微生物学的应用

微生物的应用 生156工朱雨晨15243620 微生物在食品中的应用 发酵 乳制品发酵乳制品是指良好的原料乳经过杀菌作用接种特定的微生物进行发酵作用 产生具有特殊风味的食品 称为发酵乳制品 它们通常具有良好的风味 较高的营养价值 还具有一定的保健作用 并深受消费者的普遍欢迎 常用发酵乳制品有酸奶 奶酪 酸奶油 马奶酒等 发酵乳制品主要包括酸奶和奶酪两大类 生产菌种主要是乳酸菌 乳酸菌的种类较多 常用的有干酪乳杆菌 保加利亚乳杆菌 嗜酸乳杆菌 植物乳杆菌 乳酸乳杆菌 乳酸乳球菌 嗜热链球菌等 酸奶 是以新鲜的牛奶为原料 经过巴氏杀菌后再向牛奶中添加有益菌 发酵剂 经发酵后 再冷却灌装的一种牛奶制品 酸奶的发酵过程使奶中糖 蛋白质有20 左右被水解成为小的分子 如半乳糖和乳酸 小的肽链和氨基酸等 奶中脂肪含量一般是3 5 经发酵后 乳中的脂肪酸可比原料奶增加2倍 这些变化使酸奶更易消化和吸收 各种营养素的利用率得以提高 近年来 随着对双歧乳酸杆菌在营养保健方面作用的认识 人们便将其引入酸奶制造 使传统的单株发酵 变为双株或三株共生发酵 由于双歧杆菌的引入 使酸奶在原有的助消化 促进肠胃功能作用基础上 又具备了防癌 抗癌的保健作用 双歧杆菌因其菌体尖端呈分枝状 如Y型或V型 而得名 双歧杆菌是无芽孢革兰氏阳性细菌 专性厌氧 不抗酸 不运动 过氧化氢酶反应为阴性 最适生长温度为37 41 初始生长最适pH6 5 7 0 能分解糖 双歧杆菌能利用葡萄糖发酵产生醋酸和乳酸 2 3 不产生CO2 目前已知的双歧杆菌共有24种 其中9种存在于人体肠道内 它们是两歧双歧杆菌 长双歧杆菌 短双歧杆菌 婴儿双歧杆菌 链状双歧杆菌 假链状双歧杆菌和牙双歧杆菌等 应用于发酵乳制品生产的仅为前面5种 双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺 一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌 保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺 称共同发酵法 另一种是将两歧双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养 利用酵母在生长过程中的呼吸作用 以生物法耗氧 创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖 产酸代谢的厌氧环境 称为共生发酵法 酸奶的好处作用一 能将牛奶中的乳糖和蛋白质分解 使人体更易消化和吸收二 酸奶有促进胃液分泌 提高食欲 加强消化的功效三 乳酸菌能减少某些致癌物质的产生 因而有防癌作用四 能抑制肠道内腐败菌的繁殖 并减弱腐败菌在肠道内产生的毒素五 有降低胆固醇的作用 特别适宜高血脂的人饮用六 大病初愈者多喝酸奶 对身体恢复有着其他食物不能替代的作用 七 酸奶除了营养丰富外 还含有乳酸菌 所以具有保健作用 氨基酸氨基酸是组成蛋白质的基本成分 其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸 称为必需氨基酸 人体只有通过食物来获得 另外在食品工业中 氨基酸可作为调味料 如谷氨酸钠 肌苷酸钠 鸟苷酸钠可作为鲜味剂 色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂 在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等 因此氨基酸的生产具有重要的意义 自从60年代以来 微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产 我国成为世界上最大的味精生产大国 味精以成为调味品的重要成员之一 氨基酸的研究和生产得到了迅速发展 随着科学技术的进步 对传统的工艺不断地进行改革 但如何保持传统工艺生产的特有风味 从而使新工艺生产出的产品更具魅力 是今后研究的课题 食品制造中的酵母及其应用 酿酒面食酱类生产霉菌菌种等等 酿酒我国是一个酒类生产大国 也是一个酒文化文明古国 在应用酵母菌酿酒的领域里 有着举足轻重的地位 许多独特的酿酒工艺在世界上独领风骚 深受世界各国赞誉 同时也为我国经济繁荣作出了重要贡献 酿酒具有悠久的历史 产品种类繁多如 黄酒 白酒 啤酒 果酒等品种 而且形成了各种类型的名酒 如绍兴黄酒 贵州茅台酒 青岛啤酒等 酒的品种不同 酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同 而且同一类型的酒各地也有自己独特的工艺 啤酒 是以优质大麦芽为主要原料 大米 酒花等为辅料 经过制麦 糖化 啤酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有C02 低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒 它是世界上产量最大的酒种之一 世界公认的啤酒分类方法为两大类 1 顶部发酵 TopFermentating又称为Ale 使用该酵母发酵的啤酒在发酵过程中 液体表面大量聚集泡沫发酵 这种方式发酵的啤酒适合温度高的环境16 24 C 2 底部发酵 Bottomfermenting又称为lager 顾名思义 该啤酒酵母在底部发酵 发酵温度要求较低 酒精含量较低 这类啤酒的代表就是国内常喝的窖藏啤酒 Lager 用于酿造啤酒的酵母 多为酿酒酵母 Sac charomycescerevisiae 的不同品种 细胞形态与其它培养酵母相同 为近球形的椭圆体 与野生酵母不同 啤酒酵母是啤酒生产上常用的典型的上面发酵酵母 菌体维生素 蛋白质含量高 可作食用 药用和饲料酵母 还可以从其中提取细胞色素C 核酸 谷胱甘肽 凝血质 辅酶A和三磷酸腺苷等 在维生素的微生物测定中 常用啤酒酵母测定生物素 泛酸 硫胺素 吡哆醇和肌醇等 面食酵母是生产面包必不可少的生物松软剂 面包酵母是一种单细胞生物 属真菌类 学名为啤酒酵母 面包酵母有圆形 椭圆形等多种形态 以椭圆形的用于生产较好 酵母为兼性厌氧性微生物 在有氧及无氧条件下都可以进行发酵 酵母的细胞有两种生活形态 单倍体和二倍体 单倍体的生活史较简单 通过有丝分裂繁殖 在环境压力较大时通常则死亡 二倍体细胞 酵母的优势形态 也通过简单的有丝分裂繁殖 但在外界条件不佳时能够进入减数分裂 生成一系列单倍体的孢子 单倍体可以交配 重新形成二倍体 酵母有两种交配类型 称作a和 是一种原始的性别分化 因此很有研究价值 酱类酱类包括大豆酱 蚕豆酱 面酱 豆瓣酱 豆豉及其加工制品 都是由一些粮食和油料作物为主要原料 利用以米曲霉为主的微生物经发酵酿制的 酱类发酵制品营养丰富 易于消化吸收 即可作小菜 又是调味品 具有特有的色 香 味 价格便宜 是一种受欢迎的大众化调味品 用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉 生产上常用的有沪酿3 042 黄曲霉Cr 1菌株 不产生毒素 黑曲霉等 所用的曲霉具有较强的蛋白酶 淀粉酶及纤维素酶的活力 它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸 淀粉变为糖类 在其他微生物的共同作用下生成醇 酸 酯等 形成酱类特有的风味 生产霉菌菌种淀粉的糖化 蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉酶和蛋白质水解酶进行的 通常情况是先进行霉菌培养制曲 淀粉 蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲 在一定温度下培养 曲中由霉菌产生的各种酶起作用 将淀粉 蛋白质分解成糖 氨基酸等水解产物 在生产中利用霉菌作为糖化菌种很多 根霉属中常用的有日本根霉 米根霉 华根霉等 曲霉属中常用的有黑曲霉 宇佐美曲霉 米曲霉和泡盛曲霉等 毛霉属中常用的有鲁氏毛霉 还有红曲属中的一些种也是较好的糖化剂 如紫红曲霉 安氏红曲霉 锈色红曲霉 变红曲霉等 巴氏灭菌法 pasteurization 亦称低温消毒法 冷杀菌法 是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法 常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法 巴氏杀菌法主要为牛奶加工过程的一种灭菌法 既可杀死对健康有害的病原菌又可使乳质尽量少发生变化 国际上通用的巴氏高温消毒法主要有两种 一种是将牛奶加热到62 65 保持30分钟 采用这一方法 可杀死牛奶中各种生长型致病菌 灭菌效率可达97 3 99 9 经消毒后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等 但这些细菌多数是乳酸菌 乳酸菌不但对人无害反而有益健康 第二种方法将牛奶加热到75 90 保温15 16秒 其杀菌时间更短 工作效率更高 但杀菌的基本原则是 能将病原菌杀死即可 温度太高反而会有较多的营养损失 随着人们对食品的要求不断提高和科学技术的不断进步 一种崭新的食品保鲜技术 酶法保鲜技术正在崛起 酶法保鲜技术是利用生物酶的高效的催化作用 防止或消除外界因素对食品的不良影响 从而保持食品原有的优良品质和特性的技术 由于酶具有专一性强 催化效率高 作用条件温和等特点 可广泛地应用于各种食品的保鲜 有效地防止外界因素 特别是氧化和微生物对食品所造成的不良影响 葡萄糖氧化酶是一种氧化还原酶 它可催化葡萄糖和氧反应 生成葡萄糖酸和双氧水 将葡萄糖氧化酶与食品一起置于密封容器中 在有葡萄糖存在的条件下 该酶可有效地降低或消除密封容器中的氧气 从而有效地防止食品成分的氧化作用 起到食品保鲜作用 微生物在农业中的应用 微生物肥料生物农药食用菌沼气微生物饲料等等 生物农药 又称天然农药 系指非化学合成 来自天然的化学物质或生命体 而具有杀菌农药和杀虫农药的作用 生物农药是天然存在的或者经过基因修饰的药剂 与常规农药的区别在于其独特的作用方式 低使用剂量和靶标种类的专一性 生物农药与化学农药相比 其有效成分来源 工业化生产途径 产品的杀虫防病机理和作用方式等诸多方面 有着许多本质的区别 生物农药更适合于扩大在未来有害生物综合治理策略中的应用比重 生物农药的优点 生物农药的毒性通常比传统农药低 选择性强 它们只对目的病虫和与其紧密相关的少数有机体起作用 而对人类 鸟类 其他昆虫和哺乳动物无害 低残留 高效 很少量的生物农药即能发挥高效能作用 而且它通常能迅速分解 从总体上避免了由传统农药带来的环境污染问题 不易产生抗药性 作为病虫综合防治项目IPMP的一个组成成分 能极大地降低传统农药的使用 而不影响作物产量 微生物肥料 是以微生物的生命活动导致作物得到特定肥料效应的一种制品 是农业生产中使用肥料的一种 微生物肥料含有大量有益微生物 可以改善作物营养条件 固定氮素和活化土壤中一些无效态的营养元素 创造良好的土壤微生态环境来促进作物的生长 长期以来 社会上对微生物肥料的看法存在一些误解和偏见 一种看法认为它肥效很高 把它当成万能肥料 甚至扬言可以完全取代化肥 另一种看法则认为它根本不是肥料 其实这两种都是偏见 世界多年试验证明 用根瘤菌接种大豆 花生等豆科作物可提高共生固氮效能 确实有增产效果 合理应用其它菌肥拌种或施用微生物肥料 对非豆科农作物也有增产效果 而且有化肥达不到的效果 微生物在农业上的作用已逐渐被人们所认识 现国际上已有70多个国家生产 应用和推广微生物肥料 中国目前也有250家企业年产约数十万吨微生物肥料应用于生产 这虽与同期化肥产量和用量不能相比 但确已开始在农业生产中发挥作用 取得了一定的经济效益和社会效应 已初步形成正规工业化生产阶段 随着研究的深入和应用的需要不断扩大新品种的开发 微生物肥料现已形成 1 由豆科作物接种剂向非豆科作物肥料转化 2 由单一接种剂向复合生物肥转化 3 由单一菌种向复合菌种转化 4 由单一功能向多功能转化 5 由用无芽胞菌种生产向用有芽胞菌种生产转化等趋势 不仅如此 近20年来 许多国家更认识到微生物肥料作为活的微生物制剂 其有益微生物的数量和生命活动旺盛与否是质量的关键 是应用效果好坏的关键之一 为此 现已有许多国家建立了行业或国家标准及相应机构以检查产品质量 中国也制定了农业部标准和成立微生物质量检测中心 并已于1996年正式对微生物肥料制品进行产品登记 检测及发放生产许可证等工作 微生物在环境保护中的应用 微生物在废水处理中的应用 生物处理根据其处理过程中氧的状况 可分为好氧处理系统与厌氧处理系统 好氧处理系统微生物在有氧条件下 吸附环境中的有机物 并将其氧化分解成无机物 使污水得到净化 同时合成细胞物质 微生物在污水净化过程 以活性污泥和生物膜的主要成分等形式存在 利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附污水中的有机物 并在氧的作用下 将这些物质同化为菌体的成分 或将其分解为CO2 水等物质 从而达到降低污水中有机污染物的目的 其方法有 活性污泥法 又称曝气法 是利用含有好氧微生物的活性污泥 在通气下使污水净化的生物学方法 生物膜法 生物膜法是模拟自然界中土壤自净的一种污水处理法 它是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理污水的一种方法 厌氧处理系统 在缺氧条件下 利用厌氧菌 包括兼性厌氧菌 分解污水中有机污染物的方法 又称厌氧消化或厌氧发酵法 微生物在处理废气中的应用 利用微生物在新陈代谢过程中需要营养进行生化反应的作用 使废气中的污染物得到分解 将有害物质转化为少害或无害物质 微生物在利用废气污染物的过程中 一部分将其分解转化合成为新的细胞的成分 而另一部分通过分解产生能量 供微生物生长繁殖之用 微生物能氧化废气中有机污染物 产生CO2和H2O等物质 但这一过程难在气相中进行 因此在净化过程中 首先要将气体污染物由气相转移到液相或固相表面 然后再由微生物吸附分解 其方法有 生物吸收法 生物吸收法是利用微生物 营养物和水组成的微生物吸收液处理废气 生物过滤法 生物过滤法是用固体颗粒吸收废气中的污染物 然后由附着在固体过滤材料表面的微生物将污染物转化为无害物质 微生物在废物处理中的应用 目前城市主要可以分为三大类 化学法 如絮凝沉淀法 物理法 过滤 和生物法 如活性污泥法 这三类方法也可以结合使用 在污染物的处理中 虽然物理 化学方法作出了一定的贡献 但由于