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微生物發酵即是指利用微生物,在適宜的條件下,將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。微生物發酵生產水平主要取決於菌種本身的遺傳特性和培養條件。發酵工程的應用範圍有:⑴醫藥工業,⑵食品工業,⑶能源工業,⑷化學工業,⑸農業:改造植物基因;生物固氮;工程殺蟲菌生物農藥;微生物飼料。⑹環境保護等方面。

1簡介

微生物發酵:利用微生物,在適宜的條件下,將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。
Fermentation is the general term for such processes, which extract energy (as ATP) but do not consume oxygen or change the concentrations of NAD+ or NADH. Fermentations are carried out by a wide range of organisms, many of which occupy anaerobic niches, and they yield a variety of end products, some of which find commercial uses.

2實例

酒類:包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母,在厭氧條件下進行發酵,將葡萄糖轉化為酒精生產的。白酒經過蒸餾,因此酒的主要成分是水和酒精,以及一些加熱后易揮發物質,如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒,發酵時酵母將果汁中或發酵液中的葡萄糖,轉化為酒精,而其他營養成分會部分被酵母利用,產生一些代謝產物,如氨基酸、維生素等,也會進入發酵的酒液中。因此,果酒和啤酒營養價值較高。
醋:食品店或超市出售的醋中,除了白醋是由化學合成的食品級醋酸勾兌的外,其他的則是由醋酸菌在好氧條件下發酵,將固體發酵產生的酒精轉化為醋酸生產的。由於使用的微生物菌種或曲種的差異,在葡萄糖發酵過程中會產生乳酸或其他有機酸,因而使醋有不同的風味。
醬油:醬油生產以大豆為主要原料,其他有麥麩、小麥、玉米等,將上述原料經粉碎製成固體培養基,在好氧條件下,利用產生蛋白酶的黴菌,如黑麴黴進行發酵。微生物在生長過程中會產生大量的蛋白酶,將培養基中的蛋白質水解成小分子的肽和氨基酸,然後淋洗、調製成醬油產品。醬油富含氨基酸和肽,具有特殊香味。
酸奶:牛奶在厭氧條件下,由乳酸菌發酵,將乳糖分解,並進一步發酵產生乳酸和其他有機酸,以及一些芳香物質和維生素等;同時蛋白質也部分水解。因此,酸奶是營養豐富、易消化,少含乳糖,是適合於有乳糖不適應症者的優良食品。
醪糟:又稱酒釀,是大米經蒸煮后,接種根霉,在好氧條件下,發酵生產的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長時會產生大量的澱粉酶,將大米中的澱粉水解成葡萄糖,同時利用部分葡萄糖發酵產生酒精。由於使用的根黴菌種不同,可以生產不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。
麵包:麵包均是利用活性乾酵母(麵包酵母)經活化后,與麵粉混合發酵,再加入各種添加劑,經烤制生產的。麵粉發酵后澱粉結構發生改變,變得易於消化、營養易於吸收。
糖果、餅乾、果凍等添加了紅曲色素,以調節色澤;
果汁、餅乾、麵包、點心、速食麵等添加了黃原膠,起懸浮、穩定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用;
各類罐頭,包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭,香腸,包裝奶等添加了乳鏈桿菌肽,以保鮮、防腐,保存營養和改善口感等;
各種果汁、啤酒和飲料中均需使用檸檬酸或乳酸作為酸味劑調節口味、口感;
飯店、食堂和家庭製作的菜肴中常加味精或肌苷,以增加鮮味。
可以說市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑,其中約70%~80%的食品添加劑是用發酵法,或發酵產生的酶,加工生產的。

3相關概念

2、次級代謝
是微生物在一定的生理階段出現的一種特殊代謝類型,是某些微生物為了避免在代謝過程中某些代謝產物的積累造成的不利作用,而產生的一類利於生存的代謝類型,次級代謝產物通常是在生產後期合成。
4、連續滅菌
培養基在發酵罐外經過一套滅菌設備連續的加熱滅菌,冷卻後送入已滅菌的發酵罐內的滅菌工藝過程,又稱連消。
6、菌種初篩
是從分離得到的大量菌種中將合成目的產物的菌種篩選出來的過程。初篩可分為平板篩選和搖瓶發酵篩選。
8、自然選育
在生產過程中,不經過人工誘變處理,利用菌種的自發突變而進行菌種篩選的過程。
10、巴斯德消毒法
將待消毒的物品在60~62℃加熱30min或在70℃加熱15min,以殺死其中的病原菌和一部分微生物的營養體。
12、微生物轉化
是指利用微生物代謝過程中的某些酶或酶系將一種化合物轉化成含有特殊功能基團產物的生物化學反應。
14、抗生素
是青霉素、鏈黴素、紅霉素和四環素等一類化學物質的總稱,是生物在其生命過程中產生的能在低濃度下有選擇性地抑制或殺死其他微生物或腫瘤細胞的有機物質。
16、菌種活化
保藏在沙土管、冷凍乾燥管或斜面中的菌種經無菌操作接入適合於孢子發芽或營養體生長的斜面培養基中,經培養成熟后挑選菌落正常的孢子或營養體再一次接入試管斜面,反覆培養幾次
18、空氣分佈器
是把無菌空氣引入發酵罐中並分佈均勻的裝置,有單孔管、多孔環管及多孔分支環管等幾種。
20、基因工程育種
是應用基因工程手段進行的,基因工程師一種DNA體外重組技術,是在分子水平上,根據需要,用人工方法取得供體DNA上的基因,在體外重組於載體DNA上,再轉移入受體細胞,使其複製、轉錄和翻譯,表達出供體基因原有的遺傳性狀。
22、原生質體融合
用酶法將細胞膜外側的細胞壁除掉,製備成無細胞壁的球狀細胞體即原生質體,將兩種來源於微生物細胞A和B的原生質體,在融合誘導劑的存在下等量混合起來,可使原生質體表面形成電極性,相互之間容易吸引、脫水黏合而形成聚合物,進而使原生質體收縮變形,緊密接觸處的膜先形成原生質橋,逐漸增大而實現融合。融合的原生質體在適當條件下可再生出細胞壁而形成一個新細胞。(用脫壁酶處理將微生物細胞壁除去,製成原生質體,再用聚乙二醇促使原生質體發生融合,從而獲得異核體或重組合子。)
24、分批補料發酵
又稱半連續發酵,是指在微生物發酵過程中,間歇式或連續式補加一種或多種成分的新鮮培養基的培養技術。
26、單細胞蛋白
是指通過培養單細胞蛋白生物而獲得的菌體蛋白質。

27、工程菌

通過基因工程改造后的菌株稱為「工程菌」。

4應用領域

微生物發酵生產水平主要取決於菌種本身的遺傳特性和培養條件。發酵工程的應用範圍有:⑴醫藥工業,⑵食品工業,⑶能源工業,⑷化學工業,⑸農業:改造植物基因;生物固氮;工程殺蟲菌生物農藥;微生物飼料。⑹環境保護等方面。
微生物肥料由一種或數種有益微生物活細胞製備而成的肥料。主要有根瘤菌劑、固氮菌劑、磷細菌劑、抗生菌劑、複合菌劑等。微生物肥料具有增產、改善品質的功能,還有顯著減少植物體內硝酸鹽,亞硝酸鹽和重金屬含量,提高化肥利用率以及培肥土壤等作用。要使微生物肥料在無公害蔬菜生產中真正發揮增產增效環保的作用。
微生物肥料是一種 純天然、無毒、無害、無殘留、無污染的高科技生命體。生命力極強,適應各類地質、各類土壤。使用範圍極廣,可廣泛用於水稻、小麥、玉米、棉花、油菜、花生、大豆、芝麻、甜菜、甘蔗、番茄、豆角、黃瓜、四季豆、蘿蔔、白菜、大蔥、韭菜、大蒜、菠菜、洋蔥、土豆、西瓜、南瓜、冬瓜、西葫蘆香瓜、辣椒、香蕉、菠蘿、荔枝、龍眼、山藥、蘆筍等各種作物、瓜果、果樹、蔬菜、中藥材、速生楊、用材林、竹林、花卉、苗圃、草坪等。
生物有機肥是指特定功能微生物與主要以動植物殘體(如畜禽糞便、農作物秸稈等)為來源並經無害化處理、腐熟的有機物料複合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應的肥料。生物有機肥有幾種不同的叫法,如微生物肥料,生物有機肥料,微生物菌劑和活性有機肥等。雖然有不同的叫法,但它都是遵循土壤微生態學和作物營養學的原理,通過固態發酵的方法生產出來的一種給作物提供營養成分、促進作物生長的一種複合肥。
生物有機肥的功效:調理土壤、激活土壤中微生物活躍率、克服土壤板結、增加土壤空氣通透性。減少水分流失與蒸發、減輕乾旱的壓力、保肥、減少化肥、減輕鹽鹼損害,在減少化肥用量或逐步替代化肥的情況下,提高土壤肥力,使糧食作物、經濟作物、蔬菜類、瓜果類大幅度增產。提高農產品品質、果品色澤鮮艷、個頭整齊、成熟集中,瓜類農產品含糖量、維生素含量都有提高,口感好,有利於擴大出口,提高售價。
改善作物農藝性狀、使作物莖桿粗壯,葉色濃綠,開花提前,做果率高,果實商品性好,提早上市時間。增強作物抗病性和抗逆性、 減輕作物因連作造成的病害和土傳性病害,降低發病率;對花葉病、黑脛病、炭疽病等的防治都有較好的效果,同時增強作物對不良環境的綜合防禦能力。化肥施入量的減少,相應地減少了農產品中硝酸鹽的含量。
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