1.3发酵工程及应用课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第3节发酵工程及其应用一发

酵

直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。传统发酵技术一、什么是发酵工程原料人类所需要的产物适宜的条件微生物的代谢优点：操作简单、便于家庭式或作坊式生产缺点：生产条件不易控制，容易受杂菌污染；

生产效率较低；

产物不单一对发酵原理的认识微生物纯培养技术建立密闭式发酵罐设计成功严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)大规模生产发酵产品微生物的特定功能现代化工程技术利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，生产对人类有用的物质的技术体系。

——发酵工程发酵工程的概念特点：1）菌种纯、产量大且质量稳定；2）高度自动化控制

。二、发酵工程的基本环节结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和发酵罐示意图”，回答下列问题1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种?从自然界中获取、诱变育种、基因工程2.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体3.引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？发酵工程中如何调节温度和pH?温度：原因：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。

方法：常用冷却水进行温度的调节pH:原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。

方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱菌种来源①自然界中筛选②诱变育种③基因工程育种选育菌种发酵工程基本环节：产柠檬酸量高的黑曲霉基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵过程，缩短生产周期1）发酵工程选用的菌种时需要考虑哪些因素?①大量高效合成目的产物(副产的少)；②菌种遗传特征稳定、耐受力强；③能在低成本的培养基上快速生长繁殖；④发酵条件易控制

。扩大培养发酵工程基本环节：快速增加菌种数量，确保有充足的菌体参与发酵目的：3）菌种扩大培养的最佳时期？将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。2）扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一般选

培养基进行培养。液体

液体使微生物与营养物质接触更充分，提高营养物质的利用率，利于微生物的繁殖。配制培养基发酵工程基本环节：

在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。

优化培养基设计（成分、比例等）灭

菌发酵工程基本环节：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量

发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。将

的菌种投放到

中。发酵罐扩大培养后接

种

目的：电动机D1排气管C3pH计B3冷却水排出口C2冷却夹层发酵液搅拌叶轮D2生物传感器装置B4空气入口A4放料管A2A3

阀门A1培养物或营养物质的加入口B1观察孔B2取样管B5温度传感器和控制装置C1冷却水进入口—发酵工程的中心环节发酵罐发酵装置编号主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养控制溶解氧通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。通过控制冷水流速调节罐温调节罐压电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。发酵罐发酵发酵工程基本环节：1）了解发酵进程2）添加营养3）控制发酵条件3）为什么要严格控制发酵条件？①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；实例——谷氨酸发酵P23②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。—发酵工程的中心环节发酵罐发酵发酵工程基本环节：4）在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处?—发酵工程的中心环节传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法，在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。最后都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。分离、提纯，获得产品发酵工程基本环节：1）如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。2）如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。5）发酵生产排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境，需如何处理?二次清洁或灭菌处理。达到清洁生产的要求。发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。(1)图中①表示的育种方法是________________。(2)人工控制微生物代谢的措施包括________________和__________________________。(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明该生产采用了________的发酵方式。在生产过程中，常需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为______菌。(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用____________________等分离提纯的方法进行提取。诱变育种改变微生物遗传特性控制生产过程中的各种条件连续培养好氧萃取(或蒸馏或离子交换等)牛刀小试产物专一生产条件温和原料来源丰富且价格低廉废弃物对环境污染小且容易处理发酵工程的特点在食品工业上的应用在医药工业上的应用在农牧业上的应用在其他方面的应用发酵工程的应用发酵工程的应用在食品工业上的应用1.生产传统发酵产品酱油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、调制(1)酱油的生产谷物或水果酿酒酵母各种酒类(2)各种酒类的生产发酵工程的应用16发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止加啤酒花冷却过滤主发酵后发酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。1.与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？啤酒的工业化生产流程：一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面，这类产品是手工作坊生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题?“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作?啤酒的工业化生产流程：2.生产各种各样的食品添加剂添加剂类型酸度调节剂增味剂着色剂增稠剂防腐剂添加了柠檬酸的饮料增加食品的营养改善食品的口味、色泽和品质延长食品的保存期食品添加剂的作用在食品工业上的应用发酵工程的应用3.生产酶制剂食品直接生产改进生产工艺简化生产过程提高产品产量延长食品储存期改善产品的品质和口味酶制剂的作用酶制剂果胶酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶在食品工业上的应用发酵工程的应用在医药工业上的应用基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合动植物的基因微生物直接改造微生物转入微生物病原体的抗原基因转入发酵工程药物药物疫苗各种抗生素多种氨基酸多种激素多种免疫调节剂发酵工程的应用在农牧业上的应用1.生产微生物肥料2.生产微生物农药3.生产微生物饲料利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力、改良土壤结构、促进植株生长、增强植物抗病性和抗逆性。利用微生物或其代谢物来防治病虫害。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。——单细胞蛋白发酵工程的应用在其他方面的应用1.解决资源短缺和环境污染问题利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质2.对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量发酵工程的应用原有前程可奔赴，亦有岁月可回首电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口放料管阀门培养物或营养物质的加入口观察孔取样管温度传感器和控制装置冷却水进入口1．(2023·徐州高三二模)下列关于泡菜和酸奶制作的叙述，正确的是(

)A．制作泡菜和酸奶时加入适量的糖会使发酵效果更好B．泡菜发酵的温度略高于酸奶发酵的温度C．泡菜食材和牛奶需要经过消毒再进行接种D．制作泡菜和酸奶的主要菌种分别为真核生物和原核生物答案A解析糖类是生物的主要能源物质，加入糖有利于微生物的生长繁殖，则制作泡菜和酸奶时加入适量的糖会使发酵效果更好，A正确；泡菜发酵与酸奶发酵的主要菌种都是乳酸菌(原核生物)，则发酵温度应该一致，B、D错误；制作泡菜时，利用了食材中自带的菌种，所以不能消毒，牛奶需要消毒，C错误。练习判断正误(1)与家庭传统发酵一样，发酵工程所用的菌种绝大多数是混合菌种(

×

)提示发酵工程所用的菌种绝大多数是单一菌种。(2)在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌酶将青霉素分解掉(

√

)(3)