食品生物技术第三章-复印用解剖.ppt

第三章 发酵工程及其在食品工业中的应用 The Application of Fermentation Engineering in Food Industry 第一节 前 言 自然发酵阶段 纯种发酵技术的建立（十九世纪末） 深层发酵技术的建立 代谢控制发酵技术（1950-1960） 发酵原料的拓展与发酵设备的改进 （60年代初期，石油发酵时期） 基因工程菌的构建（1970-） 固态（体）发酵 微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵过程（培养基含水量在50%左右，通常“手捏成团，落地成散”）。---接近自然状态的发酵过程，主要适合于霉菌。 液态（体）深层发酵 在装有无菌液体培养基的封闭式发酵罐中接入菌种，通入无菌空气并适当搅拌，进行微生物培养或发酵的技术。根据操作方式，可分为间歇式发酵和连续式发酵。 发酵工程的一般工艺过程 菌种的选育 培养基的配制与优化 培养基的灭菌 种子扩大培养（试管-摇瓶-种子罐） 微生物发酵生产 发酵液的后提取 发酵微生物的来源 从自然界分离筛选 野生型微生物是获得优良菌种的宝库。 从菌种保藏机构的已知菌种中直接分离筛选 可节省时间和筛选工作量。 从生产过程中分离筛选 工业生产中常采用的方法。 发酵过程的中间分析 同样的菌种、同样的培养基在不同工厂、不同批次会得到不同的结果 微生物代谢是一个复杂的系统，它的代谢呈网络形式，环境条件的差异会引发代谢朝不同的方向进行 发酵过程的代谢参数按性质可分三类： 第二节 氨基酸工业代谢控制发酵 一、 氨基酸工业现状及发展方向 近40多年来，国内外在研究、开发和应用氨基酸方面均取得重大进展，新发现的氨基酸种类和数量已由20世纪60年代50种左右，发展到20世纪80年代的400种，目前已达1000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达100多种。 氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。 氨基酸中有8种氨基酸人体本身不能合成，只能从食物的蛋白质中摄取，称为必需氨基酸，它们是L-赖氨酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。 还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。 氨基酸的生产方法 抽提法（水解蛋白质） 化学合成法 生物法（包括直接发酵法和酶转化） 目前绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的 谷氨酸发酵的历史 1866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面筋，分离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材，将此氨基酸命名为谷氨酸 1872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸 1890年沃尔夫利用α-酮戊酸经溴化后合成DL-谷氨酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取了谷氨酸，并在1908年开始制造商品味之素 1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。 氨基酸发酵的现状 自从发酵法生产谷氨酸成功以后，世界各国纷纷开展氨基酸发酵的研究与生产，产量增长很快。2000年氨基酸产量达237万吨，销售额接近45亿美元，占生物技术产品销售额的7％。 目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和中国。 我国氨基酸发酵的发展 我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解面筋生产谷氨酸钠即味精，在上海开办了天厨味精厂，该味精的制造方法曾向美、英、法申请专利，并取得了专利权。并先后建立了沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂，规模均很小，1949年全国味精总产量不到500吨。 1965年发酵法生产味精取得成功，带动了其他氨基酸的研究开发。 1965年以后，我国味精生产全部采用以淀粉质或糖蜜为原料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产的发展，到1985年全国味精生产企业达到140家。随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，进一步推动了味精生产的快速发展。 发酵法L-赖氨酸生产起步于20世纪70年代，当时仅有上海天厨味精厂少量生产，以实用为主，1981年在广西建成年产100吨食品级L-赖氨酸试验工厂，于1987年投产。 二、微生物代谢控制发酵 微生物的经济化学与合目的性 Economic Biochemistry（经济化学）：微生物利于生存发生的所有生化反应皆有精确计算，有很高经济效益 Telenomic （合目的性）：微生物按需要有目的进行物质合成的能力 代谢控制发酵的定义 代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积累初级代谢产物；人为解除正常代谢调节，而大量积累初级代谢产物的发酵方式。 代谢控制发酵方法： 1、菌种遗传改造 2、发酵条件控制 解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育 Glu发酵常用菌种