目錄/CONTENTS01發(fā)酵工程02細胞工程03基因工程04生物技術的安全性與倫理問題第一章第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用與發(fā)酵工程SHENGWUXUE01

傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用目錄02

發(fā)酵工程及其應用03

重溫真題經(jīng)典再現(xiàn)科技探索之路：從傳統(tǒng)發(fā)酵技術到發(fā)酵工程科學家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用，之后微生物的分離和純化技術得到了應用。1897年用微生物生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，人工誘變特定微生物；酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)興起。1957年科學家開始運用數(shù)學、動力學、化學工程原理以及計算機技術對發(fā)酵過程進行綜合研究。20世紀80年代以后法國微生物學家巴斯德通過實驗證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發(fā)酵聯(lián)系起來。1857年利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素，隨著鏈霉素、金霉素和土霉素等抗生素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。20世紀40年代基因工程、細胞工程等發(fā)展，發(fā)酵工程進入定向育種的新階段。人胰島素和干擾素大量生產(chǎn)。20世紀70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料?？键c一傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用基礎·精細梳理典例·精心深研011.發(fā)酵（1）概念：（2）原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝物的能力，因此利用它們就可以生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。（3）類型：需氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵如：醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵如：酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。對微生物而言，“發(fā)酵”在有氧和無氧條件下都能進行。必修一（P94）中提到的發(fā)酵特指“微生物的無氧呼吸”，是狹義的發(fā)酵概念。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術（1）概念：像這樣直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術一般稱為傳統(tǒng)發(fā)酵技術。醬醬油醋泡菜豆豉（2）類型：傳統(tǒng)發(fā)酵以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主。（3）優(yōu)點：操作簡單、適用于家庭式或作坊式生產(chǎn)，是文化的傳承。（4）缺點：生產(chǎn)條件不易控制，容易受雜菌污染，生產(chǎn)效率低。實例：腐乳制作腐乳是我國古代勞動人民創(chuàng)造出來的一種經(jīng)過微生物發(fā)酵制作的大豆產(chǎn)品。(1)原料：(2)參與的微生物：________、______和______等，其中起主要作用的是

。酵母菌曲霉毛霉毛霉毛霉真菌（真核生物）生物類型：代謝類型：異養(yǎng)需氧型繁殖方式：最適生長溫度：15-18℃孢子繁殖(3)發(fā)酵原理：蛋白質小分子肽+氨基酸蛋白酶脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶豆腐2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(4)制作過程：直接利用原材料中的天然存在的微生物。讓豆腐長出毛霉直接利用空氣中的毛霉孢子或者直接接種毛霉（15-18℃，一定濕度）目的：讓毛霉等產(chǎn)生蛋白酶和脂肪酶加鹽腌制目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生長鹵湯包括酒和香辛料酒（12%）：抑制微生物生長，并使腐乳具有獨特香味；香辛料：調(diào)味，防腐殺菌。加鹵湯裝瓶密封腌制方法：隨豆腐層數(shù)加高增加鹽用量，接近瓶口表面，鋪厚一點*鹵湯中酒的含量在12%左右的原因：過高會延長腐乳成熟的時間，過低不足以抑制微生物生長，可能導致豆腐腐敗?！舅伎急嫖觥?.使用酵母制作饅頭屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術嗎？不屬于2.直接利用空氣中毛霉孢子制作腐乳屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術嗎？屬

于如：使用前一次發(fā)酵保存下來的面團進行的才算。若直接接種毛霉，則不屬于二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品1.乳制品發(fā)酵、泡菜腌制的原理——乳酸菌發(fā)酵厭氧細菌，代謝類型為異養(yǎng)厭氧型。乳酸桿菌代謝特點分布廣泛分布于空氣、土壤、植物體表、人或動物腸道內(nèi)。溫度適宜發(fā)酵溫度為30～40℃。在無氧的條件下，將葡萄糖分解成乳酸。發(fā)酵原理C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量酶二分裂生殖。生殖方式類型乳酸鏈球菌和乳酸桿菌。乳酸鏈球菌利用植物體表面天然的乳酸菌進行發(fā)酵的。乳酸的質量百分比為0.4～0.8%時，泡菜口味、品質最佳。探究

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實踐：制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作泡菜案例11.實驗原理C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量酶2.實驗材料泡菜壇白酒食鹽清水新鮮蔬菜（蘿卜、黃瓜、白菜、豇豆等）蒜瓣生姜其他香辛料（花椒、辣椒、八角等）3.制作泡菜的方法步驟配制鹽水用清水和食鹽配制質量分數(shù)為

的鹽水，并將鹽水

待用；蔬菜處理、裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內(nèi)；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至

；加鹽水將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過全部菜料，蓋好壇蓋；封壇發(fā)酵向壇蓋邊緣的水槽中

，并在發(fā)酵過程中注意經(jīng)常向水槽中補充水；根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間。5%-20%煮沸，冷卻八成滿注滿水【思考1】鹽的用量能不能過高或過低？不能。鹽的用量要適宜。鹽的用量過高，制備的鹽水濃度會過高，乳酸菌會失水死亡，導致不產(chǎn)生乳酸或產(chǎn)生的乳酸過少，從而使得泡菜“咸而不酸”?！舅伎?】鹽水為什么要煮沸后冷卻待用？煮沸的作用：①除去水中的O2②殺滅鹽水中的其他雜菌【思考3】為什么泡菜壇只能裝八成滿？a.防止發(fā)酵初期酵母菌等產(chǎn)生CO2造成發(fā)酵液溢出壇外；b.防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料變質腐爛。同時留有一定空間，也更方便拿取泡菜?！舅伎?】為什么鹽水要沒過菜料？防止菜料變質腐爛，創(chuàng)造無氧環(huán)境?！舅伎?】為什么壇蓋邊沿的水槽中要注滿水并經(jīng)常補充水？保證壇內(nèi)乳酸菌發(fā)酵所需的無氧環(huán)境。【思考6】溫度過高或過低有什么影響？溫度過高，則易滋生雜菌；溫度過低，則發(fā)酵時間延長；發(fā)酵溫度最好控制在26～36℃

注意：泡菜發(fā)酵一段時候后可能會出現(xiàn)白色的膜，是產(chǎn)膜酵母菌繁殖形成的；其表面氧氣含量也很豐富，適合酵母菌的繁殖。白膜【思考6】為什么泡菜壇內(nèi)有時會長一層白膜，這層白膜是怎么形成的？探究

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實踐：制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作泡菜案例14.結果分析你腌制的泡菜成功嗎？色澤如何？口味如何？泡菜質量可以根據(jù)泡菜的色澤和風味進行初步的評定；通過在顯微鏡下觀察乳酸菌的形態(tài)和數(shù)目；根據(jù)亞硝酸鹽的含量來評定；

一般來說，腌制成功的泡菜湯清亮，無梅花浮膜，菜質脆嫩度適口，酸甜咸味適宜，具有一定的香氣，咀嚼后無渣等。失敗成功泡菜雖好吃，但不宜多吃，泡菜中的亞硝酸鹽會危及人體健康。探究

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實踐：制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作泡菜案例15.進一步探究亞硝酸鹽膳食中的亞硝酸鹽一般不會危害人體健康，但如果人體攝入過量，會發(fā)生中毒，甚至死亡。制作過程中亞硝酸鹽含量的變化腌制方法、時間長短和溫度高低等條件對亞硝酸鹽含量的影響進一步探究：

亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的低鐵血紅蛋白轉變?yōu)楦哞F血紅蛋白，從而導致缺氧性中毒癥狀。在泡菜的腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生。一般不會危害人體健康。但是，總量達到0.3～0.5g時會引起中毒；達到3g時會死亡。亞硝酸鹽

在適宜的pH、溫度和一定的微生物作用下，亞硝酸鹽會轉化為亞硝胺。亞硝胺具有致癌作用，對動物具有致畸和致突變作用。亞硝胺氧化維生素C、E和酚類物質亞硝胺硝酸鹽亞硝酸鹽還原細菌等微生物(硝酸還原菌產(chǎn)生硝酸還原酶)(強致癌物)注意：發(fā)酵溫度高；食鹽用量過低；發(fā)酵時間短容易導致硝酸鹽還原菌大量增殖，產(chǎn)生較多的亞硝酸鹽泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化情況分析：注發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期發(fā)酵中期發(fā)酵后期變化曲線少（O2抑制乳酸菌活動）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸菌比其他雜菌更耐酸。乳酸積累，抑制其他菌活動）增多達到最多后開始下降(硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解)減少（乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活動）繼續(xù)增多，最后保持穩(wěn)定下降至保持相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）1、為什么含有抗生素的牛奶不能發(fā)酵為酸奶？

牛奶發(fā)酵為酸奶主要依靠乳酸菌的發(fā)酵作用，而抗生素能夠殺死或抑制乳酸菌。2、為什么要多吃新鮮蔬菜，不吃存放時間過長、變質的蔬菜？

有些蔬菜，如小白菜和蘿卜等含有豐富的硝酸鹽。當這些蔬菜放置過久時發(fā)生變質（發(fā)黃、腐爛）或者煮熟后存放太久時，蔬菜中的硝酸鹽會被微生物還原成亞硝酸鹽，危害人體健康。拓展：【聯(lián)系生活】單細胞真菌，代謝類型為異養(yǎng)兼性厭氧型。代謝特點分布在一些含糖量較高的水果、蔬菜表面。溫度影響酵母菌生長的重要因素，釀酒酵母的最適生長溫度約為28℃。在無氧條件下，進行酒精發(fā)酵。發(fā)酵原理出芽生殖或孢子生殖。生殖方式2.釀酒、制作饅頭和面包的原理——酵母菌厭氧發(fā)酵C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量酶酵母菌二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品好氧細菌，代謝類型為異養(yǎng)需氧型。代謝特點溫度多數(shù)醋酸菌的最適生長溫度為30～35℃。生殖方式二分裂生殖。O2、糖源都充足時，把葡萄糖分解為乙酸。發(fā)酵原理3.制作醋的原理——醋酸菌好氧發(fā)酵C6H12O6+2O22CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量酶醋酸菌C2H5OH+O2CH3COOH(乙酸)+H2O+能量酶O2充足、糖源缺少時，將乙醇轉化為乙醛，再變?yōu)橐宜?。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品探究

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實踐：制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作果酒和果醋案例21.實驗原理

新鮮水果（如葡萄）的果皮表面附著有大量的不同種類的野生酵母菌。在這些酵母菌的作用下，水果可以發(fā)酵成果酒。在有氧條件下，果酒經(jīng)醋酸菌的作用還可以進一步發(fā)酵成果醋。+C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量2O22CH3COOH(醋酸)

+2H2O+能量酶2.實驗材料新鮮的水果（如葡萄、蘋果、山楂和龍眼等）洗潔精體積分數(shù)為70%的酒精發(fā)酵瓶紗布榨汁機3.制作流程器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，晾干備用沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干榨汁裝瓶用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋①70%的酒精的作用：②沖洗的目的：③沖洗1-2次即可，能否反復沖洗，為什么？④為什么去梗前沖洗：⑤葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時，為何要留有1/3的空間？消毒去除表面灰塵、污物防止野生菌種數(shù)量減少，影響發(fā)酵避免葡萄破損，減少被雜菌污染的機會a.先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖，耗盡O2后，再進行酒精發(fā)酵；b.防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出不能，酒精發(fā)酵將溫度控制在18-25℃進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10-12d.⑥每隔12h左右將瓶蓋擰松一點的目的：⑦擰松但不打開的目的：排出發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體，防止爆裂防止雜菌污染果酒檢測可通過從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行檢測⑧如何檢測果酒的發(fā)酵情況（檢測是否產(chǎn)生酒精）？c.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液檢測橙色→灰綠色a.聞b.品嘗⑨葡萄上微生物很多，會不會污染葡萄酒呢？雜菌不會引起發(fā)酵液的污染。原因是（1）葡萄在榨汁前要清洗；（2）在缺氧、酸性的發(fā)酵液中，絕大多數(shù)微生物無法適應環(huán)境而受到抑制。3.制作流程一、果酒和果醋的制作打開瓶蓋，蓋上紗布當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30-35℃，時間為7-8d。果醋檢測?如何檢測果醋的發(fā)酵情況？a.聞；b.品嘗；c.觀察醋酸菌膜是否形成；d.使用pH試紙檢測檢測和比較發(fā)酵前后的pH值；?醋酸菌從何而來？打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入果酒發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應環(huán)境條件（不能利用乙醇）而不能繁殖?在醋酸發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面上會出現(xiàn)一層菌膜，這層菌膜是什么？其出現(xiàn)在發(fā)酵液的液面上說明了什么？菌膜是醋酸菌菌膜；其出現(xiàn)在發(fā)酵液液面上說明其是好氧細菌。3.制作流程一、果酒和果醋的制作探究

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實踐：制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作果酒和果醋案例24.結果分析與評價①在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別由哪些變化？氣泡酵母菌進行果酒發(fā)酵時會產(chǎn)生CO2。發(fā)酵過程，分解有機物產(chǎn)生的能量大部分以熱能形式散失。如果用紫色葡萄制作葡萄酒，隨著發(fā)酵時間的延長，由果皮進入發(fā)酵液的花青素會越來越多，因而發(fā)酵液的顏色會逐漸加深變成深紅色。產(chǎn)熱顏色菌體數(shù)量pH菌落初期發(fā)酵液中酵母菌數(shù)目增多，后期不再增多，甚至會下降。CO2溶于發(fā)酵液而使pH下降。果醋發(fā)酵過程中一般不會出現(xiàn)氣泡，發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面上會出現(xiàn)一層菌落，這是醋酸菌落。1.在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？果酒中除了酵母菌，還有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，從而使果酒變質?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、果酒的pH等來控制乳酸菌的含量。

果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情況下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情況下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它將乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變?yōu)榇姿帷?/p>

由于醋酸菌在有氧的條件下才能進行旺盛的代謝活動，因此在制作果酒的過程中盡量減少O2含量，可以抑制醋酸菌的生長繁殖。此外，通過調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、果酒的pH等同樣可以控制醋酸菌的含量。結果分析和評價：2.在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續(xù)發(fā)酵？醋酸菌從何而來？采用什么措施可以加快果醋的制作？

隨著醋酸發(fā)酵的進行，發(fā)酵液的PH、發(fā)酵溫度等均不利于酵母菌的生長繁殖，因此酵母菌活性很低。

在我們的實驗條件下，當打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應環(huán)境條件而不能繁殖。

在工業(yè)上，后期醋的發(fā)酵需要人工接種醋酸菌。我們制作果醋時，可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面會有一層薄膜（實際上是醋酸菌），用這層薄膜進行接種可以明顯縮短制作果醋的時間。結構作用酒精發(fā)酵時狀態(tài)醋酸發(fā)酵時狀態(tài)充氣口排氣口出料口通入空氣關閉打開，接氣泵，泵入無菌空氣排出CO2打開打開取樣、檢測關閉關閉防止空氣中微生物的污染5.果酒、果醋的制作——裝置排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接的目的是什么？項目泡菜制作果酒制作果醋制作菌種生物學分類代謝類型最適溫度范圍生產(chǎn)生活應用發(fā)酵原理乳酸菌酵母菌醋酸菌原核生物真核生物原核生物異養(yǎng)厭氧型異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型30～40℃18～30℃30～35℃乳制品的發(fā)酵、泡菜釀酒、制作饅頭面包制醋C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)+能量C6H12O6酶2C2H5OH(乙醇)+2CO2+能量2C2H5OH+O2CH3COOH+2CO2+能量C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+能量酶課堂小結【情境推理·探究】1.泡菜的制作方法不當，很容易造成泡菜變質，甚至發(fā)霉變味，試分析可能的原因是____________________________________________________________。泡菜壇密封不嚴(或鹽和水的比例不適當)引起雜菌滋生、泡菜變質2.如圖為果酒和果醋制作的實驗裝置圖。請據(jù)圖思考回答下列問題：(1)甲、乙、丙的作用分別是__________________________________________________________。通入空氣(氧氣)、排氣、取樣(對發(fā)酵的情況進行及時的監(jiān)測)(2)圖中發(fā)酵瓶中葡萄汁的量是否恰當_______，原因是____________________________________________________________。(3)醋酸菌進行醋酸發(fā)酵時，無論是利用糖源還是酒精，甲都需要打開，其原因__________________________________________________________________

。(4)果酒擱置時間過久會有酸味的原因是________________________________________________________________。不恰當葡萄汁的量不能超過發(fā)酵瓶體積的2/3，而且不能將排氣口淹沒醋酸菌是好氧細菌，生活過程中始終需要氧氣，如果氧氣中斷則會引起其死亡醋酸菌在缺乏糖源時，可以將酒精轉化為乙醛，再將乙醛轉化為乙酸B1.(2021·湖南卷，3)中國的許多傳統(tǒng)美食制作過程蘊含了生物發(fā)酵技術。下列敘述正確的是(

) A.泡菜制作過程中，酵母菌將葡萄糖分解成乳酸 B.饅頭制作過程中，酵母菌進行呼吸作用產(chǎn)生CO2 C.米酒制作過程中，將容器密封可以促進酵母菌生長 D.酸奶制作過程中，后期低溫處理可產(chǎn)生大量乳酸桿菌考向圍繞果酒、果醋的制作過程，考查科學探究能力D3.(2023·廣東茂名調(diào)研)我國制作泡菜歷史悠久。《中饋錄》中記載：“泡鹽菜法，定要覆水壇。此壇有一外沿如暖帽式，四周內(nèi)可盛水；壇口覆一蓋，浸于水中，……則所泡之菜不得壞矣。泡菜之水，用花椒和鹽煮沸，加燒酒少許?！?。如有霉花，加燒酒少許。壇沿外水須隔日一換，勿令其干?！毕铝姓f法錯誤的是(

) A.“壇口覆一蓋，浸于水中”有利于保持壇內(nèi)的無氧環(huán)境 B.“泡菜之水，用花椒和鹽煮沸”的目的之一是消毒殺菌 C.“霉花”主要由酵母菌增殖形成，酵母菌往往來自蔬菜 D.“壇沿外水須隔日一換，勿令其干”以保證壇內(nèi)適宜濕度考向圍繞泡菜及其他傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的制作，考查科學探究能力A4.(2022·江蘇百校聯(lián)考，14)有關泡菜中亞硝酸鹽含量的研究表明，亞硝酸鹽的含量高低和亞硝酸鹽含量峰值時間的早晚與食鹽的濃度有關(見下圖)，下列有關敘述不正確的是(

)考點二發(fā)酵工程及其應用基礎·精細梳理典例·精心深研

青霉素是世界上第一個應用于臨床的抗生素，在“二戰(zhàn)”期間，青霉素挽救了數(shù)以萬計的生命，被稱為“有魔力的子彈”。早期科學家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術的發(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160萬單位的青霉素注射劑的價格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的。什么是發(fā)酵工程？發(fā)酵工程的概念：指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術，規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。擴大培養(yǎng)工業(yè)發(fā)酵罐體積大，接入的菌種多，所以在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)(液體培養(yǎng)基)。配制培養(yǎng)基滅菌接種在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復試驗才能確定。發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導致產(chǎn)量大大下降。發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件?，F(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制；還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。產(chǎn)品是微生物細胞本身，可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器及控制裝置冷卻水進入口閥門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計排氣管電動機抽取樣本進行檢測調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓控制溶解氧含量不斷攪拌的目的：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。發(fā)酵罐示意圖結合所看視頻和發(fā)酵罐示意圖介紹嘗試解釋發(fā)酵罐的構造及各部分的作用例1(1)發(fā)酵罐在使用前要進行滅菌，培養(yǎng)基和發(fā)酵設備一般用_____滅菌，空氣采用______的方法除菌。(2)對于需氧發(fā)酵，為了防止雜菌污染，應該從空氣入口通入__________。(3)攪拌的作用無菌空氣蒸汽過濾①使空氣和發(fā)酵液充分混合，增加培養(yǎng)液中的溶解氧；②使菌種與培養(yǎng)液充分接觸，提高原料利用率。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？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.怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？

要對溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(yǎng)組分。3.在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比有哪些改進之處？

傳統(tǒng)發(fā)酵技術獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復雜的混合物，很多時候不會再對產(chǎn)物進行分離和提純處理，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)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質量檢査,合格后才能成為正式產(chǎn)品。

4.在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，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。因為在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn),應該對排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進行二次清潔或滅菌處理。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)①生產(chǎn)條件溫和；②原料來源豐富且價格低廉；③產(chǎn)物專一；④廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理。

因此，發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領域得到了廣泛的應用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。發(fā)酵工程的優(yōu)點：一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)二、發(fā)酵工程的應用在食品工業(yè)上的應用

1.生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆中蛋白質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、水果釀酒酵母酒類酒精+CO2啤酒是怎樣進行工業(yè)化生產(chǎn)的多呢？②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。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)境下儲存一段時間進行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。發(fā)芽碾磨糖化蒸煮焙烤主發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間加啤酒花冷卻接種過濾發(fā)酵47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)生風味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。酵母菌將糖轉化為酒精和CO2。殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期。消毒終止過濾過濾、調(diào)節(jié)、分裝、出售。后發(fā)酵啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程糖化罐糖漿啤酒花瓶裝罐裝啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質量明顯提高？

菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和質量。

2.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、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，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？啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

應該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面，這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質不穩(wěn)定、價格昂貴的問題。類別“精釀”啤酒“工業(yè)”啤酒原料是否添加食品添加劑麥芽汁濃度發(fā)酵時間特點只使用麥芽、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

較高，口味濃郁較低，口味清淡長，可達2個月短，通常7天左右產(chǎn)量低、價格高產(chǎn)量高、價格低

增加食物的營養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質，延長食品的保存期①食品添加劑的作用：②實例1——檸檬酸

檸檬酸是一種食品酸度調(diào)節(jié)劑；可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得。淀粉淀粉酶黑曲霉葡萄糖檸檬酸合成酶檸檬酸在食品工業(yè)上的應用

2.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑二、發(fā)酵工程的應用添加了檸檬酸的飲料③實例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的類型舉例酸度調(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、結冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶在食品工業(yè)上的應用

2.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑二、發(fā)酵工程的應用在食品工業(yè)上的應用

3.生產(chǎn)酶制劑:如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等①常見的酶制劑α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。③來源：少數(shù)由動植物生產(chǎn)，大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。②酶制劑的應用：

用于食品的直接生產(chǎn)、改進生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)量等方面。二、發(fā)酵工程的應用在醫(yī)藥工業(yè)上的應用

基因工程、蛋白質工程與發(fā)酵工程相結合動植物的基因微生物直接改造微生物轉入微生物病原體的抗原基因轉入發(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)劑二、發(fā)酵工程的應用在農(nóng)牧業(yè)上的應用1.生產(chǎn)微生物肥料①微生物肥料的種類：②微生物肥料的作用：

Ⅰ.生物肥料利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機酸、生物活性物質等來增進土壤肥力，改良土壤結構，促進植株生長；

Ⅱ.有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長，從而減少病害的發(fā)生.根瘤菌肥、固氮菌肥。二、發(fā)酵工程的應用在農(nóng)牧業(yè)上的應用2.生產(chǎn)微生物農(nóng)藥①微生物農(nóng)藥的作用機理：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害②實例：蘇云金桿菌防治80多種農(nóng)林蟲害。白僵菌防治玉米螟、松毛蟲等蟲害。井岡霉素防治