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单细胞蛋白不仅能制成“人造肉”，供人们直接食用， 还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。 由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易变质， 因而常用于婴儿米粉及汤料、作料中。由于酵母的含热量低， 也常作为减肥食品的添加剂。此外，单细胞蛋白还能提高食 品的某些物理性能，如意大利烘饼中加入活性酵母，可以提 高饼的延薄性能。酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味，已广泛 用作食品的增鲜剂。
生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的 生物功能，在体外进行生化反应的装置系统。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂 不同可将生物反应器分为：
酶反应器和细胞生物反应器。 生物反应器应具备的条件： 能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、 溶解氧等)浓度 应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为 生物反应的顺利进行提供适宜的环境条件。 细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有 一定的除菌及密封设备，以防止生产过程中因微 生物侵入造成的杂菌污染。
3、发酵过程反应的专一性强，可以得到较 为单一的代谢产物。 4、发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
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。如 果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济 损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成 更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败 的关键。
纤维质原料发酵前需经合适的预处理，冷却后即可进行 酶解。参与酶解的纤维素酶系有羧甲基纤维素酶、纤维素二 糖酶和葡萄糖苷酶。三种酶的协同作用，将纤维素水解成葡 萄糖单体，为生产SCP酵母菌提供可发酵性的糖。 随着世界人口的不断增长，粮食和饲料不足的情况日益 严重。面对这一严峻的现实，开发利用单细胞蛋白已成为许 多国家增产粮食的新途径。
发酵工业上使用的种子必须具备的条件： ①生长旺盛，活力较高，延迟期短，接种 到发酵罐后能迅速生长； ②细胞浓度适宜，以保证在大型发酵罐中 有适当的接种量； ③生理状态稳定； ④无杂菌污染； ⑤生产能力保持稳定
（三）培养基灭菌 若发酵培养基中夹杂有其他微生物，将导致 下列后果： （或为什么要对培养基灭菌）
通用机械搅拌型生物反应器内通常安装消泡 装置，抑制泡沫的形成。
附属系统是指用以观察发酵液情况的视镜装 置和强化发酵液混合的挡板等设备。
2、机械搅拌自吸式反应器
优点：
（1）可以利用搅拌器旋转时产生的抽吸力吸 入空气，不需要空气压缩机提供压缩空气， 从而省去了空气系统，使设备成本降低。 （2）其搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋 转时，液体由于离心作用而被甩出，并在叶 轮空心部分形成负压，从而将罐外的空气吸 到罐内。同时，空气因受到高速流动液体的 摩擦剪切作用而变成细小的气泡，均匀分散 在液体之中，然后借助导轮流将气液混合物 导入发酵液中并与之混合。
通气部分的作用：是从罐的底部向罐内通入 无菌空气，一般入口空气压力为0.1～ 0.2MPa(表压)，罐顶部有空气出口。
进出料口：是指进料和出料用的系统，同时 还配有补料口装置等
测量系统：作用在于测量发酵过程中的pH值、 溶解氧等相关数据，以便对发酵过程进行随 时的监测并及时对发酵参数进行调整。此外， 测量装置应能承受一定的灭菌温度并在长时 间内保持稳定。
评价生物反应器的两个重要指标：
生产能力 产品质量
微生物反应器
1、机械搅拌型微生物细胞生物反应器(通用型) 测部 主 量分 要 系、 由 统通 壳 和气 体 附部 、 属分 控 系、 温 统进 部 等出 分 组料 、 成口 搅 。、 拌
壳体的作用：为整个发酵过程提供一个密封的 环境，防止杂菌污染；同时为了能在一定压力下 进行高温灭菌，要求罐体承受的压力至少在 0.3MPa以上。
控温部分的作用：是保证发酵过程在恒温条件 下进行，并将生物氧化和机械搅拌产生的热量 及时移去
搅拌部分的作用：使罐内物料混合良好，液体中的 固形物料保持悬浮状态，这样有利于菌体与营养物 质充分接触，便于营养吸收。另一方面，搅拌器可 以打碎气泡，增加气液接触面积，提高气液间的传 质速率，加强氧的传递效果及消除泡沫。
连续培养过程中，微生物细胞所处的环境条
件，如营养物质的浓度、产物的生成速度、pH 值以及微生物细胞的浓度和比生长速度等参数 自始至终基本保持不变，甚至还可以根据需要 来调节微生物细胞的生长速度。
连续培养的最大特点：微生物细胞的生长速 度和产物的代谢生成均处于恒定状态，因而可 以达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量 代谢产物的目的。
3、补料分批培养 概念：根据菌株生长和初始培养基的特点， 在分批培养的某些阶段适当补加培养基，使 菌体或其代谢产物的生产时间延长。 补料分批培养在发酵工业上主要用于发酵 生产单细胞蛋白、氨基酸、抗生素、维生素、 酶制剂、有机酸以及有机溶剂等。
补料分批培养类型：
连续补料
非连续补料 多周期补料，
广义 “发酵”的定义
工业上所称的发酵:泛指利用微生物细胞制造
某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养 的生产过程，如酒精、丙酮、丁醇、乳酸等， 以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、 氨基酸、酶制剂等的生产。 产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶 等。
发酵工程的概念：指采用现代工程技术手段， 利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用 的产品，或直接把微生物应用于生产过程的一 种新技术。
5、能够专一性地和高度选择性地对某些较为 复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原 等化学转化反应，也可以产生比较复杂的 高分子化合物。 6、通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优 良微生物菌种，使生产设备得到充分利用， 也可以获得按常规方法难以生产的产品。 7、工业发酵与其他工业相比，投资少，见效 快，并可以取得显著的经济效益。
基本工艺过程
（一） 微生物发酵工艺类型
1、分批培养
概念：又称分批发酵，指在一个密闭系统内 投入有限数量的营养物质后，接入少量的微 生物菌种进行培养，使微生物在特定的条件 下只完成一个生长繁殖周期的培养方法。
2、连续培养 概念：又称连续发酵，指按一定的速度向培 养系统内添加新鲜的培养基，同时培养液以 相同的速度流出，从而使发酵罐内培养物的 液量维持恒定，使微生物细胞能在相对恒定 的状态下生长。
①生产菌与杂菌在培养基中同时生长，使生
产菌丧失生产能力；
②在连续发酵过程中，杂菌有时会比生产 菌生长快，使生物反应器中杂菌占优势； ③杂菌过度生长会污染最终产品，
④杂菌代谢所产生的物质，使目的产物的 分离困难；
⑤杂菌使目的产物降解。 ⑥发酵过程中，若发生噬菌体污染，生产 菌细胞会发生溶菌现象，使发酵产物的最 终产量或活力大幅度下降。
1.2 作为畜禽饲料添加剂 中国是蛋白原料缺乏的国家，随着饲料工业的迅速发展 和生产的高度集约化，对优质饲料蛋白原料的需求日趋增大， 目前饲料优质蛋白原料的主要来源是鱼粉，而作为一种亚稀 缺资源，鱼粉已经在各主要产地如秘鲁等国受到严格限产保 护。需求的膨胀和来源的快速减少，正是目前饲料优质蛋白 原料面临的尴尬处境。一些西方发达国家先行一步，将解决 优质饲料蛋白来源的目光投向了生物技术产品—单细胞蛋白。
缺点
（ 1 ）进罐空气处于负压状态，容易增加杂菌侵 入的机会。 （2）搅拌容易导致转速提高，有可能使某些微 生物的菌丝被切断，影响细胞的正常生长。
BIOTECH- X JS型机械搅拌不锈钢发酵罐
3、气升式环流反应器
类型：内环流式
外环流式
它们都是借助设在环流管底部的空气喷嘴将 空气以250～300m/s的高速喷入环流管，使气 泡分散在培养基中。
典型的发酵过程示意图
二、发酵工程的特点
1、发酵过程一般都是在常温常压下进行的生物化 学反应，反应安全，要求条件比较简单。 2、发酵所用的原料简单粗放。 通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入 少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不 同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基 于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原 料进行生物资源的改造和更新。
三、发酵工程的内容
依据最终产品的性质和特点，工业发酵过程 可归纳为： 1、以菌体为产品的发酵 生产制作面包的酵母菌 ; 生产作为人类或 动物食物的微生物细胞（即单细胞蛋白质） 2、以微生物的酶为产品的发酵 提取微生物酶制剂
3、以微生物的代谢产物为产品的发酵
当微生物进入稳定期后，代谢产生如氨基酸、
3 生产SCP对菌种的要求 SCP的生产工艺依据原料和菌种的特性的不同而异。以 淀粉质为原料生产SCP，需先将淀粉质原料水解成酵母菌能 直接利用的葡萄和麦芽糖，如产朊假丝酵母在这种底物上进 行液体深层发酵，蛋白产量高，而且菌体生长繁殖速度较快。 目前以淀粉质为原料生产SCP的最佳方法是酵母菌混合培养 法，即采用对淀粉分解活力高的酵母（或霉菌）与快速生长 的酵母混合培养。而糖蜜、单糖只需选用一种SCP生产菌即 可进行直接发酵。如尖孢镰刀霉菌、绿色木霉等可直接利用 废糖蜜原料进行液体深层发酵生产SCP。
用 途 含酒精饮料中的活性成分 与石油混合后，可作为汽车燃料 食品、化学工业中多种用途 溶剂 药品、调味品 调味品 食品添加剂、提高油类回收率 食品添加剂、药品
发酵设备与基本工艺过程
一、 生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称为生物反 应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)作为生物 催化剂的生物反应过程称为发酵过程或细胞培养 过程。 采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过程， 则称为酶反应过程。
微生物与单细胞蛋白
单细胞蛋白
1单细胞蛋白的作用 1.1 作为食用蛋白质 单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富。其中，蛋白质含 量高达40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、鱼、奶酪高 20%以上，远远超过了一般动植物食品，而且氨基酸的组成 较为齐全，含有人体必需的8种氨基酸，尤其是谷物中含量 较少的赖氨酸。一般成年人每天食用10～15g干酵母，就能 满足对氨基酸的需要量。单细胞蛋白中还含有多种维生素、 碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类。