发酵技术论文范文

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第1篇

1选取合适的教材

发酵工程优秀教材很多，像《微生物工程工艺原理》、《微生物工程》、《发酵工艺原理与技术》、《生物工艺学》、《现代工业发酵调控学》、《发酵工艺学》等，我们在前些年的教学过程中也选用了多个版本的《微生物工程》，结合我校生物技术专业学生的知识体系和培养方向，目前我们选用全国高等学校发酵工程专用教材、教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材华南理工大学姚汝华教授编写的《微生物工程工艺原理》，此书按照发酵工艺操作单元的先后顺序排布各章，脉络清晰，系统性好，该书在难易程度上很适合我们的学生，但是该书侧重于发酵机制的讲授，发酵工艺和设备没有涉及。因此，在前期教学积累的基础上，我们授课团队正在努力编写一本适合于我们自己的教材，增添发酵工艺及设备，以及基因工程产品的发酵工艺。同时为提高学习的广度和深度，为学生推荐了《发酵工艺原理》、《发酵设备》、《发酵工程实验技术》等参考书。

2开展发酵工程实验，提高学生综合素质

发酵工程是利用工业微生物的特定性状和功能，通过发酵过程来生产目的产物或将生物直接用于工业化生产的技术体系，是建立在发酵工业基础上，与化学工程紧密结合的一门学科，它是连接生命科学研究与应用的桥梁[7]。在基因工程和细胞工程的应用中，要想把定向改造的物种转化成产品，也需用到发酵工程技术。发酵工程实验开展的场所是发酵罐，这是发酵工业独有的特点，同时有一套严密的工艺流程让发酵原料通过菌种吸收转化成我们所需要的发酵产品，发酵周期长，步骤繁多。通过发酵工程实验课程的学习，培养学生实际动手操作能力，让学生亲自动手操作发酵罐，开展发酵罐空消和实消操作，以及常规发酵产品如酒精、柠檬酸、青霉素的发酵，使学生真正的达到学以致用，同时又锻炼了学生的自主性、创作性和责任心。师范院校的理科学生，普遍缺乏工艺概念，但他们又非常渴望了解真正的生产过程。我们针对发酵工程的主要内容，组织学生到啤酒厂、白酒厂、制药企业开展生产实习，使学生亲自到白酒、啤酒和药物的生产线上了解工艺流程，切切实实的把课堂上学到的理论知识与生产工艺联系起来，学生反映收获很大。总之，发酵工程实验集成度较高，牵涉到生物化学、微生物学、分析化学、有机化学、发酵工艺学、化学原理等学科的实验内容，有别于普通实验课程的是工厂生产实习，真正做到理论实践相结合，最终达到学以致用的培养目的。

3改进教学方法，切实提高学生创新能力

教学方法的改革，首先取决于教师本身的学术水平和综合素质的提高，教学方法改革服从人才素质培养，以大面积提高教学质量为目标，和教学内容的改革密不可分。生动、丰富的教材，有价值的有说服力的理论，以培养学生学习和实践的态度、思维以及能力的开放式教学，无疑会激发学生的学习兴趣。从某种意义上说教学的目的是教会学生“学会学习”，“授人以鱼，不如授人以渔”。

3.1案例教学

发酵工程是一门实验实践极强的学科，知识的归纳和总结是建立于具体的发酵机制和工艺案例的基础上。在授课过程中，典型的案例不仅使课堂生动形象，而且使学生容易理解和记忆，触类旁通，达到知识迁移的目的。例如在讲青霉素的发酵这部分内容时，通过详细讲解青霉素的发现，引出伟大的科学家弗莱明，进而讲解青霉素发酵的发酵机制、过程控制、提取及纯化相关内容，学生被激起兴趣，学起来也容易接受。学习之后，可以引导学生进行讨论，如抗生素的种类、我们生小病的时候用到了哪些抗生素、抗生素对能治疗那些疾病、滥用抗生素有何危害等等问题，使学生从思想上真正理解“抗生素是一把双刃剑”，从而在以后的生活中学以致用，进而影响身边的人及下一代合理利用抗生素，为社会进步做出贡献。

3.2启发、讨论式教学

讲课的过程中首先讲授难点、重点，善于提出问题，让学生跟着老师的思路走，随着一个又一个的问题启发学生思考、归纳、总结。比如在讲授发酵过程的控制这部分内容开始时，引入酸奶的发酵。酸奶在生活中很普遍，同学们也不陌生，有的同学家做过酸奶，因此对酸奶的发酵还有一点常识，接受起来更容易一些。首先提出问题，酸奶发酵的原料和菌种从哪里来？酸奶发酵是好氧发酵还是厌氧发酵？发酵多长时间合适，夏天和冬天发酵时间一样吗？通过这些问题，启发学生思考讨论，最终引出酸奶的发酵工艺及注意事项，随后在实验课时让每位同学亲自动手做一款自己喜欢的酸奶，巩固和吸收理论学习。

3.3比较归纳教学法

比较式教学法通过对不同知识点的对比分析，找到其相同和不同处，在比较的过程中对知识点归纳概括，有助于从本质上理解和记忆知识。比如在讲授培养基的制备过程中，让学生比较种子培养基与发酵培养基的相同点和不同点，说出两种培养基C/N比有何不同及不同的原因是什么。又比如在讲培养基的灭菌时，在讲述了分批灭菌和三种常见的连续灭菌流程连消塔——喷淋冷却流程、喷射加热——真空冷却流程、薄板热交换器连续灭菌流程之后，让学生对分批灭菌和连续灭菌进行对比总结，学生就容易理清楚，弄懂复杂的内容。

4优化考试模式，重在平时学习的思考与探讨

在发酵工程实验及理论教学考核方法中，一是包括到课情况。在开课之前详细向学生讲述发酵工程课程在生物技术专业的应用及其重要性，课程的讲授和考核方式，通过到课率来约束学生学习及实验的自觉性。二是考核内容和考核方式多样化，加强课堂考核、作业考核，平时考核与期末考核成绩的比例由原来的3∶7加大到6∶4，综合反映发酵工程课程实践性强的特色。三是实践教学实施“以考促训，以赛促练”，强化技能培养，规定技能考试不过关，不允许参加理论考试。四是在教学中注重因材施教和个性化培养。

5小结

第2篇

1.1材料及仪器原材料：红糁、汾酒大曲、FJ-5酵母菌（生香酵母）。仪器设备：Agilent7890N气相色谱仪，美国Agilent公司；UV-5200紫外分光光度计，上海精密仪器有限公司；ENLOG-TMEX-T自动温度记录钮扣系统；傅立叶近红外光谱仪InfraxactLab。

1.2酵母菌培养基活化培养基：黄豆芽10g、葡萄糖5g、水100mL、琼脂1.8g、自然pH值。富集培养基：黄豆芽10g、葡萄糖5g、水100mL、自然pH值。

1.3分析方法总酯测定：按GB/T10345—2007方法进行。乙酸乙酯测定：利用Agilent7890N气相色谱仪进行检测。色谱条件：进样口温度230℃，载气He（99.999%）；恒流1.0mL/min，分流比50:1，进样量1uL；程序升温，初始温度60℃，保持1min，以5℃/min升至155℃，再以3℃/min升至180℃，保持10min。感官品评：按照标准感官分析方法GB10345-2007进行。

1.4实验步骤在公司同一个实验班组上进行，以保证实验过程当中工艺操作的一致性。实验分4组实验进行，以正常大生产为对照。实验组间除了FJ-5菌液（OD值为1.6～1.8,620nm处测定）用量不同外，其它因素全部相同。各组实验配料、堆积时间、堆积规格等参数结果见表1。每个实验组分别连续重复实验5d，其他未涉及工艺参数参照汾酒传统工艺执行。

2结果与分析

2.1发酵品温变化规律白酒酿造过程酒醅品温变化规律或是紊乱能够直接反映材料发酵情况是否正常。而发酵材料当中酵母菌、细菌等功能微生物有序代谢、有序放热正是酒醅品温有规律变化的一种内在驱动。从图1中各实验组品温的变化来看，堆积过程中，实验4组的最高品温变化可达到36℃，超过了酵母菌最适宜的生长温度。而实验1、实验2、实验3三组在堆积过程当中的最高品温并未超过33℃。而且实验3组的最高堆积品温要比实验1和实验2组高出2℃～3℃。分析可能实验3的酵母菌强化剂量与材料堆积规格的匹配对于提供酵母菌适宜的生长代谢温度较其他3个实验组更加合理所致。发酵进入地缸以后，除实验4组明显没有遵循汾酒发酵“前缓、中挺、后缓落”的品温变化规律外，其它实验组均与正常大生产酒醅表现出相似的品温变化趋势。而且由于实验组材料有前期堆积富集微生物的过程，所以整体上来说实验组特别是实验1和实验3组材料的顶火时间要比正常大生产要长2～3d。

2.2堆积发酵过程中酵母菌数量分析材料堆积过程中一方面可以提供酒醅本身携带的酵母菌一个有氧环境，使其进行数量的大量繁殖；另一方面，通过堆积，也可网罗一部分空气当中的酵母菌[9]。通过微生物平板培养计数，结果如图2所示。图2结果表明，实验4组由于堆积过程当中堆积温度超出了酵母菌最适宜的生长温度，导致在堆积过程当中，其酵母菌数量最高仅达4.15×106cfu/g，远远低于实验1、实验2、实验3组中酵母菌的数量。其中，实验3组当中酵母菌富集效果最好，达到了3.72×108cfu/g，结合图1中的品温情况，说明要保证后期发酵材料的较高的顶火温度和较长的顶火时间，前期的堆积过程必须控制好堆积温度，堆积温度最好不要超过酵母菌等微生物的最适生长温度。

2.3在制品（15对时）酒度、出酒数量对比清香型白酒酿造过程当中，7~15对时这个阶段，是酒精发酵的主要阶段，15对时之后，随着酒醅中酒度、酸度的积累，对大多数酵母菌生长代谢造成负面影响，一般酒醅中酒精含量变化不是很大。所以15对时的酒精度可代表酒醅发酵过程当中整体酒精生成量的多寡。图3中数据可以看到，实验组15对时酒精度均低于正常大生产。通过t检验显著性分析，其中实验1、实验2、实验3组分别与正常大生产15对时酒度在0.05水平下p值（0.23、0.45、0.28）均＞0.05,差异性不显著。而实验4组酒醅15对时酒度与正常大生产显著性分析p值（0.03）＜0.05,差异性显著。分析实验1、实验2、实验3组酒醅15对时酒精度略低于正常大生产的原因在于实验组在堆积过程中散失了部分水分有直接关系。而实验4组酒醅产酒精量较少可能是由堆积过程中过高的堆积温度杀死了一部分产醇酵母菌所引起的[10]。出酒数量方面，各实验组最终出酒数量多寡基本与15对时酒精度的对比情况一致，结果见图4。

2.4原酒总酯、乙酯/乳酯比值及感官品评结果

2.4.1原酒总酯、乙酯/乳酯比值结果分析原酒中总酯含量的高低在很大程度上决定了酒液放香特点是否良好，此外，汾酒中乙酯与乳酯的比例对于保证清香风格有重要作用。目前清香白酒的生产实践表明，适当提高乙酯与乳酯的比例对于酒体品质的改善有十分积极的作用。从图5中数据可以看到，4个实验组中实验3组所产原酒总酯含量最高，可达8.3g/L，比正常大生产的4.7g/L高出76.6%。而实验1和实验2组总酯含量相当，分别是7.3g/L和7.5g/L。其中，实验4组在四个实验组中总酯含量最低，但比正常大生产也高出19.1%。这说明堆积发酵结合生物工程技术强化生香酵母的方法是一种切实可行的提高汾酒总酯含量的方法。从图6中各实验组及对照组乙酯/乳酯的比值数据可以看到，通过实验组乙酯与乳酯的比值均有不同程度的提高，其中实验3所产乙酯/乳酯比例提高最多，高达1.5。

2.4.2实验组感官品评分析根据1.3方法对各实验酒样进行品评，结果见表7。结合表7描述，可以看到实验原酒普遍较正常大生产原酒表现出更明显的苹果香，清香风格典型。而且实验3所产原酒经品评放香、口感均比较理想。

3结论

3.1经中试实验可知，采用将3‰的FJ-5酵母菌液强化到正常汾酒配料当中，堆积发酵2d之后再进行入缸发酵的方法可较大程度地提高汾酒的总酯含量，提高幅度高达76.6%，能够很好地保证和提升汾酒品质。

3.2通过堆积发酵结合生物工程技术强化发酵体系中生香酵母数量的方法可在一定程度上提高汾酒中乙酯/乳酯的比值，最高可提高至1.5，在提高总酯的同时，实现了“增乙降乳”的目的，可大大地提升了汾酒的放香和口感。

3.3通过实验发现，由于大多数生香酵母具有好氧繁殖、厌氧代谢的特点，通过人工强化结合堆积自然网罗微生物的方法大大地丰富了汾酒发酵体系当中生香酵母的数量，进而为发酵后期提高汾酒总酯含量和产品品质打下基础。

3.4该研究在堆积时间的选择上没有进行梯度实验，堆积时间长短对于汾酒总酯含量的影响还有待进一步研究。

第3篇

关键词:生物技术;基因工程;细胞工程

现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。

(一)改良面包酵母菌的性能

面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。

(二)改良酿酒酵母菌的性能

利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。

(三)改良乳酸菌发酵剂的性能

乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DN断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。

二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用

细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。

三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用

酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。

四、小结

在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。

参考文献

[1]赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006,04:78-80.

[2]王春荣,王兴国等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技.2004,07:31.

[3]徐成勇,郭本恒等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种[J].中国生物工程杂志.2004,(7):27.