资源简介

(共28张PPT)
第1章 发酵工程
本节聚焦
什么是发酵工程？
发酵工程的一般流程是什么？
发酵工程在生产上有哪些重要的价值？
第3节 发酵工程及其应用
在工业上，青霉素是怎样生产的？
从社会中来 P22
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。
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。
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
发酵工程形成
思考：发酵工程的基本环节是什么呢？
菌种的选育、扩大培养、培养基的配置、灭菌、接种、发酵、产品的分离、提纯等方面
发酵工程的基本环节 P22-23
4
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
生产味精
黑曲霉
啤酒酵母
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
配制培养基
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。
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
放料管
阀门
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
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。
P22 旁栏思考 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？
菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。
发酵工程的基本环节
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
放料管
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
阀门
发酵罐示意图
P23 思考讨论：
发酵工程
及其应用
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？
Q1
产物方面
目的产物含量高，副产物少
设备方面
产泡沫少，适宜大罐生产。生产周期短，需氧量少，抗污染能力强。
菌体方面
菌体生长快，繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特征稳定
原料方面
来源广，转化率高
P23 思考讨论：
发酵工程
及其应用
怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
Q2
01
反复试验确定培养基的配方。
对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。
可用温度传感器、冷却水进入口和排出口控制温度，空气入口控制氧气的量等。
02
03
04
3.发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进？
项目 发酵工程 传统发酵技术
区别 菌种
对发酵条件的控制
产品处理
生产规模和产品
分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行质量检查
不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种
原材料中天然存在的混合菌种
严格无菌操作，防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态
不是无菌操作，容易受到杂菌污染，对发酵条件不能严格控制，易受外界条件影响
生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高
通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味品种比较单一，质量不稳定
P23 思考讨论：
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？
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。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。
不能
P23 思考讨论：
任务2：自主阅读教材P24~27，完成下列表格。
具体应用 成果
食品 传统的发酵产品 酱油（霉菌）、酒类（酵母）
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、脂肪酶和氨基肽酶等
生长激素释放抑制激素、青霉素、乙型肝炎疫苗
根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌和固氮菌）
多种农林虫害（苏云金杆菌）、玉米螟（白僵菌）
微生物菌体（单细胞蛋白）
酒精、乙烯（纤维素废料）
洗涤剂（嗜热菌、嗜盐菌）
肥料
农药
饲料
解决资源短缺和环境污染问题
对极端微生物的利用
发酵工程的应用
发酵工程的应用 P24
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用
在其他方面的应用
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
发酵工程的特点
大豆中蛋白
小分子肽和氨基酸
酱油
黑曲霉
蛋白酶
淋洗、调制
各种谷物、水果
酿酒酵母
各种酒类
(一) 在食品工业上的应用
生产传统的发酵产品
1
明显提高产品的产量和质量
发酵工程的应用 P24
13
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
主发酵
冷却
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。
淀粉分解，形成糖浆。
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。
消毒
终止
后发酵
过滤
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
——啤酒的工业化生产流程
P24 思考·讨论
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。
生产各种各样的食品添加剂
添加剂类型
酸度调节剂
增味剂
着色剂
增稠剂
防腐剂
添加了柠檬酸的饮料
食品添加剂的作用
增加食品的营养
改善食品的口味、色泽和品质
延长食品的保存期
2
(一) 在食品工业上的应用
发酵工程的应用 P25
(一) 在食品工业上的应用
生产酶制剂
3
食品直接生产
改进生产工艺
简化生产过程
提高产品产量
延长食品储存期
改善产品的品质和口味
酶制剂的作用
酶制剂
果胶酶
脂肪酶
α-淀粉酶
β-淀粉酶
氨基酸肽酶
发酵工程的应用 P26
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
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
(二) 医药工业上的应用
发酵工程的应用 P26
(三)在农牧业上的应用
利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 　、　 　 　 　等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
有机酸
生物活性物质
生产微生物肥料
1
发酵工程的应用 P27
2
生产微生物农药
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用
如：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，
一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。
生产微生物饲料
原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
实例1——单细胞蛋白
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；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
单细胞蛋白成分：
不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质
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
(三)在农牧业上的应用
发酵工程的应用 P27
单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、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地活下去呢
19
(四)在其他方面的应用
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。
对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
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。
02
1
2
发酵工程的应用 P27
与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。
(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（ ）
(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ）
(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（ ）
(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ）
×
√
√
×
一、概念检测
P28 【练习与应用】
当堂检测
发酵工程
及其应用
1. 某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是 (　 　)
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
B
当堂检测
发酵工程
及其应用
C
2. 关于发酵工程应用的说法错误的是
A. 发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物
B. 通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶
C. 通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白
D. 发酵工程的产品可以是微生物的菌体
当堂检测
发酵工程
及其应用
3. 关于发酵工程说法错误的是（ ）
A. 依赖微生物纯培养技术的建立
B. 发酵设备都是密封的
C. 食品、医药工业离不开发酵工程
D. 发酵工程与工农业生产也有密切关系
B
当堂检测
发酵工程
及其应用
4. 关于发酵工程的菌种说法错误的是（ )
A. 发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来
B. 发酵工程可以利用原材料中含有的菌种
C. 发酵工程的菌种可以来自基因工程
D. 发酵工程的菌种可以来自诱变育种
B
当堂检测
发酵工程
及其应用
B
5. 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
当堂检测
发酵工程
及其应用
6. 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
C
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
(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_________
显著降低
扩增
P30 【复习与提高】
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。
(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型增长
(4)将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决
(5)有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。
目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
P30 【复习与提高】

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