第十二章 微生物与现代发酵工业详解

微生物与发酵工程13101002 朱梦雪发酵工程是生物工程的重要组成部分,也是现代微生物学的核心内容;任何产品的发酵生产都必须通过微生物发酵或细胞扩大培养才能实现。

因此,微生物与发酵是紧紧联系在一起的。

微生物发酵工程是加快发酵工程研究成果转化为生产力,取得最佳效益的重要手段。

微生物科学工作者应不失时机地积极而科学地运用这种手段为社会社会主义市场经济服务。

根据文献的调查，微生物的发酵工程主要应用于以下几点：首先是在农业生产上，巴西全国土壤生物研究中心的研究人员发现一种新固氮菌,即固氮醋杆菌(Aeetobaeterdiazotrophyeus)。

这是人类发现的第一个有固氮能力的醋杆菌,生活在甘蔗根部,具有很强的抗酸性。

由于它的高效固氮能力,可使甘蔗年产量提高2倍(由60吨/公顷提高到180吨/公顷)。

在固氮菌的研究方面,我国作物茎瘤固氮根瘤菌的高效固氮活性,以及小麦、玉米、陆生水稻固氮根瘤菌研究取得重要进展;英国诺丁汉大学一个研究小组也获得田著根瘤菌进入小麦、水稻、玉米和油菜等非豆科植物侧根中形成小根瘤,且有固氮作用的类似结果。

今年拟在埃及、印度、墨西哥分别进行小麦、水稻、玉米的田间试验。

这些非豆科专性共生固氮菌尚处在试验研究阶段。

而我国联合固氮微生物早已产业化生产,其产品推广应用于农业生产实践,获得了增产的效果。

近又发现一些新的联合固氮菌如产酸克氏杆菌、植皮克氏杆菌(Klebsiellaplantieola)等,为扩大联合固氮菌AIJ新品种的研制做出了新贡献。

其次是在生物材料方面。

有很多生物材料都是应用微生物发酵来生产的。

我了解到的有生物可降塑料、建筑用生物材料和壳聚糖材料。

生物可降解塑料:微生物合成塑料物质:加拿大蒙特利尔生物技术研究所以甲醇为原料利用从土壤中选育的嗜甲基细菌生产聚件轻基丁酸(PHB),在我国,武汉大学生物工程研究中心用圆褐固氮菌发酵生产PHB;中国科学院微生物研究所用真养产碱杆菌生产PHB,在培养基中累积的量达细胞干重的63%(W/W);山东大学微生物研究所用该菌生产PHB的研究取得类似结果。

现代发酵工程技术随着科技的进步和工业化的发展，发酵工程技术在许多领域发挥着重要的作用。

发酵工程技术利用微生物的代谢过程，将天然有机物转化为有用的产物，广泛应用于食品、制药、化工等行业。

本文将从发酵工程的基本原理、发酵工程技术的应用和发展趋势等方面进行介绍。

一、发酵工程的基本原理发酵工程是利用微生物在特定条件下生长繁殖和代谢产物的过程。

微生物通过代谢过程中的酶作用，将有机物质转化为其他有用的物质。

发酵过程需要控制温度、pH值、氧气供应等条件，以保证微生物的生长和代谢活动。

发酵工程中常用的微生物有酵母菌、细菌、真菌等。

发酵工程技术的发展主要集中在优化微生物的生长条件、提高产物的得率和纯度等方面。

二、发酵工程技术的应用1. 食品工业：发酵技术在食品工业中得到广泛应用。

例如，酵母菌发酵面团可以产生二氧化碳，使面包蓬松可口；乳酸菌发酵牛奶可以制成酸奶，具有益生菌功效；大豆发酵可以制成豆腐、豆浆等食品。

发酵技术不仅提高了食品的口感和品质，还增加了食品的营养价值。

2. 制药工业：发酵工程在制药工业中起到了关键的作用。

通过发酵技术，可以生产出许多重要的药物，如抗生素、酶类制剂和维生素等。

这些药物的生产通常需要大规模发酵罐和精确的控制系统，以保证微生物的生长和产物的纯度。

3. 化工工业：发酵工程技术在化工工业中也有广泛的应用。

例如，利用微生物发酵产生的有机酸可以用作化学合成的原料；利用微生物发酵产生的有机溶剂可以替代传统的化学溶剂，减少对环境的污染。

发酵工程技术的应用使得化工工业更加环保和可持续发展。

三、发酵工程技术的发展趋势1. 微生物基因工程：利用基因工程技术可以改造微生物的代谢途径，增加产物的得率和纯度。

通过改造微生物的基因组，可以实现对微生物的精确控制和调控，提高发酵过程的效率和产物的质量。

2. 发酵过程的在线监测与控制：发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等参数对微生物的生长和产物的得率有着重要的影响。

通过在线监测和控制系统，可以实时调整这些参数，提高发酵过程的效率和稳定性。

工业微生物学与发酵工程工业微生物学是研究微生物在工业应用领域的应用，以及微生物如何产生有用的化学品，例如抗生素，乳酸和酒精等。

发酵工程是将微生物与有机物质在特定条件下发酵，最终实现产生有用的产品。

工业微生物学和发酵工程被广泛应用于制药，食品，化妆品等行业中。

下面将从微生物、发酵工程的过程和应用等方面进行详细解析。

微生物在工业应用领域的应用微生物是非常重要的生物资源，在许多工业和环境领域中都有广泛的利用。

微生物利用便利、生长快、种类繁多、对不同的物质生物化学反应种类多样等特点，使得微生物在工业应用领域有着广泛的应用。

发酵工程的过程发酵是一种微生物反应过程，对于某些物质，微生物可以在经过发酵反应后，产生出有用的产物，并通过提取、分离、纯化等工序，获得理想的产品。

发酵工程可由以下三个基本是组成：1. 培养基培养基作为微生物生长所需的营养成分来源，对发酵工程起着极为重要的作用，合理的培养基可以提高培养生物体的产量，减少能耗，提高生产效率。

培养基的选择和设计应针对不同的微生物物种和产物需要，合理决定基质成分、浓度、pH、温度、通气以及酪氨酸、生长素等生长因子。

2. 微生物菌株不同的微生物菌株，对于不同的物质有着不同的特性和生产能力。

在发酵工程中，菌株的选择是十分重要的，不同的菌株的生长速度、抗生物质抗性等都不同。

在选择发酵微生物的时候不仅要对目标产物的要求做出了解，还要考虑到其生长以及代谢的条件，还要考虑微生物的稳定性、可生长性等因素。

3. 发酵装置在发酵生产过程中，发酵装置的选择在工程设计之初即被考虑到。

发酵生产装置的选择，主要取决于目标某产品的特性，如菌种、pH值、溶氧率等。

当前常用的发酵装置有：自然发酵、批发酵、半连续发酵和连续发酵等。

工业微生物学和发酵工程的应用1. 制药业工业微生物学和发酵工程在药品制剂过程中发挥了重要作用，许多抗生素、激素等都是经过发酵生产获得的，如青霉素、链霉素、头孢菌素、异烟肼、普鲁卡因等。

工业微生物与发酵技术研究与应用在现代工业中，微生物与发酵技术成为了一个重要的研究领域。

微生物是一类非常小的生物体，虽然他们的身体微小，但是在制药、食品、能源、生态系统、环境保护、化工等领域中都有着重要的应用价值。

本文将从工业微生物与发酵技术的基本概念入手，阐述其发展历程，探究其研究与应用情况，最后进行总结。

一、工业微生物与发酵技术的基本概念工业微生物与发酵技术是以微生物为代谢载体，利用合成与酶法等技术来提取或合成具有生物活性的化合物的一种应用技术。

微生物被广泛应用于药品、食品、化学、制酒、制酸、生态环境、能源等领域。

发酵工艺通常是指利用微生物在恰当的环境条件下生长和代谢，产生所需的产物的过程。

二、工业微生物与发酵技术的发展历程工业微生物在实践中应用的时间已有数百年。

在16世纪的上半叶，发酵技术已得到广泛应用。

例如，利用酵母菌制造面包、啤酒、葡萄酒等发酵食品，并利用无菌发酵制取乳酸和醋酸等化学品。

在20世纪初，工业微生物与发酵技术得到了飞速发展。

通过微生物对于植物和动物的代谢途径的深入研究，人们发现了许多细菌和真菌的对偶性生理。

人们发现了以毒素和酶为代表的微生物次级代谢物，从而得到了大量的维生素、抗生素、激素和氨基酸等物质。

同时，人们发现在微生物发酵过程中，会有新的代谢产物的出现，例如广泛使用的抗生素青霉素，就是在微生物发酵过程中发现的。

在21世纪，随着生物学、分子生物学、基因组学等技术的快速发展，工业微生物与发酵技术的研究进一步深入。

通过使用现代的基因工程手段，人们可以改造微生物中某些关键酶的结构和功能，以产生特定的化合物，例如环境污染物的生物降解剂和大量的水解酶、纤维素酶、蛋白酶和酸性果汁等。

同时，与传统方法相比，使用包括生物反应器、多级反应器、多级提取装置、膜生物反应器和固定化微生物技术等现代化的发酵工艺，提高了微生物产物的产量和纯度，从而大大提高了生产效能。

三、工业微生物与发酵技术的研究与应用情况在药物领域，工业微生物已成为制造抗生素、激素等药品的重要代谢工具，大大降低了生产成本。

微生物工程与发酵工程微生物工程与发酵工程是一门涵盖微生物学、生物工程学和化学工程学等多个学科知识的综合性学科。

本文将从微生物工程与发酵工程的基本概念、应用领域以及发展前景等方面进行探讨。

微生物工程与发酵工程是利用微生物生长、代谢和功能特性，通过工程手段加工产品的一门学科。

微生物是一类生命活动较为简单的生物体，但却在自然界中发挥着不可或缺的作用。

微生物工程利用这些微生物可控地合成有用的物质，如酶、抗生素、有机酸等。

而发酵工程则是在具体产品的生产过程中，通过对微生物生长环境、培养基和发酵条件的控制，达到最佳生产效果。

微生物工程与发酵工程的应用领域非常广泛。

在食品工业中，微生物工程与发酵工程被广泛应用于酿造、发酵、酸奶、酵素等食品的生产过程中，提高了产品的质量和产量。

在制药工业中，利用微生物工程生产抗生素和其他药物，为人类的健康提供了重要保障。

在环境保护领域，微生物工程与发酵工程可以用来处理废水、废气等环境问题，起到净化环境、保护生态的作用。

随着科学技术的不断发展，微生物工程与发酵工程的前景非常广阔。

在新药开发领域，微生物工程可以利用基因重组技术合成更多更有效的药物，为医疗健康领域带来更多新的突破。

在能源领域，微生物工程可以研发利用微生物生产生物燃料的技术，为替代传统石油能源提供新的途径。

在环境领域，微生物工程可以利用微生物降解有害物质、净化环境等技术，为环境保护和生态建设贡献力量。

总而言之，微生物工程与发酵工程作为一门前沿交叉学科，将继续在多个领域发挥重要作用，为人类的生产生活、医疗健康、环境保护等方面提供更多更好的解决方案。

未来，随着科学技术的不断进步和创新，微生物工程与发酵工程必将迎来更加美好的发展前景。

微生物发酵类型及工业应用微生物发酵是指微生物在适当的温度、湿度、氧气和营养物质条件下，利用有机物质产生代谢产物的过程。

微生物发酵广泛应用于食品、医药、化工、环保等领域。

根据微生物的分类以及发酵条件的不同，微生物发酵可以分为多种类型，包括传统发酵和工程发酵。

传统发酵主要指的是利用自然界中存在的微生物来进行发酵过程，如酵母、乳酸菌、醋酸菌等。

这种发酵方式通常在较为简单的条件下进行，例如酿酒、酿酱、制醋、酿酸奶等。

传统发酵产物多为食品，如啤酒、酱油、味精等。

工程发酵是通过工业化生产设备，控制发酵过程的温度、pH值、通气量等参数，利用重组酶或者基因工程菌株进行发酵。

工程发酵在工业生产中有着广泛的应用，主要包括医药、化学和环保行业等。

比如利用大肠杆菌生产丙酮、利用链球菌生产青霉素等。

微生物发酵在食品行业有着广泛的应用。

例如，酵母发酵产生的二氧化碳和醇类物质是面包膨胀和香味产生的关键。

此外，醋酸菌发酵产生的醋酸使得醋成为食品中常用的调味品。

另外，利用乳酸菌发酵乳制品，可以产生乳酸，起到防腐和酸化作用，同时还会产生丰富的香气和风味。

在医药行业，微生物发酵也有着重要的应用。

很多生物制药品都是通过微生物发酵生产的，比如青霉素、红霉素等。

青霉素是由青霉属真菌产生的一种β-内酰胺类抗生素，是用途广泛的制药原料。

此外，近年来基因工程技术的进步，使得大肠杆菌等微生物成为了重要的生物制药工具。

另外，在化学工业方面，微生物发酵也有着重要的应用。

例如利用酵母进行酒精发酵产生的乙醇，是目前工业上生产酒精和生物燃料的主要原料之一。

此外，在有机酸、氨基酸、酶等产品的生产中也广泛应用到微生物发酵技术。

在环保方面，微生物发酵也有着独特的应用优势。

比如利用微生物发酵的特性来处理生活污水，将有机废物转化为有用的产品，不仅能够实现废物利用，还可以降低生活垃圾对环境的污染。

另外，利用微生物发酵技术生产生物柴油和生物乙醇，能够减少化石能源的使用，减少温室气体的排放。

微生物与工业发酵工业发酵是指靠微生物的生命活动而实现的工业生产。

工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为发酵。

这样定义的发酵就是“工业发酵”。

微生物是工业发酵的灵魂，没有微生物就没有工业发酵。

工业发酵就是通过微生物的生命活动，把发酵原料转化为人类所需要的微生物产品的过程。

工业发酵要依靠微生物的生命活动，生命活动依靠生物氧化提供的代谢能（metabolic energy）来支撑，因此工业发酵应该覆盖微生物生理学中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。

近百年来，随着科学技术的进步，工业发酵发生了划时代的变革，已经从利用自然界中原有的微生物进行发酵生产的阶段进入到按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生产人类所需要的发酵产品的新阶段。

（1）工业发酵的研究从典型的工业发酵开始最常见的工业发酵一般符合以下三个条件：①使用的菌种属于化能异养型微生物，②目的产物属于初级代谢产物或能量代谢副产物，③目的产物在细胞内生成后被分泌到细胞外。

符合以上条件的工业发酵叫做典型的工业发酵。

对工业发酵理论的研究从典型的工业发酵开始。

第一个台阶，系统地研究化能异养型微生物的工业发酵的理论；第二个台阶，系统地研究其他营养类型微生物的工业发酵的理论；第三个台阶，系统地研究微生物利用碳以外元素工业发酵的理论。

（2）工业发酵理论第一个台阶的研究建立了微生物生命活动的三个基本假设（发酵学三假说）。

它们是改造和利用微生物的理论基础。

用这三个基本假设来分析典型的工业发酵，出现了：①工业发酵的微生物生物机器的新思路，②为工业生产服务的工业发酵若干推理，③工业微生物育种和发酵工艺控制的“五字策略”。

（3）研究工业发酵的思路工业发酵→【从一般到特殊】→典型的工业发酵→【从特殊到一般】→生物机器、细胞机器的概念模式→【深入研究以发现自然规律】→自然规律（微生物生命活动的三个基本假说）→【从一般到特殊：将自然规律运用到典型的工业发酵】→细胞机器亚稳态物流模式→载流路径→五段式→五字策略→【从特殊到一般】→对未来发酵工业生产的预测涉及微生物细胞的生长和繁殖的每一个“动作”，包括细胞内的有机物降解的启动，生物合成的启动和持续，主动运输，pH自动动态平衡等都需要代谢能支持，维持细胞的生命也需要代谢能的支撑。

现代发酵工程现代发酵工程是一门综合性学科，它涉及到生物学、化学、工程学等多个学科的知识。

发酵工程是指通过控制和调节微生物的生长和代谢过程，以达到生产有益物质的目的。

现代发酵工程的发展与创新，为人们的生活和工业生产提供了很多便利和改进。

发酵过程是指在适宜条件下，利用微生物对有机底物进行代谢过程，产生有用的产物的过程。

这种过程在生活中也非常常见，比如酿造啤酒、葡萄酒和酱油等。

而现代发酵工程则是利用科学和技术手段来控制和优化发酵过程，以提高产物的质量和产量。

在现代发酵工程中，微生物的选材和培养是非常重要的一环。

微生物的种类和品质直接影响着发酵过程的效果。

因此，在发酵工程中，选择合适的微生物菌种对于产物的质量和产量有着直接的影响。

同时，发酵工程中的微生物培养也需要注意控制培养条件，比如温度、pH值、氧气浓度等因素，以保证微生物的生长和代谢过程能够正常进行。

除了微生物的选材和培养，发酵工程中的发酵过程控制也是非常关键的一环。

通过控制发酵过程中的温度、pH值、氧气浓度等参数，可以调节微生物的生长和代谢过程，从而达到产物质量和产量的控制。

现代发酵工程中，常常利用自动化控制系统来实现对发酵过程的精确控制，提高发酵工艺的效率和稳定性。

在现代发酵工程中，还涉及到发酵产物的提取和纯化工艺。

由于发酵过程中产物往往与其他物质混合在一起，因此需要进行提取和纯化，以得到纯净的产物。

常见的提取和纯化方法包括离心、过滤、蒸馏、结晶等。

这些工艺在现代发酵工程中得到了广泛应用，为产物的提纯和分离提供了有效的手段。

现代发酵工程在各个领域都发挥着重要的作用。

无论是食品工业、医药工业还是化工工业，现代发酵工程都为其提供了可靠的技术支持和解决方案。

通过对微生物的选材和培养、发酵过程的控制以及产物的提取和纯化，现代发酵工程不断创新和发展，为人们的生活和工业生产带来了更多的便利和改善。