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)酵罐的構成,培養(yǎng)科學思維,聯(lián)系生產實際,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)、農牧業(yè)及其他方面的應用,聯(lián)系生產、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菌種的選育、發(fā)酵技術的發(fā)展等，青霉素步入了產業(yè)化生產的道路如今，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的呢？

一代神藥——青霉素（視頻）

通過發(fā)酵工程生產問題2:什么是發(fā)酵工程？微生物純培養(yǎng)技術的建立密閉式發(fā)酵罐的設計成功人們對發(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)代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產過程的一種新技術。

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)酵要想在短時間內得到大量的發(fā)酵產物，則需要大量菌體3.引起發(fā)酵罐內培養(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節(jié)pH:原因：培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的利用和代謝產物的積累。

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生產所需代謝物的產量高；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品的品質和產量

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，可能導致產量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設備都必須經(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，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節(jié)罐溫調節(jié)罐壓電機帶動葉輪轉動進行攪拌，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產物方面目的產物多，副產物少設備方面發(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、轉化率高怎么對發(fā)酵條件進行調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.

夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理B.

乙醇為揮發(fā)性物質，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(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.生產傳統(tǒng)發(fā)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(1)醬油的生產谷物或水果釀酒酵母各種酒類(2)各種酒類的生產二、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)酵產生酒精。酒精在醋酸菌的作用下產生醋酸。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)化生產流程:

菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質。1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒發(fā)酵生產過程中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？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)化生產流程:應該辯證地看待這一產品。一方面，這類產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，這類產品是手工作坊生產的，存在啤酒品質不穩(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)模釀造產品，發(fā)酵時間長、產量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們如何辯證地看待大規(guī)模生產與小規(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天左右產量低、價格高產量高、價格低2.生產各種各樣的食品添加劑添加劑類型酸度調節(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移到微生物中，然后通過發(fā)酵工程生產某種藥物

通過基因改造，利用微生物生產生長激素釋放抑制激素

直接對菌種進行改造，再通

過發(fā)酵技術大量生產所需要的產品

構建青霉素高產菌種，大量生產青霉素(二)在醫(yī)藥工業(yè)上的應用（三）在農牧業(yè)上的應用例子：利用蘇云金

桿菌防治多種農林

蟲害、利用白僵菌

防治玉米螟和松毛蟲，利用根瘤菌和固

氮菌生產的根瘤

菌肥、固氮菌肥單細胞蛋白3.生產微生物飼料1.生產微生物肥料

2.生產微生物農藥應用用途舉例增

進

土

壤

肥

力，

改良

土壤

結

構，

促

進

植

株

生

長根

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肥

、

固

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菌

肥生產微生

物

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微

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病

蟲

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生

物防治

的重要手段放線

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，

提

高

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物的免疫力生產微生

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業(yè)領域，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)