资源简介

(共19张PPT)
发酵工程
传统发酵技术的应用
微生物的培养技术及应用
发酵工程及其应用
微生物的基本培养技术
微生物的培养和计数
赵全华
第3节 发酵工程及其应用
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，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。
发酵工程
大规模生产发酵产品
微生物的特定功能
现代化工程技术
（教材章前语）
对发酵原理的深刻认识，
微生物纯培养技术的建立，
密闭式发酵罐的设计成功，
能严格控制环境条件
发酵工程的发展：
一
发酵工程的基本环节
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和发酵罐示意图
中心 环节
自然筛选
诱变育种
基因工程育种
①随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等。
②及时添加必需的营养组分。
③严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
产品是：
①微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法
②代谢物：提取、分离和纯化
发酵罐内发酵
中心环节
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
电动机
排气管
pH计
冷却水排出口
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮
生物传感器装置
空气入口
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
阀门
放料管
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？
发酵工程基本环节分析
2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
在低成本的培养基上能迅速繁殖；
生产所需代谢物的产量高；
发酵条件容易控制；
菌种不易变异，退化等。
要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。
思考·讨论
？
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？
4、进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？ 为什么？
传统发酵技术获得的产物一般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，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 。
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。应对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。
二
发酵工程的应用
产物专一
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
废弃物对环境污染小且容易处理
发酵工程的特点
在食品工业
在医药工业
在农牧业
在其他方面
发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
①生产传统发酵产品
酱油
大豆(主要原料)
黑曲霉
(蛋白酶)
小分子肽和氨基酸
淋洗、调制
酱油的生产
谷物或水果
酿酒酵母
各种酒类
各种酒类的生产
二
发酵工程的应用
⑥发酵
酵母菌将糖转化为酒精和CO2。
⑦消毒
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期
大麦
水
糖化罐
糖浆
啤酒花
冷却
过滤
装瓶
装罐
储存罐
①发芽
大麦种子发芽，释放淀粉酶
②烘培
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
③碾磨
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉
④糖化
淀粉分解，形成糖浆
⑤蒸煮
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
⑧终止
过滤、调节，分装进行出售
啤酒的工业化生产流程
思考·讨论
03
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？
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？
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。
应该辩证地看待。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。
②生产各种各样的食品添加剂
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、溶菌酶
增加食品的营养
延长食品的保存期
改善食品的口味、色泽和品质
淀粉
淀粉酶
葡萄糖
黑曲霉
柠檬酸
柠檬酸合成酶
谷氨酸棒状杆菌
发酵
谷氨酸
味精
处理
氧气
③生产酶制剂
易于工业化生产，便于改善工艺、提高质量。
果胶酶；脂肪酶；α-淀粉酶；β-淀粉酶；氨基酸肽酶
2.在医药工业上的应用
①发酵工程生产的药物
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
发酵工程生产的药物的方法
动植物的基因
微生物
直接改造微生物
转入
微生物
病原体的抗原基因
转入
发酵
工程
药物
药物
疫苗
3.在农牧业上的应用
①生产微生物肥料
②生产微生物农药
③生产微生物饲料
解决资源短缺和环境污染
纤维→酒精、乙烯
极端微生物的利用
嗜热菌、嗜盐菌→洗涤剂（耐高温耐盐）
嗜低温菌→热敏性产品（不耐高温）
嗜盐菌
嗜热菌
4.在其他方面的应用
课后习题
(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。（ ）
×
√
√
×
2.(1)青霉素发酵是高耗氧过程,如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
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)在发酵过程中,总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
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。
3.通过微生物发酵,可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇;将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配,就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示,使用乙醇汽油与使用普通汽油相比,排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”;但也有人认为,生产燃料乙醇需要消耗大量粮食,会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料,评估这一风险,并说明在生产时应如何规避这风险。
存在风险。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。

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