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(共24张PPT)
1.3发酵工程及其应用
1、什么是发酵工程？
2、发酵工程的基本环节有哪些？中心环节是什么？
3、在完成发酵工程各环节是需要注意什么？
4、发酵工程中选育的菌种应具备哪些优点？
5、发酵工程和传统发酵技术的区别？
6、发酵工程的优点和其在生活中的应用
7、总结发酵工程中不同微生物的发酵产物
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？
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。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面
一. 发酵工程的基本环节
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。
1、选育菌种
主要是细菌、放线菌、酵母菌、霉菌
菌种特点：
1、适应能力强
2、消化能力强
3、繁殖能力强
常用菌种：
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，在发酵前还需要对菌种进行扩大培养。
2、扩大培养
3、配制培养基
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。
4、灭菌
6、发酵罐内发酵
发酵工程的中心环节。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。
5、接种
7、分离、提纯产物
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
8、获得产物
在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
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。
1、微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需考虑哪些因素？
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。
2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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。
在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、吸附和离子交换等方法；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。
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？
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。
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？
农业沼气发酵罐
使用了食品工业发酵产生的添加剂的果汁
医药工业中的发酵工程产药
农牧业中发酵工程产生的微生物肥料
二、发酵工程已应用到各行各业
1、生产传统的发酵食品
① 以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制成的酱油产品。
用于调味的生抽酱油
用于调色的老抽酱油
（一）在食品工业上的应用
② 以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产的各种酒类。
大麦
水
1
发芽
大麦种子发芽，释放淀粉酶。
2
焙烤
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
3
碾磨
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
4
糖化
淀粉水解
形成糖浆。
糖化罐
啤酒工业化生产流程（主发酵阶段）
5
蒸煮
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
6
发酵
酵母菌将糖转化为酒精和CO2
7
消毒
杀死啤酒中的大多数微生物，延长保存期。
8
终止
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
冷却
过滤
瓶装
罐装
储存罐
啤酒工业化生产流程（后发酵阶段）
比较项目 发酵工程 传统发酵技术
不同点 菌种
发酵方式
对发酵条件的控制
生产规模的产品
相同点 1、都是利用了微生物的作用 2、传统发酵技术是发酵工程的基础 通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产优良菌种，大多是单一菌种
一般是原材料中天然存在的混合菌种
液体发酵为主
固体发酵或半固体发酵为主
严格无菌操作，防止杂菌污染
不是无菌操作，容易受到杂菌污染
生产规模大
家庭式或作坊式，产量低，生产受限
2、生产各种各样的食品添加剂
食品添加剂不仅可以增加食品的营养，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。
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
▲添加了柠檬酸的饮料
① 柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，可以通过黑曲霉的发酵制得。
② 由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制作味精。
3、生产酶制剂
常用的酶制剂如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。
目前酶制剂已经广泛应用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。
酶制剂少数由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产。
（二）在医药工业上的应用
① 发酵工程生产的药物
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
②基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
转入
微生物
发酵工程
药物
直接改造微生物
病原体的抗原基因
转入
微生物
疫苗
（三）在农牧业上的应用
▲微生物复合肥
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，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。
2、生产微生物农药
与传统化学农药不同，微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害
微生物或生产出的药物 防治对象
苏去金芽孢杆菌 80多种农林虫害
白僵菌 玉米螟、松毛虫等
一种放线菌生产的抗生素——井冈霉素 水稻枯纹病
3、生产微生物饲料
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，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。
（四）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，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
解决资源短缺和环境污染问题。
如利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。
对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用。
如利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂。

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