发酵工程的应用
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起着关键作用。
1)“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”,词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。
(2)工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品,其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。为实现工业化生产,就必须解决实现这些工艺(发酵工艺)的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题,因此,就有了“发酵工程”。
(3)发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼(包括废水处理)等三个阶段,这三个阶段都有各自的工程学问题,一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。
(4)微生物是发酵工程的灵魂。近年来,对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化,发酵工程正在走近科学。
(5)发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。
发酵工程是指采用工程技术手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精,乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶,利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步,发酵技术也有了很大的发展,并且已经进入能够人为控制和改造微生物,使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分,具有广阔的应用前景。例如,用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量;利用微生物发酵生产药品,如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。
已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支,成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。
单细胞蛋白
单细胞蛋白又叫微生物蛋白、菌体蛋白。按生产原料不同,可以分为石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等;按产生菌的种类不同,又可以分为细菌蛋白、真菌蛋白等。1967年在第一次全世界单细胞蛋白会议上,将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。
单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富。其中,蛋白质含量高达40%~80%,比大豆高10%~20%,比肉、鱼、奶酪高20%以上;氨基酸的组成较为齐全,含有人体必需的8种氨基酸,尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。一般成年人每天食用10~15 g干酵母,就能满足对氨基酸的需要量。单细胞蛋白中还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质,以及丰富的酶类和生物活性物质,如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等。
单细胞蛋白具有以下优点:第一,生产效率高,比动植物高成千上万倍,这主要是因为微生物的生长繁殖速率快。第二,生产原料来源广,一般有以下几类:①农业废物、废水,如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水;②工业废物、废水,如食品、发酵工业中排出的含糖有机废水、亚硫酸纸浆废液等;③石油、天然气及相关产品,如原油、柴油、甲烷、乙醇等;④H2、CO2等废气。第三,可以工业化生产,它不仅需要的劳动力少,不受地区、季节和气候的限制,而且产量高,质量好。
用于生产单细胞蛋白的微生物种类很多,包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物。这些微生物通常要具备下列条件:所生产的蛋白质等营养物质含量高,对人体无致病作用,味道好并且易消化吸收,对培养条件要求简单,生长繁殖迅速等。单细胞蛋白的生产过程也比较简单:在培养液配制及灭菌完成以后,将它们和菌种投放到发酵罐中,控制好发酵条件,菌种就会迅速繁殖;发酵完毕,用离心、沉淀等方法收集菌体,最后经过干燥处理,就制成了单细胞蛋白成品。
20世纪80年代中期,全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0×106 t,广泛用于食品加工和饲料中。单细胞蛋白不仅能制成“人造肉”,供人们直接食用,还常作为食品添加剂,用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力,使食物不容易变质,因而常用于婴儿粉及汤料、作料中。干酵母的含热量低,常作为减肥食品的添加剂。此外,单细胞蛋白还能提高食品的某些物理性能,如意大利烘饼中加入活性酵母,可以提高饼的延薄性能。酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味,已广泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白,也在世界范围内得到了广泛应用。
任何一种新型食品原料的问世,都会产生可接受性、安全性等问题。单细胞蛋白也不例外。例如,单细胞蛋白的核酸含量在4%~18%,食用过多的核酸可能会引起痛风等疾病。此外,单细胞蛋白作为一种食物,人们在习惯上一时也难以接受。但经过微生物学家的努力,这些问题会得到圆满解决。
可以生产农药,肥料,饲料,能源的微生物有哪些
1.微生物饲料
微生物饲料主要有单细胞蛋白和菌体蛋白饲料、发酵糖化饲料及秸秆微生物发酵饲料等.单细胞蛋白和菌体蛋白饲料是利用微生物生长繁殖快,蛋白含量高,利用有机废物来生产蛋白饲料.由我国于1984年3月20日发现的可利用薯类薯渣等粗淀粉的混生配伍菌株生产菌体蛋白饲料,简称4320菌体蛋白饲料,我国又相继选育出在柠檬渣、甜菜渣、豆渣、酒糟和玉米渣等工业废渣上生长良好的混生配伍菌株,用来生产4320系列菌体蛋白饲料.发酵饲料是利用各种有益微生物,把秸秆类粗饲料加工成营养丰富适口性好的饲料.微生物饲料添加剂也属微生物饲料类,主要有酶制剂、真菌添加剂、维生素类、抗生素类、氨基酸类、活微生物等.通过生物发酵工程制取的微生物及代谢物、转化物作伺料,正广泛应用于畜牧业生产中.
2.生物农药
常用生物农药种类
1) B.t乳剂.乳化性能好,杀虫谱广.主要防治对象有松毛虫、玉米螟、棉铃虫、黏虫、稻纵卷叶螟、茶毛虫等.B.t乳剂是一种胃毒剂,害虫食后能产生一种特殊的酶,这种酶可以分解昆虫肠道中的1种蛋白质,使害虫肠道穿孔,肠道里的东西流入体腔,最后得败血症死亡.使用时应掌握气温15℃以上,一般以20℃为适宜,施用时间应比施用化学农药提前2~3 d.
2) 青虫菌和杀螟杆菌.菜青虫吃了粘有青虫菌的菜叶,肠壁会很快穿孔,变成团团泥浆而死.杀螟杆菌用于防治稻纵卷叶螟、三化螟,还能防治苍蝇、蚊子、黏虫、松毛虫、白蚂蚁、稻苞虫等害虫.
3) 白僵菌.对防治松毛虫和水稻害虫黑尾叶蝉有特效.白僵菌液接触害虫后,通过体壁进入害虫体内,很快萌发菌丝,吸收害虫体液,使害虫变僵发硬而死.
4) 井冈霉素.防治水稻纹枯病有特效.抑制水稻纹枯病菌丝,有效期长达15~20 d,耐雨水冲刷,对人畜安全无毒.
5) 农用抗菌素和植物抗菌素.生产上应用的抗菌素有春雷霉素、庆丰霉素、多抗霉素、土霉素、灰黄霉素、放线菌酮链霉素等.如农抗120是一种新型的农用抗生素,对瓜、果、蔬菜、花卉、麦类、烟草的白粉病及水稻、麦类的纹枯病,具有很好的防治效果.
3.微生物能源
沼气是由微生物分解有机物质而产生,甲烷是沼气的主要成分,它是复杂有机物经多种微生物共同作用产生.经过微生物的发酵,将作为燃料的碳、氢和作为植物营养元素的N、P、K等分离开,使它们各得其所,各尽其用,提高了能量和物质利用效率,随着工农业生产的发展,有机残体及废弃物不断增加,对环境造成严重污染,对生产生活带来不良后果.以沼气为纽带可促进物质和能量在系统内部有多重循环利用.如我国北方开发的“四位一体”高效种养结合发展模式,即太阳能温室→沼气池→猪圈→厕所和南方的“猪圈→沼气池→果园”模式,可使一切有机残体和废弃物无害化和资源化,是一条适合我国国情的农村发展之路.
vb12菌体蛋白 可以用于饲料么
vb12菌体蛋白 可以用于饲料。
1、用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力,使食物不容易变质。
2、所生产的蛋白质等营养物质含量高,无致病作用,味道好并且易消化吸收,对培养条件要求简单,生长繁殖迅速等。
3、酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味,已广泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白,也在世界范围内得到了广泛应用。
4、成本较高。
菌体蛋白又叫微生物蛋白、单细胞蛋白。按生产原料不同,可以分为石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等;按产生菌的种类不同,又可以分为细菌蛋白、真菌蛋白等。1967年在第一次全世界单细胞蛋白会议上,将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。
什么是单细胞蛋白质饲料?主要特点是什么?
单细胞蛋白质也叫微生物蛋白质。它主要是由一些有益微生物或单细胞藻类经干燥加工而制成的高蛋白质饲料。如各种饲料酵母、蓝藻和小球藻类等。在世界各国已给予相当的重视,在动物的饲料中已开始应用。干酵母均富含粗蛋白质,而且消化率高,氨基酸中的赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、异亮氨酸等几种主要必需氨基酸含量较高。如猪对啤酒酵母的消化率可达90%左右,对木糖酵母的消化率可达88%左右。酵母也是B族维生素的重要来源,含量丰富。啤酒酵母含核黄素为38毫克/千克,硫胺素94毫克/千克。酵母中磷含量多,而钙含量少。钙、磷比例为0.16∶1.38,其磷的含量仅次于糠麸类饲料。因此,在应用时要特别注意钙、磷平衡。酵母一般具有一点苦味,影响适口性,在猪饲粮中的比例一般不超过10%。
什么是微生物蛋白饲料?使用中应注意什么?
微生物蛋白饲料主要指单细胞蛋白质饲料,是指一些单细胞或具有简单构造的多细胞生物的菌体蛋白,由此而形成的蛋白质较高的饲料称为单细胞蛋白质饲料。主要有以下四类:酵母类(如酿酒酵母、产朊假丝酵母、热带假丝酵母等),细菌类(如假单胞菌、芽孢杆菌等),霉菌类(如青霉、根霉、曲霉、白地霉等),微型藻类(如小球藻、螺旋藻等)。由于它们的繁殖速度非常快,比动植物快几百、几千甚至几万倍,发展前景很好。目前,工业生产的单细胞蛋白饲料主要是酵母。单细胞蛋白饲料的特点是:生产原料来源广泛,可利用工农业废弃物和下脚料;适于工业化生产,不会污染环境;生产周期快,效率高;营养丰富,蛋白质含量高达40%~60%,而且品质好,氨基酸平衡,含有较高的维生素、矿物质和其他生物活性物质。使用中应注意微生物蛋白饲料的添加比例不宜过多,同时防止杂菌污染等。
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