乙醇糖類作物光合作物汽車CO2第一章發酵工程第3節發酵工程及其應用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。早期1瓶規格大概20萬單位的青霉素最高賣到一根金條如今1瓶規格160萬單位的青霉素注射劑一元青霉素在工業上，青霉素究竟是怎樣生產的呢?問1發酵工程的概念利用微生物的特定功能，通過現代化工程技術，規?；a對人類有用的產品。對發酵原理的認識微生物純培養技術建立密閉式發酵罐設計成功嚴格控制環境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強、營養物、泡沫等)大規模生產發酵產品微生物的特定功能現代化工程技術發酵工程的基本環節是什么?應用發酵工程能夠生產哪些產品呢?問2一

發酵工程的基本環節一生產檸檬酸生產啤酒生產味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒狀桿菌接種選育菌種配制培養基擴大培養滅菌現代發酵工程使用大型發酵罐均有計算機控制系統，能對發酵過程中的溫度、pH、

、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和

等進行監測和控制；還可以進行

控制，使發酵全過程處于最佳狀態。發酵罐內發酵(中心環節)工工業發酵罐接種量大，發酵之前需對菌種進行擴大培養。（液體培養基）①發酵用菌種多為單一菌種，雜菌混入可能影響產量②培養基和發酵設備都必須滅菌。①從自然界篩選②通過誘變育種③基因工程育種獲得①選擇原料（一般為低成本、易獲取的天然原料）配制培養基②培養基配方需要反復實驗生產青霉素黃青霉在青霉素生產過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。A1培養物或營養物質的加入口B1觀察孔B2取樣管D1電動機C4排氣管B4pH計C3冷卻水排出口冷卻夾層發酵液D2攪拌葉輪B3生物傳感器裝置A4空氣入口C1溫度傳感器和控制裝置C2冷卻水進入口A2閥門A3放料管編號主要用途A1-A3A4B1-B3B4C1-C3C4D1-D2控制培養物以一定速度進入、流出發酵罐，實現連續培養控制溶解氧監控微生物數量以及產物濃度調節罐溫調節罐壓通過葉輪的攪拌，提高溶氧量，使菌種與發酵液充分接觸，提高發酵效率以及散熱調節PH發酵罐示意圖及功能介紹一

發酵工程的基本環節一接種選育菌種配制培養基擴大培養滅菌同種微生物生長繁殖所需的最適溫度和積累代謝物所需的最適溫度往往不同。同一微生物由于培養環境pH不同，可能會積累不同的代謝物。

分離、提純產物獲得產品

這是發酵工程的中心環節①了解發酵進程：隨時檢測培養液中的微生物數量、產物濃度等。②及時添加必需的營養組分。③嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發酵條件。谷氨酸的發酵生產：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。現代發酵工程的發酵罐有計算機控制系統，能對發酵過程進行檢測和控制；還可以進行反饋控制，使發酵全過程處于最佳狀態。發酵罐內發酵(中心環節)①產品是微生物細胞：采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥即可②產品是代謝物：根據產物的性質采取適當的提取、分離和純化措施獲得產品發酵液預處理細胞分離細胞破碎初步純化高度純化成品加工細胞破碎分離胞外產物加熱調pH沉降離心過濾研磨離心萃取過濾沉淀吸附萃取層析電泳結晶離子交換干燥結晶發酵工程基本環節分析及應用任務1.微生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？包括：①在低成本的培養基上能迅速生長繁殖；②生產所需代謝物的產量高；

③發酵條件容易控制；④菌種不易變異、退化等。2.怎樣對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？①要對溫度、pH、溶解氧等發酵條件進行嚴格控制②同時及時添加必要的營養組分。發酵工程基本環節分析及應用任務3.在產物分離和提純方面，發酵工程與傳統發酵技術相比有哪些改進之處？傳統發酵技術：獲得的產物一般不是單一的組分，而是成分復雜的混合物，很多時候不再對產物進行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離和提純產物。發酵工程：使用的分離和提純產物的方法較多。如果發酵產品是微生物細胞本身:采用過濾、沉淀等方法將菌體從發酵液中分離出來;如果產品是代謝物:可采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行提取。發酵工程產物都需要進行質量檢查，合格后才能成為正式產品。發酵工程基本環節分析及應用任務4.在進行發酵生產時，排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？不能。因為在進行發酵生產時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環境的物質。為了減少或避免污染物的產生和排放，實現清潔生產，應該對排出的氣體和廢棄培養液進行二次清潔或滅菌處理。一

發酵工程的應用二產物專一生產條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環境污染小且容易處理發酵工程的特點在食品工業上的應用在醫藥工業上的應用在農牧業上的應用在其他方面的應用發酵工程的應用①生產傳統發酵產品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調制醬油的生產谷物或水果釀酒酵母各種酒類各種酒類的生產一

發酵工程的應用二(一)在食品工業上的應用明顯提高產品的產量和質量②生產各種各樣的食品添加劑添加了檸檬酸的飲料增加食品的營養延長食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質食品添加劑的作用一

發酵工程的應用二(一)在食品工業上的應用添加劑類型舉例酸度調節劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5`-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環狀糊精、結冷膠防腐劑乳酸鏈球菌、溶菌酶③生產酶制劑食品的直接生產改進生產工藝簡化生產過程提高產品產量延長食品儲存期改善產品的品質和口味②酶制劑的作用果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基肽酶…

…①酶制劑一

發酵工程的應用二(一)在食品工業上的應用少數由動植物生產；絕大多數通過發酵工程生產。一

發酵工程的應用二啤酒的工業化生產流程一

發酵工程的應用二啤酒的工業化生產流程發芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉水解形成糖漿。一

發酵工程的應用二啤酒的工業化生產流程蒸煮56發酵7消毒8終止產生風味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。酵母菌將糖轉化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數微生物，延長它的保存期。過濾、調節、分裝啤酒進行出售。糖漿啤酒花冷卻過濾裝瓶裝罐儲存罐產生風味組分，終止酶的作用對糖漿滅菌一

發酵工程的應用二加啤酒花討論1：酵母菌酒精發酵過程中為什么要“先通氣后密封”？“通氣”的目的是使酵母菌進行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌進行酒精發酵產生酒精。啤酒的工業化生產流程主發酵發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵消毒終止后發酵冷卻過濾接種加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環境下儲存一段時間，形成澄清、成熟的啤酒。產生風味組分，終止酶的作用對糖漿滅菌一

發酵工程的應用二加啤酒花啤酒的工業化生產流程主發酵發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵消毒終止后發酵冷卻過濾接種加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環境下儲存一段時間，形成澄清、成熟的啤酒。討論2：發酵后期，如果密封不嚴，會使啤酒變酸，這是發生了什么變化嗎？酒精在醋酸菌的作用下被氧化產生乙醛，最后變為醋酸。發芽13焙烤8碾磨5糖化蒸煮47發酵2消毒6終止閱讀課本P24，對啤酒的工業化生產流程進行排序13854726答案：①基因工程、蛋白質工程與發酵工程相結合動植物的基因微生物微生物轉入微生物病原體的抗原基因轉入發酵工程藥物藥物疫苗一

發酵工程的應用二(二)醫藥工業上的應用生產生長激素釋放抑制激素生產紫杉醇、青蒿素前體等化合物生產乙肝疫苗各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調節劑②生產未來改造①生產微生物肥料微生物肥料利用微生物在代謝過程中產生的有機酸、生物活性物質等來增進土壤肥力、改良土壤結構、促進植株生長、增強植物抗病性和抗逆性。常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥②生產微生物農藥微生物農藥：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。蘇云金桿菌(Bt毒蛋白)防治80多種農林害蟲白僵菌(真菌)防治玉米螟、松毛蟲放線菌(井岡霉素)防治水稻枯紋病一

發酵工程的應用二(三)在農牧業上的應用屬于生物防治。③生產微生物飼料微生物飼料實例1——單細胞蛋白許多國家以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白。

單細胞蛋白應用——食品添加劑、微生物飼料；實例2-乳酸菌在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。一

發酵工程的應用二(三)在農牧業上的應用微生物含有豐富的蛋白質，且繁殖速度快。一

發酵工程的應用二(四)在其他方面的應用對極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環境）的利用解決資源短缺和環境污染問題利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量。在其他方面的應用核心歸納

發酵工程傳統發酵技術不同點菌種通過微生物

技術篩選或其它技術生產的優良菌種，大多是

菌種原材料中天然存在的

菌種發酵方式

發酵為主固體發酵或________發酵為主對發酵條件的控制嚴格_______操作，防止雜菌污染。通過

技術對發酵條件精確地控制，使發酵條件處于最佳狀態。不是無菌操作，容易受到

染。對發酵條件不能嚴格控制，易受

影響。生產規模和產品生產規模大，實現了工業化生產。原料來源豐富，成本____，產物_____，產量_____。通常是

或作坊式的，產量低。生產往往受

和原料限制。產品風味品種比較_____，質量

。相同點都是利用了__________的作用聯系發酵工程是在傳統發酵技術的基礎上發展起來的純培養單一混合液體半固體無菌現代工程雜菌外界條件低多樣高家庭式季節單一不穩定微生物發酵工程基本環節應用配制培養基滅菌接種選育高產菌種擴大培養發酵罐內發酵分離、提純產物獲得產品食品工業醫藥工業生產傳統發酵食品農牧業其他方面生產食品添加劑生產酶制劑微生物肥料微生物農藥微生物飼料解決資源短缺與環境污染問題極端微生物利用生產酶氨基酸激素免疫調節劑課堂小結本堂課你學到了哪些知識？畫出概念圖進行總結食品工業醫藥工業生產傳統發酵食品農牧業其他方面生產食品添加劑發酵工程應用生產酶制劑采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉移到微生物中，獲得具有某種藥物生產能力的微生物直接對菌種進行改造，再通過發酵技術大量生產所需要的產品生產微生物肥料生產微生物農藥生產微生物飼料解決資源短缺與環境污染問題將極端微生物應用于生產實踐小結：我國古代釀酒作坊的繪畫作品漢代磚刻上的釀酒圖我國戰國時期盛酒的銅器和其中的酒我們的祖先就會利用微生物將谷物、水果等發酵成含酒精的飲料。后來,人們通過自然發酵和曲種傳代的固體發酵生產醬油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等發酵食品。約9000年前20世紀70年代以后1857年1897年20世紀80年代1957年20世紀40年代巴斯德證明酒精發酵是由活的酵母菌引起的?？茖W家發現了酶