微生物发酵及其应用
抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产?这与微生物的生长和代谢特点有什么关系?
1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。
2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖 。
3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。
为什么要利用微生物？
微生物繁殖非常迅速
微生物培养易于控制
微生物本身也容易改造
什么是发酵？
利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。
微生物的生长规律
调整期的特点
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生长速度为零;细胞体积急剧增大;细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，细胞呈嗜碱性;合成代谢活跃，易产生诱导酶;对外界不良环境条件敏感。影响调整期长短的因素
接种龄;接种量;培养基成分
发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
对数期的特点
生长速度常数R最大;细胞进行平衡生长;酶系活跃，代谢旺盛;影响对数期微生物增代时间的因素：菌种，营养成分，营养物的浓度
发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度
食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期
稳定期
特点：
1 生长速率常数R等于0
2 菌体产量达到了最高值
3 合成次生代谢产物
4 细胞内出现储藏物质，芽孢菌内开始 产生芽孢
产生原因：
营养物尤其是生长限制因子的耗尽
营养物的比例失调，如碳氮比不合适
有害代谢废物的积累(酸、醇、毒素等)
物化条件(pH、氧化还原势等)不合适
衰亡期
特点：
1. R为负值
2. 细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形
3. 释放次生代谢产物，芽孢等
4. 菌体开始自溶
产生原因：
生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡。
发酵培养基的配制
微生物的营养物质有六大类要素，即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。
生长因子：
某些微生物本身不能从普通的碳源、氮源合成，需要额外少量加入才能满足需要的有机物质，包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分。
发酵培养基的配制原则
① 营养物质应满足微生物的需要。不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大，应根据菌种对各营养要素的不同要求进行配制。
② 营养物的浓度及配比应恰当。营养物浓度太低，不能满足微生物生长的需要;浓度太高，又会抑制微生物生长。
③物理、化学条件适宜。(pH、水活度、渗透压 )
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④在设计培养基时，必须考虑是要培养菌体，还是要积累菌体代谢产物;是实验室培养，还是大规模发酵等问题。
发酵工业经历了哪几个阶段？
原始发展阶段(发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其中的原理 。)
传统发酵工业阶段(人们才开始了解发酵现象的本质 ，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大 。)
现代发酵工业阶段(生产技术要求高;生产规模大;技术发展速度快;菌种的生产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。 )
生物技术产业阶段 (利用构建的基因工程菌生产 )
什么是发酵工程？
采用现代化工程技术手段，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。
微生物的应用
酒类：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵的酒液中。因此，果酒和啤酒营养价值较高。
醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不同的风味。
酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将原料经粉碎制成固体培养基，在好氧条件下，利用产生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶，将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。
酱：以大豆和少量面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发酵。发酵过程主要是能够产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌，将大豆中的蛋白质、脂肪、淀粉分解，产生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多种物质。这些物质使酱具有独特的酱香味。
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酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵，将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸，以及一些芳香物质和维生素等;同时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不适应症者的优良食品。醪糟：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种根霉，在好氧条件下，发酵生产的含低浓度酒精和不同糖分的食品。根霉在生长时会产生大量的淀粉酶，将大米中的淀粉水解成葡萄糖，同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。
馒头：以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸制的，如果连续使用面肥发酵，经几代发酵，微生物会因生长优势而单一化。发酵的菌种一般多为乳酸菌。因为发酵产酸，在蒸制前要用碱中和酸，制得的馒头才松软适口、带有特殊香味。现在，大批量生产是采用干酵母发酵，所以不产酸，不需要再用碱中和即可蒸制。
面包：现在的面包均是利用活性干酵母(面包酵母)经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。
糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽;
果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用;
各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，保存营养和改善口感等;
各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节口味、口感;
饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。
可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%～80%的食品添加剂是用发酵法，或发酵产生的酶，加工生产的。
制药业：抗生素、氨基酸、维生素的生产厂家;
食品业：醋、酱油、酱、酒等的生产厂家;
轻工业：柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产厂家;
化工业：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生产厂家;
饲料业：饲料添加剂的生产厂家;
农药业：农用抗生素、微生物肥料、微生物农药等的生产厂家。