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(共24张PPT)
1.3发酵工程及其应用
科学小故事：1928年的一天，弗莱明在一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，楼上一位研究青霉菌的学者的青霉菌飘到了培养细菌用的琼脂上。弗莱明惊讶地发现，青霉菌附近的葡萄球菌被溶解了。后来他经过多次实验，发现这个现象可以重复，据此发现了葡萄球菌的克星——青霉素。
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青霉素，它的价格贵如金。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，1瓶规格160万单位的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
青霉菌
发酵罐示意图
一、发酵工程的基本环节
1.发酵工程的形成过程：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条件下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成
2.发酵工程的环节：
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。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。
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。
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。
发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。例如，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。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
选育菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
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的微生物数量、产物浓度等，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。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。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。
接种
发酵罐内发酵
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。
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产物
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵产品
（2）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‘-肌甘酸二钠、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
回忆一下，自己做过的生物学实验，想一想曾家使用过哪些酶制剂？
加酶洗衣粉中的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等；探究温度对酶活性的影响实验中的淀粉酶；探究pH对酶活性的影响实验中的过氧化氢酶；探究果胶酶在果汁生产中应用的实验中的果胶酶
思考：
2.在医药工业上的应用
（1）将动植物目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，通过发酵技术获得所需药物
（2）将菌种直接改造，通过发酵技术获得药物
（3）将病原体的抗体基因转入微生物中，或得表达产物即可作为疫苗使用
生长激素释放抑制激素
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有有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改料土壤结构，促进植株生长
（2）生产微生物农药
a.用苏云金杆菌防治农林害虫
b.用白僵菌防治玉米螟、松毛虫等
玉米螟
松毛虫
（3）生产微生物饲料
a.单细胞蛋白作为食品添加剂
b.单细胞蛋白制成生物饲料
单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还有糖类、脂质和维生素等物质，以后我老牛是不是吃点微生物菌体就可以健康的活下去呢？
4.在其他方面的应用
a.利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功
b.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
知识网络构建
发
酵
工
程
及
其
应
用
发酵工程的
基本环节
发酵工程的
应用
选育菌种
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
食品工业上的应用
医药工业上的应用
农牧业上的应用
其他方面的应用

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