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发酵工程的应用领域

时间:2019-11-11 来源:晋江文学网
 

篇一:发酵工程在食品工业上的应用

发酵工程在食品工业上的应用

苏宝泉,生物工程专业1314班,学号201321042112

【摘要】发酵工程是指运用现代工程技术并通过生物(只要是微生物)的某些特定功能或直接应用于工业生产,替人类进行产品生产的一种新技术,它是现代生物技术的核心技术之一,无论是传统发酵产品还是现代基因技术产品都离不开他的支持。

本文主要论述了发酵工程的形成与发展,并介绍了发酵工程的现状已经发酵工程的广阔前景,本文还列举了现代发酵工程相较传统发酵技术的一些难以弥补的优点,意在说明发酵工程的先进性和重要性,于此同时,本文也详细介绍了现代发酵工程在食品工业上的应用,例如对传统食品的改善以及利用发酵法生产新性食品。

关键词:发酵工程;食品工业;应用

The application in food industry of

fermentation engineering

Su Baoquan, class biological engineering 1314,

Student number 201321042112

[Abstract] Fermentation engineering refers to using the modern engineering technology and through biological (microbial) as long as it is of certain features or directly applied to industrial production and for human beings to a new technology of production, it is one of the core technology of modern biological technology, both in traditional fermentation products and modern genetic technology products without his support.

This paper mainly discusses the formation and

development of fermentation engineering, and introduces the current situation of fermentation engineering has the broad prospects of fermentation engineering, this paper also enumerates the modern fermentation engineering than some difficult to make up for the advantages of the traditional fermentation technology, to the advanced nature and importance of the fermentation engineering, at the same time, this paper also introduces in detail the

application of modern fermentation engineering in food industry, such as on the improvement of the traditional food and the use of fermentation to produce new products. Key words: fermentation engineering; The food industry;

application

0引言

发酵具有悠久的历史,在几千年前,人们就开始运用发酵技术生产奶酪,酱油,以及酿酒。随着人们对世界的认知不断扩大,人们学会了发酵技术的原理,懂得结合运用了现代先进的理论知识和传统的发酵技术,形成了现代化的发酵技术,为发酵工程的形成奠定了可靠的理论和实践基础。 发酵工程技术是现代生物技术的核心技术之一,无论是传统发酵产品还是现代基因技术产品都离不开他的支持。它具有生产条件温和,原料来源丰富且价格低廉癫痫症状有哪些,产物专一,废弃物对环境污染小和容易处理等特点,因此发酵工程在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用,逐步形成了规模庞大的发酵工业,它必将成为未来的支持产业之一。

1 发酵工程的定义

发酵工程是指运用现代工程技术并通过生物(只要是微生物)的某些特定功能或直接应用于工业生产,替人类进行产品生产的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配置、灭菌、扩大培养和接种、发酵工程和产品的分离提纯等方面。发酵工程的应用主要在医药工业、食品工

业、化学工业、能源工程、环境科学领域,其中在食品工业的应用主要有三大类产品,一是生产传统的发酵产品,如奶酪、啤酒、酱油、食醋等;二是生产食品添加剂,改善食品的品质及色、香、味;三是帮助人们解决粮食问题。 2发酵工程的发展

2.1发酵工程的发展历程

1) 自然发酵时期

人类利用微生物代谢产物已经有几千年的历史,而人们认识发酵、研究发酵却只有200多年的,从史前到19世纪人们对发酵的本质不了解,“自然发生说”盛极一时,此阶段一般都是手工作坊,谈不上发酵工业。产品简单,质量不稳定。

2) 纯种培养时期

此时,人们已经会利用发酵技术生产酒精、有机酸、酶制剂等,通过采用纯种培养和无菌操作技术,再加上灭菌及使用密闭发酵罐,避免了发酵时被污染的问题的同时,也提高了产品的质量,真正的发酵工业开始形成。

3) 深层培养时期

在那个青霉素发现的年代,由于战争造成的大量需求促进了发酵技术的发展,20世纪40年代,通过通气搅拌发酵技术,青霉素发酵生产得以成功实现,同时也使需氧菌的发酵生产进入了大规模工业化生产。

4) 近代发酵工程时期

以动态生物化学和微生物遗传学为基础,将微生物进行人工诱变,得到适合其生产某种产品的突变株,再在人工控制的条件下培养,既能选择性地大量生产人们所需要的物质。

5) 现代发酵工程时期

应用分子生物学和分子遗传学的方法,人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组合到特 定微生物的基因中去,在分子水平上选育新的物 种,创造新的微生物,从而达到定向改变自然界微 生物所不能合成的产物。

2.2发酵工程的现状

如今的发酵工程经历了半个多世纪,从最早的抗生素发酵到氨基酸,有机酸,甾体激素的生物转化、维生素的生物制备法、单细胞蛋白和淀粉糖等工业化生产。随着现代生物技术的发展,发酵技术的应用已涉及国际民生的方方面面。

篇二:现代发酵工程技术在食品领域的应用

现代发酵工程技术在食品领域的应用

【摘要】: 提出了发酵工程在生物工程中占有重要地位,目前发酵工程技术已经被人们广泛的应用在食品领域、工业发展等方面。简要介绍了生物工程、综述了现代发酵工程技术在食品领域的应用及其进展。简述发酵工程的发展阶段和发酵工程技术原理,并举例说明。

【关键词】: 发酵工程技术;生物工程;农产品手加工;近代发酵工程技术的发展

生物工程包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程,这4个方面互为促进、相互联系。基因工程和细胞工程是生物技术的主导领域,是发酵工程、酶工程的基础;而发酵工程和酶工程又是基因工程、细胞工程研究成果的实际应用。其中发酵工程占有重要的位置,这可以从生物工程的过程看出来,只有通过发酵工程,才能使由基因工程或细胞工程获得的具有某种所需性状的目的菌株实现工业化生产,最终达到基因克隆或细胞融合,获得生产效益和经济效益。可见,发酵工程是生物技术产业化的基础。发酵工程又称为微生物工程,是指传统的发酵技术与DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等技术结合并发展起来的现代发酵技术。现代发酵工程包括微生物资源开发利用;微生物菌种的选育、培养;固定化细胞技术;生物反应器设计;发酵条件的利用及自动化控制;产品的分离提纯等技术。发酵工程是古老而大有潜力的工业技术,生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物量的转化等研究成果为它注入新的元素。

发酵工程,是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。它是一级学科“轻工技术与工程”中的一个重要分支和重点发展的二级学科,在生物技术产业化过程中西宁哪里治疗癫痫好起着关键作用。实际上,生物技术起源于传统的食品发酵,并首先在食品加工中得到广泛的应用,传统上曾被集中用于生产多种食品,如面包、啤酒、葡萄酒、酱油、醋、奶酪、酸奶等,至今这类产品的产量和产值仍占生物技术产品的首位。用近代发酵和酶反应技术以及结合基因工程等现代生物技术,生产食品原料(如葡萄糖、麦芽糖、果葡糖浆、脂肪等)及面包酵母、味精、柠檬酸、甜味剂等和乳酸菌类生活性制剂等,则是比较新型的食品生物技术。据报道,目前国际市场上以现代生物技术为基础的食品工业产值已达$2500亿左右,我国利用现代生物技术生产味精、柠檬酸的产量居世界首位,啤酒产量世界第二。

目前,发酵工程已经广泛的被人认知并且也已大量的投放在市场生产应用中,特别是在食品领域、工业发展等方面,它主要是利用先进的科学技术,通过对微生物特征的相关研究分析,从而为人们的日常生活和生产作出卓越的贡献。下面我们就对现代发酵工程技术在食

品领域中的实际应用和相关进展进行研究分析。

1 发酵工程的发展阶段

目前,在人类社会发展的过程中,发酵工程技术已经得到了人们的广泛应用。不过,由于发酵工作属于一门实践极强的科学项目,因此它在实际应用的过程中,有着一定的发展阶段,其中主要体现在农产品手工加工,近代发酵工程技术的发展以及现代化发酵工程技术这3个方面。

1.1 农产品手加工

在古代,由于科学技术不发达,社会经济比较落后,因此人类社会的发展主要是以农产品的生产为主要内容。但是,在那时发酵工程已经开始萌芽,许多家庭或者作坊都开始以农产品为原料,来对其进行发酵制作,而这种发酵制作也就是我们所说的农产手加工。当时,由于科技不发达,人们只有通过自然界中得以存在的微生物来进行加工,但是这种方式只应用于生产中,而且由于自然界中的微生物存在许多问题,如:提取效率高,存活率低,甚至有可能处于病态等。这也大大的制约了发酵工程在食品领域的发展。

1.2 近代发酵工程技术的发展

近代发酵工程兴起于20世纪20年代,原始的手工作坊式的发酵制作凭借祖先传下来的技巧和经验生产发酵产品,体力劳动繁重,生产规模受到限制,难以实现工业化的生产。于是,发酵界的前人首先求教于化学和化学工程,向农业化学和化学工程学习,对发酵生产工艺进行了规范,用泵和管道等输送方式替代了肩挑手提的人力搬运,以机器生产代替了手工操作,把作坊式的发酵生产成功地推上了工业化生产的水平。发酵生产与化学和化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。

1.3 现代化发酵工程技术

通过发酵工业化生产的几十年实践,人们逐步认识到发酵工业过程是一个随着时间变化的(时变的)、非线性的、多变量输入和输出的动态的生物学过程,按照化学工程的模式来处理发酵工业生产(特别是大规模生产)的问题,往往难以收到预期的效果。从化学工程的角度来看,发酵罐也就是生产原料发酵的反应器,发酵罐中培养的微生物细胞只是一种催化剂,按化学工程的正统思维,微生物当然难以发挥其生命特有的生产潜力。于是,追溯到作坊式的发酵生产技术的生物学内核(微生物),返璞归真而对发酵工程的属性有了新的认识。发酵工程的生物学属性的认定,使发酵工程的发展有了明确的方向,发酵工程进入了生物工程的范畴。

2 发酵工程技术原理

现代发酵工程主要有三个阶段,在发酵的过程中包括菌种、发酵和提炼。现代发酵工技术是建立在生物学上的,其核心是对微生物系统运行规律的遵循。这里以包子发酵的过程作为例子对其原理进行阐述。在制作包子时首先要进行面团的发酵。使用酵母让其进行繁殖,在其作用下,面团会不断的膨胀。这个过程是物理和化学变化结合的过程。发酵后的面团会产生物理反映,从硬变软,而且面团的延伸性也会提高。

3 例子

3.1 人工合成的色素和香精

从植物中萃取食品添加剂的成本高,且来源有限,化学合成法生产食品添加剂虽成本低,但化学合成率低,周期长且可能危害人体健康。因此,生物技术,尤其是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。目前,利用微生物技术发酵生产的食品添加剂主要有维生素、甜味剂、增香剂和色素等产品。发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂,正在逐步取代人工合成的色素和香精,这也是现今食品添加剂研究的方向。

3.1.1 红曲色素

以大米为原料,利用红曲霉发酵生产红曲色素,这是目前最廉价的纯天然食用色素。武汉佳成生物公司将液态发酵和固态发酵相结合,生产出的红曲色素色价可达到6000u/g。

3.1.2 虾青素

虾青素可由红发夫酵母发酵后分离后天羊癫疯会遗传吗、提取制得。它有极强的抗氧化性能,具有抑制肿瘤、增强免疫力等保健功能。

3.1.3 类胡萝卜素

可利用三抱布拉霉和红酵母发酵后,分离、提取生产类胡萝卜素。

3.1.4 味精

使用双酶法糖化发酵工艺取代传统的酸法水解工艺,可提高原料利用率10%左右,已广泛应用于味精生产。

3.2 氨基酸生产

过去都是采用动植物蛋白质提取和化学合成法生产,而采用基因工程和细胞融合技术生成的“工程酶”进行发酵,其生产成本下降、污染减少,产量可成倍增加。

3.3 细菌发酵生产酒精

多年来人们―直用酵母发酵生产酒精,近年来广泛研究了细菌发酵生产酒精以期得到耐高温、耐酒精的新菌种。

3.4 调味品的纯种和复合菌种发酵

日本利用纯种曲霉进行酱油酿造,原料的蛋白质利用率高达85%。武汉佳成生物有限公司研发的复合曲种,应用于酱油、醋、黄酒、豆腐乳等发酵生产,提高了原料利用率,缩短了发酵周期,改良风味和品质得到了显著成效。

3.5 细胞蛋白(SCP)的生产

由于微生物菌体的蛋白质含量高,―般细菌含蛋白质60%―70%,酵母45%―65%,霉菌35%―40%。因此,它是一种理想的蛋白质资源。为了和来源于植物、动物蛋白相区别,人们把微生物蛋白称作为单细胞蛋白。前苏联利用发酵法大量生产酵母,最高产量曾达到60万吨/年,成为世界上最大的单细胞蛋白生产国。由于生产SCP的微生物以酵母和藻类为主,也有采用细菌、放线菌和丝状真菌的,但现在许多国家都在积极进行球藻和螺旋藻SCP开发,如美国、日本、墨西哥等国所生产的螺旋藻食品既是高级营养品,也是减肥产品,在国际

上很受欢迎。科学家们设计了分泌蛋白质的微生物,由“工程酶”(大肠杆菌和酵母菌)发酵生产了高营养强化蛋氨酸的大豆球朊和鸡卵清蛋白。

4 小结

现代发酵工程技术作为生物工程技术的一种,为食品研发行业作出了重要贡献。使用这种新技术进行产品的研发已经形成了新的产业,成为各国重视新技术开发项目。

篇三:微生物发酵工程的应用

本科生毕业设计(论文)

题目

学院

专业班级

姓名学号

指导教师

2012 年11月07 日

新疆农业大学教务处制

微生物发酵工程的应用

摘要:本文对微生物发酵工程的应用进行综述。微生物发酵工程广泛应用到健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。

关键词:微生物;发酵工程;应用

微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,包括细菌、酵母菌、螺旋体、支原体、衣原体原生动物等。它们是一群形体微小、构造简单的生物,遍布于土壤、水、空气各种有机物及生物体内外,通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物。发酵最初是来自拉丁语 “发泡”(ferver)这个词,是指酵母作用于果汁或发芽谷物时产生二氧化碳的现象[1]。这是最早对与发酵学的描述。法教学之父巴斯德研讨了酒精发酵的生理学意义,认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程是“是生物获得能量的一种形式”。当前从发酵工业角度来看,发酵是借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备为生物体本身,或其代谢产物的过程统称为发酵[2]。

微生物20世纪上半叶微生物学沿着应用微生物学和基础微生物学方向发展。20世纪70年代以来,它已与基因重组、细胞融合、蛋白质工程等新技术相结合,发展成为现代微生物发酵工程。它是微生物发酵和工程技术的巧妙结合并广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。本文对微生物发酵工程的应用进行综述。

1 微生物发酵工程原理

发酵工程从分为菌种、发酵和提炼等三个阶段。发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上,生物学原理是发现发酵工程最基本的原理。

发酵原理的核心内容是微生物复杂系统运行的自然规律(即微生物生命活动的三个基本假说)。细胞经济假说(生命活动的法则,控制) 揭示细胞经济的运行原理,它们体现了细胞代谢活动的自主性。以面包制作过程中的发酵过程为例谈谈发酵原理。面包在制作的过程中首先需要面团的发酵,促进面团体积的膨胀。面团发酵的过程是一系列物理、化学变化的过程,发酵所产生的气体均匀分布在面团中;在武汉市看癫痫病的医院各种生物酶的作用下,面团中的双糖和多糖转化成糖,在适宜的温度、水分、pH 值以及必要的矿物元素环境下,酵母直接利用单糖进行新陈代谢,酵母发酵的过程伴随产生的各种复杂化学芳香物质。

1.1 发酵条件控制

1.1.1 温度的控制

面团的发酵温度一般控制在26~28℃之间,最高不超过30℃。温度越高,酵母的产气量越高,发酵的速度越快。实践证明26~28℃时,酵母的产气能力大,发酵耐力强,产气量比较均匀,面团的持气能力比较大;当温度超过30℃时,酵母的量大,产气的速度过快,不利于面团的持气和充分膨胀,也容易引起面团中其他杂菌的繁殖而影响面包的品质。

1.1.2 湿度的控制 湿度在85%左右最为适宜。

1.1.3 时间的控制

发酵时间随面包的品种和加工的工艺有关,时间从1小时到五六个小时不等,通常发酵时间的控制以面团充分发酵达到标准的时间为准[3]。总之发酵过程就是微生物发生的一系列物质和能量代谢的过程,其中控制好发酵的条件是发酵技术成功与否的关键环节。

2 微生物发酵工程的应用

2.1 微生物发酵在医药研究中的应用

医药发酵以适宜的培养基为营养,通过微生物的生长代谢和生命活动产生丰富的次生代谢产物。借鉴中医药组方思想 ,药物经过发酵炮制后改变药物的原有性能 、增加或产生新的疗效、降低毒副作用等[4]。

微生物发酵应用于中药的研究有以下几个方面

2.1.1 提高有效成分含量

微生物分布广 、种类多,可利用医药中的成分为营养进行分裂 、生长 、繁殖和代谢,有着非常强大的分解转化物质的能力,因此在适当的条件下对中药进行发酵,能够极大地提高有效成分的含量。汤兴利等对盾叶薯菠采用预发酵,其有效组分薯预皂昔元的产率明显提高[5]。

2.1.2 增强药材的疗效

现代发酵工程是利用微生物对 中药有效成分进行酶催化 ,使其性能发生相应改变的生物转化反应 。黄靖等对灵芝发酵液进行抗肿瘤作用研究 ,结果表明灵芝发酵液 ( GLF ) 能显著延长腹水瘤小鼠的生存期( P < 0.0 5 ),对实体瘤具有显著抑制作用 ,抑瘤率为64.84% ( P < 0.0 1 ) [6]。

2.1.3 降低毒副作用

微生物的生长代谢旺盛,能够产生丰富的此生代谢产物 ,将医药中的有毒物质进行分解,从而降低药物 的毒副作用。大黄具有泻热通肠 ,凉血解毒,逐痕通经之功效。大黄生用泻下作用峻烈 ,易引起腹痛、恶心等胃肠道反应。其有效成分为结合性葱醒衍生物,而游离型蕙醒泻下作用极弱 。戴万生等利用酒精酵母、面包酵母发酵,使大黄的结合型蕙酿含量降低,游离型蕙醒含量大大增加 ,降低 了大黄的毒副作用 ,缓和了大黄的泻下作用[7]。

2.2 微生物发酵在医药研农业中的应用

农业是我国国民经济的基础,农业生产中饲料和粮食一直是我国国民经济的薄 弱环节。长期以来,饲料资源短缺的问题一直制约着我国畜牧业的发展。因此, 发展高效饲料工业,生产生态健康型饲料是当务之急。

近年来随着生物工程科学的进步利用微生物发酵来开发新型饲料资源生产蛋白质饲料和新型添加剂越来越受到人们的重视,特别是进入21世纪后,利用微生物生产的饲料蛋白、酶制剂、氨基酸、维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料产品的使用使发酵工程技术在饲料工业中得到了更广泛的应用,可以弥补常规饲料中容易缺乏的氨基酸,而且能使其他粗饲料原料营养成份迅速转化达到增强消化吸收利用效果。

2.3 生物发酵在食品行业中的应用

微生物发酵是早发现和应用的食品加工技术之一。许多传统的发酵食品,如酒、豆鼓、甜酱、豆瓣酱、酸乳、面包、火腿、腌菜、腐乳以及干酪等已有几百年甚至上千年的历史。1896年丹麦哥本哈根嘉士伯酿酒厂就已经用纯种酵母生产了。近几十年来,随着分子生物学和细胞生物学的快速发展,现代发酵技术应用而生。传统发酵技术与DNA重组技术,细胞(动物细胞和植物细胞)融合技术结合,并微生物发酵与食品行业迅速的融合发展。

发酵工程在在食品工业上主要有三大类产品,一是生产传统的发酵产品,如啤酒、果酒、食醋等;二是生产食品添加剂;三是帮助解决粮食问题。 食品工业中,不仅利用微生物生产食品产品,而且还把它作为食品卫生标准中的检测指标之一来判断食品的卫生质量,从而有效地保证了产品质量,更好地指导消费和保护人类的身体健康 。目前全球发酵产品年销售额400亿美元左右,比以每

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