发酵工程 第六章 微生物发酵机理

微生物发酵工程微生物发酵工程是一门应用生物学领域的重要学科，它利用生物转化功能强大的微生物来生产各种化学物质。

这项技术在药品、食品、饮料、化妆品、环境保护等领域都有广泛的应用。

本文将从微生物发酵的定义、应用、工程设计等多个方面进行探讨。

一、微生物发酵的定义及原理微生物发酵是指利用微生物的代谢能力和酶的功能，通过适宜的培养条件，将底物转化成目标产物的过程。

它是一种自然而又复杂的生物反应过程，其基本原理可以归纳为底物与微生物的相互作用。

1. 微生物的选择酿酒、面包等产物需要酵母菌；乳酸、醋等食品需要乳酸菌和醋酸菌；抗生素需要青霉菌、链霉菌等。

不同的产品需要不同种类的微生物。

2. 培养条件的控制温度、pH、氧气供应、营养物质的添加等都是微生物发酵过程中需要控制的因素。

这些因素会影响微生物的生长速率和产物生成率。

3. 酶的作用微生物在发酵过程中产生的酶在催化底物转化成产物的反应中起到了关键的作用。

不同的产物需要特定的酶来完成转化。

二、微生物发酵的应用微生物发酵技术的应用广泛，以下主要介绍几个方面的应用。

1. 食品工业微生物发酵在食品工业中应用非常广泛。

例如，酸奶、豆豉、泡菜、味精等都是通过微生物发酵得到的。

微生物在发酵过程中可以产生有益的物质，例如乳酸、醋酸、氨基酸等，为食品增添了特殊的风味和营养价值。

2. 药品工业抗生素是微生物发酵的重要应用之一。

青霉素、链霉素等都是通过微生物发酵生产的。

此外，微生物发酵还可以用于生产维生素、氨基酸等药用物质。

3. 环境保护微生物发酵技术在环境保护领域也有广泛的应用。

例如废水处理中利用微生物的能力来分解有机物，减少污染物的排放。

还可以通过微生物发酵来处理有机废弃物，降低对环境的影响。

三、微生物发酵工程的设计与优化微生物发酵工程的设计是实现高效产物合成的关键。

以下是一些常用的优化策略。

1. 培养基优化培养基的成分对微生物的生长和产物生成起到重要的影响。

通过合理调整培养基的组成，可提高产物的生成效率。

发酵工程知识点总结归纳一、发酵工程概述1. 发酵工程的定义发酵工程是一门研究微生物、酶等生物催化剂在工业生产中广泛应用的工程学科。

2. 发酵工程的历史发酵工程的历史可以追溯到几千年前，最早的酿酒技术可以追溯到古代民族。

随着人类对微生物的认识和技术的发展，发酵工程逐渐成为一门系统的学科。

3. 发酵工程的应用领域发酵工程广泛应用于食品、饮料、医药、生物制药、环保等领域，对人类的生活和健康有着重要影响。

二、发酵过程及机理1. 发酵过程发酵过程是利用微生物或酶对有机物进行生物催化反应，产生有机产物或能量的过程。

发酵过程通常包括菌种培养、发酵产物的分离提纯等步骤。

2. 发酵机理发酵的基本机理包括微生物的生长和代谢过程，包括物质的代谢途径、酶的作用、生理生化特性等。

三、发酵工程中的微生物1. 发酵微生物的分类发酵微生物包括细菌、真菌、酵母等。

不同的微生物在发酵过程中起到不同的作用。

2. 发酵微生物的培养发酵微生物的培养包括培养基的配制、发酵罐的设计等环节，培养条件对微生物的生长和代谢具有重要影响。

3. 发酵微生物的选育发酵工程中常用的微生物包括大肠杆菌、酵母菌等，针对不同的产品需要选择适合的微生物用于发酵生产。

四、发酵工程中的酶1. 酶的分类酶是生物催化剂，可以促进化学反应的进行。

按照其作用方式可以分为氧化酶、还原酶、水解酶等。

2. 酶的应用酶在发酵工程中有着广泛的应用，可以用于生产食品、医药、生物燃料等产品。

3. 酶的工程化酶的工程化包括酶的产生、提纯、改良等步骤，使其更好地适用于实际生产。

五、发酵工程中的设备1. 发酵罐发酵罐是用于放置和滋生微生物的设备，包括灭菌、通气、控温等功能。

2. 排气系统排气系统可以有效地排除产生的二氧化碳和其他代谢产物，以保证发酵过程的正常进行。

3. 分离设备分离设备包括离心机、膜分离等，用于分离提纯发酵产物。

六、发酵工程中的工艺控制1. 发酵条件的控制发酵过程中需要控制pH、温度、氧气供应等参数，以保证微生物的生长和产物的产生。

《发酵工程》课程教学大纲课程名称：发酵工程课程类别：专业选修课适用专业：食品科学与工程考核方式：考察总学时、学分： 32 学时、2 学分一、课程教学目的发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现试验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一局部，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。

因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅把握发酵工程原理及发酵优化把握过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。

另外，通过《发酵工程》试验及发酵工程各论的了解，不仅能够把握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反响过程把握方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进展指导与分析。

二、课程教学要求通过本课程的教学，应使学生把握发酵工程学的根本学问和根本技能，了解现代生物工程技术的进展与应用状况，具备确定的微生物生产工程技能。

通过本课程的学习，使学生深刻理解发酵工程的微生物学原理，结实把握发酵工业菌种的筛选、驯化、培育与保藏，好氧、厌氧发酵工艺的调控与治理，了解发酵产品提取与精制的原理、流程及常见发酵产品的生产过程。

三、先修课程食品微生物学、生物化学。

四、课程教学重、难点重点：发酵工程的概念、特点；工业微生物菌种的退化、复壮与保藏；工业上常用作碳源、氮源的原料；淀粉水解糖的制备方法；微生物对培育基中的碳源代谢；酒精发酵机制；好氧发酵罐构造和功能；温度、 pH 和泡沫对发酵过程的影响；不同时间及染菌程度对发酵的影响；种子、空气、培育基和设备染菌及防治；细胞裂开方法及裂开率的测定；盐析法分别发酵产物。

难点：影响种子培育的因素和种子质量的把握；发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂有机酸发酵机制；染菌的检查推断及缘由分析；离子交换法原理和离子交换树指的构造与分类，膜和膜分别的根本理论。

五、课程教学方法与教学手段多媒体教学,课堂讲授与实践相结合。

微生物发酵原理
微生物发酵的基本过程包括生长阶段和产物生成阶段。

在生长阶段，微生物在
适宜的温度、pH值、营养物质和氧气等条件下进行生长，增殖数量。

而在产物生
成阶段，微生物开始产生有用的化合物，如酒精、醋酸、抗生素等。

这一过程是通过微生物的代谢活动完成的，包括糖类、脂肪类、氨基酸类等物质的代谢过程。

微生物在发酵过程中，会分泌酶类物质，对底物进行催化作用，从而产生所需的有机物。

微生物发酵的影响因素主要包括微生物菌种的选择、培养条件、底物种类和发
酵过程的控制等。

首先，微生物菌种的选择对发酵过程至关重要，不同的微生物对不同的底物有着特异的代谢途径和产物生成能力。

其次，培养条件如温度、pH值、氧气供应等也会直接影响微生物的生长和代谢活动。

此外，底物的种类和浓度也是影响微生物发酵的重要因素。

最后，发酵过程的控制包括对发酵罐内温度、搅拌速度、通气量等参数的调控，这些都会影响微生物的生长和产物生成。

微生物发酵在食品加工、药物生产和环境保护等领域有着广泛的应用。

在食品
加工中，酵母菌发酵可以产生酒精，细菌发酵可以产生酸奶、酸菜等食品。

在药物生产中，抗生素、酶类药物等大多是通过微生物发酵生产的。

此外，微生物发酵还可以用于废水处理、生物肥料制备等环境保护领域。

综上所述，微生物发酵原理是一种重要的生物化学过程，它涉及到微生物的生长、代谢和产物生成等方面。

了解微生物发酵的原理，有助于我们更好地利用微生物资源，开发新型的食品、药物和环境保护技术。

希望本文的介绍能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。

《发酵工程工艺原理》复习思考题第一章思考题：1 ■何谓次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？举例说明次级代谢产物在食品中的应用及对发酵食品的影响。

P50初级代谢：脂微生物的生长、分化和繁殖所必需的代谢活动而言的。

初级代谢过程所生成的产物就是初级代谢产物'坎级代谢：」是指非微生物生命活动所必须的代谢活动而言.也就是说这种代谢对微生物的生长、分化和繁殖关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。

次级代谢过程所生成的产物就是次级代谢产物。

通常在细胞生成的后期形成。

次级代谢产物有抗生素、生物破、色素和毒素等,2.典型的发酵过程由哪几个部分组成？发酵工程的一般过程可分为三个步骤：第一，准备阶段；第二，发酵阶段；第三，产品的分离提取阶段。

准备阶段的任务包括四个方面，即各种器具的准备.培养基的准备.优良菌种的选择或培育，器具和培养基的消毒。

优良菌种是保证发酵产品质量好、产量高的基础。

优良菌种的取得，最初是通过对自然菌体进行筛选得到的。

20世纪40年代开始使用物理的或化学的诱变剂，如紫外线、芥子气等处理菌种.进行人工诱发突变，从而迅速选育出比自然菌种更优良的菌种。

后来.又运用细胞工程和遗传工程的成果来获取菌种。

例如，使用大肠杆菌生产人类的胰岛素、生长素、干扰毒等等。

在发酵过程中.还要防止“不速之客”来打扰。

发酵工程要求纯种发酵，以保证产品质量因此，防止杂菌污染是确实保证正常生产的关键之一。

其方法是，对于这些不受欢迎的“来客”进行灭菌消毒，在进行发酵之前，对有关器械、培养基等也进行严格的消毒°第二章思考题:1.食品发酵对微生物菌种有何要求？举例说明，>能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。

>可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。

>生长速度和反应速度快，发酵周期短。

>副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。