1、第二章生物科学与工业第二章生物科学与工业第二章生物科学与工业第二章生物科学与工业第第1节微生物发酵及其应用节微生物发酵及其应用学习导航学习导航1.概述发酵过程。概述发酵过程。重点重点2.概述微生物发酵在工业中的应用。概述微生物发酵在工业中的应用。重、难点重、难点新知初探新知初探思维启动思维启动一、发酵过程探秘一、发酵过程探秘发酵的含义：利用发酵的含义：利用_在有氧或无氧在有氧或无氧条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需产品的过程。人类所需产品的过程。1.微生物发酵的类型微生物发酵的类型(1)固体发酵固体发酵微生物微生物含义：将微生物接种在含义：将微
2、生物接种在_培养基培养基上进行发酵生产的过程。上进行发酵生产的过程。优点：一般都是开放式的，无菌要求不优点：一般都是开放式的，无菌要求不高，因而固体发酵所需的设备高，因而固体发酵所需的设备_。缺点：具有劳动强度大、生产慢、微生物缺点：具有劳动强度大、生产慢、微生物品种少、产品有限等缺点。品种少、产品有限等缺点。固体固体简单、操作容易简单、操作容易(2)液体深层发酵液体深层发酵含义：将微生物接种在含义：将微生物接种在_培养基中培养基中进行发酵的过程。进行发酵的过程。分类：液体深层发酵又分为厌氧液体深层分类：液体深层发酵又分为厌氧液体深层发酵和好氧液体深层发酵。在厌氧液体深层发酵和好氧液体深层发酵
3、。在厌氧液体深层发酵过程中，不需要通入发酵过程中，不需要通入_。好氧。好氧液体深层发酵所用的设备是带搅拌和通气装液体深层发酵所用的设备是带搅拌和通气装置的发酵罐，置的发酵罐，液体液体空气空气在发酵过程中需要不断通入在发酵过程中需要不断通入_。优点：液体深层发酵法生产周期短，产量优点：液体深层发酵法生产周期短，产量高，占地面积小，还可以实现生产过程的高，占地面积小，还可以实现生产过程的_控制，从而减轻了劳动强度。控制，从而减轻了劳动强度。无菌空气无菌空气自动化自动化 判一判判一判(1)蘑菇的生产、泡菜的制作、酒精的工业化蘑菇的生产、泡菜的制作、酒精的工业化生产均是固体发酵。生产均是固体发酵。()
4、(2)乳酸、抗生素、维生素、氨基酸的生产均乳酸、抗生素、维生素、氨基酸的生产均为好氧液体深层发酵。为好氧液体深层发酵。()(3)在发酵工业中绝大多数微生物为好氧微生在发酵工业中绝大多数微生物为好氧微生物。物。()2.微生物发酵的过程微生物发酵的过程(1)发酵的步骤：主要包括：发酵的步骤：主要包括：_制备、制备、菌种的扩大培养、发酵和菌种的扩大培养、发酵和_四个四个步骤。步骤。(2)发酵的实质：通过微生物产生的各种酶进发酵的实质：通过微生物产生的各种酶进行一系列的生物化学反应，经过不同的行一系列的生物化学反应，经过不同的_途径生成不同的产物。途径生成不同的产物。菌种菌种提取精制提取精制代谢代谢
5、想一想想一想菌种的扩大培养的目的是什么？菌种的扩大培养的目的是什么？【提示提示】增加菌种的数量。增加菌种的数量。二、微生物发酵在工业中的应用二、微生物发酵在工业中的应用1.微生物的特点微生物的特点(1)种类繁多，繁殖速度快，代谢能力强，易种类繁多，繁殖速度快，代谢能力强，易通过人工诱变获得有益的通过人工诱变获得有益的_，酶，酶种类种类_。(2)微生物能够利用微生物能够利用_。(3)微生物的生长不受微生物的生长不受_等自等自然条件的限制，制备设备简单。然条件的限制，制备设备简单。突变株突变株很多很多各种营养物质各种营养物质气候、季节气候、季节2.微生物的应用微生物的应用(1)微生物发酵在微生物发
6、酵在_中的应用。中的应用。(2)微生物发酵在微生物发酵在_中的应用。中的应用。(3)微生物发酵还广泛应用于微生物发酵还广泛应用于_、化学工业及环境保护等各个方面。化学工业及环境保护等各个方面。食品工业食品工业医药领域医药领域轻工业轻工业要点突破要点突破讲练互动讲练互动要点一发酵的过程要点一发酵的过程发酵过程图解发酵过程图解1.菌种制备菌种制备根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的微生物育种践中已经试验出一套行之有效的微生物育种方法。主要包括自然选育、诱变育种、杂交方法。主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程
7、等。育种、原生质体融合、基因工程等。2.扩大培养扩大培养3.配制培养基配制培养基在菌种确定之后，要根据培养基的配制原在菌种确定之后，要根据培养基的配制原则，选择原料制备培养基。则，选择原料制备培养基。4.灭菌灭菌现代发酵工业绝大多数采用单一菌种发酵，现代发酵工业绝大多数采用单一菌种发酵，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，并进行无菌操作，一般采用高压蒸汽灭菌并进行无菌操作，一般采用高压蒸汽灭菌法。法。5.接种接种将多次扩大培养后的菌种接入工业发酵罐将多次扩大培养后的菌种接入工业发酵罐中，菌种体积与发酵罐体积比约为中，菌种体积与发酵罐体积比约为1 10。6
8、.发酵罐内发酵发酵罐内发酵发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物发酵过程中，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，以满足微生物的及时添加必需的营养组分，以满足微生物的营养需求。营养需求。同时，要严格控制温度、同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵、溶解氧等发酵条件。条件。7.提取精制提取精制将发酵液中的发酵产物进行提取精制，是制将发酵液中的发酵产物进行提取精制，是制取发酵产品不可缺少的阶段。产品不同，分取发酵产品不可缺少的阶段。产品不同，分离提纯的方法也不同。离提纯的方法也不同。以下不属于发酵的是以下不属
9、于发酵的是()A利用需氧型青霉菌生产青霉素利用需氧型青霉菌生产青霉素B缺氧时人的组织细胞产生乳酸缺氧时人的组织细胞产生乳酸C利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精D利用乳酸菌制作泡菜利用乳酸菌制作泡菜【解析解析】解答该题首先理解发酵的概念。解答该题首先理解发酵的概念。发酵是指在生产实际中，人们通过微生物的发酵是指在生产实际中，人们通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。培养，大量生产各种代谢产物的过程。这里有三个要点：一是用于生产，二是培这里有三个要点：一是用于生产，二是培养微生物，三是生产代谢产物。根据概念可养微生物，三是生产代谢产物。根据概念可知，生产代谢产物青霉素
10、有一个培养青霉菌知，生产代谢产物青霉素有一个培养青霉菌的过程；生产酒精有一个培养酵母菌的过的过程；生产酒精有一个培养酵母菌的过程；制作泡菜实质是培养乳酸菌，使其利用程；制作泡菜实质是培养乳酸菌，使其利用菜中的营养物质生产代谢产物乳酸的过程。菜中的营养物质生产代谢产物乳酸的过程。因此，因此，A、C、D都符合发酵的概念。都符合发酵的概念。而而B项中虽有代谢产物乳酸，但不是微生物项中虽有代谢产物乳酸，但不是微生物所为，也不存在培养微生物的过程，更不是所为，也不存在培养微生物的过程，更不是用于生产，因此不属于发酵。用于生产，因此不属于发酵。【答案答案】B变式训练变式训练发酵罐发酵过程中，使温度升高的热
11、量来源发酵罐发酵过程中，使温度升高的热量来源于于()冷却水供应不足冷却水供应不足微生物代谢微生物代谢培养培养基不新鲜基不新鲜搅拌搅拌放料口排出产物放料口排出产物ABC D解析：选解析：选D。题目要求找出使发酵罐温度升。题目要求找出使发酵罐温度升高的热量来源，其来源有两个：一是微生物高的热量来源，其来源有两个：一是微生物代谢产生的代谢产生的(呼吸作用呼吸作用)热量；二是搅拌器不热量；二是搅拌器不断地搅拌产生的热量。散热的途径主要是用断地搅拌产生的热量。散热的途径主要是用冷却水冷却。冷却水冷却。要点二微生物在发酵工业中的应用要点二微生物在发酵工业中的应用1.食品工业食品工业(1)传统发酵产品。直接
12、利用微生物发酵生产传统发酵产品。直接利用微生物发酵生产的产品，如利用毛霉生产腐乳，利用酵母菌的产品，如利用毛霉生产腐乳，利用酵母菌生产面包、馒头、葡萄酒等，利用乳酸菌生生产面包、馒头、葡萄酒等，利用乳酸菌生产泡菜等。产泡菜等。(2)生产各种食品添加剂。如色素、味精、醋生产各种食品添加剂。如色素、味精、醋等，不仅能改善食品的营养、等，不仅能改善食品的营养、口感、风味、色泽和形状，有的还可以延长口感、风味、色泽和形状，有的还可以延长食品的保存期等。食品的保存期等。(3)解决粮食短缺问题。如单细胞蛋白的生解决粮食短缺问题。如单细胞蛋白的生产：通过发酵可获得大量的微生物菌体产：通过发酵可获得大量的微生
13、物菌体单细胞蛋白。单细胞蛋白食品具有高蛋白、单细胞蛋白。单细胞蛋白食品具有高蛋白、低脂肪等优点。低脂肪等优点。2.医药工业医药工业(1)发酵工程能生产人们所需的药品，例如通发酵工程能生产人们所需的药品，例如通过青霉菌发酵能生产青霉素。过青霉菌发酵能生产青霉素。(2)通过发酵工程能生产基因药品，例如将合通过发酵工程能生产基因药品，例如将合成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成构建成“工程菌工程菌”，再通过培养，再通过培养“工程菌工程菌”即可获得人的胰岛素。即可获得人的胰岛素。用发酵工程生产单细胞蛋白，可用用发酵工程生产单细胞蛋白，可用来制成来制成“人造
14、肉人造肉”供人食用，这种蛋白是供人食用，这种蛋白是()A微生物菌体微生物菌体B微生物代谢产物微生物代谢产物C微生物合成物质微生物合成物质 D发酵液发酵液【解析解析】发酵工程在食品工业中的应用包发酵工程在食品工业中的应用包括生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食括生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；生产食品添加剂，如酸味剂、色素、醋等；生产食品添加剂，如酸味剂、色素、甜味剂等；发酵工程为解决粮食问题开辟了甜味剂等；发酵工程为解决粮食问题开辟了新途径，如单细胞蛋白的产生：通过发酵可新途径，如单细胞蛋白的产生：通过发酵可获得大量的微生物菌体。单细胞蛋白可以作获得大量的微生物菌体。单细胞蛋白可以作
15、为食品添加剂、高蛋白低脂肪的食品。为食品添加剂、高蛋白低脂肪的食品。【答案答案】A变式训练变式训练在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容器必须密封的主要原因是防止器必须密封的主要原因是防止()A空气进入容器空气进入容器 B产生的乳酸分解产生的乳酸分解C水分过度蒸发水分过度蒸发 D灰尘掉入容器灰尘掉入容器解析：选解析：选A。酸奶的制备，是将乳酸菌加入。酸奶的制备，是将乳酸菌加入其中，在无氧条件下发酵而成的。其中，在无氧条件下发酵而成的。乳酸菌的新陈代谢方式是异养厌氧型，必须乳酸菌的新陈代谢方式是异养厌氧型，必须在无氧条件下，生长繁殖才能更快更好，才在无氧条件
16、下，生长繁殖才能更快更好，才能发酵成功。在有氧条件下，乳酸菌的代谢能发酵成功。在有氧条件下，乳酸菌的代谢活动就会受到抑制，不会产生乳酸。活动就会受到抑制，不会产生乳酸。对影响发酵过程的因素理解不透彻对影响发酵过程的因素理解不透彻 严格控制发酵条件是保证发酵正常严格控制发酵条件是保证发酵正常进行的关键，直接关系到是否能得到品质进行的关键，直接关系到是否能得到品质高、产量高的产物，通常所指的发酵条件高、产量高的产物，通常所指的发酵条件不包括不包括()A温度控制温度控制 B溶氧控制溶氧控制CpH控制控制 D酶浓度控制酶浓度控制【解析解析】通常所指的发酵条件包括通常所指的发酵条件包括pH、溶、溶氧、通
17、气量与转速等。酶是自身调节，不属氧、通气量与转速等。酶是自身调节，不属于发酵条件。于发酵条件。【答案答案】D【纠错笔记纠错笔记】(1)温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响每种微生物都有其最适生长温度。温度主要每种微生物都有其最适生长温度。温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生物的生命活动。来影响微生物的生命活动。(2)pH对微生物生长的影响对微生物生长的影响培养基的培养基的pH对微生物生长的影响主要是引起对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生以及影响营养物离子化程度，从而
18、影响微生物对营养物的吸收；物对营养物的吸收；pH也会影响生物活性，也会影响生物活性，如酶的活性。如酶的活性。(3)溶解氧的影响溶解氧的影响工业上大部分为好氧发酵，在发酵过程中均工业上大部分为好氧发酵，在发酵过程中均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需要氧。氧发酵，发酵过程不需要氧。发酵液中溶解氧的浓度可以通过控制通气发酵液中溶解氧的浓度可以通过控制通气量、罐压、搅拌速度等进行控制。量、罐压、搅拌速度等进行控制。
