微生物生物技术

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十五章,微生物生物技术,第一节工业发酵的菌种和发酵特征,生产菌种的要求和来源,大规模发酵的特征,第二节工业发酵的方式,连续发酵,固定化酶和固定化细胞发酵,固态发酵,混合培养物发酵,混合发酵,是指多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵，也称混合培养。,混合发酵有三个突出优势,充分利用培养基、设备、人员和霎时间，可以在共同的发酵容器中经过同一工艺过程，提高所需产品的质量，或获得二种、多种产品，即可做到三少一多：生产人员少，原材料和能源消耗少，设备和器材少，而生产的产品的效益或种类多。,混合发酵能够获得一些独特的产品，而纯种发酵是很难做到的。,混合的多种菌种，增加了发酵中许多基因的功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，可以代替某些基因重组工程菌来进行复杂的多种代谢反应，或促进生长代谢，提高生产效率。,第三节发酵的主要产品,食品和饮料,抗生素和其他微生物药物及生物制品,氨基酸、有机酸、醇、维生素、核苷酸、激素等,酶制剂,微生物农药、肥料和饲料,大豆发酵饮料,众所周知，大豆的营养非常丰富，但有些人却难以接受大豆的涩味和豆腥味，使大豆的食用对象受到限制，采用加热、去除种皮和化学药液浸泡等方法，基本上可达到除腥去涩的目的。将乳酸菌接种于用豆乳中进行发酵，不仅可进一步去除腥涩味，而且制得的酸豆奶中含有乳酸菌产生的,B,族维生素，弥补了豆乳营养不足，且大豆发酵饮料中的营养物质比豆乳更容易被人体吸收。因此说，大豆发酵饮料是一种营养价值较高的营养性饮品。,菜汁酸豆奶的生产,1,工艺流程,菜汁,豆乳配料杀菌冷却接种发酵菜汁酸豆奶,2,操作要点：将,1L,豆乳、,0.8L,胡萝卜汁和,0.3kg,葡萄糖以及,10g,碳酸钙混合均匀，,120,灭菌,5min,，冷却到,40,后，接种保加利亚乳杆菌，发酵，当,pH,达到,6.0,左右时停止发酵，即可得到有水果香味的胡萝卜汁酸豆奶。,酵母菌发酵果汁饮料的生产,果汁发酵饮料所用的酵母菌有啤酒酵母,(,Saccharomyces cerevisiae,),、中型假丝酵母,(,Candida,intermedia,),和葡萄酒酵母,(,S.ellipsoideus,),等。原料果汁采用由葡萄、柑橘等各种水果压榨出来的果汁，或除去固形物后的果汁。,1,工艺流程：果汁接种发酵超滤滤液分装成品,2,操作要点：将葡萄酒酵母接种于蜜桔汁（糖度,10.5Bx,，不溶性固形物,0.5%,以下）中，,20,发酵,48h,，然后用醋酸纤维膜超滤器进行超滤，滤液用来配制果汁饮料，未通过超滤膜的残液含有酵母菌，可用作下次发酵的菌种。,乳酸菌发酵蔬菜汁饮料的生产,以各种蔬菜汁为主要原料，少量乳品为辅助原料，利用乳酸菌发酵酿制成蔬菜汁发酵饮料。,工艺流程：蔬菜汁接种发酵过滤滤液成品,操作要点（以胡萝卜汁发酵饮料为例）：取鲜胡萝卜汁（糖度,6.0%,）,100,份，固形物,96%,的脱脂奶粉,5,份，混合均匀，溶解，调,pH,至,6.5,，于,95,灭菌，冷却到,35,，接种保加利亚乳杆菌，菌数达到,210,6,个,/ml,，于,37,静置发酵约,10h,。当发酵液的,pH,为,4.0,左右时，终止发酵。发酵液过滤，除菌体，添加砂糖和香精，混匀，,95,灭菌，即为胡萝卜汁发酵饮料,食用菌饮料的生产,1.,食用菌诸如香菇、蘑菇、平菇、金针菇、猴头和伞菇等含丰富的氨基酸、维生素和多种药效成分，是一种比较理想的食品。食用菌的子实体、菌丝体和培养液均可作为生产食用菌饮料的原料。,2.,工艺流程：子实体破碎加水、搅拌保温过滤浓缩分离，取清液配制成品 菌丝体灭菌过滤，取滤液除去果胶配制灭菌成品,3.,操作要点：取鲜蘑菇子实体,1kg,洗净，用搅拌机破碎加入,10L,水，在搅拌条件下，于,90,保温,6h,，过滤后收集滤液，接着将滤液减压浓缩到,10Bx,，置于,4,储存,48h,后，用离心机分离取清液，在清液中加入适量糖和柠檬酸，灭菌后得成品。培养菌丝体至,20,天左右终止发酵，加热灭菌，过滤除去菌丝体，收集滤液。去果胶，加入适量糖和柠檬酸，灭菌后得成品。,氨基酸，是指同一分子内含有氨基,(-NH2),和羧基,(-COOH),的化合物之总称，亦包括脯氨酸 之 类的亚氨基酸。,人体必需氨基酸有,L,苏氨酸、,L-,亮氨酸、,L-,异亮氨酸，,L-,缬氨酸、,L-,赖氨酸、,L-,色氨酸、,L-,苯丙氨 酸和,L-,蛋白氨酸,8,种，,L-,精氨酸在体内只合成一部分，属半必需氨 基酸,氨基酸主要以发酵法大量生产，也有采用酶法、合成法以及提取法等,氨基酸及生产工艺,L-,赖氨酸生产的工艺流程如下,斜面,摇瓶种子,种子罐,淀粉 营养盐 ,水解糖配料,灭菌发酵罐,分过滤器总过滤器压缩空气,糖 蜜,N,、,P,、,K,、,Mg,发酵液,酸化液,离子交换柱,732,树脂,水冲洗,2N,氨水洗脱,收集液,薄膜浓缩,离心 减压浓缩,（再上柱）母液 ,粗结晶,脱色,抽滤,离心 减压浓缩,（再上柱）二次母液,离心,结晶,烘干,成品,氨基酸的应用,一、氨基酸在食品中的应用,1.,作呈味物质,2.,作食品添加剂,3.,作香味物质,4.,提高蛋白质质量的氨基酸,二、氨基酸在饲料中应用：饲料添加剂,三、氨基酸在医药品中的应用,1.,氨基酸输液,2.,治疗药,3.,药合成原料,四、氨基酸在工业上应用：除草剂，植物生长促进剂,柠檬酸的黑曲霉糖质深层发酵工艺,发酵生产工艺流程：薯干粉碎调浆接种培养菌丝过滤碳酸钙中和酸解与脱色树脂法除金属离子浓缩结晶成品干燥,葡萄糖酸,的生产工艺,1,菌种：能发酵葡萄糖产葡糖酸的微生物除曲霉和醋酸菌外，还有青霉,(,尤其是黄青霉,),、数种假单胞菌,(,卵状假单孢菌,),、英拉氏菌、微球菌、肠杆菌等，但工业用只有醋酸菌和黑曲霉。,2,黑曲霉发酵工艺：将含葡萄糖,15-35,和,MgSO,4,、,KH,2,PO,4,等 无机盐的培养基长菌后，无菌,NaOH,调至,pH6.5,，接入菌种孢子悬浮液或培养,24h,的菌丝，通气培养，保温,33-35,，并用,NaOH,维持,pH6.50.5,，如糖浓度为,35,，则发酵时约为,40h,，将发酵液过滤得清液，浓缩至,42-45,固形物浓缩液。,NaOH,调节至,pH7.5,，再干燥磨粉。或将发酵液加氢氧化钙，使生葡糖酸钙而析出。,微生物农药,微生物杀虫剂：细菌杀虫剂，真菌杀虫剂，病毒杀虫剂，,微生物杀菌剂：细菌杀菌剂，真菌杀菌剂，病毒杀菌剂,微生物除草剂：细菌除草剂，真菌除草剂，病毒除草剂,细菌杀虫剂,已分离到的昆虫病原菌的菌种和变种约有,100,种，其中研究最多、效果最好的是芽孢 杆菌属的苏云金杆菌类和日本金龟子芽孢杆菌,真菌杀虫剂,能使昆虫感染的真菌约有,530,余种，其中用于杀虫的主要有虫霉和半知菌。虫霉主 要感染双翅目，其次是半翅目、鳞翅目、鞘翅目等七个目的昆虫；半知菌中杀虫最有效的 是白僵菌，主要感染鞘翅目甲虫和鳞翅目幼虫。我国白僵菌有白僵菌、球孢白僵菌和卵孢白 僵菌三种,人们对昆虫病毒的认识可以追溯到,12,世纪中叶，迄今，至少已知,1600,多种昆虫能被病毒感染。根据最新的国际病毒分类委员会报告，感染昆虫的病毒分别被归属于,17,个科，共,1000,余种。其中的杆状病毒科和呼肠孤病毒科是目前生产上应用最多的二类病毒。,我国病毒资源丰富，到,1982,年已发现昆虫病毒,61,种，,1995,年增至,190,种,250,株，此后相继在各地分离鉴定了一些种类，,2001,年已报道的昆虫病毒近,220,种，约,250,株。,病毒杀虫剂,微生物杀菌剂,应用最广的微生物杀菌剂是农用抗生素，自,70,年代初开始被人们所注意，,80,年代有了较大发展。主要有井冈霉素、抗霉素,120(,类似,Antimycin A),、公主岭霉素,(Gongzhulingcin),、波拉霉素、武夷菌素、中生霉素,(,糖苷类,),、科生霉、宁南霉素等。这些抗生素对许多作物病害如水稻纹枯病、白叶枯病，瓜类花叶病、枯萎病，小麦赤霉病及果树的多种病害有良好的控制作用。,微生物除草剂,我国，列入名的杂草有,704,种，分属,87,科,366,属，对农业生产造成为害的重要农田杂草有,60,多种。,微生物除草剂是指利用植物的致病微生物（真菌、线虫、病毒）防治田间杂草。我国,“,鲁保一号,”,真菌防治大豆兔丝子，美国、澳大利亚和欧洲利用粉苞柄锈菌防治小麦田中的主要杂草灯心粉苞苣均取得较大面积防效,微生物肥料（菌肥）,采用人工方法培养有益微生物而制成的生物肥料。,根瘤菌肥料,磷细菌肥料,5406,抗生菌肥料,PGPR,菌糠肥料,微生物饲料,是利用微生物的新陈代谢和繁殖的菌体来生产和调制的饲料,发酵饲料,单细胞蛋白,(SCP),饲用微生物添加剂,菌糠饲料,抗生素发酵工艺：以红霉素为例,一、工艺流程：,8-10d 24h 72h,砂土管 孢子斜面 二级斜面 一级种子罐,37 31 36,24 h 150-155h,加甲醛、,ZnSO4,调,pH,，静置,二级种子罐 发酵罐 发酵液 过滤,31,60h,前,35,，,60h,后为,33 pH8.2-8.8,分层，离心,醋酸调,pH,为,5-5.5,加,NaOH,碱化 于,-5,加丙酮 洗净结晶,滤液 酸化水溶液 碱化萃取液 结晶 成品,静置分层 静置分层 冷冻结晶 干燥,二、种子制备,1,斜面培养：淀粉,1%,，,(NH,4,),2,SO,4,0.3%,，玉米浆,0.6,1.0%,，,NaCl 0.3%,Ca CO,3,0.25%(,调好,pH,后加入,),琼脂,2%,，,pH7.0-7.2,。,37,培养,7-10d,，成熟孢子呈灰带微红色，孢子层丰满，,4,保存不 超过,21,天。,2,一级种子培养：豆饼粉,2.5%,，葡萄糖,3%,，淀粉,4%,，蛋白胨,0.5%,，酵母粉,0.5%,，,(NH,4,),2,SO,4,0.5%,，玉米浆,0.2%,，,NaCl 0.4%,，,KH,2,PO,4,0.06%,，,MgSO,4,0.025%Ca CO,3,0.6%,，豆油,0.3%,，,pH 6.5-7.0,。,35,，,24 h,内,1:0.6(V/V),，,24h,至,36h1:1(V/V),，,36h,至转罐,(,约,72h),为,1:1.5(V/V),。,72 h,左右时，较稠，挂壁，不分层，菌丝密集，表面无泡沫，,pH,回升,(6.2,左右,),时，应及时接入二级种子罐。,3,二级种子培养：豆饼粉,2.2%,，葡萄糖,3%,，淀粉,3%,，,(NH,4,),2,SO,4,0.1%,，玉米 浆,0.8%,，,Ca CO,3,0.6%,，,pH6.5-7.0,。,31,3h,内,1:1.5(V/V),，,3h,至转罐通气量不变。当菌丝体长而浓，原生质 开始略有收缩，外形较稠，还原糖至,2%,以下时，即可转罐。,三、发酵罐培养,培养基：豆饼粉,2.4%,，葡萄糖,3%,，淀粉,2.5%,，,(NH,4,),2,SO,4,0.1%,，玉米 浆,0.3%,，,CaCO,3,0.6%,，豆油,0.15%,，丙酸或丙醇,0.6%(24,、,4 8,和,72 h,分别加入,),，,pH6.5-7.0,。,60h,前,35,，后,33,。从开始至,8h,为,1:1(V/V),，后维持,1:1(V/V),。接菌量,10-15%,，,150-155h,。代谢分三个时期：,1,、菌丝繁殖期：接种始到,30h,，菌丝生长快，繁殖旺盛，迅速利用糖和含氮物 质；,pH,较缓慢上升，,6.5-6.9,间；菌丝体密集成网，着色均匀，但产量甚微。,2,、红霉素分泌期：菌丝体生长逐渐减弱至平衡，着色较浅且不太均匀；,pH,逐渐上升至,7.2-7.5,间，糖继续被利用，氮处平衡状态，产量持续上升。,3,、菌丝自溶期：菌丝体逐渐衰老，着色很浅且不均匀，菌丝变短无规则，最终自溶；,pH,上升至,7.5