生物技术在轻工业上的应用

第九章生物技术在轻工业上的应用,第一节食品生物技术,食品生物技术内涵,基因工程：遗传学+DNA重组技术,生产各种酶细胞工程：细胞生物学细胞培养，生产健康食品有效成分酶工程：固定化技术，酶制剂的应用发酵工程：菌种+产量。,主要介绍生物在食品加工中的应用,细菌在食品制造中的作用,食醋发酵乳制品蔬菜和水果的乳酸发酵食品氨基酸,食醋,反应过程：醋酸菌在充分供氧的情况下生长繁殖，将乙醇氧化为醋酸。依据菌种的不同，还可产生其它有机酸及有香味的酯类等。菌种：纹膜醋酸菌(Acetobacteraceti)、许氏醋酸菌(A.schutzenbachii)、恶臭醋酸菌(A.rances)混浊变种、巴氏醋酸菌(A.pasteurianus)巴氏亚种。食醋生产的原料：高粱、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、柿、枣等含糖或含淀粉的果实等,发酵乳制品,发酵乳制品的种类：酸制奶油、干酪、酸牛乳、嗜酸菌乳、马奶酒等。常用的乳酸菌：干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳酸乳球菌、乳脂乳球菌、嗜热链球菌等。反应过程：乳酸菌分解乳糖进行同型乳酸发酵或异型乳酸发酵。注意事项：在整个加工过程中，对原料灭菌处理采用的温度较低，所以接种剂量要大，以防止污染。,脱脂乳或全脂乳杀菌接种、发酵凝固加压、加盐后熟成品,蔬菜和水果的乳酸发酵食品,主要的乳酸发酵果蔬品种：泡菜、酸菜榨菜、冬菜、酸藏蘑菇、橄榄等。发酵方法：自然发酵、纯种发酵常用菌种：植物乳杆菌、黄瓜乳杆菌、短乳杆菌、肠膜明串珠菌、小片球菌、发酵乳杆菌,原料清洗加盐其他配料发酵包装,氨基酸,食品添加剂中常见的氨基酸种类：谷氨酸钠为鲜味剂、色氨酸和甘氨酸为甜味剂、赖氨酸为营养增强剂等生产用菌种：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等用于生产谷氨酸；北京棒杆菌的营养缺陷型菌株用于生产赖氨酸。常用原料：小麦、玉米、甘薯、大米等淀粉质物质；糖蜜等含糖丰富的物质。,只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。,例：谷氨酸发酵生产,菌种的选择,谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？,北京棒状杆菌ASl299、钝齿棒状杆菌ASl542、HU7251及7338、B9等。,2、培养基的配制,有了菌种用什么样的培养基去培养呢？培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基?从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基。,3、灭菌,配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？不能需要进行灭菌如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。,将培养液投放到发酵罐中，通入98kPa的蒸汽进行灭菌,4、接种,是否可以将所选择的优良谷氨酸棒状杆菌直接加入发酵罐中？大规模的发酵生产需要大量的菌种，应先经过多次扩大培养用于生产的菌种应选择处于哪个时期的谷氨酸棒状杆菌？对数期,5、发酵,发酵过程中应该注意控制好哪些条件？温度pH氧气培养过程中不断进行搅拌的目的是什么？_使空气形成细小气泡，迅速溶解在培养液使培养液和菌种充分接触，提高原料的利用率,谷氨酸棒状杆菌是好氧菌,6、分离提纯,温度30-37C，pH7-8，经过28-32h，培养液中就会产生大量的谷氨酸50-100g/L提取出谷氨酸用适量的Na2CO3溶液中和过滤浓缩离心味精提取原理：谷氨酸的等电点为pH3.22，这时它的溶解度最小，所以将发酵液用盐酸调节pH到3.22，谷氨酸就可结晶析出。谷氨酸是两性电解质，故与阳性或阴性树脂均能进行交换。当溶液pH低于3.2时，谷氨酸带正电，能与阳离子树脂进行交换。,发酵设备I,发酵设备II,酵母菌在食品制造中的作用,面包：酵母将面粉中的糖类化合物分解形成CO2、醇、醛、有机酸等产物。酿酒：葡萄酒酵母、啤酒酵母、绍兴酵母等将糖类化合物分解形成乙醇等化合物。酵母细胞的利用单细胞蛋白的生产废酵母,(1)制造面包,以面粉为原料，加水和一定量的酵母菌混合成面团，经酵母菌发酵，产生二氧化碳、醇、醛和一些有机酸等产物、烘烤、成型。酵母菌酿酒：葡萄酒酵母、啤酒酵母、绍兴酵母,（2）酵母菌酿酒,红葡萄酒酿造：原料压榨、去梗加亚硫酸盐、酵母菌发酵汁液分离澄清、过滤后熟装瓶啤酒酿造：制麦烘干、粉碎糊化、糖化煮沸、加酒花接菌、发酵、后熟、贮存装瓶、包装,（3）单细胞蛋白的生产,生产用原料：糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液、谷氨酸发酵废液、稻草、稻壳、玉米芯、木榍等的水解液；天然气、乙醇、乙烷等；乳制品和啤酒生产的废弃物。发酵方法：深层通气发酵和固体通风发酵。主要用途：作为单细胞食品；提取核苷酸、辅酶A、乳糖酶等医药及生物试剂主要菌种：产元假丝酵母、解脂假丝酵母、嗜石油假丝酵母等,（1）藻类：光合法异养法（2）木薯：冼净切片研粉加热淀粉水解、培养基灭菌接种酵母菌发酵培养发酵悬浮液过滤酵母干燥压缩成产品或湿酵母加入饲料。,生产SCP工艺,（3）糖蜜,过滤的糖层酵母菌种空气,发酵罐发酵液浓缩,脱水压榨酵母脱水干燥活性干酵母,（4）蔗渣生产SCP：先用2-4%NaOH溶液处理纤维素，后在110130度加热30-60分钟，用葡萄苷酶活性高的酵母发酵。,霉菌在食品制造中的应用,淀粉的糖化酱油的酿造酱类（大豆酱、面酱、豆瓣酱等）的制作豆腐乳有机酸(柠檬酸、乳酸、醋酸等的发酵生产),（1）霉菌糖化淀粉,菌种：毛霉属（腐乳毛霉、鲁氏毛霉）根霉属曲霉（宇佐美曲霉、黄曲霉、米曲霉）,（2）霉菌制造豆腐乳,菌种：腐乳毛霉、总状毛霉、华根霉等工艺：大豆豆浆豆腐切小块消毒涂盐及柠檬酸接种长菌加入盐及米酒溶液密封放置2月半年成品,（3）霉菌制造酱油,原料：豆饼、麸皮、大麦、小麦和大豆等；菌种：黄曲霉、米曲霉工艺：大豆等熏蒸接种制曲加盐加水发酵压滤酱油,（4）霉菌制造柠檬酸,菌种：黑曲霉曲霉菌在发酵过程中，将糖分解成多种有机酸，有机酸中的草酰醋酸和乙酰辅酶A缩合成柠檬酸,第二节纺织生物技术,为防止纱线在纺织过程中断裂，常用淀粉作为上浆剂对纱线进行加固。织完后用淀粉酶出去淀粉,第三节卷烟生物技术,1.利用生物技术改善烟草原料的品质；(1).通过改变原料的化学特性(2).烟叶发酵和陈化过程中加入微生物和酶改善烟叶品质2.生物技术在烟梗处理和烟草薄片中的应用；3.利用生物技术制备烟用香料；,（A）降低烟草中蛋白质的含量,蛋白酶降解烟叶原料，降低蛋白质含量,蛋白质燃烧时产生烧羽毛样气息，同时也是烟气中有害气体喹啉、氰氢酸、苯并芘的前体,（B）微生物降解烟碱,假单孢菌降解烟尘废料中烟碱,降解烟碱可以改善烟草的品质,另一方面降解烟碱也可以消除烟草废料对环境的污染。,(2)烟叶发酵和陈化过程,烟叶发酵：是在一定的温度和湿度条件下,促使烟叶理化特性发生显著变化,烟叶香气和吸味品质明显改善的加工过程。,类型,自然发酵(也称醇化或陈化)：是在烟叶贮存期间,借助自然气候的变化,促使烟叶内各种化学变化加速进行,进而达到改善烟叶品质和理化性状的目的。人工发酵(又称加温发酵)：是在人为控制温湿度的条件下,使堆放于发酵库内的烟叶理化性质变化加速,在较短时间内改善烟叶品质的方法。,2.在烟梗处理和烟草薄片中的应用,酶制剂处理烟梗，以获得柔软而有利于加工的烟梗。如：果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶混合培养的微生物消化烟梗的方法。所谓混合培养就是将能产生果胶酶的E.caratevera和能产生纤维酶的T.Longirrachiatum在两者共同需要的培养基中培养，其目的旨在实现烟梗中果胶和纤维素的同时降解。,3.利用生物技术制备烟用香料通过微生物发酵或酶技术生产香料目前已达到了一定的生产规模，这种香料既可以是复杂的香料混合物也可以是单一的香味成份。许多的香原料可以通过这种方法得到，它包括:酸、酮、内酯、醇、醛和酮等。,3.利用生物技术制备烟用香料,香兰素：广泛使用食品香精和烟草香精中食品香精和烟草香精中。,第四节材料工业,开发新的生物材料,生物钢：由转基因山羊生产的蜘蛛丝蛋白，并加工成高强