利用微生物如何發酵生產檸檬酸和味精

A. 檸檬酸發酵的生產工藝過程

1、菌種培養

在4～6波美度的麥芽汁內加入25％至30％的瓊脂，然後接入黑麴黴菌種（無茵操作），在30～32℃條件下培養4天左右。這種培養方法稱為「斜面培養」。

將麩皮和水以1：1的比例摻拌，再加入10％的碳酸鈣、0．5％的硫酸銨，拌勻後裝入容量為250毫升的三角瓶中，用1．5公斤壓力滅菌60分鍾。接人斜面培養法培養出的菌種，培養96～120小時後即可使用。

2、原料處理

濕粉渣必須經過壓榨脫水，使含水量在60%左右；乾粉渣含水量低，應按60％的比例補足水分；結塊的粉渣需粉碎成二至四毫米顆粒。然後加入2%碳酸鈣、10％至11％的米糠，摻勻後，堆放2小時，再進行蒸煮。

蒸煮可採用加壓蒸料和常壓蒸料兩種方式。加壓蒸料最好用旋轉式蒸鍋，常壓蒸料可用固定式蒸鍋或固定式水泥蒸鍋。先用揚麩機將蒸煮好的料破碎，再加入含抗污染葯品的沸水。

3、接種、發酵

當磷溫冷卻到37～40℃時，接入菌種懸浮液。接種後，送入曲室發酵(此時料溫不得低於27℃)。生產過程一定要嚴格無菌操作。發酵室要注意消毒，定期用甲醛或硫磺熏蒸，其用最好甲醛為10毫升／立方米，硫磺為25克／立方米。

4、發酵工藝條件的控制

(1)發酵過程中沒有解決注意適當通風，因黑麴黴菌是喜空氣細菌。

(2)發酵室內的相對濕度應保持在86％至90％之間。

(3)注意發酵過程中的溫度控制。整個發酵過程分為三個階段：第一階段為前18小時，室溫在27～30℃之間，料溫在27～35℃左右；第二階段為18～60小時，料溫為40～43℃，不能超過44℃，室溫要求33℃左右；第三階段為60小時料溫在35～37℃左右，室溫為30～32 ℃。

5、浸取檸檬酸

將曲料放人浸取缸，用溫度90℃以上的水連續浸泡五次，每次浸泡約1小時。當浸液酸度低於0.5%時，停止浸泡進行出渣。將浸液倒入搪瓷禍，加溫至95℃以上，保持10分種後，停止加熱，讓其靜置沉澱6小時。

6、清液中和

將經過沉澱的清液移入中和罐，加溫至60℃後，加入碳酸鈣中和，邊加邊攪拌。檸檬酸與碳酸鈣形成難溶性的檸檬酸鈣，從發酵液中分離沉澱出來，達到與其它可溶性雜質分離的目的。

加完碳酸鈣後，升溫到90℃，保持半小時待碳酸鈣反應完成後，倒入沉澱缸內，抽去殘酸，再放入離心機脫水，用95℃以上的熱水洗滌鈣鹽，以除去其表面附著的雜質和糖分。

在這里要重點檢查糖分是否洗凈（洗凈的檸檬酸鈣鹽最好能迅速進行酸解，不要過久貯放，否則會因發霉變質造成損失。如因故不能及時處理，要晾乾後再存放），方法是將1～2%的高錳酸鉀溶液滴一滴到20毫升洗水中，3分鍾不變色即說明糖分已基本洗凈。

在清液中和過程中，控制中和的終點很重要，過量的碳酸鈣會造成膠體等雜質一起沉澱下來，不僅影響檸檬酸鈣的質量，而且給後道工序造成困難。

一般按計算量加入碳酸鈣（碳酸鈣總量=檸檬酸總量×0．714），當pH為6．5～7．0，滴定殘酸為0．1～0．2％時即達到終點。一旦加過了碳酸鈣量，需要補加發酵或母液。

7、酸解與脫色

酸解是將已洗凈的難溶性的檸檬酸鈣與烈士作用，生成檸檬酸與硫酸鈣。反應式如下: Ca(C6H5O7)2+3H2SO4=2C6H8O7+3CaSO4

8、濃縮、結晶

將脫色後過濾所得清液，用減壓法濃縮（要求真空度在600～740毫米汞柱，溫度為50～60℃）。檸檬酸液濃縮後，腐蝕性較大，因此多採用搪瓷襯里的濃縮鍋。濃縮液的濃度要適當，如濃度過高，會形成粉未狀；但濃度過低，也會造成晶核少，數量少，母液中殘留大量未析出的檸檬酸。

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因為檸檬酸有溫和爽快的酸味，普遍用於各種飲料、汽水、葡萄酒、糖果、點心、餅干、罐頭果汁、乳製品等食品的製造。在所有有機酸的市場中，檸檬酸市場佔有率 70%以上，調味劑，也可用作食用油的抗氧化劑。

同時改善食品的感官性狀，增強食慾和促進體內鈣、磷物質的消化吸收。無水檸檬酸大量用於固體飲料。檸檬酸的鹽類如檸檬酸鈣和檸檬酸鐵是某些食品中需要添加鈣離子和鐵離子的強化劑。檸檬酸的酯類如檸檬酸三乙酯可作無毒增塑劑，製造食品包裝用塑料薄膜，是飲料和食品行業的酸味劑，防腐劑。

B. 麵包，醬油，食用醋，味精，啤酒的生產分別利用哪些微生物作發酵菌劑

酒類：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母，在厭氧條件下進行發酵，將葡萄糖轉化為酒精生產的。白酒經過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加熱後易揮發物質，如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒，發酵時酵母將果汁中或發酵液中的葡萄糖，轉化為酒精，而其他營養成分會部分被酵母利用，產生一些代謝產物，如氨基酸、維生素等，也會進入發酵的酒液中。因此，果酒和啤酒營養價值較高。
醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學合成的食品級醋酸勾兌的外，其他的則是由醋酸菌在好氧條件下發酵，將固體發酵產生的酒精轉化為醋酸生產的。由於使用的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄糖發酵過程中會產生乳酸或其他有機酸，因而使醋有不同的風味。
醬油：醬油生產以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，將上述原料經粉碎製成固體培養基，在好氧條件下，利用產生蛋白酶的黴菌，如黑麴黴進行發酵。微生物在生長過程中會產生大量的蛋白酶，將培養基中的蛋白質水解成小分子的肽和氨基酸，然後淋洗、調製成醬油產品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。
酸奶：牛奶在厭氧條件下，由乳酸菌發酵，將乳糖分解，並進一步發酵產生乳酸和其他有機酸，以及一些芳香物質和維生素等；同時蛋白質也部分水解。因此，酸奶是營養豐富、易消化，少含乳糖，是適合於有乳糖不適應症者的優良食品。
醪糟：又稱酒釀，是大米經蒸煮後，接種根霉，在好氧條件下，發酵生產的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長時會產生大量的澱粉酶，將大米中的澱粉水解成葡萄糖，同時利用部分葡萄糖發酵產生酒精。由於使用的根黴菌種不同，可以生產不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。
麵包：麵包均是利用活性乾酵母（麵包酵母）經活化後，與麵粉混合發酵，再加入各種添加劑，經烤制生產的。麵粉發酵後澱粉結構發生改變，變得易於消化、營養易於吸收。
糖果、餅干、果凍等添加了紅曲色素，以調節色澤；
果汁、餅干、麵包、點心、方便麵等添加了黃原膠，起懸浮、穩定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用；
各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶等添加了乳鏈桿菌肽，以保鮮、防腐，保存營養和改善口感等；
各種果汁、啤酒和飲料中均需使用檸檬酸或乳酸作為酸味劑調節口味、口感；
飯店、食堂和家庭製作的菜餚中常加味精或肌苷，以增加鮮味。
可以說市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，其中約70%～80%的食品添加劑是用發酵法，或發酵產生的酶，加工生產的。

C. 跪求！！！微生物酶制劑生產技術

微生物酶制劑生產技術

項目介紹：

由於酶作用的特異性強、反應條件溫和、安全性大、污染環境小，因此隨著人們對健康、環保要求的增高，微生物生產的酶制劑將更需發展，酶制劑工業大有可為。其主要使用領域約：食品佔45%、洗滌劑34%、紡織10%、造紙3%、診斷葯用等6%。本種酶制劑生產技術使用篩選所得枯草芽孢桿菌，利用澱粉質原料發酵生產澱粉酶、蛋白酶和半纖維素酶，菌種性能穩定，發酵活力高。發酵液通過不同路徑的後提取工藝可得到不同使用級別的酶制劑產品。可提供菌種及工廠設計和工藝技術。

項目類別：新工藝

技術成熟程度：已產業化

知識產權狀況：屬實用新型專利

服務方式：合作開發、技術轉讓、合作辦廠、技術服務、交鑰匙工程、其它

投入產出效益分析：投資費用可根據生產規模定。

生 產 技 術

酶制劑是由微生物產生的生物產品，其生產過程是大規模生產技術應用過程，由三大工序組成：發酵、提取、造粒。

發 酵
微生物經過DNA技術的重組，變成高效的特定酶制劑的生產菌，生產菌在丹麥批量生產並冷藏，使用前，首先要經過實驗室的擴大培養，然後接入發酵車間內的種子罐進行再次擴大培養，最後擴大培養後的生產菌進入發酵罐開始酶制劑的人工化生產。生產菌在大型的不銹鋼發酵罐內得到充分的養分和空氣，在最適合的環境中迅速成長，同時產出大量的生物酶。整個發酵過程都是由計算機自動控制完成的，發酵所用的原料主要是農產品，發酵的整個過程完全符合GMP的要求。

提 取
提取過程的主要任務是從發酵液中提取酶。這是由許多過濾和濃縮步驟完成的。首先發酵液經初步過濾後，變成澄清的含有酶的濾液，此時的濾液經進一步過濾，去除大量的水份和小分子物質後變成酶的濃縮液。如果需要，酶的濃縮液可被進一步濃縮。對於以液體出售的酶產品，提取的最後步驟是標准化和穩定化。整個提取的生產過程完全符合GMP的要求。

造 粒
固體酶（顆粒酶）廣泛應用於洗滌行業和紡織行業中。目前諾維信中國採用了全自動控制的先進特體流化床工藝來生產固體顆粒產品。在流化床中，來自提取工藝的濃縮液被以霧狀形式噴到載體表面，並得到熱空氣的乾燥。酶層以外，另有兩層包膜被以同樣的工藝過程包裹在含酶顆粒的外層，從而最終得到了自由流動，無粉塵，使用安全方便的固體顆粒產品。

眾所周知，21世紀最具發展潛力的兩大產業是信息技術（IT）和生物技術。信息技術發展迅猛，並已滲透到社會生活的各個角落。有關信息技術的報道——多媒體、互聯網、信息全球化等，不但頻頻亮相於媒體，而且與我們的日常生活息息相關。而與IT的轟轟烈烈相比，生物技術看起來卻平平淡淡，雖然基因、克隆、人類基因組計劃、生物多樣性等字眼經常見諸報端，但離我們的生活似乎還很遙遠。所以，也有專家這樣評論：20世紀不是生物技術的世紀，而是生物工程蓄勢待發的世紀，21世紀才是生物工程的世紀。克隆羊多利的誕生，人類基因組90％測序工作的完成，歐美、日本等發達國家對生物技術產業投資的逐年加大，世界各大公司生命科學產業的合並浪潮一浪高過一浪，所有這一切，都使我們相信，21世紀的的確確是生物技術的時代。

生物化學工程（又叫生化工程或生物化工）是化學工程與生物技術相結合的產物。生物化工是生物技術的重要分支。與傳統化學工業相比，生物化工有某些突出特點：①主要以可再生資源作原料；②反應條件溫和，多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效率高的生產過程；③環境污染較少；④投資較小；⑤能生產目前不能生產的或用化學法生產較困難的性能優異的產品。由於這些特點，生物化工已成為化工領域重點發展的行業。

1.世界生物化工行業的現狀

生物化工發展至今已經歷了半個多世紀，最早主要是生產抗生素；隨後，是為氨基酸發酵、舀體激素的生物轉化、維生素的生物法生產、單細胞蛋白生產及澱粉糖生產等工業化服務。自20世紀80年代起，隨著現代生物技術的興起，生物化工又利用重組微生物、動植物細胞大規模培養等手段生產葯用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等。而且，生物化工的應用已涉及到人民生活的方方面面，包括農業生產、化輕原料生產、醫葯衛生、食品、環境保護、資源和能源的開發等各領域。隨著生物化工上游技術——生物工程技術的進步以及化學工程、信息技術（IT）和生物信息學（bioinformatics）等學科技術的發展，生物化工將迎來又一個嶄新的發展時期。

生物化工行業經過50多年的發展，已形成了一個完整的工業體系，整個行業也出現了一些新的發展態勢。下面簡要描述生物化工行業的現狀。

1．1工業結構

由於生物化工涉及面廣，涉及的行業多，所以從事生物化工的企業較多。據報道，90年代中期，美國生物化工企業有：000多家，西歐有580多家，日本有300多家。近年來，雖然由於行業競爭日趨激烈，生物化工企業有較大幅度減少，但與生命科學（主要指醫葯和農業生化技術）諸侯割據的局面相比，生物化工行業依然是百花齊放，百家爭鳴。既有象諾華、捷利康等從事生命科學的世界性大公司，也有象DSM、諾和諾德等大型的精細化工公司，當然也有在某一方面有專長的小公司如Altus等。而且，由於世界大公司正把注意力向生命科學部分轉移，生物化工行業百花齊放的局面在很長一段時間內不會有什麼改變。

1．2產品結構

傳統的生物化工行業主要是指抗生素（如青黴素等）、食品（如酒精、味精等）等行業，而在目前，它已幾乎滲透到人民生活的各方面如醫葯、保健、農業、環境、能源、材料等。同時，生物化工產品也得到了極大的拓展：醫葯方面有各種新型抗生素、干擾素、胰島素、生長激素、各種生長因子、疫苗等；氨基酸和多肽方面有賴氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、脯氨酸等以及各種多肽；酶制劑有160多種，主要有糖化酶、澱粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、青黴素酶、過氧化氫酶等；生物農葯有Bt、春日黴素、多氧黴素、井崗黴素等；有機酸有檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亞麻酸、透明質酸等。還有微生物法1，3．丙二醇、丙烯酞胺等。

目前，全球生物化工年銷售額在400億美元左右，每年約以7％～8％的速率增長。從產品結構來看，生物化工領域生產規模範圍極廣，市場年需求量僅為千克級的干擾素、促紅細胞生長素等昂貴產品（價格可達數萬美元／g）與年需求量逾萬噸的抗生素、酶、食品與飼料添加劑、日用與農業生化製品等低價位產品（部分價格不到：美元／g）幾乎平分秋色。高價位的產品市場份額在50％～60％，低價位的產品市場份額在40％～50％。而且，根據近年來生物化工的發展趨勢及人們對醫葯衛生的重視來看，高價位產品的發展速率高於低價位產品。

1．3技術水平

生物化工經過80年代以後的蓬勃發展，不僅整個行業技術水平有大幅度提高，而且許多新技術也得到廣泛應用。

1．3．1發酵工程技術已見成效

據估計，全球發酵產品的市場有120～130億美元，其中抗生素佔46％，氨基酸佔16.3％，有機酸佔13．2％，酶佔10％，其它佔14．5％。發酵產品市場的增大與發酵技術的進步分不開。現代生物技術的進展推動了發酵工業的發展，發酵工業的收率和純度都比過去有了極大的提高。目前世界最大的串聯發酵裝置已達75m＼許多公司對發酵工藝進行了調整，從而降低了生產成本。如ADM（ArcherDanie1sMid1and）和Cargill公司在20世紀90年代初對其發酵裝置進行改造，將以碳水化合物為原料的生產工藝改為以玉米粉為原料，從而降低了生產成本，ADM公司生產的賴氨酸成本比原先降低了一半。

1．3．2酶工程技術有了長足的進步

酶工程技術包括酶源開發、酶制劑生產、酶分離提純和固定化技術、酶反應器與酶的應用。目前世界酶制劑從酶源開發到酶的應用都已進入了良性發展階段，各階段生產企業和用戶關系密切，合作廣泛。據報道，1998年全球工業酶制劑的銷售額為13億美元，預計到2010年將增長到30億美元，每年以6．5％的速率增長。其中食用酶佔40％，洗滌用酶佔33％，其它（主要是紡織、造紙和飼料等用酶）佔27％。

1．3．3分離與純化技術也有很大進步

影響生化產品價格的因素，首當其沖的是分離與純化過程，其費用通常占生產成本的50％～70％，有的甚至高達90％。分離步驟多、耗時長，往往成為制約生產的「瓶頸」。尋求經濟適用的分離純化技術，已成為生物化工領域的熱點。已大規模應用的分離純化技術有：雙水相革取、新型電泳分離、大規模製備色譜、膜分離等。

1．3．4上游技術廣泛應用於下游生產

利用基因工程技術，不但成倍地提高了酶的活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構建基因菌產生酶。利用基因工程，使多種澱粉酶、蛋白酶、纖維素酶、氨基酸合成途徑的關鍵酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、穩定性得到提高，氨基酸合成的代謝流得以拓寬，產量提高。隨著基因重組技術的發展，被稱為第二代基因工程的蛋白質工程發展迅速，顯示出巨大潛力和光輝前景。利用蛋白質工程，將可以生產具有特定氨基酸順序、高級結構、理化性質和生理功能的新型蛋白質，可以定向改造酶的性能，從而生產出新型生化產品。

1．3．5新技術在生物化工中也得到了極大的應用

比如，在超臨界液體狀態下進行酶反應，從而大大降低酶反應過程的傳質阻力，提高酶反應速率。超臨界C02無毒、不可燃、化學情性、易與反應底物分離。利用超臨界CO2取代有機溶劑進行酶反應，具有極大的發展潛力。又比如，微膠羹技術已被廣泛用於動物細胞的大規模培養、細胞和酶的固定化以及蛋白質等物質的分離方面。

2．世界生物化工行業的發展趨勢

2．1工業結構

行業與行業間的劃分將日趨模糊，企業間的合作將加大。目前，許多從事醫葯、農業、環境、能源等方面生產的企業，正在從事生物化工生產。特別是某些從事傳統化工行業的生產廠家，也紛紛涉足生物化工領域。如杜邦公司，長期以來主要從事有機化工和聚合材料的生產，現在正加大生物化工的開發力度，已開發成功了生物法生產1,3-丙二醇工藝，並正在開發用改性大腸桿菌生產己二酸工藝。DSM公司以前主要從事抗菌素方面的生產，現也加大了生物化工的投資力度。

由於生物化工涉及面廣，許多生化公司都有自己的專長，它們之間為了商業利益的合作也非常活躍。此外，隨著從事傳統行業的生產廠家的加入，由於技術與生產方面的原因，它們與從事生物化工開發與生產的企業合作也很頻繁。所有這一切，都使生物化工行業的合作越來越廣泛。如杜邦公司與傑寧科樂公司合作開發用生物法生產1，）丙二醇，進一步生產PTT樹脂。荷蘭的Purac公司與美國Cagill公司合資建設年產3．4萬tL。乳酸裝置，並計劃進一步發展到6．8萬V入DSM公司與美國Maxygen公司簽定了三年的研究合同，以利用Maxygen的

DNA重排和分子培養技術，開發在7一ADCA和其它青黴素生產中使用的酶和菌種。

2．2產品結構

生物化工產品正向專業化、高科技含量、高附加值方向發展。傳統的低價位產品受到冷落，而高價位產品如生化葯物、保健品、生化催化劑等則備受青睞。許多公司為了追求較高利潤，都將低附加值的產品剝離。如日本武田葯品工業公司不再生產味精，轉而生產其它高附加值的調味品如肌甘酸二鈉（IMP）和鳥甘酸二鈉（GwtP）。另外，生物化工將涉足它以前很少涉足的領域如高分子材料和表面活性劑等。

生化葯物由於附加值高而成為今後生物化工領域發展的重點。1997年生化葯物市場銷售額達130億美元，其中細胞分裂素80億美元，激素30億美元，其它20億美元；就具體葯物而論，促紅細胞生長素35億美元，人胰島素18億美元，粒性白細胞克隆刺激因子16億美元，人生長激素15億美元，小干擾素11億美元。預計今後其市場銷售額還將以8％的速率增長。

在氨基酸方面，雖然用於葯物合成氨基酸的量相對較小，但其發展潛力很大。據報道，500種主要葯物中，有18％含有氨基酸或其衍生物的合成。在葯物合成中，使用最廣泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r對羥基苯甘氨酸。L。脯氨酸用於血管緊張素轉化酶（ACE）的合成，匹苯甘氨酸和r對羥基苯甘氨酸用於抗生素的合成。另外，多肽也是今後的發展重點之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽鍵組成的化合物，在臨床上使用非常廣泛，主要用於治療癌症、HIV病毒和兔疫系統功能減退、對傳統抗生素產生抗體的感染以及疫苗等。全球合成多肽原葯的產量在100kg左右，但銷售額達2．5億～3億美元，而做成制劑的銷售額則達25億～30億美元。多肽原葯需求量的年增長率在10％以上。

碳水化合物方面，用於臨床的碳水化合物受到人們越來越多的關注。但是，用於臨床的碳水化合物結構復雜，如一對單糖，其不同的化學鍵就多達22種。因此，用化學法合成復雜的碳水化合物比較困難，難以實現工業化，而用酶法合成則是一條切實可行的途徑。

作為生化催化劑的酶，也將是今後發展的重點。1997年，生化用催化劑銷售額約1．3億美元，在過去的3～5年間，每年增長速率在8％～9％，預計在未來的3～5年間，將以同樣速度增長。生化催化劑主要用於手性葯物的合成。當前，手性葯物已成為國際新葯研究與開發的新方向之一。

1997年手性葯物制劑世界市場的銷售額為879億美元，占葯品市場的28．3％，到2000年將達到900億美元。在未來的25年內，約有一半的手性葯物要通過生化催化合成，因此，生化催化劑無論從需求量和需求種類來看，都具有很大的發展潛力。

生化表面活性劑由於具有無毒、生物降解性好等優點，今後可能成為表面活性劑的升級換代產品，但目前還處於探索階段。

生物化工在高分子材料、特殊化學品、生物晶片、環保等方面也將有極大的發展潛力。

2．3技術水平

不斷提高菌株活力、發酵水平、生化反應過程、分離純化水平，依然是生物化工面臨的課題。

在菌種開發方面，由於從20世紀70年代以來從自然界中篩選菌種以獲得新的代謝產物的機會明顯減少，人們便考慮利用已知菌種經適當改變其代謝特性後生產新的產品。如日本協和發酵公司已成功地把生產谷氨酸的菌種改為生產色氨酸。

在生化反應器方面，反應器放大一直是一個老大難的問題。因此，利用計算機技術對整個生化反應過程進行數字化處理，從而優化反應過程，是今後的發展方向之一。

在分離純化方面，親和層析受到廣泛重視，並有人研製了一種綜合專家系統軟體包，可在幾分鍾內告知對方被分離物系的分離方法和順序，以便根據產品所需進行取捨。

另外，在生化過程的在線檢測和控制方面，利用生物感測器和計算機監控，依然是今後的發展方向。

在酶催化反應中將發展有機溶劑中的催化反應。

生物上游技術的發展，將對生物化工產生深遠影響。人們對從病毒、細菌、植物、動物到人類基因組順序測定工作十分重視，並在此基礎上形成了基因許多產品一哄而上，盲目上馬，遍地開花，最終形成惡性競爭，許多企業破產倒閉。在競爭中生存下來的企業，也是元氣大傷，難以進一步組織技術改造。如僅江蘇省停產的發酵生產線就多達上百條。另外，行業內企業間的生產水平相差懸殊，企業技術裝備水平達到20世紀80年代以後國際先進水平的僅佔20％～30％，多數處於20世紀60～70年代水平。

二是產品結構不合理，品種單一，低檔次產品重復生產，不能適應需求。在我國高檔的醫葯生化產品如激素、生長因子、干擾素、葯用多肽等，有的產量很小，有的沒有生產，因此每年都需進口。

三是在生產技術上，工藝、設備不配套，上下游技術不配套，產物的收得率低。我國雖然某些產品如檸檬酸、乳酸等發酵水平較高，但大多數產品的收率都低於國外，酶制劑的活力也明顯低於國外，生化反應器和分離純化技術更是落後國外15～20年。每年都要花費大量資金從國外進口生物反應器、細胞破碎機、分離純化設備及分離介質、生物感測器和計算機監控設備。

四是有些產品投入產出比達15／＝以上，造成嚴重的資源浪費和環境污染。

五是基礎研究薄弱，技術創新能力不強，企業的技術開發、技術吸收能力差，生產發展多數依靠傳統的夕蜒型、粗放型擴大投資的增長模式，效益低、市場競爭力低。

3．2建議針對我國生物化工行業存在的問題，筆者有以下建議：

3．2．1擴大經濟規模，提高競爭力要鼓勵建設大型的生物化工企業集團公司，使之集科研、開發、生產、銷售干一體。尤其要培育一批科技創新型企業。同時，也要鼓勵在某些方面有一定特色的小型技術創新型生化公司的發展，並淘汰一批生產規模小、生產技術落後、沒有市場競爭力的企業，從整體上優化我國生物化工的產業結構。

3．2．2調整產品結構要發展高檔產品，如高檔醫葯生化產品、功能性食品及添加劑（主要有低熱值、低膽固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等產品）、生化催化劑等。另外，也應發展眾多精細化工產品及用化學法無法生產或很難生產的產品，如微生物多糖、生物色素、工業酶制劑、甜味劑、表面活性劑、高分子材料等。

3．2．3節約有限資源，強化環境保護在生化生產組學（genomics）。近年來又在信息學（informatics）的基礎上建立了生物信息學（bioinformatics）。信息學的內容包括信息科學十生物技術十生物工程十生物動力學等的綜合信息系統。可以預見，基因組學和生物信息學在生物化工中應用的商業前景極為可觀。

另外，其它行業的新技術如分子蒸餾技術、組合化學（combinatoricalchemistry）等，也將在生物化工中得到應用。

3.我國生物化工的發層現狀及建議

3．1發展現狀

我國生物化工行業經過長期發展，已有一定基礎。特別是改革開放以後，生物化工的發展進入了一個嶄新的階段。目前生物化工產品也涉及醫葯、保健、農葯、食品與飼料、有機酸等各個方面。

在醫葯方面，抗生素得到迅猛發展61998年我國抗生素的產量達到33486h青黴素的產量居世界首位。其它生化葯物中，初步形成產業化規模的有干擾素、白細胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。

在農葯方面，生物農葯品種達12種，主要有蘇雲金桿菌、井崗黴素、赤黴素等。其中，井崗黴素的產量居世界第一位。

在食品與飼料方面，作為三大發酵製品的味精、檸檬酸、酶制劑的產量也有很大的增加／1998年味精產量從1990年的22．3萬、增加到56．4萬一檸檬酸產量從1990年的6．13萬、增加到56．4萬一酶制劑從1990年的8．5萬t增加到24萬t。酵母及澱粉糖的產量也有明顯增加。我國的味精生產和消費居世界第一，檸檬酸的生產和出口也居世界第一。另外，1998年乳酸的產量在1．5萬t左右，賴氨酸的產量在2萬t左右，卜蘋果酸的產量在6000t。

在有機酸方面，衣康酸的產量達5000乙我國開發的生物法長鏈二元酸工藝居世界領先地位，目前生產能力達500Va以上，並有數家企業有建設長鏈二元酸生產裝置的意向。

在保健品方面，我國已能用生物法生產多種氨基酸、維生素和核酸等。另外，我國生物法丙烯酞胺的生產能力達到2萬V山與日本同處於世界領先地位。

但是與發達國家相比，我國生物化工行業存在著許多問題：

一是我國的生物化工產業主要以醫葯、輕工、食品業為主。部分企業對生物化工產品大都是精細化工產品這一點了解不夠，加之行業規范也不夠，導致過程中，應選擇合適的原料，以降低成本與消耗，並加強廢物處理，減少環境污染。

3．2．4提高生產技術水平，特別是下游技術水平因為我國生物技術上游技術水平與國外相差僅3～5年，而下游技術水平則比國外相差15年以上，改造傳統發酵產品生產技術，不斷提高發酵法產品的生產技術水平，開發生物反應器，提高我國生物化工產品分離和提純技術，大規模開發生物化工裝備等應首先提上議事日程。另外，還應積極採用微生物法代替化學法，開發基礎化工新產品的工業化生產技術。

3．2．5加強產學研結合，注重上下游結合國內生物化工技術力量分散，為了做到優勢互補，應加強產學研結合。另外在生物化工生產過程中遇到的很多問題，都是由於上、下游結合不夠緊密而影響技術經濟指標。因此，在人力和財力的投入上，應考慮上下游結合，以加快生物化工產業的發展。

3．2．6提高從業人員素質生物化工屬高科技產業，從業人員素質尤其重要。我國目前從事生物化工生產的大都是傳統化工行業的從業人員，操作水平還比較低，加強人材培養，以提高生物化工行業人員素質是十分必要的。

3．2．7加強知識產權保護長期以來，我國對生化領域的知識產權保護不夠，挫傷了科研開發人員的積極性，造成大量人才外流。加強知識產權保護，不僅能夠激勵國內科研開發人員，而且能夠吸收一大批在國外發展的科研人員回國發展，從而加快我國生物化工產業的發展。

D. 微生物與食品發酵的關系

發酵食品是人類巧妙地利用有益微生物加工製造的一類食品，具有獨特的風味，豐富了我們的飲食生活，如酸奶、乾酪、酒釀、泡菜、醬油、食醋、豆豉、乳腐、黃酒、啤酒、葡萄酒，甚至還可包括臭豆腐和臭冬瓜，這些都是頗具魅力而長期為人們喜愛的食品。

植物細胞有細胞壁，細胞內的一些成分人體往往難以消化利用，發酵時微生物分泌的酶能裂解細胞壁，就提高了營養素的利用程度。微生物還能合成一些B族維生素，特別是維生素B12，動物和植物自身都無法合成這一維生素，只有微生物能「生產」，所以發酵食品中維生素B12較為豐富，維生素B12還能預防老年痴呆症。

(4)利用微生物如何發酵生產檸檬酸和味精擴展閱讀

微生物發酵技術在食品加工行業發揮著巨大作用。食品在發酵過程中會形成一個微生物循環系統，在微生物的繁殖轉化下，食品的結構被改變，進而得到發酵食品。

1、茶類食品

在茶類食品的發酵過程中，合理運用微生物發酵技術，可以提升茶的品質。以普洱茶為例，普洱茶在發酵過程中酵母菌具有促進作用，可以提高發酵效率與可靠性。在酵母菌發酵過程中會產生很多活性物質，進而對普洱茶的品質產生影響。

2、酒類食品

在酒類食品的發酵過程中，制曲工藝非常關鍵，直接影響到酒類產品的發酵質量。制曲過程中的微生物主要有霉曲、細菌、酵母菌等，各種微生物的繁殖、代謝會影響酒類食品的加工風味和營養結構。

3、醋類食品

醋類食品發酵過程中，酵母菌會在微生物作用下自然降解，為其他微生物的繁殖提供營養物質，提升食醋的口感和品質。

E. 檸檬酸發酵原理特徵和方法

機理：
1940年H.A.克雷伯斯提出三羧酸循環學說以來，檸檬酸的發酵機理逐漸被人們所認識。已經證明，糖質原料生成檸檬酸的生化過程中，由糖變成丙酮酸的過程與酒精發酵相同,亦即通過E-M途徑（雙磷酸己糖途徑）進行酵解，然後丙酮酸進一步氧化脫羧生成乙醯輔酶A，乙醯輔酶A和丙酮酸羧化所生成的草醯乙酸縮合成為檸檬酸並進入三羧酸循環途徑。 檸檬酸是代謝過程中的中間產物。在發酵過程中，當微生物的烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶活性很低，而檸檬酸合成酶活性很高時，才有利於檸檬酸的大量積累。
發酵有固態發酵、液態淺盤發酵和深層發酵 3種方法。固態發酵是以薯乾粉、澱粉粕以及含澱粉的農副產品為原料，配好培養基後，在常壓下蒸煮，冷卻至接種溫度，接入種曲，裝入曲盤，在一定溫度和濕度條件下發酵。採用固態發酵生產檸檬酸，設備簡單，操作容易。液態淺盤發酵多以糖蜜為原料，其生產方法是將滅菌的培養液通過管道轉入一個個發酵盤中，接入菌種，待菌體繁殖形成菌膜後添加糖液發酵。發酵時要求在發酵室內通入無菌空氣。深層發酵生產檸檬酸的主體設備是發酵罐。微生物在這個密閉容器內繁殖與發酵。現多採用通用發酵罐。它的主要部件包括罐體、攪拌器、冷卻裝置、空氣分布裝置、消泡器，軸封及其他附屬裝置。發酵罐徑高比例一般是1:2.5，應能承受一定的壓力,並有良好的密封性。除通用式發酵罐外，還可採用帶升式發酵罐、塔式發酵罐和噴射自吸式發酵罐等。 為了得到產檸檬酸的優良菌種，通常是從不同地區採集的土壤或從腐爛的水果中分離篩選，然後通過物理和化學方法進行菌種選育。例如薯乾粉深層發酵檸檬酸的菌種就是通過 檸檬酸不斷變異和選育得到的。菌種適合在高濃度下發酵，產酸水平較高。 檸檬酸的發酵因菌種、工藝、原料而異，但在發酵過程中還需要掌握一定的溫度、通風量及pH值等條件。一般認為，黑麴黴適合在28～30℃時產酸。溫度過高會導致菌體大量繁殖，糖被大量消耗以致產酸降低，同時還生成較多的草酸和葡萄糖酸；溫度過低則發酵時間延長。微生物生成檸檬酸要求低pH，最適pH為2～4，這不僅有利於生成檸檬酸，減少草酸等雜酸的形成，同時可避免雜菌的污染。檸檬酸發酵要求較強的通風條件，有利於在發酵液中維持一定的溶解氧量。通風和攪拌是增加培養基內溶解氧的主要方法。隨著菌體生成，發酵液中的溶解氧會逐漸降低，從而抑制了檸檬酸的合成。採用增加空氣流速及攪拌速度的方法，使培養液中溶解氧達到60%飽和度對產酸有利。檸檬酸生成和菌體形態有密切關系，若發酵後期形成正常的菌球體，有利於降低發酵液粘度而增加溶解氧，因而產酸就高；若出現異狀菌絲體，而且菌體大量繁殖，造成溶解氧降低，使產酸迅速下降。發酵液中金屬離子的含量對檸檬酸的合成有非常重要的作用，過量的金屬離子引起產酸率的降低, 由於鐵離子能刺激烏頭酸水合酶的活性，從而影響檸檬酸的積累。檸檬酸發酵用的糖蜜原料，因含有大量金屬離子，必須應用離子交換法或添加亞鐵氰化鉀脫鐵方能使用。然而微量的鋅、銅離子又可以促進產酸。

F. 檸檬酸的發酵過程

檸檬酸生產分發酵和提取兩部分。 發酵有固態發酵、液態淺盤發酵和深層發酵 3種方法。固態發酵是以薯乾粉、澱粉粕以及含澱粉的農副產品為原料，配好培養基後，在常壓下蒸煮，冷卻至接種溫度，接入種曲，裝入曲盤，在一定溫度和濕度條件下發酵。採用固態發酵生產檸檬酸，設備簡單，操作容易。液態淺盤發酵多以糖蜜為原料，其生產方法是將滅菌的培養液通過管道轉入一個個發酵盤中，接入菌種，待菌體繁殖形成菌膜後添加糖液發酵。發酵時要求在發酵室內通入無菌空氣。深層發酵生產檸檬酸的主體設備是發酵罐。微生物在這個密閉容器內繁殖與發酵。現多採用通用發酵罐。它的主要部件包括罐體、攪拌器、冷卻裝置、空氣分布裝置、消泡器，軸封及其他附屬裝置。發酵罐徑高比例一般是1:2.5，應能承受一定的壓力，並有良好的密封性。除通用式發酵罐外，還可採用帶升式發酵罐、塔式發酵罐和噴射自吸式發酵罐等。
為了得到產檸檬酸的優良菌種，通常是從不同地區採集的土壤或從腐爛的水果中分離篩選，然後通過物理和化學方法進行菌種選育。例如薯乾粉深層發酵檸檬酸的菌種就是通過不斷變異和選育得到的。菌種適合在高濃度下發酵，產酸水平較高。
檸檬酸的發酵因菌種、工藝、原料而異，但在發酵過程中還需要掌握一定的溫度、通風量及pH值等條件。一般認為，黑麴黴適合在28～30℃時產酸。溫度過高會導致菌體大量繁殖，糖被大量消耗以致產酸降低，同時還生成較多的草酸和葡萄糖酸；溫度過低則發酵時間延長。微生物生成檸檬酸要求低pH，最適pH為2～4，這不僅有利於生成檸檬酸，減少草酸等雜酸的形成，同時可避免雜菌的污染。檸檬酸發酵要求較強的通風條件，有利於在發酵液中維持一定的溶解氧量。通風和攪拌是增加培養基內溶解氧的主要方法。隨著菌體生成，發酵液中的溶解氧會逐漸降低，從而抑制了檸檬酸的合成。採用增加空氣流速及攪拌速度的方法，使培養液中溶解氧達到60%飽和度對產酸有利。檸檬酸生成和菌體形態有密切關系，若發酵後期形成正常的菌球體，有利於降低發酵液粘度而增加溶解氧，因而產酸就高；若出現異狀菌絲體，而且菌體大量繁殖，造成溶解氧降低，使產酸迅速下降。發酵液中金屬離子的含量對檸檬酸的合成有非常重要的作用，過量的金屬離子引起產酸率的降低，由於鐵離子能刺激烏頭酸水合酶的活性，從而影響檸檬酸的積累。檸檬酸發酵用的糖蜜原料，因含有大量金屬離子，必須應用離子交換法或添加亞鐵氰化鉀脫鐵方能使用。然而微量的鋅、銅離子又可以促進產酸。 檸檬酸為食用酸類，可增強體內正常代謝，適當的劑量對人體無害。在某些食品中加入檸檬酸後口感好，並可促進食慾，在中國允許果醬、飲料、罐頭和糖果中使用檸檬酸。雖然檸檬酸對人體無直接危害，但它可以促進體內鈣的排泄和沉積，如長期食用含檸檬酸的食品，有可能導致低鈣血症，並且會增加患十二指腸癌的幾率。兒童表現有神經系統不穩定、易興奮、植物神經紊亂；大人則為手足抽搐、肌肉痙攣，感覺異常，瘙癢及消化道症狀等。
基於檸檬酸對鈣的代謝可產生的影響，經常食用罐頭、飲料、果醬、酸味糖果的人們，特別是孩子，要注意補鈣，多喝生奶、魚頭、魚骨湯、吃些小蝦皮等，以免導致血鈣不足而影響健康，胃潰瘍、胃酸過多、齲齒和糖尿病患者不宜經常食用檸檬酸。檸檬酸不能加在純奶里， 否則會引起純奶凝固。乳製品行業常把檸檬酸配成10%左右的溶液加入低濃度的牛奶溶液中，加入時應快速的攪拌。 健康危害：檸檬酸濃溶液對黏膜有刺激作用。在工業使用中，接觸者可能引起濕疹；
燃爆危險：檸檬酸可燃。粉體與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。 檸檬酸一水化合物在乾燥空氣中或加熱至約40度時，失去結晶水，在濕空氣中有輕微潮解，稀的檸檬酸水溶液可在靜置時發酵。所以固體一水化合物或無水物，應貯藏於氣密容器內，置陰涼乾燥處保存。

G. 簡述微生物檸檬酸發酵機制。

黑麴黴生長繁殖時產生的澱粉酶、糖化酶首先原料中的澱粉轉變為葡萄糖；葡萄糖經過酵解途徑（EMP）轉變為丙酮酸；丙酮酸氧化脫羧形成乙醯輔酶 A，然後在檸檬合成酶的作用下生成檸檬酸。黑麴黴在限制氮源和錳等金屬離子條件下，同時在高濃度葡萄糖和充分供氧的條件下，TCA 循環中的酮戊二酸脫氫酶受阻遏，TCA 循環不能充分進行，使檸檬酸大量積累並排出菌體外。其理論反應式為：C6H12O6+1.5O2 → C6H8O7+2H2O

H. 簡述微生物發酵的操作方式及特點

微生物發酵過程即微生物反應過程，是指由微生物在生長繁殖過程中所引起的生化反應過程。

根據微生物的種類不同（好氧、厭氧、兼性厭氧），可以分為好氧性發酵和厭氧性發酵兩大類。
（1）好氧性發酵
在發酵過程中需要不斷地通人一定量的無菌空氣，如利用黑麴黴進行檸檬酸發酵、利用棒狀桿菌進行谷氨酸發酵、利用黃單抱菌進行多糖發酵等等。
（2）厭氧性發酵
在發酵時不需要供給空氣，如乳酸桿菌引起的乳酸發酵、梭狀芽抱桿菌引起的丙酮、丁醇發酵等。
（3）兼性發酵
酵母菌是兼性厭氧微生物，它在缺氧條件下進行厭氣性發酵積累酒精，而在有氧即通氣條件下則進行好氧性發酵，大量繁殖菌體細胞。

按照設備來分，發酵又可分為敞口發酵、密閉發酵、淺盤發酵和深層發酵。
一般敞口發酵應用於繁殖快並進行好氧發酵的類型，如酵母生產，由於其菌體迅速而大量繁殖，可抑制其他雜菌生長。所以敞口發酵設備要求簡單。相反，密閉發酵是在密閉的設備內進行，所以設備要求嚴格，工藝也較復雜。淺盤發酵（表面培養法）是利用淺盤僅裝一薄層培養液，接人菌種後進行表面培養，在液體上面形成一層菌膜。在缺乏通氣設備時，對一些繁殖快的好氧性微生物可利用此法。深層發酵法是指在液體培養基內部（不僅僅在表面）進行的微生物培養過程。

同其他發酵方法相比，它具有很多特點：
①液體懸浮狀態是很多微生物的最適生長環境。
②在液體中，菌體及營養物、產物（包括熱量）易於擴散，使發酵可在均質或擬均質條件下進行，便於控制，易於擴大生產規模。
③液體輸送方便，易於機械化操作。
④廠房面積小，生產效率高，易進行自動化控制，產品質量穩定。
⑤產品易於提取、精製等。因而液體深層發酵在發酵工業中被廣泛應用。

I. 微生物的發酵方法有哪些

利用微生物的發酵工程在食品和飲料工業占據著重要的位置。目前使用微生物生產檸檬酸可以滿足全世界的需要。在歐洲與美洲，乳製品及穀物的發酵是重要的食品發酵過程，在牛乳中可發生6種主要的發酵反應。現代牛乳發酵需要接種專用的微生物。穀物製品的發酵中最重要的是麵包和焙烤食品的生產。用於麵包製作的酵母，通常採用菌種在糖蜜中發酵而獲得。釀造工業在歐美主要生產啤酒與葡萄酒、蘋果酒等，在中國主要生產白酒、醬製品、醋等。中國在蔬菜腌制中也廣泛採用發酵方法。

J. 利用生物工程生產味精的常用菌種

考點： 利用微生物進行發酵來生產特定的產物 專題： 分析： 味精的主要成分是谷氨酸鈉；可利用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產出谷氨酸，再用Na2CO3溶液中和後，再經過過濾、濃縮、離心、分離等步驟，便可製成味精． 啤酒的工業發酵使用的菌種是酵母菌；味精的生產可利用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產出谷氨酸，再經處理得到谷氨酸鈉便可製成味精；胰島素的生產需要使用基因工程的方法將人的胰島素基因轉移至大腸桿菌，由大腸桿菌進行工業發酵獲得胰島素；酸奶的工業發酵使用的菌種是乳酸桿菌．故選：C． 點評： 本題主要考查常用的工業發酵所使用的菌種，意在強化學生對相關微生物的識記與理解．