资源简介

(共17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
第3节 发酵工程及其应用
从社会中来
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。
在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
随着人们对发酵原理的认识，微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，人们能够在严格控制的环境下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。
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？
发酵罐示意图
本节聚焦
1.什么是发酵工程？
2. 发酵工程的一般流程是什么？
3.发酵工程在生产上有哪些重要的价值？
发酵工程的基本环节
选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得
扩大培养
发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。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
接种
配制培养基、灭菌:不能有杂菌污染。如在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉
分离、提纯产物:
(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;
(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施
获得产品
思考·讨论
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。
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 。
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，应对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。
发酵工程的应用
发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛应用，形成了规模庞大的发酵工业。
1.在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵产品
大豆中蛋白
小分子肽和氨基酸
酱油
黑曲霉
淋洗、调制
各种谷物、水果
酿酒酵母
各种酒类
(2)生产各种各样的食品添加剂
利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。
表1-2 常用的几种食品添加剂 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 乳酸链球菌素、溶菌酶
(3)生产酶制剂
利用微生物发酵生产α 淀粉酶、β 淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等；目前已有50多种酶制剂用于食品生产。
2.在医药工业上的应用
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。
（3）未来可能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。
（4）利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞，制成生物疫苗。
（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
（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
3.在农牧业上的应用
（1）生产微生物肥料
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的　　　、　　　 　等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。如根瘤菌肥和固氮菌肥
有机酸
生物活性物质
（2）生产微生物农药
（3）生产微生物饲料
微生物农药是利用　　　或　　　　来防治病虫害的。
微生物农药作为　　　　的重要手段，
微生物
其代谢物
生物防治
蛋白质
微生物含有丰富的　　　。
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 ，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高
微生物菌体
4.在其他方面的应用
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
（1）解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
（2）对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
啤酒的工业化生产流程
啤酒的工业化生产流程主要分为 和 两个阶段。
主发酵
后发酵
（1）发芽
大麦种子发芽，
释放淀粉酶
（2）焙烤
加热杀死胚，
淀粉酶不失活
（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
（6）发酵
酵母菌将糖转化
为酒精和CO2
（5）蒸煮
产生风味组分，终止酶的进
一步作用，并对糖浆灭菌
（7）消毒
杀死啤酒中大多数微生
物，延长它的保存期。
具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。
（8）终止
过滤、调节、分装啤酒进行销售
思考·讨论
主发酵
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
后发酵
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。
发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求不同有所差异。
课堂小结
1.发酵工程的一项关键措施是灭菌,下列关于灭菌的叙述,正确的是(　　)
A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌 B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌
C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的 D.pH调到7左右灭菌效果最好
A
解析培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,A项正确;培养基的灭菌是杀死培养基中的一切微生物,B项错误;为防止杂菌污染,通入的空气也要是无菌的,但不是通入无菌空气就可以达到灭菌的目的,C项错误;灭菌效果与pH无直接关系,D项错误。
2.下列关于单细胞蛋白的叙述,正确的是(　　)
A.是从微生物细胞中提取的蛋白质 B.通过发酵生产的微生物菌体
C.是微生物细胞分泌的抗生素 D.单细胞蛋白不能作为食品
B
解析单细胞蛋白是利用淀粉或纤维素的水解液,制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得的大量的微生物菌体,所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素;单细胞蛋白含有丰富的蛋白质,如真菌蛋白可作为食品。
试一试

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