第三章 发酵工程原理及其在食品工业中的应用

第三章发酵工程及其在食品工业中的应用第一节概述1、发酵：来源于拉丁文“fervere〞，是果汁或麦芽汁经过酵母发酵作用而出现的“沸腾〞现象。

生物化学上讲，发酵是无氧条件下一个有机化合物同时作为电子的供体和最终受体并产生能量的过程。微生物上讲，发酵是借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身，或其初级代谢产物、次级代谢产物的过程。

一、发酵工程的定义

三、发酵工程产品类型

1.以菌体为产品。例如：药用真菌，食用菌，酵母菌、单细胞蛋白2.以微生物的酶为产品。例如：糖化酶、碱性蛋白酶、淀粉酶，与从动植物体内提取相比，可以大规模生产，提高酶的产量。

3.以微生物的代谢产物为产品初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类、碳水化合物。次级代谢产物：抗生素、生物碱、毒素、激素、维生素。4.利用发酵作用，对某种化合物的化学结构进行改造，即产品的转化过程。〔醋的酿造〕四、发酵工程的开展简史五、发酵工程的开展趋势和现状〔一〕固体发酵法利用固体基质，如麸皮、米糠、秸秆等为主要原料，再根据需要添加其他谷糠、豆饼、无机盐等，加水拌成含水量适度的半固态物料作为培养基，供微生物的生长繁殖和产生代谢产物。目前利用固体发酵法生产的产品有酒曲、白酒、酱油、食醋、腐乳、酶制剂、食用菌等。〔二〕液体发酵法利用液态培养基，进行微生物的生长繁殖和形成人们所需要的代谢产物。根据通气〔供氧〕或不通气及通气方法的不同，又分为液体外表发酵法、液体深层通气发酵法、液体厌氧发酵法三种。四、我国发酵工业与先进国家相比，存在的

主要差距1.纯度高、稳定：生产菌种纯度高，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。

2.易培养：菌种可以在要求不高，易于控制的培养条件下〔糖浓度、温度、pH值、溶解氧和渗透压等〕迅速生长和发酵。

3.周期短：菌株生长速度和产物生成速度应较快，发酵周期较短。

第二节食品发酵菌种筛选、保藏和培养一、食品发酵工业对微生物菌种的一般要求

4.来源广泛：菌种能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和繁殖，并且生成所需的代谢产物产量要高。5、产物单一。6.不易被感染：选择一些不易被噬菌体感染的菌株。

7.非病源菌：不产生任何有害的生物活性物质〔包括激素和毒素等〕，以保证平安。二、食品发酵工业常用微生物名称产物用途短杆菌味精、谷氨酸食用、医药枯草杆菌淀粉酶酒精、啤酒、葡萄糖纺织香料枯草杆菌蛋白酶酱油、水解蛋白、饲料、明胶梭装杆菌丙酮丁醇有机溶剂巨大芽孢杆菌葡萄糖异构酶果糖大肠杆菌酰胺酶新型青霉素短杆菌肌苷酸医药、食品节杆菌强地松医药蜡状芽孢杆菌青霉素酶青霉素鉴定〔二〕酵母菌发酵工业中常用的酵母：酿酒酵母、汉逊酵母和各种假丝酵母等。除了用来酿造饮料酒、酒精和烤制面包外，还可用于生产甘油、酶制剂、有机酸等。此外，由于酵母菌体本领富含蛋白质、核糖核酸、细胞色素C、酶类及多种维生素，又是医药、食品、饲料行业中的重要原料。名称产物用途酒精酵母酒精工业、医药酵母甘油医药、军工假丝酵母石油、蛋白低凝固点石油、酵母菌体蛋白假丝酵母环烷酸工业啤酒酵母细胞色素医药啤酒酵母辅酶A医药啤酒酵母酵母片医药啤酒酵母凝血质医药类酵母脂肪酶医药阿氏假囊酵母核黄素医药胞壁酵母乳糖酶食品工业〔三〕霉菌发酵工业中常用的霉菌：根霉属，主要产淀粉酶、脂肪酶、乳酸、甾体激素等；毛霉属，主要产蛋白酶、凝乳酶、草酸、甾体激素等；木霉属，主要产纤维素酶等；青霉属，主要产脂肪酶、葡萄糖氧化酶、维生素等；曲霉属，主要产维生素C、柠檬酸、各种水解酶类等。名称产物用途黑曲霉柠檬酸工业、食用、医药黑曲霉柚柑酶柑橘罐头除苦黑曲霉酸性蛋白酶啤酒防浊、消化剂饲料黑曲霉单宁酸食品黑曲霉糖化酶食品牺土曲霉蛋白酶食品根霉根霉糖化酶食品根霉甾替激素医药名称产物用途土曲霉丁二酸工业赤霉菌赤霉素农业、植物生长激素黎头霉甾体激素医药青梅菌青霉素医药青霉菌葡萄糖氧化酶食品灰黄霉菌灰黄霉素医药木霉菌纤维素酶淀粉、食品工业黄曲霉菌淀粉酶医药、工业红曲霉红曲霉糖化酶食品〔四〕担子菌担子菌的多糖物质具有很强的生理活性，尤其是提高机体免疫力、抗肿瘤作用等方面越来越引起人们重视。此外，担子菌通过液体发酵得到的菌丝体富含蛋白质、多糖、维生素等，可用于食品、医药和保健行业。〔五〕藻类自然界分布极广的一大群自养微生物资源，许多国家已把它用作人类保健食品和饲料。三、生产菌种选育

工业微生物的来源：1、从微生物保藏机构购置菌种；2、从自然界或现有菌种中别离筛选菌种3、对筛选菌种进行改进获得新的菌种〔一〕自然选育

在生产过程中，不经过人工诱变处理，利用菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。 自然选育的步骤如下：1、采样〔1〕确定采样地点以土壤为主，也可以植物、腐败物品、某些水域为对象；〔2〕确定时间，〔3〕确定采样工具，一般用无菌刮铲、土壤采样器等具有代表性工具。2、增殖培养由于目标菌种不多，要人为增加得到目标菌种的几率，就要进行培养，以求增加该菌种的数量，这种方法叫增殖培养。为了所需菌种增殖后在数量上占优势，一般人为参加一定限制因素，该限制因素视具体情况而定。常用两种方法：〔1〕控制养分；〔2〕控制培养条件。3、纯种别离增殖培养中得到的微生物处于混杂状态。为了得到目标菌种的纯种，增殖培养后必须进行别离。纯种别离有三种方法：〔1〕划线别离法；划线法简单，快速；〔2〕稀释别离法；稀释法在培养基上的菌落单一均匀，纯种获得几率大，特别适合别离具有蔓延性的菌种如霉菌；〔3〕组织别离法。组织法适合别离高等真菌。4、辅助控制：〔1〕营养成分控制：不同微生物对营养物质的需求不同，异养型微生物只能利用葡糖糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素、碳氢化合物等现有有机化合物；自养型微生物那么可以CO2为碳源；

大局部微生物可以利用蛋白质、多肽、氨基酸、豆饼、麸皮等；固氮微生物才能直接利用空气中氮气；

对于维生素和矿物质，各微生物的要求那么各不相同。因此，利用微生物对营养的需求不同，设计不同的培养基就可以更快更准地把目标微生物别离出来。例如别离产淀粉酶的微生物，就可以用淀粉作为唯一碳源，只有产淀粉酶的微生物在这种培养基上生长的好，因此就可以把这类微生物别离出来。一般情况下，可以按照各大类微生物常用的培养基进行别离：细菌：牛肉膏蛋白胨琼脂培养基；放线菌：淀粉琼脂培养基；酵母、霉菌：麦芽汁或米曲汁培养基。〔2〕控制培养基酸碱度不同微生物生长繁殖时的适合酸碱度是不同的，例如：细菌、放线菌生长的培养基要求中性〔pH7.0〕；酵母和霉菌生长培养基要求酸性〔〕；对于产有机酸的菌种,控制pH更有利排除不需要的微生物类型.例如,筛选柠檬酸菌,用90%甘薯粉醪和10%柠檬酸的培养基,使pH在2.0-2.5,将此培养基与土壤稀释液相混合,用无菌毛细管吸取少量,点布在铺于培养皿中的灭菌滤纸(2-3层)上,30度培养,这样培养出来的菌种几乎全部是产柠檬酸的黑曲霉.别离耐高渗透压酵母,采用40%葡萄糖培养基,pH控制在2.0-4.0,别离出来的几乎全部是耐高渗透压的酵母.别离放线菌以可溶性淀粉,pH为7.0-7.2.控制pH别离微生物的局限性:能产酸的微生物能在酸性培养基上生长,也能在中性培养基上生长,如许多酵母、霉菌；固体培养基pH低于4.0时琼脂就溶解造成别离的困难；随着微生物的生长pH会随之变化，例如葡萄糖培养基产生有机酸；蛋白质、氨基酸的分解使培养基变碱。因此为了防止培养基的酸碱变化，通常在培养基中参加缓冲溶剂如磷酸盐，或者连续或定期参加酸或碱。〔3〕添加抑制剂，别离培养基除了控制营养和pH外，还可添加一些专一性的抑制剂，可以提高筛选效果。例如：别离防线菌时在样品中加几滴10%的酚，以控制霉菌酵母的生长。别离酵母和霉菌时，在培养基中加一定量的青霉素、链霉素或新霉素以抑制细菌的生长。别离菌丝蔓延的根霉、毛霉等时，为防止菌丝蔓延便于挑取，一般在培养基中参加去氧胆酸钠0.1%。〔4〕热处理每一种微生物都有它的最高生长温度，超过此温度就不能生长和繁殖，甚至死亡，热处理就是根据芽孢对热的耐性而淘汰不产芽孢的细菌和其他微生物。一般微生物在60-70度10分钟就被杀死，而芽孢能抵抗100度甚至更高的温度。〔5〕控制培养温度不同微生物的最适生长温度有差异：一般嗜冷微生物最适温度在15度左右；嗜温微生物在24-37度；嗜热微生物在55度甚至更高。一般情况下，我们筛选的是嗜温微生物，但在发酵工业中，由于发酵过程中产生大量热，所以在实际操作上，希望菌种耐高温，在筛选时一般可适当提高培养温度筛选菌种。假设筛选到较高温度下可以生长的菌种那么对生产有所促进。〔6〕通气条件的控制要别离厌氧微生物如白酒增香用的丁酸菌、己酸菌就要采用厌氧培养法。可以在厌氧箱中完成，也可以利用焦性没食子酸与NaOH反响将氧去除。5、筛选筛选是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶容量大小的小型发酵实验，以求得适合于工业生产用菌种。筛选的指标是生产能力的测定。产量优异的选出，产量达不到工业要求的可保存为出发菌株。筛选的方式：有初选和复选，初选以量为主，即到达初步要求。复选以质为主。〔二〕诱变育种以自然变异作为根底的生产选种的几率不高，一般只有1/100-10000万的几率，因此为了提高变异几率，可采用物理和化学因素促进诱变频率。

根本原理：利用物理或化学因素处理微生物细胞群体，促使其中少数细胞遗传物质的分子结构发生改变，从而引起菌体发生遗传性变异，再用合理的筛选方法从细胞群体中筛选出少数具有优良性状的菌株，这种方法就是诱变育种。1、出发菌株的选择出发菌株的好坏直接影响诱变的效果，通常选取的原那么是：对诱变处理较敏感、容易到达效果的野生菌株；每次诱变处理有一定提高的菌株；尽量选择单倍体细胞、单核或少核多细胞作为诱变细胞；可以防止因基因隐性造成的误差；根据诱变剂作用不同，作用于营养细胞的就要选用对数期的细胞，作用于休止期的，就要选用孢子2、同步培养在诱变育种前，尽量使菌悬液细胞到达同步生长即同一生长期。具体方法：〔1〕变化温度、光线或在稳定期的菌悬液中添加新鲜培养基；〔2〕物理方法例如微孔器过滤挑选细胞；3、菌悬液的制备为了使每个细胞均匀接触诱变剂，通常将出发菌制成单细胞悬浮液，再进行诱变。由无菌生理盐水或缓冲溶液配制，缓冲溶液可以克服处理过程中pH的变化带来的干扰。孢子浓度为106-108／ml,酵母或霉菌为106-10７／ml,细菌或放线菌为108／ml；菌悬液的分散度用玻璃球振荡分散，再用脱脂棉或滤纸过滤，保证分散度在９０％以上．４、诱变处理视情况定采用的诱变剂种类、剂量大小、处理时间长短等：(1)诱变剂种类：物理诱变剂：紫外线(UV)、X射线、y射线、快中子等；化学诱变剂：N-甲基－N’－硝基－N－亚硝基胍(NTG),甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基亚硝基脲(NMU)、硫酸二乙酯(DES)和环氧乙烷。〔２〕剂量一般指作用时间与作用强度的乘积。经验告诉我们一般正向突变较多地出现在偏低的剂量中；负向那么相反；屡次诱变高剂量容易出现负突变；所以诱变育种中倾向于采用低剂量诱变。例如采用杀菌率为３０－７５％的紫外线剂量来进行诱变。５、中间培养由于菌株在发生突变后有一个表现延迟的过程，需要３代以上的繁殖才能将突变性状表现出来，所以需要一个中间培养阶段。方法：变异菌株在液体培养基中培养几小时，让遗传物质复制，得到稳定的隐性变异，如果没有这一过程，直接在平板上别离，就会出现变异和未变异细胞混杂，造成筛选结果不稳定。及将来出现菌种的退化。６、筛选〔１〕初选：一般通过平板稀释法获得单个菌落，再确定单个菌落是否为突变株。例如：对抗菌素产生菌，选抑菌圈大的菌落；对蛋白质产生菌，选透明圈大的菌落〔２〕复选：对初选后的菌株进行有关形状的定量分析得出准确的数据。平板快速检测法：利用菌种在特定固体平板培养基上的生理生化反响，将肉眼观察不到的产量形状转化为可见的变化，如变色圈、透明圈、生长圈、抑菌圈等。纸片培养显色法：将指示剂直接掺入或喷洒固体培养基由于菌种的生长繁殖改变了指示剂的环境，因而在菌落周围形成的变色圈。如淀粉变色圈〔碘液使淀粉变蓝〕、氨基酸显色圈〔茚三酮显色〕、柠檬酸显色圈〔溴甲酚蓝做显色剂〕；透明圈法：将固体培养基掺入溶解性差的、可被特定菌利用的营养成分，造成不透明的培养基背景，菌种生长繁殖时由于利用了此物质形成了透明圈；琼脂快速培养法：将诱变后的孢子悬浮液涂布于琼脂平板上，２９度培养２天，长出小菌落后用打孔器取出长有单菌落的琼脂小块，放入无菌空培养皿中，２９度培养４－５天使其产生抗菌素，并分泌在琼脂中，再将琼脂块移到铺有实验菌的盘内，２９度培养１７－１８小时，观察抑菌圈的大小。〔三〕杂交育种〔原生质体融合〕指两个基因型不同的菌株通过结合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中别离和筛选出具有新性状的菌株。杂交育种是选用性状的供体菌株和受体菌株作为亲本，把不同菌株的优良性状集中与组合内。因此杂交育种相比诱变育种来说，是一种定向育种。杂交育种有两种方式：即杂交育种和原生质体的融合。原生质体融合就是用酶法将细胞外的细胞壁去掉，制备成无细胞壁的球状细胞体－原生质体，将两种来源于微生物A和B的原生质体，在融合诱导剂〔或促进剂〕如聚乙二醇和Ca2+等存在下等量混合起来，可使原生质体带电极性，相互易于吸引，脱水粘合而形成聚合物进而变形，增大，融合，在适当条件下再生出细胞壁形成新的细胞。这就是细胞工程的内容。〔四〕分子育种

应用基因工程方法进行的育种。四、生产中常用菌种的保藏

〔一〕生产中菌种来源自然界别离筛选；菌种保藏机构获得；已有菌株中筛选突变株。

〔二〕国内重要保藏菌种机构1.普通微生物菌种保藏管理中心〔CCGMC〕中国科学院微生物研究所，北京〔AS〕：真菌、细菌中国科学院武汉病毒研究所，武汉〔AS-IV〕：病毒2.农业微生物菌种保藏管理中心〔ACCC〕中国科学院土壤肥料研究所，北京〔ISF〕3.工业微生物菌种保藏管理中心〔CICC〕中国食品发酵工业研究所，北京〔IFFI〕4.兽医微生物菌种保藏管理中心〔CVCC〕农业部兽医药品监察所，北京〔CIVBP〕5.医学微生物菌种保藏管理中心〔CMCC〕中国医学科学院皮肤病研究所，南京〔ID〕：真菌卫生部药品生物制品检定所，北京〔NICPBP〕：细菌中国医学科学院病毒研究所，北京〔IV〕：病毒6.抗生素菌种保藏管理中心〔CACC〕中国医学科学院抗菌素研究所，北京〔IA〕四川抗菌素工业研究所，成都〔SIA〕：新抗菌素菌种华北制药厂抗菌素研究所，石家庄〔IANP〕：生产用抗菌素菌种〔三〕菌种保藏原理根据微生物生理、生化特点人工创造条件，使微生物的代谢处于不活泼，生长繁殖受抑制的休眠状态。这些人工造成的环境主要是低温、枯燥和缺氧三者，在此种条件下，使菌株很少发生突变，以到达保持纯种的目的。〔四〕菌种保藏方法1、斜面低温保藏法〔定期移殖保藏法〕〔1〕方法：菌种接种于适宜的斜面培养基上，培养至菌种生长完全，置于4度冰箱中保藏隔一定时间转移至另一新的斜面培养基上。一般不产芽孢细菌一个月移一次，产芽孢的细菌三个月移一次，放线菌、霉菌酵母菌3-6个月移一次。〔2〕原理：低温延缓微生物的生长代谢。〔3〕保藏期限：1-6个月。〔4〕优缺点：简单便于操作，工作量大，增加了菌种发生变异退化和污染的几率。

2、液体石蜡覆盖保藏法：〔1〕方法：在已培养好的菌种斜面上，倒入经121度30分钟灭菌处理过的化学纯石蜡油高出斜面10毫米，盖好棉塞或胶塞，用薄膜密封，直立于4度左右的冰箱中保藏，使用时，倒去石蜡，用无菌水洗1-2次即可。〔2〕原理：低温缺氧〔3〕适用范围：酵母、霉菌、放线菌、好氧细菌。〔4〕保藏期限：1-10年。〔5〕优缺点：方法简单，不需特殊设备，保藏期长，但厌氧菌和分解烃类的菌种不能用此方法。〔2〕原理：超低温使微生物代谢繁殖处于停止状态。〔3〕实用范围：除少数不耐低温的菌种外，实用于各种菌种。〔4〕保藏期限：4-5年〔5〕优缺点：几乎实用于所有菌种，保藏期长，是目前较为理想的保藏方法。但需要特殊设备，液氮消耗较多操作费用高。4、沙土管保藏法：〔1〕保藏方法：制备沙土管：将河沙过60目筛和80目筛，吸铁石去铁，用10-20%盐酸浸泡，24小时后倒去盐酸水洗数次至中性，将沙子烘干；另取地面下非农耕土壤研碎过100目筛，水洗至中性烘干，按沙/土2/1的比例混合，均匀分装入保藏管中，高度为10mm左右，旋松管盖，121°C湿热灭菌30min，取出数支做无菌检测。制斜面培养物；将保藏菌种接种于斜面培养。制备菌悬液：向培养好的斜面注入3-5ml无菌水，洗下孢子或细胞，制成菌悬液，用无菌管吸取菌悬液，均匀滴入沙土管，每管。放线菌和霉菌可直接挑入孢子拌入沙土管。〔2〕原理：低温、隔氧。〔3〕实用范围：不产孢子的丝状菌外，实用其他各类微生物。〔4〕保藏期限：可达10年。〔5〕优点和缺点：冷冻采取升华的方式，细胞受损小，存活率和保藏效果较好。〔五〕菌种的退化与复壮1、菌种的的退化现象随着保藏时间延长和菌种的生长繁殖，必然发生变异，变异又有正的突变和负向突变，负向突变就是菌种的退化。2、防止退化的措施：〔1〕控制传代的次数传代的次数越少，发生突变的几率就越低；〔2〕选择适合的培养条件，例如改变粞土曲霉的生长温度〔从20-30度提高到30-34度〕就可以防止该菌的退化。〔3〕利用不同类型的细胞进行移种传代，例如放线菌和霉菌菌丝中有几个核或异核体，因此用菌丝接种就不会出现退化。〔4〕采用有效的菌种保藏方法可以有效的防止退化。3、退化菌中的复壮〔1〕纯种别离将保持原菌种性状的菌种挑选出来。〔2〕通过寄主进行复壮，寄生型微生物可将其寄生到寄主中恢复该菌活力。〔3〕联合复壮：对退化菌株可用高剂量的紫外辐射和低剂量亚硝基胍联合处理可复壮该菌。五、微生物菌种的接种、别离纯化与培养3、穿刺接种用于厌氧微生物的接种。接种工具为接种针。采用半固体培养基。方法：接种针蘸取少量菌种，沿半固体培养基中心向试管底部做直线穿刺，然后接种针原路返回。4、点植接种研究霉菌形态时常用此法。方法：用刀状接种针将少量微生物接种在平板培养基上，成三角形的三点〔也可采用一点或多点〕。5、平板划线接种在无菌条件下取固体或液体培养物少许接种在平板的边缘，将接种针的多余的菌种烧去，再用环状接种针从接有菌种的部位，在平板培养基上做Z字形划线，培养后在划线部位可长出菌落。6、平板倾注接种将待接种的微生物倒入培养皿中，然后再倒入冷却至45°C的固体培养基，迅速摇匀到达稀释的目的，在适温下培养。7、平板涂布接种先铺好平板，让其凝固，再将一定浓度及数量的菌液倒在平板上，迅速用涂布棒涂抹均匀，经培养后，如稀释度适宜，那么可长出单个菌落。8、注射接种将待接微生物注射如活的生物体内。9、活体接种用于培养病毒或其他病原体的一种方法。〔二〕别离纯化〔1〕平板划线法；划线法简单，快速；〔2〕倾注平板法；先倒入菌液再倒入培养基。〔3〕涂布平板法。先倒入培养基，再倒入菌液。〔4〕富集培养法：创造一定条件让目标微生物生长。〔5〕厌氧法：创造无氧条件培养厌氧菌。〔三〕培养方法1、好氧培养：好氧微生物的培养需要氧气,这种供氧培养法叫好氧培养.斜面培养是通过棉塞过滤空气;三角瓶培养是通过摇床振荡提供空气.2、厌氧培养：最重要的一点这类培养方法是除掉氧气。除氧的方法：降低培养基中的氧化复原电位，参加复原剂如谷光苷肽、巯基醋酸盐；参加牛心、羊脑等动物组织也可降低培养基的氧化复原电位。化合去氧，用焦性没食子酸吸收氧气；磷酸吸收氧气；好氧菌和厌氧菌混合培养除掉氧气；用植物组织如发芽的种子吸收氧气；用产生氢气和氧气化合除氧。隔绝阻氧，深层液体发酵；石蜡油封存隔氧；半固体穿刺培养。替代驱氧用二氧化碳、氮气、真空、氢气、混合气体替代氧气。3、固体培养：将菌种接种接至疏松而富有营养的固体培养基上进行微生物的培养。4、液体培养：通过液体培养可以使微生物迅速繁殖。天然培养基：原料是一些天然的动植物产品，相对于合成培养基来说，其成分比较复杂，如玉米粉、花生粉、豆饼粉等。优点：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。一般天然培养基中不需要另加微量元素、维生素等物质，且培养基组成的原料来源丰富、价格低廉，适合于工业生产。缺点：由于天然培养基的组分复杂，不同产地、不同季节、不同品种的相同原料，各种成分含量有所不同，不易重复，假设对原料质量等方面不加控制会严重影响生产的稳定性。第三节发酵工艺条件优化一、培养基的选择和确定培养基：人工配制的供微生物或动、植物细胞生长、繁殖、代谢和合成人们所需要的产物的营养物质和原料。〔一〕培养基类型〔按原料来源及纯度分〕1、合成培养基：使用化学成分和数量完全清楚的物质配制而成，成分精确，重复性强，可以减少不能控制因素，适合实验室范围的作为有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析定量研究。合成培养基的营养成分单一且价格昂贵，故不适用于大规模生产。天然培养基：采用化学成分不清楚或化学成分不确定的各种植物、动物组织或微生物浸出物、水解物〔牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨〕制成。实用于多种微生物的生长，而一般自养型微生物不能生长。半合成培养基：既有天然成分也有合成成分的培养基。按物理形状分2、固体培养基：主要成分为麸皮、大米、小米、稻糠和琼脂等，有的还含有一些其他营养成分。比较适用于菌种的别离和保存，也广泛应用于曲霉菌和有子实体的真菌类，如香菇、木耳、灵芝等的生产，目前利用固体发酵法生产的产品有酒曲、白酒、酱油、食醋、腐乳、酶制剂、食用菌等。半固体培养基：在配好的液体培养基中参加琼脂，一般用量为0.5%～0.8%，培养基呈半固体状态。主要用于鉴定菌种、观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等。液体培养基：80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的营养成分。流动好，输送方便，有利于氧气、其他物质和热量的传递，便于发酵参数的控制，是摇瓶发酵和大规模工业发酵最常用的培养基。按用途分类3、孢子培养基：主要用于制备微生物孢子的一种固体培养基。要求此种培养基能形成大量的优质孢子，但不能引起菌种变异。要求：营养不能太丰富，特别是有机氮，否那么不易产生孢子；所有无机盐浓度适量否那么影响孢子的量和颜色；注意培养基的pH和湿度。种子培养基：供微生物大量生长，为发酵提供活力强的种子。配制原那么：使种子生长旺盛，各种有关的初级代谢酶的活力高，有利于接入发酵培养基后大量、快速合成产物。种子培养基一般要求有机氮源和维生素的比例较高。发酵培养基：供菌种生长、繁殖，得到所需要的目标产物。既要使种子接种后能迅速生长到达一定的菌体浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需的产物。发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的碳源、氮源、磷源等外，还要有产物合成所需的某些特定元素、前体和促进剂等。按使用目的分4、根底培养基：含有一般微生物生长繁殖所需的根本营养物质的培养基。选择培养基：根据某〔种〕类微生物的特殊营养要求或对某种化学、物理因素的抗性而设计的培养基，参加抑制剂,抑制不需要的微生物菌的生长.其功能是使混合菌样品中劣势菌变成优势菌，从而提高该〔种〕类的筛选效率。增殖培养基:由于目标菌种不多，要人为增加得到目标菌种的几率，就要进行培养，以求增加该菌种的数量，这种方法叫增殖培养。为了所需菌种增殖后在数量上占优势，一般人为参加一定限制因素，该限制因素视具体情况而定。常用两种方法：〔1〕控制养分；〔2〕控制培养条件。鉴别培养基:根据微生物是否利用培养基中的某种营养成分,借助指示剂的显色反响,以鉴别不同种类的微生物.〔二〕培养基的选择方法１、根据微生物的营养需求选择培养基:大规模培养的微生物分为4大类,她们对营养物质的要求不同,因此所用培养基也不同.这四大类微生物的典型培养基见下表.2、根据用途选择培养基：固体培养基和液体培养基各有用途。液体培养基中营养物质溶解在水中，这样微生物就能更充分的接触和利用营养物质，更有利于微生物的生长和更好地积累代谢产物，工业上利用液体培养基进行深层液体发酵具有发酵效益高、便于机械化、自动化、降低劳动强度、占地小、产量高等优点。工业上常用做种子培养基和发酵培养基。固体培养基常用于微生物菌种的保藏、别离、菌落鉴定、活细胞测定。

3、根据使用要求不同选择培养基：种子培养基供微生物的生长和繁殖，要求营养丰富、完全、氮源、维生素比例高，原料易于被微生物吸收，所以常用葡萄糖、硫酸铵、尿素、玉米浆、酵母膏、麦芽汁、米曲汁等作原料。发酵培养基需要维持微生物的正常生长外，还要求合成预定产物，碳源含量高，产物如果为含氮物，应相应增加氮源供给。4、强化本钱低：二、培养基的配制〔一〕培养基的营养成分1、能源：化能异养型：碳源；化能自养型：复原态无机物：ＮＨ+、NO2-、H2S、H2、Fe2+２、碳源：常用的有糖类、油脂、有机酸、低碳醇；特殊情况下有蛋白质、氨基酸。工业上常用碳源目前使用最广的碳源是淀粉，主要来自玉米、谷物、木薯等，还可以用经水解得到的各种淀粉糖，如葡萄糖、麦芽糖等。使用最多的是葡萄糖，另外还有蔗糖、乳糖等。用于疫苗、一些基因工程产品生产的培养基，通常采用牛血清蛋白、牛肉汁、酵母粉等作为碳源。表1工业上常用的碳源及其来源碳源来源葡萄糖纯葡萄糖、水解淀粉乳糖纯乳糖、乳清粉淀粉玉米、大米、甘薯、大麦等蔗糖甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等３、氮源：有机氮有玉米浆、花生饼、豆饼、绵子粉、鱼粉、蛋白胨、酵母粉、蚕蛹粉、菌丝体、酒糟水等；无机氮有氨水、铵盐、硝酸盐。工业上常用氮源氨水、硫酸铵、硝酸铵等为无机氮源；黄豆粉、花生粉、酵母粉、鱼粉等都是有机氮源。一般来说，有机氮源更有利于微生物的生长。

表2几种常用有机氮源的含氮量氮源含氮量/%豆粕8.l花生粉8.0酵母水解物8.0血粉12.3大豆粉8.0菜子饼6.0棉子饼6.3玉米浆4.5６、前体物质及促进剂：前体物质是某些化合物参加到发酵培养基中，能直接被微生物结合到产物分子中；促进剂和抑制剂是在发酵过程中，参加某些对发酵起促进或抑制作用的物质。如外表活性剂、EDTA、大豆油提取物、黄血盐、甲醇等。７、水：天然水含有不同类型和不同量的矿物质，具有一定的硬度和碱度，水的质量对微生物的生长和发酵产物的形成有一定影响。如一些著名的酿酒厂附近都有优质的水源。〔二〕培养基的配制原那么１、根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基不同的微生物所需营养物质不同，其培养基配方也不同。必须了解不同生产菌种的培养条件、代谢途径、代谢产物的化学性质，从而确定最优的培养基。２、适宜的碳氮比氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，pH值偏高，不利于代谢产物的积累；氮源缺乏，那么菌体繁殖量少，从而影响产量；碳源过多，那么容易形成较低的pH值，不利于菌体的生长；碳源缺乏那么易引起菌体衰老和自溶；碳氮比还影响发酵的代谢途径；不同生长阶段微生物对碳氮比要求也不同。微生物在不同的生长阶段，对碳氮比的最适要求也不一样。一般工业发酵培养基的碳氮比约为100∶0.2～2.0。快速利用氮源〔如硫酸铵〕：容易被菌体利用来生长，对某些产物的合成，特别是抗生素的合成有调节作用。慢速利用氮源〔如黄豆粉、花生粉〕：对延长次级代谢产物的分泌期和提高产物产量有一定好处。３、适宜的pH值在配制培养基时，要注意生理酸碱性物质，以及pH值缓冲剂的参加和搭配。要根据菌种的性能、其生长和合成产物时pH值的变化情况以及最适pH值控制范围等，综合考虑选用何种生理酸碱物质及其用量，从而保证在整个发酵过程中pH值都能维持在最正确状态；也可考虑用中间补料来控制pH值。４、适宜的渗透压营养物质浓度过低，不利于菌体的生长，也不利于提高产物的产量和设备利用率。但是，营养物质浓度过高，那么由于培养基溶液的渗透压太大，会抑制微生物的生长，也不利于溶氧。同时培养基中的离子浓度也会影响微生物的生长及代谢。５、适宜的氧化复原电位对一般微生物影响不大，但对厌氧菌的影响较大，有氧的存在，对其有毒害作用，因此，常用复原剂降低氧化复原电位。〔三〕主要培养基的组成微生物培养基碳源%氮源%无机盐%生长素pH细菌（自养菌）合成培养基CO2硫酸铵0.0.4粉状硫1硫酸镁0.05磷酸二氢钾0.4硫酸亚铁0.001氯化钙0.0252.0-4.0细菌（异养菌）牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏0.5蛋白胨1.0NaCl0.5有7.4-7.6微生物培养基碳源%氮源%无机盐%生长素pH放线菌高氏培养基可溶性淀粉2.0硝酸钾0.1磷酸氢二钾0.05NaCl0.5硫酸镁0.05硫酸亚铁0.0017.0-7.2马铃薯浸汁葡萄糖2.0鲜马铃薯20.0有自然酵母麦芽汁米曲汁豆芽汁汁中有汁中有汁中有汁中有自然微生物培养基碳源%氮源%无机盐%pH霉菌察氏培养基蔗糖3.0硝酸钠0.3磷酸氢二钾0.1氯化钾0.05硫酸镁0.05硫酸亚铁0.001-4.0-6.0麦芽汁米曲汁马铃薯汁豆芽汁汁中有汁中有汁中有汁中有自然〔四〕培养基的配制１、原料称量和溶解根据配方，称量原料,先将一半水放入容器,再依次放其他原料,搅拌溶解;某些不易溶解的原料如蛋白胨\牛肉膏先在小容器中加水并加热溶解,再倒入大容器;有些原料量小,可配成高浓度再按体积配入;全部原料放入容器后加热溶解,最后补足水分.固体培养基配制时,预先将琼脂称好洗净,然后将液体培养基煮沸再将琼脂放入,直至全部融化.同时要不断搅拌,以免烧焦.2、调整pH调pH时用盐酸和氢氧化钠进行调整；用精密pH试纸进行测定；配置小样同1%的盐酸和氢氧化钠调整，配置大样时用10%盐酸和氢氧化钠调整；3、过滤及澄清分装前要过滤，特别是用于观察微生物培养特征、生长情况、生理生化特性、平板计数等。分装方法：纱布过滤：3-4层棉花过滤：用脱脂棉保温过滤：加有琼脂的培养基不管纱布还是棉花过滤都要保温过滤。4、培养基分装用漏斗分装，下接橡皮管和弹簧夹进行分装；分装过程中，不要使培养基与管口有接触，以免造成污染；假设有不容性成分，必须不断搅拌使之成悬浮状，才能均匀分装到各个容器中。6、培养基灭菌一般情况下，经分装、塞棉塞、包扎好后应立即灭菌。灭菌后需做斜面的试管应乘热摆放成斜面。保温培养2-3天做灭菌检验7、培养基贮存最好现做现用；新配置培养基置恒温室数天待棉塞上的冷凝水蒸发后在贮备备用；贮存时避光，防止阳光直射。三、微生物菌种生长条件菌种的培养条件包括温度、pH、氧、种龄、接种量等。〔一〕温度最低生长温度：微生物进行繁殖的最低温度界限。最适生长温度：微生物生长繁殖速度最快。最高生长温度：微生物生长繁殖的最高温度界限。真核生物的最高生长温度为60度超过了最高温度，那么会导致微生物死亡，这种导致微生物死亡的温度叫致死温度。总体来说微生物的可生长的温度范围在-10-95°C。不同微生物的最适生长温度和耐受温度范围各异：细菌种类湿热灭菌温度°C杀菌所需时间/min蜡状芽孢杆菌1006枯草芽孢杆菌1006-17炭疽芽孢杆菌1005-10肉毒梭状芽孢杆菌120-12110嗜热脂肪芽孢杆菌120-12111〔二〕ｐＨ值细菌、放线菌最适ｐＨ为6.5-7.5忍受ｐＨ为酵母霉菌4.5-5.53-8.5当然也有例外。〔三〕氧在发酵过程中，影响氧的因素有：1、培养基成分和浓度，一般营养丰富，菌体生长快，耗氧量大；2、菌龄大小，呼吸旺盛那么耗氧量大，后期菌体衰老，那么耗氧小；3、发酵条件，适宜条件下的耗氧量大；4、有毒代谢产物如二氧化碳、挥发有机酸、过量的氨，排除了这些有毒物质就有利于提高耗氧量。〔四〕通风和搅拌四、菌种活化与扩大培养〔一〕实验室种子制备种子制备一般分为两个过程即在固体培养基上生产大量孢子的孢子制备，和在液体培养基中生产大量菌丝的种子制备。1、孢子制备〔1〕细菌和放线菌类细菌培养多采用肉汤琼脂斜面培养基，而放线菌类的孢子培养多数采用人工合成琼脂斜面培养基。细菌培养温度大多为37℃，1～3d，产芽孢的5-10d；放线菌类孢子的培养温度大多数为28℃，局部菌种为30℃或37℃，培养时间一般为4～7d，也有的为14d。孢子成熟后，于5℃冰箱〔库〕内保存备用，存放时间一般在一周内，少数菌种可存放1～3个月。〔2〕霉菌类霉菌类孢子的培养多数采用大米、小米、麦麸等天然固体培养基。霉菌培养一般为25-28℃，4-14d。制好的孢子可放在5℃冰箱中保存备用，也可通过真空枯燥进行保存备用。经过真空枯燥的孢子菌种可在生产上连续使用半年左右。〔二〕生产车间种子制备3、种子培养〔1〕液体培养法包括液体试管、三角平、摇床振荡、或盘旋式培养；〔2〕外表培养法包括茄子瓶、克氏瓶、瓷盘培养；〔3〕固体培养法包括三角瓶、蘑菇瓶、克氏瓶、培养皿等麸皮培养；

4、大规模生产阶段的主要培养方法：〔1〕固体发酵法利用固体基质，如麸皮、米糠、秸秆等为主要原料，再根据需要添加其他谷糠、豆饼、无机盐等，加水拌成含水量适度的半固态物料作为培养基，供微生物的生长繁殖和产生代谢产物。目前利用固体发酵法生产的产品有酒曲、白酒、酱油、食醋、腐乳、酶制剂、食用菌等。固体发酵与液体〔深层〕发酵相比，具有以下优点固体发酵单位体积的酶产量往往高于液体发酵几倍，甚至几十倍，特别适合真菌酶类和一些次级代谢产物及大型真菌的生产。操作简单，适应性强，原料来源广，价格低廉，可以利用多种其他发酵工艺无法利用的粮食加工下脚料或废料进行生产。固体发酵仅需空气自然对流或小量通风即可，能耗低。固体发酵的产物提取一般步骤少，降低生产本钱。有些产物，如饲料或饲料添加剂，不需要别离步骤，全部发酵物质可以作为产品。发酵工艺全过程无废水或很少，可以减少环境污染。〔2〕液体发酵法利用液态培养基，进行微生物的生长繁殖和形成人们所需要的代谢产物。根据通气〔供氧〕或不通气及通气方法的不同，又分为液体外表发酵法、液体深层通气发酵法、液体厌氧发酵法三种。液体外表发酵法又称液体浅盘发酵法或静置培养法，是将已灭菌的液体培养基，接入微生物菌种后，装入可密闭的发酵箱内盘架上的浅盘中，薄薄一层，液层厚约1～2cm，然后向盘架间通入无菌空气，通过浅盘内培养基的外表供给氧气，并维持一定的温度进行发酵。优点：无须搅拌，动力消耗省。缺点：控制杂菌污染较难，所需场地较大，劳动强度大，生产效率低。液体厌氧发酵法能作大规模液体培养的厌氧菌仅丙酮丁醇梭菌，用于丙酮的发酵生产。酒精、啤酒、葡萄酒、酸乳的发酵属于兼性厌氧发酵，菌种培养时需要适量通气，发酵时那么不通气。优点：可省略通气和搅拌设备，简化工艺过程，还能大大节约能源的消耗，提高生产效率。5、种子培养中应注意的问题第四节工业发酵灭菌灭菌温度／℃17016015014012l灭菌时间／min60120150180过夜2、湿热灭菌法借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，从而使微生物死亡。在有水分存在的情况下，蛋白质更易受热凝固变性。湿热灭菌法就是按被灭菌物品的性质不同，选择各种不同温度的湿热蒸汽进行灭菌，在同一温度下比干热杀菌效力大，这是因为：(1)在湿热下，菌体吸收水分，蛋白质容易凝固。因为凝固蛋白质所需的温度与蛋白质的含水量有关，蛋白质含水量增加，所需凝固的温度就降低。卵蛋白含水量/%在30min内凝固所需的温度/℃50562574～801880～9061450160～170灭菌方法温度／℃时间透过布层的温度／℃灭菌结果／h20层40层100层干热湿热130~140105．343851017210170以下101．5不完全完全通用的湿热灭菌法有以下几种。〔1〕煮沸灭菌法这种灭菌方法是将要消毒的物品放在水中煮沸(100℃)15～20min，一般微生物的营养细胞即可杀死，但不能杀死芽孢，要杀死芽孢必须煮沸1～2h，如要加速芽孢的死亡，可在水中添加0.5％石炭酸或碳酸钠。该方法适用于一般食品、器材、器皿等的消毒。〔2〕巴氏灭菌法有些食品经煮沸或用更高的温度处理会损害其营养价值和色香味，为防止之那么采用本法处理，以到达消毒或防腐的目的。将待消毒的物品，在60～62℃加热30min或在70℃加热15min，以杀死其中病原菌和一局部微生物的营养体。如牛奶、啤酒、黄酒、酱油、醋等食品均用此法灭菌。啤酒灭菌常常采用巴氏德灭菌单位Pu，即在60℃，经历lmin所引起的灭菌效应称1Pu。目前，国内熟啤酒多采用60℃20min(即20Pu)进行灭菌。采用这种低温消毒方法的具体温度和时间是根据不同物品的性状来决定的。〔3〕间歇灭菌法采用反复几次的常压蒸汽灭菌，以到达杀死微生物营养体和芽孢的目的。具体方法是将待灭菌的物品放入灭菌器或蒸笼中加热至100℃，维持30～60min可杀死微生物的营养体，然后取出冷却，放入37℃恒温箱内培养一天，使芽孢萌发成营养体，次日再以同样方法处理，如此反复3次即可。间歇灭菌法适用于不宜高压灭菌的物质，如糖类、明胶、牛奶培养基等，但此法比较麻烦，而且工作周期长〔4〕高压蒸汽灭菌法工业发酵菌种培养及生产过程培养基、管道和设备的灭菌主要利用此方法。一般在0.1MPa蒸汽压〔对应温度为121.0℃〕下处理15～30min，即可到达灭菌目的，可杀死各种微生物与芽孢。蒸汽压力相应温度/℃kPa1b/in2kg／cm234.4768.95103.42137.9172.84206.84510152025300.3520.7031.0551.4061.7562.109107.7115.5121.6126.6130.5134.44.放射性灭菌法通常用紫外线、x射线和γ射线等进行灭菌，以紫外线最常用。紫外线对芽孢和营养细胞都能起作用，缺点：细菌芽孢和霉菌孢子对紫外线的抵抗力强，而且紫外线的穿透力低，只能用于外表灭菌，对固体物料灭菌不彻底，也不能用于液体物料灭菌。一般用于无菌室、培养室等空间灭菌。通常用紫外线、高速电子流的阴极射线、X射线和γ射线等进行灭菌，以紫外线最常用。波长在200～300nm之间都有杀菌作用，尤以250～270nm的杀菌作用最强。但不同种微生物对不同种波长紫外线的敏感度不一样，致死剂量大小也有差异。一般用30W紫外线灯照射30min，温度高，杀菌效率高；湿度大，灯的使用寿命长；空气中悬浮杂质多，杀菌效率低。紫外线对微生物的主要效应是使DNA链断裂，破坏核糖与磷酸的链接，引起DNA分子内或分子间的氢键断裂，造成微生物菌体死亡。5.化学药品灭菌法高锰酸钾溶液：灭菌作用是使蛋白质、氨基酸氧化，使微生物死亡,常用浓度为0.1%-0.25%。漂白粉：杀菌作用是次氯酸钠分解为次氯酸，后者不稳定，在水溶液中分解为新生态氧和氯，使细菌受强烈氧化作用而导致死亡，对杀死细菌和噬菌体均有效。杀菌用的漂白粉：低标准漂白粉〔含30%有效氯〕、高标准漂白粉〔含70%有效氯〕和商品次氯酸钠溶液〔含15%有效氯〕。75%酒精溶液：杀菌作用在于使细胞脱水，引起蛋白质凝固变性,对营养细胞、病毒、霉菌孢子均有杀灭作用，但对细菌芽孢的杀灭能力较差。常用于皮肤和器具外表杀菌。类别消毒剂常用浓度应用范围醇酸碱酚醛氧化剂去垢剂乙醇乳酸食醋石灰水石炭酸来苏尔福尔马林KMnO4氯气漂白粉新洁尔灭70％0．33～1mol／L3～5mL/m31％～3％5％3％～5％10％0．1％～3％3％1％～5％1：50皮肤消毒用于空气喷雾消毒熏蒸空气消毒厕所、厂房周围灭菌空气喷雾灭菌皮肤消毒接种箱、厂房灭菌器具灭菌自来水灭菌洗刷培养室、饮水消毒皮肤消毒，不能遇热的器具灭菌1、培养基灭菌条件的选择培养基灭菌过程中，在微生物被杀死的同时，培养基成分也受热破环。因此选择适宜的灭菌条件是关键性问题。在生产过程中灭菌条件选择的原那么是即能到达灭菌目的，又能使培养基成分破坏减至最小。〔1〕培养基灭菌温度和灭菌时间的选择用湿热灭菌方法对培养基灭菌时，加热的温度和时间对微生物死亡和营养成分的破坏均有作用。将芽孢杆菌和为维生素B2放在一起灭菌的试验发现，当温度升至118℃，加热时间为15min，可杀死99．99％的细菌芽孢，维生素B2的破坏率为10%；在温度120℃下加热1．5min，细菌芽孢的死亡率仍为99．99％，而维生素的破坏率为5％。由此看来，采用高温快速灭菌方法，既可到达杀死培养基中的全部有生命的有机体，又可减少营养成分的破坏，〔三〕培养基的灭菌方法b由喷射加热、维持管和真空冷却器组成的连续灭菌系统。此系统灭菌时，蒸汽直接喷入待灭菌的培养液，培养液急速升温至预定灭菌温度，培养基在该温度送入维持管维持一定时间后，通过一定膨胀阀进入真空冷却器而急速冷却。此流程能保证培养基先进先出，防止过热和灭菌不彻底的现象。直接蒸汽灭菌的优点是：升温快，营养成分损失小；缺点是灭菌鞋程中随着蒸汽的冷凝使培养基稀释。第五节空气除菌〔一〕空气中微生物的分布一般寒冷的北方比暖和、潮湿的南方含菌量少；离地面越高含菌量越少，高度增加10米，微生物数量减少一个数量级；工业城市比农村空气中含菌量高。设计时以含量为103～104个进行计算。〔二〕发酵对空气无菌程度的要求根据所用菌种的生长能力强弱、生长速度快慢、菌种分泌物的性质、发酵周期的长短、培养物的营养成分和pH值的差异而确定。一、通气发酵对无菌空气的要求二、空气除菌的方法

第六节发酵工艺过程的控制微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而且受制于微生物生长代谢的环境条件。因此，为使发酵生产发挥其最正确水平，在发酵过程中必须对菌种的生理代谢状况及影响菌种生长的环境条件加以控制。一、发酵过程中的代谢变化1、微生物代谢产物类型一类是微生物代谢产生的，并是微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物，称为初级代谢产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、多糖、核酸等；另一类也是微生物代谢的，这些代谢产物不是生长所必需的，但可能对产生菌的生存有的价值，或者说与菌体的生长繁殖无明确关系，这类代谢产物称之为次级代谢产物，如抗生素、生物碱、色素等。2、发酵操作方式及发酵过程的代谢变化微生物发酵过程中代谢变化的规律可用代谢曲线来反映，将发酵过程中微生物菌体生长、发酵参数(培养基和培养条件)和产物形成之间的关系随时间的变化过程绘制成图，就是代谢曲线。采用不同的发酵操作方式，微生物代谢变化规律也不同，根据操作方式的不同，发酵过程主要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。二、发酵操作方式

1.与生长相关联型指微生物的比生长速度(单位重量微生物在单位时间的生长素度)与目的产物的比生产速度正比，产物量与生成量同时到达最大。一般为初级代谢产物。例如，单细胞蛋白和葡萄糖酸、酒精发酵等，但也有微生物合成的某些酶类。2.与生长局部相关联型这类代谢产物也是来自能量代谢所用的基质，但产物在菌体生长到达一定水平后开始形成，其分批发酵出现两个顶峰，先是出现基质消耗和菌体生长的顶峰，没有或很少形成产物，然后是菌体生长进入静止期，出现产物形成的顶峰，即产物形成和菌体生长根本分开，例如，柠檬酸和某些氨基酸的发酵。3.与生长不相关联型有些发酵过程，产物的形成速度与细胞的积累量有关，产物合成速度与菌体量成正比。这类产物来自两步代谢途径，而不是来自分解代谢途径，在基质消耗和菌体生长之后，菌体利用中间代谢反响来形成产物，初级代谢和产物形成完全分开，如许多抗生素的发酵。优点：①它可以解除营养物基质的抑制、产物反响抑制效应。②对于好氧发酵，它可以防止在分批发酵中因一次性投入糖过多造成细胞大量生长、耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况，还可以在某些情况下减少菌体生成量，提高有用产物的转化率。③在真菌培养中，菌丝的减少可以降低发酵液的黏度，便于物料输送及后处理。④与连续发酵相比，它不会产生菌种老化和变异问题，其适用范围也比连续发酵广。

〔一〕真菌多糖真菌多糖不但能治疗机体因免疫系统受到严重损伤而出现的癌症和多种免疫缺损疾病，还能诱导干扰素的产生，而且真菌多糖作为药物，对体细胞的毒性极小。真菌多糖除了临床上可用于癌症的免疫治疗，其独特的保健作用也为真菌多糖特别是食用菌多糖在食品工业上的开发利用开辟了广阔的市场前景。例如，灵芝多糖、香菇多糖、金针菇多糖、冬虫夏草多糖。第八节发酵工程在食品工业中的应用一、发酵工程与功能性食品实例一谷胱甘肽〔简称GSH〕一种具有多种重要生理功能的活性肽，它是谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成，存在于动物、大多数植物细胞及微生物中。谷胱甘肽〔GSH〕的分子结构中含有一个活泼的巯基－SH，易被氧化脱氢，因而GSH具有抗氧化性，能去除自由基，使生物大分子、生物膜免受损害。谷胱甘肽能够作为多种酶反响的辅酶，对生物分子蛋白质的巯基有保护作用，可维持某些酶的活性。临床上谷胱甘肽被用作治疗肝病、重金属中毒、放射线损伤等的药物。谷胱甘肽作为一种多功能的生物活性物质，在食品、医药等领域的应用前景广阔，市场需求量日渐增大。〔三〕功能性不饱和脂肪酸1.γ-亚麻酸〔GLA〕〔1〕γ-亚麻酸及其生理功能γ-亚麻酸是一种有18个碳原子、含3个不饱和双键的直链脂肪酸，为全顺6,9,12-十八碳三烯酸，[CH3(CH2)4CH＝CHCH2CH＝CHCH2CH＝CH(CH2)4COOH]，是人体必需的三种不饱和脂肪酸〔亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸〕之一。作为合成人体前列腺素的前体物质，在人体内扩张血管、抑制血液凝固、调节体内胆固醇代谢及增强免疫功能等方面起着十分重要的作用，被认为是具特殊医疗保健作用的营养素。临床已将γ-亚麻酸用于预防和治疗动脉粥样硬化、血栓、高血脂及高血压、糖尿病等疾病。〔2〕γ-亚麻酸的发酵生产GLA的来源过去以从月见草子中提取为主，但是月见草种子的产量和含油量不很稳定，受气候、产地等条件的影响较大，且精炼本钱高，不能满足市场的需求。20世纪80年代初，世界各国学者开始寻求利用微生物资源来生产γ-亚麻酸。许多微生物包括被孢霉属、根霉属、鲁氏毛霉之类真菌，曲霉属和螺旋藻属的某些菌株能产生含γ-亚麻酸的油脂。螺旋藻属含有10%类脂物，其中γ-亚麻酸占类脂物总量的20%～25%。被孢霉属的真菌产油脂能力较高，其中有的形成γ-亚麻酸占总油脂的含量可达8.3%。海洋绿藻中的小球藻菌株产γ-亚麻酸的含量占总脂肪酸的37.9%。〔3〕γ-亚麻酸在食品工业中的应用γ-亚麻酸除在医药上治疗人体心血管系统疾病外，还具有一定的减肥疗效，可作为保健食品的有效成分或作为食品添加剂加到饮