资源简介

(共44张PPT)
第1章 发酵工程
第3节 发酵工程及应用
1
微
生
物
的
选
择
培
养和计数
微生物的选择培养
选择培养基
间接计数法 — 稀释涂布平板法
直接计数 —计数板计数法
微生物的数量测定
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
温故知新
2
从社会中来
问题：在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
发酵工程。即利用微生物的特定的功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
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。
3
一、发酵工程的基本环节
1. 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。
选育菌种
扩大培养
配置培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、
提纯产物
获得产品
2. 基本环节
4
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。
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。
（1）选育菌种
5
工业发酵罐体积
几十 ~ 几百m3
几 ~ 几十m3
接入的菌种总体积
（2）扩大培养
①目的：获得更多的菌种。
②原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。
③扩大培养的培养基：一般为液体培养基。
6
思考：怎样对菌种进行扩大培养？
将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
思考：扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？
液体培养基。可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。
7
①在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基；
②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基）。
（3）配制培养基
8
①灭菌原因：发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。
②灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。
*培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
（4）灭菌
9
（5）接种：
将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。
无菌
10
②严格控制发酵条件的原因：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。
（6）发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节
例如：谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N -乙酰谷氨酰胺。
11
计算机控制系统
监测
控制
温度、pH、溶解氧、灌压、通气量、搅拌、泡沫和营养等
微生物数量、产物浓度
检测
及时添加必需的营养组分
使发酵过程处于最佳状态
微生物的生长繁殖和代谢物的形成
影响
12
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
抽取样本进行检测
调节罐温
（放气）调节罐压
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
控制溶解氧
13
下列关于发酵工程的操作流程的叙述，错误的是
A．发酵所需的菌种需要进行筛选或育种获得
B．菌种在接种之前要进行扩大培养
C．发酵所用的培养基要进行灭菌，发酵设备不需要严格灭菌
D．若产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得
【答案】C
14
【解析】发酵工程所需菌种必须是性状优良的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，才能获得高品质的产品，A正确；
发酵工程所用的发酵罐较大，为提高发酵效率，发酵之前需要对菌种进行扩大培养，B正确；
发酵工程是在无菌条件下进行操作的，所以所用的培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，否则很可能会造成培养基的污染，导致产品质量下降，C错误；
要根据所获得的发酵产品的类型分离、提纯产物，若发酵产品是代谢物，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。
15
菌体本身
代谢产物
根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离、提纯
采用过滤、沉淀等方式进行分离、提纯
（7）产品的分离、提纯
16
（8）获得产品
17
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？
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发酵条件容易控制；
④菌种不易变异、退化等。
讨论2：怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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 发酵工程基本环节分析
18
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？
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、过滤等方法来分离和提纯产物。
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，都需要进行质量检査，合格后才能成为正式产品。
19
讨论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弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。
20
（一）优点：
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
（二）运用：
医药
其他
食品
农牧
二、发酵工程的应用
21
1.在食品工业上的应用：
(1)生产传统的发酵产品
实例1:酱油的生产
小分子肽
和氨基酸
酱油
黑曲霉
(蛋白酶)
淋洗、调制
实例2:各种酒类的生产
各种酒类
酿酒酵母
22
啤酒的工业化生产流程P24
思考.讨论
发芽
1
2
焙烤
3
碾磨
4
糖化
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
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。
23
讨论1：利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“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。
讨论2：啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
24
讨论3：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？
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。
25
讨论4：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。
26
类别 “精酿”啤酒 “工业”啤酒
原料
是否添加食品添加剂
麦芽汁浓度
发酵时间
特点
只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水
麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等
不添加
添加
较高，口味浓郁
较低，口味清淡
长，可达2个月
短，通常7天左右
产量低、价格高
产量高、价格低
27
1．关于啤酒生产的流程说法错误的是(　　)
A．让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶
B．焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丧失活性
C．糖化的目的是让淀粉分解
D．蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌
28
2.啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发酵的说法错误的是
(　　)
A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的
B．酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段
C．啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸
D．啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭环境下进行的
29
①利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；
②利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。
(2)生产各种各样的食品添加剂
1.在食品工业上的应用：
添加剂的类型 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
30
(3)生产酶制剂
种类
作用
食品直接生产
改进生产工艺
简化生产过程
改善产品的品质
延长食品储存期
提高产品产量
α-淀粉酶
β-淀粉酶
果胶酶
脂肪酶
氨基肽酶
1.在食品工业上的应用：
31
发酵工程生产的药物
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
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
2.在医药工业上的应用：
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
32
改造菌种
02
工程菌
01
疫苗
03
利用经过基因改造的微生物进行发酵生产生长激素释放抑制激素
未来可能用微生物来生产过去只能从植物中提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物
将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产疫苗
2.在医药工业上的应用：
33
34
3.在农牧工业上的应用：
根瘤菌肥、固氮菌肥
2.生产微生物农药
例子：利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫，属于生物防治
3.生产微生物饲料
1.生产微生物肥料
微生物菌体，即单细胞蛋白。
35
微生物农药防治和化学农药防治的比较
项目 微生物农药防治 化学农药防治
防治机理
优点
缺点
利用微生物或代谢物进行防治
成本低、无污染，可以维持生态平衡
防治速度慢
利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治
见效快，操作简单
成本高，污染环境，不利于维持生态平衡
36
还需要铁、锌等微量元素
37
解决资源短缺和环境污染问题
对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
(1)
(2)
4.在其他方面的应用：
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量
38
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
39
40
巩固
1．在发酵过程中，不会直接引起发酵液pH变化的是
A．营养物质的消耗
B．微生物细胞数目的增多
C．微生物呼吸作用释放的CO2
D．代谢物的积累
【答案】B
【解析】在发酵过程中，能引起pH变化的因素有营养物质的消耗、微生物呼吸作用释放的CO2和代谢物的积累，A、C、D不符合题意；微生物细胞数目的变化不会引起pH的变化，B符合题意。
41
2．在发酵过程中有关氧气的利用，正确的是 (　　)
A．微生物可直接利用空气中的氧气
B．微生物只能利用发酵液中的溶解氧
C．温度升高，发酵液中溶解氧增多
D．机械搅拌与溶解氧浓度无关
【答案】B
42
【解析】发酵工程中严格无菌操作，空气中的氧气中有微生物，会造成杂菌污染，只能利用发酵液中经过灭菌的无菌氧气，A错误、B正确；温度升高是代谢产热和机械搅拌产热引起的，与发酵液中的溶解氧没有关系，C错误；机械搅拌可以增加溶解氧的浓度，D错误。
43
3.单细胞蛋白是蛋白质吗？其有哪些方面的应用？
_____________________________________________。
【答案】单细胞蛋白不是蛋白质，而是通过发酵获得的大量的微生物菌体。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能增加家禽、家畜的重量；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
44

展开更多......

收起↑