《发酵工程》word版

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1、第四章发酵工程【典型案例】图4-1番茄红素图4-2“人造肉”案例1.番茄红素番茄红素是由11个共轭双键及2个非共轭碳碳双键构成的高度不饱和直链型烃类化合物，具有预防癌症、防治心血管疾病、缓解骨质疏松症和提高免疫等重要的生理功能。番茄红素的生产方法主要有提取法、化学合成法和微生物发酵法。由于番茄红素含量低，提取法无法满足市场需求；化学合成法存在收率低、产物不稳定以及合成成本高等缺点；发酵法被认为是生产番茄红素最有潜力的方法,发酵法利用特定微生物的代谢将淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉等廉价原料转化为番茄红素，不受原材料

2、、地理环境和气候等因素影响，工艺简单、生产周期短、生产效率高、生产成本低，且产物质量可控，并减少了对环境的污染。案例2.“人造肉”近年来，国内外市场上出现了一种引人注目的新食品，它们的样子很象鸡、鸭、鱼或猪肉，但却不是通过饲养畜禽而获得的制品，也不是耕种收获的五谷杂粮，而是利用现代发酵工程技术制成的，因此，人们将他称为“人造肉”。现代发酵工程，就是利用微生物的许多特殊本领，通过现代的工程技术手段来生产人类有用的物质，或者把微生物直接运用于工业生产的一类技术。它是以培养微生物发酵为主的，因此又叫微生物工程。我

3、们知道，蛋白质是生命活动的基础，一切有生命的地方都有蛋白质，微生物也不例外。不过到目前为止，能够担当生产微生物蛋白的菌种还不多，主要是1一些不会引起疾病的细菌、酵母和微型藻菜。这些生物的结构非常简单，一个个体就是一个细胞，用发酵法生产这些单细胞微生物，就可以得到大量的单细胞蛋白质。在生产单细胞白质的工厂里，人们为微生物安排了最适宜的居住环境，这就是一个个大小不等的发酵罐，罐里存放着适合不同类微生物“胃FI”的食料，保证它们在这里能“吃饱喝足”，迅速繁殖。当发酵罐里的微生物繁殖到足够数量时，便可收集起来加工利

4、用了。用发酵工程生产单细胞蛋白质，繁殖速度快。如一头体重500kg的牛，每天只能合成0.5kg蛋白质，而500kg的活菌体，只要条件合适，在24h内能够生产1250kg蛋白质。而且生产单细胞蛋白质的原料十分丰富，如农作物的秸秆，农副产品加工业的大量废水、废渣，以及石油产品、甲醇等，都可用来发酵生产单细胞蛋白。单细胞蛋白具有很高的营养价值。它的蛋白质含量高，可达细胞干重的70％，比一般植物高4—6倍；而且单细胞蛋白质里氨基酸的种类比较齐全，有几种在一般粮食里缺少的氨基酸，在单细胞蛋白里却大量存在。另外，还含有

5、多种维生素，这也是一般食物所不及的。正是由于单细胞蛋白具有这些突出的优点，现在人们用它加上相应的调味品做成鸡、鱼、猪肉的代用品，不仅外形相象，而且味道鲜美，营养也不亚于天然的鱼肉制品；用它掺和在饼干、饮料、奶制品中，则能提高这些传统食品的营养价值。在畜禽的饲料中，只要添加3％～10％的单细胞蛋白，便能大大提高饲料的营养价值和利用率。用来喂猪可增加瘦肉率；用来养鸡能多产蛋；用来饲养奶牛还可提高产奶量。在井冈霉素、肌苷、抗菌素等发酵工业生产中，它又可以代替粮食原料。因此，单细胞蛋白用途广泛，前途远大。随着世界人

6、口的不断增长，粮食和饲料不足的情况日益严重。面对这一严峻的现实，开发利用单细胞蛋白已成为增产粮食的新途径。若以蛋白质含量计算，1kg单细胞蛋白相当于1kg一1.5kg的大豆。建立一座5个100t发酵罐的工厂，可以年产5000t单细胞蛋白，相当于3330hm耕地上种植大豆的产量。单细胞蛋白的生产向人们展示美好的前景，在现代科学技术的培育下，也许要不了多久，用单细胞蛋白制成的饭菜，就会出现在你家的餐桌上。上面的案例是发酵工程在食品加工领域的应用。通过本章的学习，可以了解更多的关于发酵工程技术在多个领域的应用情况

7、。2学习指南本章主要发酵工程的发展概况，熟悉生物反应器、发酵系统和发酵工艺，掌握相关概念与知识点。第一节发酵工程概况一、发酵工程的定义与特征1.发酵工程的定义最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。工业上的发酵是指利用微生物制造工业原料或工业产品的过程，包括厌氧培养和通气培养。厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸的生产等；通气培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂的生产等。发酵工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术，根据各种微生物的特性

8、，在有氧或无氧条件下利用生物催化(酶)的作用，将多种低值原料转化成不同的产品的过程。而广义上的发酵工程由三部分组成：分别是上游工程，发酵工程和下游工程。其中上游工程包括优良菌株的选育，最适发酵条件（营养组成、pH、温度等）的确定，营养物的准备等；下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。2.发酵工业必须具备的条件：（1）某种适宜的微生物；（2）要保证或控制微生物进行代谢的各种条件，即培养基的组成、温度、溶氧浓度、