篇一：发酵工程在环境保护中的应用探讨
发酵工程在环境保护中的应用探讨
环境工程专业 李双
自然界存在着丰富的微生物种群，在生物圈物质循环中着重充当分解者的角色。微生物通过发酵作用，可以对物质进行降解与转化。因此，利用微生物发酵工程的原理与技术，净化和处理环境污染物，可以实现废物资源化，提高整体工艺的效益，降低运行成本，同时达到减轻环境污染，保护环境的目的。
发酵工程是生物技术的瓶颈，固态发酵作为发酵工程一个重要的部分，在资源环境应用研究方面取得了重要进展。
1、发酵的概念
发酵是微生物分解有机物，产生乳酸或乙醇和二氧化碳的过程，发酵必须依靠微生物酶的参与，并为微生物提供细胞生命活动所需的能量和各种细胞结构物质。工业上的发酵是泛指一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产过程。
2、发酵的特点
2.1发酵条件温和
发酵过程一般来说都是微生物及其酶作用下的生物化学反应，通常在常温常压下进行，其反应条件也比较简单温和，因此发酵的过程要素条件一般比较容易控制。
2.2发酵原料广泛
发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，还可以用许多环境中的废弃物，因此发酵原料来源广泛。可以充分利用废水和废物中的有机物作为发酵的原料进行污染物的降解利用和资源化，达到废物资源化和环境保护的目的。
2.3发酵专一性强
发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，更确切地讲，是通过微生物的酶来调节的，由于微生物的遗传特性及其酶的专一性，因此，发酵反应的专一性强，因而可以得到较为单—的发酵代谢产物。
2.4发酵的高效性
微生物优良菌种是进行发酵的根本因素，是发酵取得良好效益的关键。通过微生物诱变和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品，因此发酵具有高效性。
2.5发酵的创新性
随着科学技术的发展和人们对生物技术研究的深入，现代发酵工程除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌”来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器取而代之，自动化、连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。
3、发酵工程的原理
发酵的基本原理是单一菌种在培养基中的纯培养，因此优良菌种的选育和发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。优良菌种的选育是发酵取得良好效益的关键，因此必须采取合理的菌种选育方法，获得性能优良稳定的菌种。此外，发酵过程杂菌防治是生产成败的关键，除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。无菌操作和无菌概念要贯穿整个发酵过程的始终。
4、发酵工程的应用
微生物发酵技术已经广泛运用于环境保护的多方面，以下重点介绍几项经多年开发，已接近产业化的微生物发酵技术。
4.1亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵
亚硫酸盐纸浆废液中含有较多的木质素和相当数量的糖类，亚硫酸盐纸浆废液经过预处理后，添加N、P，在发酵罐中加入絮状酵母，通入空气搅拌，进行乙醇发酵，可生产乙醇。
4.2酵母循环系统
酵母循环系统是一种利用酵母的新式食品废水处理系统，能有效地处理废水并能回收大量的酵母菌体，从而解决了活性污泥法剩余的污泥问题。与细菌活性污泥系统相比，酵母废水系统的性能大大提高。酵母废水处理系统日处理能力达到10-15BODkg/m3，是细菌法的5-7倍，酵母污泥可在常压下脱水，无需添加药剂。
4.3废纤维素的资源化
纤维素是生物圈中数量最大的废物。目前以绿色木霉生产纤维素酶制剂，其酶活力已经得到很大的提高，并据此开发了纤维素酶解糖化工艺。此外利用纤维素肥料生产单细胞蛋白的技术也在不断地改进。80年代全世界用纤维素原料的水解液生产SCP 已达50×104t。同时利用纤维素生产乙醇，被认为是解决能源危机和减少能源污染的一条有效途径。
4.4有机固体废物的快速堆肥
我国每年由固体废弃物造成的各种经济损失达80 亿元，而这些废弃物中含有许多有利用价值的物质和能量组成，各种有机物就是其中之一。运用微生物发酵，对废弃物进行无害化、资源化、减量化处理，可以达到变害为宝，化害为利的目的。传统的静态发酵堆肥法就是将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥，使固体废弃物无害化处理的过程。有机废物经堆肥化处理后，可以成为优良的土壤改良剂和优质肥料。而高效快速的堆肥技术也是20 世纪60 年代以来国内外竞相研究的重点之一。堆肥方法已从传统的露天静态堆肥向快速堆肥法发展，如DANO工艺可以节省投资，提高处理能力。
5、发酵工程在环境保护中的应用前景展望
随着发酵工程技术在环境保护中的应用，随着全球范围内对环境保护的高度重视，为发酵工程及其技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。我国微生物发酵工程在环境保护上的应用还处于初级阶段，发酵工程技术在环保中进一步开发需要得到我们社会、同行及主管部门的广泛支持。大力开发以废物资源化为主体的微生物发酵工程技术研究，大力推进发酵工程技术在环境保护中的应用，带动整个环保科技的发展，并为环保市场提供高品质的环境保护技术，是每个环保工作者和科研人员关心和重视的课题,发酵工程在环境保护中的应用必将取得更大的成绩。
篇二：发酵技术在食品中的应用
发酵技术在食品中的应用
摘要：发酵工程是生物技术产业化的基础。随着社会的发展，发酵工程已经在许多领域起到了重要的作用，给人类带来不可估量的经济和社会效益，本文讨论了发酵工程在食品领域，并对其应用前景进行了展望。
一、发酵工程定义
Fermentation engineering：
利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品称为发酵工程，也称微生物工程。
（一）、发酵工程的内容及生产流程
现代的发酵工程包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利 用。
主要内容：包括生产菌种的选育，发酵条件的优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提取与精制等。
发酵设备
----发酵罐
（二）、微生物发酵方法
1、固体发酵法：
2、液体发酵法：
发酵过程控制：
物理参数及其控制
温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。
化学参数及其控制
pH、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和溶液成分等的在线检测和控制。生物学参数及其控制
生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性、ATP和细胞活力等的测定。
（四）、发酵产物分离过程
发酵产物：
1、微生物菌体
2、微生物酶
3、微生物代谢产物
4 、微生物转化产物
（三）、发酵操作方式以及过程控制
液体深层发酵操作方式可分为:
1、分批发酵法：向发酵罐一次性投入发酵液和菌种，一次性收获产品。
2、连续发酵法：以一定的速度连续向发酵罐中输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发酵过程。
3、中间补料发酵法：介于分批和连续发酵之间的一种发酵技术。
二、在食品工业中应用
传统的食品加工工艺一般是采用化学合成法和传统的发酵工艺。用于生产时前者虽成本低，但化学合成率低，而且可能危害人类健康；而后者产量低，质量也不能得到很好的保护，但是现代发酵工艺却能很好的解决这些问题。
（一）葡萄酒
可以通过 破碎 、发酵、 压榨、 澄清、 调味五个步骤，简易的制作红酒。其中在葡萄发酵过程不需要另外加入酵母,这是因为葡萄皮上的白霜里存在酵母菌。发酵温度控制在15～25 ℃。葡萄浆汁一般经过1 天即开始发酵。此时可观察到有微量CO2产生,经过2～3 天就有大量的CO2 放出,且皮渣上浮,如用嘴尝果汁,会感觉到甜味渐减,酒味渐增
（二）啤酒
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。现在国际上的啤酒大部分均添加辅助原料。有的国家规定辅助原料的用量总计不超过麦芽用量的50%。在德国，除出口啤酒外，德国国内销售啤酒一概不使用辅助原料。在2009年，亚洲的啤酒产量 约5867万升，首次超越欧洲，成为全球最大的啤酒生产地。
（三）酱油的生产
传统制取酱油需以大豆为原料,经过熬制,发酵、淋取等工艺,不但工艺程序多,而且成本高,我处经过数年研究独创的用科学配方生产的五香酱油,包香俱全,酱香浓郁,比传统的老方法投资小,收入大.制取方法简单,且不以大豆为原料,不用设备不用粮,也不发酵,而且由于加添五香调料,既能加强酱油防腐作用,又能使胃口大开,从而大增加食欲,是理想酱油制作方法。
（四）食品添加剂
用于改善食品品质、延长食品保存期、便于食品加工和增加食品营养成分的一类化学合成或天然物质。
常用发酵类食品添加剂包括防腐剂如纳他酶素和乳酸链球菌素，增稠剂如黄原胶，酸度调节剂如乳酸和苹果酸，酶制剂如淀粉酶和糖化酶。
日常使用的发酵粉就是食品添加剂 ，例如小苏打类的。
在食品中含有添加剂是很正常的。对人体有害指的是添加剂的含量的多少而已。关于使用食品添加剂，不能说对人体一定会有害。
三、应用前景
2050年全球人口将达90亿 人造肉或解决食品危机。
未来食品微生物发酵有很大的发展空间。微生物制造是有发展的特点和投资的热点，发展方向比较广，不过在发展过程中的核心技术和资金瓶颈一直困扰着企业。
篇三：微生物发酵工程的应用
本科生毕业设计（论文）
题目
学院
专业班级
姓名学号
指导教师
2012 年11月07 日
新疆农业大学教务处制
微生物发酵工程的应用
摘要：本文对微生物发酵工程的应用进行综述。微生物发酵工程广泛应用到健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。
关键词：微生物；发酵工程；应用
微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，包括细菌、酵母菌、螺旋体、支原体、衣原体原生动物等。它们是一群形体微小、构造简单的生物，遍布于土壤、水、空气各种有机物及生物体内外，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物。发酵最初是来自拉丁语 “发泡”(ferver)这个词，是指酵母作用于果汁或发芽谷物时产生二氧化碳的现象[1]。这是最早对与发酵学的描述。法教学之父巴斯德研讨了酒精发酵的生理学意义，认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程是“是生物获得能量的一种形式”。当前从发酵工业角度来看，发酵是借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备为生物体本身，或其代谢产物的过程统称为发酵[2]。
微生物20世纪上半叶微生物学沿着应用微生物学和基础微生物学方向发展。20世纪70年代以来，它已与基因重组、细胞融合、蛋白质工程等新技术相结合，发展成为现代微生物发酵工程。它是微生物发酵和工程技术的巧妙结合并广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。本文对微生物发酵工程的应用进行综述。
1 微生物发酵工程原理
发酵工程从分为菌种、发酵和提炼等三个阶段。发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上，生物学原理是发现发酵工程最基本的原理。
发酵原理的核心内容是微生物复杂系统运行的自然规律（即微生物生命活动的三个基本假说）。细胞经济假说（生命活动的法则，控制） 揭示细胞经济的运行原理，它们体现了细胞代谢活动的自主性。以面包制作过程中的发酵过程为例谈谈发酵原理。面包在制作的过程中首先需要面团的发酵，促进面团体积的膨胀。面团发酵的过程是一系列物理、化学变化的过程，发酵所产生的气体均匀分布在面团中；在各种生物酶的作用下，面团中的双糖和多糖转化成糖，在适宜的温度、水分、pH 值以及必要的矿物元素环境下，酵母直接利用单糖进行新陈代谢，酵母发酵的过程伴随产生的各种复杂化学芳香物质。
1.1 发酵条件控制
1.1.1 温度的控制
面团的发酵温度一般控制在26~28℃之间，最高不超过30℃。温度越高，酵母的产气量越高，发酵的速度越快。实践证明26~28℃时，酵母的产气能力大，发酵耐力强，产气量比较均匀，面团的持气能力比较大；当温度超过30℃时，酵母的量大，产气的速度过快，不利于面团的持气和充分膨胀，也容易引起面团中其他杂菌的繁殖而影响面包的品质。
1.1.2 湿度的控制 湿度在85％左右最为适宜。
1.1.3 时间的控制
发酵时间随面包的品种和加工的工艺有关，时间从1小时到五六个小时不等，通常发酵时间的控制以面团充分发酵达到标准的时间为准[3]。总之发酵过程就是微生物发生的一系列物质和能量代谢的过程，其中控制好发酵的条件是发酵技术成功与否的关键环节。
2 微生物发酵工程的应用
2.1 微生物发酵在医药研究中的应用
医药发酵以适宜的培养基为营养,通过微生物的生长代谢和生命活动产生丰富的次生代谢产物。借鉴中医药组方思想 ,药物经过发酵炮制后改变药物的原有性能 、增加或产生新的疗效、降低毒副作用等[4]。
微生物发酵应用于中药的研究有以下几个方面
2.1.1 提高有效成分含量
微生物分布广 、种类多,可利用医药中的成分为营养进行分裂 、生长 、繁殖和代谢，有着非常强大的分解转化物质的能力，因此在适当的条件下对中药进行发酵,能够极大地提高有效成分的含量。汤兴利等对盾叶薯菠采用预发酵,其有效组分薯预皂昔元的产率明显提高[5]。
2.1.2 增强药材的疗效
现代发酵工程是利用微生物对 中药有效成分进行酶催化 ,使其性能发生相应改变的生物转化反应 。黄靖等对灵芝发酵液进行抗肿瘤作用研究 ,结果表明灵芝发酵液 ( GLF ) 能显著延长腹水瘤小鼠的生存期( P < 0.0 5 ),对实体瘤具有显著抑制作用 ,抑瘤率为64.84% ( P < 0.0 1 ) [6]。
2.1.3 降低毒副作用
微生物的生长代谢旺盛,能够产生丰富的此生代谢产物 ,将医药中的有毒物质进行分解,从而降低药物 的毒副作用。大黄具有泻热通肠 ,凉血解毒,逐痕通经之功效。大黄生用泻下作用峻烈 ,易引起腹痛、恶心等胃肠道反应。其有效成分为结合性葱醒衍生物,而游离型蕙醒泻下作用极弱 。戴万生等利用酒精酵母、面包酵母发酵,使大黄的结合型蕙酿含量降低,游离型蕙醒含量大大增加 ,降低 了大黄的毒副作用 ,缓和了大黄的泻下作用[7]。
2.2 微生物发酵在医药研农业中的应用
农业是我国国民经济的基础，农业生产中饲料和粮食一直是我国国民经济的薄 弱环节。长期以来，饲料资源短缺的问题一直制约着我国畜牧业的发展。因此， 发展高效饲料工业，生产生态健康型饲料是当务之急。
近年来随着生物工程科学的进步利用微生物发酵来开发新型饲料资源生产蛋白质饲料和新型添加剂越来越受到人们的重视，特别是进入21世纪后，利用微生物生产的饲料蛋白、酶制剂、氨基酸、维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料产品的使用使发酵工程技术在饲料工业中得到了更广泛的应用，可以弥补常规饲料中容易缺乏的氨基酸，而且能使其他粗饲料原料营养成份迅速转化达到增强消化吸收利用效果。
2.3 生物发酵在食品行业中的应用
微生物发酵是早发现和应用的食品加工技术之一。许多传统的发酵食品，如酒、豆鼓、甜酱、豆瓣酱、酸乳、面包、火腿、腌菜、腐乳以及干酪等已有几百年甚至上千年的历史。１８９６年丹麦哥本哈根嘉士伯酿酒厂就已经用纯种酵母生产了。近几十年来，随着分子生物学和细胞生物学的快速发展，现代发酵技术应用而生。传统发酵技术与ＤＮＡ重组技术，细胞（动物细胞和植物细胞）融合技术结合，并微生物发酵与食品行业迅速的融合发展。
发酵工程在在食品工业上主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。 食品工业中，不仅利用微生物生产食品产品，而且还把它作为食品卫生标准中的检测指标之一来判断食品的卫生质量，从而有效地保证了产品质量，更好地指导消费和保护人类的身体健康 。目前全球发酵产品年销售额400亿美元左右，比以每
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