第十章微生物應(yīng)用

第一節(jié)微生物接種劑

第二節(jié)微生物農(nóng)藥

第三節(jié)微生物制藥

第四節(jié)微生物菌體的應(yīng)用

第五節(jié)微生物工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品

第六節(jié)清潔能源的微生物生產(chǎn)1PPT課件微生物的利用涉及食品、醫(yī)藥、環(huán)保、化工、冶金、輕紡、農(nóng)牧、能源、電子、信息、海洋、宇宙等人類(lèi)經(jīng)濟(jì)生活的廣闊領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展中起著重要作用，微生物資源開(kāi)發(fā)利用所形成的產(chǎn)業(yè)，已成為繼動(dòng)物、植物兩大生物產(chǎn)業(yè)之間的第三大生物產(chǎn)業(yè)。全世界目前微生物產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值已高達(dá)2000多億美元以上。2PPT課件

總體上看微生物的應(yīng)用可以歸納如下幾個(gè)方面：①微生物菌體的應(yīng)用：如單細(xì)胞蛋白、生物殺蟲(chóng)劑（Bt、白僵菌）食用菌、活性酵母等；②代謝產(chǎn)物的應(yīng)用：如氨基酸、抗生素、有機(jī)酸、維生素、醇類(lèi)、核酸、酶制劑等。③微生物特性的應(yīng)用：如甾體的轉(zhuǎn)化、濕法冶金、細(xì)菌肥料、石油勘探等。④微生物基因的利用：如蘇云金桿菌毒蛋白基因、產(chǎn)堿桿菌聚-羥基丁酸鹽基因等。3PPT課件第一節(jié)微生物接種劑一、微生物接種劑概述1，定義：通常將直接應(yīng)用微生物活體作為接種材料的一類(lèi)制劑稱為微生物接種劑。在微生物接種劑中，把為植物提供有效養(yǎng)料和促進(jìn)生長(zhǎng)的一類(lèi)微生物接種劑稱為生物肥料；把防治植物病蟲(chóng)害和消除雜草的一類(lèi)為生物接種劑稱為微生物農(nóng)藥。（廣義的微生物農(nóng)藥還包括微生物的代謝產(chǎn)物如農(nóng)用抗生素等。）4PPT課件2，微生物接種劑的主要的特點(diǎn)：（1）單位面積上用量微少。例如，最常用的草炭吸附接種劑，一般用量7.5~15公斤/公頃，每克含5億個(gè)活細(xì)菌的菌劑，1公斤含菌總數(shù)為5000億個(gè)細(xì)胞，以一個(gè)細(xì)胞0.1立方微米計(jì)算，它的總體積僅為0.5立方厘米，重量約0.5克。5PPT課件（2）不是直接作為植物的養(yǎng)料或藥劑，而是靠他們?cè)谕寥乐谢蛑参锉砻娲罅糠敝场⑦M(jìn)行旺盛的代謝而起作用。

（3）易受環(huán)境影響，穩(wěn)定性差（效果、制劑等）。6PPT課件3，微生物接種劑的吸附劑固體或液體培養(yǎng)物可以直接施用，但是為了便于保存和使用，一般都將培養(yǎng)物放入吸附劑中保存、使用。常見(jiàn)吸附劑主要有下列幾類(lèi)：7PPT課件（1）草炭、土壤及添加劑。草炭被認(rèn)為是最好的材料。

（2）植物材料：如谷殼粉、糖渣、玉米穗軸粉、腐熟堆肥等。

（3）惰性無(wú)機(jī)和有機(jī)材料：如蛭石、珍珠石、粉末磷灰石、硫酸鈣、聚丙酰胺膠粒等。8PPT課件二、微生物肥料微生物肥料是根據(jù)微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中分解和合成作用，所產(chǎn)生的具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)和減少植物危害的作用，精心選育菌種，生產(chǎn)而成的生物肥料。9PPT課件

目前工業(yè)生產(chǎn)的一些微生物肥料主要有固氮菌肥料、根瘤菌肥料、磷細(xì)菌肥料、鉀細(xì)菌肥料、“5406”抗生菌肥、菌根菌肥料、植物促生根際菌肥等。還有的將固氮、解磷、轉(zhuǎn)化礦物、抗病害的微生物混合配養(yǎng)制成復(fù)合微生物肥料。目前微生物肥料還是一種輔助性肥料，不能完全代替有機(jī)肥料和無(wú)機(jī)肥料。10PPT課件1，根瘤菌劑

由于豆科植物種類(lèi)不同和土壤類(lèi)型的差異，接種效果有很大差異，多數(shù)情況下有一定的增產(chǎn)作用。11PPT課件（1）應(yīng)用方法種子拌種：固氮增產(chǎn)效果較差，但用量少、操作簡(jiǎn)便土壤混菌：固氮增產(chǎn)效果較好，但用量大、操作不便（2）應(yīng)用時(shí)間播種前：拌種或做成丸衣化種子（使用方便、成本高）。播種時(shí)：拌種或土壤混菌。播種后：追施1~2次。

12PPT課件2，固氮菌肥料

用于生產(chǎn)的主要是固氮菌屬和固氮螺菌屬的某些種和菌株。13PPT課件（1）固氮菌劑固氮菌劑只有在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中固定分子態(tài)氮，而且僅滿足自身需要。要待它們死亡之后，細(xì)胞自溶或被分解時(shí)才能釋放出化合態(tài)氮供植物和其他微生物利用。對(duì)疏菜類(lèi)作物的效果較好，特別是同時(shí)使用有機(jī)肥的情況下增產(chǎn)效果更顯著。固氮菌劑的應(yīng)用最好結(jié)合秸稈還田、堆肥制作、苗床準(zhǔn)備等來(lái)進(jìn)行。14PPT課件（2）聯(lián)合固氮菌制劑固氮螺菌除具有固氮作用外，還能夠促進(jìn)植物吸收NO3-，NH4+，PO43-，K+，F(xiàn)e2+等無(wú)機(jī)養(yǎng)料和水分。存在的問(wèn)題：細(xì)菌在根圈定植和繁殖不理想。15PPT課件第二節(jié)微生物農(nóng)藥微生物農(nóng)藥：是指利用微生物本身或其代謝產(chǎn)物防治病、蟲(chóng)、雜草的制劑。16PPT課件一、防治害蟲(chóng)的微生物農(nóng)藥

1，細(xì)菌殺蟲(chóng)劑已發(fā)現(xiàn)的昆蟲(chóng)致病菌由蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis

），金龜子芽孢桿菌（B.popilise），緩死芽孢桿菌（B.lentimorbus），球形芽孢桿菌(B.sphaericus)，天幕蟲(chóng)梭菌(Clostridiummalacosome)，銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)和金龜子立克次氏體(Rickettsiellapopiliae)等。其中幾種芽胞桿菌已制成商品菌劑在生產(chǎn)中應(yīng)用。其中研究最深入，應(yīng)用最廣的是蘇云金桿菌。17PPT課件（1）蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)劑蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)劑，簡(jiǎn)稱Bt殺蟲(chóng)劑，對(duì)磷翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目、直翅目中的200多種昆蟲(chóng)都有毒殺作用，而且各亞種、各菌株所毒殺的昆蟲(chóng)對(duì)象不完全相同。有的對(duì)某種昆蟲(chóng)的殺滅的專一性很強(qiáng)，毒力很高。Bt殺蟲(chóng)機(jī)理主要靠其芽孢和毒素。蘇云金桿菌在菌體的一端形成芽孢，另一端形成近菱形的蛋白質(zhì)晶體即伴孢晶體。18PPT課件

這些晶體本身并不殺蟲(chóng)，它只是毒素的前體。當(dāng)昆蟲(chóng)吞食伴孢晶體后，在腸道中的堿性條件下，伴孢晶體被分解，產(chǎn)生毒素的前體（也稱原毒素），在腸道中特異性的堿性蛋白酶作用下，水解出有活性的不同相對(duì)分子量的毒性多肽（被稱為蘇云金芽孢桿菌δ的內(nèi)毒素）。δ內(nèi)毒素特異性的結(jié)合在腸道上皮細(xì)胞的糖蛋白受體上，導(dǎo)致K+、Na+—泵失去作用，細(xì)胞代謝停止，昆蟲(chóng)死亡。19PPT課件

蘇云金芽孢桿菌的芽孢被昆蟲(chóng)吞食后，在腸道中萌發(fā)成營(yíng)養(yǎng)體大量繁殖，并穿透腸壁進(jìn)入血液繁殖，是昆蟲(chóng)得敗血癥死亡。蘇云金桿菌中有些變種除產(chǎn)生伴孢晶體毒素外，還分泌一種蘇云金素(又稱β-外毒素)，它是一種非特異性的小分子腺嘌呤核苷酸衍生物，其熱穩(wěn)定性好，可溶于水，是RNA聚合酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，干擾與昆蟲(chóng)發(fā)育有關(guān)的激素的合成，導(dǎo)致幼蟲(chóng)發(fā)育畸形或不能正常化蛹。20PPT課件Bt殺蟲(chóng)劑的不足之處：Bt殺蟲(chóng)劑的不足之處：①防效受環(huán)境影響大；②各種Bt菌株僅對(duì)其敏感的昆蟲(chóng)有效，殺蟲(chóng)譜窄；③昆蟲(chóng)對(duì)Bt逐漸產(chǎn)生了可遺傳的抗性；④必須通過(guò)吞食作用才能進(jìn)入昆蟲(chóng)體內(nèi)殺死昆蟲(chóng)，而且只能在昆蟲(chóng)發(fā)育的某一階段才能有好的使用效果。

Bt的大量可采用深層好氧發(fā)酵法，也可采用固體發(fā)酵法。21PPT課件

將蘇云金桿菌的毒素基因轉(zhuǎn)入其它微生物或植物，不僅可以解決Bt需要吞食等不足問(wèn)題，而且也是農(nóng)藥和防治害蟲(chóng)戰(zhàn)略的重大變革。轉(zhuǎn)基因植物中起抗蟲(chóng)作用的絕大多數(shù)都是蘇云金芽孢桿菌的毒素基因。

應(yīng)注意，蠶對(duì)毒素極為敏感，在養(yǎng)蠶的地區(qū)不能使用蘇云金芽孢桿菌制劑。22PPT課件（2）金龜子芽孢桿菌金龜子芽孢桿菌是金龜子幼蟲(chóng)（蠐螬）的專性病原，蠐螬吞食其芽孢后，芽孢萌發(fā)侵入血腔并大量繁殖，使幼蟲(chóng)的血淋巴呈乳狀，死亡幼蟲(chóng)呈乳白色，故又稱乳狀病。該種殺蟲(chóng)劑能夠使50多種蠐螬致病，而且藥效可持續(xù)9年以上，是一種成功地用于防治金龜子蟲(chóng)害的長(zhǎng)效微生物農(nóng)藥。23PPT課件2，殺蟲(chóng)抗生素----阿維菌素（AvermectinAv）阿維菌素（AvermectinAv）是從除蟲(chóng)鏈霉菌（Streptomycesavermitilis）菌體中提取的大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)抗生素。殺蟲(chóng)機(jī)理：在阿維菌素（AvermectinAv）作用下，蟲(chóng)體內(nèi)γ--氨基丁酸增多，導(dǎo)致靶標(biāo)生物的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生抑制，進(jìn)而麻痹死亡。24PPT課件優(yōu)點(diǎn)：廣譜的殺蟲(chóng)殺螨活性。擊倒速度快，持效期較長(zhǎng)。消滅抗藥性害蟲(chóng)效果明顯。對(duì)人畜安全，不污染環(huán)境。使用成本低。25PPT課件3，真菌殺蟲(chóng)劑現(xiàn)在已知有500多種真菌能寄生于昆蟲(chóng)和螨類(lèi)，導(dǎo)致寄主發(fā)病死亡。殺蟲(chóng)真菌分屬于卵菌、結(jié)合菌、子囊菌、擔(dān)子菌和半知菌。典型代表是白僵菌（Beauveriabassiana）（球孢白僵菌），屬半知菌的絲孢霉目，絲孢霉科。26PPT課件白僵菌：白僵菌（Beauveriabassiana）（球孢白僵菌），屬半知菌的絲孢霉目，絲孢霉科。分生孢子著生于小梗頂端，球形；分生孢子梗多次分叉、集聚成團(tuán)，呈花瓶狀；菌落平坦呈絨毛狀，后期呈粉狀，表面白色至淡黃色。27PPT課件

白僵菌是一種廣譜性的寄生菌，能侵染磷翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目、同翅目等的昆蟲(chóng)和螨類(lèi)。防治松毛蟲(chóng)、玉米螟、大豆食心蟲(chóng)等農(nóng)林害蟲(chóng)效果顯著。28PPT課件機(jī)制：白僵菌接觸蟲(chóng)體感染，適宜條件下分生孢子萌發(fā)，分泌幾丁質(zhì)酶，溶解昆蟲(chóng)表皮，侵入蟲(chóng)體增殖，并分泌毒素（白僵菌素）和草酸鈣結(jié)晶，破壞寄主的組織，是代謝機(jī)能紊亂，最后因蟲(chóng)體上長(zhǎng)出白色的棉絮狀菌絲和分生孢子梗及孢子堆，整個(gè)蟲(chóng)體水分被菌體吸收變成白色僵尸。。29PPT課件4，病毒殺蟲(chóng)劑

昆蟲(chóng)病毒種類(lèi)多，分布廣，專性強(qiáng)。常見(jiàn)的昆蟲(chóng)病毒有核多角體病毒（NPV）、質(zhì)多角體病毒（CPV）、顆粒體病毒（GV）和無(wú)包含體病毒。核多角體病毒（NPV）是一致發(fā)現(xiàn)的種類(lèi)最多的昆蟲(chóng)病毒，在寄主細(xì)胞的核內(nèi)寄生和增殖，感染后寄主一般需4~20天才死亡。30PPT課件

我國(guó)有一定生產(chǎn)規(guī)模而且應(yīng)用效果較好的病毒殺蟲(chóng)劑有：中國(guó)棉鈴蟲(chóng)NPV，斜紋夜俄NPV，油桐尺蠖NPV，松毛蟲(chóng)NPV，菜粉蝶NPV等等。31PPT課件病毒殺蟲(chóng)劑發(fā)展限制因素：①需通過(guò)寄主昆蟲(chóng)才能增殖，培養(yǎng)困難。②專性強(qiáng)、殺蟲(chóng)譜太窄。③使昆蟲(chóng)致死的時(shí)間太長(zhǎng)（殺蟲(chóng)慢）。④易受環(huán)境、溫度、陽(yáng)光、氣候的影響。利用DNA重組技術(shù)改造和構(gòu)建用于殺蟲(chóng)的病毒——基因工程病毒殺蟲(chóng)劑。32PPT課件二、防治病害的微生物農(nóng)藥1，抗生菌和抗生素產(chǎn)生抗生素的菌種稱為抗生菌。包括放線菌、真菌、和細(xì)菌。其中最重要的是放線菌，在已知的放線菌種類(lèi)中幾乎半數(shù)以上都有拮抗性。抗生素具有選擇性，各種抗生素的抗菌范圍稱為抗菌譜，敏感微生物種類(lèi)很少的抗生素稱為窄譜抗生素，敏感微生物種類(lèi)很多的抗生素稱為廣譜抗生素。33PPT課件抗生素抗菌機(jī)制：①阻礙菌體細(xì)胞壁的合成②影響菌體細(xì)胞膜的通透性③抑制核酸的合成④抑制菌體蛋白質(zhì)的合成。34PPT課件35PPT課件36PPT課件2，應(yīng)用抗生素防治植物病害抗生素一般都在很低的濃度下對(duì)病菌產(chǎn)生作用，各種抗生素對(duì)不同微生物產(chǎn)生抑制作用的有效濃度各不相同。通常以抑制微生物生長(zhǎng)的最低濃度作為抗生素的抗菌強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱有效濃度。有效濃度越低，抗菌作用越強(qiáng)。37PPT課件

有效濃度大于100mg/L，作用強(qiáng)度較低的抗生素。

有效濃度小于100mg/L，作用強(qiáng)度高的抗生素。

我國(guó)已應(yīng)用的農(nóng)用抗生素主要有鏈霉素、農(nóng)霉素100、滅瘟素、春雷霉素、慶豐霉素、井岡霉素、多抗霉素、放線菌酮等。38PPT課件抗生素的應(yīng)用方法：①浸種，防種傳病害。②噴灑，防葉部病害。③涂敷或涂刷，防果木樹(shù)干病害，如用放線菌酮涂刷樹(shù)干防白松孢銹病。39PPT課件3，抗生菌的直接利用對(duì)植物病害，特別是根部病害的防治可直接應(yīng)用抗生菌。例如：伏革菌（Corticium.sp）玉米粉培養(yǎng)物混合在土壤中防治由終極腐霉（Pythiumultimkm）引起的甜菜根腐病。哈棲木霉（Trichodermaharzianum）的培養(yǎng)物混入土壤中防治由立枯絲核菌（Rhizoctoniasolani）引起的番茄菌核病等等。40PPT課件三、微生物農(nóng)藥防治雜草例如：①用5×10-6放線菌酮?dú)⒊∑肌＂?2.5×10-6茴香菌素抑制稗草。③魯保一號(hào)（黑盤(pán)孢目盤(pán)長(zhǎng)孢屬Gloeosporium）防治農(nóng)田菟絲子效果可達(dá)70~90%。④澳大利亞用粉苞苣柄銹菌防治燈心草粉苞苣。41PPT課件四、昆蟲(chóng)病毒

由于病毒治蟲(chóng)的優(yōu)點(diǎn)可以對(duì)害蟲(chóng)有長(zhǎng)期控制作用，同時(shí)病毒專一性很強(qiáng)，對(duì)人、畜無(wú)害。如美國(guó)的棉鈴蟲(chóng)病毒，日本的赤松毛蟲(chóng)病毒，已成為正式農(nóng)藥。我國(guó)曾開(kāi)展斜紋夜蛾核型多用體病毒、桑毛蟲(chóng)核型多角體病毒、棉鈴蟲(chóng)核型多角體病毒治蟲(chóng)，并取得了良好效果。

病毒不能在人工培養(yǎng)基上生長(zhǎng)

只能用養(yǎng)蟲(chóng)法增殖病毒，做成制劑。使用方法有噴霧、噴粉、直接施于土壤和釋放帶病毒昆蟲(chóng)到害蟲(chóng)中去等。

42PPT課件第三節(jié)微生物制藥微生物在制藥領(lǐng)域起著重要的作用，如目前被廣泛用于治療疾病的抗生素就是微生物的代謝產(chǎn)物，其他如維生素、氨基酸、酶制劑、酶抑制劑、菌體制劑等都是微生物的代謝產(chǎn)物或利用微生物菌體本身。可以說(shuō)微生物在制藥工業(yè)上具有舉足輕重的作用。我們以抗生素為例，簡(jiǎn)介微生物制藥的相關(guān)知識(shí)。

43PPT課件一、抗生素1929年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素至今，已從自然界發(fā)現(xiàn)和分離了5000多種抗生素，并以其中一些主要抗生素為原料，進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)改造，制備了約30000多種半合成抗生素。目前，世界各國(guó)實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用于醫(yī)療事業(yè)的抗生素大約有120多種，連同各種半合成衍生物及鹽類(lèi)共約350多種，其中以青霉素類(lèi)、頭孢霉素類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)及氨基糖苷類(lèi)和大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)為最多。

44PPT課件定義：抗生素是指生物在其生命活動(dòng)中產(chǎn)生的（或用化學(xué)、生物或生物化學(xué)方法所衍生的），在低微濃度下能選擇地抑制它種生物機(jī)能的化學(xué)物質(zhì)。

45PPT課件2，抗生素的分類(lèi)（1）根據(jù)抗生素的生物來(lái)源分類(lèi)：①放線菌產(chǎn)生的抗生素：主要有氨基糖苷類(lèi)（鏈霉素、卡那霉素等），四環(huán)素類(lèi)（四環(huán)素、金霉素等），大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)（紅霉素、螺旋霉素等），多烯類(lèi)（制霉素等），放線菌素類(lèi)（放線菌素D等）。主要微生物種類(lèi)是鏈霉菌屬，諾卡氏菌屬，小單孢菌屬。

46PPT課件

②真菌產(chǎn)生的抗生素：如青霉素，頭孢霉素等。主要微生物種類(lèi)是青霉屬和頭孢霉屬。

③細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素：如多粘菌素，短桿菌素等。主要微生物種類(lèi)是多粘桿菌和枯草芽孢桿菌、短芽孢桿菌。

④植物及動(dòng)物產(chǎn)生的抗生素：如地衣酸、蒜素、魚(yú)素等

47PPT課件（2）根據(jù)抗生素的作用（對(duì)象）分類(lèi)：①抗G-細(xì)菌的抗生素：如青霉素、紅霉素。②抗G+細(xì)菌的抗生素：如鏈霉素、多粘菌素。③抗真菌的抗生素：如灰黃霉素、制霉素。④抗病毒的抗生素：如四環(huán)素類(lèi)對(duì)立克次氏體和較大病毒有一定作用⑤抗癌的抗生素：如絲列霉素、阿霉素對(duì)癌有一定的作用

48PPT課件（3）根據(jù)抗生素的作用機(jī)制分類(lèi)：①抑制細(xì)胞壁合成的抗生素：如青霉素、頭孢霉素（先鋒）桿菌肽②影響細(xì)胞膜功能的抗生素：如兩性霉素B、制霉素、短桿菌素③抑制蛋白質(zhì)合成的抗生素：如四環(huán)素、鏈霉素、卡那霉素、紅霉素、氯霉素④抑制核酸合成的抗生素：絲裂霉素C、灰黃霉素、利福霉素、放線菌素D

49PPT課件（4）根據(jù)抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)：①β—內(nèi)酰胺類(lèi)：（含有一個(gè)四元內(nèi)酰胺環(huán)）如青霉素、頭孢霉素②氨基糖苷類(lèi)：（即含有氨基糖苷，有含有氨基環(huán)醇的結(jié)構(gòu)）如鏈霉素、卡那霉素③大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)：（含有一個(gè)大環(huán)內(nèi)脂作為配糖體，以苷鍵和1~3個(gè)分子的糖相連）如紅霉素、麥迪霉素④四環(huán)素類(lèi)：（以四并苯為母核）如四環(huán)素、金霉素⑤多肽類(lèi)：如多粘菌素、桿菌肽等

50PPT課件二、抗生素的生產(chǎn)過(guò)程及特點(diǎn)

抗生素大多數(shù)是由微生物細(xì)胞分泌的次級(jí)代謝產(chǎn)物，是產(chǎn)生菌在一定條件下，利用各種養(yǎng)料，通過(guò)自身產(chǎn)生的酶的作用合成的，所以要制備抗生素首先要獲得大量的微生物細(xì)胞，然后再由這些微生物細(xì)胞分泌抗生素，此過(guò)程稱為發(fā)酵。除氯霉素、磷霉素等少數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的抗生素外，絕大多數(shù)的抗生素采用發(fā)酵法進(jìn)行生物合成。

51PPT課件

抗生素的發(fā)酵過(guò)程一般在通氣下進(jìn)行，所用的培養(yǎng)基和設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)滅菌，與培養(yǎng)基接觸的罐體、管件都應(yīng)該嚴(yán)格不泄漏，以保證培養(yǎng)過(guò)程中保持純種狀態(tài)，避免污染雜菌。在培養(yǎng)過(guò)程中要求通入大量的滅菌空氣，因此需要考慮輸入空氣的除菌問(wèn)題。現(xiàn)代抗生素工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程主要包括發(fā)酵和提取兩部分，前者屬于微生物發(fā)酵工業(yè)范疇，后者屬于化學(xué)工業(yè)范疇，

52PPT課件一般具體過(guò)程如下：

菌種——孢子制備——種子制備——發(fā)酵——發(fā)酵液預(yù)處理——提取和精制-——成品檢驗(yàn)——成品包裝

53PPT課件54PPT課件1，菌種：應(yīng)性狀優(yōu)良

2，孢子制備

生產(chǎn)用的孢子必須經(jīng)過(guò)純種和生產(chǎn)能力的檢驗(yàn)，符合規(guī)定的才能用來(lái)制備種子。制備孢子是一般是將保藏的處于休眠狀態(tài)的孢子，通過(guò)嚴(yán)格的滅菌操作，將其接種的滅菌的固體培養(yǎng)基上，擴(kuò)大培養(yǎng)。55PPT課件3，種子制備

目的是使孢子發(fā)芽、繁殖，獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐中。種子培養(yǎng)一般在種子罐中進(jìn)行，逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)。一般擴(kuò)大培養(yǎng)的級(jí)數(shù)是二級(jí)，一級(jí)種子罐的接種量是0.1~2%，二級(jí)種子罐的接種量一般為5~20%（相對(duì)于罐的容積）。在培養(yǎng)過(guò)程中要通入無(wú)菌空氣和攪拌，控制罐溫和罐壓，并定時(shí)取樣作無(wú)菌試驗(yàn)、觀察菌絲形態(tài)和進(jìn)行生化分析等，確保種子質(zhì)量。達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)方可接種。

56PPT課件4，發(fā)酵

目的是使微生物分泌大量的抗生素。發(fā)酵過(guò)程的特點(diǎn)是深層發(fā)酵、需氧和純種培養(yǎng)。發(fā)酵開(kāi)始前，有關(guān)設(shè)備和培養(yǎng)基必須滅菌，然后接種種子，一般接種量為5~20%。發(fā)酵周期一般為4~5天，需不斷地通氣和攪拌，加入消泡劑。維持一定的PH、罐溫、罐壓，并隔一定的時(shí)間取樣進(jìn)行生化分析和無(wú)菌試驗(yàn)，觀察代謝變化、抗生素產(chǎn)生情況和有無(wú)雜菌污染等。

57PPT課件影響發(fā)酵的主要因素①發(fā)酵培養(yǎng)基及補(bǔ)料工藝。②前體與抑制劑，其影響抗生素的合成方向和增加產(chǎn)量。③PH，發(fā)酵過(guò)程中PH不斷變化，為使PH恒定，可在培養(yǎng)基配方中加入生理酸性、生理堿性或緩沖物質(zhì)，也可不斷滴加酸、堿。58PPT課件④溫度，發(fā)酵產(chǎn)熱使溫度升高，必須通過(guò)夾層或蛇形管導(dǎo)入冷水或冰鹽水降溫，控制罐溫。

⑤通氣攪拌，必須大量通入無(wú)菌空氣，機(jī)械攪拌和擋板作用是增加空氣與發(fā)酵液的接觸面積和時(shí)間，減少菌絲結(jié)團(tuán)現(xiàn)象和避免產(chǎn)生渦流。（增加溶解氧量）。

⑥消沫，多使用聚醚類(lèi)的聚氧乙烯丙烯（俗稱泡敵），避免逃液和染菌。

⑦消毒滅菌。

⑧正確掌握放罐時(shí)間。59PPT課件5，提取和精制通常在提取前先進(jìn)行過(guò)濾，將菌絲和濾液分開(kāi)。如果抗生素分泌在液體內(nèi)，則需將濾液進(jìn)行預(yù)處理，以除去雜質(zhì)和蛋白質(zhì)，有利于以后的提取。如果抗生素存在于菌體中，則通常需先用有機(jī)溶液萃取。提取方法主要有：

60PPT課件（1）溶媒萃取法：此方法又可分為液--液萃取和固--液萃取等。前者適用過(guò)濾后的清液進(jìn)行萃取。利用在不同PH下，抗生素在水相及有機(jī)溶劑相內(nèi)的分配系數(shù)不同而提取，如酸性抗生素（如青霉素）在酸性情況下溶于有機(jī)溶劑，而在堿性條件下不溶于水，堿性抗生素（如紅霉素）在堿性條件下，溶于有機(jī)溶劑，酸性情況下溶于水。這樣，從水相轉(zhuǎn)有機(jī)溶劑相，再?gòu)挠袡C(jī)溶劑相轉(zhuǎn)水相，反復(fù)提取，體積逐漸縮小，達(dá)到提取濃縮抗生素的目的。而所謂固液萃取是用過(guò)濾所得的菌絲濾餅進(jìn)行萃取（如灰黃霉素）。菌絲濾餅經(jīng)處理后，用丙酮浸取，減壓濃縮。

61PPT課件（2）離子交換法：利用離子交換樹(shù)脂和抗生素之間的親和力，將抗生素從發(fā)酵液選擇性地吸附于樹(shù)脂上，然后在適宜的條件下，以少量洗脫液洗脫下來(lái)。堿性抗生素選擇陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，酸性抗生選擇陰離子交換樹(shù)脂，氨基糖苷類(lèi)抗生素常用此法提取。

62PPT課件（3）吸附法：是將抗生素先吸附在吸附劑上，再以洗脫劑洗脫，常用吸附劑有活性炭、氧化鋁和大網(wǎng)格聚合物吸附劑等。適用于不能利用離子交換樹(shù)脂的弱電解質(zhì)或非離子型抗生素的提取，如頭孢菌素、林可霉素等。63PPT課件（4）沉淀法：利用等電點(diǎn)或能與酸、堿、金屬鹽類(lèi)形成不溶或溶解度極小的復(fù)鹽的辦法，沉淀出抗生素。如四環(huán)素的提取。

64PPT課件7，成品包裝抗生素產(chǎn)品一般分裝為大包裝的原料藥，供制劑廠進(jìn)行小包裝或制劑加工。

65PPT課件二、微生物多糖微生物多糖可由許多細(xì)菌和真菌產(chǎn)生。根據(jù)多糖在微生物細(xì)胞中的位置，可分為胞內(nèi)多糖、胞壁多糖和胞外多糖。其中胞外多糖由于產(chǎn)生量大，且易與菌體分離，而得到廣泛關(guān)注。微生物多糖有著獨(dú)特的藥物療效和獨(dú)特的理化特性，使其成為新藥物的重要來(lái)源，并被作為穩(wěn)定劑、膠凝劑、增稠劑、成膜劑、乳化劑、懸浮劑和潤(rùn)滑劑等廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品和制藥等各個(gè)行業(yè)。66PPT課件真菌主要的功能性成分即是真菌多糖和齊全的各種氨基酸。真菌多糖對(duì)于人體具有免疫調(diào)節(jié)和激活巨噬細(xì)胞的功能，從而可以提高人體抵御各種感染和抗腫瘤等方面的能力。如試驗(yàn)表明香菇多糖能增加小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的絕對(duì)數(shù)量。從靈芝、銀耳、黑木耳、猴頭菌、黑柄炭角菌、冬蟲(chóng)夏草等真菌中分離提取的多糖都能顯著增強(qiáng)腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬功能。真菌多糖能夠激活淋巴細(xì)胞，加強(qiáng)免疫功能，可作為免疫增強(qiáng)劑。香菇多糖(lentinan)就是一個(gè)典型的T細(xì)胞激活劑,它在體內(nèi)和體外均能促進(jìn)特異性細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞(CTL)的產(chǎn)生，并提高CTL的殺傷活性.67PPT課件三、微生物免疫制劑針對(duì)人類(lèi)和動(dòng)植物疾病的致病菌，制作免疫制劑來(lái)預(yù)防疾病是幾千年來(lái)我國(guó)人們常用的方法。免疫防治是通過(guò)免疫方法使動(dòng)物具有針對(duì)某種傳染病的特異性抵抗力。機(jī)體獲得特異性免疫力有多種途徑，主要分為天然獲得性免疫和人工獲得性免疫兩大類(lèi)型。人工獲得性免疫又可分為人工自動(dòng)免疫和人工被動(dòng)免疫兩種。68PPT課件四、微生物生產(chǎn)的酶抑制劑一切生物生命活動(dòng)過(guò)程實(shí)質(zhì)上都是由酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。因此一旦某種酶的基因表達(dá)或其催化活性發(fā)生變化，機(jī)體無(wú)疑會(huì)顯示出某種病變癥狀。利用微生物生產(chǎn)各種酶抑制劑來(lái)調(diào)整酶的表達(dá)量或酶的活性，有的已在臨床上得到應(yīng)用。69PPT課件

(1)、與蛋白質(zhì)代謝相關(guān)的酶抑制劑。包括內(nèi)肽酶抑制劑，如由玫瑰鏈霉菌(Streptomycesroseus)產(chǎn)生的以纖維蛋白酶微靶酶的亮肽素(leupeptin)、由蠟狀芽孢桿菌（Bacilluscereus）產(chǎn)生的以硫醇蛋白酶微靶酶的硫醇蛋白酶抑素(thiolstatin)和外肽酶抑制劑，如由放線菌MF-931-A2生產(chǎn)的以氨肽酶B微靶酶的a-aminoacylarginines等。

(2)、與糖代謝相關(guān)的酶抑制劑。如由灰孢鏈霉菌（S.griseosporeus）生產(chǎn)的以a-淀粉酶微靶酶的haimI,II。

(3)、與脂質(zhì)代謝相關(guān)的酶抑制劑。如由檸檬酸青霉(Penicillumcitrinum)生產(chǎn)的以HMG-CoA還原酶微靶酶的compactin等。

(4)、其他酶抑制劑。如由棍孢鏈霉菌(S.staurosporeus)生產(chǎn)的以蛋白激酶C為靶酶的棍孢素(staurosporine)，等。70PPT課件五、微生物毒素的藥物應(yīng)用

許多細(xì)菌和真菌可以產(chǎn)生毒素。細(xì)菌毒素有葡萄球菌毒素、鏈球菌外毒素、肺炎鏈球菌毒素、肉毒毒素、霍亂弧菌毒素、志賀氏菌毒素、大腸桿菌毒素、白喉?xiàng)U菌毒素、炭疽桿菌毒素、梭菌毒素、藍(lán)細(xì)菌毒素等等。真菌毒素有黃曲霉毒素、棕曲霉毒素、麥角、雜色曲霉素、煙曲霉震顫素、玉米赤霉烯酮、交鏈孢毒素、毒蘑菇毒素等等

根據(jù)微生物毒素的化學(xué)成分，可分為蛋白質(zhì)類(lèi)毒素、多肽類(lèi)毒素、糖蛋白類(lèi)毒素和生物堿類(lèi)毒素。

根據(jù)毒素的作用機(jī)理，有溶細(xì)解毒素、抑制蛋白質(zhì)合成毒素、神經(jīng)毒素、作用于離子通道的毒素、作用于突觸的毒素、凝血和抗凝血的毒素，等。71PPT課件

根據(jù)導(dǎo)致的疾病可分，引起光敏和過(guò)敏反應(yīng)的毒素、引起精神和神經(jīng)系統(tǒng)病變的毒素、引起胃腸道和肝臟病變的毒素、致畸致癌的毒素和引起呼吸系統(tǒng)病變的毒素。

人類(lèi)和動(dòng)物一旦誤食這些微生物毒素，輕則引起各種疾病，重則引起致畸致癌甚至死亡，有的可在極短時(shí)間內(nèi)致人死亡，難以搶救。72PPT課件微生物毒素同樣是人類(lèi)的重要醫(yī)藥寶庫(kù)，尤其是尋找新藥的資源庫(kù)。這些毒素：（1）可直接用作藥物，如肉毒毒素可用于治療重癥肌無(wú)力和功能性失明的眼瞼及內(nèi)斜視。利用白喉毒素的A鏈與多種癌癥細(xì)胞抗體連接研制出導(dǎo)向抗癌藥物。（2）以微生物毒素為模板，改造和設(shè)計(jì)抗病抗癌和治療新藥.（3）作為外毒素菌苗使用，大多數(shù)外毒素是蛋白質(zhì)，注射進(jìn)人體和動(dòng)物體后能產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，這些抗體可與毒素有效的結(jié)合，干擾毒素與其靶細(xì)胞的結(jié)合，抑制其轉(zhuǎn)運(yùn)，如肉毒毒素、白喉類(lèi)毒素、炭疽毒素、金黃色葡萄球菌毒素、破傷風(fēng)毒素，等。73PPT課件（4）作為超抗原（SAg）使用，許多微生物毒素本身就是超抗原，是多克隆有絲分裂原，激活淋巴細(xì)胞增殖的能力遠(yuǎn)比植物凝集素高10~100倍，具有刺激頻率高等特點(diǎn)，可用于治療自身免疫性疾病。（5）從毒蘑菇毒素中尋找抗癌新藥。毒蘑菇毒素已顯示出抗癌和延緩癌變進(jìn)程的良好前景。74PPT課件第四節(jié)微生物菌體的應(yīng)用一、單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)與應(yīng)用單細(xì)胞蛋白（singlecellprotein,SCP）的生產(chǎn)即是利用某些含有豐富營(yíng)養(yǎng)源的廢水廢液或其他低氮或無(wú)氮原料培養(yǎng)某些細(xì)菌或酵母菌（有時(shí)為絲狀霉菌）生產(chǎn)獲得蛋白質(zhì)的方式。微生物菌體細(xì)胞含有極為豐富而全面的營(yíng)養(yǎng)成分，高量的蛋白質(zhì)和較多種類(lèi)的氨基酸，維生素等。另外微生物菌體生產(chǎn)可以工業(yè)化生產(chǎn)而不受環(huán)境條件影響，且微生物生長(zhǎng)遠(yuǎn)較動(dòng)、植物生長(zhǎng)快得多，微生物合成同等數(shù)量的蛋白質(zhì)比植物快500倍，比動(dòng)物快2000倍。又可以利用廉價(jià)原料進(jìn)行工廠化規(guī)模化生產(chǎn)。75PPT課件可用于單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的原料可分為碳水化合物類(lèi)，碳?xì)浠衔镱?lèi)，石油產(chǎn)品類(lèi)，無(wú)機(jī)氣類(lèi)，有機(jī)工業(yè)廢水類(lèi)，城市廢棄物類(lèi)，農(nóng)畜牧業(yè)廢棄物類(lèi)，海產(chǎn)廢棄物類(lèi)、泥炭類(lèi)等等，來(lái)源十分廣泛，尤其是利用城市、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)廢水廢棄物如檸檬酸生產(chǎn)廢水、味精廢水、酒精廢水、豆制品廢水、淀粉廠生產(chǎn)廢水、精密廢水等進(jìn)行單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)，不僅可獲得有價(jià)值的蛋白質(zhì)，且可以清除有機(jī)污染物，變廢物為資源，保護(hù)環(huán)境。國(guó)內(nèi)都已有成功的規(guī)模化生產(chǎn)。

76PPT課件

各類(lèi)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的原料及涉及的微生物

類(lèi)

別

原

料

主要微生物

碳水化合物

淀粉、糖、纖維素水解物等

酵母菌（

Saccharomyces）

碳?xì)漕?lèi)化合物

石油餾分物

石蠟

天然氣、甲烷、乙烷、丙烷

假絲酵母（

Candida）

圓酵母（

Torulopsis）

假絲酵母

甲烷假單胞菌（

Pseudomonasmethanica）

石油產(chǎn)品物

甲醇、乙醇、乙酸

假絲酵母

釀酒酵母

畢赤氏酵母

(Pichia)

曲霉屬（

Aspergillus）

無(wú)機(jī)氣體

CO2，

CO，

H2，其他

水球藻（

Chlorella）

螺旋藻（

Spirullina）

顫藻（

Diatoma）

氫單胞菌（

Hydrogenomonas）

有機(jī)工業(yè)廢水

淀粉廢水，糖蜜廢水、酒精廢水、豆制品廢水、味精廢水等

以上各類(lèi)微生物

農(nóng)畜有機(jī)廢棄物

各種牲畜糞尿，果汁加工廢液，各種秸桿、木屑、蔗渣等等發(fā)酵水解液

以上各類(lèi)微生物

77PPT課件二、微生態(tài)調(diào)節(jié)劑的生產(chǎn)微生態(tài)調(diào)節(jié)劑（microecologicalmodulator）就是以微生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)、用于調(diào)整微生態(tài)平衡，防止微生態(tài)失調(diào)，以達(dá)到提高動(dòng)物、植物和人的健康水平或增進(jìn)健康佳態(tài)的有益微生物及其代謝產(chǎn)物的微生物制品。

微生態(tài)調(diào)節(jié)劑包括益生菌（Probiotics

）、益生元（prebiotics

）和合生元（synbiotics

）三類(lèi)。78PPT課件益生菌是指能通過(guò)改善微生態(tài)平衡，發(fā)揮有益作用而幫助寄主提高健康水平或改善健康狀態(tài)的微生物及其代謝產(chǎn)物。目前對(duì)于人類(lèi)應(yīng)用較多的有雙歧桿菌（Bifidobacterium

）、乳桿菌(Lactobacterium

)、腸球菌（Enterococcus

）、大腸桿菌（Escherichiacoli）、枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis

）、蠟樣芽孢桿菌（B.cereus

）、地衣芽孢桿菌(B.licheniformis

)和酵母菌等。益生元是指能夠促進(jìn)益生菌生長(zhǎng)繁殖的物質(zhì)，如雙歧因子（bifidusfactor），各種只能為有益菌利用，卻不能為大部分腸細(xì)菌分解和利用的寡聚糖以及某些中草藥等等，能夠扶植正常菌群生長(zhǎng)，調(diào)整菌群失調(diào)，提高有益菌的定殖能力。合生元是指益生菌和益生元同時(shí)并存的制劑。

79PPT課件微生態(tài)調(diào)節(jié)劑制品近年來(lái)得到了很大的發(fā)展，很多已成為商品。其生產(chǎn)過(guò)程如同其他發(fā)酵物一樣。固體劑型是在液體發(fā)酵后干燥、再加人填充料灌裝成膠囊。質(zhì)量是保證微生態(tài)調(diào)節(jié)劑有效的關(guān)鍵。活菌體制劑應(yīng)使含菌量在（107~108）個(gè)/ml或g。微生態(tài)調(diào)節(jié)劑的作用主要是：①調(diào)整失調(diào)的微生態(tài)系統(tǒng)，使之保持平衡。②對(duì)非自然的微生物產(chǎn)生拮抗，抑制有害微生物。③利用其代謝產(chǎn)物改善環(huán)境，有利于保持生態(tài)平衡。④促進(jìn)動(dòng)植物生長(zhǎng)。⑤預(yù)防和治療某些動(dòng)植物和人類(lèi)的疾病，有利于健康。人類(lèi)利用微生態(tài)調(diào)節(jié)劑預(yù)防和治療或輔助治療許多疾病已有眾多報(bào)導(dǎo)，如對(duì)胃腸道疾病、肝臟疾病、高血脂癥、某些醫(yī)源性疾病、嬰幼兒保健、癌癥、某些婦科疾病等等都有較好的預(yù)防和治療或輔助治療作用。80PPT課件三、食用菌及其生產(chǎn)食品中應(yīng)用微生物菌體最廣泛和直接的是食用菌。食用菌是可以食用的一類(lèi)大型真菌（主要是擔(dān)子菌），一般直接作為人類(lèi)食品，現(xiàn)也有通過(guò)各種精細(xì)加工，制成更精美的飲料、滋補(bǔ)保健品和醫(yī)療藥品。

食用菌的干物質(zhì)中，平均粗蛋白含量為25%，脂肪8%，碳水化合物60%（其中糖52%，纖維素8%），灰分7%。

81PPT課件其蛋白質(zhì)和氨基酸含量較一般水果和蔬菜高，在鮮蘑菇中蛋白質(zhì)含量為3.5%，而白蘿卜僅0.6%，大白菜1.1%。食用菌中氨基酸種類(lèi)較全，有17~18種之多，即含有人體所必需的8種必需氨基酸。許多種類(lèi)的氨基酸含量可以與牛乳、肉和魚(yú)粉相當(dāng)。食用菌中的脂類(lèi)主要是脂肪、磷脂、蠟和固醇等脂溶性化合物，這些脂類(lèi)可與蛋白質(zhì)結(jié)合成脂蛋白質(zhì)。食用菌脂類(lèi)似于植物脂肪，含有較高的不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸，其中亞油酸可占中性脂肪部分脂肪食量的70%，占極性類(lèi)脂部分脂肪酸量的90%。食用菌的灰分中含有人體必需的多種礦物元素，尤以鉀和磷的含量最高，鉀可高達(dá)灰分的58%，磷達(dá)20%，鈉2%左右，再是鈣和鐵。而且許多食用菌含有豐富的維生素。如雙孢蘑菇中含有VB12、VB2、VC、VK、泛酸、煙酸、葉酸等。82PPT課件各種藥用或食療作用的真菌，其功效分類(lèi)包括：解表類(lèi)、利尿滲濕類(lèi)、消導(dǎo)類(lèi)、止血活血類(lèi)、祛痛類(lèi)、止咳化痰類(lèi)、健胃類(lèi)、清熱類(lèi)、通便類(lèi)、安神類(lèi)、補(bǔ)益類(lèi)、驅(qū)蟲(chóng)類(lèi)、祛風(fēng)濕類(lèi)、平肝息風(fēng)類(lèi)、降血壓類(lèi)、調(diào)節(jié)機(jī)體代謝類(lèi)，抗腫瘤類(lèi)，外用消炎等17類(lèi)。如白木耳有提神生津、滋補(bǔ)強(qiáng)身的功用，是珍貴的滋補(bǔ)品。黑木耳具有潤(rùn)肺和消化纖維素的功用。香菇含有的香菇素能降低血液膽固醇。猴頭菌制片對(duì)胃及十二指腸潰瘍具有良好療效，并可緩解消化系統(tǒng)癌癥。靈芝菌具有治療神經(jīng)衰弱和延緩衰老的作用。83PPT課件第五節(jié)微生物工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品1、發(fā)酵生產(chǎn)食醋食醋是人們?nèi)粘Ｉ钏匦璧恼{(diào)味品，也是最古老的利用微生物生產(chǎn)的食品之一。食醋生產(chǎn)是利用醋酸菌在充分供氧的條件下將乙醇氧化為醋酸。反應(yīng)式為：

能用于食醋生產(chǎn)的醋酸菌有紋膜醋酸菌（Acetobacteraceti

）、許氏醋酸菌(A.schutzenbachii

)、惡臭醋酸菌(A.rancens

)和巴氏醋酸菌(A.pasteurianus

)等。不同原料還需加入不同的微生物。以淀粉為原料時(shí)加入霉菌和酵母菌，糖類(lèi)為原料時(shí)加入酵母菌。獲得風(fēng)味迥異的食醋品種。我國(guó)名優(yōu)食醋有鎮(zhèn)江香醋、山西陳醋、江浙玫瑰醋、四川麩醋等。

84PPT課件2．酒類(lèi)酒類(lèi)的發(fā)酵生產(chǎn)主要是利用酵母菌在厭氧條件下將葡萄糖發(fā)酵為酒精的過(guò)程。不同的酒類(lèi)釀造所選用的酵母菌不同。所選用的原料、水質(zhì)、甚至環(huán)境都會(huì)影響酒類(lèi)的品質(zhì)和風(fēng)味。純凈的礦泉水往往較河水和自來(lái)水好。有人發(fā)現(xiàn)，貴州茅臺(tái)酒之所以具有其獨(dú)特的芬芳風(fēng)味，與其釀酒廠環(huán)境中存在的微生物區(qū)系有關(guān)。

85PPT課件86PPT課件3、發(fā)酵生產(chǎn)乳制品利用乳酸細(xì)菌進(jìn)行發(fā)酵，使成為具有獨(dú)特風(fēng)味的食品很多。如酸制奶油、干酪、酸牛乳、嗜酸菌乳（活性乳）、馬奶酒、面包格瓦斯以及酸泡菜、乳黃瓜等等。這些乳制品不僅具有良好而獨(dú)特的風(fēng)味，而且由于易于吸收而提高了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。有些乳制品還有抑制腸胃內(nèi)異常發(fā)酵和其他腸道病原菌的生長(zhǎng)，因而具有療效作用，受到人們的喜愛(ài)。發(fā)酵乳制品的主要乳酸菌有干酪乳桿菌（Lactobacilluscasei

）、保加利亞乳桿菌（L.bulgaricus

）、嗜酸乳桿菌(L.acidophilus

)、植物乳桿菌（L.plantraum

）、瑞士乳桿菌（L.heltyieus

）、乳酸乳桿菌（L.lactis

）、乳鏈球菌(Streptococcuslactis

)、乳脂鏈球菌（S.cremoris

）、嗜熱鏈球菌（S.thermophilus

）、噬檸檬酸鏈球菌（S.citrovorus

）、副檸檬酸鏈球菌(S.paracitrovorus

）等許多種。嗜檸檬酸鏈球菌還可以把檸檬酸代謝為具有香味的丁二酮等，使乳制品具有芳香味。不同的乳制品往往需要由不同的乳酸菌發(fā)酵，以保證不同的口味和質(zhì)量。而且常由兩種或兩種以上的菌種配合發(fā)酵，既可使風(fēng)味獨(dú)特多樣，又可防止噬菌體的危害。87PPT課件4、發(fā)酵生產(chǎn)醬油醬油是包括霉菌、酵母菌和細(xì)菌等多種微生物參與原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化的混合作用的結(jié)果。對(duì)發(fā)酵速度、成品色澤、味道鮮美程度影響最大的是米曲霉（Aspergillusoryzae

）和醬油曲霉(A.sojae

），而影響其風(fēng)味的是酵母菌和乳酸菌。米曲霉含有豐富的蛋白酶、淀粉酶、谷氨酸胺酶和果膠酶、半纖維素酶、酯酶等。涉及醬油發(fā)酵的酵母菌有7個(gè)屬的23個(gè)種，其中影響最大的是魯氏酵母（Saccharomycesrouxii

），易變圓酵母（Torulopsisversatilis

）等。而乳酸菌則以醬油四聯(lián)球菌（Tetrcoccussoyae

)、嗜鹽片球菌（Pediococcushalophilus

）和醬油片球菌（P.soyae

）等與醬油風(fēng)味的形成關(guān)系最為密切。因?yàn)樗鼈兝锰切纬扇樗幔倥c乙醇反應(yīng)形成特異香味的乳酸乙酯。也已發(fā)現(xiàn)某些芽孢桿菌是影響醬油風(fēng)味的主要微生物。88PPT課件在醬油生產(chǎn)過(guò)程中必須防止霉菌，尤其是那些能產(chǎn)生黃曲霉毒素和其他毒素的曲霉、青霉、鐮刀霉（Fusarium

）的污染，還有其他致病細(xì)菌和耐鹽性產(chǎn)膜酵母如鹽生接合酵母（Zygosaccharomycesalsus

），粉狀畢赤氏酵母（Pichiafarinosa

）等的污染。

89PPT課件5、腐乳的發(fā)酵生產(chǎn)腐乳是大豆制品經(jīng)多種微生物及其產(chǎn)生的酶，將蛋白質(zhì)分解為胨、多肽和氨基酸類(lèi)物質(zhì)以及一些有機(jī)酸，有機(jī)醇和酯類(lèi)而制成的具有特殊色香味的豆制品。涉及的微生物主要是毛霉(Mucor

）中的腐乳毛霉（M.sufu

）、魯氏毛霉（M.rouxianus

)、五通橋毛霉（M.wutungkial

）、總狀毛霉（M.recemosus

）、華根霉（Rhizopuschinensis

）等，另外也有利用微球菌（Micrococcus）或枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis

)釀造的。90PPT課件6、氨基酸和維生素C等的發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸不僅是人體所必需，而且是眾多食品工業(yè)不可缺少的鮮味劑、甜味劑和添加劑，使食品提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和蛋白質(zhì)利用率，增加風(fēng)味。如象谷氨酸鈉即是人們?nèi)粘Ｉ钪胁穗鹊恼{(diào)味刺，賴氨酸作為大米或飼料的添加劑，有利于蛋白質(zhì)的合理和高效利用。91PPT課件用于發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的微生物有谷氨酸棒桿菌（Corynebacteriumglutaraicum

）、黃色短桿菌（Brevibacteriumflavum

）等。它們都是球形、短桿至棒狀；無(wú)鞭毛，不運(yùn)動(dòng)，不形成芽孢，G+，需O2需生物素的細(xì)菌。合成途徑是在形成丙酮酸后，進(jìn)一步生成乙酰-COA，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，生成α-酮戊二酸。在有NH4+存在時(shí)由谷氨酸脫氨酶催化生成L-谷氨酸。92PPT課件維生素C的合成發(fā)酵系由兩步完成。首先由弱氧化醋桿菌（A.subaxydans

）、黑色醋桿菌（A.melanogenum

）、膠醋桿菌（A.xylinum

）等將山梨醇轉(zhuǎn)化成山梨糖，然后山梨糖由雙黃假單胞菌氧化為α-酮基-L-古龍酸，古龍酸再在堿性溶液中轉(zhuǎn)化為烯醇化合物，加入酸后即轉(zhuǎn)化成為L(zhǎng)-抗壞血酸。

93PPT課件7、有機(jī)酸的發(fā)酵

食品工業(yè)和其他工業(yè)中都需要大量的有機(jī)酸。許多厭氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌可發(fā)酵生產(chǎn)乙酸、乳酸丙酸、丁酸、甲酸以及丙酮等，而霉菌也能生產(chǎn)多種有機(jī)酸，如檸檬酸就是由黑曲霉(Aspergillusniger

)或溫特曲霉（Asp.wenti

i）所發(fā)酵生產(chǎn)。

下表是一些霉菌產(chǎn)生的有機(jī)酸94PPT課件有

機(jī)

酸

產(chǎn)

生

菌

發(fā)

酵

基

質(zhì)

D-阿拉伯抗壞血酸

點(diǎn)青霉

葡萄糖

異檸檬酸

產(chǎn)紫青霉

葡萄糖

康酸

衣康酸曲霉、土曲霉

葡萄糖

酒石酸

土曲霉，衣康酸曲霉

蔗糖

檸檬酸

黑曲霉，泡盛曲霉

微紫青霉

葡萄糖

(C10～

C18)烷烴

葡萄糖酸

黑曲霉

葡萄糖

曲酸

黑曲霉

葡萄糖

吡啶二羧酸

桔青霉

青霉

葡萄糖

(C12～

C18)烷烴

L-乳酸

米根霉

葡萄糖

丙酮酸

魯氏毛霉

東北毛霉

蔗糖

糖

反丁烯二酸

黑根霉

淀粉

蘋(píng)果酸

黃曲霉

葡萄糖

95PPT課件第六節(jié)清潔能源的微生物生產(chǎn)甲烷、乙醇和氫氣等不僅是可再生的燃料，而且在燃燒過(guò)程中不產(chǎn)生嚴(yán)重危害環(huán)境的污染問(wèn)題，尤其是氫氣，燃燒后僅形成水，具有清潔、高效、可再生等突出特點(diǎn)。另一方面，這些燃料可由微生物利用有機(jī)廢棄物生產(chǎn)，從而在獲得清潔燃料的同時(shí)，處理了有機(jī)廢物廢水，保護(hù)和改善了環(huán)境。利用生物技術(shù)將可利用的廉價(jià)有機(jī)物甚至有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為清潔燃料替代“石油”等礦物燃料，將是世界性的實(shí)施環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。96PPT課件一、甲烷的微生物學(xué)產(chǎn)生——沼氣發(fā)酵

沼氣：在自然界各種無(wú)氧環(huán)境中，如沼澤、池塘、海洋和水田的底部，常可見(jiàn)到有氣泡冒出水面。若將這些氣體收集起來(lái)，可以點(diǎn)燃，稱之為沼氣。

沼氣的主要成分甲烷（約60~70%）和二氧化碳（約30~35%）

沼氣發(fā)酵：是指在厭氧條件下將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為沼氣的微生物學(xué)過(guò)程。97PPT課件第一階段：水解發(fā)酵性細(xì)菌將復(fù)雜有機(jī)物水解成相應(yīng)的單體，并對(duì)水解產(chǎn)物進(jìn)行發(fā)酵；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌利用第一階段的發(fā)酵產(chǎn)物，形成乙酸和氫氣；

第三階段：產(chǎn)甲烷細(xì)菌把前幾個(gè)階段中產(chǎn)生的乙酸裂解成甲烷和二氧化碳、或利用氫將二氧化碳還原成甲烷和水；

第四階段：某些同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌可將氫和二氧化碳還原成乙酸。沼氣發(fā)酵的微生物作用98PPT課件沼氣發(fā)酵過(guò)程99PPT課件產(chǎn)甲烷菌的特征和分類(lèi)1989年出版的Bergy’sManualofSystematicBacteriology,Vol.3)將產(chǎn)甲烷分成3目6科13屬，近40余種。

形態(tài)：桿狀、球狀、螺旋狀等。100PPT課件部分產(chǎn)甲烷細(xì)菌的形態(tài)101PPT課件產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)條件絕大多數(shù)產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用氫和二氧化碳為基質(zhì)，少數(shù)產(chǎn)甲烷菌以一氧化碳為生長(zhǎng)基質(zhì)，少數(shù)產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用甲酸為生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷的基質(zhì)，更少的產(chǎn)甲烷細(xì)菌可利用甲醇、乙酸和甲胺類(lèi)物質(zhì)生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷。

氮源：銨鹽最適生長(zhǎng)溫度：30℃嗜熱產(chǎn)甲烷菌：65~70℃102PPT課件嗜熱自養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌固定二氧化碳的過(guò)程103PPT課件甲烷形成的生化機(jī)制1.由氫和二氧化碳形成甲烷

4H2+CO2——CH4+2H2O2.由乙酸形成甲烷（1）CH3C3OOH——CH4+CO2

（2）CH3COOH+2H2O——2CO2+4H2

3.由甲酸或甲醇形成甲烷

（1）4HCOOH——CH4+3CO2+2H2O（2）4CH3OH——3CH4+CO2+2H2O

104PPT課件沼氣發(fā)酵的應(yīng)用生產(chǎn)沼氣，提供能源

處理廢物，保護(hù)環(huán)境105PPT課件沼氣發(fā)酵裝置1106PPT課件沼氣發(fā)酵裝置2107PPT課件沼氣發(fā)酵技術(shù)要點(diǎn)嚴(yán)格維持厭氧條件

原料：各種有機(jī)廢棄物pH值：6.8~7.2溫度：中溫發(fā)酵32~38℃；

高溫發(fā)酵50~55℃

攪拌108PPT課件二、乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)

1、有機(jī)物糖化及其微生物

由于能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇的酵母菌不能利用淀粉、纖維素等大分子有機(jī)物，因此必須有其它微生物將這些大分子有機(jī)物降解為葡萄糖提供給酵母菌。這一將淀粉、纖維素等大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為葡萄糖的過(guò)程稱為糖化作用。

糖化過(guò)程可利用酸水解或酶解或某些微生物將大分子有機(jī)物水解為葡萄糖。能將這些大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為葡萄糖的微生物稱為糖化菌。根霉(Rhizopus)、毛霉(Mucor)、曲霉(Aspergillus)的許多種都具有很高的糖化能力。在生產(chǎn)中主要用的糖化菌是曲霉和根霉。曲霉有黑曲霉(A.niger)、白曲霉和米曲霉(A.oryzae)等。根霉是淀粉發(fā)酵法的主要糖化菌，其中以東京根霉（又稱河內(nèi)根霉）、黑根霉(R.nigricans)等應(yīng)用最廣。109PPT課件2、乙醇發(fā)酵及其微生物

酵母菌在厭氧條件下利用大分子有機(jī)物糖化后的葡萄糖時(shí)，先形成丙酮酸，丙酮酸脫羧形成乙醛，乙醛再在乙醇脫氫酶作用下形成酒精。

乙醇發(fā)酵能力最強(qiáng)的酵母菌是子囊菌綱酵母菌屬的啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)

。

乙醇產(chǎn)率1mol葡萄糖可產(chǎn)生2mol乙醇，即180g葡萄糖可產(chǎn)生92g乙醇，轉(zhuǎn)化率為51.5%。但由于約有2%的碳水化合物用于酵母菌細(xì)胞增殖，約2%的碳水化合物用于形成甘油，0.5%的碳水化合物用于形成以琥珀酸為主的有機(jī)酸和0.2%的碳水化合物用于形成雜醇油，因此實(shí)際上只有47%的葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇。110PPT課件乙醇發(fā)酵微生物

細(xì)菌中能進(jìn)行乙醇發(fā)酵的種不多，僅有發(fā)酵單胞菌（Zymomonas）、胃八疊球菌（Sarcinaventriculi）和解淀粉歐文氏菌(Erwiniaamylovora)等少數(shù)種。它們?cè)谛纬梢掖紩r(shí)的途徑于酵母菌不同。

運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌（Z.mobilis）可以通過(guò)ED途徑發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生酒精。111PPT課件3、利用纖維質(zhì)有機(jī)廢棄物直接發(fā)酵產(chǎn)生乙醇

厭氧性的熱纖梭菌（Clostridiumthemocellum）、嗜熱氫硫梭菌、布氏嗜熱厭氧菌和乙酸乙基嗜熱擬桿菌(Thermobacteroidesacetoethylicus)等能直接利用除葡萄糖等己糖外較為廣泛的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇。但已知和研究較深入的能直接將纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇的細(xì)菌僅是熱纖梭菌。

熱纖梭菌細(xì)胞壁表面分布有不連續(xù)的包含有纖維素酶系的纖維素體（Cellulosome）。這些纖維素體與纖維素相黏附，然后纖維素酶系逐步將纖維素分解為可溶性糖類(lèi)，吸收入細(xì)胞進(jìn)一步利用，轉(zhuǎn)化為乙醇。

由于木質(zhì)素、半纖維素對(duì)纖維素的保護(hù)作用以及纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，天然木質(zhì)纖維素直接進(jìn)行酶水解時(shí)，其纖維素水解成糖的比率一般僅有10%~20%。因此由熱纖梭菌直接轉(zhuǎn)化為乙醇