資源簡介

(共33張PPT)
第1章發(fā)酵工程
第3節(jié) 發(fā)酵工程及其應(yīng)用
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青霉素是世界上第一個應(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，價格貴如金。
隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，
青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今， 一瓶規(guī) 格160萬單位青霉素注射劑的價格只要1元左右。
在工業(yè)上，青霉素是怎樣生產(chǎn)的
從社會中來
隨著人們對發(fā)酵原理的 認(rèn) 識 ，微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立，以及密閉式發(fā)酵
罐的設(shè)計(jì)成功，人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下，大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，
發(fā)酵工程逐步形成。
排氣管
pH 計(jì)
一般包括：菌種的選育，
擴(kuò)大培養(yǎng)，
培養(yǎng)基的配制、滅菌， 接種、發(fā)酵，
產(chǎn)品的分離、提純等方面。
觀察孔一
—冷卻水排出口
攪拌葉輪
一生物傳感器裝置
冷卻水進(jìn)入口一
空氣入口
放料管
發(fā)酵罐示意圖
一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
(1)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。生產(chǎn)檸檬酸就需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉。在啤酒生產(chǎn) 中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發(fā)酵過程，縮短生產(chǎn)周期。
(2)擴(kuò)大培養(yǎng)
工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要
幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。
一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
(3)培養(yǎng)基配制
在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基
的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定。
(4) 滅菌
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(dǎo)
致產(chǎn)量大大下降。例如，在青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，某些雜 菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng) 過嚴(yán)格的滅菌。
一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)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(jìn)行監(jiān)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)。
這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，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(jìn)程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴(yán)格控 制溫度、pH 和溶解氧等發(fā)酵條件。環(huán)境條件不僅會影 響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝物的形 成。例如，谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件 下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺 和N-乙酰谷氨酰胺。
一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
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
(5)接種
(6)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵
物質(zhì)的加入口 觀察孔一
取樣管 -
和控制裝置
冷卻水進(jìn)入口-
放料管
發(fā)酵罐示意圖
—空氣入口
閥門
(7)分離、提純產(chǎn)物
如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、
沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可 根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施來獲得產(chǎn)品。
(8)獲得產(chǎn)品
一、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)
思考討論 ——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
需要考慮的因素包括：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；
生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；
發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。
》》 一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
思考討論 ——發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析
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)要對溫度、 pH 、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的
生長繁殖
(2)及時添加必要的營養(yǎng)組分。
(3)對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌。
》》 一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
思考討論 ——發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析
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，再對
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。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，
常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法；在進(jìn)一步純化階段，會采
用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身，都
需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。
4、進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液能直接排放到外界環(huán)境中嗎 為什么
不能。因?yàn)樵谶M(jìn)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(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)酵工程的基本環(huán)節(jié)
思考討論 — 發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析
1. 發(fā)酵工程的特點(diǎn)
(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)境的污染小以及容易處理
2. 發(fā)酵工程的應(yīng)用
( 1 ) 在食品工業(yè)上的應(yīng)用 (2 ) 在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用
( 3 ) 在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用 (4) 在其他方面的應(yīng)用
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
1 生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品
◆大豆中蛋白 黑 曲 霉 小分子肽和氨基酸淋洗、調(diào)制 醬油
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用
◆ 各種谷物、水果
各種酒類
釀酒酵母
表1-2常用的幾種食品添加劑 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
乳酸鏈球菌素、溶菌酶
生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑
利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸
利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，經(jīng)處理制成味精。
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
生產(chǎn)酶制劑
利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶
等；目前已有50多種酶制劑用于食品生產(chǎn)。
脂肪酶
律動亥章
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
食品級脂方酶月雷肪分解酶含量9996 ·
食品級耐高溫真菌α-淀粉酶 酶活力…
青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)推動了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
◆1、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 利用工程菌發(fā)酵生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素
◆2、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
通過誘變的青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
◆3、未來可能用微生物生產(chǎn)過去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等。
◆4、利用基因工程將病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞，制成生物疫苗。
生產(chǎn)微生物肥料
微生物肥料利用了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。
利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用
生產(chǎn)微生物農(nóng)藥
微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的。
微生物農(nóng)藥作為生物防治的重要手段，將在農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來越 重要的作用
如：利用蘇云金桿菌防治多種農(nóng)林蟲害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛蟲，
一種放線菌產(chǎn)生的抗生素-井岡霉素可防治水稻枯紋病。
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
防治
直翅目
鞘翅目
雙翅目
膜翅目
鱗翅目
的害蟲
高效殺蟲劑
蘇云金桿菌
生產(chǎn)微生物飼料
微生物含有豐富的蛋白質(zhì)。
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，用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能使 家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
單細(xì)胞蛋白
(四)在其他方面的應(yīng)用
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)。
■ 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、乙烯等能源物質(zhì)
■2、對極端微生物(生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境)的利用
利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用
4.糖化 5.蒸 煮
淀粉分解 產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)
形成糖漿 一步作用，并對糖漿滅菌
8.終止
過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)
行銷售
7.消毒
殺死啤酒中大多數(shù)微生
物，延長它的保存期。
1.發(fā)芽
大麥種子發(fā)芽， 釋放淀粉酶
6.發(fā)酵
酵母菌將糖轉(zhuǎn)化
為酒精和CO
啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程
2.焙烤
加熱殺死胚， 淀粉酶不失活
3.碾磨
將干燥的麥芽
碾磨成麥芽粉
發(fā)芽
焙烤
碾磨
糖化
主發(fā)酵
消毒
終止
后發(fā)酵
蒸煮
發(fā)酵
個
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)酵過程分主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段：
1、主發(fā)酵
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。
2、后發(fā)酵
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)酵的時間隨啤酒品種和口味要求不同有所差異。
1、與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在工業(yè)化啤酒生產(chǎn)過程中，哪些工程手段使
啤酒產(chǎn)量和質(zhì)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)量和品質(zhì)。
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(jìn)行過濾和消毒處理等。
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)绾慰创笠?guī)模生產(chǎn)和小規(guī)模制作
到社會中去
1、列出你昨天一天的食譜，看看那些食品是直接由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的 那些食品中添加了經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑
2、當(dāng)?shù)厥欠裼邪l(fā)酵生產(chǎn)企業(yè) 如果有，請進(jìn)行以下調(diào)查活動：
(1)咨詢當(dāng)?shù)卣芾聿块T，了解以下信息：這些企業(yè)的年產(chǎn)值是多少 占當(dāng)?shù)?國民生產(chǎn)總值的比例是多少 提供了多少就業(yè)崗位
(2)你的家人和朋友是否有正在從事分解工業(yè)生產(chǎn)的，如果有，咨詢以下問題： 他們所在公司目前生產(chǎn)那些分解產(chǎn)品 經(jīng)濟(jì)效益如何 該行業(yè)遇到的主要困難是 什么 要解決這些困難，對分解技術(shù)提出了那些新要求
1.下列不需要利用發(fā)酵工程的是( B)
A.生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料
B.通過生物技術(shù)培育可移植的皮膚
C.利用微生物生產(chǎn)胰島素
D.工廠化生產(chǎn)青霉素
解析：生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是利用發(fā)酵工程生產(chǎn)微生物菌體本身的過程。
利用微生物生產(chǎn)胰島素和工廠化生產(chǎn)青霉素都需要利用發(fā)酵工程。
通過生物技術(shù)培育可移植的皮膚不是利用發(fā)酵工程。
2、(多選)下列關(guān)于發(fā)酵過程的說法，正確的是( ABC )
A.培養(yǎng)基滅菌是發(fā)酵生產(chǎn)中的一個很重要的環(huán)節(jié)
B.隨時監(jiān)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)酵的正常進(jìn)行
C.在發(fā)酵過程中，要嚴(yán)格控制溫度、pH 、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件，否則 會影響菌種代謝物的形成
D.發(fā)酵產(chǎn)品的分離方法是共同的
解析：不同的發(fā)酵產(chǎn)品，其分離方法不同。有的需要過濾、沉淀，有的則需要進(jìn)行蒸餾、
萃取或離子交換。
3 、發(fā)酵工程的一項(xiàng)關(guān)鍵措施是滅菌，下列關(guān)于滅菌的敘述，正確的是(A)
A.培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備均需要嚴(yán)格滅菌
B.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細(xì)菌和真菌
C.通入無菌空氣可以達(dá)到滅菌的目的 D.pH 調(diào)到7左右滅菌效果最好
解析：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，A項(xiàng)正確；
培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物，B項(xiàng)錯誤；
為防止雜菌污染，通入的空氣也要是無菌的，但不是通入無菌空氣就可以達(dá)到滅菌的
目 的 ，C項(xiàng) 錯 誤 ；
滅菌效果與pH 無直接關(guān)系，D項(xiàng)錯誤。
4、下列關(guān)于單細(xì)胞蛋白的敘述，正確的是( B)
A.是從微生物細(xì)胞中提取的蛋白質(zhì)
B.通過發(fā)酵生產(chǎn)的微生物菌體
C.是微生物細(xì)胞分泌的抗生素
D.單細(xì)胞蛋白不能作為食品
解析：單細(xì)胞蛋白是利用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)
酵獲得的大量的微生物菌體，所以不是特指微生物的某種蛋白質(zhì)或抗生素；單細(xì)胞
蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)，如真菌蛋白可作為食品。
選育菌種
擴(kuò)大培養(yǎng)
一配制培養(yǎng)基
滅菌
一接 種
發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵 分離、提純產(chǎn)物
食品工業(yè)上的應(yīng)用 醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用
一農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用 其他方面的應(yīng)用
發(fā)酵工程的 基本環(huán)節(jié)
發(fā)酵工程的 應(yīng)用
發(fā) 酵 工 程 及 其 應(yīng) 用
構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)
感謝觀看
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