第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用第1章發(fā)酵工程人教版高中生物

選擇性必修31掌握發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)(重、難點(diǎn))。2舉例說(shuō)明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值(重點(diǎn))。青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價(jià)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(wàn)單位的青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?

從社會(huì)中來(lái)青霉素通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)的。什么是發(fā)酵工程？

情境視頻發(fā)酵工程

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二目錄一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一對(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)大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品微生物的特定功能現(xiàn)代化工程技術(shù)利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的物質(zhì)的技術(shù)體系。

——發(fā)酵工程微生物短時(shí)間內(nèi)可產(chǎn)生大量變異后代，例：產(chǎn)青霉素的產(chǎn)黃青霉。微生物具有生長(zhǎng)旺盛、繁殖快的特定功能。

在發(fā)酵工程液體培養(yǎng)中，接種后細(xì)菌細(xì)胞數(shù)量會(huì)呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。微生物吸收多、轉(zhuǎn)化快的特定功能。

為發(fā)酵工程產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物提供了保障。微生物具有適應(yīng)性強(qiáng)、易變異的特定功能。

這為通過(guò)育種大幅度地提高菌種的生產(chǎn)性能提供了保障。微生物還具有種類(lèi)多、分布廣的特點(diǎn)。

微生物種類(lèi)繁多不僅體現(xiàn)在物種的種類(lèi)上，還體現(xiàn)在微生物的生理代謝類(lèi)型上?？筛鶕?jù)需要在發(fā)酵工程中將這些特定功能加以利用。發(fā)酵工程利用了微生物的特定功能在適宜條件下，大腸桿菌分裂一次僅需要20～30min。乳糖菌在1h內(nèi)能夠分解其自身重量1000-10000倍的乳糖。微生物總數(shù)在600萬(wàn)種左右，其中記載的僅約20萬(wàn)種?？稍跇O熱、極冷、極酸、極堿、極鹽、極壓和極旱等極端環(huán)境中生活。一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品菌種來(lái)源：目

的：實(shí)

例：選產(chǎn)酸量高的黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母生產(chǎn)啤酒;獲得性狀優(yōu)良的菌種自然界中篩選誘變育種基因工程育種選用谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)味精;選用黃青霉生產(chǎn)青霉素。

能說(shuō)說(shuō)通過(guò)自然選育或菌種改良等方法獲得的菌種的優(yōu)缺點(diǎn)嗎？自然

優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；

選育

缺點(diǎn)：自發(fā)突變率低，

出現(xiàn)優(yōu)良性狀可能性小，

需要時(shí)間長(zhǎng)。菌種

優(yōu)點(diǎn)：育種時(shí)間短、提高改良

發(fā)酵產(chǎn)物純度、減少

副產(chǎn)物。

缺點(diǎn)：技術(shù)要求高。一邊閱讀，一邊完成學(xué)案上的表格

某鎮(zhèn)特產(chǎn)一種美酒，以下是對(duì)該鎮(zhèn)環(huán)境的描述：四面環(huán)山，地勢(shì)低洼，氣候炎熱，具有獨(dú)特的微生物種群，因?yàn)榕c外界空氣對(duì)流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。這對(duì)你理解發(fā)酵工程中菌種選育的重要性有什么啟示?一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一我國(guó)幅員遼闊，地理生態(tài)環(huán)境多樣，為各種微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了條件，這有利于發(fā)酵工程選育菌種。優(yōu)良的菌種具有健壯、不易退化，發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，還會(huì)賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味；因此菌種選育環(huán)節(jié)在很大程度上決定了生物發(fā)酵產(chǎn)物的成敗能說(shuō)說(shuō)性狀優(yōu)良的菌種應(yīng)具有哪些特點(diǎn)嗎？一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品原

因：目

的：快速增加菌種數(shù)量工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。滿(mǎn)足大規(guī)模生產(chǎn)的需要；縮短菌種在發(fā)酵罐中發(fā)酵的時(shí)間。種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)種子培養(yǎng)：主要指微生物細(xì)胞在種子罐或繁殖罐中充分生長(zhǎng)與繁殖，達(dá)到滿(mǎn)足發(fā)酵要求的細(xì)胞數(shù)量。一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品液體培養(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（即不斷優(yōu)化培養(yǎng)基）。在菌種確定之后，（結(jié)合菌種代謝特點(diǎn)）要選擇原料制備培養(yǎng)基。[例]C:N的數(shù)值影響谷氨酸發(fā)酵過(guò)程：

C:N=4:1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸產(chǎn)生量較少；

C:N=3:1時(shí)，菌體繁殖受抑制，谷氨酸產(chǎn)生量較多。①發(fā)酵原料的預(yù)處理

②發(fā)酵培養(yǎng)基的配制原則

對(duì)原料進(jìn)行粉碎、蒸煮，水解成葡萄糖等供微生物利用。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滿(mǎn)足微生物的需要且濃度及配比恰當(dāng)，碳氮比和

pH等物理、化學(xué)條件適宜。一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌實(shí)

例：原

因：發(fā)酵工程所用的菌種大多數(shù)是單一菌種，一旦受到雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大降低。在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果有雜菌污染，某些雜菌分泌的青霉素酶會(huì)將青霉素分解掉。將擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌種投放到發(fā)酵罐中無(wú)菌操作目的：避免因雜菌污染而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量還有哪些也需要滅菌處理呢？滅菌對(duì)象：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備；

對(duì)通入的空氣進(jìn)行滅菌；

對(duì)生產(chǎn)環(huán)境需進(jìn)行消毒處理。一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器及控制裝置冷卻水進(jìn)入口閥門(mén)空氣入口放料管生物傳感器裝置攪拌葉輪發(fā)酵液冷卻夾層冷卻水排出口pH計(jì)排氣管電動(dòng)機(jī)抽取樣本進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓控制溶解氧不斷攪拌的目的：①使菌種與發(fā)酵液混合均勻，提高原料利用率；②加快O2的溶解以及散熱。調(diào)節(jié)罐溫一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵【發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)】②及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分，以滿(mǎn)足菌種的營(yíng)養(yǎng)需求得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物；發(fā)酵過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制：①了解發(fā)酵進(jìn)程：隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等；③嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程中為什么要控制發(fā)酵條件呢？①環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成；②嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，有利于使發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)。[例]谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會(huì)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。一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品發(fā)酵產(chǎn)物類(lèi)型獲得產(chǎn)品的方法微生物細(xì)胞本身代謝物過(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥（根據(jù)產(chǎn)物性質(zhì)采?。┻m當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施措施：蒸餾、萃取、離子交換等發(fā)酵產(chǎn)品包括菌體或微生物的代謝產(chǎn)物。通過(guò)過(guò)濾發(fā)酵液，離心去除固體雜質(zhì)，采用蒸餾法等純化產(chǎn)品發(fā)酵工程的種類(lèi)根據(jù)發(fā)酵過(guò)程的操作方式不同，可將工業(yè)發(fā)酵分為分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵等。（1）分批發(fā)酵：一次投料、一次接種、一次收獲的間歇發(fā)酵方式。延滯期：細(xì)菌等微生物在剛接種到一個(gè)新的環(huán)境之后，需要經(jīng)歷一個(gè)短暫的適應(yīng)時(shí)期。延滯期內(nèi)微生物一般不增殖。對(duì)數(shù)期：此時(shí)細(xì)胞分裂增殖旺盛，活微生物數(shù)量增長(zhǎng)速率最高。隨著生長(zhǎng)速率和數(shù)量的增加，微生物濃度呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。此時(shí)微生物的代謝活性高、生命力強(qiáng)，在生產(chǎn)上常作為“種子”，是科學(xué)研究中理想的實(shí)驗(yàn)材料。穩(wěn)定期：微生物的生長(zhǎng)速率維持相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)如能及時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或分離代謝產(chǎn)物，改善培養(yǎng)條件，可延長(zhǎng)穩(wěn)定期。衰亡期：隨著培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，代謝產(chǎn)物的積累和pH等環(huán)境條件的變化，微生物生長(zhǎng)受到影響，生長(zhǎng)速率降低，死亡速率逐步增加，活的微生物量逐步減少，此時(shí)微生物代謝活性降低，呈現(xiàn)衰老和自溶現(xiàn)象。嘗試推測(cè)單細(xì)胞微生物生長(zhǎng)曲線(xiàn)形成的原因？發(fā)酵工程的種類(lèi)嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)利用青霉生產(chǎn)青霉素的分批發(fā)酵生產(chǎn)流程從自然界分離青霉菌種基因工程誘變育種生產(chǎn)用菌種擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)基配制青霉素原料接種滅菌發(fā)酵工程的種類(lèi)根據(jù)發(fā)酵過(guò)程的操作方式不同，可將工業(yè)發(fā)酵分為分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵等。（2）連續(xù)發(fā)酵：在一個(gè)培養(yǎng)基可流動(dòng)的裝置（如發(fā)酵罐）中，以一定的速率不斷地放出老的培養(yǎng)基和代謝產(chǎn)物，同時(shí)不斷添加新的培養(yǎng)基和調(diào)節(jié)相關(guān)發(fā)酵條件（如pH），使發(fā)酵過(guò)程保持相對(duì)穩(wěn)定。簡(jiǎn)化了發(fā)酵罐的多次滅菌、清洗、出料等步驟，縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備的利用率和單位時(shí)間產(chǎn)量等。類(lèi)型單罐連續(xù)發(fā)酵和多罐連續(xù)發(fā)酵等方式。優(yōu)點(diǎn)發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)，需要考慮哪些因素？①在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長(zhǎng)繁殖；②生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；③發(fā)酵條件易控制；④菌種不易變異，退化等。2.怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿(mǎn)足微生物的生長(zhǎng)需要？要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)養(yǎng)組分。溫度：通過(guò)發(fā)酵罐夾層或蛇形管中的冷卻水的熱交換作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。pH：通過(guò)在培養(yǎng)基中添加酸或堿等來(lái)實(shí)現(xiàn)。氧含量：通過(guò)通氣量和攪拌的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)3.在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法，進(jìn)一步純化階段，會(huì)采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。最后需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)4.在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？不能直接排放到外界環(huán)境中；因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程可能產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，會(huì)污染環(huán)境。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對(duì)排出的氣體和廢氣培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。核心歸納

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過(guò)微生物

技術(shù)篩選或其它技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是

菌種原材料中天然存在的

菌種發(fā)酵方式

發(fā)酵為主固體發(fā)酵或__________發(fā)酵為主對(duì)發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格_______操作，防止雜菌污染。通過(guò)

技術(shù)對(duì)發(fā)酵條件精確地控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)。不是無(wú)菌操作，易受到

污染。對(duì)發(fā)酵條件不能?chē)?yán)格控制，易受

影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來(lái)源豐富，成本_____，產(chǎn)物_____，產(chǎn)量_____。通常是

或作坊式的，產(chǎn)量低。生產(chǎn)往往受

和原料限制。產(chǎn)品風(fēng)味品種比較_____，質(zhì)量

。相同點(diǎn)都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的純培養(yǎng)單一混合液體半固體無(wú)菌現(xiàn)代工程雜菌外界條件低多樣高家庭式季節(jié)單一不穩(wěn)定微生物分離和提純產(chǎn)物的方法較多。最后需要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或僅采用簡(jiǎn)單沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。核心問(wèn)題：什么是發(fā)酵工程？發(fā)酵工程的一般過(guò)程？產(chǎn)品類(lèi)型主要產(chǎn)物微生物菌體細(xì)胞酵母菌、食用菌、微生物農(nóng)藥微生物酶類(lèi)各種酶、酶制劑和各種曲類(lèi)微生物代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸和維生素；次級(jí)代謝產(chǎn)物，如抗生素、生物堿和植物激素類(lèi)似物微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物利用微生物代謝過(guò)程中的某種酶或酶系，將一種化合物轉(zhuǎn)化成含有特殊功能基團(tuán)的產(chǎn)物。例如，將甘油轉(zhuǎn)化為二羥基丙酮，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸，將甾體轉(zhuǎn)化成甾體激素工程菌發(fā)酵產(chǎn)物通過(guò)基因工程和細(xì)胞工程創(chuàng)造出許多具有特殊功能的“工程菌”，用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)更多更好的產(chǎn)品，發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益動(dòng)植物細(xì)胞的產(chǎn)物通過(guò)大規(guī)模培養(yǎng)木瓜細(xì)胞，生產(chǎn)木瓜蛋白酶；利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)天然食用色素等發(fā)酵工程產(chǎn)品的主要類(lèi)型

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二目錄一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二產(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)酵工程的優(yōu)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)用一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用1.生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆中蛋白質(zhì)小分子肽和氨基酸黑曲霉淋洗、調(diào)制（蛋白酶）①以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如：黑曲霉）發(fā)酵生產(chǎn)醬油。谷物、水果釀酒酵母酒類(lèi)酒精+CO2②以谷物或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)各種酒類(lèi)。啤酒是怎樣進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的呢？明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

我國(guó)是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖所示。

其中發(fā)酵過(guò)程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間進(jìn)行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。

發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時(shí)間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。啤酒的工業(yè)化流程

加啤酒花完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間,形成澄清、成熟的啤酒。主發(fā)酵發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵冷卻過(guò)濾接種一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵冷卻大麥種子發(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。淀粉分解，形成糖漿。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。消毒終止過(guò)濾過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝、出售。加啤酒花接種賦予苦味、增加香味、提高泡沫穩(wěn)定性、防腐作用主發(fā)酵后發(fā)酵1.酵母菌酒精發(fā)酵過(guò)程中為什么要“先通氣后密封”？“通氣”的目的是使酵母菌進(jìn)行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精。2.發(fā)酵后期，如果密封不嚴(yán)，會(huì)使啤酒變酸，這是發(fā)生了什么變化嗎？酒精在醋酸菌的作用下被氧化產(chǎn)生乙醛，最后變?yōu)榇姿帷?.制麥過(guò)程需促使大麥種子萌發(fā)，發(fā)芽大麥合成大量淀粉酶直接促進(jìn)糖化，淀粉糖化后啤酒酵母才能充分發(fā)酵，為什么？糖化的意義？酵母菌不能直接利用淀粉做碳源。3.大麥發(fā)芽會(huì)消耗部分儲(chǔ)存的有機(jī)物，影響產(chǎn)量，提高了生產(chǎn)成本，根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)（選修一）如何解決該問(wèn)題？用赤霉素處理大麥，可以使大麥種子無(wú)須發(fā)芽就能產(chǎn)生α-淀粉酶。糖化有利于酵母菌利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵。5.糖化階段，溫度過(guò)低影響啤酒的品質(zhì)，溫度過(guò)高會(huì)使麥芽產(chǎn)生的淀粉酶等失活，怎么解決？①?lài)?yán)格控制溫度；②可以在此階段使用通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)的耐高溫的淀粉酶制劑。6.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在啤酒的工廠化生產(chǎn)中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？菌種的選育、對(duì)原材料的處理、發(fā)酵過(guò)程的控制，產(chǎn)品的消毒等。7.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(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等。有人認(rèn)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(gè)問(wèn)題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)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？應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類(lèi)產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿(mǎn)足一些人的時(shí)尚追求。另一方面,這類(lèi)產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。接種單一高質(zhì)量菌種；嚴(yán)格的消毒滅菌措施；培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)協(xié)調(diào)；隨時(shí)檢查培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量；產(chǎn)物濃度；及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分；嚴(yán)格控制發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、pH、溶解氧含量、罐壓和攪拌速率等發(fā)酵條件；都可使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高?！熬劇逼【婆c“工業(yè)”啤酒的區(qū)別“精釀”啤酒類(lèi)別“工業(yè)”啤酒原料是否添加食品添加劑發(fā)酵規(guī)模麥芽汁濃度發(fā)酵時(shí)間特點(diǎn)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

小規(guī)模大規(guī)模

麥芽汁濃度較高，口味濃郁麥芽汁濃度較低，口味清淡長(zhǎng)，可達(dá)2個(gè)月短，通常7天左右產(chǎn)量低，價(jià)格高產(chǎn)量高，價(jià)格低一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用增加食物的營(yíng)養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，延長(zhǎng)食品的保存期實(shí)例1——檸檬酸

檸檬酸是一種食品酸度調(diào)節(jié)劑；可以通過(guò)黑曲霉的發(fā)酵制得。淀粉淀粉酶黑曲霉葡萄糖檸檬酸合成酶檸檬酸2.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)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實(shí)例2——味精谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵氧氣谷氨酸處理味精添加劑類(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素、溶菌酶一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用3.生產(chǎn)酶制劑常見(jiàn)的酶制劑：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。來(lái)源：少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)，大多數(shù)通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)。酶制劑的應(yīng)用：

用于食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期和提高產(chǎn)量等方面。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二人們可以采用基因工程等的方法直接對(duì)菌種進(jìn)行改造，再通過(guò)發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。改造菌種人們可以采用基因工程的方法，將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物;工程菌科學(xué)家還利用基因工程，將病原體的某個(gè)或某幾個(gè)抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得的表達(dá)產(chǎn)物就可以作為疫苗使用疫苗利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋放抑制激素未來(lái)可能用微生物來(lái)生產(chǎn)過(guò)去只能從植物中提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)疫苗(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動(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各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用1.生產(chǎn)微生物肥料①微生物肥料的種類(lèi)：②微生物肥料的作用：

Ⅰ.生物肥料利用了微生物在代謝過(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)；

Ⅱ.有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的發(fā)生.根瘤菌肥、固氮菌肥。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用2.生產(chǎn)微生物農(nóng)藥①微生物農(nóng)藥的作用機(jī)理：利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害②實(shí)例：蘇云金桿菌防治80多種農(nóng)林蟲(chóng)害。白僵菌防治玉米螟、松毛蟲(chóng)等蟲(chóng)害。

井岡霉素

防治水稻枯紋病。（一種放線(xiàn)菌產(chǎn)生的抗生素）③防治類(lèi)型：生物防治一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用3.生產(chǎn)微生物飼料①原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快②實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細(xì)胞蛋白。應(yīng)用：生產(chǎn)過(guò)程：食品添加劑、微生物飼料。成分：不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類(lèi)、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)。③實(shí)例2-乳酸菌單細(xì)胞蛋白

在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(四)在其他方面的應(yīng)用1.解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。2.將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐自然界中還存在著一定數(shù)量的極端微生物，它們能在極端惡劣的環(huán)境（高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境）中正常生活。①極端微生物：②舉例：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(wèn)題上，作出了越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。截止2015年，我國(guó)生物發(fā)酵生產(chǎn)年總值近2900億元，產(chǎn)品總量位居世界第一。我國(guó)是名副其實(shí)的發(fā)酵大國(guó)。在食品工業(yè)上的應(yīng)用抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等。在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用其他方面的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。例如：醬油、各種酒類(lèi)等。生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。例如：檸檬酸、谷氨酸等。生產(chǎn)微生物肥。例如：根瘤菌肥、固氮菌肥等。生產(chǎn)微生物農(nóng)藥。例如：蘇云金桿菌、白僵菌、井岡霉素。生產(chǎn)微生物飼料。例如：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白。利用纖維肥料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。對(duì)極端微生物的利用。例如：利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑。例如：生長(zhǎng)激素、乙型肝炎疫苗等。生產(chǎn)酶制劑。例如：α-淀粉酶、β-淀粉酶等。在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二提示：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以利用農(nóng)作物廢棄物生產(chǎn)食用菌，利用菌糠生產(chǎn)有機(jī)肥或部分替代動(dòng)物飼料；在植物保護(hù)方面,應(yīng)用微生物產(chǎn)生的抗生素來(lái)生產(chǎn)生物農(nóng)藥，治理病蟲(chóng)害等。1.請(qǐng)列舉一下發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)方面的其他應(yīng)用。提示：利用微生物發(fā)酵清理城市廢棄物垃圾，利用發(fā)酵工程使煙氣脫硫，還可以利用微生物工程除臭等。2.請(qǐng)列舉一下發(fā)酵工程在其他行業(yè)中的應(yīng)用。(1)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是對(duì)微生物細(xì)胞本身或其代謝物進(jìn)行分離、提純(

)×發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。(2)谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺(

)(3)現(xiàn)代發(fā)酵工程中所用的菌種大多是復(fù)合菌種以提高生產(chǎn)效率(

)√×發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。(4)發(fā)酵工程生產(chǎn)條件溫和、原料來(lái)源豐富，但廢棄物對(duì)環(huán)境污染很大，不易處理(

)×廢棄物對(duì)環(huán)境污染小，容易處理。(5)生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的乳酸菌(

)×生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉，而不是乳酸菌。跟蹤訓(xùn)練√1.(2023·安徽安慶高二期末)發(fā)酵工程在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)流程如圖所示。結(jié)合賴(lài)氨酸或谷氨酸的生產(chǎn)實(shí)際，下列說(shuō)法不正確的是A.①為誘變育種，②為萃取

(或蒸餾或離子交換等)B.賴(lài)氨酸或谷氨酸的生產(chǎn)過(guò)程中為使產(chǎn)物源源不斷地產(chǎn)生，可采用連續(xù)培養(yǎng)的發(fā)酵方式C.由于賴(lài)氨酸或谷氨酸的發(fā)酵菌種為好氧菌，在生產(chǎn)過(guò)程中常需增加通氧量D.人工控制微生物代謝的唯一措施是控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種條件跟蹤訓(xùn)練2.(2023·河南濮陽(yáng)高二期中)下列有關(guān)發(fā)酵工程的敘述，正確的是A.與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同，發(fā)酵工程可以利用微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵B.利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵產(chǎn)谷氨酸時(shí)需在中性或弱堿性條件下C.利用微生物農(nóng)藥是一種很重要的化學(xué)防治手段D.培養(yǎng)基或發(fā)酵設(shè)備消毒后方可進(jìn)行接種√發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都需要利用微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵，A錯(cuò)誤；微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害的，是一種很重要的生物防治手段，C錯(cuò)誤。1.(2022·福建三明高二期末)下列關(guān)于發(fā)酵工程的敘述，正確的是

A.篩選出高產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉菌種后可直接接種到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)B.確定菌種之后，才能選擇原料配制培養(yǎng)基C.分離、提純產(chǎn)物是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)D.如果發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物，可采用過(guò)濾、沉淀等方法加以分離√解析篩選出能高產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉菌種后還需要進(jìn)一步擴(kuò)大培養(yǎng)才能接種到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，A錯(cuò)誤；發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，C錯(cuò)誤；發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品如果是代謝產(chǎn)物，可用萃取、蒸餾、離子交換等方法進(jìn)行提取，D錯(cuò)誤。2.青霉素是青霉菌分泌的一種抗生素。隨著高產(chǎn)菌種的選育，發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，青霉素已經(jīng)步入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。下列敘述不正確的是

A.經(jīng)過(guò)不斷誘變、篩選獲得生產(chǎn)用高產(chǎn)青霉菌株B.發(fā)酵工程所用培養(yǎng)基和設(shè)備必須嚴(yán)格控制無(wú)菌C.發(fā)酵過(guò)程要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度、溶解氧等D.用過(guò)濾、沉淀等方法將青霉菌體分離、干燥即可獲得青霉素√解析高產(chǎn)青霉菌株是通過(guò)誘變育種獲得的，A正確；發(fā)酵工程所用培養(yǎng)基和設(shè)備必須嚴(yán)格控制無(wú)菌，避免雜菌污染，B正確；發(fā)酵過(guò)程要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度、溶解氧等，以保證發(fā)酵過(guò)程的順利進(jìn)行，C正確；僅通過(guò)過(guò)濾、沉淀等方法將青霉菌體分離、干燥，不能獲得青霉素，還需經(jīng)過(guò)萃取、脫色等，D錯(cuò)誤。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)生表面菌膜，一般可從菌膜中分離得到醋酸菌√4.(2022·湖南，21節(jié)選)某黃酒釀制工藝流程如圖所示，圖中加入的菌種a是

，工藝b是

(填“消毒”或“滅菌”)，采用工藝b的目的是

。酵母菌消毒殺死黃酒中的大多數(shù)微生物，并延長(zhǎng)其保存期5.

黑曲霉發(fā)酵可以產(chǎn)生木聚糖酶，該酶可以將木聚糖（植物細(xì)胞壁的主要成分之一）降解為木糖。木聚糖酶是一種很有應(yīng)用價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)品，如圖表示生產(chǎn)該酶的連續(xù)發(fā)酵裝置。（1）根據(jù)物理性質(zhì)，該發(fā)酵過(guò)程使用的培養(yǎng)基屬于

。根據(jù)工藝流程可知，黑曲霉的新陳代謝類(lèi)型屬于

型。在大規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)中，需要將選育出的優(yōu)良菌種經(jīng)過(guò)多級(jí)的

，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量后再接種。液體培養(yǎng)基

異養(yǎng)需氧

擴(kuò)大培養(yǎng)

___________________________________________________________。（2）從發(fā)酵裝置加料口輸入的培養(yǎng)基必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的

處理。根據(jù)圖示可知，發(fā)酵過(guò)程需要嚴(yán)格控制

與攪拌速度等條件。（3）圖示連續(xù)培養(yǎng)裝置