第一章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.基于發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和應(yīng)用實(shí)例，闡明發(fā)酵工程的概念。2.根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)品和利用微生物的不同，討論發(fā)酵工程中的發(fā)酵條件及控制方法。3.認(rèn)可發(fā)酵工程在生產(chǎn)上重要的應(yīng)用價(jià)值。一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)二.發(fā)酵工程的應(yīng)用目錄一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)對發(fā)酵原理的認(rèn)識微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐成功設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、營養(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)代工程技術(shù)那么發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么呢？發(fā)酵工程應(yīng)用于哪些方面？發(fā)酵工程的概念：利用微生物特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。選育高產(chǎn)菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品自主閱讀教材P22“圖1-9”，寫出發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種（1）目的：獲得______________________________________________性狀優(yōu)良的菌種（2）菌種來源：從自然界中篩選、___________或_________________________。誘變育種基因工程育種一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)菌種來源關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)例從自然界中篩選誘變育種基因工程育種篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉用來生產(chǎn)檸檬酸使用基因工程改造的啤酒酵母，加速發(fā)酵、縮短生產(chǎn)周期若生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，可從自然界中先分離出相應(yīng)菌種，再用物理或化學(xué)方法誘變育種，從突變個(gè)體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。若生產(chǎn)的是微生物不能合成的產(chǎn)品，可用基因工程、細(xì)胞工程的方法對菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造，以構(gòu)建工程細(xì)胞或工程菌，從而達(dá)到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。討論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.生產(chǎn)需要(在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖、代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量高等)2.菌種不易變異、退化等3.發(fā)酵條件易控制4.考慮氣候條件、發(fā)酵裝置等一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)常用菌種：主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌等。2.擴(kuò)大培養(yǎng)在發(fā)酵之前還需要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。（1）目的：獲得______________，縮短生產(chǎn)周期。更多的菌種（2）怎樣對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)？將培養(yǎng)到生長速度最快時(shí)期的菌體分開，再進(jìn)行培養(yǎng)。（3）擴(kuò)大培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基，從性質(zhì)上分類，是什么類型的培養(yǎng)基？液體培養(yǎng)基?？梢允刮⑸锱c營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸，提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，有利于微生物的繁殖。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.配制培養(yǎng)基（一般采用液體培養(yǎng)基）在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過____________才能確定。選擇原料反復(fù)試驗(yàn)在菌種確定之后，結(jié)合菌種代謝特點(diǎn)，要___________制備培養(yǎng)基。（即不斷優(yōu)化培養(yǎng)基（成分、比例等））一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)配置的培養(yǎng)基應(yīng)包括微生物生長所需的碳源、氮源、水、無機(jī)鹽及特殊營養(yǎng)要求。應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。4.滅菌（1）滅菌目的：原因：雜菌和菌種形成競爭關(guān)系，或雜菌產(chǎn)生的代謝物抑制菌種的生長使產(chǎn)量下降，對發(fā)酵過程造成不良影響（2）如何防止雜菌污染？_____________________都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌。培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備避免因雜菌污染而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)5.接種：將_____________的菌種投放到___________中發(fā)酵罐擴(kuò)大培養(yǎng)后討論1：如何了解發(fā)酵進(jìn)程？6.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)隨時(shí)檢測微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等討論2：怎樣對發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？①溫度、pH

、溶解氧等嚴(yán)格控制②添加必要的營養(yǎng)組分。討論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(jī)物釋放的能量，機(jī)械攪拌也會引起溫度升高。

方法：常用冷卻水進(jìn)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)酵過程中加酸或堿討論4：為什么要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件？①環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且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)酵全過程處于最佳狀態(tài)。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管電動機(jī)排氣管pH計(jì)冷卻水排出口冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口溫度傳感器和控制裝置冷卻水進(jìn)入口閥門放料管抽取樣本進(jìn)行檢測調(diào)節(jié)罐溫（放氣）調(diào)節(jié)罐壓使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快O2的溶解以及散熱控制溶解氧7.分離、提純產(chǎn)物方法：①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身時(shí)，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用_____、_____等方法將菌體_____和_____。②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物時(shí)，可__________________采取_____的_____、_____和_____措施來獲得產(chǎn)品（萃取、蒸餾、離子交換）過濾沉淀分離干燥根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)適當(dāng)提取分離純化發(fā)酵液預(yù)處理細(xì)胞分離細(xì)胞破碎初步純化高度純化成品加工細(xì)胞破碎分離胞外產(chǎn)物加熱調(diào)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(jié)晶離子交換干燥結(jié)晶討論5：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)？傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般是成分復(fù)雜的混合物，一般不會再對產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或僅采用簡單沉淀、過濾等方法來分離和提純產(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。8.獲得產(chǎn)品：討論6：發(fā)酵生產(chǎn)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等不能直接排放到外界環(huán)境，需如何處理?二次清潔或滅菌處理。達(dá)到清潔生產(chǎn)的要求。二.發(fā)酵工程的應(yīng)用（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用1.生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品(1)醬油的生產(chǎn)(2)各種酒類的生產(chǎn)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)制谷物或水果釀酒酵母各種酒類發(fā)酵工程的應(yīng)用

啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。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。發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過濾主發(fā)酵后發(fā)酵啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程1.啤酒的發(fā)酵過程分為

和

兩個(gè)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：

。一、過程概述：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(shí)間加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對糖漿滅菌發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用合作探究：觀看視頻，閱讀教材P24-25，寫出啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程。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)酵主發(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，延長它的保存期。消毒終止后發(fā)酵過濾過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。啤酒花啤酒花的作用：1.使啤酒具有清爽的芳香氣、苦味和防腐力。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。完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。一般5-10d。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。一般1-2個(gè)月。發(fā)酵工程的應(yīng)用討論現(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)行過濾和消毒處理等。應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。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)問題?“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品,發(fā)酵時(shí)間長、產(chǎn)量低和價(jià)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?一方面：這類產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿足一些人對獨(dú)特口感的需求，或者滿足一些人的時(shí)尚追求。另一方面：這類產(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)格昂貴的問題。發(fā)酵工程的應(yīng)用

增加食品的營養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，有時(shí)還可以延長

食品的保存期。添加劑類型舉例酸度調(diào)節(jié)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(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌、溶菌酶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添加了檸檬酸的飲料1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑發(fā)酵工程的應(yīng)用食品添加劑≠違法添加物

公眾談食品添加劑色變，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加劑的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加劑的頭上顯然是不公平的。《國務(wù)院辦公廳關(guān)于嚴(yán)厲打擊食品非法添加行為切實(shí)加強(qiáng)食品添加劑監(jiān)管的通知》中要求規(guī)范食品添加劑生產(chǎn)使用：嚴(yán)禁使用非食用物質(zhì)生產(chǎn)復(fù)配食品添加劑，不得購入標(biāo)識不規(guī)范、來源不明的食品添加劑，嚴(yán)肅查處超范圍、超限量等濫用食品添加劑的行為，同時(shí)要求在2011年年底前制定并公布復(fù)配食品添加劑通用安全標(biāo)準(zhǔn)和食品添加劑標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)酵工程的應(yīng)用（2）.生產(chǎn)酶制劑①常見酶制劑②酶制劑應(yīng)用

食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品品質(zhì)和口味、延長儲存期和提高產(chǎn)量等；③酶制劑來源少數(shù)由動植物生產(chǎn)；絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)；α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶、脂肪酶發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(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)劑例：紫杉醇：具有高抗癌活性，現(xiàn)已廣泛用于乳腺癌等癌癥的治療。（3）生產(chǎn)微生物飼料①原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，如細(xì)菌的蛋白質(zhì)含量占細(xì)胞干重的

60%~80%,而且細(xì)菌生長繁殖速度很快。②實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)過程：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白成分：單細(xì)胞蛋白應(yīng)用：可以作為食品添加劑、微生物飼料等。其中微生物飼料能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)發(fā)酵工程的應(yīng)用4.在其他方面的應(yīng)用①解決資源短缺和環(huán)境污染問題（利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等；

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對極端微生物的利用（嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑等）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(xiàn)。糧食環(huán)境能源健康發(fā)酵工程的應(yīng)用食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品農(nóng)牧業(yè)其他方面生產(chǎn)食品添加劑發(fā)酵工程應(yīng)用生產(chǎn)酶制劑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，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物直接對菌種進(jìn)行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品生產(chǎn)微生物肥料生產(chǎn)微生物農(nóng)藥生產(chǎn)微生物飼料解決資源短缺與環(huán)境污染問題將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐課堂小結(jié)

1．關(guān)于發(fā)酵工程的說法，錯(cuò)誤的是（）

A．發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心階段，隨時(shí)檢測影響發(fā)酵過程的各種環(huán)境條件并予以控制，才能保證發(fā)酵正常進(jìn)行

B．