生物人教版（2019）选择性必修3 1.3发酵工程及其应用（共35张ppt）
文档属性
| 名称 | 生物人教版（2019）选择性必修3 1.3发酵工程及其应用（共35张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 8.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-04 10:39:33 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
第3节 发酵工程及其应用
第1章 发酵工程
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量，价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
发酵工程的形成
微生物纯培养技术的建立
密闭式发酵罐的设计成功
人们对发酵原理的认识
发酵工程形成
那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？
选育菌种
扩大培养
接种
灭菌
配制培养基
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
发酵工程的基本环节
一、发酵工程的基本环节
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
（1）目的：
获得_______________________
性状优良的菌种
（2）菌种来源：
从自然界中筛选、________或____________________。
诱变育种
基因工程育种
（3）实例：
生产柠檬酸
生产啤酒
生产谷氨酸（味精的主要成分）
产酸量高的黑曲霉
基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期
谷氨酸棒状杆菌
①谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上；
② C:N的比值也会影响谷氨酸发酵过程：
C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少；
C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。
2023-01-03
菌种选育常用方法的比较
育种类型 原理 方法 优、缺点
诱变育种
基因工程
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
基因突变
DNA重组
物理、化学、生物因素诱变
将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌
能大幅度改良某些性状，操作简便，但具有很大的盲目性
能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高
某镇特产一种美酒 ，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
我国幅员辽阔，地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。
优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败
工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体，因此需要进行扩大培养
①为什么要扩大培养？
发酵罐体积一般为几十立方米到几百立方米。
②扩大培养的培养基类型？
液体培养基
2.扩大培养
一、发酵工程的基本环节
讨论
2023-01-03
一、发酵工程的基本环节
3.配制培养基：
①根据菌种的代谢特点，选择不同的材料配制培养基
②配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用
4.灭菌：
目的和原因：
防止杂菌污染，发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
例如：在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。
2023-01-03
5.接种：
一、发酵工程的基本环节
将扩大培养的菌种投放到发酵罐中。
6.发酵罐内发酵
发酵工程的中心环节
了解发酵进程：
随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。
严格控制发酵条件：
及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态
原
因
2023-01-03
——谷氨酸发酵
不同发酵条件的影响实例：
①在_____和______条件下会积累谷氨酸；
②在_____条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
中性
弱碱性
酸性
一、发酵工程的基本环节
6.发酵罐内发酵
现代发酵工程使用的发酵罐的优点：
均有_______________，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行_____和_____，还可以进行_________，使发酵全过程处于________；
计算机控制系统
监测
控制
反馈控制
最佳状态
PH变化的主要原因： 培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
2023-01-03
发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等：
发酵条件及相应的调节和控制方法：
一、发酵工程的基本环节
6.发酵罐内发酵
温度升高的原因：
①微生物分解有机物释放的能量，会引起发酵温度升高；
②机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。
③需氧型：通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。
厌氧型：需封闭空气入口，建立厌氧环境等。
①温度：可通过向冷却夹层通入冷水来调控；
②pH：可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱；
电动机D1
排气管C3
pH计B3
冷却水排出口C2
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮D2
生物传感器装置B4
空气入口A4
放料管A2
A3 阀门
A1培养物或营养物质的加入口
B1观察孔
B2取样管
B5温度传感器和控制装置
C1冷却水进入口
发酵罐
装置编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
一、发酵工程的基本环节
2023-01-03
7.分离、提纯产物
一、发酵工程的基本环节
方法：
①如果发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。
②如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
8.获得产品
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
②生产所需代谢物的产量高；
③发酵条件易控制；
④菌种不易变异，退化等。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
①反复试验确定培养基的配方；
②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；
③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；
④及时添加必需的营养组分；
⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制
发酵工程的基本环节分析
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
发酵工程的基本环节分析
4.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为什么？
不能；
因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
发酵工程的基本环节分析
结合刚刚的分析，思考发酵工程相比传统发酵技术，有什么优点？
发酵工程的优点：(P24)
① 生产条件温和；
② 原料来源丰富且价格低廉；
③ 产物专一；
④ 废弃物对环境的污染小和容易处理；
讨论
因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。
1.在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵食品
如：用大豆来生产酱油产品。谷物或水果生产各种酒类。
大豆
（蛋白质)
黑曲霉
（蛋白酶）
小分子的肽和氨基酸
酱油
淋洗、调制
谷物或水果
酿酒酵母
酒类
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
大麦发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
主发酵
冷却
消毒
终止
后发酵
过滤
啤酒的工业化生产流程
一、过程概述：
1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段；
2.主发酵阶段完成_ _______________________________；
3.后发酵的条件__ ________________________；
4.焙烤的目的：___________________________；
5.蒸煮的目的：__________________________________。
主发酵
后发酵
酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成
低温、密闭的环境下储存一段时间
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
啤酒的工业化生产流程
6.先通气后密封：
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
7.后期密封不严，酒会变酸的原因：
啤酒的工业化生产流程
1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高
提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
啤酒的工业化生产流程
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
应该辩证地看待这一产品。
一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。
另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期
（2）生产食品添加剂
①食品添加剂的作用：
②实例1——柠檬酸
柠檬酸是一种食品酸度调节剂；
可以通过黑曲霉的发酵制得；
③实例2——味精
由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸；
谷氨酸经过一系列处理就能制成味精；
二、发酵工程的应用
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
1.在食品工业上的应用
食品添加剂 ≠ 违法添加物
公众谈食品添加剂色变，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加剂的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加剂的头上显然是不公平的。
《国务院办公厅关于严厉打击食品非法添加行为切实加强食品添加剂监管的通知》中要求规范食品添加剂生产使用：严禁使用非食用物质生产复配食品添加剂，不得购入标识不规范、来源不明的食品添加剂，严肃查处超范围、超限量等滥用食品添加剂的行为，同时要求在2011年年底前制定并公布复配食品添加剂通用安全标准和食品添加剂标识标准。
（3）生产酶制剂
①常见酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
②酶制剂应用
食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等；
③酶制剂来源
少数由动植物生产；
绝大多数通过发酵工程生产；
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
2.在医药工业上的应用
（1）采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物
实例：
①利用经过基因改造的微生物生产生长激素释放抑制激素；
②利用基因工程改造的微生物生产疫苗。将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。如某种乙肝疫苗的生产。
（2）直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品
实例：青霉素高产菌株的培育
③利用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物；
二、发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
（1）生产微生物肥料
①微生物肥料的种类：
根瘤菌肥、固氮菌肥
②微生物肥料的作用：
Ⅰ生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长；
Ⅱ有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生.
（2）生产微生物农药
①微生物农药的作用机理：
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
②实例：
苏云金杆菌 防治80多种农林虫害。
白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素） 防治水稻枯纹病。
③防治类型：
生物防治
二、发酵工程的应用
（3）生产微生物饲料
①原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
②实例1——单细胞蛋白
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
单细胞蛋白成分：
不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质
③实例2-乳酸菌
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
二、发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
单细胞蛋白
4.在其他方面的应用
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功
（2）将极端微生物应用于生产实践
自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
①极端微生物：
②举例：
嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
二、发酵工程的应用
发酵工程 传统发酵技术
不 同 点 菌种 通过微生物 技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多 是 菌种 原材料中天然存在的 菌种
发酵 方式 发酵为主 固体发酵或__________发酵为主
对发酵条件的控制 严格_____操作，防止杂菌污染。通过 技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态。 不是无菌操作，容易受到 污染。对发酵条件不能严格控制，易
受 影响。
生产规模和产品 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本_____，产物_____，产量_____。 通常是 或作坊式的，产量低。生产往往受 和原料限制。产品风味品种比较_____，质量 。
相同点 都是利用了__________的作用
联系 发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的
纯培养
单一
混合
液体
半固体
无菌
现代工程
杂菌
外界条件
低
多样
高
家庭式
季节
单一
不稳定
微生物
课堂小结
食品工业
医药工业
生产传统发酵食品
农牧业
其他方面
生产食品添加剂
发酵工程应用
生产酶制剂
采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物
直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料
解决资源短缺与环境污染问题
将极端微生物应用于生产实践
课堂小结
2023-01-03
与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。
(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。( )
(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。 ( )
(3)在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。 ( )
(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。 ( )
练习与应用
一、概念检测
×
√
√
×
2023-01-03
1.（1）可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
（2）可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
2.这一风险是存在的。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
二、拓展应用
练习与应用
第3节 发酵工程及其应用
第1章 发酵工程
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量，价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
发酵工程的形成
微生物纯培养技术的建立
密闭式发酵罐的设计成功
人们对发酵原理的认识
发酵工程形成
那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？
选育菌种
扩大培养
接种
灭菌
配制培养基
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
发酵工程的基本环节
一、发酵工程的基本环节
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
（1）目的：
获得_______________________
性状优良的菌种
（2）菌种来源：
从自然界中筛选、________或____________________。
诱变育种
基因工程育种
（3）实例：
生产柠檬酸
生产啤酒
生产谷氨酸（味精的主要成分）
产酸量高的黑曲霉
基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期
谷氨酸棒状杆菌
①谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上；
② C:N的比值也会影响谷氨酸发酵过程：
C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少；
C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。
2023-01-03
菌种选育常用方法的比较
育种类型 原理 方法 优、缺点
诱变育种
基因工程
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
基因突变
DNA重组
物理、化学、生物因素诱变
将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌
能大幅度改良某些性状，操作简便，但具有很大的盲目性
能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高
某镇特产一种美酒 ，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
我国幅员辽阔，地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。
优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败
工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体，因此需要进行扩大培养
①为什么要扩大培养？
发酵罐体积一般为几十立方米到几百立方米。
②扩大培养的培养基类型？
液体培养基
2.扩大培养
一、发酵工程的基本环节
讨论
2023-01-03
一、发酵工程的基本环节
3.配制培养基：
①根据菌种的代谢特点，选择不同的材料配制培养基
②配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用
4.灭菌：
目的和原因：
防止杂菌污染，发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
例如：在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。
2023-01-03
5.接种：
一、发酵工程的基本环节
将扩大培养的菌种投放到发酵罐中。
6.发酵罐内发酵
发酵工程的中心环节
了解发酵进程：
随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。
严格控制发酵条件：
及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态
原
因
2023-01-03
——谷氨酸发酵
不同发酵条件的影响实例：
①在_____和______条件下会积累谷氨酸；
②在_____条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
中性
弱碱性
酸性
一、发酵工程的基本环节
6.发酵罐内发酵
现代发酵工程使用的发酵罐的优点：
均有_______________，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行_____和_____，还可以进行_________，使发酵全过程处于________；
计算机控制系统
监测
控制
反馈控制
最佳状态
PH变化的主要原因： 培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
2023-01-03
发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等：
发酵条件及相应的调节和控制方法：
一、发酵工程的基本环节
6.发酵罐内发酵
温度升高的原因：
①微生物分解有机物释放的能量，会引起发酵温度升高；
②机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。
③需氧型：通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。
厌氧型：需封闭空气入口，建立厌氧环境等。
①温度：可通过向冷却夹层通入冷水来调控；
②pH：可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱；
电动机D1
排气管C3
pH计B3
冷却水排出口C2
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮D2
生物传感器装置B4
空气入口A4
放料管A2
A3 阀门
A1培养物或营养物质的加入口
B1观察孔
B2取样管
B5温度传感器和控制装置
C1冷却水进入口
发酵罐
装置编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
一、发酵工程的基本环节
2023-01-03
7.分离、提纯产物
一、发酵工程的基本环节
方法：
①如果发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。
②如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
8.获得产品
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
②生产所需代谢物的产量高；
③发酵条件易控制；
④菌种不易变异，退化等。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
①反复试验确定培养基的配方；
②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；
③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；
④及时添加必需的营养组分；
⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制
发酵工程的基本环节分析
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
发酵工程的基本环节分析
4.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为什么？
不能；
因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
发酵工程的基本环节分析
结合刚刚的分析，思考发酵工程相比传统发酵技术，有什么优点？
发酵工程的优点：(P24)
① 生产条件温和；
② 原料来源丰富且价格低廉；
③ 产物专一；
④ 废弃物对环境的污染小和容易处理；
讨论
因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。
1.在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵食品
如：用大豆来生产酱油产品。谷物或水果生产各种酒类。
大豆
（蛋白质)
黑曲霉
（蛋白酶）
小分子的肽和氨基酸
酱油
淋洗、调制
谷物或水果
酿酒酵母
酒类
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
大麦发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
主发酵
冷却
消毒
终止
后发酵
过滤
啤酒的工业化生产流程
一、过程概述：
1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段；
2.主发酵阶段完成_ _______________________________；
3.后发酵的条件__ ________________________；
4.焙烤的目的：___________________________；
5.蒸煮的目的：__________________________________。
主发酵
后发酵
酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成
低温、密闭的环境下储存一段时间
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
啤酒的工业化生产流程
6.先通气后密封：
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
7.后期密封不严，酒会变酸的原因：
啤酒的工业化生产流程
1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高
提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
啤酒的工业化生产流程
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
应该辩证地看待这一产品。
一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。
另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期
（2）生产食品添加剂
①食品添加剂的作用：
②实例1——柠檬酸
柠檬酸是一种食品酸度调节剂；
可以通过黑曲霉的发酵制得；
③实例2——味精
由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸；
谷氨酸经过一系列处理就能制成味精；
二、发酵工程的应用
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
1.在食品工业上的应用
食品添加剂 ≠ 违法添加物
公众谈食品添加剂色变，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加剂的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加剂的头上显然是不公平的。
《国务院办公厅关于严厉打击食品非法添加行为切实加强食品添加剂监管的通知》中要求规范食品添加剂生产使用：严禁使用非食用物质生产复配食品添加剂，不得购入标识不规范、来源不明的食品添加剂，严肃查处超范围、超限量等滥用食品添加剂的行为，同时要求在2011年年底前制定并公布复配食品添加剂通用安全标准和食品添加剂标识标准。
（3）生产酶制剂
①常见酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
②酶制剂应用
食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等；
③酶制剂来源
少数由动植物生产；
绝大多数通过发酵工程生产；
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
2.在医药工业上的应用
（1）采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物
实例：
①利用经过基因改造的微生物生产生长激素释放抑制激素；
②利用基因工程改造的微生物生产疫苗。将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。如某种乙肝疫苗的生产。
（2）直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品
实例：青霉素高产菌株的培育
③利用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物；
二、发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
（1）生产微生物肥料
①微生物肥料的种类：
根瘤菌肥、固氮菌肥
②微生物肥料的作用：
Ⅰ生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长；
Ⅱ有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生.
（2）生产微生物农药
①微生物农药的作用机理：
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
②实例：
苏云金杆菌 防治80多种农林虫害。
白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素） 防治水稻枯纹病。
③防治类型：
生物防治
二、发酵工程的应用
（3）生产微生物饲料
①原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
②实例1——单细胞蛋白
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
单细胞蛋白成分：
不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质
③实例2-乳酸菌
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
二、发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
单细胞蛋白
4.在其他方面的应用
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功
（2）将极端微生物应用于生产实践
自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
①极端微生物：
②举例：
嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
二、发酵工程的应用
发酵工程 传统发酵技术
不 同 点 菌种 通过微生物 技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多 是 菌种 原材料中天然存在的 菌种
发酵 方式 发酵为主 固体发酵或__________发酵为主
对发酵条件的控制 严格_____操作，防止杂菌污染。通过 技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态。 不是无菌操作，容易受到 污染。对发酵条件不能严格控制，易
受 影响。
生产规模和产品 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本_____，产物_____，产量_____。 通常是 或作坊式的，产量低。生产往往受 和原料限制。产品风味品种比较_____，质量 。
相同点 都是利用了__________的作用
联系 发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的
纯培养
单一
混合
液体
半固体
无菌
现代工程
杂菌
外界条件
低
多样
高
家庭式
季节
单一
不稳定
微生物
课堂小结
食品工业
医药工业
生产传统发酵食品
农牧业
其他方面
生产食品添加剂
发酵工程应用
生产酶制剂
采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物
直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料
解决资源短缺与环境污染问题
将极端微生物应用于生产实践
课堂小结
2023-01-03
与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。
(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。( )
(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。 ( )
(3)在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。 ( )
(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。 ( )
练习与应用
一、概念检测
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2023-01-03
1.（1）可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
（2）可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
2.这一风险是存在的。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
二、拓展应用
练习与应用