1、2021人人教版（教版（新教材新教材） 遗传和进化遗传和进化第一章 发酵工程第3节 发酵工程及应用本节聚焦什么是发酵工程？发酵工程的一般流程是什么？发酵工程在生产上有哪些重要的价值？与社会的联系发酵工程的形成人们对发酵原理的认识人们对发酵原理的认识发酵工程形成发酵工程形成那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？一、发酵工程的基本环节一般包括：菌种的选育，一般包括：菌种的选育， 扩大培养，扩大培养， 培养基的配制、灭菌，培养基的配制、灭菌， 接种、发酵，接种、发酵， 产品的分离、提纯等方面。产品的分离、提纯等方面。发酵工程的基本环节选育菌种: :可以从自然界中筛选可以从自
2、然界中筛选, ,也也可通过诱变育种或基因工程可通过诱变育种或基因工程获得获得扩大培养发酵罐内发酵: :发酵工程的中心环节。在了发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时解发酵进程的同时, ,还要控制发酵条件。如还要控制发酵条件。如环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖, ,而而且会影响微生物代谢物的且会影响微生物代谢物的形成形成接种灭菌: :不能有杂菌污染。如不能有杂菌污染。如在青霉素生产过程中如果污在青霉素生产过程中如果污染了杂菌染了杂菌, ,某些杂菌会分泌某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉青霉素酶将青霉素分解掉分离、提纯产物: :( (1)1)若产品是微生物本
3、身若产品是微生物本身, ,可采用过滤、沉淀等方法可采用过滤、沉淀等方法; ;( (2)2)若产品是代谢物若产品是代谢物, ,可根据产物性质采取适当的可根据产物性质采取适当的措施措施获得产品 中心中心环节环节电动机排气管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发酵罐内发酵中心中心环节环节在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。如谷氨
4、酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N -乙酰谷氨酰胺。各环节需要注意的地方环节目的菌种选育扩大培养培养基的配制灭菌产品的分离、提纯性状优良菌种可从性状优良菌种可从自然界自然界筛选，也可通过筛选，也可通过诱变育种诱变育种或或基因工程基因工程育种获得。育种获得。工业发酵罐体积大，接种菌种总体积大。发酵前需对菌种扩大培养。工业发酵罐体积大，接种菌种总体积大。发酵前需对菌种扩大培养。选原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。选原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，
5、培养基和设备需严格灭菌现代发酵工程的大型发酵罐有计算机控制系统，能对温度、PH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养进行监测和控制。还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。发酵工程的发酵工程的中心环节中心环节，发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解，发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、。还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、PHPH和溶解氧等发酵条件。环境条和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅影响微生物件不仅影响微生物生长繁殖生长繁殖，还影响微生物，还影响微生物代谢物的形成代谢物的
6、形成。如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用过滤、沉淀方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可据产物性质采取适当提取、分离纯化措施来获得产品。接种发酵罐发酵发酵工程基本环节分析发酵工程基本环节分析1 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？、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？2 2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？选择发酵工程中用的菌种选择发酵工程中用的菌种, ,在考虑生产需要在考虑生产需要( (如微生物体内酶的催化能力、如微生物体内酶的催化能力、微生物的
7、繁殖速度等微生物的繁殖速度等) )的同时的同时, ,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况(1)(1)反复试验确定培养基的配方。反复试验确定培养基的配方。(2)(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。(3)(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。(4)(4)控制发酵过程的温度、控制发酵过程的温度、pHpH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、 冷却水进入口和排出口控制温度冷却水进入口和排出口控制温度, ,利用发酵罐的通气口控制氧气控制氧气
8、的量等。的量等。3 3、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？、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？4 4、进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境、进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？为什么中吗？为什么？不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备, ,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。培养液对人和生物
9、有害或对环境有毒害作用。发酵工程基本环节分析发酵工程基本环节分析发酵工程有哪些特点？教材24页二、发酵工程的应用啤酒的工业化流程 发芽发芽焙烤焙烤碾磨碾磨糖化糖化蒸煮蒸煮发酵发酵主发酵消毒消毒终止终止后发酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。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。储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。教材25页1 1、与传统的手工发酵相比，在工业化啤酒生产过程中，哪些工程手段
10、使、与传统的手工发酵相比，在工业化啤酒生产过程中，哪些工程手段使啤酒产量和质量明显提高？啤酒产量和质量明显提高？2 2、现在市面上流行一种、现在市面上流行一种“精酿精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如同，如一般一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用有人认为饮用“精酿精酿”啤酒比饮用啤酒比饮用“工业工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿精酿”啤酒，是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有啤酒，是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依
11、然有着市场需求，我们如何看待大规模生产和小规模制作？着市场需求，我们如何看待大规模生产和小规模制作？阅读教材24-27页回答以下问题：二、发酵工程的应用1、发酵工程有哪些方面的应用？2、在食品工业上的应用有哪些？3、在医药工业上的应用有哪些？4、在农牧业上的应用有哪些？（一）、在食品工业上的应用u 生产传统的发酵产品发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高大豆中蛋白小分子肽和氨基酸酱油黑曲霉黑曲霉淋洗、调制淋洗、调制各种谷物、水果酿酒酵母酿酒酵母各种酒类利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类u 生产各种各样的食品添加剂食品添加剂不仅可以增加食
12、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。添加剂类型添加剂类型举例举例酸度调节剂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-胡萝卜素、红曲黄色素增稠剂黄原胶、-环状糊精、结冷胶防腐剂乳酸链球菌素、溶菌酶（一）、在食品工业上的应用u生产酶制剂a -淀粉酶、-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。（一）、在食品工业上的应用u 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；u 直接对菌种
13、进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素（二）、在医药工业上的应用u 科学家还利用基因工程，将病原体的抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。u 未来甚至还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。（二）、在医药工业上的应用（三）、在农牧业上的应用利用根瘤菌和固氮菌生产利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥的根瘤菌肥、固氮菌肥u生产微生物肥料微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的微生物肥料利用了
14、微生物在代谢过程中产生的、 等等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。有机酸有机酸生物活性物质生物活性物质（三）、在农牧业上的应用u 生产微生物农药微生物农药是利用微生物农药是利用或或来防治病虫害的。来防治病虫害的。微生物农药作为微生物农药作为的重要手段，的重要手段，微生物微生物其代谢物其代谢物生物防治生物防治生物防治例子例子：利用利用苏云金杆菌苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用防治多种农林虫害、利用白僵菌白僵菌防防治玉米螟和松毛虫治玉米螟和松毛虫， 一种放线菌产生的抗生素一种放线菌产生的抗生素- -井冈霉素井冈霉素可防治水稻枯纹病。可防治水稻枯纹
15、病。（三）、在农牧业上的应用u生产微生物饲料微生物含有丰富的微生物含有丰富的。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，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通过发酵获得了大量的 ，即单细胞蛋白，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高快，产奶或产蛋量显著提高微生物菌体微生物菌体蛋白质蛋白质（三）、在其他方面的应用发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决助力解决和和 等方面的重等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
16、大问题上，作出了越来越大的贡献。粮食、环境、健康能源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、乙烯利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质等能源物质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、嗜盐菌生产洗涤剂利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂牛刀小试发酵法生产酒精后的废液(pH 4.3)含有大量有机物，可用于培养、获得白地霉菌体，生产高蛋白饲料。培养、制取白地霉菌体的实验过程示意图如下。请据图回答下列问题：(1)(1)实验过程中培养白地霉的培养基是实验过程中培养白地霉的培养基是_ _ 。培养基定量分装前，先调节。培养基定量分装前，先调节_ _ ，分装后用，分装
17、后用 棉塞封瓶口，最后棉塞封瓶口，最后_处理。处理。(2)(2)图中过程称为图中过程称为_，从甲到丁的培养过程是为了，从甲到丁的培养过程是为了_。白地霉菌的代谢类型为。白地霉菌的代谢类型为_ 。(3)为确定菌体产量，图中为确定菌体产量，图中操作之前，应先称量操作之前，应先称量_的质量。过滤后需反复烘干称量，直至的质量。过滤后需反复烘干称量，直至_。 所获菌体干重等于所获菌体干重等于 废液上清液废液上清液 pH灭菌灭菌接种接种扩大培养扩大培养异养需氧型异养需氧型滤纸滤纸恒重恒重 (质量基本不变质量基本不变)恒重时的质量与滤纸质量之差恒重时的质量与滤纸质量之差(答案合理即可答案合理即可)牛刀小试课堂总结课堂总结 谢谢
