第3節(jié)發(fā)酵工程及其應用01

通過分析發(fā)酵工程示意圖,了解發(fā)酵工程的一般流程,知道發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐的構(gòu)成,培養(yǎng)科學思維,聯(lián)系生產(chǎn)實際,培養(yǎng)社會責任意識。02

通過資料分析,了解發(fā)酵工程的應用,了解發(fā)酵工程在工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)及其他方面的應用,聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際,培養(yǎng)社會責任意識。情景視頻：

青霉素是世界上第一個應用于臨床的抗生素。早期科學家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價格貴如金隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路如今，1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價格只要1元左右。問題1:那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？

一代神藥——青霉素（視頻）

通過發(fā)酵工程生產(chǎn)問題2:什么是發(fā)酵工程？微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計成功人們對發(fā)酵原理的認識發(fā)酵工程形成一、發(fā)酵工程的形成發(fā)酵工程：是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。

問題3:發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)是什么？二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)結(jié)合教科書第22~23頁圖1-9“發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐示意圖”，回答下列問題:1.可通過哪些途徑獲得發(fā)酵工程使用的優(yōu)良菌種?從自然界中獲取、誘變育種、基因工程2.獲得優(yōu)良菌種后為什么要對菌種進行擴大培養(yǎng)？工業(yè)發(fā)酵要想在短時間內(nèi)得到大量的發(fā)酵產(chǎn)物，則需要大量菌體3.引起發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液的溫度和pH變化的原因有哪些？發(fā)酵工程中如何調(diào)節(jié)溫度和pH?溫度：原因：微生物分解有機物釋放的能量，機械攪拌也會引起溫度升高。

方法：常用冷卻水進行溫度的調(diào)節(jié)pH:原因：培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累。

方法：是在培養(yǎng)基中添加緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿菌種來源①自然界中篩選②誘變育種③基因工程育種選育菌種發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：產(chǎn)檸檬酸量高的黑曲霉基因工程改造的啤酒酵母，加速發(fā)酵過程，縮短生產(chǎn)周期1）發(fā)酵工程選用的菌種時需要考慮哪些因素?①生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；②菌種不易變異、退化等；③能在低成本的培養(yǎng)基上快速生長

繁殖；④發(fā)酵條件易控制

。配制培養(yǎng)基

在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復試驗才能確定。

優(yōu)化培養(yǎng)基設(shè)計（成分、比例等）發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：滅

菌避免因雜菌污染而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量

發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導致產(chǎn)量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。干熱滅菌箱將

的菌種投放到

中。發(fā)酵罐擴大培養(yǎng)后接

種

目的：發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：

在發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生

物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還

要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫

度

、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。環(huán)境條件不僅

會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生

物代謝物的形成。

如谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)，在中性和弱堿性條件

下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成

谷氨酰胺和N-

乙酰谷氨酰胺。發(fā)酵罐示意圖發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵電動機D1排氣管C3pH計B3冷卻水排出口C2冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪D2生物傳感器裝置B4空氣入口A4放料管A2A3

閥門A1培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口B1觀察孔B2取樣管B5溫度傳感器和控制裝置C1冷卻水進入口—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵裝置編號主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培養(yǎng)物以一定速度進入、流出發(fā)酵罐，實現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)控制溶解氧通過肉眼觀察、儀器檢測等監(jiān)控發(fā)酵條件以及發(fā)酵過程，B2處抽取樣品進一步檢測。通過控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓電機帶動葉輪轉(zhuǎn)動進行攪拌，使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣溶解以及散熱。微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？Q1產(chǎn)物方面目的產(chǎn)物多，副產(chǎn)物少設(shè)備方面發(fā)酵條件容易控制菌體方面菌體生長繁殖力強，耐受力強，抗污染、菌種不易變異、退化原料方面來源廣，低成本、轉(zhuǎn)化率高怎么對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？Q201反復試驗確定培養(yǎng)基的配方。對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進行嚴格的滅菌。用計算機控制系統(tǒng)對發(fā)酵過程進行監(jiān)測和控制。控制發(fā)酵過程的溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。及時添加必需營養(yǎng)成分。0203041.某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究，下列敘述錯誤的

是

(

)A.

夏季生產(chǎn)果酒時，常需對罐體進行降溫處理B.

乙醇為揮發(fā)性物質(zhì)，故發(fā)酵過程中空氣的進氣量

不宜太大C.

正常發(fā)酵過程中罐內(nèi)的壓力不會低于大氣壓D.可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵B壓力表閥門

進氣口出氣口攪拌槳排料閥產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點在食品工業(yè)上的應用在醫(yī)藥工業(yè)上的應用在農(nóng)牧業(yè)上的應用在其他方面的應用發(fā)酵工程的應用二、發(fā)酵工程的應用（一）在食品工業(yè)上的應用1.生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調(diào)制(1)醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類(2)各種酒類的生產(chǎn)二、討論1.酵母菌酒精發(fā)酵過程中為什么要“先通氣后密封”？2.啤酒生產(chǎn)中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)，發(fā)酵后期，如果密封不嚴，會使啤酒變酸，你知道這是發(fā)生了什么變化嗎？啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程一、過程概述：1.啤酒的發(fā)酵過程分為_______和_______兩個階段；2.主發(fā)酵階段完成_________________________

_______；3.后發(fā)酵的條件_________________________

_；4.焙烤的目的：___________________________；5.蒸煮的目的：__________________________________。主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活產(chǎn)生風味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌“通氣”：酵母菌進行有氧呼吸大量繁殖；“密封”：酵母菌進行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精。酒精在醋酸菌的作用下產(chǎn)生醋酸。閱讀課本P24【思考與討論】發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止加啤酒花冷卻過濾主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間，形成澄清、成熟的啤酒。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程:

菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？①使啤酒具有清爽的芳香氣、苦味和反腐劑②形成啤酒優(yōu)良的泡沫③有利于麥芽汁的澄清④平衡麥芽汁的自然甜度并激發(fā)食欲啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程:應該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面，這類產(chǎn)品是手工作坊生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定，價格昂貴的問題。2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題?“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作?類別“精釀”啤酒“工業(yè)”啤酒原料是否添加食品添加劑麥芽汁濃度發(fā)酵時間特點只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水麥芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等不添加添加

較高，口味濃郁較低，口味清淡長，可達2個月短，通常7天左右產(chǎn)量低、價格高產(chǎn)量高、價格低2.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類型酸度調(diào)節(jié)劑增味劑著色劑增稠劑防腐劑添加了檸檬酸的飲料增加食品的營養(yǎng)改善食品的口味、色澤和品質(zhì)延長食品的保存期食品添加劑的作用應用實例

采用基因工程的方法將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，然后通過發(fā)酵工程生產(chǎn)某種藥物

通過基因改造，利用微生物生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素

直接對菌種進行改造，再通

過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品

構(gòu)建青霉素高產(chǎn)菌種，大量生產(chǎn)青霉素(二)在醫(yī)藥工業(yè)上的應用（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應用例子：利用蘇云金

桿菌防治多種農(nóng)林

蟲害、利用白僵菌

防治玉米螟和松毛蟲，利用根瘤菌和固

氮菌生產(chǎn)的根瘤

菌肥、固氮菌肥單細胞蛋白3.生產(chǎn)微生物飼料1.生產(chǎn)微生物肥料

2.生產(chǎn)微生物農(nóng)藥應用用途舉例增

進

土

壤

肥

力，

改良

土壤

結(jié)

構(gòu)，

促

進

植

株

生

長根

瘤

菌

肥

、

固

氮

菌

肥生產(chǎn)微生

物

農(nóng)

藥利用

微

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物

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物

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病

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害，

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生

物防治

的重要手段放線

菌

產(chǎn)

生

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岡

霉素

用

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物

飼

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提

高

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物的免疫力生產(chǎn)微生

物

肥

料(四)在其他方面的應用

發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問題上，作出了越來越大的貢獻。1.解決資源短缺和環(huán)