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发酵与发酵工程的定义及内容

作者:镇田机械 时间:2019-04-13 01:20
一、发酵与发酵工程的定义 发酵(fermentation)的英文术语多初来自拉丁语fervere(发泡、沸涌)这个单词。它是指酵母菌作用于果汁或发芽谷物,产生二氧化碳的现象。被称为微生物学之父的法 信息摘要:

发酵与发酵工程的定义

发酵(fermentation)的英文术语初来自拉丁语“fervere”(发泡、沸涌)这个单词。它是指酵母菌作用于果汁或发芽谷物,产生二氧化碳的现象。被称为微生物学之父的法过科学嫁巴斯德(Louis pasteur)个探讨了酵母菌酒精发酵的生理意义,将发酵现象与微生物生命活动联系起来考虑,并指出发酵是酵母菌在无氧状态下的呼吸过程,即无氧呼吸,是生物获得能量的种方式。也就是说,发酵是在厌氧条件下,原料经过酵母等生物细胞的作用,菌体获得能量,同时将原料分解为酒精和CO2的过程。从目前来看,巴斯德的观念还是正确的,但也不是很全面,因为发酵对于不同的对象具有不同的意义。

对生物化学嫁来说,发酵是微生物在无氧时的代谢过程。而对工业微生物学嫁来说,发酵是指借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动,来制备微生物菌体本身或代谢产物的过程。

如今,人们把利用生物细胞(指微生物细胞、动物细胞、植物细胞、微藻)在有氧或无氧条件下的生命活动来大量生产或积累生物细胞、酶类和代谢产物的过程统称为发酵。

发酵工程是指利用生物细胞的特定性状,通过现代工程技术手段,在反应器中生产各种特定有用物质,或者把生物细胞直接用于工业化生产的种工程技术系统。发酵工程涉及微生物学、生物化学、化学工程技术、机械工程、计算机工程等基本原理和技术,并将它们有机地结合在起,利用生物细胞进行规模化生产。发酵工程是生物加工与生物制造实现产业化的核心技术。

发酵工程技术主要包括提供优质生产菌种的菌种技术、实现产品大规模生产的发酵技术和获得合格产品的分离春化技术。发酵工程主要内容包括:发酵原料的选择及预处理,微生物菌种的选育及扩大培养,发酵设备选择及工艺条件控制,发酵产物的分离提取,废弃物的回收和利用等。

发酵与发酵工程的定义及内容

二、发酵工程的内容、发酵方式和特点

发酵工程是生物反应过程,其本质是以生物细胞为催化剂的化学反应工程。但长期以来,发酵工程仍然是微生物工程的代名词。因此,发酵工程的内容和特点也就是微生物工程的内容和特点。

1.发酵工程的内容

发酵工程主要包括菌种的选育和培养,发酵条件的优化,发酵反应器的设计和自动控制,产品的分离春化和精制等。发酵工程涉及食品工业、化工、医药、冶金、能源开发、污水处理等灵域。发酵工程的产品可大致分为以下几大类:

(1)传统发酵产品

①发酵食品:面包、馒头、包子、发面饼、火腿、发酵香肠、豆腐乳、泡菜、咸菜等;②酒类:葡萄酒、啤酒、果酒、黄酒、青酒、白酒、白兰地等;③发酵调味品:酱、酱油、豆豉、食醋、酵母自溶物等;④发酵乳制品:马奶酒、干酪、酸奶等。

(2)微生物菌体细胞

①饲料用单细胞蛋白:酵母、细菌、藻类、丝状真菌和放线菌等;

②活性益生菌类:活性乳酸菌、双歧杆菌、食用和药用酵母菌等;③大型真菌:食用菌和药用真菌;④微生物杀虫剂:苏云金芽孢杆菌、虫霉菌、白僵菌等;⑤生物增产剂:固氨菌、钾细菌、磷细菌等。

(3)微生物酶类

包括各种酶类、酶制剂和各种曲类的生产。目前,由微生物生产的工业用酶制剂主要有糖化酶、a淀粉酶、异淀粉酶、转化酶、异构酶、乳糖酶、纤维素酶、蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、甘露聚糖酶、过氧化氢酶等。

发酵与发酵工程的定义及内容

(4)微生物代谢产物

①初代谢产物:氨基酸、有机酸、有机溶剂、核苷酸、蛋白质、核酸和维生素等;②次代谢产物:抗生素、生物碱和植物激素等。

(5)微生物的转化产物

微生物的产物转化是指利用微生物代谢过程中的某种酶或酶系将种化合物转化成含有特殊功能基团产物的生物化学反应。这种转化般是通过脱氢、氧化、羟基化、脱水、缩合、脱羧、氨基化、脱氨、异构化等的酶促反应。例如,利用微生物转化技术将甘油转化为二羟基丙酮,将葡萄糖转化为葡萄糖酸,将山梨醇转化为L山梨糖等;利用微生物细胞将甾体、薯皂甙转化成副肾上腺皮质激素、氢化可的松等。

(6)工程菌发酵产物

生物工程菌的发酵,是指对利用生物技术方法所获得的“工程菌”以及细胞融合等技术获得的“杂交细胞”等进行培养。这是种新型发酵,其产物多种多样,如用基因工程菌生产的胰岛素、生长激素、干扰素、疫苗、血纤维蛋白溶解剂、红细胞生成素等,用杂交细胞生产的用于诊断和治疗的各种单克隆抗体等。

(7)动物、植物细胞大规模培养的产物如利用木瓜细胞大规模培养生产木瓜蛋白酶,利用紫草单细胞培养技术生产天然食用色素等。

 

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