资源简介

(共29张PPT)
发 酵
及 其
工 程
应用
01.
发酵工程的基本环节
02.
发酵工程的应用
03.
习题巩固
目录
CONTENTS
PART ONE
发酵工程的基本环节
发酵工程的基本环节
The basic link of fermentation engineering
什么是发酵工程呢？
发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及 、 等方面。
菌种的选育和培养
产物的分离和提纯
发酵工程的基本环节
The basic link of fermentation engineering
发酵工程的基本环节有哪些？
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
发酵工程的基本环节
The basic link of fermentation engineering
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。
生产柠檬酸
生产啤酒
生产味精
黑曲霉
啤酒酵母
谷氨酸
棒状杆菌
在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
接种
选育菌种
制备培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
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。
现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要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。还要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。
环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。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。
发酵工程的基本环节
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；②产量高；
③发酵条件容易控制；④菌种不易变异、退化等。
要对温度、pH和溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。
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？
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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？
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。
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。
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。
PART TWO
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
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
发酵工程的特点
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用
在其他方面的应用
发酵工程的应用
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
1.在食品工业上的应用
①生产传统的发酵产品
大豆蛋白质
小分子肽和氨基酸
酱油
谷物、水果
酒精+CO2
霉菌产生蛋白酶
酵母菌
无氧条件
淋洗调制
各种酒类
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
②生产各种各样的食品添加剂
增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期
淀粉
黑曲霉
葡萄糖
柠檬酸
谷氨酸
棒状杆菌
谷氨酸
味精
柠檬酸合成酶
发酵
氧气
处理
淀粉 酶
1.在食品工业上的应用
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
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
常见的几类食品添加剂
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
③生产酶制剂
a.概念：
从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。
b.来源：
少数由动植物生产
c.应用：
用于食品的直接生产、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量等方面。
d.产品：
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基酸肽酶和脂肪酶等。
1.在食品工业上的应用
啤酒的工业化生产流程
The industrial production process of beer
啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的
具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。
发芽
1
2
焙烤
3
碾磨
4
糖化
大麦
水
糖化罐
大麦种子发芽，
释放淀粉酶。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
淀粉水解
形成糖浆。
啤酒的工业化生产流程
The industrial production process of beer
啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的
具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
酵母菌将糖转化为酒精和CO2
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
过滤
冷却
装瓶
装罐
储存罐
啤酒的工业化生产流程
The industrial production process of beer
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
接种
过滤
主发酵
后发酵
酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。
啤酒的工业化生产流程
The industrial production process of beer
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
思考 讨论
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。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。
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？
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
(1)发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等。
通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素,青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
(2)基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
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
例：生产生长激素释放抑制激素。
例：生产紫杉醇、青蒿素前体等化合物。
例：生产乙肝疫苗的方法。
2.在医药工业上的应用
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
(1)生产微生物肥料
①微生物肥料的作用:
微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；
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。
根瘤菌肥、固氮菌肥
②微生物肥料的种类:
3.在农牧业业上的应用
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
(2)生产微生物农药
微生物或代谢产物 防治病虫害种类
苏云金杆菌 80多种农林害虫
白僵菌 玉米螟、松毛虫
一种放线菌产生的抗生素（井冈霉素） 水稻枯纹病
①微生物农药的作用:
利用微生物或其代谢物来防治病虫害。
②实例：
微生物农药作为　　 　　的重要手段。
③防治类型：
生物防治
3.在农牧业业上的应用
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
(3)生产微生物饲料
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。
单细胞蛋白
①原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。
②实例：
单细胞蛋白：许多国家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——食品添加剂、微生物饲料；
3.在农牧业业上的应用
发酵工程的应用
Application of fermentation engineering
(4)在其他方面的应用
①解决资源短缺与环境污染问题
②对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决　　 　　　　　　和　　 等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
粮食、
环境、健康
能源
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。
例如嗜热菌、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。
3.在农牧业业上的应用
PART THREE
习题巩固
习题巩固
Exercises to consolidate
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。 （ ）
×
√
我可都会做！
习题巩固
Exercises to consolidate
(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。
（ ）
√
×
我可都会做！
聆听
感
谢

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