资源简介

(共31张PPT)
1.3发酵工程及其应用
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。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
从社会中来
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
青霉素
发酵工程
一.发酵工程
发酵工程
利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
它涉及菌种的选育和培养，产品的分离和提纯等。
微生物的特定功能
现代工程技术
大规模生产发酵产品
对发酵原理的认识
微生物纯培养技术建立
密闭式发酵罐设计成功
严格控制环境条件（温度、PH、溶解氧、压强、营养物等）
实 质
利用微生物进行产品生产
二.发酵工程的基本环节
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
选育菌种
二.发酵工程的基本环节
①性状优良的菌种可以加速发酵过程，缩短生产周期
生产柠檬酸
黑曲霉
生产啤酒
啤酒酵母
生产青霉素
黄青霉
蛋白酶
黑曲霉
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。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。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，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。
选育菌种
二.发酵工程的基本环节
②方法
自然筛选、诱变育种或基因工程育种
自然筛选
优点：经济实惠
缺点：自然突变几率低，出现优良性状可能性小，需要时间长
诱变育种或基因工程育种
优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产品
缺点：技术要求高
扩大培养
工业发酵罐体积
接入的菌种总体积
几十到几百立方米
几到几十立方米
思 考
怎样对菌种进行扩大培养？
将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。
配制培养基
二.发酵工程的基本环节
菌种确定以后，要选择原料配制培养基。在生产实践中，培养基的配方要反复试验才能确定。配置的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求
灭 菌
原因：发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降
对象：培养基和发酵设备
实例：在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉
接 种
二.发酵工程的基本环节
发酵罐内发酵
发酵工程的中心环节
抽取样本，进行检测，了解发酵进程
调节罐温
调节罐压
控制溶解氧
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，以获得所需的发酵产物
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。
二.发酵工程的基本环节
分离、提纯产物
发酵产物类型 获得产品的方法
微生物细胞
代谢物
过滤、沉淀等方法
适当的提取、分离和纯化措施
思 考
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. 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？
3. 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？
低成本、高产量、易控制、不退化
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法；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，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。
不能。为了减少或避免污染物的产生和排放，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
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
（1）生产传统的发酵食品
①实例1——生产酱油
大豆
蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸
黑曲霉
淋洗、调制
酱油
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
（1）生产传统的发酵食品
①实例2——酿酒
谷物或水果
酿酒酵母
酒类
二、发酵工程的应用
思考·讨论
啤酒的工业化生产流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
主发酵
后发酵
一、过程概述：
1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段。
主发酵
后发酵
2.主发酵阶段完成___________________________________________。
酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成
3.后发酵的条件是_______________________________。
4.焙烤的目的：_______________________________。
5.蒸煮的目的：_______________________________________________。
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
啤酒的工业化生产流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
主发酵
后发酵
二、讨论
1.酵母菌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。
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
___________________________________________________。
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸
思考·讨论
啤酒的工业化生产流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
主发酵
后发酵
二、讨论
3.与传统的手工发酵相比，在上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
________________________________________________。
①菌种的选育。 ②对原材料的处理。
③发酵过程的控制。 ④产品的消毒等。
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
（2）生产食品添加剂
①食品添加剂优点
增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期。
②实例1——柠檬酸
柠檬酸是一种食品酸度调节剂，可以通过黑曲霉的发酵制得。
二、发酵工程的应用
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
（2）生产食品添加剂
③实例2——味精
谷氨酸经过一系列处理就能制成味精，
由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸。
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
④常见的食品添加剂
二、发酵工程的应用
（2）生产食品添加剂
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
二、发酵工程的应用
（3）生产酶制剂
①常见酶制剂——a-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶。
1.在食品工业上的应用
食品工业是微生物最早开发和应用的领域。
二、发酵工程的应用
（3）生产酶制剂
①常见酶制剂——a-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶。
②酶制剂应用
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品产量等。
③酶制剂来源
少数由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产。
2.在医药工业上的应用
二、发酵工程的应用
（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。
例如，生长激素释放抑制激素能够抑制生长激素的不适宜分泌，可用于治疗肢端肥大症。最初临床上使用的这种激素是从羊脑中提取的，50万个羊脑才能提取5mg，远远不能满足需要。后来利用经过基因改造的微生物进行发酵生产，从7.5L培养液中就能得到5mg的生长激素释放抑制激素，这也使得其价格降为原来的几百分之一。
2.在医药工业上的应用
二、发酵工程的应用
（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。
（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。
通过诱变的青霉菌发酵生产大量青霉素。
2.在医药工业上的应用
二、发酵工程的应用
（3）科学家还利用基因工程，将病原体的抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。
（4）未来甚至还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。
3.在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
（1）生产微生物肥料
①微生物肥料的种类
根瘤菌肥、固氮菌肥
②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。
3.在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
（2）生产微生物农药
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防治类型属于__________。
生物防治
③实例
微生物或代谢产物 防止病虫害种类
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
3.在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
（3）生产微生物饲料
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1——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___________，即单细胞蛋白。
微生物菌体
单细胞蛋白应用——食品添加剂、微生物饲料。
③实例2——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。
（2）将极端微生物应用于生产实践
自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、
高压、高盐和低温等环境)中正常生活。
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。
4.其他方面的应用
二、发酵工程的应用
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。
【课堂回眸】
课堂练习
1.发酵工程的基本步骤是( )
①选育菌种②配制培养基③扩大培养④灭菌⑤产品的分离、提纯⑥接种⑦发酵罐内发酵
A.②④①⑥③⑦⑤
B.①③②④⑥⑦⑤
C.①②④⑥③⑦⑤
D.②④①③⑥⑦⑤
B
2.发酵工程在现代生物工程中地位越来越重要。下列有关发酵过程叙述错误的是( )
A.首先要对发酵设备和培养基严格灭菌
B.要随时取样，检测培养液的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵过程
C.在发酵过程中不需要向装置中再添加必需的营养组分
D.要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件
C
3.发酵工程的第一个重要工作是从混杂的微生物群体中选择优良的单一纯种,获得纯种的方法不包括( )
A.根据微生物对碳源需要的差别,使用含不同碳源的培养基
B.根据微生物缺乏生长因子的种类,在培养基中增减不同的生长因子
C.利用高温高压消灭不需要的杂菌
D.根据微生物对抗生素敏感性的差异,在培养基中加入不同的抗生素
C
4.下列哪项不属于发酵工程在食品工业上的应用( )
A.生产传统发酵食品，如酱油、酒等
B.生产各种食品添加剂，如柠檬酸、味精等
C.生产酶制剂，如果胶酶、氨基肽酶等
D.生产单细胞蛋白，如酵母菌等
D

展开更多......

收起↑