资源简介

(共40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。
青霉素
在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢
过渡
从社会中来
发酵工程的基本环节
一
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。
1.发酵工程的概念：
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。结合教科书第22～23页内容和发酵罐的示意图，回答下列问题
情境一
(1)发酵工程主要包括哪些环节
(2)发酵工程菌种来源有哪些？你能否举例
(3)为什么要进行扩大培养？
(4)菌种确定之后，培养基的配方如何才能确定？
(5)培养基和发酵设备都必须经过严格的什么处理？为什么？
(6)发酵罐内发酵需要注意哪些问题？
(7)用什么手段对产品进行分离、提纯
【任务1】
接种
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
目的:
菌种来源：
实例：
选育菌种
扩大培养
配制培养基
(1)发酵工程主要包括哪些环节
(2)发酵工程菌种来源有哪些？你能否举例
2.发酵工程的基本环节
获得性状优良的菌种。
自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种。
筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期。
(3)为什么要进行扩大培养？
(4)菌种确定之后，培养基的配方如何才能确定？
目的:获得更多的菌种
原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大
扩大培养的培养基：一般为液体培养基。
选择原料制备培养基（结合菌种代谢特点）；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
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
选育菌种
扩大培养
配制培养基
2.发酵工程的基本环节
接种
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
选育菌种
扩大培养
配制培养基
(5)培养基和发酵设备都必须经过什么处理？为什么？
培养基和发酵设备
青霉素生产中被杂菌污染，杂菌分泌青霉素酶，将青霉素分解。
对生产环境需进行消毒处理
对通入的空气进行灭菌
①灭菌原因:
③灭菌对象:
④实例:
所用菌种多是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产量大大降低
②灭菌目的:
避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量
2.发酵工程的基本环节
接种
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
选育菌种
扩大培养
配制培养基
(6)发酵罐内发酵在发酵工程中的地位是什么？需要注意哪些问题？
随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件。
及时添加必需的营养组分，
地位：
发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。
② 注意事项：
2.发酵工程的基本环节
接种
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
选育菌种
扩大培养
配制培养基
环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；
③ 严格控制：
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生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
④实例——谷氨酸发酵：
2.发酵工程的基本环节
(6)发酵罐内发酵在发酵工程中的地位是什么？需要注意哪些问题？
接种
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
选育菌种
扩大培养
配制培养基
(7)用什么手段对产品进行分离、提纯？
①微生物细胞本身:
发酵结束之后,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥
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。
②代谢物:
2.发酵工程的基本环节
装置 编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
电动机D1
排气管C3
pH计B3
冷却水排出口C2
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮D2
生物传感器装置B4
空气入口A4
放料管A2
A3阀门
A1培养物或营养物质的加入口
B1观察孔
B2取样管
B5温度传感器和控制装置
C1冷却水进入口
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热
3.发酵罐示意图及功能介绍
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？
需要考虑的因素包括：
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。
要对温度、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？
发酵工程基本环节分析
思考 讨论
任务二
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？
传统发酵技术：
使用的分离和提纯产物的方法较多。常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换，液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
发酵工程基本环节分析
思考 讨论
产物一般是复杂的混合物，一般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。
发酵工程：
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？
发酵工程基本环节分析
思考 讨论
因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。
①生产条件温和；
②原料来源丰富且价格低廉；
③产物专一；
④废弃物对环境的污染小和容易处理。
过度
4.发酵工程的优点
1.下列关于发酵工程的菌种的说法，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
课堂检测
B
2.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是( )
A.菌种选育是发酵工程的中心环节
B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行
C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵
条件，否则会影响菌种代谢物的形成
D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但是
不影响微生物的代谢途径
课堂检测
C
发酵工程的应用
二
发酵工程正渗透到几乎所有的农业、工业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，做出了越来越大的贡献。请结合教科书第24~27页“发酵工程的应用”，回答下列问题。
情境二
4.发酵工程在其他方面的应用有哪些？举例说明
3.发酵工程在农牧业上的应用有哪些？举例说明
2.发酵工程在医药工业上的应用有哪些？举例说明
1.发酵工程在食品工业上的应用有哪些？举例说明
【任务2】
(1)生产传统的发酵产品：
(2)生产食品添加剂。
(3)生产酶制剂
如酱油各种酒类等
发酵工程在食品工业上的应用有哪些？
1.在食品工业上的应用
(1)生产传统发酵产品
酱油
大豆
(主要原料)
黑曲霉
(蛋白酶)
小分子肽
和氨基酸
淋洗
调制
①酱油的生产
谷物或水果
酿酒酵母
各种酒类
②各种酒类的生产
1.在食品工业上的应用
啤酒的工业化生产流程
思考 讨论
啤酒的工业化生产流程
思考 讨论
(1)啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其中发酵过程分为_____和______两个阶段，酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢产物的生成都在______阶段完成。
(2)大麦适于酿造啤酒的原因是便于①发芽，释放______，其次大麦的种植普遍，化学成分适合酿造啤酒，大麦非人类食用主粮：图中②焙烤的目的是________________________________。
加啤酒花
冷却
接种
过滤
发芽
1
焙烤
2
碾磨
3
糖化
4
蒸煮
5
发酵
6
消毒
7
终止
8
主发酵
后发酵
主发酵
淀粉酶
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
主发酵
后发酵
(3)图中③的作用是_____________________________________________。
(4)图中④的作用是_____________________________________________。
(5)图中⑤的作用是_____________________________________________。
(6)图中⑥的作用是_____________________________________________。
(7)图中⑦的作用是_____________________________________________。
啤酒的工业化生产流程
思考 讨论
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
淀粉水解形成糖浆。
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。
加啤酒花
冷却
接种
过滤
发芽
1
焙烤
2
碾磨
3
糖化
4
蒸煮
5
发酵
6
消毒
7
终止
8
主发酵
后发酵
与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
啤酒的工业化生产流程
思考 讨论
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
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。
(2)生产食品添加剂
常用的几类食品添加剂
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、溶菌酶
添加了柠檬酸的饮料
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
①食品添加剂的作用
1.在食品工业上的应用
淀粉
淀粉酶
葡萄糖
黑曲霉
柠檬酸合成酶
谷氨酸棒状杆菌
发酵
谷氨酸
味精
处理
氧气
(2)生产食品添加剂
②实例:
实例2——味 精
1.在食品工业上的应用
柠檬酸
实例1——柠檬酸
(3)生产酶制剂
①常见酶制剂
α-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。
1.在食品工业上的应用
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
在医药工业上的应用有哪些？
2.在医药工业上的应用
(2)生产微生物农药
(3)生产微生物饲料
(1)生产微生物肥料
在农牧业上的应用有哪些？
3.在农牧业上的应用
①微生物肥料：
利用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、增强植物抗病性和抗逆性。
②常见微生物肥料：
根瘤菌肥、固氮菌肥
(1)生产微生物肥料
3.在农牧业上的应用
(2)生产微生物农药
①微生物农药的作用:
②防治类型:
③实例
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
3.在农牧业上的应用
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
属于生物防治
①微生物饲料原理：
②常见微生物饲料：
(3)生产微生物饲料
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。
单细胞蛋白应用——食品添加剂、微生物饲料；
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。
单细胞蛋白
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。
3.在农牧业上的应用
(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
(2)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
在其他方面的应用有哪些？
4.在其他方面的应用
发酵工程 传统发酵技术
不 同 点 菌种 通过微生物 技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多是 菌种 原材料中天然存在的 菌种
发酵方式 发酵为主 固体发酵或__________发酵为主
对发酵条件的控制 严格_______操作，防止杂菌污染。通过 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 染。对发酵条件不能严格控制，易受 影响。
生产规模和产品 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本_____，产物_____，产量_____。 通常是 或作坊式的，产量低。生产往往受 和原料限制。产品风味品种比较_____，质量 。
相同点 都是利用了__________的作用 联系 发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的 纯培养
单一
混合
液体
半固体
无菌
现代工程
杂菌
外界条件
低
多样
高
家庭式
季节
单一
不稳定
微生物
5.发酵工程与传统发酵技术
1.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。下列叙述错误的是( )
A.传统发酵技术多是混合菌种发酵，发酵工程一般为纯种发酵
B.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
C.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
D.发酵工程通常可以采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品
课堂检测
B
2.下列关于发酵工程在食品工业上的应用的叙述，错误的是( )
A.生产传统发酵产品，如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油
B.生产各种各样的食品添加剂，可以改善食品的口味但不能增加食品的
营养
C.生产食品酸度调节剂，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
D.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产
课堂检测
B
(3)发酵过程中必须严格控制好 (至少答出3点)等发酵条件，使发酵全过程处于最佳状态；同时定期检测__________________________(至少答出2点)等，以了解发酵进程。
温度、pH、溶解氧、罐压、营养物质
微生物数量、产物浓度
课堂检测
3.青霉素是一种常用的抗生素，其工业化生产流程如图所示。请据图分析回答下列问题：
(4)过程④常用的方法是________。
过滤
本节小结
生产传统发酵食品
生产食品添加剂
发酵工程的基本环节
生产酶制剂
采用基因工程的方法
直接对菌种进行改造
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料
解决资源短缺与环境污染问题
将极端微生物应用于生产实践
发酵工程的应用
食品工业
医药工业
农牧业
其他方面
接种
灭菌
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
选育菌种
扩大培养
配制培养基

展开更多......

收起↑