资源简介

(共32张PPT)
第一章 发酵工程
第3节 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，早期只能从青霉菌中提取少量青霉素，价格贵如金。
随着发酵技术的发展，如今一瓶规格160万单位的青霉素注射剂价格只要一元左右，那么工业上究竟是如何生产的呢？
那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
发酵工程
发酵工程是指 ，通过 ，
。（P1）
利用微生物的特定功能
现代化工程技术
规模化生产对人类有用的产品
微生物纯培养技术的建立
密闭式发酵罐的设计成功
人们对发酵原理的认识
大规模生产发酵产品
问题：发酵工程基本环节是什么？
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决定了生产发酵产品的成败。
在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。
生产柠檬酸
生产啤酒
生产青霉素
生产味精
黑曲霉
啤酒酵母
黄青霉
谷氨酸
棒状杆菌
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。
接种
选育菌种
制备培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
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。
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
发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
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。
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微生物的数量、产物的浓度等，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。
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。
课P22
发酵罐内发酵
5. 发酵罐内发酵
电动机
发酵液
冷却夹层
生物传感器
pH计
冷却水排出口
培养物或营养物质的加入口
观察孔
温度传感器和控制装置
阀门
放料管
搅拌叶轮
空气入口
排气管
取样管
冷却水进入口
抽取样本进行检测
调节罐压
控制冷水流速调节罐温
控制溶解氧含量
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
① 发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节
② 发酵过程的监控
5. 发酵罐内发酵
监控要点一
监控要点二
监控要点三
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
②②
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
分离、提纯产物的方法措施：
6. 分离、提纯产物
思考·讨论
发酵工程基本环节分析
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？
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。
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。
(1)生产条件温和。
(2)原料来源丰富且价格低廉。
(3)产物专一、废弃物对环境的污染小且容易处理。
发酵工程的优点
阅读P24~27，完成表格：
具体应用 成 果
食品
医药
农牧业
其他方面
食品添加剂
酶制剂
柠檬酸（黑曲霉）、谷氨酸（谷氨酸棒状杆菌）
淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等
青霉素等抗生素、生长激素释放抑制素、乙型肝炎疫苗
根瘤菌肥（根瘤菌）、固氮菌肥（固氮菌）
防治多种虫害（苏云金杆菌）、防治玉米螟（白僵菌）
通过发酵获得大量微生物菌体（单细胞蛋白）
利用纤维素废料发酵生产酒精、乙烯
用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌提高热敏性产品的产量
微生物肥料
微生物农药
微生物饲料
解决资源短缺和环境污染问题
极端微生物的应用
传统的发酵产品
酱油（利用霉菌）、酒类（利用酵母）
（1）生产传统的发酵产品
1. 在食品工业上的应用
啤酒的工业化生产流程
发芽
1
2
焙烤
3
碾磨
4
糖化
大麦
水
糖化罐
大麦种子发芽，
释放淀粉酶。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
淀粉水解
形成糖浆。
课P24
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
酵母菌将糖转化为酒精和CO2
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
过滤
冷却
装瓶
装罐
储存罐
课P24
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
接种
过滤
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。
课P24
“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
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。
问题：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？
思考·讨论—— 啤酒的工业化生产流程
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
常用的几类食品添加剂
（2）生产各种各样的食品添加剂
添加了柠檬酸的饮料
（3）生产酶制剂
课P26
①产品：
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。
③来源：
少数由动植物生产，
大多数通过发酵工程生产
②应用：
用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产量等方面。
2. 在医药工业上的应用
（1）生产抗生素
例如应用产黄青霉生产青霉素，用于治疗脑膜炎、骨髓炎、肺炎等。
（2）生产多种氨基酸
许多微生物都能产生氨基酸，发酵工程可生产许多具有治疗作用的氨基酸。例如精氨酸可以治疗高氨血症（尿素合成障碍导致血氨浓度升高）等疾病。
③生产激素：
利用工程菌生产生长激素释放抑制激素，用于肢端肥大症的治疗。
④生产免疫调节剂：
例如，利用工程菌生产乙肝疫苗。
2. 在医药工业上的应用
【发酵工程生产药物的方法】
①利用基因工程将动植物基因转移至微生物细胞中，通过发酵技术大量生产所需产品。
②直接对菌种进行改造，通过发酵技术大量生产所需产品。
③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转移至微生物中，通过发酵技术大量获得疫苗。
2. 在医药工业上的应用
①生产微生物肥料
【原理】
利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生活活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
利用微生物代谢物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
微生物或代谢产物 防治病虫害种类
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
②生产微生物农药
利用微生物或其代谢物来繁殖病虫害。
【原理】
3. 在农牧业上的应用
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
微生物农药防治和化学农药防治的比较
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微生物菌体，即单细胞蛋白。
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。
③生产微生物饲料：
微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。
应用——食品添加剂、微生物饲料
（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。
①极端微生物：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。
②举例：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. 在其他方面的应用
（2）将极端微生物应用于生产实践
污水池中污泥样品
初选
振荡培养若干天后
测定各瓶中化合物A的含量
接种
候选菌
接种
选择
接种
接种
固体培养基
重复多次，直至获得目的菌。
1. 某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（1）在培养基中加人化合物A的目的是 ，这种培养基属于 培养基。
筛选出可以降解化合物A的微生物
选择
复习与提高
（2）培养若干天后,应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量 。
较少
增加
（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
细菌计数板计数
S形增长
污水池中污泥样品
初选
振荡培养若干天后
测定各瓶中化合物A的含量
接种
候选菌
接种
选择
接种
接种
固体培养基
重复多次，直至获得目的菌。
复习与提高
2.（2）下图所示为4种菌落分布图，一般不能由涂布平板法得到的是 。
A
B
C
D
B
复习与提高

展开更多......

收起↑