EM菌种 现代发酵工业生产的产品主要都有哪些可分为哪几种类型Word文档格式.docx
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思考题
抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产?
这与微生物的生长和代谢特点有什么关系?
自然界中的微生物能够从它生存的环境中吸取营养物和能量,进行物质的合成与代谢,进行繁衍,这一切生命活动几乎都是由酶催化的生物反应完成的。
因此,在微生物细胞中存在能够催化各种反应的酶。
我们可以从中筛选出能够产生某种酶较多的微生物,利用该微生物的代谢活动,获得某种产品。
自然界中存在的某些微生物因适应不同的环境,或因自身生存的需要而具备产生某种物质的能力,如某些微生物因争夺生存环境或营养物,会产生抗生素将其他种类的微生物杀死;
微生物为将环境中的蛋白质、纤维素、淀粉等大分子变成可吸收的营养物,会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶,将其水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖;
另外,微生物从环境中能够得到的营养物的种类必定有限,不能够满足需要,因此,微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质,包括氨基酸、核苷酸等等。
这一切都是为满足微生物生存和繁殖的需要,人们就可以利用微生物的这种生产能力,生产各种有用的产品,如抗生素、氨基酸、酶等。
1.调查食品店中或超市中有哪些发酵食品,列举出五种并说明其原料、使用的菌种、发酵的类型(需氧或厌氧发酵)及发酵前后的营养成分有哪些变化?
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。
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。
酱油:
酱油生产以大豆为主要原料,其他有麦麸、小麦、玉米等,将上述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。
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。
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。
醪糟:
又称酒酿,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。
由于使用的根霉菌种不同,可以生产不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。
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。
泡菜和腐乳:
请参看《生物技术实践》的专题2的课题1和2。
酸菜:
与泡菜类似。
2.当地是否有从事发酵生产的企业?
如果有,请进行以下调查活动。
(1)找当地的政府管理部门咨询,了解这些企业的年产值是多少?
占当地(市/县)国民生产总值的比例是多少?
这些企业提供了多少就业岗位?
(2)你的亲戚、朋友之中,是否有正在从事食品发酵工业生产的?
如果有,找他们咨询以下问题:
本行业目前的产品主要供应哪些市场?
经济效益如何?
本行业目前遇到的主要困难是什么?
这是否对发酵技术提出更高的要求?
与发酵有关的企业包括:
制药业:
抗生素、氨基酸、维生素的生产厂家;
食品业:
醋、酱油、酱、酒等的生产厂家;
轻工业:
柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产厂家;
化工业:
酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生产厂家;
饲料业:
饲料添加剂的生产厂家;
农药业:
农用抗生素、微生物肥料、微生物农药等的生产厂家。
参考资料1.利用微生物发酵可以生产哪些产品?
利用微生物发酵生产的产品包括:
酒类,如果酒(葡萄酒等)、米酒、白酒等;
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;
抗生素,包括疾病治疗的药用抗生素,农业和畜牧业用于防病抗病的抗生素,如青霉素、头孢霉素、链霉素、四环素、土霉素、红霉素、稻瘟素、井岗霉素、春日霉素等等;
多糖,如黄原胶、普鲁兰等;
酶,如碱性蛋白酶(洗涤剂)、中性蛋白酶(洗涤剂等)、脂肪酶(洗涤剂)、α-淀粉酶(淀粉水解)、葡萄糖淀粉酶(葡萄糖生产)、葡萄糖异构酶(高果糖糖浆生产)、纤维素酶(纤维素水解、纺织品加工)、果胶酶(食品、水果加工等)、凝乳酶(奶酪制造)、青霉素酰化酶(青霉素母核生产)、天冬氨酸酶(L天冬氨酸制造)、延胡索酸酶(L苹果酸制造)、葡萄糖氧化酶(检验葡萄糖)、乳酸脱氢酶(临床检验)、链激酶(治疗血栓)等等,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。
2.如何选育菌种?
为了获得适合大规模工业生产所需的优良生产菌种,一般首先是从自然界分离筛选具有产生目标产物能力的菌种,但这样获得的菌种的生产能力往往较低,生理生化特性不一定能满足生产要求,还需要进行大量的诱变选育,进一步提高其生产能力,改善性能;
也可以对现有的生产菌种进行改造,即经诱变育种,选育出符合实际生产需要的菌株。
自然界中微生物资源异常丰富,土壤、水、空气、腐败的动植物残骸,都是微生物的主要集居和生长繁衍的场所。
其种类之多,至今仍然是一个难于估测的未知数。
以其集居环境(包括特殊和极端环境)、营养类型、生存方式、生理类型、代谢途径、合成能力等比较,均居生物界之冠。
因此,微生物资源的开发和应用是当今世界瞩目的重大课题。
菌种的分离,不仅是把混杂的各类微生物有效地分开,得到纯种,更重要的是依着生产实际的要求,有的放矢、快速、准确地将能产生所需产物,或具有某种生化反应性能的菌种,从大量的微生物中挑选出来。
有时是设计一种在分离阶段便能识别所需菌种的方法,更多的是利用特定的方法分离,获得所需菌种后,再进行识别。
为了使获得的菌种能满足工业生产的需要,须考虑各种性能指标。
因此,菌种分离和筛选的方法和策略就十分重要。
一般的菌种分离纯化和筛选步骤可分为采样、增殖与分离、发酵与性能测定等几个步骤。
步骤和方法如下图所示:
3.发酵培养基如何配制?
首先需了解微生物需要的营养物质。
(1)微生物需要的营养物质
营养物质应满足微生物的生长、繁殖和完成各种生理活动的需要。
它们的作用可概括为形成结构(参与细胞组成)、提供能量和调节作用(构成酶的活性和物质运输系统)。
微生物的营养物质有六大类要素,即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。
①
水
水是微生物的重要组成部分,在代谢中占有重要地位。
水在细胞中有两种存在形式:
结合水和游离水。
结合水与溶质或其他分子结合在一起,很难加以利用。
游离水(或称为非结合水)则可以被微生物利用。
②
碳源
碳在细胞的干物质中约占50%,所以微生物对碳的需求最大。
凡是作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质,称为碳源。
作为微生物营养的碳源物质种类很多,从简单的无机物(CO2、碳酸盐)到复杂的有机含碳化合物(糖、糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、芳香化合物及各种含碳化合物等)。
但不同微生物利用碳源的能力不同,假单孢菌属可利用90种以上的碳源,甲烷氧化菌仅利用两种有机物:
甲烷和甲醇,某些纤维素分解菌只能利用纤维素。
大多数微生物是异养型,以有机化合物为碳源。
能够利用的碳源种类很多,其中糖类是最好的碳源。
异养微生物将碳源在体内经一系列复杂的化学反应,最终用于构成细胞物质,或为机体提供生理活动所需的能量。
所以,碳源往往也是能源物质。
自养菌以CO2、碳酸盐为唯一或主要的碳源。
CO2是被彻底氧化的物质,其转化成细胞成分是一个还原过程。
因此,这类微生物同时需要从光或其他无机物氧化获得能量。
这类微生物的碳源和能源分别属于不同物质。
③
氮源
凡是构成微生物细胞的物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质,称为氮源。
细胞干物质中氮的含量仅次于碳和氧。
氮是组成核酸和蛋白质的重要元素,氮对微生物的生长发育有着重要作用。
从分子态的N2到复杂的含氮化合物都能够被不同微生物所利用,而不同类型的微生物能够利用的氮源差异较大。
固氮微生物能利用分子态N2合成自己需要的氨基酸和蛋白质,也能利用无机氮和有机氮化物,但在这种情况下,它们便失去了固氮能力。
此外,有些光合细菌、蓝藻和真菌也有固氮作用。
许多腐生细菌和动植物的病原菌不能固氮,一般利用铵盐或其他含氮盐作氮源。
硝酸盐必须先还原为NH+4后,才能用于生物合成。
以无机氮化物为唯一氮源的微生物都能利用铵盐,但它们并不都能利用硝酸盐。
有机氮源有蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、玉米浆等,工业上能够用黄豆饼粉、花生饼粉和鱼粉等作为氮源。
有机氮源中的氮往往是蛋白质或其降解产物。
氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料,不作为能源。
只有少数细菌,如硝化细菌利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源。
④
无机盐
无机盐也是微生物生长所不可缺少的营养物质。
其主要功能是:
①
构成细胞
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