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1、有機(jī)酸工藝學(xué)緒論1.什么是微生物發(fā)酵1.1概念:微生物在適宜條件下,通過(guò)分解代謝,降解有機(jī)物,同時(shí)積累簡(jiǎn)單的有機(jī)物并產(chǎn)生能量的生物氧化過(guò)程。上游工程——獲得發(fā)酵產(chǎn)品的條件發(fā)酵工程發(fā)酵工程——微生物反應(yīng)過(guò)程下游工程——后處理/提取純化過(guò)程發(fā)酵工程:采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段,利用微生物的某些特定功能,為人類生存有用的產(chǎn)品,或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的一種新技術(shù)。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。工業(yè)生產(chǎn)上通過(guò)工業(yè)發(fā)酵來(lái)加工或制作產(chǎn)品,其對(duì)應(yīng)的加工或制作工藝被稱為“發(fā)酵工藝”。工廠為實(shí)驗(yàn)工業(yè)化生產(chǎn),就必須解決實(shí)現(xiàn)這些
2、工藝的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備和過(guò)程控制的工程問(wèn)題。因此,就有了發(fā)酵工程。所以,發(fā)酵工程是解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問(wèn)題的學(xué)科。從工程學(xué)角度可分為三個(gè)階段:菌種、發(fā)酵、提煉,分別稱之為發(fā)酵工程的上游、中游、下游工程。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。微生物是發(fā)酵工程的靈魂。為什么要利用微生物?繁殖迅速、易于培養(yǎng)控制、容易改造1.2微生物發(fā)酵的發(fā)展史1.1.1自然發(fā)酵:利用自然環(huán)境中的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程。大曲制備、白酒、黃酒、醬油、醋、醬類、泡菜、發(fā)面。1.1.2純種發(fā)酵:在成分單一的發(fā)酵基質(zhì)中,僅接入一種微
3、生物,通過(guò)對(duì)該微生物的培養(yǎng),得到純度較高的單一性產(chǎn)物。為使發(fā)酵順利進(jìn)行,必須保持發(fā)酵的始終單菌純種,要求人工擴(kuò)大的菌種不得被污染,一旦發(fā)現(xiàn)其它菌株出現(xiàn),便稱之為發(fā)酵事故。因而對(duì)發(fā)酵設(shè)備和環(huán)境要求較高,要有嚴(yán)格的滅菌措施和空氣凈化系統(tǒng)。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。8/8酒精發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、檸檬酸發(fā)酵(表面培養(yǎng))1952年陳聲等開(kāi)始用黑曲霉發(fā)酵制取檸檬酸。1966年后,天津市工業(yè)微生物研究所、上海市工業(yè)微生物研究所相繼開(kāi)展用黑曲霉進(jìn)行薯干粉原料深層發(fā)酵檸檬酸的試驗(yàn)研究,并獲得成功,從而確定了中國(guó)檸
4、檬酸生產(chǎn)的這一主要工藝路線。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.1.3深層通風(fēng)發(fā)酵:在密閉通風(fēng)發(fā)酵罐中,將種子接入滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中,然后再適宜的溫度、溶氧下發(fā)酵,發(fā)酵罐中可以控溫,溶解氧的濃度可以通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速或通入的無(wú)菌空氣的風(fēng)量來(lái)控制。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1941(二次世界大戰(zhàn)),青霉素生產(chǎn)。1943年美英科學(xué)家和工程師把化工行業(yè)的通風(fēng)攪拌技術(shù)引入發(fā)酵行業(yè),設(shè)計(jì)了帶有通風(fēng)攪拌裝置和通入無(wú)菌空氣的密閉發(fā)酵罐。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.1.4代謝控制發(fā)酵:利用遺傳學(xué)或其它生物化學(xué)的方法,人為地在脫氧核糖
5、核酸(DNA)的分子水平上,改變和控制微生物的代謝,使有用的代謝產(chǎn)物大量生成、積累的發(fā)酵技術(shù)。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。1957年日本人木下祝郎,發(fā)現(xiàn)了谷氨酸棒桿菌,隨后谷氨酸發(fā)酵成功,氨基酸、核苷酸發(fā)酵興起。這一類屬于在DNA分子水平上,通過(guò)遺傳學(xué)或其其它生物化學(xué)的手段,人為地改變、控制微生物代謝,使有用產(chǎn)物大量生成、積累的發(fā)酵。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。1.1.5發(fā)酵原料的轉(zhuǎn)變非糧食原料的轉(zhuǎn)變。隨著利用石油低碳化合物進(jìn)行發(fā)酵的菌種發(fā)現(xiàn),使其生產(chǎn)SCP(simplecellprotein)。鵝婭盡損鵪慘歷蘢
6、鴛賴。纖維素、半纖維素是待開(kāi)發(fā)的能源。纖維素:造紙的主要原料,難消化,不能被消化吸收,促進(jìn)腸道蠕動(dòng),過(guò)去稱“廢物”,如今研究,認(rèn)為其在保障人類健康、延長(zhǎng)生命方面有著重要作用,被稱為“第七元素”?;[叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。1.1.6分子生物學(xué)時(shí)代隨著微生物遺傳學(xué)、基因工程、細(xì)胞工程等學(xué)科的發(fā)展,使人們有可能按照意志設(shè)計(jì)新的生命體。生物技術(shù)將成為21世紀(jì)的十大科技之一。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。例如胰島素、干擾素、細(xì)胞白介素、促紅細(xì)胞生長(zhǎng)素等。2.什么是有機(jī)酸(1)概念有機(jī)酸:具有酸性的有機(jī)化合物,能夠給出H+。
7、自然界中常常以游離的形式或以鹽、酯的形式廣泛存在。有一元酸、二元酸、多元酸,多溶于水或乙醇,呈酸性,難溶于其他有機(jī)溶劑。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。狹義的通常指羧酸,即分子結(jié)構(gòu)中含有-COOH的化合物及其衍生物。廣泛分布在植物的果實(shí)、根、葉中。(2)有機(jī)酸的分類①脂肪族有機(jī)酸:抗壞血酸、酒石酸、蘋果酸、草酸、檸檬酸、乳酸等;②芳香族有機(jī)酸:苯甲酸、水楊酸等。8/83.什么是有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)有機(jī)酸發(fā)酵是生物體內(nèi)的基本代謝過(guò)程,像傳統(tǒng)的發(fā)酵:食醋發(fā)酵、腌制食品等。1949年之前,我國(guó)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)幾乎是空白,目
8、前檸檬酸、乳酸發(fā)酵產(chǎn)品已進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)。近年來(lái),由于社會(huì)及市場(chǎng)的需要而研發(fā)出發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸,由于食品、醫(yī)藥、化學(xué)合成等工業(yè)的發(fā)展,有機(jī)酸需求驟增,發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸成為近代重要領(lǐng)域。眾多有機(jī)酸發(fā)酵產(chǎn)品中,就目前市場(chǎng)占有率而言,其規(guī)模和發(fā)展速度仍以檸檬酸為最,占酸味劑市場(chǎng)70%,聚乳酸塑料的問(wèn)世使得L-聚乳酸應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到化工、環(huán)保等方面。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué):利用微生物代謝活動(dòng)積累人類所需的有機(jī)酸的方法和技術(shù)的學(xué)科。包括:目的產(chǎn)物的積累