第3節發酵工程及其應用

本節聚焦:什么是發酵？

發酵工程的一般流程是什么？發酵工程在生產上有哪些重要的價值？

第一章發酵工程學習目標010203根據發酵產品和利用微生物的不同，討論發酵工程中的發酵條件及控制方法。（科學探究）基于發酵工程的基本環節和應用實例，闡明發酵工程的概念。（科學思維）認可發酵工程在生產上重要的應用價值。（社會責任）教學重點發酵工程的基本環節，發酵工程的應用教學難點發酵工程的基本環節發酵工程的基本環節啤酒的工業化生產

課堂練習【問題情境】青霉素是世界上第一個應用于臨床的抗生素。早期科學家只能從青霉菌中提取少量，價格貴如金。

隨著高產菌種的選育、發酵技術的發展等，青霉素步入了產業化生產的道路。如今，一瓶規格160萬單位青霉素注射劑的價格只要1元左右。問題：在工業上，青霉素究竟是怎樣生產的呢？發酵工程。即利用微生物的特定的功能，通過現

代工程技術，規模化生產對人類有用的產品。發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的基本環節

課堂練習任務1：結合教材P22~23頁圖19“發酵工程的基本環節和發酵罐示意圖”，回答下列問題。1.簡述發酵工程的基本環節的具體內容，并畫出流程圖2.可通過哪些途徑獲得發酵工程使用的優良菌種3.獲得優良菌種后為什么要對菌種進行擴大培養？擴大培養所用的培養基，從性質上分類，是什么類型的培養基？4.發酵過程需要對什么進行滅菌？為什么要滅菌？5.發酵工程的中心環節是什么此環節應注意什么？6.如果發酵產品是微生物細胞本身，如何分離提純？如果產品是代謝物呢？7.教材23頁的思考討論啤酒的工業化生產發酵工程的應用文山市第一中學5在青霉素生產過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。生產檸檬酸生產啤酒生產味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒狀桿菌在菌種確定之后，要選擇原料制備培養基。在生產實踐中，培養基的配方要經過反復試驗才能確定。接種選育菌種配制培養基擴大培養滅菌發酵罐內發酵分離、提純產物獲得產品性狀優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。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發酵工程中所用的菌種大多數是單一菌種，一旦有雜菌污染，可能導致產量大大下降。因此，培養基和發酵設備都必須經過嚴格的滅菌。現代發酵工程使用的大型發酵罐均有計算機控制系統，能對發酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養等進行監測和控制；還可以進行反饋控制，使發酵全過程處于最佳狀態。電動機排氣管pH計冷卻水排出口冷卻夾層發酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口放料管閥門培養物或營養物質的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器和控制裝置冷卻水進入口

這是發酵工程的中心環節。在發酵過程中，要隨時檢測培養液中微生物的數量、產物的濃度等，以了解發酵進程。還要及時添加必需的營養組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發酵條件。

環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。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。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。文山市第一中學發酵工程的基本環節啤酒的工業化生產發酵工程的應用

課堂練習發酵工程的基本環節

課堂練習思考討論1:生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？①在低成本的培養基上能迅速生長繁殖②生產所需代謝物的產量高③發酵條件容易控制④菌種不易變異、退化等2：怎樣對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？要對溫度、pH、溶解氧等發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組分。啤酒的工業化生產

發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的基本環節

課堂練習3:在產物分離和提純方面，發酵工程與傳統發酵技術相比有哪些改進之處？傳統發酵技術獲得的產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、過濾等方法來分離提純產物。發酵工程中使用的分離和提純產物的方法較多。在產物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附或離子交換等方法；在進一步純化階段，會采用液相層析法、結晶法等方法。發酵工程產物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質量檢查，合格后才能成為正式產品。啤酒的工業化生產

發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的基本環節

課堂練習4:在進行發酵生產時，排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎為什么？不能因為在進行發酵生產時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環境的物質。為了減少或避免污染物的產生和排放，實現清潔生產，應該對排出的氣體和廢氣培養液進行二次清潔或滅菌處理。啤酒的工業化生產

發酵工程的應用文山市第一中學小結選育菌種擴大培養配置培養基滅菌接種發酵罐內發酵分離、提純產物獲得產品①從自然界中篩選的常規菌種①配置原則：目的明確、營養協調、pH適宜①目的：防止雜菌污染①檢測培養液中的微生物數量、產物濃度等地位：中心環節②通過誘變育種或基因工程育種獲得②營養構成：水、無機鹽、碳源、氮源等②對象：培養基和發酵罐②及時添加必需的營養物質組分來延長菌體生長穩定期的時間，以得到更多的發酵產物②代謝物：適當的提取、分離和純化措施③嚴格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉速等發酵條件③注意：培養基使用前要經過反復試驗才能用于大規模生產條件：環境條件穩定、溫和，利于菌種生長繁殖目的：增加菌種數量所用培養基：一般用液體培養基①菌體本身：過濾、沉淀監控途徑發酵工程的基本環節啤酒的工業化生產發酵工程的應用

課堂練習文山市第一中學啤酒的工業化生產發酵工程的基本環節

課堂練習任務2：閱讀教材P24~25頁啤酒的工業化生產流程，回答下列問題。1.畫出啤酒工業化生產流程圖2.啤酒工業化生產各流程的作用3.發酵過程分幾個階段4.完成教材P25頁的討論題

發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的基本環節

課堂練習思考·討論：啤酒的工業化生產流程工業化生產流程圖大麥水糖化罐1發芽2焙烤3碾磨4糖化大麥種子發芽，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。淀粉水解形成糖漿。啤酒的工業化生產

發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的基本環節

課堂練習工業化生產流程圖冷卻過濾裝瓶裝罐儲存罐5蒸煮6發酵7消毒8終止產生風味組分，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微生物，延長它的保存期。過濾、調節、分裝啤酒進行出售。糖漿啤酒花啤酒的工業化生產

發酵工程的應用文山市第一中學發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過濾主發酵后發酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環境下儲存一段時間，形成澄清、成熟的啤酒。總結：啤酒的工業生產流程發酵工程的基本環節發工程的基本環節啤酒的工業化生產

發酵工程的應用

課堂練習文山市第一中學發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過濾發酵工程的基本環節發工程的基本環節1.與傳統的手工發酵相比，啤酒發酵生產過程中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？菌種的選育、對原材料的處理、發酵過程的控制、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質。啤酒的工業化生產

課堂練習

發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的基本環節

課堂練習2.現在市面上流行一種“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”啤酒更健康,你怎么看待這個問題“精釀”啤酒是小規模釀造產品,發酵時間長、產量低和價格高,卻依然有著市場需求,我們如何辯證地看待大規模生產與小規模制作應該辯證地看待這一產品。一方面：這類產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：這類產品是手工作坊式生產的，存在啤酒品質不穩定，價格昂貴的問題。啤酒的工業化生產

發酵工程的應用文山市第一中學發酵工程的應用發酵工程的基本環節

課堂練習任務3：閱讀教材P24~27頁，回答下列問題。1.發酵工程相比傳統發酵技術有什么優點？在哪些方面有運用呢？（一）優點：生產條件溫和原料來源豐富且價格低廉產物專一廢棄物對環境污染小且容易處理（二）運用：食品工業醫藥工業農牧業其他啤酒的工業化生產文山市第一中學任務4：自主閱讀教材P24~27，完成下列表格。具體應用成果食品工業生產傳統發酵產品醬油（霉菌）、酒類（酵母）醫藥工業農牧業其他方面生產食品添加劑生產酶制劑檸檬酸（黑曲霉）、谷氨酸（谷氨酸棒狀桿菌）淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等生長激素釋放抑制激素、青霉素、乙型肝炎疫苗根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌和固氮菌）多種農林蟲害（蘇云金桿菌）、玉米螟（白僵菌）微生物菌體（單細胞蛋白）酒精、乙烯（纖維素廢料）洗滌劑（嗜熱菌、嗜鹽菌）生產微生物肥料生產微生物農藥生產微生物飼料解決資源短缺和環境污染問題對極端微生物的利用發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學第一：生產傳統發酵產品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調制醬油的生產谷物或水果釀酒酵母各種酒類各種酒類的生產發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學第二：生產各種各樣的食品添加劑添加劑類型舉例酸度調節劑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-環狀糊精、結冷膠防腐劑乳酸鏈球菌、溶菌酶添加了檸檬酸的飲料增加食品的營養延長食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質食品添加劑的作用發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學第三：生產酶制劑食品直接生產改進生產工藝簡化生產過程提高產品產量延長食品儲存期改善產品的品質和口味②酶制劑的作用果膠酶脂肪酶α淀粉酶β淀粉酶氨基酸肽酶……①酶制劑發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調節劑①發酵工程生產的藥物發酵工程的應用——醫藥工業發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學②基因工程、蛋白質工程與發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酵工程藥物藥物疫苗發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學①生產微生物肥料a.微生物肥料：利用微生物在代謝過程中產生的有機酸、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、增強植物抗病性和抗逆性。b.常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥發酵工程的應用——農牧業發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學②生產微生物農藥a.微生物農藥：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。b.常見微生物農藥：蘇云金桿菌(Bt毒蛋白):防治80多種農林害蟲白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛蟲放線菌(井岡霉素):防治水稻枯紋病發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學微生物農藥防治和化學農藥防治的比較項目微生物農藥防治化學農藥防治防治機理優點缺點利用微生物或代謝物進行防治成本低、無污染，可以維持生態平衡防治速度慢利用化學藥劑（如殺蟲劑、殺鼠劑）等進行防治見效快，操作簡單成本高，污染環境，不利于維持生態平衡發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學③生產微生物飼料單細胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業廢料等為原料，通過發酵獲得的大量微生物菌體。青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料品質，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。單細胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質，還含有糖類、脂質和維生素等物質，以后我老牛是不是吃點微生物菌體就可以健康地活下去呢發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學1.解決資源短缺和環境污染問題2、對極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環境）的利用利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量發酵工程的應用——其他方面發酵工程的基本環節發酵工程的應用啤酒的工業化生產

課堂練習文山市第一中學課堂練習發酵工程的基本環節

發酵工程的應用啤酒的工業化生產文山市第一中學一、概念檢測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。判斷下列相關表述是否正確。(1)發酵工程與傳統發酵技術最大的區別就是前者可以利用微生物來進行發酵。（）(2)發酵工程的產品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身。（）(3)在發酵工程的發酵環節中,發酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑。（）(4)通過發酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白。（）×√√×課堂練習發酵工程的基本環節

發酵工程的應用啤酒的工業化生產文山市第一中學二、拓展應用1.在青霉素的發酵生產過程中,人們遇到了兩