傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與發(fā)酵工程發(fā)酵與發(fā)酵工程01發(fā)酵發(fā)酵工程發(fā)酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過(guò)微生物代謝轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需的產(chǎn)物的過(guò)程。(教材P5黑體字)指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)，產(chǎn)物的分離和提純等方面。（教材章前語(yǔ)）原料人類(lèi)所需產(chǎn)物適宜的條件微生物代謝(復(fù)雜分子)(簡(jiǎn)單分子)蛋白質(zhì)、多糖氨基酸、抗生素傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與應(yīng)用02傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)霉豆腐醋醬油豆豉泡菜直接利用原材料中天然存在的微生物前一次發(fā)酵保存下來(lái)的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物操作簡(jiǎn)單易上手有利于傳承文化生產(chǎn)條件不易控制容易受雜菌污染生產(chǎn)效率低傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與應(yīng)用02讓豆腐上長(zhǎng)出毛霉加鹽腌制加鹵湯裝瓶密封腌制環(huán)境中蛋白質(zhì)脂肪小肽氨基酸甘油脂肪酸++酵母、曲霉和毛霉等多種微生物(毛霉起主要作用)創(chuàng)造毛霉生長(zhǎng)環(huán)境防止雜菌污染，避免豆腐的腐敗由酒及各種香辛料置成，抑制微生物的生長(zhǎng)同時(shí)增加風(fēng)味和口感實(shí)例1：腐乳的制作嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03制作果酒制作果醋酵母菌-真菌醋酸菌-細(xì)菌制作泡菜乳酸菌-細(xì)菌O2的需求小積累微生物發(fā)酵的類(lèi)型培養(yǎng)基狀態(tài)發(fā)酵是否連續(xù)好氧發(fā)酵特點(diǎn)需要不斷地為微生物提供空氣或O2來(lái)保證好氧微生物進(jìn)行有氧呼吸和正常生長(zhǎng)。實(shí)例氨基酸、抗生素、酶制劑和多數(shù)有機(jī)酸等的生產(chǎn)需要經(jīng)歷好氧發(fā)酵。厭氧發(fā)酵特點(diǎn)在密封且無(wú)空氣的發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵實(shí)例乳酸、啤酒、葡萄酒、白酒、沼氣等生產(chǎn)需要厭氧發(fā)酵嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03培養(yǎng)基狀態(tài)小積累微生物發(fā)酵的類(lèi)型O2的需求發(fā)酵是否連續(xù)固體發(fā)酵微生物在幾乎沒(méi)有可流動(dòng)水的濕固體培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的發(fā)酵方式酒曲、堆肥、青貯飼料的發(fā)酵(傳統(tǒng)發(fā)酵),厭氧菌發(fā)酵居多優(yōu)點(diǎn)：污染環(huán)境少，耗能低；缺點(diǎn)：發(fā)酵慢，難控制液體發(fā)酵微生物在有完全流動(dòng)性的液體中生長(zhǎng)的發(fā)酵方式現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵(發(fā)酵工程)，好氧菌發(fā)酵居多適用面廣、易于機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)半固體發(fā)酵介于固體和液體發(fā)酵之間，其發(fā)酵的基質(zhì)具有一定流動(dòng)性嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03小積累微生物發(fā)酵的類(lèi)型O2的需求培養(yǎng)基狀態(tài)發(fā)酵是否連續(xù)連續(xù)發(fā)酵以一定速度一邊將新鮮的培養(yǎng)基添加到發(fā)酵罐內(nèi)，一邊將含有產(chǎn)物的培養(yǎng)液放出的發(fā)酵方式。大規(guī)模生產(chǎn)乙醇、單細(xì)胞蛋白、食用酵母等優(yōu)點(diǎn)：縮短發(fā)酵周期，提高效率；缺點(diǎn)：難控制、應(yīng)用不廣泛分批發(fā)酵將所有物料一次性加入發(fā)酵罐中，然后滅菌、接種、培養(yǎng)，最后將整個(gè)罐的內(nèi)容物放出，進(jìn)行產(chǎn)物回收，清理罐體，重新開(kāi)始新的裝料發(fā)酵的發(fā)酵方式?，F(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵常用優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易于掌握，缺點(diǎn)：只能在有限時(shí)間內(nèi)發(fā)酵嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03菌種名稱生物分類(lèi)代謝類(lèi)型適宜溫度繁殖方式發(fā)酵對(duì)氧的需求乳酸菌酵母菌醋酸菌真核生物異養(yǎng)兼性厭氧出芽生殖

前期需氧，后期不需氧原核生物異養(yǎng)需氧30—35℃二分裂一直需氧原核生物異養(yǎng)厭氧二分裂密閉不需氧18—25℃18—20℃原理過(guò)程C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶②-1酵母菌先在有氧條件下大量繁殖②-2再在無(wú)氧條件下進(jìn)行酒精發(fā)酵C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量酶C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶③-1醋酸菌在氧氣、糖源充足時(shí),將糖分解成醋酸C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶③-2當(dāng)缺少糖源時(shí)，將乙醇變?yōu)橐胰?，再將乙醛變?yōu)榇姿幄偃樗峋跓o(wú)氧條件下將糖分解成乳酸C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03實(shí)例2：泡菜的制作步驟稱取食鹽清洗蔬菜配置鹽水清洗、修整、切條、晾干泡菜鹽水香辛料發(fā)酵成品鹽的作用鹽濃度過(guò)低鹽濃度過(guò)高冷卻的目的調(diào)味，抑制微生物生長(zhǎng)雜菌大量繁殖口味不佳防止影響乳酸菌的生命活動(dòng)Tips1向壇蓋邊沿的水槽中注滿水，發(fā)酵過(guò)程中經(jīng)常補(bǔ)充！Tips2裝壇后加一些已經(jīng)制好的泡菜汁----相當(dāng)于接種發(fā)酵微生物，可縮短腌制時(shí)間。Tips3亞硝酸鹽亞硝酸鹽在生活中廣泛分布，攝入過(guò)多，會(huì)引起中毒。步驟稱取食鹽清洗蔬菜配置鹽水清洗、修整、切條、晾干泡菜鹽水香辛料發(fā)酵成品亞硝酸鹽膳食中的絕大部分亞硝酸鹽隨尿排出，但：氧化維生素C、E和酚類(lèi)物質(zhì)亞硝胺硝酸鹽亞硝酸鹽還原細(xì)菌等微生物(硝酸還原菌產(chǎn)生硝酸還原酶)化學(xué)致癌因子嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03實(shí)例2：泡菜的制作嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03實(shí)例2：泡菜的制作原理：比色法酸化條件下，亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)后，再與N-1－萘基乙二胺鹽酸鹽結(jié)合生成玫瑰紅溶液。將經(jīng)過(guò)反應(yīng)顯色后的待測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)液比色，即可計(jì)算出樣品中的亞硝酸鹽含量。亞硝酸鹽的檢測(cè)嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03實(shí)例3：果酒和果醋的制作步驟葡萄汁裝入發(fā)酵瓶(留1/3空間)清水緩沖,次數(shù)不宜太多每12h瓶蓋擰松一次再擰緊，從瓶口取樣檢測(cè)發(fā)酵情況避免洗掉野生酵母菌在果酒發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生CO2

，防止瓶?jī)?nèi)氣壓過(guò)高引起爆裂。提示：①在果酒的制作中，除酵母菌，還有乳酸菌、醋酸菌等微生物生長(zhǎng)。乳酸菌可能分解果酒中的有機(jī)物，使其變質(zhì)。醋酸菌在有氧的條件下會(huì)將乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸，從而影響果酒發(fā)酵，②醋酸菌是一種好氧細(xì)菌，在發(fā)酵過(guò)程中始終需要氧氣，如果氧氣中斷則會(huì)引起醋酸菌的死亡。小積累果酒和果醋改進(jìn)裝置及其分析充氣口出料口在乙酸發(fā)酵時(shí)連接充氣泵進(jìn)行充氣用來(lái)取樣排出酒精發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的CO2；與排氣管相連的長(zhǎng)而彎曲的膠管，可有效地阻止空氣中的微生物的進(jìn)入，避免感染排氣口裝置使用：①酒精發(fā)酵時(shí)，充氣口關(guān)閉；排氣口排除二氧化碳。②乙酸發(fā)酵時(shí)，充氣口連接氣泵，輸入氧氣。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品03例1.利用卷心菜發(fā)酵制作泡菜的過(guò)程中，乳酸菌、酵母菌細(xì)胞數(shù)量和pH的變化如圖所示。下列敘述不正確的是（）A.酵母菌和乳酸菌均有由核膜包被的細(xì)胞核B.發(fā)酵初期乳酸菌建立了明顯的菌種優(yōu)勢(shì)C.前6天pH下降主要由乳酸菌代謝引起D.發(fā)酵中期酵母菌通過(guò)無(wú)氧呼吸為細(xì)胞增殖提供能量例2.在實(shí)驗(yàn)室中可利用酵母菌發(fā)酵的方式制作葡萄酒，下列說(shuō)法正確的是（）A.葡萄糖在酵母菌細(xì)胞的線粒體內(nèi)被分解B.制作葡萄酒時(shí)酵母菌先在有氧條件下大量增殖C.制作過(guò)程中酵母菌始終處于堿性環(huán)境D.酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物不會(huì)抑制自身的代謝活動(dòng)AB發(fā)酵工程及其應(yīng)用04發(fā)酵工程指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)，產(chǎn)物的分離和提純等方面。（教材章前語(yǔ)）大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐設(shè)計(jì)成功嚴(yán)格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)物、泡沫等)微生物的特定功能現(xiàn)代化工程技術(shù)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)接種滅菌配制培養(yǎng)基發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐示意圖發(fā)酵工程及其應(yīng)用04選育菌種②方法優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠缺點(diǎn)：自發(fā)突變頻率低，出現(xiàn)優(yōu)良性狀可能性小，需要時(shí)間長(zhǎng)。自然篩選、誘變育種或基因工程育種自然篩選誘變育種優(yōu)點(diǎn)：育種時(shí)間短、提高發(fā)酵產(chǎn)物純度、減少副產(chǎn)物缺點(diǎn)：技術(shù)要求高擴(kuò)大培養(yǎng)工業(yè)發(fā)酵罐體積(幾十~幾百m3)接入的菌種體積(幾~幾十m3)發(fā)酵工程及其應(yīng)用04①性狀優(yōu)良的菌種可以加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)啤酒生產(chǎn)青霉素黑曲霉啤酒酵母黃青霉黑曲霉蛋白酶配制培養(yǎng)基滅菌菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。①原因發(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(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。②滅菌對(duì)象培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備③實(shí)例在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果有雜菌污染，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。原因：雜菌與菌種之間形成種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系使產(chǎn)量下降或雜菌產(chǎn)生的代謝物質(zhì)抑制菌種生長(zhǎng)而使產(chǎn)量下降發(fā)酵工程及其應(yīng)用04發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵中心環(huán)節(jié)①隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度，以了解發(fā)酵進(jìn)程。③檢測(cè)和控制：溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等。②環(huán)境條件不僅影響微生物生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。發(fā)酵工程及其應(yīng)用04產(chǎn)物專(zhuān)一生產(chǎn)條件溫和原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉廢棄物對(duì)環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點(diǎn)在食品工業(yè)上的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用在其他方面的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程及其應(yīng)用041.在食品工業(yè)上的應(yīng)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)制醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類(lèi)各種酒類(lèi)的生產(chǎn)發(fā)酵工程及其應(yīng)用041.在食品工業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品發(fā)芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發(fā)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。發(fā)酵工程及其應(yīng)用041.在食品工業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌。酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長(zhǎng)它的保存期。過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。糖漿啤酒花過(guò)濾冷卻裝瓶裝罐儲(chǔ)存罐發(fā)酵工程及其應(yīng)用041.在食品工業(yè)上的應(yīng)用②生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類(lèi)型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋(píng)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(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌、溶菌酶增加食品的營(yíng)養(yǎng)延長(zhǎng)食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質(zhì)淀粉淀粉酶葡萄糖黑曲霉檸檬酸檸檬酸合成酶谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵谷氨酸味精處理氧氣發(fā)酵工程及其應(yīng)用041.在食品工業(yè)上的應(yīng)用③生產(chǎn)酶制劑酶制劑：從生物體中提取的具有酶特性的一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)。分類(lèi)：胞內(nèi)酶和胞外酶特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝、提高質(zhì)量。舉例：果膠酶；脂肪酶；α-淀粉酶；β-淀粉酶；氨基酸肽酶發(fā)酵工程及其應(yīng)用042.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用①發(fā)酵工程生產(chǎn)的藥物各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑①發(fā)酵工程生產(chǎn)的藥物的方法動(dòng)植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗發(fā)酵工程及其應(yīng)用043.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)微生物肥料微生物肥料的原理利用微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長(zhǎng)、增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性。利用微生物代謝物抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的的發(fā)生。常見(jiàn)微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥發(fā)酵工程及其應(yīng)用043.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用②生產(chǎn)微生物農(nóng)藥利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害常見(jiàn)微生物農(nóng)藥：蘇云金桿菌(Bt毒蛋白):防治80多種農(nóng)林害蟲(chóng)白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛蟲(chóng)放線菌(井岡霉素):防治水稻枯紋病拓展微生物農(nóng)藥防治與化學(xué)農(nóng)藥防治的比較項(xiàng)目微生物農(nóng)藥防治化學(xué)農(nóng)藥防治防治機(jī)理利用微生物或其代謝物來(lái)防治蟲(chóng)害利用化學(xué)藥劑（如殺蟲(chóng)劑、殺鼠劑等）進(jìn)行防治優(yōu)點(diǎn)成本低、無(wú)污染、可以維持生態(tài)平衡見(jiàn)效快，操作簡(jiǎn)單缺點(diǎn)防止速度慢成本高、污染環(huán)境，不利于維持生態(tài)平衡發(fā)酵工程及其應(yīng)用043.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用③生產(chǎn)微生物飼料以微生物為發(fā)酵菌種，將飼料原料轉(zhuǎn)化為微生物菌體蛋白、生物活性小肽類(lèi)氨基酸、微生物活性益生菌、復(fù)合酶制劑為一體的生物發(fā)酵飼料。單細(xì)胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)廢料等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得的大量微生物菌體。含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類(lèi)、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)。常見(jiàn)微生物飼料-發(fā)酵工程及其應(yīng)用044.在其他方面的應(yīng)用a.利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功。解決資源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題。b.極端微生物的利用嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量發(fā)酵工程及其應(yīng)用04例3.啤酒生產(chǎn)的簡(jiǎn)要流程如圖所示，制麥時(shí)用赤霉素溶液浸泡大麥種子，糖化主要將麥芽中的淀粉等有機(jī)物水解為小分子。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，要始終保持嚴(yán)格的無(wú)菌、厭氧環(huán)境B.用赤霉素溶液浸泡大麥種子，目的是促進(jìn)α-淀粉酶合成C.在接種酵母菌前進(jìn)行冷卻處理，是為了避免殺死酵母菌種D.包裝后放置的啤酒變酸且產(chǎn)生