第一篇：EM菌種 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品主要都有哪些,可分為哪幾種類型？

1.哪些食品是直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的？

提示：面包，饅頭，酸奶，酒，醬油，醋，醬，泡菜，酸菜，腐乳，醪糟，奶酪等，是直接由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的。

2.哪些食品中添加了經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑？

提示：喜蛋、糖果、餅干、果凍等添加了紅曲色素，以調(diào)節(jié)色澤；果汁、餅干、面包、點(diǎn)心、方便面等添加了黃原膠，起懸浮、穩(wěn)定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長(zhǎng)儲(chǔ)存期等作用；各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶等添加了乳鏈桿菌肽，以保鮮、防腐，降低殺菌強(qiáng)度，保存營(yíng)養(yǎng)和改善口感等；各種果汁、啤酒和飲料中均需使用檸檬酸或乳酸作為酸味劑調(diào)節(jié)口味、口感；飯店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鮮味。可以說市場(chǎng)上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，其中約70%～80%的食品添加劑是用發(fā)酵法，或發(fā)酵產(chǎn)生的酶，加工生產(chǎn)的。

思考題

抗生素、氨基酸、酶制劑等產(chǎn)品為什么能通過微生物發(fā)酵來生產(chǎn)？這與微生物的生長(zhǎng)和代謝特點(diǎn)有什么關(guān)系？

提示：自然界中的微生物能夠從它生存的環(huán)境中吸取營(yíng)養(yǎng)物和能量，進(jìn)行物質(zhì)的合成與代謝，進(jìn)行繁衍，這一切生命活動(dòng)幾乎都是由酶催化的生物反應(yīng)完成的。因此，在微生物細(xì)胞中存在能夠催化各種反應(yīng)的酶。我們可以從中篩選出能夠產(chǎn)生某種酶較多的微生物，利用該微生物的代謝活動(dòng)，獲得某種產(chǎn)品。

自然界中存在的某些微生物因適應(yīng)不同的環(huán)境，或因自身生存的需要而具備產(chǎn)生某種物質(zhì)的能力，如某些微生物因爭(zhēng)奪生存環(huán)境或營(yíng)養(yǎng)物，會(huì)產(chǎn)生抗生素將其他種類的微生物殺死；微生物為將環(huán)境中的蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉等大分子變成可吸收的營(yíng)養(yǎng)物，會(huì)產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶，將其水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖；另外，微生物從環(huán)境中能夠得到的營(yíng)養(yǎng)物的種類必定有限，不能夠滿足需要，因此，微生物細(xì)胞會(huì)通過合成或分解代謝生產(chǎn)它必需的一些物質(zhì)，包括氨基酸、核苷酸等等。這一切都是為滿足微生物生存和繁殖的需要，人們就可以利用微生物的這種生產(chǎn)能力，生產(chǎn)各種有用的產(chǎn)品，如抗生素、氨基酸、酶等。

1.調(diào)查食品店中或超市中有哪些發(fā)酵食品，列舉出五種并說明其原料、使用的菌種、發(fā)酵的類型（需氧或厭氧發(fā)酵）及發(fā)酵前后的營(yíng)養(yǎng)成分有哪些變化？

提示：酒類：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精生產(chǎn)的。白酒經(jīng)過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒，發(fā)酵時(shí)酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡萄糖，轉(zhuǎn)化為酒精，而其他營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)部分被酵母利用，產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、維生素等，也會(huì)進(jìn)入發(fā)酵的酒液中。因此，果酒和啤酒營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。

醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學(xué)合成的食品級(jí)醋酸勾兌的外，其他的則是由醋酸菌在好氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生產(chǎn)的。由于使用的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄糖發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生乳酸或其他有機(jī)酸，因而使醋有不同的風(fēng)味。

醬油：醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，將上述原料經(jīng)粉碎制成固體培養(yǎng)基，在好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉進(jìn)行發(fā)酵。微生物在生長(zhǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的蛋白酶，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、調(diào)制成醬油產(chǎn)品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。

醬：以大豆和少量面粉為原料，蒸煮后在空氣中自然發(fā)酵。發(fā)酵過程主要是能夠產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌，將大豆中的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉分解，產(chǎn)生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)使醬具有獨(dú)特的醬香味。

酸奶：牛奶在厭氧條件下，由乳酸菌發(fā)酵，將乳糖分解，并進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他有機(jī)酸，以及一些芳香物質(zhì)和維生素等；同時(shí)蛋白質(zhì)也部分水解。因此，酸奶是營(yíng)養(yǎng)豐富、易消化，少含乳糖，是適合于有乳糖不適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。

醪糟：又稱酒釀，是大米經(jīng)蒸煮后，接種根霉，在好氧條件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的淀粉酶，將大米中的淀粉水解成葡萄糖，同時(shí)利用部分葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。由于使用的根霉菌種不同，可以生產(chǎn)不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。

面包：現(xiàn)在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）經(jīng)活化后，與面粉混合發(fā)酵，再加入各種添加劑，經(jīng)烤制生產(chǎn)的。面粉發(fā)酵后淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變得易于消化、營(yíng)養(yǎng)易于吸收。

饅頭：以前做饅頭的面粉是經(jīng)自然發(fā)酵后蒸制的，如果連續(xù)使用面肥發(fā)酵，經(jīng)幾代發(fā)酵，微生物會(huì)因生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)而單一化。發(fā)酵的菌種一般多為乳酸菌。因?yàn)榘l(fā)酵產(chǎn)酸，在蒸制前要用堿中和酸，制得的饅頭才松軟適口、帶有特殊香味?，F(xiàn)在，大批量生產(chǎn)是采用干酵母發(fā)酵，所以不產(chǎn)酸，不需要再用堿中和即可蒸制。

泡菜和腐乳：請(qǐng)參看《生物技術(shù)實(shí)踐》的專題2的課題1和2。

酸菜：與泡菜類似。

2.當(dāng)?shù)厥欠裼袕氖掳l(fā)酵生產(chǎn)的企業(yè)？如果有，請(qǐng)進(jìn)行以下調(diào)查活動(dòng)。

（1）找當(dāng)?shù)氐恼芾聿块T咨詢，了解這些企業(yè)的年產(chǎn)值是多少？占當(dāng)?shù)兀ㄊ?縣）國民生產(chǎn)總值的比例是多少？這些企業(yè)提供了多少就業(yè)崗位？

（2）你的親戚、朋友之中，是否有正在從事食品發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的？如果有，找他們咨詢以下問題：本行業(yè)目前的產(chǎn)品主要供應(yīng)哪些市場(chǎng)？經(jīng)濟(jì)效益如何？本行業(yè)目前遇到的主要困難是什么？這是否對(duì)發(fā)酵技術(shù)提出更高的要求？

提示：與發(fā)酵有關(guān)的企業(yè)包括： 制藥業(yè)：抗生素、氨基酸、維生素的生產(chǎn)廠家；

食品業(yè)：醋、醬油、醬、酒等的生產(chǎn)廠家；

輕工業(yè)：檸檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黃原膠、甘油等的生產(chǎn)廠家；

化工業(yè)：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生產(chǎn)廠家；

飼料業(yè)：飼料添加劑的生產(chǎn)廠家；

農(nóng)藥業(yè)：農(nóng)用抗生素、微生物肥料、微生物農(nóng)藥等的生產(chǎn)廠家。

參考資料

1.利用微生物發(fā)酵可以生產(chǎn)哪些產(chǎn)品？

利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)品包括：

酒類，如果酒（葡萄酒等）、米酒、白酒等；

有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮、丁醇、甘油；

有機(jī)酸，如醋酸、乳酸、葡萄糖酸、檸檬酸、酒石酸、衣康酸、長(zhǎng)鏈二元酸（以十三到十八碳的直鏈烷烴為原料的發(fā)酵產(chǎn)品）；

氨基酸，如谷氨酸（單谷氨酸鈉又稱味精）、賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、絲氨酸、丙氨酸、酪氨酸、蘇氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等； 核苷酸及其類似物，如鳥嘌呤核苷酸（5’-GMP）、肌苷酸（5’-IMP）、腺嘌呤核苷酸（5’-AMP）、黃嘌呤核苷酸（5’-XMP）等；

抗生素，包括疾病治療的藥用抗生素，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)用于防病抗病的抗生素，如青霉素、頭孢霉素、鏈霉素、四環(huán)素、土霉素、紅霉素、稻瘟素、井崗霉素、春日霉素等等；

多糖，如黃原膠、普魯蘭等；

酶，如堿性蛋白酶（洗滌劑）、中性蛋白酶（洗滌劑等）、脂肪酶（洗滌劑）、α-淀粉酶（淀粉水解）、葡萄糖淀粉酶（葡萄糖生產(chǎn)）、葡萄糖異構(gòu)酶（高果糖糖漿生產(chǎn)）、纖維素酶（纖維素水解、紡織品加工）、果膠酶（食品、水果加工等）、凝乳酶（奶酪制造）、青霉素?；福ㄇ嗝顾啬负松a(chǎn)）、天冬氨酸酶（L天冬氨酸制造）、延胡索酸酶（L蘋果酸制造）、葡萄糖氧化酶（檢驗(yàn)葡萄糖）、乳酸脫氫酶（臨床檢驗(yàn)）、鏈激酶（治療血栓）等等，目前世界上有100多種酶用微生物發(fā)酵生產(chǎn)，應(yīng)用于不同領(lǐng)域。

2.如何選育菌種？

為了獲得適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)所需的優(yōu)良生產(chǎn)菌種，一般首先是從自然界分離篩選具有產(chǎn)生目標(biāo)產(chǎn)物能力的菌種，但這樣獲得的菌種的生產(chǎn)能力往往較低，生理生化特性不一定能滿足生產(chǎn)要求，還需要進(jìn)行大量的誘變選育，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)能力，改善性能；也可以對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)菌種進(jìn)行改造，即經(jīng)誘變育種，選育出符合實(shí)際生產(chǎn)需要的菌株。

自然界中微生物資源異常豐富，土壤、水、空氣、腐敗的動(dòng)植物殘骸，都是微生物的主要集居和生長(zhǎng)繁衍的場(chǎng)所。其種類之多，至今仍然是一個(gè)難于估測(cè)的未知數(shù)。以其集居環(huán)境（包括特殊和極端環(huán)境）、營(yíng)養(yǎng)類型、生存方式、生理類型、代謝途徑、合成能力等比較，均居生物界之冠。因此，微生物資源的開發(fā)和應(yīng)用是當(dāng)今世界矚目的重大課題。

菌種的分離，不僅是把混雜的各類微生物有效地分開，得到純種，更重要的是依著生產(chǎn)實(shí)際的要求，有的放矢、快速、準(zhǔn)確地將能產(chǎn)生所需產(chǎn)物，或具有某種生化反應(yīng)性能的菌種，從大量的微生物中挑選出來。有時(shí)是設(shè)計(jì)一種在分離階段便能識(shí)別所需菌種的方法，更多的是利用特定的方法分離，獲得所需菌種后，再進(jìn)行識(shí)別。為了使獲得的菌種能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，須考慮各種性能指標(biāo)。因此，菌種分離和篩選的方法和策略就十分重要。

一般的菌種分離純化和篩選步驟可分為采樣、增殖與分離、發(fā)酵與性能測(cè)定等幾個(gè)步驟。步驟和方法如下圖所示：

3.發(fā)酵培養(yǎng)基如何配制？

首先需了解微生物需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

（1）微生物需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)滿足微生物的生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)的需要。它們的作用可概括為形成結(jié)構(gòu)（參與細(xì)胞組成）、提供能量和調(diào)節(jié)作用（構(gòu)成酶的活性和物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)）。

微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有六大類要素，即水、碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和能源。

① 水

水是微生物的重要組成部分，在代謝中占有重要地位。水在細(xì)胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和游離水。結(jié)合水與溶質(zhì)或其他分子結(jié)合在一起，很難加以利用。游離水（或稱為非結(jié)合水）則可以被微生物利用。

② 碳源

碳在細(xì)胞的干物質(zhì)中約占50%，所以微生物對(duì)碳的需求最大。凡是作為微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架來源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，稱為碳源。作為微生物營(yíng)養(yǎng)的碳源物質(zhì)種類很多，從簡(jiǎn)單的無機(jī)物（CO2、碳酸鹽）到復(fù)雜的有機(jī)含碳化合物（糖、糖的衍生物、脂類、醇類、有機(jī)酸、芳香化合物及各種含碳化合物等）。但不同微生物利用碳源的能力不同，假單孢菌屬可利用90種以上的碳源，甲烷氧化菌僅利用兩種有機(jī)物：甲烷和甲醇，某些纖維素分解菌只能利用纖維素。

大多數(shù)微生物是異養(yǎng)型，以有機(jī)化合物為碳源。能夠利用的碳源種類很多，其中糖類是最好的碳源。

異養(yǎng)微生物將碳源在體內(nèi)經(jīng)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，最終用于構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)，或?yàn)闄C(jī)體提供生理活動(dòng)所需的能量。所以，碳源往往也是能源物質(zhì)。

自養(yǎng)菌以CO2、碳酸鹽為唯一或主要的碳源。CO2是被徹底氧化的物質(zhì)，其轉(zhuǎn)化成細(xì)胞成分是一個(gè)還原過程。因此，這類微生物同時(shí)需要從光或其他無機(jī)物氧化獲得能量。這類微生物的碳源和能源分別屬于不同物質(zhì)。

③ 氮源

凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞的物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮元素來源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，稱為氮源。細(xì)胞干物質(zhì)中氮的含量?jī)H次于碳和氧。氮是組成核酸和蛋白質(zhì)的重要元素，氮對(duì)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要作用。從分子態(tài)的N2到復(fù)雜的含氮化合物都能夠被不同微生物所利用，而不同類型的微生物能夠利用的氮源差異較大。

固氮微生物能利用分子態(tài)N2合成自己需要的氨基酸和蛋白質(zhì)，也能利用無機(jī)氮和有機(jī)氮化物，但在這種情況下，它們便失去了固氮能力。此外，有些光合細(xì)菌、藍(lán)藻和真菌也有固氮作用。

許多腐生細(xì)菌和動(dòng)植物的病原菌不能固氮，一般利用銨鹽或其他含氮鹽作氮源。硝酸鹽必須先還原為NH+4后，才能用于生物合成。以無機(jī)氮化物為唯一氮源的微生物都能利用銨鹽，但它們并不都能利用硝酸鹽。

有機(jī)氮源有蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、玉米漿等，工業(yè)上能夠用黃豆餅粉、花生餅粉和魚粉等作為氮源。有機(jī)氮源中的氮往往是蛋白質(zhì)或其降解產(chǎn)物。

氮源一般只提供合成細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞中其他結(jié)構(gòu)的原料，不作為能源。只有少數(shù)細(xì)菌，如硝化細(xì)菌利用銨鹽、硝酸鹽作氮源和能源。

④ 無機(jī)鹽

無機(jī)鹽也是微生物生長(zhǎng)所不可缺少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。其主要功能是：① 構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；② 作為酶的組成成分；③ 維持酶的活性；④ 調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位；⑤ 作為某些自氧菌的能源。

磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂等鹽參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成，并與能量轉(zhuǎn)移、細(xì)胞透性調(diào)節(jié)功能有關(guān)。微生物對(duì)它們的需求量較大（10-4～10-3 mol/L），稱為“宏量元素”。沒有它們，微生物就無法生長(zhǎng)。鐵、錳、銅、鈷、鋅、鉬等鹽一般是酶的輔因子，需求量不大（10-8～10-6 mol/L），所以，稱為“微量元素”。不同微生物對(duì)以上各種元素的需求量各不相同。鐵元素介于宏量和微量元素之間。

在配制培養(yǎng)基時(shí)，可通過添加有關(guān)化學(xué)試劑來補(bǔ)充宏量元素，其中首選是K2HPO4和MgSO4，它們可提供需要量很大的元素：K、P、S和Mg。微量元素在一些化學(xué)試劑、天然水和天然培養(yǎng)基組分中都以雜質(zhì)等狀態(tài)存在，在玻璃器皿等實(shí)驗(yàn)用品上也有少量存在，所以，不必另行加入。

⑤ 生長(zhǎng)因子

一些異養(yǎng)型微生物在一般碳源、氮源和無機(jī)鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)不能生長(zhǎng)或生長(zhǎng)較差。當(dāng)在培養(yǎng)基中加入某些組織（或細(xì)胞）提取液時(shí)，這些微生物就生長(zhǎng)良好，說明這些組織或細(xì)胞中含有這些微生物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)因子，這些因子稱為生長(zhǎng)因子。

生長(zhǎng)因子可定義為：某些微生物本身不能從普通的碳源、氮源合成，需要額外少量加入才能滿足需要的有機(jī)物質(zhì)，包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有時(shí)也包括一些脂肪酸及其他膜成分%A