微生物与健康-微生物与人类生活(1) 2

微生物与食品及能源制药工程一班微生物在食品中的应用酵母菌广泛利用于制作馒头、酒、醋等利用乳酸菌制造乳酪、乳酸食品利用霉菌制造酱油、米酒乳杆菌用于制作泡菜、豆腐乳微生物本身常被当作食品，如香菇一.奶制品牛奶中含有丰富的营养成分：脂肪酸、蛋白质，乳糖、维生素等，是微生物理想的培养基。从乳牛身上获得牛奶时，其中已含有多种细菌。将新鲜牛奶置于室温下，由于其中乳酸菌的作用，牛奶发生自然发酵的产酸过程，由乳糖发酵产生乳酸，乳酸使蛋白质凝固。可溶性酪蛋白＋乳酸＋钙离子不溶性蛋白凝乳乳糖＋水乳酸乳酸菌乳酸乳酸主要应用于食品、医药、化工等领域。世界消费量10万吨左右，部分发酵法生产，部分由化学法生产。酸奶中的乳酸是由细菌产生的，主要是右旋乳酸。近年来米根霉等霉菌产生的左旋乳酸（可降解高分子聚合物），正处于快速发展的时期，估计20年内，年产量会超过100万吨，取代柠檬酸成为产量最大的有机酸。不同奶制品的风味和特征，主要是由于在发酵和加工过程中采用不同的微生物的缘故。生产高质量的奶制品，必须将杂菌去除，然后根据不同的目的加入纯培养的菌种。酸奶产业中常用的细菌：保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌，乳链菌。嗜热链球菌发酵乳制品目前根据发酵乳制品的生产过程、发酵剂的种类、产品的特征及其他特性的不同大致将发酵乳制品分为四大类：发酵乳、干酪、酸乳菌制剂和酸乳粉。有些发酵乳制品除乳酸菌细菌外、酵母菌、霉菌也参与发酵。二.从蔬菜到泡菜、腌菜蔬菜制泡菜、腌菜的作用机理和奶制品相同，也是乳酸菌的作用。不同之处在于牛奶中的糖类可以被直接利用，蔬菜中的糖需要从组织中释放并水解后利用。泡菜中的不同风味是由于发酵过程中产生的酸、酯和二丁酮的种类及含量不同造成的。泡菜中加盐的目的是抑制杂菌生长（渗透压灭菌）和吸取蔬菜汁。发酵利用的菌群都是蔬菜的正常菌群，最重要的是肠膜明串珠菌。发酵过程中，随着酸度的提高肠膜明串珠菌逐渐被乳酸菌取代。中国泡菜、韩国泡菜和日本泡菜中国泡菜，历史最长，主要以萝卜和白菜（酸菜）为主，中国是泡菜的故乡。韩国泡菜的独特之处在于引入了辣椒，发酵出来的有乳酸味道的泡菜是世界其他地方没有的，其中这要归功于辣椒的主成分“Capsaicin（辣椒素）”，它能预防泡菜的酸败，起保持美味的作用，目前世界知名度最高。日本泡菜（新香）基本没有自然发酵的过程。Capsaicin(辣椒素）三.大型真菌食用蘑菇是理想的天然食品或多功能食品，学名双孢蘑菇中国曾在世界上首次驯化并人工栽培成功了香菇，木耳、金耳、银耳、金针菇、猴头菇、竹荪等。野生的如牛肝菌、羊肝菌、正红菇等也可以大量采集。食药两用真菌中国药用包括试验有效的大型真菌约500余种。主要有茯苓、灵芝、冬虫夏草、云芝、蜜环菌等。药用部分主要是子实体，但有一些是通过现代发酵工业大量繁殖的菌丝体加工制药的。国内外研究表明天然的药用真菌药效要好的多。冬虫夏草冬虫夏草是一种学名为麦角菌科冬虫夏草菌寄生于一种学名为鳞翅目蝙蝠科昆虫草蝙蝠幼虫上的子座或蝙蝠科其它种别昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体的复合体冬虫夏草出产地为青海省、西藏自治区、四川省、甘肃省、云南省等地。蝙蝠科许多种别的蝙蝠蛾为繁衍后代，产卵于土壤中，卵之后转变成幼虫，在此时的前后，不同种别的冬虫夏草菌中的一种在特殊条件下，侵入蛰居于土壤中的一部分蝙蝠科幼虫体内，之后，冬虫夏草菌吸收幼虫体内的物质作为生存的营养条件，并在幼虫体内不断繁殖,致使幼虫体内充满菌丝而死。目前,在自然界,蝙蝠蛾自产卵到幼虫期感染冬虫夏草菌至转变成真正的冬虫夏草,前后大概需要时间6年以上。通过人工发酵培养得到的冬虫夏草菌丝体实际上是一种新的物品，而不是真正的冬虫夏草。目前，真正意义上的冬虫夏草只有天然野生的。冬虫夏草的生长四微生物与酒类酿造人类利用酵母菌酿菌已有几千年历史。4000多年前，中国利用酵母菌酿酒。1856年巴斯德证明酒精是微生物产生的

当时普遍认为是糖的化学裂解。1897年布希纳发现酒精发酵是“酒化酶”的作用。酿酒中的微生物大曲

大曲中含有丰富的微生物，提供了酿酒所需要的多种微生物混合菌群。特别是大曲中含有霉菌，这是世界上最早把霉菌应用于酿酒的实例。大曲中含有多种酵母菌，具有发酵能力、产酯能力。在制曲中，一些微生物分解原料产生的代谢产物，如氨基酸、乳酸等形成大曲酒中特有的香味的前体物质。霉菌：黑曲霉群、灰绿曲霉群、毛霉、根霉及红曲霉等。细菌：主要以芽孢杆菌类较多，其中包括巨大芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等。生酸细菌：乳球菌和乳酸杆菌为主。

酵母菌：以酒精酵母、汉逊氏酵母和假丝酵母较为常见。酵母是决定啤酒质量的最重要的因素之一。它与原料一起决定了啤酒的pH、香味和最终质量。（1）啤酒酵母细胞呈圆形、卵圆形或腊肠形。（2）葡萄汁酵母也叫卡尔酵母细胞呈椭圆形或长椭圆形，细胞以出芽方式进行无性繁殖，形成有规则的假菌丝。（3）常见的杂菌最重要的是乳杆菌、啤酒片球菌和某些野生酵母。变形黄杆菌在啤酒中留下邪杂味，产气气杆菌是污染麦芽汁的杂菌。

酿造啤酒的微生物微生物与啤酒啤酒是以麦芽为主要原料的酿造酒，是各种酒类中酒精含量最低的饮料酒，也是世界上产量最大的饮料酒。主要酒类酿造中涉及到的微生物白酒（烧酒）参与的微生物：酵母菌、霉菌和细菌微生物来源：大曲、空气、发酵窖中窖泥香味来源：微生物生成的酯原料：大米、玉米、高粱、大麦葡萄酒参与的微生物：酵母菌、细菌细菌主要有好氧性醋酸菌和厌氧性乳酸菌原料：葡萄汁酒精浓度可以达到14％。为什么要适量饮用红葡萄酒肿瘤疾病的化学预防剂，对降低血小板聚集，预防。治疗动脉粥样硬化，心脑血管疾病的化学预防剂。

含有有效成分白藜芦醇，在葡萄仔中存在。虎仗等中药中含量更高。五.微生物与面包制作面包和馒头几乎是我国广大城乡人民经常食用的食品，它们都是由面粉经过酵母菌发酵后制成的

面包制作中的微生物用于制造面包的酵母——啤酒酵母

可以从啤酒厂得到，但有专业的工厂生产酵母制品，专门用来生产面包的酵母产品有压榨酵母（鲜酵母）、活性干酵母（ADY），一般用压榨酵母较多。六.微生物与调味品酿造酱油：参与微生物：米曲霉，酵母和细菌米曲霉：分泌蛋白酶和淀粉酶，分解蛋白为氨基酸，同时将淀粉水解为糖。酵母：能产生特殊的香气。细菌：酱香的来源。食醋：参与微生物：黑曲霉，米曲霉，酵母，醋酸菌黑曲霉和米曲霉：分解蛋白，产色素酵母：一般使用酿酒酵母醋酸菌：主要产醋酸微生物，直接影响质量。酱油生产工艺

固态低盐发酵法工艺流程：

原料混合→润料→蒸料→冷却→接种曲→深层通风培养→成曲→粉碎↓成熟酱←酱醅保温发酵←入发酵容器←拌和制醅↑稀盐水糖↑糖浆↑盐水酱油制作过程中微生物菌群的变化乳酸菌

酱醅pH

乳酸耐盐鲁氏接合酵母菌酒精、甘油其他微生物繁殖发酵重芳香物质人工接种

米曲霉制曲时应控制前期温度32～35℃，有利于菌体生长；后期温度控制28～30℃，有利于蛋白酶的生成。氧气、水分充足米曲霉食盐、氧气量的减少米曲霉醋酸细菌

形态特征：两端钝园和杆状，单生或呈链排列，无芽孢，属革兰氏阴性菌。醋酸细菌生长最适pH为3.5～6.5。醋酸细菌为好氧菌。

氧化酒精生成醋酸。

新型“果醋”饮料微生物与其他发酵调味品1泡菜乳酸菌：肠膜明串株菌、植物乳杆菌、发酵乳杆菌和短乳杆菌

2榨菜乳酸菌：肠膜串明珠菌、植物乳杆菌、发酵乳杆菌和短乳杆菌

3豆腐乳

丝状真菌：如毛霉属、根霉属等，其中以毛霉菌酿造的腐乳占多数。

微生物与生物能源2008年我国GDP已经达到30万亿元，但伴随着对能源需求的增加。全世界面临着严重的能源危机。石油的价格最高已经达到了147美元/桶。人类需要寻找可再生能源，以减少对化石能源的依赖。国家发改委于2007年9月公布《可再生能源中长期发展规划》。燃料乙醇的优点及其开发意义燃料乙醇是一种良好的增氧剂,它可以增加汽油的含氧量,使其充分燃烧。目前用的甲基叔丁基醚（MTNBE)会对地下水造成严重的污染,而且其生产难度比较大燃料乙醇的辛烷值高,调和辛烷值一般可以达到120左右,可以有效提高汽油的抗爆指数。有利于环境的改善。使用车用乙醇汽油,可以使汽车尾气的污染水平均降低30%以上。其中一氧化碳排放下降30.8%,挥发性烃类化合物排放下降13.4%,二氧化碳的排放量降低27%纤维素和淀粉是地球上最丰富的有机资源之一,它是一种可以再生的资源,燃料乙醇生产技术

1.以淀粉类和糖蜜类物质为原料的生产技术

以玉米为例,其生产过程包括:玉米预处理(粉碎)、脱胚制浆、液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水和变性等燃料乙醇生产工艺

2.以纤维素类物质为原料的生产技术

以纤维素为原料发酵生产燃料乙醇,首先将纤维素进行酸解和碱解或酶解预处理,释放出的葡萄糖可进入乙醇发酵途径以纤维素类物质为原料的生产工艺燃料乙醇发展过程中存在的问题目前燃料乙醇生产中存在的最大问题是降低成本。据报道,以玉米为原料生产燃料乙醇,其综合成本是3897元/t,其中原料费用是3047元/t,即原料的成本占综合成本的78.19%。美国乙醇的生产成本只有2770元/t,而国内乙醇的生产成本为3671元/t,相差901元/t。在以纤维素为原料生产燃料乙醇的过程中,最大的问题是原料的预处理。纤维素水解为单糖，需要纤维素酶，该酶的成本相当高，需要技术的突破。微生物与生物柴油生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。生物柴油的概念生物柴油的意义1）能源安全的战略意义。到2020年前后，石油进口量有可能超过3亿吨2）环境保护意义。低CO2，低毒性3）农业结构调整的经济意义。有效利用荒地，农民增收4）优良的使用特性。安全，低能耗，兼容性现状：各国的生产状况（2003年）

我国生物柴油的发展2001年9月海南正和能源公司使用食用费油生产生物柴油，年产1万吨。2007年底，我国投产和在建的装置总产能估计100万吨。2011年前还约有40家不同规模的生物柴油企业投产，产能约600万吨。生物柴油的原料目前是制约其发展的主要因素。我国生物柴油原料植物的主要品种：文冠果，蓖麻（东北耐寒植物），欧李，沙棘（西北耐旱灌木及草本），黄连木（华北）和麻风树（西南亚热带植物），我国是世界第二大产棉国，利用不宜食用的棉籽油作为生物柴油的原料也是一个可行的方法。我国现有油料能源树种约300万公顷，大多分布在交通不便山区，适当养护后每公顷果实可超过0.6吨，可生产生物柴油60万吨。需要有意识利用荒地种植油料作物，中石化投资23.5亿元在攀枝花地区建立50万亩麻风树种植基地等。藻类是低等放氧自养型微生物，在水中生长繁殖，不会引起与农业和牧业用地的竞争矛盾。地球上的生物每年通过光合作用生产的生物质，其中40％应归功于藻类的光合作用。大多数藻类产于海洋或陆地水中，其中盐藻是一种营养丰富的单细胞藻类，含有丰富的油脂、β-胡萝卜素、蛋白质、多糖等。盐藻主要分布在近海水域，有很大的盐度适用范围，在0～38℃接近淡水（<0.1mol/LNaCl）环境和饱和盐水（5Mol/LNaCl）环境中均能生存。我国有1.8万公里的海岸线，在西北还有很多大大小小的盐湖，这都为盐藻的养殖和开发提供了条件。中国科学院大连化学物理研究所、植物研究所、水生生物研究所，清华大学、青岛海洋大学等单位在培育产油菌种，获得高脂含量藻细胞，用基因工程开发高产的油藻品种等方面，已取得许多科研成果和海水及淡水藻类物质的产业化经验。发展富含油质的微藻或“工程微藻”是拓展生物柴油原料来源的一个发展趋势。工程微藻是未来生物柴油的发展的趋势微生物与沼气沼气是微生物在缺氧时，通过发酵将作物秸杆、杂草、人畜粪便等有机物分解而产生的一种可燃性气体。沼气是多种气体的混合气，有甲烷、二氧化碳、氢气、氧气、硫化氢等。

一.多种细菌分泌的酶，将复杂的有机物质分解为一些低分子量的简单有机物及二氧化碳、氢气、硫化氢等无机物。称为酸发酵。参与的微生物有纤维素分解细菌、蛋白质分解细菌、果胶分解细菌、丁酸细菌、醋酸细菌等。二.有甲烷细菌分泌酶，将简单有机物分解为甲烷和