发酵工艺学
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《发酵工艺学》复习大纲一、基本要求:《发酵工艺学》是发酵工程专业的一门主干课程,是支撑现代食品工业的重要技术,同时也是生物技术产业化的重要手段。
这门课程的考试,主要测试考生对本课程的基础理论、基本知识、及实际操作技能掌握的程度,以及运用所学理论解决问题的能力,为考生在工作岗位上发挥自己的能力或继续从事相关研究工作奠定基础。
二、主要内容第一章绪论发酵工业的历史;微生物发酵的特点及研究对象;发酵工艺学的发展趋势。
第二章微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用初级代谢和次级代谢;代谢调节有关的酶;反馈调节;代谢调节控制的应用。
第三章发酵工艺学基础及主要设备一、微生物发酵的工艺过程:菌种活化与扩大培养;发酵原料前处理及培养基制备;发酵;产物分离、提取与后加工二、微生物发酵的动力学:分批发酵三、发酵工艺控制:温度对发酵的影响及其控制;溶解氧浓度对发酵的影响及其监控;pH值对发酵过程的影响及其控制;二氧化碳和呼吸熵;基质浓度对发酵的影响及补料控制;泡沫控制;发酵终点判断。
四、发酵的主要设备:原料处理设备;固体发酵设备;机械搅拌通风发酵罐(生物反应器);空气净化系统;培养基灭菌系统;产物分离与提取设备。
第四章酒精发酵与酿酒一、酒精发酵:酒精发酵原料;与酒精发酵有关的微生物;酒精发酵生化机制;酒精发酵工艺;酒精蒸馏与精制。
二、啤酒酿造:啤酒种类与质量标准;啤酒酿造原料;麦芽制造;麦芽汁制备;啤酒发酵;过滤与灌装。
第五章氨基酸发酵谷氨酸生产:谷氨酸生产原料及其处理;谷氨酸产生菌;谷氨酸合成途径;谷氨酸发酵工艺;谷氨酸提取。
第六章有机酸发酵一、乳酸发酵:乳酸发酵类型及其微生物;乳酸制造;发酵乳制品;其它乳酸发酵食品。
二、醋酸发酵:醋酸发酵原料;醋酸发酵有关的微生物;醋酸发酵生化机制。
第七章酶制剂生产酶制剂的工业化生产:工业化酶制剂生产的优点;酶制剂生产的基本工艺流程;淀粉酶生产;酶应用新技术。
第八章发酵豆制品酱类与酱油酿造原料;制酱与酱油酿造的微生物;制酱与酱酒酿造的生物化学。
发酵工艺学--发酵饮料发酵工艺学是一门关于微生物发酵过程的学科,它涉及到发酵产品的制造、控制和优化。
发酵饮料作为一种古老的饮品,其制作过程经过长时间的发展和改进,如今已成为人们生活中不可或缺的一部分。
首先,发酵饮料的制作过程主要依赖于微生物的作用。
微生物是这些饮料的关键组成部分,它们包括酵母菌、乳酸菌和醋酸菌等。
在适当的条件下,这些微生物会分解食物中的糖类和其他有机物质,产生二氧化碳、酒精、乳酸或醋酸等化合物,使饮料具有特殊的风味和口感。
其次,发酵饮料的制作过程需要一定的控制和调节。
在发酵过程中,温度、pH值、氧气含量和时间等因素都对微生物的生长和代谢有重要影响。
为了获得理想的发酵效果,需要对这些因素进行精确的控制和调整。
例如,酵母菌在较温暖的环境下比较活跃,而乳酸菌则对较低的pH值较为适应。
通过掌握合适的发酵条件,可以提高发酵饮料的质量和产量。
此外,优化发酵工艺也是发酵饮料制作的重要方面。
通过改变原料的成分、发酵条件的调整和微生物的选择等措施,可以提高发酵过程中的效率和产物的质量。
例如,添加适量的营养物质可以促进微生物的生长和产酸能力;调整发酵时间可以控制产物的程度和风味等。
研究人员还对相关物质和微生物进行了深入的分析和研究,以寻找可持续发展的发酵饮料制作方法。
最后,发酵饮料在人们的生活中有着重要的地位。
它们不仅具有独特的风味和口感,还富含有益的微生物和其他营养物质。
这些饮料还有助于调节人体内的菌群平衡,提高免疫力和消化功能。
不同类型的发酵饮料也因其特殊的功效而备受消费者的喜爱,如酸奶能促进消化和增强骨骼健康,红酒有助于心血管健康等。
总之,发酵工艺学对于发酵饮料的制作起到了至关重要的作用。
通过对微生物的研究和发酵条件的控制,人们可以生产出高质量的发酵饮料,满足消费者对于美味和健康的需求。
发酵饮料作为一种传统的饮品,将继续在人们的餐桌上扮演重要的角色,为人们的生活增添乐趣和益处。
发酵食品和饮料在人类历史上已有上千年的传统,而现代的发酵工艺学则为这些食品的制作和改进提供了更深入的研究和理解。
1、发酵:广义:通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。
狭义:厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。
2、发酵工业:(巴斯德)经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程叫发酵工业。
3、酿造(b r e w i n g):我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法,是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。
4、酿造工业:经自然培养、不需提炼精制、产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的生产过程。
5、1665年罗伯特·虎克(Robert Hooke )1676年列文虎克(Leewenhoch)1856-1857年巴斯德(Pasteur)1870年巴斯德(Pasteur)1880年科赫(Robert Koch)1897年,Buchner(布赫纳)1928年,Fleming(弗莱明)1940年,Florery(弗洛里) and Chain (钱恩 )1945年,抗生素工业1665年,英国科学家罗伯特·虎克用他的显微镜观察到的软木片的细胞结构●列文虎克(Leewenhoch,1632-1723)荷兰业余科学家,1676年,用自磨镜片创造了一架能放大 266倍的原始显微镜一生制作了419台显微镜;巴斯德的功绩 (1.) 彻底否定了自然发生说(2)证实发酵由微生物引起(3)免疫学—预防接种(4)发明巴氏消毒法巴斯德的曲颈瓶实验结论1.发酵是由微生物进行的一种化学变化,不同类型的发酵是由形态可以区别的各种特殊的微生物所引起1870年,Pasteur发现了微生物之间有相互抑制的作用。
即拮抗作用。
2.其间1804年,法国厨师阿卑特(Appert)发明了瓶装罐头)科赫的功绩发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立证实炭疽病因—炭疽杆菌发现结核病原菌—结核杆菌科赫法则结论1880年,发现可以通过稀释把多种微生物分离开来,建立了单种微生物的分离和纯培养技术。
《发酵工艺学》复习题1、发酵:工业上,人们运用微生物生长和代谢性能,在有氧或无氧条件下,生产人类所需产品的过程,统称为发酵。
2、发酵工程:运用微生物生长及物质代谢规律,大量生产人们所需产品的理论及工程技术体系。
3、发酵工艺学:也称为发酵工程学,为研究和运用微生物生长及物质代谢规律,探讨提高发酵生产效率、提高产品性能及质量的工艺流程、技术条件控制等发酵各环节的理论及技术体系。
4、前体:是指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去,而其自身的结构并没有多大变化,但是产物的产量却因加入前体而有较大提高的化合物。
5、促进剂:是指那些既非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。
6、克制剂:在发酵过程中,克制某些代谢途径,刺激相应其他代谢途径更加活跃以改变,从而获得更多产品的添加剂。
7、发酵生长因子:从广义上讲,凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质,如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
8、实罐灭菌:实罐灭菌(即分批灭菌)将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定期间,在冷却到接种温度,这一工艺过程称为实罐灭菌,也叫间歇灭菌。
9、连消:连消也叫连续灭菌,就是将将配制好的并经预热(60~75℃)的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔,使其在短时间内达成灭菌温度(126~132℃),然后进入维持罐(或维持管),使在灭菌温度下维持5~7分钟后再进入冷却管,使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌(空罐灭菌)的发酵罐内的培养基灭菌方法。
其过程均涉及加热、维持和冷却等灭菌操作过程。
10、对数残留定律:在高温灭菌时,菌的死亡速率与任一瞬间残留的活菌数N 成正比。
11、生理性酸性物质:经微生物代谢等作用后能形成酸性物质使培养基pH值下降的营养物质。
12、生理性碱性物质:经菌体代谢后产生碱性物质使培养基pH值上升的营养物质。
有机酸发酵工艺学有机酸发酵工艺学是研究有机酸生产过程中的发酵工艺及其相关技术的学科。
本文旨在探讨有机酸发酵工艺学的基本原理、应用领域以及未来发展方向。
一、有机酸发酵工艺学的基本原理有机酸发酵工艺学是以微生物发酵为基础,通过控制发酵条件和优化发酵过程来生产有机酸的一门学科。
有机酸是一类重要的化学品,广泛应用于食品、医药、农业等领域。
有机酸的生产过程中,微生物起着至关重要的作用,通过利用微生物对底物的代谢,将底物转化为目标有机酸。
有机酸发酵工艺学在食品工业、制药工业、农业等领域有着广泛的应用。
在食品工业中,有机酸可用作食品的防腐剂、酸味剂等;在制药工业中,有机酸可用作药物的原料或中间体;在农业领域,有机酸可用于土壤改良、养分释放等。
三、有机酸发酵工艺学的发展方向随着生物技术的不断发展,有机酸发酵工艺学也在不断进步。
未来的发展方向主要包括以下几个方面:1. 提高产酸菌株的筛选和改造技术:通过对产酸菌株的筛选和改造,提高其产酸能力和抗逆性,从而提高有机酸的产量和质量。
2. 优化发酵条件:通过调控发酵条件,包括温度、pH值、底物浓度等,以提高发酵效率和产酸速率。
3. 开发新的底物资源:利用农业废弃物、工业副产物等作为底物资源,降低有机酸生产成本,减少环境污染。
4. 发展联合发酵技术:通过不同菌株的联合发酵,提高有机酸的产量和种类,实现多种有机酸的同时生产。
5. 提高发酵过程的自动化和智能化程度:利用自动化和智能化技术,实现发酵过程的实时监测和控制,提高生产效率和品质稳定性。
四、结语有机酸发酵工艺学是一门重要的学科,对于有机酸的生产和应用具有重要意义。
通过不断研究和创新,可以提高有机酸的产量和质量,满足不同领域的需求。
希望本文能够为读者对有机酸发酵工艺学的了解提供一些帮助。
发酵工艺学
1 发酵工艺
发酵工艺是生物酶催化分解促进有机物质代谢转化,进而获得生
物产物的过程,它作为生物化工的一种重要的科学技术,能够深入研
究和利用有机物的获取、开发新技术新产品。
发酵技术应用于食品、
医药和农业等多个行业,是一种快速且有效的工艺方法。
2 发酵工艺的历史沿革
早在两千多年前,发酵工艺已经被开发了出来,例如中国发明发
酵制酒,发酵工艺在民间就普及了出来,发酵工艺就是以微生物或酶
为工具,将有机物质经分解反应后获得新的有机物质;而在现代,发
酵工艺的发展也是越来越快,已得到了广泛的应用。
3 发酵工艺的重要性
发酵工艺在各个行业中的应用不一而足,如在食品行业,发酵工
艺可以获得糖,酒精和酱料等;在医药行业,可以获得药物,如抗生素、抗菌药;在农业行业,可以获得肥料和植物保护液;在行业等中,可以获得生物酶和酸性抗性等等,可以看出发酵工艺的重要性。
4 发酵工艺学
发酵工艺学是研究发酵技术的科学,其研究的内容包括发酵生物
的研究、发酵技术的基本原理、发酵过程及其实验技术、发酵设备的
设计制造和实际操作等。
发酵的原理和发酵工艺的制备技术是发酵工
艺学的核心,它关注的是发酵培养液的物理化学性质,发酵循环条件的优化等。
从上面可以看出,发酵工艺和发酵工艺学把食品、医药、农业等多个行业联系到了一起,使得发酵技术成为了社会更大发展的重要保障,而发酵工艺学也变得日益重要。
发酵工艺学菌种选育知识发酵工艺学是利用微生物进行发酵过程的一门学科。
在发酵工艺中,菌种的选育是至关重要的一环。
合适的菌种可以有效地提高发酵产物的产量和质量。
以下是关于菌种选育的一些知识。
首先,菌种选育的目标是选择出具有较高产量和酶活性的菌株。
为了实现这个目标,研究人员通常要进行大量的菌株筛选和改造实验。
菌株筛选可以利用不同培养基、不同培养条件或者不同筛选方法进行。
这些方法可以根据微生物的生长速度、代谢产物的产量、代谢产物的种类等方面进行评估。
在筛选过程中,研究人员需要根据自己的需求,选择出适合自己研究目的的菌株。
其次,菌株改造是菌种选育的重要手段之一。
通过基因工程和遗传改造等方法,可以对菌株的基因组进行改造,增强其产酶能力和代谢能力。
例如,可以通过插入外源基因,或者通过基因敲除、基因突变等手段,改变菌株的代谢途径,从而增加特定产物的合成量。
菌株改造的过程需要深入了解菌株的基因组结构和代谢途径,同时需要具备一定的基因工程技术和实验操作技巧。
此外,菌株选育还需要考虑到菌株的可培养性和稳定性。
虽然自然界中存在着大量的微生物资源,但是只有部分微生物能够在实验室中进行培养和繁殖。
因此,研究人员需要从自然环境中筛选出能够稳定生长并具有较高产酶能力的菌株。
同时,在菌株选育过程中,需要注意菌株的稳定性问题。
由于发酵工艺涉及到多次传代和大规模培养操作,菌株必须具备较高的稳定性,能够长时间保持其产酶性能。
综上所述,菌种选育是发酵工艺学中非常重要的一环。
通过菌株筛选和改造,可以提高发酵产物的产量和质量。
在菌株选育过程中,需要考虑菌株的产酶能力、代谢能力、可培养性和稳定性等特性。
菌株选育的成功与否,将直接影响到发酵工艺的效果。
因此,在发酵工艺学研究中,菌种选育是一个非常关键和复杂的课题。
继续写相关内容,1500字菌种选育是发酵工艺学中的一项重要任务,它对于提高发酵产物的产量和质量至关重要。
在菌种选育中,研究人员需要通过筛选和优化菌株,以获得具有优良发酵性能的菌株。
名词解释:1.发酵:通过微生物的生长和代谢活动,产生和积累人们所需代谢产物的一切微生物培养过程。
2.发酵工艺:指工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品,其对应的加工或制作工艺。
3.前体:在微生物代谢产物的生物合成过程中,有些化合物能直接被微生物利用构成产物分子结构的一部分,而化合物本身的结构没有大的变化,这些物质称为前体。
4.热阻:指微生物在某一特定条件下的致死时间。
5.对数残留定律:指在一定温度下,微生物受热后,活菌数不断减少,其减少速度随残留活菌数的减少而降低,且在任何瞬间,菌的死亡速率与残存的活菌数成正比。
6.实消:将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和所有设备一起进行加热灭菌的操作过程称为实罐灭菌。
7.连消:培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续加热灭菌,冷却后送入已灭菌的发酵罐内,这种工艺过程称为连消灭菌。
8.空消:无论是种子罐、发酵罐还是液氨罐、消泡罐,当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌,为空罐灭菌。
9.液化:用ɑ-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖。
10.糖化:用糖化酶将糊精和低聚糖转化葡萄糖。
11.种子制备:将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入到液体培养基中培养,使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。
12.菌种保藏:根据菌种的生理、生化特性,人工创造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。
13.呼吸临界氧浓度:在溶解浓度低时,呼吸强度随溶氧浓度的增加而增加,当溶氧浓度达到某一值后,呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化,把此时的溶解氧浓度称为呼吸临界氧浓度。
14.溶解氧饱和度:在一定温度和压力下,空气中的氧在水中的溶解度。
15.氧传递系数:比表面积与以浓度差为推动力的氧传质系数的乘积。
16.分批发酵:指一次性投入料液,发酵过程中不补料,一直到放罐。
17.补料分批发酵:指在发酵过程中一次或多次补入含有一种或多种营养成分的新鲜料液,以达到延长发酵周期,提高产量的目的。
18.连续发酵:指在特定的发酵设备中进行的,一边连续不断地输入新鲜无菌料液,同时一边连续不断地放出发酵料液。
发酵工艺学菌种选育概述发酵工艺学是研究生物大分子合成和分解的原理、方法及规律的一门学科,主要关注微生物在发酵过程中的应用。
发酵过程中,菌种的选育是一个关键环节,它直接影响到发酵工艺的效果和产物的质量。
本文将从菌种选育的意义、菌种选育的基本原则、菌种选育的方法以及菌种选育的策略等方面进行探讨。
菌种选育的意义菌种选育在发酵工艺中起着至关重要的作用。
通过选育出高效、高产、稳定的菌种,可以提高发酵产物的产量和质量,降低生产成本,提高经济效益。
同时,合适的菌种选育有助于减少废弃物和副产物的产生,降低对环境的影响,实现可持续发展。
菌种选育的基本原则菌种选育的基本原则如下:1.选择适宜的菌株:根据发酵的要求,选择适宜的菌株进行选育。
菌株应具备良好的发酵性能,包括高产、高效、耐受环境变化等特点。
2.遗传稳定性:选育的菌株应具备遗传稳定性,不易发生突变或变异。
3.生理功能完整:菌种应具备完整的生理功能,包括合成目标产物的能力、辅酶的提供、耐受产物的毒性等。
4.兼容性:选育的菌种应与发酵介质相兼容,能够在特定条件下顺利生长和发酵。
5.再生能力:优选的菌种应具备较强的再生能力,能够在长时间存储后迅速恢复生长和产物合成能力。
菌种选育的方法菌种选育的方法多种多样,常用的方法包括:1.传统筛选法:通过大量筛选菌株,根据对目标产物的产量和品质进行评估,选育出优良菌株。
2.突变体筛选法:通过诱变的方法,获得菌株的突变体,然后进行筛选,选出产量高的突变体。
3.重组DNA技术:通过DNA重组技术,将外源基因导入宿主细菌,使其具备合成目标产物的能力。
4.代谢工程法:通过改造菌株代谢途径,调控关键酶的表达水平,增强目标产物的合成能力。
菌种选育的策略菌种选育的策略主要包括:1.多因素优选法:通过对菌种进行多因素的筛选,如温度、pH值、培养基成分等,选出适应性强的菌株。
2.基因库筛选法:通过建立菌株基因库,对多种菌株进行筛选,快速选出理想的菌株。
发酵工艺学习题答案发酵工艺学习题答案发酵工艺学习题是发酵工艺学习过程中常见的一种学习方式,通过解答一系列问题来检验学生对发酵工艺的理解和掌握程度。
下面将给出一些常见的发酵工艺学习题及其答案,帮助读者更好地理解和应用发酵工艺。
一、简答题1. 什么是发酵工艺?答:发酵工艺是指利用微生物(如酵母菌、细菌等)在特定条件下对有机物进行代谢,产生有用产物的一种工艺。
它是一种将生物资源转化为有用产品的方法。
2. 发酵工艺有哪些应用领域?答:发酵工艺广泛应用于食品工业、酿酒工业、饲料工业、制药工业等领域。
例如,面包、酸奶、啤酒、乳酸菌制剂等都是通过发酵工艺生产的。
3. 发酵工艺的基本原理是什么?答:发酵工艺的基本原理是微生物在适宜的温度、pH值和营养条件下,通过对底物的代谢,产生有用产物。
微生物通过分解底物中的碳水化合物、蛋白质等有机物,释放出能量并产生副产物。
4. 发酵过程中的主要微生物有哪些?答:发酵过程中的主要微生物有酵母菌、乳酸菌、醋酸菌、酵母菌等。
不同的微生物对不同的底物具有特异性,因此在发酵工艺中选择适宜的微生物对产物的质量和产量有重要影响。
二、计算题1. 一批发酵液中初始糖浓度为50g/L,发酵过程中有30%的糖被消耗,求发酵结束后的糖浓度。
答:糖的消耗率为30%,即剩余糖浓度为70%,则发酵结束后的糖浓度为50g/L * 70% = 35g/L。
2. 一批发酵液中初始细菌数为1×10^6 CFU/mL,经过12小时发酵后,细菌数增至1×10^8 CFU/mL,求细菌的增长速率。
答:细菌的增长速率可以通过计算细菌数的对数增长量来获得。
初始细菌数的对数为log(1×10^6) = 6,发酵结束后细菌数的对数为lo g(1×10^8) = 8,增长速率为(8-6)/12 = 0.17 log(CFU/mL)/h。
三、综合题1. 某种酵母菌在发酵过程中产生乙醇,其产酒率为0.4g/g。
第一章绪论名词解释1、发酵:利用微生物在无氧或者有氧条件下的生命活动来制备菌体本身,或其代谢产物的过程。
2、发酵工程:将微生物学、生物化学和化学工程结合起来,利用微生物的某种特性,生产人们所需的产品,或者直接将微生物用于工业生产的技术。
3、初级代谢产物:微生物自身代谢产生的,是微生物生长和繁殖所必需的物质,具有保守性。
如氨基酸、核苷酸、维生素和脂类。
4、次级代谢产物:是微生物生长发育稳定期产生的物质,来源于初级代谢产物,具有特异性。
如抗生素、色素、生物碱、细胞毒素。
5、生物转化:利用微生物的一种或多种酶,作用于一些化合物的特定部位,使之转化为化学结构相似,但具有更大经济价值的化合物的生化反应。
反应最显著的特点是特异性强。
最终产物不是微生物利用营养物质经过代谢产生的,而是微生物的酶作用于底物的特定部位,催化特定部位化学反应产生的。
填空问答1、发酵生产的条件:合适的微生物、保证或者控制微生物进行代谢生产的合适条件(适当的培养基、温度、pH、溶解氧)、用于进行微生物发酵的设备、用于分离纯化精制产品的设备2、重要发酵技术的建立:纯培养技术、通气搅拌发酵技术、代谢调控发酵技术、发酵放大技术、基因工程等多种技术引入发酵3、发酵工程的三大部分:上游工程、发酵工程、下游工程4、发酵工程的特点:1)安全简单,发酵条件简单温和,在常温常压下进行2)原料广泛,以淀粉质、糖蜜和其他农副产品为主,也可以用废水、石油、矿产资源进行发酵3)容易染菌,由于发酵培养基营养丰富,适合于许多微生物生长4)投资小,见效快、效益高5、发酵的分类:1)发酵原料分:糖类发酵、废水发酵、石油发酵 2)发酵液形态:固体发酵(浅层发酵、深层发酵)、液体发酵(表面培养法、深层培养法)3)发酵产物分类 4)发酵工艺流程:连续发酵、分批发酵、半连续发酵 5)发酵需氧:好氧发酵、厌氧发酵6、发酵工程四部分:菌种的选育与扩大培养,原料的预处理与培养基的配制,发酵设备及发酵条件的选择,产物的分离与纯化第二章微生物的代谢调控名词解释1、酶活性调节:通过改变代谢途径中一个或者几个关键酶的活性来调节代谢反应速率的调节方式,调节迅速、及时、有效和经济,是蛋白质水平上的调节。
发酵工艺学发酵工艺概论发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料,生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支,成为一个包括了微生物学,化学工程,基因工程,细胞工程,机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。
现代发酵工程不但生产酒精类饮料,醋酸和面包,而且生产各种食品添加剂:谷氨酸,柠檬酸,苹果酸,核苷酸,多糖等;医疗保健药物如胰岛素,干扰素,生长激素,抗生素和疫苗;农用生产资料:天然杀虫剂,细菌肥料,微生物除草剂;在化学工业上生产AA,酶,维生素和单细胞蛋白等。
Use of microorganisms:适应性强消化能力强繁殖能力强1857年,法国化学家,微生物学家巴斯德提出了著名的发酵理论“一切发酵工程都是微生物作用的结果”。
巴斯德认为:酿酒是发酵,是微生物在起作用。
酒变质也是发酵,是另一类微生物在作祟。
可用加热的方法来杀死有害微生物,也可将纯种微生物分离出,获得所需发酵产品。
一、发酵工程(fermentation engineering)1.直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程,又称微生物工程。
在最适发酵条件下,大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
2.发酵工业简介Fermentation Industry发酵食品Fermented Foods有机酸Organic Acids氨基酸Amino Acids核酸类物质Nucleotides酶制剂Enzymes医药工业(抗生素…)Pharmaceutical (Antibiotics…)饲料工业(单细胞蛋白) Feedstuff (eg. SCP)环境工程(废物处理)Environmental Application (Waste Treatment)其它(冶金工业…)Others (eg. Metallurgical industry)二、微生物(一)为什么要利用微生物?微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造(二)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?1、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。
1.大麦的组成大麦的组织结构及生理作用:大麦主要由胚、胚乳和谷皮三部分组成。
大麦的化学组成:1.水分:11~20%,储存大麦的水分应在13%以下。
2.碳水化合物①淀粉含量:58~65%.直链淀粉:占大麦淀粉的17~24%,支链淀粉:占大麦淀粉的76~83%.②纤维素:占大麦干物质重量的3.5~7.0%③半纤维素与麦胶物质:占麦粒干物质的10~11%,④低分子碳水化合物:大麦含2%的糖类,主要是蔗糖少量棉子糖、麦芽糖、葡萄糖和果糖。
3.蛋白质:包括ⅰ麦白蛋白,ⅱ球蛋白,ⅲ醇溶蛋白,ⅳ谷蛋白4.脂肪:约占大麦干物质的2~3%,95%以上属于甘油三酸脂,5.磷酸盐:大部分为植酸钙镁,占干重的0.9%6.无机盐:其含量为干物质的2.5~3.5%,主要成分是钾、磷、硅,其次是钠、钙、镁、铁、硫等。
7.酚类物质:大麦中的酚类物质只占干物质的0.1~0.3%,如花色苷、儿茶酸等,2.什么是浸出率每100公斤原料糖化后的麦汁中,获得浸出物的百分数,即为糖化浸出物收得率,表示为: (麦汁中浸出物数量/投料量)*100%3.酒花的主要成分有哪些?各部分在啤酒酿造中的作用是什么?①酒花树脂:成分非常复杂,已经定性的有α-酸、β-酸。
α-酸具有苦味力和防腐力,极易异构化成异α-酸,异α-酸具有极强烈的苦味力,啤酒的苦味主要来自于异α-酸。
β-酸的氧化物则具有细致而强烈的苦味力,这一部分苦味可以补偿α-酸因氧化而失去的苦味度。
②酒花油:是啤酒酒花香味的主要来源.③多酚物质:它是引起啤酒浑浊的主要成分,酒花中的单宁物质易氧化,单宁及其氧化物均易与蛋白质缩合,形成不溶性的复合物而沉淀,因此对麦汁澄清起一定的作用,这是它有利的一面。
单宁能减低就得泡持性,增加啤酒色泽,并有苦涩味,这是对啤酒质量不利的一面。
6.麦芽粉碎的目的与要求?麦芽的粉碎分为干粉碎和湿粉碎二种方式.谷皮主要由纤维素组成,它不溶于水,糖化时酶对它不起作用。
谷皮有弹性,是构成麦汁过滤的自然过滤层。
麦芽粉碎有利于麦汁过滤,又可增加麦芽浸出率。
对麦芽粉碎度的要求应该是:谷皮破而不碎;胚乳部分则愈细愈好,对溶解不好的麦芽更应如此9.糖化温度控制分为几个阶段?如何规定的?⑴35~40 ℃浸渍阶段:有利于酶的浸出和酸的形成,并有利于β-葡聚糖的分解。
⑵45~55 ℃蛋白分解阶段:此时的温度称为蛋白分解温度,其控制方法如下①温度偏向下限,氨基酸生成量相对地多一些;温度偏向上限,可溶性氮多一些。
②对溶解良好的麦芽来说,温度可以偏高一些,蛋白分解时间可以短一些。
③对溶解特好的麦芽,可以放弃这阶段④对溶解不良的麦芽,温度应控制偏低,并延长蛋白分解时间。
⑶62~70 ℃糖化阶段:此时的温度通称糖化温度,其控制方法如下①在62~65 ℃下,生成的可发酵性糖比较多,非糖的比例相对较低,适于制造高发酵度的啤酒。
②如控制在65~70 ℃,则麦芽的浸出率相对增多,可发酵性糖相对减少,非糖比例增加,适于制造低发酵度啤酒。
③控制在65 ℃糖化,可以得到最高的可发酵浸出物收得率。
④通过调整糖化阶段的温度,可以控制麦汁中糖与非糖之比。
⑤糖化温度偏高,有利于α-淀粉酶的作用,糖化时间(指碘液反应完全的时间)缩短,生成的非糖比例偏高。
⑷75~78 ℃糊精化阶段:在此温度下,α-淀粉酶仍起作用,残留的淀粉进一步分解,而其它酶则受到抑制或失活。
11.糖化时淀粉和蛋白质是如何发生变化的?淀粉的分解:麦芽中的淀粉分解酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、R-酶、界限糊精酶、α-葡萄糖苷酶和麦芽糖酶等,通过这些酶的作用,淀粉不断降解为麦芽糖、麦芽三糖、葡萄糖和低分子糊精,糖化醪液粘度很快下降,可发酵性糖含量不断增加,碘液反应由蓝色逐步消失至无色,最终使麦汁具有制造啤酒应有的糖类成分。
蛋白质的分解:在糖化过程中,麦芽的蛋白质继续分解,只是数量不如制麦时多。
麦芽中分解蛋白质和肽类的酶类主要有:内肽酶、氨肽酶、羧肽酶和二肽酶等,12.糖化的方法有哪些?常用什么方法?①煮出糖化法此种糖化方法是兼用生化作用和物理作用进行糖化的方法,其特点是将糖化醪液的一部分,分批加热到沸点,然后与其余未煮沸的醪液混合,使全部醪液分批地升高到不同的酶分解所要求的温度,最后达到糖化终了温度。
②浸出糖化法浸出糖化法是纯粹利用酶的作用进行糖化的方法。
其特点是将全部醪液从一定的温度开始,缓慢升温到糖化终了温度。
浸出糖化法的醪液没有煮沸阶段。
③双醪煮出糖化法其特点是将麦芽和辅助原料分别在糖化锅和糊化锅中进行处理,然后兑醪,兑醪后按煮出法操作。
在实际生产中采取什么糖化方法,取决于原料质量,产品类型和生产设备。
20、低温蒸煮工艺的特点是什么?由于大幅度降低了蒸煮温度,节约蒸汽和冷却用水,综合节能30%左右;蒸煮温度低,可发酵性物质损失小(1.2-1.5%),提高淀粉出酒率。
糟液粘度降低,便于固液分离。
蒸煮过程压力降低,生产的安全性能也大大提高。
而且氨基糖、焦糖等对酵母细胞、糖化酶的有害物质大大减少,因此酵母细胞的发酵活力大大提高,使可发酵性糖能被酵母细胞充分利用,残糖降低,减少有机物的排放量,减轻对水域的污染。
此外,低温蒸煮还可以减少甲醇的生成,利于提高产品质量,既提高了经济效益,也提高了社会效益。
22、酒精生产的糖化方法主要是哪几种?各有什么特点?糖化方法:双酶法、液体曲法。
双酶法:(1)淀粉-1,4-糊精酶,α-淀粉酶:作用方式是任意内切淀粉α-1,4键。
作用产物:麦芽糖(87%)界限糊精葡萄糖(11-12)%。
作用特点:耐热、醪液粘度下降快。
现色反应:蓝→紫→红→浅红→不显色。
2)淀粉-1,4-葡萄糖苷酶糖化酶:作用方式:从非还原性末端起逐个外切于淀粉的α-1,4键。
作用产物:葡萄糖。
作用特点:还原糖增加快,碘色消失慢,粘度下降慢。
液体曲法:糖化原理:利用霉菌(黑曲霉、米曲霉、红曲霉、根霉等)所含有的酶系制成糖化剂对淀粉进行糖化。
酶系组成有α-淀粉酶、糖化酶。
少量蛋白酶、单宁酶、果胶酶、磷酸酯酶等。
23、酒精发酵的机理是什么?(一)酒精发酵基本理论糖化醪中酵母的作用下,将糖转化成酒精和二氧化碳:可发酵性糖酒化酶→酒精+二氧化碳酒精发酵机制:酒精发酵在无氧条件下进行,其过程分为四个主要阶段:①、葡萄糖磷酸化:葡萄糖+ATP己糖激酶6-P葡萄糖+ADP6-P葡萄糖磷酸己糖异构酶6-P果糖6-P果糖+ATP磷酸果糖激酶1、6二磷酸果糖+ADP②、1、6二磷酸果糖分裂为2分子磷酸丙糖1、6二磷酸果糖醛缩酶磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸丙糖异构酶3-磷酸甘油醛③3-磷酸甘油醛生成丙酮酸3-磷酸甘油醛+NAD3-磷酸甘油醛脱氢酶1、3-二磷酸甘油酸1、3-二磷酸甘油酸+ADP磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸+ATP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸烯醇化酶2-磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸④酒精的生成丙酮酸丙酮酸脱羧酶乙醛+二氧化碳乙醛+NADH2乙醇脱氢酶乙醇+NAD总反应式:C6H12O6+2ADP+2H3PO42CH3CH2OH+2CO2+2ATP24、酒精发酵主要有那些杂质产生,原因是什么?1、酯醛杂质:酯醛杂质的K及K'始终大于1,蒸馏时,它们在汽相中的含量始终比液相中含量多,因此它们将聚集在精馏设备的最高层。
2、杂醇油:杂醇油的K与K'在酒精含量低于55%时,均大于或接近1,而在酒精含量高于55%时,其K和K'都小于1。
因此在精馏塔的下部,水分较多,酒精浓度低,异戊醇K值大于1随蒸汽上升。
而在塔上部,异戊醇的K值小于1,随回流液下降,这样异戊醇便大量集中在塔的中部,酒精浓度为55%之处3、甲醇26、如何排除头级杂质、中级杂质和尾级杂质?头级杂质:比酒精更易挥发的杂质中级杂质:挥发性与乙醇接近尾级杂质:挥发性比乙醇低31、糖酵解过程中如何控制EMP和HMP途径的比例?有什么意义?33、谷氨酸发酵工程中如何控制工艺条件,以亚适量生物素流加糖发酵为例说明。
生物素对糖代谢的影响,主要是影响糖降解速度,而不是影响EMP与HMP途径的比率。
在生物素充足的条件下,丙酮酸以后的氧化活性虽然也得到提高,但由于糖降解速度显著提高,打破了糖降解速度与丙酮酸氧化速度之间的平衡,丙酮酸趋于生成乳酸的反应,因而会引起乳酸的溢出。
生物素对CO2固定反应也有影响研究表明,生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶,参与CO2固定反应。
据有关资料报道,当生物素大过量(100μg/L以上)时,CO2固定反应可提高30%。
以葡萄糖为原料发酵生成谷氨酸时,通过控制生物素亚适量,几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性。
因为丙酮酸氧化能力下降,醋酸的生成速率减慢,所以为醋酸所诱导形成的异柠檬酸裂解酶就很少。
另外,该酶受琥珀酸阻遏,生物素亚适量时因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反馈抑制该酶的活性,并阻遏该酶的合成,乙醛酸循环基本上是封闭的,代谢流向异柠檬酸→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地移动。
34、谷氨酸提取的原理是什么?有哪几种常用的提取方法?将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐叫提取。
主要提取方法有1、等电点法:2、离子交换法3、等电-离交法, 4、连续等电点法,5、金属盐法,6、盐酸水解-等电点法,7、离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。