發酵工程及其應用第3節第一章

發酵工程從社會中來

青霉素是世界上第一個應用于臨床的抗生素，早期只能從青霉菌中提取少量青霉素，價格貴如金。隨著發酵技術的發展，如今一瓶規格160萬單位的青霉素注射劑價格只要一元左右，那么工業上究竟是如何生產的呢？選育高產菌種擴大培養配制培養基滅菌接種發酵罐內發酵分離、提純產物獲得產品一.發酵工程的基本環節1.選育菌種（1）目的：獲得_______________________性狀優良的菌種（2）菌種來源：從自然界中篩選、________或____________________。誘變育種基因工程育種（3）實例：篩選產酸量高的黑曲霉用來生產檸檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母，加速發酵、縮短生產周期；一.發酵工程的基本環節思考討論：某鎮特產一種美酒，以下是對該鎮環境的描述：四面環山，地勢低洼，氣候炎熱，具有獨特的微生物種群，因為與外界的空氣對流循環較緩慢，所以微生物種群較穩定。這對你理解發酵工程中菌種選育的重要性有什么啟示？2.擴大培養（1）目的：獲得___________更多的菌種（2）原因：

工業發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，在發酵之前還需要對菌種進行擴大培養。3.配制培養基：①在菌種確定之后，要_________制備培養基。②在生產實踐中，培養基的配方要經過________才能確定。4.滅菌：選擇原料反復試驗（1）滅菌原因：發酵工程種所用的菌種大多是________，一旦有雜菌污染，可能導致_____________。單一菌種產量大大降低（2）_____________都必須經過嚴格的滅菌；培養基和發酵設備一.發酵工程的基本環節5.接種：將_____________的菌種投放到

中發酵罐擴大培養后6.發酵罐內發酵—發酵工程的中心環節（1）要求：①發酵過程中，要________培養液中___________、________等，以____________；②要及時添加_______________，要嚴格控制_____、____和______等發酵條件；隨時檢測微生物數量產物濃度了解發酵進程必需的營養物質溫度pH溶氧量（2）嚴格控制發酵條件的原因：①環境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且影響微生物代謝物的形成；②嚴格控制發酵條件，有利于使發酵全過程處于最佳狀態一.發酵工程的基本環節例：谷氨酸的發酵：①在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；②在酸性條件下則容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；7.分離、提純產物①如果發酵產品是微生物細胞本身，可在發酵結束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產品。②如果產品是代謝物，可根據產物的性質采取適當的提取、分離和純化措施來獲得產品。一.發酵工程的基本環節8.獲得產品：啤酒味精對點訓練：1.發酵工程的正確操作過程是①發酵②培養基的配制③滅菌④產品的分離與提純⑤菌種的選育⑥接種⑦擴大培養A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①√對點訓練：2.下列關于微生物發酵過程的說法，正確的是A.菌種選育是發酵工程的中心環節B.只要不斷地向發酵罐中通入液體培養基，就能保證發酵的正常進行C.在發酵過程中，要嚴格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉速等發酵

條件，否則會影響菌種代謝物的形成D.在發酵工程的發酵環節中，發酵條件會影響微生物的生長繁殖，但是

不影響微生物的代謝途徑√(1)生產條件溫和。(2)原料來源豐富且價格低廉。(3)產物專一、廢棄物對環境的污染小且容易處理。1．發酵工程的優點二.發酵工程的應用(1)在食品工業上的應用①生產傳統的發酵產品，如醬油、各種酒類等。二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用實例1—生產醬油大豆黑曲霉蛋白質水解成小分子的肽和氨基酸淋洗、調制醬油實例2—釀酒谷物或水果釀酒酵母酒類

啤酒的工業化生產流程啤酒的工業化流程完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。主發酵結束后，發酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環境下儲存一段時間進行后發酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵主發酵冷卻消毒終止后發酵過濾(1)在食品工業上的應用②生產各種各樣的食品添加劑二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用實例1——檸檬酸檸檬酸是一種食品酸度調節劑；可以通過黑曲霉的發酵制得；實例2——味精由谷氨酸棒狀桿菌發酵可以得到谷氨酸；谷氨酸經過一系列處理就能制成味精；(1)在食品工業上的應用③生產酶制劑，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶、脂肪酶二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用來源：少數由動植物生產；絕大多數通過發酵工程生產；(2)在醫藥工業上的應用：如生產抗生素、激素、疫苗等。二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用①采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉移到微生物中，獲得具有某種藥物生產能力的微生物②直接對菌種進行改造，再通過發酵技術大量生產所需要的產品對點訓練：3.如圖所示為面包霉體內合成氨基酸的途徑。若在發酵工程中利用面包霉來大量合成氨基酸A，應采取的最佳措施是A.改變面包霉的細胞膜通透性B.在高溫高壓下進行發酵C.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶③的菌種D.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶②的菌種√(3)在農牧業上的應用二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用①生產微生物肥料微生物肥料的種類：根瘤菌肥、固氮菌肥②生產微生物農藥機理：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害實例：蘇云金桿菌

防治80多種農林蟲害。白僵菌

防治玉米螟、松毛蟲等蟲害。井岡霉素（一種放線菌產生的抗生素）

防治水稻枯紋病。防治類型：生物防治(3)在農牧業上的應用二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用③生產微生物飼料原理：微生物含有豐富的蛋白質，且繁殖速度快實例1——單細胞蛋白

以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白；單細胞蛋白應用：單細胞蛋白生產過程：食品添加劑、微生物飼料；單細胞蛋白成分：不僅含有豐富的蛋白質，還含有糖類、脂質和維生素等物質實例2-乳酸菌在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。對點訓練:4.(2022·湖北荊門高二期末)與傳統發酵技術相比，發酵工程的產品種類更加豐富，產量和質量明顯提高。下列敘述錯誤的是A.傳統發酵技術多是混合菌種發酵，發酵工程一般為純種發酵B.通過發酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白C.發酵工程的產品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身D.發酵工程通?？梢圆捎眠B續培養的方法以最大限度地獲得人類所需的

產品√二.發酵工程的應用2．發酵工程的應用（4）在其他方面的應用①解決資源短缺與環境污染問題

隨著對纖維素水解研究的不斷深入，利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質已取得成功②將極端微生物應用于生產實踐

自然界中還存在著一定數量的極端微生物，它們能在極端惡劣的環境（高溫、高壓、高鹽和低溫等環境）中正常生活。如：嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量。15.谷氨酸是生物體內一種重要的有機小分子，谷氨酸鈉是它的鈉鹽，是味精等調味品的主要成分。目前利用微生物發酵生產的氨基酸中，谷氨酸是產量最大的種類之一。請回答下列問題：(1)我國微生物發酵工程生產谷氨酸常用的菌種有谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌，下列生物中與這些菌種在結構上存在明顯區別的是________(填字母)。A.噬菌體 B.人類免疫缺陷病毒(HIV) C.禽流感病毒D.肺炎鏈球菌 E.酵母菌

F.硝化細菌

G.乳酸菌ABCE(2)谷氨酸發酵的培養基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸鹽、生物素等，發酵裝置如圖所示。某廠用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產谷氨酸，結果代謝物中出現了大量的乳酸，從發酵條件看，其原因很可能是____________。(3)谷氨酸發酵生產過程中，需要添加氨水，它不僅是細菌生長所需的_______，而且還有調節培養液_____的作用，所以應該分次加入。通氣量不足氮源pH(4)谷氨酸棒狀桿菌在發酵過程中要不斷地通入無菌空氣，并通過攪拌使空氣形成細小的氣泡，迅速溶解在培養液中，當培養基中碳氮比為4∶1時，菌體大量繁殖而產生的谷氨酸少；當碳氮比為3∶1時，菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌代謝物是乳酸或琥珀酸。由上述探究可知，通過發酵得到大量谷氨

酸的發酵思路是______________________________________________________________________