乙醇糖類作物光合作物汽車CO2第一章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用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。早期1瓶規(guī)格大概20萬單位的青霉素最高賣到一根金條如今1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑一元青霉素在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?問1發(fā)酵工程的概念利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品。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)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么?應(yīng)用發(fā)酵工程能夠生產(chǎn)哪些產(chǎn)品呢?問2一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)啤酒生產(chǎn)味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒狀桿菌接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌現(xiàn)代發(fā)酵工程使用大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過程中的溫度、pH、

、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和

等進(jìn)行監(jiān)測和控制；還可以進(jìn)行

控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵(中心環(huán)節(jié))工工業(yè)發(fā)酵罐接種量大，發(fā)酵之前需對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。（液體培養(yǎng)基）①發(fā)酵用菌種多為單一菌種，雜菌混入可能影響產(chǎn)量②培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須滅菌。①從自然界篩選②通過誘變育種③基因工程育種獲得①選擇原料（一般為低成本、易獲取的天然原料）配制培養(yǎng)基②培養(yǎng)基配方需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)青霉素黃青霉在青霉素生產(chǎn)過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。A1培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口B1觀察孔B2取樣管D1電動(dòng)機(jī)C4排氣管B4pH計(jì)C3冷卻水排出口冷卻夾層發(fā)酵液D2攪拌葉輪B3生物傳感器裝置A4空氣入口C1溫度傳感器和控制裝置C2冷卻水進(jìn)入口A2閥門A3放料管編號(hào)主要用途A1-A3A4B1-B3B4C1-C3C4D1-D2控制培養(yǎng)物以一定速度進(jìn)入、流出發(fā)酵罐，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)控制溶解氧監(jiān)控微生物數(shù)量以及產(chǎn)物濃度調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓通過葉輪的攪拌，提高溶氧量，使菌種與發(fā)酵液充分接觸，提高發(fā)酵效率以及散熱調(diào)節(jié)PH發(fā)酵罐示意圖及功能介紹一

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)滅菌同種微生物生長繁殖所需的最適溫度和積累代謝物所需的最適溫度往往不同。同一微生物由于培養(yǎng)環(huán)境pH不同，可能會(huì)積累不同的代謝物。

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品

這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)①了解發(fā)酵進(jìn)程：隨時(shí)檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等。②及時(shí)添加必需的營養(yǎng)組分。③嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。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?，F(xiàn)代發(fā)酵工程的發(fā)酵罐有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行檢測和控制；還可以進(jìn)行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵(中心環(huán)節(jié))①產(chǎn)品是微生物細(xì)胞：采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥即可②產(chǎn)品是代謝物：根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施獲得產(chǎn)品發(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？包括：①在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；②生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；

③發(fā)酵條件容易控制；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)控以滿足微生物的生長需要？①要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制②同時(shí)及時(shí)添加必要的營養(yǎng)組分。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)候不再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離和提純產(chǎn)物。發(fā)酵工程：使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身:采用過濾、沉淀等方法將菌體從發(fā)酵液中分離出來;如果產(chǎn)品是代謝物:可采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進(jìn)行提取。發(fā)酵工程產(chǎn)物都需要進(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？不能。因?yàn)樵谶M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。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)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價(jià)格低廉廢棄物對(duì)環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點(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①生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)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(diào)制醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類各種酒類的生產(chǎn)一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量②生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加了檸檬酸的飲料增加食品的營養(yǎng)延長食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質(zhì)食品添加劑的作用一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用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③生產(chǎn)酶制劑食品的直接生產(chǎn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝簡化生產(chǎn)過程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長食品儲(chǔ)存期改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味②酶制劑的作用果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基肽酶…

…①酶制劑一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)；絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。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12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發(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。淀粉水解形成糖漿。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止產(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，延長它的保存期。過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。糖漿啤酒花冷卻過濾裝瓶裝罐儲(chǔ)存罐產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的作用對(duì)糖漿滅菌一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二加啤酒花討論1：酵母菌酒精發(fā)酵過程中為什么要“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。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程主發(fā)酵發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵冷卻過濾接種加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒。產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的作用對(duì)糖漿滅菌一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二加啤酒花啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程主發(fā)酵發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵冷卻過濾接種加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒。討論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０l(fā)芽13焙烤8碾磨5糖化蒸煮47發(fā)酵2消毒6終止閱讀課本P24，對(duì)啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程進(jìn)行排序13854726答案：①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一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素生產(chǎn)紫杉醇、青蒿素前體等化合物生產(chǎn)乙肝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②生產(chǎn)未來改造①生產(chǎn)微生物肥料微生物肥料利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來增進(jìn)土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長、增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性。常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥②生產(chǎn)微生物農(nóng)藥微生物農(nóng)藥：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。蘇云金桿菌(Bt毒蛋白)防治80多種農(nóng)林害蟲白僵菌(真菌)防治玉米螟、松毛蟲放線菌(井岡霉素)防治水稻枯紋病一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用屬于生物防治。③生產(chǎn)微生物飼料微生物飼料實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白許多國家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)胞蛋白應(yīng)用——食品添加劑、微生物飼料；實(shí)例2-乳酸菌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(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(四)在其他方面的應(yīng)用對(duì)極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用解決資源短缺和環(huán)境污染問題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。在其他方面的應(yīng)用核心歸納

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

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)。不是無菌操作，容易受到

染。對(duì)發(fā)酵條件不能嚴(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)展起來的純培養(yǎng)單一混合液體半固體無菌現(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)定微生物發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)應(yīng)用配制培養(yǎng)基滅菌接種選育高產(chǎn)菌種擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品食品工業(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)食品添加劑生產(chǎn)酶制劑微生物肥料微生物農(nóng)藥微生物飼料解決資源短缺與環(huán)境污染問題極端微生物利用生產(chǎn)酶氨基酸激素免疫調(diào)節(jié)劑課堂小結(jié)本堂課你學(xué)到了哪些知識(shí)？畫出概念圖進(jìn)行總結(jié)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(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物直接對(duì)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)踐小結(jié)：我國古代釀酒作坊的繪畫作品漢代磚刻上的釀酒圖我國戰(zhàn)國時(shí)期盛酒的銅器和其中的酒我們的祖先就會(huì)利用微生物將谷物、水果等發(fā)酵成含酒精的飲料。后來,人們通過自然發(fā)酵和曲種傳代的固體發(fā)酵生產(chǎn)醬油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等發(fā)酵食品。約9000年前20世紀(jì)70年代以后1857年1897年20世紀(jì)80年代1957年20世紀(jì)40年代巴斯德證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了酶