微生物与健康-微生物与人类生活

微生物在食品工业上的利用•酵母菌广泛利用于制作馒头、酒、醋等•利用乳酸菌制造乳酪、乳酸食品•利用霉菌制造酱油、米酒•乳杆菌用于制作泡菜、豆腐乳•红曲霉制作可食用的红色色素•微生物本身常被当作食品，如香菇微生物在工业上的应用•发酵工业：利用微生物生产甲醇，乙醇，有机酸等。•皮革脱毛、棉布脱浆：利用微生物产生的蛋白酶、淀粉酶。•化工原料：微生物的代谢产物，如乳酸，醋酸，甘油，1，3丙二醇，2，3丁二醇等。•生物能源：燃料乙醇，生物柴油，沼气，生物电池微生物在农业上的应用•固氮作用：固氮细菌将大气中的氮气转变为含氮化合物，供植物吸收•有机堆肥•帮助植物生长：真菌和植物根部共生形成菌根。•病虫害防治•作物改良微生物在医药学中的应用•抗生素–青霉素•疫苗–利用病原体制造疫苗•天然药物和营养品–冬虫夏草、灵芝•基因工程–利用微生物制造大量药剂–基因治疗微生物在食品工业上的利用一.从纤维素到奶、肉反刍动物的胃由几部分组成，第一部分也是最大部分为瘤胃瘤胃微生物是共生在反刍动物瘤胃中的细菌和原生动物等微生物的总称，数量极多，主要包括细菌、原虫、真菌和噬菌体。细菌的品种多、数量大，已从瘤胃中分离出细菌达200多种。消化与吸收1.瘤胃微生物生存条件：瘤胃内高度厌氧、营养丰富，有利于厌氧微生物生存。（5）内容物高度乏氧（CO2，NH3，少量氮、氢、氧）（4）pH在5.5-7.5之间（唾液缓冲，VFA吸收）（3）温度高达39-41°C（2）渗透压接近血液（1）保证营养物质和水分供应2.瘤胃微生物及其作用：（1）纤毛虫（全毛虫、贫毛虫）贫毛虫除分解淀粉外，发酵果胶、半纤维素和纤维素全毛虫分解淀粉产生乳酸含糖、蛋白质和纤维素分解酶类与细菌共生—“微型反刍动物”水解脂类、氧化不饱和脂肪酸、降解蛋白质，吞噬细菌消化与吸收微生物与微生物之间、微生物与宿主之间信息交流，相互制约，协同作用——共生（2）细菌：种类繁多。发酵糖类、分解乳酸的细菌；分解纤维素的细菌（占活菌1/4）；分解蛋白质的细菌；蛋白质合成、维生素合成的细菌。（3）真菌：分解纤维素、糖等（占瘤胃微生物总量8%）含纤维素酶、木聚糖酶、糖苷酶、蛋白酶等2.瘤胃微生物及其作用：二.从牛奶到奶制品牛奶中含有丰富的营养成分：脂肪酸、蛋白质，乳糖、维生素等，是微生物理想的培养基。从乳牛身上获得牛奶时，其中已含有多种细菌。将新鲜牛奶置于室温下，由于其中乳酸菌的作用，牛奶发生自然发酵的产酸过程，由乳糖发酵产生乳酸，乳酸使蛋白质凝固。可溶性酪蛋白＋乳酸＋钙离子不溶性蛋白凝乳乳糖＋水乳酸乳酸菌不同奶制品的风味和特征，主要是由于在发酵和加工过程中采用不同的微生物的缘故。生产高质量的奶制品，必须将杂菌去除，然后根据不同的目的加入纯培养的菌种。酸奶产业中常用的细菌：保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌，乳链菌。嗜热链球菌黄油、乳酪的制作黄油（butter)也叫牛油或白脱牛奶巴氏消毒曲引发酵黄油层去除多余液体冲洗，加盐曲引：乳脂链球菌、乳链球菌二丁酮新亚种、乳链球菌乳酪（Cheese),皮萨饼中常用。凝乳的形成：其中需要加入凝乳酶（牛胃中细菌中得到）处理：去除水分催熟：依赖微生物的活性三.从蔬菜到泡菜、腌菜蔬菜制泡菜、腌菜的作用机理和奶制品相同，也是乳酸菌的作用。不同之处在于牛奶中的糖类可以被直接利用，蔬菜中的糖需要从组织中释放并水解后利用。泡菜中的不同风味是由于发酵过程中产生的酸、酯和二丁酮的种类及含量不同造成的。泡菜中加盐的目的是抑制杂菌生长（渗透压灭菌）和吸取蔬菜汁。发酵利用的菌群都是蔬菜的正常菌群，最重要的是肠膜明串珠菌。发酵过程中，随着酸度的提高肠膜明串珠菌逐渐被乳酸菌取代。中国泡菜、韩国泡菜和日本泡菜中国泡菜，历史最长，主要以萝卜和白菜（酸菜）为主，中国是泡菜的故乡。韩国泡菜的独特之处在于引入了辣椒，发酵出来的有乳酸味道的泡菜是世界其他地方没有的，其中这要归功于辣椒的主成分“Capsaicin（辣椒素）”，它能预防泡菜的酸败，起保持美味的作用，目前世界知名度最高。日本泡菜（新香）基本没有自然发酵的过程。Capsaicin(辣椒素）四.微生物食品－单细胞蛋白细菌和其它微生物含有和牛排一样多的蛋白质。酿酒酵母的副产品－酵母菌菌体作为饲料添加剂，已经有100多年的历史。1966年，在麻省理工学院的会议上，第一次提出了单细胞蛋白的概念，单细胞蛋白理论上包括了所有微生物的食品。用酵母来解决人类的饥饿问题的尝试，在东非、印度和印尼都遭到了失败，主要原因是心理作用作用和传统思想的影响。单细胞蛋白的优点：生长快，酵母菌繁殖速度为3小时一代，一天内一个细胞可以增殖到28个。达到相同的细胞量，豆类需要3周，禽类需要3个月，牛需要3年。蛋白含量高，微生物蛋白含量占细胞干重的30~70%，豆类占25％，小麦占12%,大米8%。维生素含量高，酵母菌含有丰富的维生素。营养需求简单，可以为工业废物或副产品。不受地域限制，可以在世界各地培养，不受气候、土壤影响。易改良，通过基因工程，可以达到人类期望的特征。单细胞蛋白应用的前景一些单细胞蛋白食品已经应用广泛，酵母发酵的馒头、面包、黄酱等。日本单细胞蛋白已经加入许多食品中，如冰淇淋、面包和糕点。心理因素、安全性原因制约发展。核酸含量高，酵母菌6～11％，细菌10～18％，消化后形成尿酸，易引起痛风症或风湿性关节炎。某些单细胞蛋白对动物体有害，如一些细菌蛋白。氨基酸供应不平衡。五.微生物食品和药品－大型真菌食用蘑菇是理想的天然食品或多功能食品，学名双孢蘑菇中国曾在世界上首次驯化并人工栽培成功了香菇，木耳、金耳、银耳、金针菇、猴头菇、竹荪等。野生的如牛肝菌、羊肝菌、正红菇等也可以大量采集。食药两用真菌中国药用包括试验有效的大型真菌约500余种。主要有茯苓、灵芝、冬虫夏草、云芝、蜜环菌等。药用部分主要是子实体，但有一些是通过现代发酵工业大量繁殖的菌丝体加工制药的。国内外研究表明天然的药用真菌药效要好的多。冬虫夏草冬虫夏草是一种学名为麦角菌科冬虫夏草菌寄生于一种学名为鳞翅目蝙蝠科昆虫草蝙蝠幼虫上的子座或蝙蝠科其它种别昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体的复合体冬虫夏草出产地为青海省、西藏自治区、四川省、甘肃省、云南省等地。蝙蝠科许多种别的蝙蝠蛾为繁衍后代，产卵于土壤中，卵之后转变成幼虫，在此时的前后，不同种别的冬虫夏草菌中的一种在特殊条件下，侵入蛰居于土壤中的一部分蝙蝠科幼虫体内，之后，冬虫夏草菌吸收幼虫体内的物质作为生存的营养条件，并在幼虫体内不断繁殖,致使幼虫体内充满菌丝而死。目前,在自然界,蝙蝠蛾自产卵到幼虫期感染冬虫夏草菌至转变成真正的冬虫夏草,前后大概需要时间6年以上。通过人工发酵培养得到的冬虫夏草菌丝体实际上是一种新的物品，而不是真正的冬虫夏草。目前，真正意义上的冬虫夏草只有天然野生的。冬虫夏草的生长保护呼吸系统－平喘改善老年人和体质虚弱者改善睡眠质量调节荷尔蒙及新陈代谢提升体内超氧化物歧化酶（super-oxidedismutase）的活性，减少体内氧化反应，降低自由基的产生－抗氧化作用。冬虫夏草的功能红曲红曲（又名丹曲）是传统的药、食两用品，在中国已有上千年使用历史。药学巨著《本草纲目》谷部第二十五卷记载：红曲甘、温、无毒，主治消食活血，健脾燥胃，治赤白痢下水谷。酿酒、破血生药势。红曲红色素和红曲粉是目前国际上唯一利用微生物大规模生产的食用天然色素。红曲米采用优质早稻米，通过独具红曲霉发酵制得。接入红曲霉优质成熟的稻米PremiumGrownRice第一次灭菌1stSterilization接菌Inoculation固体发酵SolidStateFermentation第二次灭菌2ndSterilization干燥Drying研磨Grinding红曲米的制作流程红曲和心血管疾病防治上世纪七十年代末，日本学者远藤章教授等人从红曲中分离出一种能降低人体血液中胆固醇的有效物质，并且命名为Monacolin-k,从此给功能性红曲有调节血脂作用提供了科学的依据。根据一项研究发现，让1000多位高血脂病患，胆固醇下降约11.2至32.3%，而且无副作用；医师表示，有25%的高血压患者不适合用药物、营养补充及运动治疗，这些患者只要搭配使用红曲清醇胶囊使用，就可有效控制胆固醇。六微生物与酒类酿造人类利用酵母菌酿菌已有几千年历史。4000多年前，中国利用酵母菌酿酒。1856年巴斯德证明酒精是微生物产生的当时普遍认为是糖的化学裂解。1897年布希纳发现酒精发酵是“酒化酶”的作用。酿酒的原理以淀粉为原料酿酒，需经过两个主要过程，一是淀粉糖化过程，另外还要经过酒精发酵过程淀粉吸水膨胀，加热糊化，形成结构疏松的α—淀粉在淀粉酶的作用下分解为低分子的单糖二是酿酒酵母发酵过程，单糖在脱羧酶、脱氢酶的催化下分解，逐渐分解形成二氧化碳和酒精。(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6（葡萄糖）(C6H12O6）CH3CH2OH+2CO2+能量（乙醇）主要酒类酿造中涉及到的微生物白酒（烧酒）参与的微生物：酵母菌、霉菌和细菌微生物来源：大曲、空气、发酵窖中窖泥香味来源：微生物生成的酯原料：大米、玉米、高粱、大麦啤酒参与的微生物：酵母菌、细菌原料：大麦，酒花苦味来源：酒花发酵又称忽布（hop），《本草纲目》上称为蛇麻花，是一种多年生草本蔓性植物，古人取为药材。1079年，德国人首先在酿制啤酒时添加了酒花，从而使啤酒具有了清爽的苦味和芬芳的香味。从此后，酒花被誉为“啤酒的灵魂”，成为啤酒酿造不可缺少的原料之一。在啤酒酿造中，酒花具有不可替代的作用：1、使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和防腐力。2、形成啤酒优良的泡沫。啤酒泡沫是酒花中的异律草酮和来自麦芽的起泡蛋白的复合体。3、有利于麦汁的澄清。近年来，我国新疆产的酒花异军突起，成为世界优良酒花之一。酒花葡萄酒参与的微生物：酵母菌、细菌细菌主要有好氧性醋酸菌和厌氧性乳酸菌原料：葡萄汁酒精浓度可以达到14％。为什么要适量饮用红葡萄酒肿瘤疾病的化学预防剂，对降低血小板聚集，预防。治疗动脉粥样硬化，心脑血管疾病的化学预防剂。含有有效成分白藜芦醇，在葡萄仔中存在。虎仗等中药中含量更高。七.微生物与调味品酿造酱油：参与微生物：米曲霉，酵母和细菌米曲霉：分泌蛋白酶和淀粉酶，分解蛋白为氨基酸，同时将淀粉水解为糖。酵母：能产生特殊的香气。细菌：酱香的来源。食醋：参与微生物：黑曲霉，米曲霉，酵母，醋酸菌黑曲霉和米曲霉：分解蛋白，产色素酵母：一般使用酿酒酵母醋酸菌：主要产醋酸微生物，直接影响质量。微生物在其它工业上的利用微生物与氨基酸1957年日本人木下祝郎发现谷氨酸棒杆菌可以生产出氨基酸，后由协和发酵投产，奠定了微生物发酵法生产氨基酸的新型发酵工业的基础。谷氨酸钠即味精，世界年产量约80万吨，产值9亿美元。微生物发酵法，２公斤玉米淀粉可生产１公斤味精。微生物发酵法生产赖氨酸我们日常的主要食物－谷物作物，L-赖氨酸不足，只有添加L-赖氨酸才能将谷物作物转变为平衡食物，从而提高其利用价值。L-赖氨酸是非常重要的营养强化剂。工业上用于生产L-赖氨酸的微生物，主要是一种经过遗传改造的谷氨酸棒杆菌。目前世界L-赖氨酸的年产量在30万吨以上，年产值６亿美元。其它微生物发酵法生产的重要氨基酸L-苯丙氨酸L-天冬氨酸L-异亮氨酸L-色氨酸L-苏氨酸L-亮氨酸年产量在数千吨到数万吨，年产值在数千万美元到上亿美元微生物与有机酸柠檬酸柠檬酸用于香料或作为饮料的酸化剂，在食品和医学上用作多价螯合剂，也是化学中间体工业上利用黑曲霉将玉米粉或其它淀粉质转化的产物。世界柠檬酸年产量达90万吨，销售额在30亿美元左右。我国已经称为柠檬酸的主要生产国之一。乳酸乳酸主要应用于食品、医药、化工等领域。世界消费量10万吨左右，部分发酵法生产，部分由化学法生产。酸奶中的乳酸是由细菌产生的，主要是右旋乳酸。近年来米根霉等霉菌产生的左旋乳酸（可降解高分子聚合物），