第三节 发酵工程简介
第1章 发酵工程简介
发酵现象的早期认识
1680年制成显微镜 ─── 微生物的存在 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵毋发酵引起的 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精 ─── 酶
( Edward Jenner, 1749~1823 )首创用 牛痘预防天花，是免 疫学的发展，开创了 预防医学的先河。
微生物发酵工业是一个有别于化工过程的工业
特征：
反应条件温和 通常由于微生物的生理特性，要求温度为30℃-40℃ pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等 pH值中性偏碱性——细菌的发酵 无菌发酵 整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、 补 料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进 行无菌处理。 非连续性生产 微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性 大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行的，目前可 以实现连续化生产的是：啤酒的连续化生产……
Negative（危害）
Pathogens(病原体)
Spoilage（腐败变质）
一、发酵的定义
1、传统发酵 2、生化和生理学意义的发酵 3、工业上的发酵
“发酵”（Fermentation）一词是拉丁语“沸腾” （Fervere）的派生词 除某些转化过程外，典型的发酵过程可划分为六 个基本组成部分： 1、培养基（Medium）的配制； 2、培养基（Media）、发酵罐（Fermentor）及其 属设备的灭菌； 3、种子的制备； 4、发酵； 5、发酵产物的后处理（即提取和精制）； 6、发酵过程中排出的废弃物的处理。
发酵工程定义
发酵工程是渗透有工程学的微生物学。
是利用微生物的特定性状，通过现代化工程 技术产生有用物质或直接应用于工业化生产、 以把粮食、能源、化学制品、环境控制等全 球性课题联系起来的一种技术体系。
高中生物知识梳理复习 发酵工程简介
第三节发酵工程简介教学目的1．发酵工程的概念和内容（A：知道）。
2．发酵工程在医药工业和食品工业中的应用（A：知道）。
重点和难点1．教学重点发酵工程的概念和内容。
2．教学难点在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行。
教学过程【板书】实例：谷氨酸发酵发酵工程的概念菌种选育发酵工程培养基的配制发酵工程灭菌的内容扩大培养和接种发酵过程产品的分离和纯化在医药工业方面的应用发酵工程的应用在食品工业方面的应用【注解】一、实例：谷氨酸发酵（一）获取菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（二）配制培养液：五种因子（三）灭菌：高压蒸汽灭菌（四）接种：无菌条件下加入菌种（五）发酵：在发酵罐中进行，其中的关键步骤是“溶氧”。
通入无菌空气并不断搅拌（六）分离提取产物二、发酵工程的概念（一）概念：采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
（二）发酵工程的内容1．菌种选育：自然分离、人工诱变、基因工程、细胞工程2．培养基的配制：物质种类、比例、适宜的PH3．灭菌：去除杂菌，主要杀灭培养基中和发酵设备中的杂菌4．扩大培养和接种：菌种多次培养达到一定数量5．发酵过程：控制各种条件生产发酵产品菌体：用过滤、沉淀等方法6．产品的分离和纯化代谢产物：用蒸馏、萃取、离子交换等方法在医药工业方面：生产药品和基因工程药品三、发酵工程的应用在食品工业方面：生产传统发酵产品、食品添加剂、单细胞蛋白（菌体）等【同类题库】发酵工程的概念和内容（A：知道）．工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用（C）A．加大葡萄糖的投放量 B．加大菌种的密度C．改变菌体细胞膜通透性 D．改变培养基碳源和氮源的比例．发酵是指（D）A．微生物的呼吸过程 B．一种微生物的繁殖过程C．微生物的新陈代谢 D．微生物产生代谢产物和菌体的过程．暴露在空气中，下列哪种微生物不能生存（D）A．酵母菌 B．真菌 C．放线菌 D．产甲烷杆菌．发酵过程中，用一定的转速搅拌，除能使菌种和发酵液充分接触提高原料利用率外，还能增加（D）A．放料速度 B．冷却水循环 C．进料速度 D．溶解氧．关于菌种的选育不正确的是（C）A．自然选育的菌种不经过人工处理 B．诱变育种的原理是基因突变C．通过有性杂交可以形成工程细胞 D．采用基因工程的方法可构建工程菌．有关谷氨酸发酵的叙述中，正确的是（B）A．发酵中要不断通入空气（无菌） B．培养条件不当将得不到所需要的产品C．搅拌的唯一目的是使空气成为小泡 D．冷却水可以使酶的活性下降．谷氨酸发酵过程中，如果环境条件控制不当，则可能使代谢产物成为乳酸，那么乳酸是下列哪种条件下的产物（D）A．PH值过小 B．PH值过大 C．溶氧过多 D．溶氧不足．当谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸时，发现产物中出现了谷氨酰胺，则应当加入（C）A．新培养基 B．缓冲液 C．碳酸氢钠 D．盐酸．在谷氨酸发酵过程中，必须不断地调整培养液的PH值，原因是（B）①谷氨酸发酵的最适PH值是7．0-8．0 ②在发酵过程中，培养液的PH值会发生变化③当PH呈酸性时，谷氨酸的产量会下降④不调节PH值，培养液中生成的谷氨酸会变成其他物质A．①②③ B．①②③④ C．①② D．①④．谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的培养基中，五大类营养要素物质不可缺少。
高二生物发酵工程简介
第3节发酵工程简介知识方面（1）发酵工程的概念（知道）。
（2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。
（3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。
教学重点：发酵工程的概念和内容教学难点：在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行一、设疑引出新课题前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。
在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。
而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。
那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。
二、进行新课（一）介绍谷氨酸发酵的生产实例教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片，指导学生观察并作适当讲解。
讨论后教师小结如下：从投影片我们可以看出，谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。
下面我们就来看看在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。
提出问题：谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？教师活动：以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。
讨论后教师小结：只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。
提出问题：有了菌种用什么样的培养基去培养呢？教师活动：通过复习有关培养基的知识，使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。
教师活动：出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格并指导学生观察、思考。
通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类，进而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。
发酵工程简介
发酵工程的现状及发展前景
在发达国家，发酵工业的产值占国民 生产总值的5%。在医药产品中，发酵产品的 产值占20%。在医药、食品、化工、冶金、 资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的应 用。
5.生物工程细胞的发酵，是指利用生物工 程技术所获得的细胞进行培养的新型发酵， 其产物多种多样。 初级代谢产物和次级代谢产物
在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、 核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖 所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。 在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具 有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植物生长 因子等，这些产物与菌体的生长繁殖无明显关系， 叫做次级代谢产物。
二、微生物发酵过程
根据微生物的种类不同（好氧、厌氧、 兼性厌氧），可以分为好氧性发酵、厌氧性发 酵和兼性发酵三大类： （1）好氧性发酵，如柠檬酸发酵，谷氨酸发 酵。 （2）厌氧性发酵，如乳酸发酵，丙酮、丁醇 发酵。 （3）兼性发酵，如酵母菌却氧条件下发酵生 产酒精，有氧条件下繁殖菌体。
（一）、工业生产常用微生物
2、发酵工艺控制
发酵过程中，为了能对生产过程进行 控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测 定或进行连续测量。对发酵影响较大的参数 有： （1）温度，影响酶活性，改变菌体代谢方 向。 （2）pH值，影响酶活性，影响细胞膜的通 透性。 （3）溶解氧浓度。
四、发酵设备
进行微生物深层培养的设备统称发酵罐。 优良的发酵装置应具有严密的结构，良好的 液体混合性能，较高的传质、传热速率，配 套的检测及控制仪表。
发酵工程
发酵工程名词解释1、发酵工程：是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系。
该技术体系主要包括菌种选育和保藏、菌种的扩大生产、微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化制备。
2、现代发酵工程：是指将DNA重组及细胞融合技术、组学及代谢网络调控技术、发酵过程优化放大与精准控制技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高了传统发酵技术，拓展了传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术理论与工程技术体系。
3、富集培养：是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，以利分离到所需的菌种。
4、诱变育种：就是人为的利用物理或化学等因素，使诱变对象细胞内的遗传物质发生变化，引起突变，并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。
5、代谢控制育种：是通过选育特定突变型，达到改变代谢通路，降低支路代谢终产物的生产，或切断支路代谢途径，并提高细胞膜的透性等，使代谢流向目的产物积累方向。
6、分解代谢阻遏现象：在初级或次级代谢中都存在，其含义是指代谢过程中酶的合成往往受高浓度的葡萄糖或其他易分解利用的碳源或氮源所抑制。
7、渗漏缺陷型：是一种特殊的营养缺陷型，是遗传性障碍不完全的突变型，其特点是酶活力下降但没有完全丧失，并能在基本培养基上少量生长。
8、抗反馈作用突变株：是一种解除合成代谢反馈调节机制的突变型菌株，其特点是所需产物不断积累，不会因其浓度超量而终止生产。
9、结构类似物：是指那些结构上和代谢终产物（氨基酸、嘌呤、维生素等）相似的物质。
10、代谢工程：利用多基因重组技术有目的地对细胞代谢途径进行修饰、改造、改变细胞特性，并与细胞基因调控、代谢调控及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途径，生产特定目的产物而发展起来的一个新的学科领域。
11、菌种退化：所谓菌种退化，是指优良菌种的群体中出现某些生理特征和形态特征逐渐减退或丧失，而表现为目的代谢产物合成能力下降的现象。
《发酵工程简介》
《发酵工程简介》古城高级中学李红云一、设计思想本着“STS”的理念和新课标“提高生物科学素养”、“注重与现实生活的联系”的理念，我选择了这一课题进行设计。
在教学中首先选择贴近学生生活的话题——“在纯牛奶和酸牛奶的选择中，更多的人愿意选择酸牛奶，这是为什么？”然后，将此话题转化为本节课要探讨的问题——什么是发酵？什么是发酵工程？发酵工程包括哪些主要内容？接着，学生在教师的协助下，利用教师制作的网站开始探讨这些问题。
问题的解决主要是通过研究两个应用发酵工程的生产实例——家庭酸奶的制作和味精厂的谷氨酸生产进行探讨。
之后，回到实际问题，分析某人做酸奶失败的原因。
启示同学：技术来源于生活，技术受科学指导，技术服务于生活。
最后，再通过网站简单了解另一个问题——发酵工程应用于哪些领域？明确发酵工程的实用价值。
二、教学分析1、教学内容分析本课题选自《全日制普通高级中学教科书（选修）》第五章第三节《发酵工程简介》，在大纲中要求层次为A，即对所学知识有大致印象。
在新课标中同样属于选修部分，但在《生物技术实践》模块和《生物科学与社会》模块中都有相关内容。
如在《生物技术实践》模块中有“尝试利用微生物进行发酵来生产特定的产物”，对学生的要求是在自学有关知识的基础上，在教师的指导下自己设计并进行实验，然后收集和整理资料，写出报告，进行口头交流，相互讨论；教师的主要任务不是详细讲解，而是给学生提供实验条件级必要的参考资料，直到学生进行设计和进行实验，参加和辅导学生的讨论。
在《生物科学与社会》模块中有“运用发酵食品加工的基本方法”，活动建议学生利用酒酵母由果汁制酒；设计并安装简单的生产果汁酒的装置；制作腐乳，并分析制作过程的科学原理及影响腐乳品质的条件。
本节内容在教材中的与第三章《基因工程》、第四章《细胞工程》、以及本章第四节选学的《酶工程》共同介绍了“生物工程”的完整内容，是选修本内容的重点内容。
同时，由于发酵工程在生物工程中的基础地位和实际生活中的广泛应用，需要学生对此有比较清晰的印象。
发酵工程简介
学院：生工学院专业班级：生物工程092班姓名：×××学号：×××××××发酵工程简介一、发酵工程的定义发酵工程{fermentation engineering}，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
二、发酵工程的发展1早期的发展早在数千年前，我国劳动人民就懂得酿酒、制酱油、酿醋等。
酿酒工业是历史上最古老的微生物工业，但当时人们并不知道它与微生物的关系，也不清楚发酵的原因，只是靠口传身授，在实践中应用微生物。
2近代的发展1667 年，荷兰人列文霍克（Antony Van Leowen hoek ）发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。
1850 -1880 年法国巴斯德（Louis Pasteur ）通过实验发现了发酵原理，认识到发酵是由微生物的活动引起的。
导致简便的密闭式发酵罐等技术设备。
1929 年，英国细菌学家傅莱明（Fleming ）发现了青霉素。
在20世纪40 年代随着微生物遗传学、生物化学和分子生物学的发展，创立了好气性发酵通气搅拌工程技术。
20世纪60年代遗传水平上控制生物代谢，建立起氨基酸、核苷酸微生物工业。
日本于1956 年用发酵法生产谷氨酸获得成功，氨基酸发酵工业采用了人工诱变育种与代谢控制发酵的新技术。
随着微生物工业向大型发酵罐的连续化、自动化方向发展，以数学、动力学、化工原理等为基础，通过计算机实现发酵过程自动化控制的研究，使发酵过程的工艺控制更为合理，相应的新工艺、新设备也层出不穷。
目前，发酵过程的基本参数，包括温度、pH 值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、通气流量、CO2含量等均可自动记录和控制。
而微生物酶反应生物合成与化学合成工程技术的结合，为生物发酵的发展提供了更广阔的空间。
三、发酵工程的过程1、菌种的选育自然选育，从大自然中选择优良的菌种。
发酵工程——精选推荐
发酵⼯程第三章发酵⼯程第⼀节绪论远古时代已经有发酵⼯程：酿酒、造醋、制⾯包等。
发酵已经从过去简单的⽣产酒精类饮料、⽣产醋酸和发酵⾯包发展到今天成为⽣物⼯程的⼀个极其重要的分⽀，成为⼀个包括了微⽣物学、化学⼯程、基因⼯程、细胞⼯程、机械⼯程和计算机软硬件⼯程的⼀个多学科⼯程。
现代发酵⼯程不仅⽣产酒精类饮料、醋酸和⾯包，⽽且⽣产胰岛素、⼲扰素、⽣长激素、抗⽣素和疫苗等多种医疗保健药物，⽣产天然杀⾍剂、细菌肥料和微⽣物除草剂等农⽤⽣产资料，在化学⼯业上⽣产氨基酸、⾹料、⽣物⾼分⼦、酶以及维⽣素和单细胞蛋⽩等。
发酵⼯程从⼴义上讲，由三部分组成：上游⼯程、发酵⼯程、下游⼯程。
上游⼯程包括：基因⼯程或细胞⼯程，种⼦培养，培养基配制，灭菌，接种。
下游⼯程包括：产物提取和纯化，废弃物处理，产品的获得。
⼀、发酵⼯程定义：发酵⼯程（fermentation engineering）主要指在最适发酵条件下，在⽣物反应器中⼤量培养细胞和⽣产代谢产物的⼯艺技术。
发酵⼯程是⽣物技术产业化的基础和关键技术，⽆论传统发酵产品，如抗⽣素、氨基酸等，还是现代基因⼯程产品，如疫苗、⼈体蛋⽩质等，都需要发酵技术进⾏⽣产。
1．传统发酵最初发酵是⽤来描述酵母菌作⽤于果汁或麦芽汁产⽣⽓泡的现象，或者是指酒的⽣产过程。
ferver：发泡、沸腾——fermentation发酵现象的本质①显微镜观察：微⽣物（列⽂虎克）②著名的巴斯德实验：微⽣物作⽤（1857年法国化学家、微⽣物家巴斯德（Pasteur）提出了著名的发酵理论：“⼀切发酵过程都是微⽣物作⽤的结果。
”）巴斯德认为，酿酒是发酵，是微⽣物在起作⽤；酒变质也是发酵，是另⼀类微⽣物在作祟；随着科学技术的发展，可以⽤加热处理等⽅法来杀死有害的微⽣物，防⽌酒发⽣质变。
同时，也可以把发酵的微⽣物分离出来，通过⼈⼯培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。
③著名的毕希纳实验：酵素（酶）的作⽤（1897年德国化学家毕希纳（Buchner）发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精———酶）2．⽣化和⽣理学意义的发酵指微⽣物在⽆氧条件下，分解各种有机物质产⽣能量的⼀种⽅式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电⼦受体的氧化还原产能反应。
发酵工程(1-13章)
《发酵工程》Fermentation engineering 授课教师：张书祥（Email：zhangshux578@）第一章绪论第一节发酵工程的定义、特点、内容第二节发酵工程的发展历史第三节发酵工业的应用第四节发酵工程的发展趋势第一节发酵工程的定义、特点、内容1、定义1.1发酵工程：利用微生物的性状和机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
如抗生素、酒类、有机酸、基因工程药物等的生产。
发酵过程是以微生物反应为核心的，因此，发酵工程又被称为微生物工程。
1.2生物工程：生命科学应用于产业方面，称为生物工程学。
也就是利用生物体（生物作用剂：微生物、动物细胞、植物细胞等）的机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
生物工程包括：发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程。
发酵工程与生物工程的关系发酵工程是生物工程的重要组成部分，在生物工程中处于中心地位。
无论是从微生物得到酶或用基因工程菌获得产品都必须依赖发酵工程技术。
发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。
2、发酵工业的一般特点：2.1生产所用原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物（可再生资源）为主，辅料包括一定的无机或有机氮源和少量无机盐。
2.2微生物生化反应过程能通过单一微生物代谢活动完成，因而产品在发酵设备中一次合成。
2.3微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。
2.4由于生命体特有的反应机制，微生物能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应，从而获得某些具有一定经济价值的物质。
发酵工程与化学工程、生化工程的比较工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。
在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化。
工业生化过程属于由酶催化的体外酶反应过程，酶具有生物活性。
当酶失活、辅酶耗尽，过程就停止了。
第三节、发酵工业的应用：发酵工程技术已给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，解决了人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
高二发酵工程的知识点
高二发酵工程的知识点发酵工程是一门探索微生物转化过程的学科，它结合了生物学、化学和工程学的知识，应用于食品、饮料、药物等产业。
而在高二学习中，我们也需要了解一些发酵工程的相关知识点。
本文将从发酵工程的定义、发酵过程、发酵工程在不同行业的应用等方面进行探讨。
一、发酵工程的定义发酵工程是指利用微生物进行生物转化过程，生产有用产物或制备生物制品的工程技术。
发酵工程的基本原理是通过调控环境条件，使微生物在适宜的环境中进行代谢，从而得到需要的产物。
二、发酵过程1. 发酵菌种的选取发酵过程中，菌株的选择对最终产物的质量和产量有着重要影响。
一般而言，菌株应具有较高的产酶能力、良好的抗污染能力和较高的生长速度。
常见的发酵菌株有酿酒酵母、大肠杆菌等。
2. 发酵培养基的配制发酵培养基是提供微生物生长、代谢所需的营养物质的介质。
通常包含碳源、氮源、无机盐和辅助因子等。
在发酵工程中，合理选择发酵培养基的成分和比例，可以提高发酵效果。
3. 发酵过程的条件控制发酵过程中，温度、pH值、氧气供应等都是影响微生物生长和代谢的重要因素。
不同的微生物对这些条件的要求不同，因此需要根据具体菌种和产物的要求来进行调控。
三、发酵工程在不同行业的应用1. 食品工业在食品工业中，发酵工程被广泛应用于面包、酸奶、酱油等食品的制作过程。
比如，面包的发酵过程中，酵母菌产生的二氧化碳使面团膨胀发酵，从而得到松软的面包。
2. 饮料工业发酵工程在饮料工业中有着重要地位，比如啤酒、果酒等的生产。
在啤酒酿造过程中，麦芽经过糖化和发酵，产生酒精和二氧化碳，从而得到啤酒。
3. 药物工业发酵工程在药物工业中的应用可以帮助合成某些特定的化合物，如抗生素、酶制剂等。
通过合理设计发酵过程，可以提高产物的产量和纯度，降低制造成本。
四、发酵工程的发展前景随着生物技术和工程技术的不断进步，发酵工程在食品、药物、环保等领域的应用前景十分广阔。
通过发酵工程的研究和应用，可以实现对微生物代谢和产物生产的精确控制，提高产品的质量、效率和可持续性。
发酵工程简介
2、配制培养基的营养物质应符合哪些要求？分 析教材(P93)中提供的培养基的配方，是否符合要求？ 培养基应满足微生物生长所需同要的碳源、氮 源、水、无机盐和生长因子等营养需求。 培养基： 碳 氮 源： 源： 培养液 豆饼的水解液、玉米浆 尿素 磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁
菌 体：过滤、沉淀 代谢产物：蒸馏、萃取、离子 交换
培养基配制
根据培养基的配制原则制备， 实践中需多次试验配方
发酵过程（中心阶段）
检测进程，满足营养需要； 严格控制温度、pH、溶氧、 转速等
灭菌
杀灭杂菌（胞体、孢子 及芽孢）
扩大培养和接种
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无机盐：
生长因子： 生长素
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3、为什么说“在实践中，培养基的配方要经过 反复的试验才能确定？ 因为不同菌咱所需要的营养物质和pH不同，另 外，同一菌种在不同的阶段（主要分生长阶段和代 谢产物积累阶段）所需要的营养物质和pH不同。 4、扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同？ 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖， 而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不 同彩的培养条件就有可能不同。如：在酒精发酵过 程中，扩大培养是为了促使酵母菌增殖，因此是在 有氧条件下进行，而在发酵产生酒精的过程中则必 须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。 需要更完整的资源请到 新世纪教
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五、例题分析
[例1]可以作为自养微生物氮源的是（ D ） A.N2、尿素 B.牛肉膏、蛋白胨 C.尿素、酵母粉 D.铵盐、硝酸盐 [例2]温度对发酵过程的影响，不正确的是（ B ） A.温度过高，发酵周期缩短，产量降低 B.温度不影响生物合成的途径 C.温度能影响菌种对营养物质的吸收 D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
第三节 发酵工程简介
我国的传统发酵产品酱油、 醋、腐乳等享誉世界 我国的酿酒已经有4000多 年的历史 我国的酱油距今已有3000 年的历史 1857年巴斯德证明发酵是 由于微生物的作用
密闭式发酵罐
一、谷氨酸发酵的生产实例
谷氨酸 是味精 的主要 成分
生产谷 氨酸可 以采用 哪些方 法？
课堂练习：
1.严格控制发酵条件，是保证发酵正常进行的关 键，直接关系到能否得到质高量多的理想产物， 通常所指的发酵条件控制不包括（ D ） A.温度控制 B.溶氧量的控制 C.pH的控制 D.酶的控制 2.生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生 长激素的基因以后，重新置于大肠杆菌细胞内， 然后用这种带有人生长激素基因的大肠杆菌进行 发酵生产人生长激素，该处理过程在发酵中属于 A.菌种选育 B.扩大培养 C.接种 D.诱变育种
[例3]发酵工程中能缩短生产周期的方法有( ACD )
A．连续培养法 B．用稳定期获得的菌种 C．用对数期获得的菌种接种 D．增大接种量
例题:右图是人们利用黄 色短杆菌合成赖氨酸的途 径。请回答下列问题： ⑴黄色短杆菌中含有遗 传物质的结构分别是 _____和______。 核区 质粒 ⑵用黄色短杆菌生产赖 氨酸，培养基按物理性质 分属于___________。 液体培养基 ⑶含C、H、O、N的某 相对大分子化合物可以为 黄色短杆菌提供哪些营养 要素物质？ _______________ 碳源、氮源
例题分析
[例1]温度对发酵过程的影响，不正确的是（ B ） A.温度过高，发酵周期缩短，产量降低 B.温度不影响生物合成的途径 C.温度能影响菌种对营养物质的吸收 D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同 [例2](2004陕西)关于谷氨酸棒状杆菌的说法不正确的 是（ D ） A.原核生物 B.异养型 C.需氧型 D.次级代谢产物主要是味精
发酵工程简介(ppt 25)
生产的是微生物直接 自然界分离的菌种 合成的产物，通过诱 变改良菌种
诱变育种 基因工程 细胞工程
遗传特性进行定向改造， 生产用菌种 从而生产出一般微生物 不能合成的产品
菌种的选育
来自 中国最大的资料库下载
2、培养基的配置
根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。
菌种的选育 诱变育种 基因工程 细胞工程 原料 遗传特性进行定向改造， 生产用菌种
从而生产出一般微生物 不能合成的产品
培养基配制
灭菌
常用高温、高 压的方法灭菌
发酵罐 发酵条件控制
来自 中国最大的资料库下载
酵母菌种
发酵罐
菌种接种到发酵罐之前应该做什么处理？
来自 中国最大的资料库下载
从而生产出一般微生物 不能合成的产品
扩大培养
接种
培养基配制
灭菌
常用高温、高 压的方法灭菌
将菌种的数量扩大
检测：细菌数目、产物浓度 添加：必需的培养基组分
控制：温度、pH、溶氧、通气量 与转速等
过滤、沉淀方法分离
发酵罐 发酵条件控制
分离 提纯
微生物菌体
来自 中国最大的资养：
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分 应该选择处于生长曲线哪个时期的细菌作菌种？ 头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能 在短时间里得到大量的菌体。 接种： – 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注 意什么事项呢？
接种过程中要注意防止杂菌污染
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生产的是微生物直接 自然界分离的菌种 合成的产物，通过诱 变改良菌种
菌种的选育 诱变育种 基因工程 细胞工程 原料 遗传特性进行定向改造， 生产用菌种
发酵工程简介高中生物ppt课件
2．培育基的配制 ：
思索回答在配制培育基时应该留意哪些事情呢？
答：〔1〕根据不同的菌种，应选择不同的资料配制培育基。配制 的培育基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等 方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。 〔2〕培育基的营养要协调，以利于产物的合成。 〔3〕培育基在满足微生物的营养需求的根底上应尽量降低生 产本钱，以得到更高的经济效益。 例如：发酵消费常采用天然成分的液体培育基。而且，经常用野 生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品 替代粮食来配制培育基。
〔2〕采用天然物质作营养物质既能满足菌体的 营养需求，又能降低消费本钱，还能减少 对环境的污染。
6、有了菌种和适宜的培育基，那发酵的主体设备又该 是什么样的呢？
发酵罐
7、发酵的主体设备发酵罐的控制部分构成有哪些？ 分别有什么作用？
在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会 变化，从而影响微生物的生长。因此，必需有相应 的控制构造来坚持发酵条件的稳定。
1、谷氨酸棒状杆菌在一定的 条件下可以利用环境中的什么 营养物质来合成谷氨酸？ 2、谷氨酸发酵最重要的无疑 就是选择菌种了，是不是一切 的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷 氨酸发酵消费呢？我们应该选 育什么样的谷氨酸棒状杆菌作 为菌种呢？
答：只需选择细胞膜通透较强， 在细胞内不积累谷氨酸的谷氨 酸棒状杆菌做菌种才有能够获 得大量的谷氨酸
3．灭菌： 思索： 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？那如何防止杂 菌的污染呢？怎样才算灭菌彻底呢？
第三节 发酵工程简介
第三节发酵工程简介2004-10-25教学目的：1．发酵工程的概念和内容(A：知道)。
2．发酵工程在医药工业和食品工业中的应用(A：知道)。
教学重点：发酵工程的概念和内容。
教学难点：在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行。
知识整理：1．发酵与发酵工程：发酵是；发酵工程是。
发酵工程是应用于发酵过程中的一种。
人在自然界中寻找所需要的菌种，然后利用、等手段加以改变，使其能够的优良菌种。
发酵工程所用的微生物一般都是，整个发酵过程不能混入其他微生物(称为杂菌)，一旦污染将导致，甚至。
所以培养基和发酵设备都必须是发酵的中心阶段。
根据各种微生物的生长特点，控制好发酵过程的各种条件，控制条件：、、、对提高产量是非常重要的。
分离提纯是制取发酵产品的不可缺少的阶段。
发酵工程生产的产品有两类：一类是；另一类是。
如产品是菌体可采用、等方法将菌体从培养基中分离出来。
如产品是代谢产物，可采用、、等方法进行提取。
实例——谷氨酸发酵常用菌种：、培养基：培养基原料：略发酵过程：发酵罐1．菌种选育：、、、等2．培养基的配制：根据，实践中需3．灭菌：和均需严格灭菌(杀死所有杂菌)4．扩大培养：大规模生产中需使5．接种：将菌种接种到培养基上(需防杂菌污染)6．发酵过程(中心阶段)：随时检测了解发酵进程，满足营养需要；严格控制、、、等7．分离纯化：菌体提取方法：、等，代谢产物提取：、、等(三)应用1。
医药工业：（1）（2）与、结合2．食品工业：(酒、醋等)、、例l 环境条件的变化会影响微生物的①生长繁殖②代谢途径③代谢产物④蛋白质含量A．①②③B．①④C③④D．①②③④例2发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于①冷却水供应不足②微生物代谢旺盛③培养基不新鲜④搅拌⑤放料口排出产物A．①②③④⑤B．②③④C①④D．②④例3 有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是A．发酵中要不断地通人空气B．培养条件不当将不能得到产品C．搅拌的惟一目的是使空气成为小泡D．冷却水可使酶活性下降例4．下图是发酵工程生产产品的流程简图。
1.3发酵工程及其应用
酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才
能成为正式产品。
一、发酵工程的基本环节
？ 思考·讨论
发酵工程基本环节分析
结合教材图1－9，分析和讨论以下问题。
4．在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外
界环境中吗？为什么？
不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害
环境的物质。为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产时，应
该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。
二、发酵工程的应用
发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、
废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品工业成了规模庞大的发酵工业。
进之处。
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合
物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、
过滤等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方
法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子
交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发
增稠剂
黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂
乳酸链球菌素、溶菌酶
二、发酵工程的应用
1．在食品工业上的应用 ⑵生产各种各样的食品添加剂 ③生产食品添加剂的实例 实例1：柠檬酸的发酵
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
灭菌 配制培养基
这是发酵工程的中心环节。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。
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生物工程产品 五大营养 防 止 污 染 营养协调 Ph值适宜 成本低
添加培养基、控 制温度、pH、溶 氧量、转速
过滤、沉淀
杀死培养基和 发酵设备所有杂 菌（其他微生物） 的胞体、芽孢和 孢子。避免种间 竞争。如青霉素
蒸馏、萃取、离子交换
发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能 菌种选育：一般有诱 混入杂菌。这是为什么呢？ 变育种，基因工程和 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系， 细胞工程等 扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？ 对发酵过程造成不良影响。 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖， 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌 而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的 培养基配制 的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生 不同采用的培养条件就有可能不同。 产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促 青霉素分解掉。 灭菌：包括设备灭菌和培养 使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。 基灭菌 而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下
食品添加剂
D.生产各种各样的
5.谷氨酸发酵生产过程中，控制好发酵的条件是 十分重要的，下列关于谷氨酸发酵过程中的处理 正确的是（ C ） A.提高谷氨酸棒状杆菌细胞膜的通透性，有利于提 高谷氨酸的合成速度 B.谷氨酸棒状杆菌属于好氧型细菌，发酵过程中应 进行通气（无菌空气）和搅拌，以提高培养液中 的溶氧量 C.控制碳、氮比例为3：1，有利于谷氨酸棒状杆菌 的大量繁殖，抑制谷氨酸的大量合成 D.在发酵过程中应保持适宜的温度，有利于谷氨酸 高效持久的大量合成
（1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培 养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、 生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微 生物提供适宜的pH。 （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应 尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
3、灭菌
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
小结
诱变育种 扩大培养 接种
从自然界分离的菌种
基因工程
生产用菌种
细胞工程
原 料
（二）发酵工程的内容包括： 菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养 和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
流程图：
从自然分离的菌种 基因工程 细胞工程
诱变育种
原料 生产用菌种 扩大培养 培养基配制 接种 灭菌 发酵罐发酵 条件控制 分离 提纯
微生物菌体 代谢产物 产品
1、菌种的选育
要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等 方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优 良的菌种。 怎样才能得到 优良的菌种呢？ •如果生产的是微生物直 接合成的产物 •如果生产的是一般微生物 不能合成的产品
谷氨酸棒状杆 菌是好氧菌
电动机
pH检测及 控制装置
加料口 排气口 搅拌器 冷却水出口
培养液
冷却水进口
放料口
无菌空气
图5-14 发酵罐的结构示意图
二、发酵工程的概念和内容
（一）发酵工程的概念
采用现代工程技术手段，利用微生物的某 些特定功能，为人类生产有用的产品，或 者直接把微生物应用于工业生产的一种新 技术。
控制 因素 温 度
作用机理
控制方法
①影响酶的活性 通过控制 ②影响生物合成途径 产热与散 ③影响培养基的理化 热的平 性质以及菌种对营 衡来控制 养物质的分解吸收 培养基的 ④影响微生物生长 温度
控制因素 pH
作用机理
①影响酶的活性 ②影响细胞膜的带 电情况，导致细胞 膜通透性改变从而 影响对营养物质的 吸收和产物的排出 ③影响培养基营养 物质的分解
[例3]发酵工程中能缩短生产周期的方法有( ACD )
A．连续培养法 B．用稳定期获得的菌种 C．用对数期获得的菌种接种 D．增大接种量
例题:右图是人们利用黄 色短杆菌合成赖氨酸的途 径。请回答下列问题： ⑴黄色短杆菌中含有遗 传物质的结构分别是 _____和______。 核区 质粒 ⑵用黄色短杆菌生产赖 氨酸，培养基按物理性质 分属于___________。 液体培养基 ⑶含C、H、O、N的某 相对大分子化合物可以为 黄色短杆菌提供哪些营养 要素物质？ _______________ 碳源、氮源
微生物学的奠基人——伟大的巴斯德(法）
我国的传统发酵产品酱油、 醋、腐乳等享誉世界 我国的酿酒已经有4000多 年的历史 我国的酱油距今已有3000 年的历史 1857年巴斯德证明发酵是 由于微生物的作用
密闭式发酵罐
一、谷氨酸发酵的生产实例
谷氨酸 是味精 的主要 成分
生产谷 氨酸可 以采用 哪些方 法？
⑺在黄色短杆菌培养过 程中要进行灭菌。灭菌 是指杀死一定环境中所 有微生物的______ 细胞、芽孢、孢子 _____________ 。 ⑻在黄色短杆菌培养过 程中，如果培养基中的 pH发生变化，将影响 黄色短杆菌细胞中的 酶的活性、 _____________ 细胞膜的稳定性(透性) ____________ 等， 从而影响黄色短杆菌 对营养物质的吸收。
灭菌 发酵罐 培养基配置 发酵条件控制 分离 提纯 微生物菌体 代谢产物
产 品
发酵工程内容
（1）菌种的选育 （诱变育种、基因工程和细胞工程） （2）培养基的配制 （3）培养基和设备的灭菌 （4）扩大培养和接种 （5）发酵过程 中心阶段 •需严格控制温度、PH、溶氧、通气量与转速等 发酵条件 （6）产品的分离提纯 •菌体可采用过滤、沉淀等方法分离 •代谢产物可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法 提取
哪些条件能影响菌体的发酵呢？
发酵生产中温度、pH、溶氧量、转速等对发酵过程 有重大影响。
环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？
温度 30-37℃ PH 溶氧 通气量 转速 7.0-8.0
pH呈酸性：乙酰谷氨酰胺；
溶氧不足：乳酸或琥珀酸。
营养物质的浓度：
如C/N＝3：1时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸； C/N＝4:1时，谷氨酸棒状杆菌菌体大量繁殖，产谷氨酸较少。
生长素释放抑制因子 是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，
50万个羊脑提取5mg.
基 因 工 程 药 品
工程菌：7.5L培养液可得到5mg. 人生长激素 重组乙肝疫苗 单克隆抗体 白细胞介素-2
抗血友病因子
2.在食品工业上的应用 – ①生产传统的发酵产品 • 啤酒、果酒、食醋等
②生产食品添加剂
添加剂 酸味剂 鲜味剂 色素 举例
L-苹果酸、柠檬 酸、乳酸 肌苷酸、谷氨酸
β-胡萝卜素、红曲素
高果糖浆、甜菜糖
甜味剂
③解决粮食短缺问题
细菌蛋白质占干重的60%-80% 酵母菌的占45%-65% 单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生 物菌体
代谢产物 将培养到对数期 的菌体分开，分 头进行培养，缩 短生产周期 随时取样检测培养 液中细菌数目、产 物浓度
传统生产方式
蛋白质水解 酶 植物蛋白 氨基酸
现代生产方式
微生物发酵 ？
两种生产方式有什么不同？
一、应用发酵工程的生产实例 谷氨酸发酵
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等
（2）培养基：液体（天然）培养基（原料：豆 饼或马铃薯等的水解液、玉米浆、 尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸 镁、生物素（生长因子）等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、 溶氧量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后， 过滤、分离
发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种， 整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为 什么呢？
在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种 形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌， 则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸 棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污 染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将 合成的青霉素分解掉。
课堂练习：
1.严格控制发酵条件，是保证发酵正常进行的关 键，直接关系到能否得到质高量多的理想产物， 通常所指的发酵条件控制不包括（ D ） A.温度控制 B.溶氧量的控制 C.pH的控制 D.酶的控制 2.生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生 长激素的基因以后，重新置于大肠杆菌细胞内， 然后用这种带有人生长激素基因的大肠杆菌进行 发酵生产人生长激素，该处理过程在发酵中属于 A.菌种选育 B.扩大培养 C.接种 D.诱变育种
5、发酵过程
中心阶段
将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需 要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控 制。这是为什么呢？
发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产 物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成 分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发 酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
代谢产物
采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
三、发酵工程的应用
应用特点
生产条件温和
原料来源丰富
价格低廉
产物专一
废弃物对环境污染小容易处理等
1.在医药工业上的应用
抗生素（应用最多，利润最高） 维生素 药品 动物激素 药用氨基酸 核苷酸（肌苷）
复合维生素片
青霉素 头孢霉素 红霉素 四环素
6.关于青霉素生产的叙述，正确的是 B． A．青霉素是青霉菌生长代谢中重要的初级代 谢产物 B．用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌 再经筛选的方法可以选育高产菌种 C．发酵罐接种后必须进行灭菌处理 D．在青霉菌生长的稳定期，活菌数不再增加， 青霉菌产量也不再增加