发酵工程及其应用课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

第一章发酵工程第3节发酵工程及其应用学习目标1.基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。2.根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。3.认可发酵工程在生产上重要的应用价值。一.发酵工程的基本环节二.发酵工程的应用目录一.发酵工程的基本环节对发酵原理的认识微生物纯培养技术建立密闭式发酵罐成功设计严格控制环境条件(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工程技术那么发酵工程的基本环节是什么呢？发酵工程应用于哪些方面？发酵工程的概念：利用微生物特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。选育高产菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品自主阅读教材P22“图1-9”，写出发酵工程的基本环节。一、发酵工程的基本环节1.选育菌种（1）目的：获得______________________________________________性状优良的菌种（2）菌种来源：从自然界中筛选、___________或_________________________。诱变育种基因工程育种一、发酵工程的基本环节菌种来源关键点实例从自然界中筛选诱变育种基因工程育种筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期若生产的是微生物直接合成的产物，可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。若生产的是微生物不能合成的产品，可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。讨论1：微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？1.生产需要(在低成本的培养基上能迅速生长繁殖、代谢产物的产量高等)2.菌种不易变异、退化等3.发酵条件易控制4.考虑气候条件、发酵装置等一、发酵工程的基本环节常用菌种：主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。2.扩大培养在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。（1）目的：获得______________，缩短生产周期。更多的菌种（2）怎样对菌种进行扩大培养？将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。（3）扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？液体培养基。可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。一、发酵工程的基本环节3.配制培养基（一般采用液体培养基）在生产实践中，培养基的配方要经过____________才能确定。选择原料反复试验在菌种确定之后，结合菌种代谢特点，要___________制备培养基。（即不断优化培养基（成分、比例等））一、发酵工程的基本环节配置的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。4.灭菌（1）灭菌目的：原因：杂菌和菌种形成竞争关系，或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降，对发酵过程造成不良影响（2）如何防止杂菌污染？_____________________都必须经过严格的灭菌。培养基和发酵设备避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量一、发酵工程的基本环节5.接种：将_____________的菌种投放到___________中发酵罐扩大培养后讨论1：如何了解发酵进程？6.发酵罐内发酵—发酵工程的中心环节一、发酵工程的基本环节随时检测微生物数量、产物浓度等讨论2：怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？①温度、pH

、溶解氧等严格控制②添加必要的营养组分。讨论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讨论4：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。②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。一、发酵工程的基本环节培养物或营养物质的加入口观察孔取样管电动机排气管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温度传感器和控制装置冷却水进入口阀门放料管抽取样本进行检测调节罐温（放气）调节罐压使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热控制溶解氧7.分离、提纯产物方法：①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____。②发酵产品是代谢物时，可__________________采取_____的_____、_____和_____措施来获得产品（萃取、蒸馏、离子交换）过滤沉淀分离干燥根据产物的性质适当提取分离纯化发酵液预处理细胞分离细胞破碎初步纯化高度纯化成品加工细胞破碎分离胞外产物加热调pH沉降离心过滤研磨离心萃取过滤沉淀吸附萃取层析电泳结晶离子交换干燥结晶讨论5：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？传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。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，进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。8.获得产品：讨论6：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。二.发酵工程的应用（一）在食品工业上的应用1.生产传统发酵产品(1)酱油的生产(2)各种酒类的生产酱油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸

淋洗、调制谷物或水果酿酒酵母各种酒类发酵工程的应用

啤酒的工业化生产流程

我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如下图所示。其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。发酵工程的应用发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止加啤酒花冷却接种过滤主发酵后发酵啤酒的工业化生产流程1.啤酒的发酵过程分为

和

两个阶段；2.主发酵阶段完成

；3.后发酵的条件_________________________

_；4.焙烤的目的：

；5.蒸煮的目的：

。一、过程概述：主发酵后发酵酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成低温、密闭的环境下储存一段时间加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌发酵工程的应用发酵工程的应用合作探究：观看视频，阅读教材P24-25，写出啤酒的工业化生产流程。啤酒的工业化生产流程发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵主发酵冷却大麦种子发芽，释放淀粉酶。加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。淀粉分解，形成糖浆。产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。酵母菌将糖转化为酒精和CO2。杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。消毒终止后发酵过滤过滤、调节、分装啤酒进行出售。啤酒花啤酒花的作用：1.使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和防腐力。2.形成啤酒优良的泡沫。3.有利于麦芽汁的澄清。4.平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲。完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。一般5-10d。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下,储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。一般1-2个月。发酵工程的应用讨论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。应该辩证地看待这一产品。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?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式生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。发酵工程的应用

增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长

食品的保存期。添加剂类型举例酸度调节剂L-苹果酸、柠檬酸、乳酸增味剂5`-肌苷酸二钠、谷氨酸钠着色剂β-胡萝卜素、红曲黄色素增稠剂黄原胶、β-环状糊精、结冷胶防腐剂乳酸链球菌、溶菌酶淀粉淀粉酶葡萄糖黑曲霉柠檬酸柠檬酸合成酶谷氨酸棒状杆菌发酵谷氨酸味精处理氧气添加了柠檬酸的饮料1.在食品工业上的应用（1）生产各种各样的食品添加剂发酵工程的应用食品添加剂≠违法添加物

公众谈食品添加剂色变，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加剂的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加剂的头上显然是不公平的。《国务院办公厅关于严厉打击食品非法添加行为切实加强食品添加剂监管的通知》中要求规范食品添加剂生产使用：严禁使用非食用物质生产复配食品添加剂，不得购入标识不规范、来源不明的食品添加剂，严肃查处超范围、超限量等滥用食品添加剂的行为，同时要求在2011年年底前制定并公布复配食品添加剂通用安全标准和食品添加剂标识标准。发酵工程的应用（2）.生产酶制剂①常见酶制剂②酶制剂应用

食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品品质和口味、延长储存期和提高产量等；③酶制剂来源少数由动植物生产；绝大多数通过发酵工程生产；α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶发酵工程的应用发酵工程的应用2.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例：紫杉醇：具有高抗癌活性，现已广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。（3）生产微生物饲料①原理：微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的

60%~80%,而且细菌生长繁殖速度很快。②实例1——单细胞蛋白单细胞蛋白生产过程：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。单细胞蛋白成分：单细胞蛋白应用：可以作为食品添加剂、微生物饲料等。其中微生物饲料能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质发酵工程的应用4.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；

利用微生物发酵清理城市废弃物垃圾；利用发酵工程使烟气脱硫；

还可以利用微生物工程除臭等）②对极端微生物的利用（嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂等）发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、

健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。粮食环境能源健康发酵工程的应用食品工业医药工业生产传统发酵食品农牧业其他方面生产食品添加剂发酵工程应用生产酶制剂采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品生产微生物肥料生产微生物农药生产微生物饲料解决资源短缺与环境污染问题将极端微生物应用于生产实践课堂小结

1．关于发酵工程的说法，错误的是（）

A．发酵是发酵工程的中心阶段，随时检测影响发酵过程的各种环境条件并予以控制，才能保证发酵正常进行

B．