
单糖（葡萄糖、果糖）、双糖（蔗糖、麦芽 糖）、多糖（淀粉、纤维素）等。
《食品生物技术》教学大纲.doc
《食品生物技术》教学大纲课程编号：2200066学时：32 学分：2 授课学院：农业与生物工程学院适用专业：食品科学与工程教材：罗云波主编.食品生物技术导论•中国农业大学出版社，2002 主要参考资料：1.宋思扬主编.生物技术概论.科学出版社，20032.陆兆新主编.现代食品生物技术.中国农业出版社，20023.刘冬主编.食品生物技术.中国轻工业出版社，20034.罗云波主编.食品生物技术导论.中国农业大学出版社，20025.彭志英.食品酶学导论.化学工业出版社，20036.郭敏辰主编•食品工业生物技术.化学工业出版社，2005.课程的性质、目的及任务《食品生物技术》是食品科学与工程专业一门重要的学科基础选修课。
随着生物技术在食品工业应用中的日益广泛和深入，以基因工程为先导，以发酵工程、酶工程为核心，包括细胞工程和蛋白质工程的食品生物技术已逐渐成为提升我国食品工业技术含量、参与市场竞争的重要核心技术，因此，培养既掌握食品工程技术，又将生物技术熟练应用于食品加工中的复合型高级专业人才，是食品工业发展对专业人才的基本要求。
本课程的主要任务是系统介绍生物技术的基本理论，包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程。
通过教学，使学生掌握基因工程的操作技术、工业菌种分离保藏技术、工业培养基的配制技术、实验室和生产车间的种子扩大培养技术以及酶的生产和分离纯化技术、酶的固定化技术等，了解发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程和蛋白质工程在食品工业中的应用。
.教学基本要求通过本课程的教学，应掌握生物技术的基本理论知识和操作技术，掌握生物技术在食品工业中的应用：熟练基因工程的工具酶和载体，了解基因工程的一些主要分子生物学方法和基因工程在食品工业中的应用；了解动物细胞工程、植物细胞工程及它们在食品工业中的应用；掌握酶制剂的生产、酶的提取、纯化、酶活力的测定以及酶的固定化；掌握常用的发酵工艺和方法、食品发酵工业培养基的组成和制备、菌种活化与扩大培养，了解发酵工程与功能性食品以及食品废弃物的处理。
学习单元 发酵工程及其在食品工业中的应用发酵工程概述
河南工业贸易学院
学习单元5 发酵工程及其在食 品工业中的应用
学习单元5 发酵工程及其在食品工业中 的应用
一．发酵工程概述 二．发酵工业常用菌种及制备 三．发酵工业培养基及其制备 四．无菌空气的制备 五．微生物发酵机理 六．发酵设备与反应器 七．发酵过程工艺控制 八．发酵工程在食品工业中的应用实例
一、发酵工程概述
利用 微生物发酵来转化或改造化合物结构单细胞Fra bibliotek白面包酵母
酵母粉，酵母片 螺旋藻等
藻类
藻类
雨生红球藻生产虾红素
微生物杀虫剂
苏云金杆菌，蜡样芽孢杆菌，侧孢芽孢杆菌；白僵菌、绿僵菌
伴孢晶体
芽孢杆菌
药用真菌
虫草头孢菌发酵生产虫草
茯苓菌→茯苓 担子真菌→灵芝、香菇类
蕈菌/担子菌
地衣
微生物转化
两步发酵法，结合化学合成，制备维生素C
能产麦角固醇、苹果酸等
烃类做能源——假丝酵母
很多都有酒精发酵能力 某些可利用农副产品或烃类生产蛋白质（食用或饲用）
产脂肪——红酵母
无酒精发酵能力 有产脂肪的能力，可由菌体提取大量脂肪 红发夫酵母可产虾青素
3.出芽短梗霉
4.多孢丝抱酵母
2.产肮假丝酵母
红 酵 母 1.酿酒酵母
啤
酒
10.鲁氏酵母
酵
绒毛状，网状、絮状菌丝体
工业上常用的霉菌
根霉属：生产脂肪酶、淀粉酶、乳酸、淄体激素等 毛霉属：产蛋白酶、凝乳酶、草酸、甾体激素等 木霉属：产纤维素酶 青霉属：产脂肪酶、葡萄糖氧化酶、维生素、核苷酸等 曲霉属：产柠檬酸，Vc、各种水解酶等
部分霉菌菌落形态
1.产黄青霉 2.紫红曲 3.点青霉 4.黑曲霉 5.米曲霉
发酵工程及其在食品中的应用正式课件
优化发酵条件
通过实验设计和响应面分析等方法，优化发酵培 养基配方、温度、pH等条件，提高发酵效率。
3
过程优化与集成
将多个发酵过程进行集成和优化，实现连续发酵 、耦合发酵等新工艺，提高设备利用率和生产效 率。
解决食品安全和环保问题
严格控制原料质量
对原料进行严格的质量控制和检测，确保原料的安全性和可靠性 ，防止污染和有害物质的混入。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
05
发酵工程在食品安全方面的应用
食品中微生物的检测和控制
微生物检测
利用发酵工程中的生物传感器等 技术，快速检测食品中的有害微 生物，如沙门氏菌、大肠杆菌等 ，提高检测的准确性和效率。
微生物控制
通过发酵工程手段，如控制发酵 条件，抑制有害微生物的生长繁 殖，从而保障食品的安全。
混合发酵
同时存在有氧和无氧发酵的发酵方 式，如同时产生乙醇和乳酸的发酵 过程。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
03
发酵工程在食品工业中的应用
面包和糕点的制作
面包和糕点是发酵工程在食品工业中的重要应用之一。通过 发酵工程，可以生产出各种口感和风味独特的面包和糕点， 如酵母面包、全麦面包、奶油蛋糕等。
固体培养
将微生物接种在固体培养 基上，通过培养形成菌落 。连续发酵或固定 化反应。
发酵反应过程
无氧发酵
在无氧条件下，微生物利用糖类 物质进行发酵，生成乙醇、乳酸
和二氧化碳等产物。
有氧发酵
在有氧条件下，微生物利用有机物 质进行发酵，分解成小分子物质和 能量。
食品中化学污染物的检测和控制
化学污染物检测
通过实验设计和响应面分析等方法，优化发酵培 养基配方、温度、pH等条件，提高发酵效率。
3
过程优化与集成
将多个发酵过程进行集成和优化，实现连续发酵 、耦合发酵等新工艺，提高设备利用率和生产效 率。
解决食品安全和环保问题
严格控制原料质量
对原料进行严格的质量控制和检测，确保原料的安全性和可靠性 ，防止污染和有害物质的混入。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
05
发酵工程在食品安全方面的应用
食品中微生物的检测和控制
微生物检测
利用发酵工程中的生物传感器等 技术，快速检测食品中的有害微 生物，如沙门氏菌、大肠杆菌等 ，提高检测的准确性和效率。
微生物控制
通过发酵工程手段，如控制发酵 条件，抑制有害微生物的生长繁 殖，从而保障食品的安全。
混合发酵
同时存在有氧和无氧发酵的发酵方 式，如同时产生乙醇和乳酸的发酵 过程。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
03
发酵工程在食品工业中的应用
面包和糕点的制作
面包和糕点是发酵工程在食品工业中的重要应用之一。通过 发酵工程，可以生产出各种口感和风味独特的面包和糕点， 如酵母面包、全麦面包、奶油蛋糕等。
固体培养
将微生物接种在固体培养 基上，通过培养形成菌落 。连续发酵或固定 化反应。
发酵反应过程
无氧发酵
在无氧条件下，微生物利用糖类 物质进行发酵，生成乙醇、乳酸
和二氧化碳等产物。
有氧发酵
在有氧条件下，微生物利用有机物 质进行发酵，分解成小分子物质和 能量。
食品中化学污染物的检测和控制
化学污染物检测
第三章发酵工程与食品产业-微生物灭菌
湿热灭菌就是根据微生物的这种特性进行的
一般无芽胞细菌， 即可全部杀死； 一般无芽胞细菌，在60℃下经过 ℃下经过10min即可全部杀死； 即可全部杀死 芽胞细菌的芽胞在100℃下经过几分钟至数小时才能杀死； 芽胞细菌的芽胞在 ℃下经过几分钟至数小时才能杀死； 某些嗜热菌能在120℃下耐受 ～30min。 某些嗜热菌能在 ℃下耐受20～ 。
过滤除菌法
• 将液体或气体用微孔薄膜过滤，使大于孔 径的细菌等微生物颗粒阻留，从而达到除 菌目的。在体外培养时，过滤除菌大多用 于遇热容易变性而失效的试剂或培养液。 • 缺点:无法去除其中的病毒和噬菌体
思考
• 在高压蒸汽灭菌法中需不需要排除设备中 的空气？ • 75%乙醇与无水乙醇相比哪个杀菌能力更 强？为什么？
在微生物受热失活的过程中，微生物不断被杀死，活菌数不断被减少。 在微生物受热失活的过程中，微生物不断被杀死，活菌数不断被减少。 微生物热死速率可以用分子反应速率来表示， 微生物热死速率可以用分子反应速率来表示，即微生物活体个数减少的 速度与任一瞬间残存的菌数成正比。 受热时间， 受热时间 ； = -k N t——受热时间，min； dt k——反应速率常数，或比死亡速率常数，min-1。 反应速率常数， 反应速率常数 或比死亡速率常数，
反应速率常数k随微生物种类和加热温度而变化。 反应速率常数 随微生物种类和加热温度而变化。 随微生物种类和加热温度而变化
N——培养基中残留活菌数，个； 培养基中残留活菌数， 培养基中残留活菌数
由于一般细菌、产芽胞细菌、微生物细胞和微生物孢子对热的抵抗力不同， 由于一般细菌、产芽胞细菌、微生物细胞和微生物孢子对热的抵抗力不同， 因此，它们的致死温度和致死时间也有差别。 因此，它们的致死温度和致死时间也有差别。
发酵工程与食品产业
发酵工程与食品产业概述发酵工程是一个与食品产业密切相关的领域。
它涉及利用微生物在特定条件下进行生长和代谢的过程来生产食品和饮料。
发酵工程在现代食品产业中扮演着重要角色，因为它能够改变原始食材的物化性质和味道，从而提高食品的品质和口感。
本文将重点介绍发酵工程在食品产业中的应用和意义。
发酵工程的原理发酵工程基于微生物的活动，通过对微生物的培养和控制条件的调控，实现应用需求。
常见的微生物包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等。
在发酵过程中，这些微生物会产生一些有益的代谢产物，如酒精、乳酸、食醋等，从而赋予食品特殊的风味和质感。
发酵工程的原理主要包括以下几个方面：1.微生物的培养：选择适合的微生物菌种，提供适宜的培养基和培养条件，以促进微生物的生长和繁殖。
2.发酵条件的控制：调控发酵过程中的温度、pH值、氧气供应和搅拌等参数，以保证微生物的最佳生长环境。
3.代谢产物的收集和分离：对发酵产生的代谢产物进行收集和分离，以获取纯净的产品。
发酵工程在食品产业中的应用发酵工程在食品产业中有广泛的应用，以下是一些常见的例子：1.酿造业：酿酒和啤酒生产是发酵工程在食品产业中的重要应用之一。
通过选择合适的酵母菌和调控发酵条件，可以生产出高质量的酒类产品。
发酵过程中，酵母菌分解麦芽中的淀粉，产生酒精和二氧化碳，从而完成酒精发酵过程。
2.酸奶生产：利用乳酸菌对牛奶进行发酵，可以生产出酸奶。
乳酸菌能够将牛奶中的乳糖转化为乳酸，使其酸化。
酸奶具有丰富的益生菌和优质的蛋白质，对人体健康有益。
3.味精生产：味精是一种常用的调味品，也是发酵工程在调味品产业中的代表。
味精的生产过程是通过酵母菌对淀粉或糖进行发酵，产生谷氨酸钠，再经过提取和精制而得到。
4.酱油和豆瓣酱生产：酱油和豆瓣酱也是利用发酵工程来生产的传统食品。
通过选择适宜的微生物来进行发酵，使豆类发酵并产生香味和特殊的风味。
发酵工程对食品产业的意义发酵工程对食品产业具有重要意义：1.改善食品品质：通过发酵工程，食品的物理化学性质和味道得以改变和提高。
发酵工程原理及其在食品工业中的应用幻灯片
〔三〕霉菌
发酵工业中常用的霉菌：根霉属，主要产淀 粉酶、脂肪酶、乳酸、甾体激素等；毛霉属， 主要产蛋白酶、凝乳酶、草酸、甾体激素等； 木霉属，主要产纤维素酶等；青霉属，主要产 脂肪酶、葡萄糖氧化酶、维生素等；曲霉属， 主要产维生素C、柠檬酸、各种水解酶类等。
〔四〕担子菌
担子菌的多糖物质具有很强的生理活性， 尤其是提高机体免疫力、抗肿瘤作用等方面越 来越引起人们重视。此外，担子菌通过液体发 酵得到的菌丝体富含蛋白质、多糖、维生素等， 可用于食品、医药和保健行业。
4.来源广泛：菌种能在廉价原料制成的培 养基上迅速生长和繁殖，并且生成所需的代 谢产物产量要高。
5、产物单一。
6.不易被感染：选择一些不易被噬菌体感 染的菌株。
7.非病源菌：不产生任何有害的生物活性 物质〔包括激素和毒素等〕，以保证平安。
二、食品发酵工业常用微生物
微生物代谢产物已超过1300多种，但大规模 生产的代谢产物只有100多种。微生物的酶有近 千种，已工业化利用的不过40-50种。因此，可 以说微生物的利用潜力很大。
（五）开拓发酵原料时期 （1960年-）
石油化工副产物石蜡、醋酸、甲醇以及甲 烷等碳氢化合物被用来作为发酵原料。
以烃为碳源生产微生物细胞作为饲料蛋白质 的来源 出现了不需要机械搅拌的高压喷射和强制循 环的发酵罐 工业上普遍采用分批培养和分批补料培养法
〔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。
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
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如：铵盐比硝基氮更容易利用。
氨及铵盐等氮源的利用速度常随碳源的利 用速度而变。
糖代谢中间产物是氨基酸的前体。
氨浓度过高或过低，特别是过高，对某些 产物（如：青霉素）的形成不利。
由速效碳(氮)源和缓效碳(氮)源组成混合 碳(氮)源时，细胞膜通常不允许缓效碳( 氮) 源进入细胞，只有当速效碳(氮)源耗尽时，细 胞才合成运输缓效碳(氮)源的载体和分解该物 质的酶系，出现二次生长。
7. 考虑营养成分的加入顺序，避免生产沉淀
注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的相互配合，选用适当的C/N。
a) 氮源过多，菌体繁殖旺盛，pH值偏高，不利于代谢产物的积累； b) 氮源不足，菌体繁殖量少，影响产量。 a. 碳源过多，容易形成较低的pH值； b. 碳源不足，菌体衰老和自溶。 C/N不当影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。
初级代谢产物指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长 和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 维生素等。通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、 具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物， 通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合 成过程的 某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则 导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型
高氏一号培养基：碳源为可溶性淀粉、氮源为KNO3 、 NaCl 、K2HPO4•3H2O 、MgSO4•7H2O 作为无机盐， FeSO4•7H2O作为微生物的微量元素，提供铁离子等组 成。
根据原料来源不同 1. 合成培养基：由化学成分已知的有机物和无机物配制而成。 特点: 成分精确，重复性强。但营养局限，微生物生长缓慢。 适用范围: 菌种分离、选育、遗传分析及生物测定等。 2. 半合成培养基：由某些天然物质与少量已知成分的化学物质配制而成。 特点: 营养全面，能有效地满足微生物对营养的需求。 适用范围: 微生物的培养。
世界上第一次分离出伤寒杆菌； 动物结核病，接种了 496 头实验动物， 世界上第一次发明了蒸汽杀菌法； 物中进行菌毒试验。不知从多少次失败 世界上第一次分离出结核病细菌；中才获得成功！是年他才 39 岁。
世界上第一次发明了预防炭疽病的接种方法；
世界上第一次发现了霍乱弧菌； 世界上第一次提出了霍乱预防法； 世界上第一次发现了鼠蚤传播鼠疫的秘密； 世界上第一次发现了睡眠症是由采采蝇传播的。
如：青霉素产生菌利用葡萄糖快（30-40小时），利用乳
糖速度慢（6天）。
一般情况：单糖比双糖快；双糖比多糖快； 纯多糖比杂多糖快（淀粉最好）。 快者为速效碳源，慢者为迟效碳源。
迅速参与菌体生长 代谢和产生能量适 于长菌 利于延长代谢产物的 合成
氮源利用及与碳源利用的关系
不同氮源的利用速度也不同。
某些代谢物可以阻止某些酶的合成，是通过阻止为该酶编 码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的阻遏。 能阻遏酶合成的物质叫辅阻遏物。被辅阻遏物作用而停止 合成的酶叫阻遏酶。
乳糖操纵子的结构
诱导机制
色氨酸操纵子（酶的阻遏） ----------阻遏物和操纵基因的调节
结构基因 调节基因 操纵基因 调节基因 结构基因
次级代谢产物通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢 产物,大多是分子结构比较复杂的化合物.根据其作用,可将 其分为抗生素,激素,生物碱,毒素等类型.
3. 发酵技术的特点
以生物体的自动调节方式进行 在常温常压下进行 能有选择的摄取各种营养物质 容易生产复杂的高分子化合物 需要防止杂菌污染
三 发酵工艺及方法简介 发酵工艺:
微生物菌种的纯种分离, 选育, 活化和扩大培养 培养基的配置 培养基和空气的灭菌或除菌 发酵工艺的控制 细胞的大规模培养 产物的分离纯化 生产工艺的设计
发酵方法: 1. 固体发酵: 2. 液体发酵
液体表面发酵 液体深层发酵 液体厌氧发酵
超过我的下一个首富必将 出现在生物医药领域
2. 鉴别培养基：根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指 示剂，通过显色反应以鉴别不同的微生物。如克氏双糖铁琼脂、 各种单糖发酵管、枸橼酸盐琼脂等
克氏双糖铁琼脂 蛋白胨 20g,牛肉膏
3g,酵母膏
3g,乳糖
10g,葡萄糖 0.5g, 琼脂
1g 12g,酚红
氯化钠 5g,柠檬酸铁铵 0.5g,硫代硫酸钠 0.025g,蒸馏水 1000mL,pH7.4 制法
根据培养基的物理性质
1. 液体培养基：用各种营养成分加水配成，或用天然物质的浸汁(麦 芽 汁、豆芽汁等)制成。 特点:组分均一，适宜各类微生物的营养生长。 适用范围:实验研究及大规模工业生产中，有利于广泛获得大量菌体或代 谢产物。 2. 固体培养基：在液体培养基中加入凝固剂，或用麸皮等固体原料配制。 常用的凝固剂是琼脂, 主要成分为多聚半乳糖的硫酸酯，绝大多数微生物 不能将其分解，在培养基中仅起支撑作用。 适用范围: 微生物的分离培养、菌种鉴定和保藏。 3. 半固体培养基：液体培养基中加入0.5～0.8％琼脂制成。 适用范围: 用于观察细菌的运动、菌种鉴定及测定噬菌体的效价等
本世纪三十年代，H.Karstrom在对糖代谢过程中的某些酶 的合成进行研究时提出：诱导酶与组成酶
酶合成诱导的现象—Jacob and Monod的工作： 已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶； -半乳糖苷 透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶。 实验： 1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三 种酶合成； 2.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有 上述三种酶合成；当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失； 3.表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。
将除琼脂和酚红以外的各成分溶解于蒸馏水中，校正pH。加入琼脂， 加热煮沸，以溶化琼脂。加入0.2%酚红水溶液12.5mL，摇匀。分装试 管，装量宜多些，以便得到比较高的底层。121℃高压灭菌15min。放置 高层斜面备用。
由于KIA培养基含乳糖、葡萄糖、硫酸亚铁铵和酚红指示剂。酚红在 pH7.4时为红色，细菌分解糖产酸时则变为黄色。因此,斜面可观察细菌 对乳糖的发酵情况。肠道致病菌多不发酵乳糖，因此可以区别肠道内的 致病菌和大肠埃希菌。
伊红美蓝琼脂-成分 蛋白胨 10g 乳糖 10g 磷酸氢二钾 2g 琼脂 17g 2%伊红Y溶液 20mL 0.65%美蓝溶液 10mL 蒸馏水 1000mL pH7.1 大肠杆菌 紫黑色菌落有绿色金属光泽 产气肠杆菌 粉红色菌落无光泽 奇异变形杆菌 无色菌落 金黄色葡萄球菌 不生长 伊红美兰琼脂原理 伊红为酸性染料，美蓝为碱性染料。 当大肠杆菌分解乳糖产酸时细菌带正电荷被染成红色，再与美蓝结合形 成紫黑色菌落，并带有绿色金属光泽。 在碱性环境中不分解乳糖产酸的细菌不着色，伊红和美蓝不能结合，故 沙门氏菌等为无色或琥珀色半透明菌落。 金葡菌在此培养基上不生长
第三章 发酵工程原理及其在食品工业中的应 用
第一节
发酵工程概况
Fermentation-fervere
一 发酵工程的定义 1. 发酵的定义: 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 或次级代谢产物的过程 2. 发酵工程: 利用微生物的生长和代谢活动来生产各 种有用物质的工程技术，又称微生物工程. 生物技 术走向产业化的必经之路.
比尔· 盖茨
第二节 培养基的组成及配制
定义: 一种人工配制的, 供微生物生长繁殖和形成代谢产物用的营养培养物质. 一 培养基的类型
天然培养基
1. 根据来源分：
合成培养基
半合成培养基
基础培养基 增殖培养基
2. 根据主要成分或使用目的分： 鉴别培养基
营养不能太丰富，尤其是有机氮源；
3. 根据生产工业的要求分：
罗伯特· 科赫------德国医学家 ， 1905年获得诺贝尔生理学及医学奖 世界上第一次发明了细菌照相法； 世界上第一次发现了炭疽热的病原细菌——炭疽杆菌； 世界上第一次证明了一种特定的微生物引起一种特定疾病的原因； 从科赫完整的实验记录中可以看到，他
一共研究了 98 例人体结核病、 34 例 取得了 43 份纯培养，并在 200 头动
二、培养基的配制原则
1. 根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基
2. 注意速效碳（氮）源和缓效碳（氮）源的配合使用，发
挥各自的优势 3. 营养成分的恰当配比（C/N一般取100 : 0.2～2.0） 4. 渗透压，营养物质要有合适的浓度 5. 合适的pH值（注意生理酸性盐、生理碱性盐和缓冲剂的 加入） 6. 氧化还原电位
3. 天然培养基：由化学成分不清楚或不衡定的天然有机物配制而成。 特点: 成分复杂，但营养丰富全面。 适用范围: 常用于实验研究和生产。
土豆葡萄糖培养基
根据培养基的用途
1. 选择培养基：根据某一类或某种微生物的特殊营养要求而设计 的培养基，用于提高所需微生物的分离效率。 SS琼脂、麦康凯琼脂、伊红-美蓝琼脂等
碳氮比严格讲指元素比，但通常指原料比。一般情况： 产物不含氮，细菌，100:0.2-2.0；酵母菌， 100:20；霉菌，100:10。 产物含氮，碳氮比较高。 如：谷氨酸生产， 100:15-21。 一般发酵工业中C/N为100:（0.2～2.0）
不同碳源的利用速度
不同菌能利用的碳源不同，同一菌种对不 同碳源利用速度不同。
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3.通气搅拌发酵技术的建立: 青霉素为代表抗生素发酵, 甾体转化, 赫法则,包括:一种病原微生物必然存在 于患病动物体内,但不应 微生物酶与氨基酸发酵. 特点: 通气带搅拌 出现在健康动物内;此病原微生物可从患病动物分离得到纯培养
物;将分离出的纯培养物人工接种敏感动物时,必定出现该疾病所 特有的症状;从人工接种的动物可以再次分离出性状与原有病原 4.代谢控制发酵技术:调控代谢的手段进行微生物育种和控制发酵 微生物相同的纯培养物。）
氨及铵盐等氮源的利用速度常随碳源的利 用速度而变。
糖代谢中间产物是氨基酸的前体。
氨浓度过高或过低，特别是过高，对某些 产物（如：青霉素）的形成不利。
由速效碳(氮)源和缓效碳(氮)源组成混合 碳(氮)源时，细胞膜通常不允许缓效碳( 氮) 源进入细胞，只有当速效碳(氮)源耗尽时，细 胞才合成运输缓效碳(氮)源的载体和分解该物 质的酶系，出现二次生长。
7. 考虑营养成分的加入顺序，避免生产沉淀
注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的相互配合，选用适当的C/N。
a) 氮源过多，菌体繁殖旺盛，pH值偏高，不利于代谢产物的积累； b) 氮源不足，菌体繁殖量少，影响产量。 a. 碳源过多，容易形成较低的pH值； b. 碳源不足，菌体衰老和自溶。 C/N不当影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。
初级代谢产物指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长 和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 维生素等。通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、 具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物， 通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合 成过程的 某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则 导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型
高氏一号培养基：碳源为可溶性淀粉、氮源为KNO3 、 NaCl 、K2HPO4•3H2O 、MgSO4•7H2O 作为无机盐， FeSO4•7H2O作为微生物的微量元素，提供铁离子等组 成。
根据原料来源不同 1. 合成培养基：由化学成分已知的有机物和无机物配制而成。 特点: 成分精确，重复性强。但营养局限，微生物生长缓慢。 适用范围: 菌种分离、选育、遗传分析及生物测定等。 2. 半合成培养基：由某些天然物质与少量已知成分的化学物质配制而成。 特点: 营养全面，能有效地满足微生物对营养的需求。 适用范围: 微生物的培养。
世界上第一次分离出伤寒杆菌； 动物结核病，接种了 496 头实验动物， 世界上第一次发明了蒸汽杀菌法； 物中进行菌毒试验。不知从多少次失败 世界上第一次分离出结核病细菌；中才获得成功！是年他才 39 岁。
世界上第一次发明了预防炭疽病的接种方法；
世界上第一次发现了霍乱弧菌； 世界上第一次提出了霍乱预防法； 世界上第一次发现了鼠蚤传播鼠疫的秘密； 世界上第一次发现了睡眠症是由采采蝇传播的。
如：青霉素产生菌利用葡萄糖快（30-40小时），利用乳
糖速度慢（6天）。
一般情况：单糖比双糖快；双糖比多糖快； 纯多糖比杂多糖快（淀粉最好）。 快者为速效碳源，慢者为迟效碳源。
迅速参与菌体生长 代谢和产生能量适 于长菌 利于延长代谢产物的 合成
氮源利用及与碳源利用的关系
不同氮源的利用速度也不同。
某些代谢物可以阻止某些酶的合成，是通过阻止为该酶编 码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的阻遏。 能阻遏酶合成的物质叫辅阻遏物。被辅阻遏物作用而停止 合成的酶叫阻遏酶。
乳糖操纵子的结构
诱导机制
色氨酸操纵子（酶的阻遏） ----------阻遏物和操纵基因的调节
结构基因 调节基因 操纵基因 调节基因 结构基因
次级代谢产物通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢 产物,大多是分子结构比较复杂的化合物.根据其作用,可将 其分为抗生素,激素,生物碱,毒素等类型.
3. 发酵技术的特点
以生物体的自动调节方式进行 在常温常压下进行 能有选择的摄取各种营养物质 容易生产复杂的高分子化合物 需要防止杂菌污染
三 发酵工艺及方法简介 发酵工艺:
微生物菌种的纯种分离, 选育, 活化和扩大培养 培养基的配置 培养基和空气的灭菌或除菌 发酵工艺的控制 细胞的大规模培养 产物的分离纯化 生产工艺的设计
发酵方法: 1. 固体发酵: 2. 液体发酵
液体表面发酵 液体深层发酵 液体厌氧发酵
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2. 鉴别培养基：根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指 示剂，通过显色反应以鉴别不同的微生物。如克氏双糖铁琼脂、 各种单糖发酵管、枸橼酸盐琼脂等
克氏双糖铁琼脂 蛋白胨 20g,牛肉膏
3g,酵母膏
3g,乳糖
10g,葡萄糖 0.5g, 琼脂
1g 12g,酚红
氯化钠 5g,柠檬酸铁铵 0.5g,硫代硫酸钠 0.025g,蒸馏水 1000mL,pH7.4 制法
根据培养基的物理性质
1. 液体培养基：用各种营养成分加水配成，或用天然物质的浸汁(麦 芽 汁、豆芽汁等)制成。 特点:组分均一，适宜各类微生物的营养生长。 适用范围:实验研究及大规模工业生产中，有利于广泛获得大量菌体或代 谢产物。 2. 固体培养基：在液体培养基中加入凝固剂，或用麸皮等固体原料配制。 常用的凝固剂是琼脂, 主要成分为多聚半乳糖的硫酸酯，绝大多数微生物 不能将其分解，在培养基中仅起支撑作用。 适用范围: 微生物的分离培养、菌种鉴定和保藏。 3. 半固体培养基：液体培养基中加入0.5～0.8％琼脂制成。 适用范围: 用于观察细菌的运动、菌种鉴定及测定噬菌体的效价等
本世纪三十年代，H.Karstrom在对糖代谢过程中的某些酶 的合成进行研究时提出：诱导酶与组成酶
酶合成诱导的现象—Jacob and Monod的工作： 已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶； -半乳糖苷 透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶。 实验： 1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三 种酶合成； 2.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有 上述三种酶合成；当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失； 3.表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。
将除琼脂和酚红以外的各成分溶解于蒸馏水中，校正pH。加入琼脂， 加热煮沸，以溶化琼脂。加入0.2%酚红水溶液12.5mL，摇匀。分装试 管，装量宜多些，以便得到比较高的底层。121℃高压灭菌15min。放置 高层斜面备用。
由于KIA培养基含乳糖、葡萄糖、硫酸亚铁铵和酚红指示剂。酚红在 pH7.4时为红色，细菌分解糖产酸时则变为黄色。因此,斜面可观察细菌 对乳糖的发酵情况。肠道致病菌多不发酵乳糖，因此可以区别肠道内的 致病菌和大肠埃希菌。
伊红美蓝琼脂-成分 蛋白胨 10g 乳糖 10g 磷酸氢二钾 2g 琼脂 17g 2%伊红Y溶液 20mL 0.65%美蓝溶液 10mL 蒸馏水 1000mL pH7.1 大肠杆菌 紫黑色菌落有绿色金属光泽 产气肠杆菌 粉红色菌落无光泽 奇异变形杆菌 无色菌落 金黄色葡萄球菌 不生长 伊红美兰琼脂原理 伊红为酸性染料，美蓝为碱性染料。 当大肠杆菌分解乳糖产酸时细菌带正电荷被染成红色，再与美蓝结合形 成紫黑色菌落，并带有绿色金属光泽。 在碱性环境中不分解乳糖产酸的细菌不着色，伊红和美蓝不能结合，故 沙门氏菌等为无色或琥珀色半透明菌落。 金葡菌在此培养基上不生长
第三章 发酵工程原理及其在食品工业中的应 用
第一节
发酵工程概况
Fermentation-fervere
一 发酵工程的定义 1. 发酵的定义: 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 或次级代谢产物的过程 2. 发酵工程: 利用微生物的生长和代谢活动来生产各 种有用物质的工程技术，又称微生物工程. 生物技 术走向产业化的必经之路.
比尔· 盖茨
第二节 培养基的组成及配制
定义: 一种人工配制的, 供微生物生长繁殖和形成代谢产物用的营养培养物质. 一 培养基的类型
天然培养基
1. 根据来源分：
合成培养基
半合成培养基
基础培养基 增殖培养基
2. 根据主要成分或使用目的分： 鉴别培养基
营养不能太丰富，尤其是有机氮源；
3. 根据生产工业的要求分：
罗伯特· 科赫------德国医学家 ， 1905年获得诺贝尔生理学及医学奖 世界上第一次发明了细菌照相法； 世界上第一次发现了炭疽热的病原细菌——炭疽杆菌； 世界上第一次证明了一种特定的微生物引起一种特定疾病的原因； 从科赫完整的实验记录中可以看到，他
一共研究了 98 例人体结核病、 34 例 取得了 43 份纯培养，并在 200 头动
二、培养基的配制原则
1. 根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基
2. 注意速效碳（氮）源和缓效碳（氮）源的配合使用，发
挥各自的优势 3. 营养成分的恰当配比（C/N一般取100 : 0.2～2.0） 4. 渗透压，营养物质要有合适的浓度 5. 合适的pH值（注意生理酸性盐、生理碱性盐和缓冲剂的 加入） 6. 氧化还原电位
3. 天然培养基：由化学成分不清楚或不衡定的天然有机物配制而成。 特点: 成分复杂，但营养丰富全面。 适用范围: 常用于实验研究和生产。
土豆葡萄糖培养基
根据培养基的用途
1. 选择培养基：根据某一类或某种微生物的特殊营养要求而设计 的培养基，用于提高所需微生物的分离效率。 SS琼脂、麦康凯琼脂、伊红-美蓝琼脂等
碳氮比严格讲指元素比，但通常指原料比。一般情况： 产物不含氮，细菌，100:0.2-2.0；酵母菌， 100:20；霉菌，100:10。 产物含氮，碳氮比较高。 如：谷氨酸生产， 100:15-21。 一般发酵工业中C/N为100:（0.2～2.0）
不同碳源的利用速度
不同菌能利用的碳源不同，同一菌种对不 同碳源利用速度不同。
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3.通气搅拌发酵技术的建立: 青霉素为代表抗生素发酵, 甾体转化, 赫法则,包括:一种病原微生物必然存在 于患病动物体内,但不应 微生物酶与氨基酸发酵. 特点: 通气带搅拌 出现在健康动物内;此病原微生物可从患病动物分离得到纯培养
物;将分离出的纯培养物人工接种敏感动物时,必定出现该疾病所 特有的症状;从人工接种的动物可以再次分离出性状与原有病原 4.代谢控制发酵技术:调控代谢的手段进行微生物育种和控制发酵 微生物相同的纯培养物。）