发酵工程菌种的来源
2023版高考生物一轮总复习第10单元生物技术与工程第35课传统发酵技术的应用发酵工程及其应用教师用
第35课 传统发酵技术的应用 发酵工程及其应用►学业质量水平要求◄1．结合泡菜的制作，科学认识生活中用到的生物学知识。
(生命观念、科学探究)2．通过果酒和果醋的制作，认识不同类型微生物的应用，并根据各自的特点理解其操作过程。
(生命观念、科学思维)3．结合生活或生产实例，举例说出发酵工程的原理并进行简单的设计和制作。
(生命观念、科学探究)考点一 传统发酵技术的应用1．发酵与传统发酵技术(1)发酵①概念：发酵是人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
②实例——腐乳 a ．原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸。
b ．起主要作用的微生物：毛霉。
(2)传统发酵技术①概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
②类型：以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。
2．传统发酵食品的制作(1)泡菜的制作①菌种来源：附着在植物体表面上的乳酸菌，常见种类有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
②原理：乳酸菌的无氧呼吸，反应简式为C 6H 12O 6――→酶2C 3H 6O 3(乳酸)＋能量。
③制作过程(2)果酒和果醋的制作①制作原理与发酵条件②制作过程1．乳酸菌是厌氧细菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。
( ×) 2．亚硝酸盐会危害人体健康，一定要禁止食用。
( ×) 3．葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是突变型酵母菌。
( ×) 4．只要O2充足醋酸菌发酵的产物是一样的。
( ×) 5．制作泡菜过程中可在坛内加入少量白酒，防止泡菜变质。
( √) 【教材细节命题】1．(选择性必修3 P6探究·实践)为什么泡菜坛只能装八成满？在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。
发酵工程菌种的来源及选育
细菌分离：以乳酸菌为例
放线菌的分离
(一)采样
菜园土或林地土
土壤中放线菌最丰富，品种齐全。 可以筛选新的放线菌。
从堆肥或过热的材料中如干 草或蔗渣中可分离到大量的嗜热 放线菌，从淡水和海洋环境中分 离到嗜碱性的和嗜酸性的菌种。
自然风干，备用
气生孢子能耐干燥，耐湿热能力 高于营养体，室温保存20天， 放线菌的数量和组成变化不大， 细菌大部分死亡。
(二)生态学参数及培养基的组成原则
1、加入培养基中的天然提取物种类和用量、环境生物物 理学参数以及用于平板涂布分离样本的溶剂都会影响 实验中所要分离的细菌的数量和种类。
2、就分离培养基的组成而言，部分培养基中必须含有 10-50%的天然提取物。加入培养基中的天然提取物， 部分培养基中则应含有多种碳、氮源，如几丁质、纤 维素或果胶。
随机分离原理与技术
从产物入手，通过设计高产培养基和建立快速 灵敏专一的筛选方法，从随机分离的菌落中筛 选出所需的目的菌。
技术关键：产物合成条件的选择与控制及相应 筛选方法的确定。
随机分离技术举例
药理活性化合物产生菌的筛选
药理活性化合物是指能抑制人类代谢中某一 个关键酶的微生物产物即酶抑制剂，从而达到 治疗的目的。
样本采集时所需的工具通常有无菌刮铲、土样采集器、 镊子、解剖刀、手套、无菌小塑料袋和塑料瓶等。
采样的注意事项
1、采样时应尽可能保持相对无菌； 2、所采集的样本必须具有某种代表性； 3、采好的样必须完整地标上样本的种类及采集日期、
地点以及采集地点的地理、生态参数等； 4、应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为真正的
（2）化学法
通过培养基中添加某些化学成分来增加微生物的数量。 如：用添加CaCO3稳定培养基的PH来分离嗜碱性的放线菌。
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
发酵工程(菌种选育)重点
某些化学诱变剂常用浓度及处理时间
诱变剂 二乙酯 浓度 0.1～1% 处理时间(min) 18～24 60～120 中止方法
硫代硫酸钠或稀释 大量稀释
亚硝基胍 0.1～3㎎/ml
4）突变株的筛选
菌体细胞经诱变剂处理后, 要从大量的变异菌 株中，把一些具有优良性状的突变株挑选出来, 这
需要有明确的筛选目标和筛选方法, 需要进行认真
在生产过程中，不经人工处理，利用菌种的自然
突变而进行的菌种筛选过程。但突变的频率较低。
2.自然突变的两种可能
菌种衰退，生产能力下降；
代谢更加旺盛，生产性能提高。 3.自然选育的方法——单菌落纯种分离
五、诱变育种（Mutation breeding）
1.诱变育种的含义 应用微生物遗传和变异理论，用物理或 化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群, 促进其突变率大幅度提高, 然后采用简便、
诱变剂的含义： 凡能引起生物体遗传物质发生变异的因素， 统称为诱变因素或诱变剂。 分类： 物理诱变，如紫外线、γ-射线、X-射线、
快中子、激光、等离子体、高压等
化学诱变，如硫酸二乙酯、亚硝基胍、亚硝
酸、碱基类、吖啶类物质等
诱变剂量的选择：
一般来说，诱变率随诱变剂量的增高而提高，
因此，通常诱变剂量采用致死率90%～99%的剂量， 但是，对于经过一再诱变的高产菌，诱变剂量要低 得多（致死率在90%～99%）。 诱变处理的方法： 单一处理：一次用一种的诱变剂处理方法处理菌种 复合处理：两种以上的诱变处理方法处理菌种，这 种处理方法通常较单一处理的效果好。
菌悬液的细胞浓度一般控制为: 真菌孢子或酵母细胞 106～107 个/ml； 放线菌或细菌 108个/ml。 菌悬液一般用生理盐水(0.85% NaCl)稀释。 有时用化学诱变剂处理时，需要0.1mol/L 磷酸缓冲液稀释, 因为有些化学诱变剂处理时, 常常会改变反应液的pH值。
(整理)发酵工程 -单选1
1、关于菌种的选育不正确的是（C）A、自然选育细胞不经过人工处理B、诱变育种的基础是基因突变C、通过有性杂交可形成工程细胞D、可构建基因工程菌2、糖类和脂肪都可以作碳源使用，但糖类和脂肪相比，微生物在代谢时需要（B）的溶解氧。
A、较多B、较少C、相等D、不确定3、营养缺陷型菌株是发酵菌种的来源之一，这是一种（C ）。
A、营养不良症的菌株B、在完全培养基上不能生长的菌株C、不能合成部分营养因子的菌株D、营养成分缺少时获得的菌株4、淀粉在水介质中,通过用化学试剂或升温等方法使淀粉发生膨胀和胶状扩散而形成的粘性物质的过程，称之为（A ）。
A、糊化B、胶凝化C、老化D、糖化5、酵母菌发酵需要一定浓度的葡萄糖，但当培养基中葡萄糖浓度过高时反而会抑制菌体的生长，其原因是（D）。
A、分解代谢阻遏B、细胞质壁分离C、细胞通透性减少D、Crabtree效应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后发酵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7、有关谷氨酸棒杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述，错误的是（B）。
A、组成酶是维持菌体基本代谢的必要条件B、谷氨酸棒杆菌是全基因型菌体，不需要从外界补充生长因子C、发酵液pH呈酸性时，就会生成乙酰谷氨酰胺D、细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对有关酶活性的抑制8、酿酒酵母厌氧发酵产生CO2的摩尔数为N，在好氧情况下，消耗同样数量的葡萄糖可以产生的CO2量是（B）。
A、1/3N molB、3N molC、6N molD、12N mol9、灭菌常数K值反映了微生物在一定条件下的（B ）。
A、耐热温度B、耐热时间C、传热能力D、比热10、一发酵罐内有100立方米的培养基，121℃实罐灭菌，设耐热芽孢杆菌为107个/毫升培养基,该菌的耐热系数为0.02303s-，则按对数残留定律求灭菌失败机率为10-3时所需的灭菌时间为（C）。
4、第1章 第3节 发酵工程及其应用 讲义
第3节发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面。
1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过反复试验才能确定。
4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。
一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。
因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。
大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
6．发酵罐内发酵：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。
7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
二、发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。
(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。
(3)生产酶制剂，如α淀粉酶、β淀粉酶、脂肪酶等。
2．在医药工业上的应用基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。
3．在农牧业上的应用(1)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有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。
(2)生产微生物农药。
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
发酵工程第二章发酵工业微生物菌种
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
（一）采样
1、采样对象 以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼泽 土中，以细菌和放线菌为主；富含碳水化合物的 土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果 生长区和果园内。采样的对象也可以是植物，腐 败物品，某些水域等。
新种分离与筛选的步骤
（五）毒性试验 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的，将其作为 生产菌种应当十分当心，尤其与食品工业有关的菌种， 更应慎重。据有的国家规定，微生物中除啤酒酵母、脆 壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒 性试验外，其他微生物作为食用，均需通过两年以上的 毒性试验。
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
（三）培养分离
尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂
李 先 磊
Fermentation Engineering
生长状态。因此还必须分离，纯化。在这一步，增殖培 养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一 点，好一点。纯种分离的方法有划线分离法、稀释分离 法。
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
李 先 磊
（二）增殖培养 为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物 至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择 性培养基，选择一定的培养条件来控制。 例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维 素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源， 那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常 生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样 对下阶段的纯种分离就会顺利得多。
微生物菌种
虽然遗传工程等新的育种方法迅速发展，但诱变育种仍是目 前广泛使用的育种手段。
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
原始菌株（出发菌株）
活细胞计数 诱变剂处理 活细胞计数 中间培养
突变株分离
诱变预备处 理
初筛 复筛 生产性能试验
工业微生物来源
想菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需
菌株。
从自然界采集分离。
从一些发酵制品中分离目的菌株。
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
微生物菌种的选择性分离
工业化菌种的要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合 成产物； 有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造 的可操作性要强；
分离耐高渗透压酵母菌，可到甜果、蜜饯、甘蔗渣堆积处采样
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
目的微生物富集的一些基本方法
让目的微生物在种群中占优势，使筛选变 富集的目的： 得可能。
富集的三种方案：
定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的
条件（加热、膜过滤等），进行培养。
当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分
能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明 圈，圈的大小初步反应菌株利用底物的能力。
分离水解酶产生菌时较多采用，如蛋白酶、淀粉酶、 脂肪酶、核酸酶等；
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
例如用此法分离产生碱性蛋白酶的芽孢杆菌 土壤经巴氏消毒，以减少不产芽孢的微生物；然 后铺在pH8-9的琼脂培养基（含有均匀的不溶性蛋白 质）表面；碱性蛋白酶产生菌能消化平板上的不溶性 蛋白质，产生一透明圈。
遗传性能要相对稳定；
不易感染它种微生物或噬菌体； 产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与 致病 菌无关）； 生产特性要符合工艺要求。
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
单细胞真核，主 分布于含糖质较多的 偏酸性环境中，如水 果、蔬菜、花蜜和植 物叶子上，以及果园 土壤中。
1、酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)
又称啤酒酵母。细胞多为圆形、 卵形，能产生子囊孢子。能发酵 葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和半乳糖 等多种糖类，但不发酵乳糖和蜜 二糖。
5、白地霉 ( Geotrichum candidum )
➢ 节孢子单个或连接成链。
➢ 白地霉菌体蛋白营养价值很高，可供食用和饲 料用，也可用来提取核酸，在废料废水的利用上很 用价值。
6、产黄头孢霉 ( Cephalosporium chrysogen ) 头孢霉素、先锋霉素
3、游动放线菌属 （Actinoplanes）
➢ 一般不形成气生菌丝，孢子球形，有时端生1-40 根鞭毛，能运动。 ➢ 济南游动放线菌生产创新霉素(creatmycin; 1964).
4、诺卡氏菌属 (Norcadia)
➢ 菌落较小，边缘多呈树根 毛状。 ➢ 生产利福霉素、蚊霉素等
5、孢囊链霉菌属 (Streptosporangium)
4、青霉 ( Penicillum )
产黄青霉 ( Penicillum chrysogenum ) 生产青霉素，也可用来生产葡萄
糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏 血酸。
娄地青霉 ( Penicillum roqueforti ) 属不对称青霉组，具有分解油
脂和蛋白质的能力，用于制造干酪； 该菌孢子能将甘油三酯氧化为甲基 酮。
第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
第一节 发酵工业常用微生物 第二节 菌种来源 第三节 菌种选育 第四节 种子扩大培养 第五节 菌种保藏
《发酵工程》02 工业发酵菌种选育
（2）增殖培养
➢目的： 富集目的微生物，让目的微生物在种群中 占优势，使筛选变得可能。
富集方法 1、养分 3、培养时间
2、pH条件 4、培养温度
等一切能提高目的微生物相对生长速度的手段，培养（固体、 液体；分批连续）后使目的微生物在种群中占优势。
（３）纯种分离
•
尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微
真菌（青霉素、头孢等）
一些产芽孢的细菌 植物或动物来源
问题：生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？
微生物（包括动、植物细胞）几乎可以生产 我们所需的一切产品，但是涉及到工业化生 产对于某一种特定的产品，只有特定的微生 物才具有大量表达的潜力。
例： 礼来(Eli lilly),花了10年的时间从40万株微 生物中，发现了三种有潜力的新抗生素。
• 细菌（bacteria）：常用的有枯草芽孢杆菌、 醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。
短杆菌：GA、Gln、lys…… 枯草芽孢杆菌：淀粉酶（BF7658）、碱性蛋白酶等 地衣芽孢杆菌：HASS(耐高温α-淀粉酶) αAmylase 苏云金芽孢杆菌短：杆B菌T生物农药…棒…状杆菌 梭状芽孢杆菌：丙酮、丁y酸ea等sts的发酵
啤棒酒状酵杆母菌
• 酵母菌（yeast）：属单细胞真核生物，主 要分布于含糖较多的酸性环境中。常用的 有：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等。
啤酒酵母：酿酒、辅酶类物质的发酵
酒香酵母：酿酒
汉逊酵母：酿酒，用于乙酸乙酯的发酵
假丝酵母：单细胞蛋白生产，石油发酵
霉菌
• 霉菌（mould）：喜偏酸性环境。可用于生产多种 酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等。
黑曲霉：柠檬酸工业、酿酒业、糖化酶 黄曲霉：酱油生产，面酱 青霉菌：青霉素的生产 红曲霉：红曲制造，南方红曲酒（女儿红）；红色；豆腐 乳 赤霉菌：赤霉素的生产
【课后集训】第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用(含答案详解)
2019版生物选择性必修3 课后集训第1章发酵工程第3节发酵工程及其应用题组一发酵工程及发酵工程的基本环节1．下列有关发酵工程的叙述，不正确的是()A．发酵工程是通过利用现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品B．发酵工程涉及菌种的选育和扩大培养、产物的分离和提纯等C．发酵工程所用的菌种可以通过诱变育种或基因工程育种获得D．发酵工程所需的培养基可以选用天然的培养基2．下列有关发酵工程的基本环节的叙述，正确的是()A．发酵工程的基本环节有选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种和发酵、产品的分离和纯化B．接种是发酵工程的中心环节，接种必须在无菌条件下进行C．发酵过程中，不能再向发酵罐中添加营养物质，以免造成污染D．整个发酵过程中通过人工方法对发酵过程中温度、pH、溶解氧等进行检测和控制，从而使发酵过程处于最佳状态题组二发酵工程的应用3．下列有关发酵工程及其应用的叙述中，正确的是()A．发酵工程生产的菌种是对自然界分离的菌种进行定向改造后获得的B．发酵工程生产的单细胞蛋白是从微生物菌体细胞中提取出来的C．利用发酵工程可以产生微生物肥料来增加土壤肥力，改善土壤结构，促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等D．利用发酵工程生产微生物的代谢产物可以用蒸馏、过滤、沉淀等方法提取4．由于发酵工程生产条件温和，原料来源丰富，价格低廉等，在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用。
下列有关发酵工程在食品工业上的应用描述，正确的是()A．日常生活中食用的酱油以大麦为主要原料，利用产蛋白酶的霉菌的作用，将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸制作而成B．啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，其中，酵母菌的繁殖在主发酵阶段完成，大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成C．味精的生产是谷氨酸棒状杆菌在无氧条件下发酵产生谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理而获得的D．由于酶制剂催化效率高、专一性强、作用条件温和，因此在使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类以及适宜的温度和pH5．关于发酵工程应用的说法错误的是()A．发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物B．通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶C．通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白D．发酵工程的产品可以是微生物的菌体6．下图所示是一个发酵装置，现代发酵工程常常利用计算机系统对发酵过程中的各种指标进行检测和控制，关于发酵过程中发酵条件的描述，不正确的是()A．发酵过程中，由于微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量达到一定的数值时，可以通过温度传感器感受并控制冷却水从进水口进入B．冷却水从下方进入上方流出的目的是使冷却更充分C．在发酵过程中可能需要通过营养物质加入口加入酸或碱来调节发酵液的pHD．培养液要一次性全部加入，在发酵过程中不能再重新加入7．现在市场上流行一种“精酿”啤酒(以纯手工酿造为主的啤酒)，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，下列有关“精酿”啤酒和普通啤酒的叙述，不正确的是() A．“精酿”啤酒的原料和普通啤酒不同，“精酿”啤酒只使用麦芽、啤酒花、酵母和水，普通啤酒除了麦芽、啤酒花、酵母和水以外，还有玉米等物质B．“精酿”啤酒的原料主要是麦芽，其麦芽汁的浓度较高，口味较为浓郁C．“精酿”啤酒不添加食品添加剂，虽然产量低，价格高，但它也有一定的市场D．“精酿”啤酒和普通啤酒一样可以直接放心饮用8．如图所示为发酵工程生产产品的流程图，请据图回答下列问题。
发酵工程知识点
第一部分：微生物工程原理1、概论1.1 发酵工程的概念和特点1.2 发酵工业的发展简史1.3 发酵工程的应用2、生产菌种来源3、微生物代谢调节和代谢工程4、优良菌种选育5、菌种保藏6、培养基7、发酵工艺控制8、参数检测第二部分：微生物工程下游加工工程第三部分：微生物工程生产设备第四部分：微生物工程生产工艺和产品举例第一章概论掌握本章知识点：1、发酵及发酵工程的定义；2、发酵工程研究的内容；3、发酵技术的发展阶段及其技术特点；4、发酵产物类型。
1、发酵、发酵工程的概念和特点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。
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。
巴斯德：发酵是酵母菌在无氧状态下的呼吸过程，即无氧呼吸，是“生物获得能量的一种方式”。
3）工业上：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。
包括：厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
4）发酵工程：利用微生物的生长代谢活动来生产各种有用生物化学产品的技术过程。
5）发酵工程研究的内容①一条主线：菌种，培养基，种子扩大培养，发酵过程控制，后处理；②两个重点：发酵过程优化，发酵过程放大；③三个层次：反应器水平，细胞水平，分子水平；④四个目标：高转化，高产量，高效率，低成本；6）利用发酵工程进行生产的优点：安全生产，可持续发展。
7）发酵过程存在的问题和缺陷：发酵过程会产生副产物；菌种易发生变异和退化；发酵过程的控制相当复杂；原料主要是农副产品，质量和价格波动较大；与化工过程相比，反应器的效率低；发酵废水量大，并含较高的COD和BOD；；生产过程易受杂菌污染的影响。
8）上游工程：菌种培养发酵工程：发酵罐下游工程：产物提纯2、发酵工业的发展简史1）古老的发酵工业-1900年前（白酒酿造；面包发酵、奶酪制造；酱油、泡菜）特点：多菌混合天然发酵2）早期的发酵工业1900-1940（酒精，乳酸）1680 荷兰列文虎克观察到微生物。
新人教版高中生物 选择性必修三 第1章第1节 传统发酵技术的应用 知识点总结
高中生物选择性必修三 生物技术与工程第一章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用知识点总结一、发酵与传统发酵技术 1、发酵：指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
2、腐乳的制作：（1）菌种：包含毛霉（为主）、曲霉、酵母菌等。
（2）毛霉： ①细胞归类：单细胞丝状真菌，真核生物②同化作用类型：异养生物③异化作用类型：好氧生物④繁殖方式：孢子生殖（3）原料：豆腐（70%含水量为宜）。
（4）腐乳发酵原理： ①蛋白酶能将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸。
②脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。
（5）豆腐长白毛是怎么一回事吗？豆腐上生长的白毛是毛霉的白色菌丝。
（6）臭豆腐为什么闻着臭吃着香？①臭味：发酵过程中蛋白质充分水解会产生氨气，其中的含硫氨基酸还会产生硫化氢，具有刺鼻的臭味。
②香味：蛋白质分解后产生小分子肽和氨基酸，易于消化吸收，味道鲜美。
（7）制作腐乳时为什么要控制酒的用量？酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长（酒精抑制蛋白酶的活性，蛋白质不能很好分解）；酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。
3、传统发酵技术：（1）定义：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
（2）菌种来源：原材料中天然存在的微生物，前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物。
（3）类型：固体发酵和半固体发酵。
（4）实质：有氧或无氧条件下的物质氧化分解。
二、泡菜制作1、菌种：乳酸菌（为主）、酵母菌等。
（1）乳酸菌： ①细胞归类：单细胞细菌，原核生物②同化作用类型：异养生物③异化作用类型：厌氧生物④繁殖方式：二分裂（2）分布广泛：空气、土壤、植物表面、人或动物的肠道内部都有。
（3）常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌，乳酸杆菌常用于制作酸奶；2、发酵原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。
3、发酵条件：室温、无氧。
发酵工程菌种的来源
促进科学研究：通过保藏和管理，可以积累大量的菌种资源，为科学研究 提供重要的材料。
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霉菌是一种真 菌，广泛存在
于自然界中
霉菌在发酵工 业中具有重要 的应用价值， 如酿酒、制醋、
制酱等
霉菌的种类繁 多，常见的有 曲霉、青霉、
红霉等
霉菌的生长条 件包括温度、 湿度、氧气等， 需要适宜的环 境才能生长繁
殖
细菌
乳酸菌：用于乳制品、饮料、食品 等发酵
霉菌：用于酱油、醋、腐乳等发酵
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基因重组：通过 基因工程将目标 菌株中的基因进 行重组，实现基 因的优化和表达
菌种改良：通过 基因转移和基因 重组，实现菌种 的改良和进化， 提高菌种的性能 和产量
应用领域：基因 转移和基因重组 育种在发酵工程、 生物制药、环境 保护等领域具有 广泛的应用前景
代谢工程和系统生物学在菌种改良中的应用
菌种管理规定和操作规范
菌种来源：实验室、 自然环境、其他来 源
菌种保藏：低温、 干燥、无菌等条件
菌种管理：定期检 查、记录、更新等 操作
操作规范：无菌操 作、避免污染、正 确使用等要求
菌种保藏和管理的意义和作用
确保菌种活性：通过保藏和管理，可以保持菌种的活性和稳定性，提高发 酵效率。
防止污染：通过保藏和管理，可以防止菌种受到其他微生物的污染，保证 发酵过程的顺利进行。
03 基因工程菌种的构建
基因工程菌种的概念和意义
基因工程菌种：通过基因工程技术 改造微生物，使其具有特定的功能 或特性
意义：基因工程菌种的构建可以提 高发酵效率、改善产品质量、降低 生产成本，具有重要的经济和社会 价值
2022年高考生物一轮考点复习 第十单元 生物技术与工程 第2课 传统发酵技术的应用与发酵工程
第2课传统发酵技术的应用与发酵工程【课标要求】1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。
2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。
3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
【素养目标】1.运用结构与功能观分析和解释发酵工程相关技术的基本原理。
(生命观念)2.运用归纳法比较果酒、果醋和泡菜的制作原理和过程。
(科学思维)3.针对人类生产和生活的需求，尝试设计实验解决现实生活问题。
(科学探究)4.关注食品安全，倡导健康的生活方式。
(社会责任)一、发酵与传统发酵技术1．发酵的概念和种类：(1)发酵的概念：是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
(2)种类：有氧发酵和无氧发酵。
例如：醋酸发酵、谷氨酸发酵为有氧发酵；酒精发酵为无氧发酵。
2．传统发酵技术：概念直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术类型固体发酵和半固体发酵实质有氧或无氧条件下的物质氧化分解结果生产人们需要的各种发酵食品应用制作果酒、果醋、泡菜、酱油等1．发酵是利用微生物生产所需代谢产物的一种生产方式，通常说的乳酸菌发酵是厌氧发酵。
(√) 2．传统发酵食品的制作过程中，制作的发酵食品往往品质专一。
(×)提示：传统发酵食品的制作过程中，没有接种菌种，利用的天然菌种，菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。
3．家庭自酿米酒、米醋，属于传统发酵技术的应用。
(√)4．传统发酵通常是家庭式或作坊式的。
(√) 二、尝试制作传统发酵食品 1．腐乳制作： (1)原理：蛋白质――→蛋白酶小分子的肽和氨基酸。
脂肪――→脂肪酶 甘油和脂肪酸。
(2)腐乳制作过程中参与的微生物：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
发酵工程的应用举例
发酵工程的应用举例【知识归纳】1、选育菌种：①从自然界中筛选性状优良的菌种；②通过诱变育种或者基因工程2、扩大培养：因为工业中使用的发酵罐体积很大，菌种在接入发酵罐之前要进行扩大培养3、配制培养基：先确定菌种，再选择原料制备培养基，培养基的配方要经过反复试验才能确定4、灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌为什么要进行灭菌：因为发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降5、接种：将扩大培养后的菌种接种到发酵罐中6、发酵：发酵工程的中心环节。
在发酵过程中，要随时监测培养液中的微生物数量、产物浓度等。
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7、分离、提纯产物：①若发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，获得到产品；②若产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
8、发酵工程的特点：①生产条件温和；②原料来源丰富；③产物专一；④废弃物对环境的污染小和容易处理9、发酵工程基本环节图解示意：10、发酵工程的应用：类别应用方向食品工业生产传统的发酵产品（如酱油等）生产各种食品添加剂（如柠檬酸、味精等）生产各种酶制剂（如果胶酶、脂肪酶等）医药工业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直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
将病原体的抗原基因转入到适当的微生物细胞，获得表达产物用来作为疫苗使用农牧业生产微生物肥料（如根瘤菌肥等）生产微生物农药（如苏云金杆菌、白僵菌等）生产微生物饲料（如单细胞蛋白等）11、单细胞蛋白是蛋白质吗？单细胞蛋白不是蛋白质，而是通过发酵获得的大量的微生物菌体，即微生物菌体本身12、传统发酵技术与现代发酵工程的比较：项目传统发酵技术现代发酵工程菌种来源原料或前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物从自然界中筛选或利用生物技术培育的是否需严格灭菌不需严格灭菌需要严格灭菌发酵条件的控制人为的控制发酵条件，没有特别严格通过计算机系统控制发酵条件，特别严格产品的分离、纯化较为简单，往往直接使用较为复杂，方法有过滤、沉淀、蒸馏、萃取等13、啤酒的工业化生产流程：发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止主发酵后发酵主发酵：酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成在此阶段完成后发酵：低温、密闭的环境，形成澄清、成熟的啤酒14、典型微生物特点：谷氨酸棒状杆菌发酵条件培养基中PH值影响谷氨酸发酵中性或弱碱性：产生谷氨酸酸性：谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺培养基中C:N的比值影响谷氨酸发酵C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多谷氨酸发酵常用菌种为谷氨酸棒状杆菌，与有氧呼吸有关的酶在细胞膜上15、黑曲霉的两种产物：原料主要作用的酶产物黑曲霉大豆蛋白酶酱油淀粉淀粉酶柠檬酸16、发酵罐中搅拌叶轮的作用：①机械搅拌增加培养液中的溶解氧；②使微生物与发酵液进行混合均匀，增加对营养物质的利用率17、发酵罐中温度为什么会升高？①微生物新陈代谢释放的热能；②叶轮机械搅拌产热18、进行扩大培养或者作为生产用菌的时期为：K/2时期，因为该时期的菌种代谢旺盛，生理特性比较稳定19、发酵罐中的冷却水进入口和出水口：作用：根据生产需要控制调节合适温度；原则：冷却水进水口在下，出水口在上（下进上出）（可以不是无菌水）20、空气入口：根据发酵的需要通入无菌空气。
发酵工程 第二章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术
发酵工程 工业生产水平的
生产菌种的性能 发酵和提取工艺条件
三个决定要素
生产设备
获得优良的生产菌种是实现高水平发酵工程工 业生产的第一环节。
本章内容
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
第二节 自然界中微生物菌种的选择性分离
第三节 微生物菌种的选育
第四节 微生物菌种的退化、复壮和保藏 第五节 工业微生物菌种的扩大培养 第六节 种子培养基及其制备
集的培养物到固体培养基，分离优势微生物的单
菌落。
移种时间是关键，应在所需菌占优势时移种。
连续富集培养（恒化式富集培养）
改变限制性基质浓度来控制两种菌的比生长速率。 用于连续发酵生产的菌种选育特别适合。
固体培养基的使用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
常用于分离酶产生菌，选择培养基中常含有所
需的基质，以便促使酶产生菌的生长，并在菌落
使目的微生物在种群中占优势，使筛选 1. 目的：
变得可能。
2. 两种方案：
（1）施加选择性压力分离法：采用特定的有利于 目的微生物富集的条件进行培养，使目的微生物 占优势，以实现快速分离纯化的目的。 （2）随机分离法：不能提供任何有助于筛选产生 菌的信息时，只能通过随机分离法进行分离。
（1）施加选择性压力分离法
酵母(既是微生物又是真核细胞)
生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统
具有准确的转录后修饰功能； 具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化； 具有重组基因的高效扩增和表达能力； 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长； CHO很少分泌自身的内源蛋白。
发酵工程知识点
第一章发酵工程概述一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系,是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。
二、发酵工程简史：1590 荷兰人詹生制作了显微镜1665 英国人胡克制作的显微镜观察到了霉菌近代发酵工程建立初期1864 巴斯德灭菌法1856 psateur 酵母导致酒精发酵19世纪末Koch 纯种分离和培养技术三、发酵工程技术的特点（1）主体微生物的特点①微生物种类繁多,繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株；②微生物酶的种类很多,能催化各种生化反应③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源④可以用简易的设备来生产多种多样的产品⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点（2）发酵工程技术的特点①发酵工程以生命体的自动调节方式进行,数十个反应能够在发酵设备中一次完成②反应通常在常温下进行，条件温和,耗能少,设备简单③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主④容易生产复杂的高分子化合物⑤发酵过程中需要防止杂菌污染(3)发酵工程反应过程的特点①在温和条件下进行的②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主③反映以生命体的自动调节形式进行（同（2)①）④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物四、发酵工程的一般特征①与化学工程相比,发酵工程中微生物反应具有以下特点：作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险,不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主,加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质③反应以生命体的自动调节方式进行因此数十个反应过程能够像单一反应一样,在称为发酵罐的设备内很容易进行④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域⑤由于生命体特有的反应机制,能高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化还原官能团导入等反应⑥生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质，因此除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害。
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吉林师范大学生命科学学院
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人工诱变 的菌株不 能合成 反 馈 抑
高丝氨酸脱氢酶
不能合成
可以大量 积累
制
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人工诱变控制黄色短杆菌 吉林师范大学生命科学学院 的代谢过程生产赖氨酸P459
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氨基酸生产菌的要求： 代谢途径比较清楚； 代谢途径比较简单。 谷氨酸发酵的菌种： 棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属或小 杆菌属的棒型细菌。 其它氨基酸生产菌：常规菌种一般是以谷氨酸生产菌选 育而成；大肠杆菌，枯草芽孢杆菌， 工程菌。
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吉林师范大学生命科学学院
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对微生物的作用不同
通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性 物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机 体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某 个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发 生突变或死亡，是一种基本代谢类型。 次级代谢产物一般对菌体自身的生命活动无明确功能，不 参与细胞结构组成，也不是酶活性必需的，不是机体生长 与繁殖所必需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生 障碍，也不会导致机体生长的停止或死亡，至多只是影响 机体合成某种次级代谢产物的能力。但许多次级代谢产物 通常对人类和国民经济的发展有重大影响
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§2 自然界中目的微生物的分离
一、菌种分离的一般过程 二、微生物材料的标本采集 A、不同的土壤特点 B、地理和气候条件 C 、微生物的生理特性 D 、极端环境条件下采样分离 三、标本的预处理 四、目的微生物富集的一些基本方法
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概念不同
在微生物的新陈代谢中，一般将微生物从外 界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成 代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过 程，称为初级代谢 而次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个 概念。一般认为，次级代谢是指微生物在一 定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合 成一些对微生物的生命活动无明确功能的物 质的过程
五、菌种分离
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一、菌种分离的一般过程 P14
标本采集 → 预处理 → 富集培养 → 菌种分离（初筛、复筛） → 发酵性能鉴定 → 菌种保藏 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物 问题： 如何使样品中所含微生物的可能性大？ 如何在后续的操作中使这种可能性实现？
能在廉价原料制成的培养基上生长，且大量高效地合成产物；
遗传性能要相对稳定；
菌种改造的可操作性要强；
抗噬菌体及杂菌污染能力强；
产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好 与致病菌无关）；
发酵条件如温度、pH、溶解氧、泡沫等易控制。
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存在范围不同
初级代谢的代谢系统、代谢途径和代谢产物 在各类生物中都基本相同，它是一类普遍存 在于各类微生物中的一种基本代谢类型。< 次级代谢只存在于某些微生物中，并且代谢 途径和代谢产物因生物不同而不同，就是同 种生物也会由于培养条件不同而产生不同的 次级代谢产物。
初级代谢和次级代谢异同？
1 概念不同 2 产物不同 3 存在范围不同 4 对微生物的作用不同 5 同微生物生长过程的关系 6 对环境条件的敏感性或遗传稳定性上明 显不同 7 相关酶的专一性不同 8 两者既有区别性又有连续性
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内容速览
2.2目的微生 物的分离 2.1工业化 菌种的要 求及介绍 1自然 选育
2.4 种子扩大培养
2.3菌 种选育
2诱变 育种
2
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§1 工业化菌种的要求及
已工业化产品生产菌介绍
一、工业化菌种的要求
二、已工业化产品生产菌介绍
1、抗生素生产有关的微生物
抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂的代谢， 目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉素、四 环素、红霉素等） 真菌（青霉素、头孢菌素等）
一些产芽孢的细菌（多 黏菌素、丁胺菌素等） 植物或动物来源（蒜素、番 茄素、鱼素等）
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第二章 菌种的来源(4学时)
教学目的：了解工业化菌种的要求以及一些工业化生
产菌介绍；了解菌种分离的一般过程；掌握土样采集应注 意的问题，菌种的分离方法；掌握优良菌种应具备的基本 特性和菌种的选育、种子扩大培养。
教学重点、难点：土样采集应注意不同的土壤特点、
地理和气候条件，土样的采集方法； 生化反应分离法；种 子扩大培养。
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产物不同
初级代谢的产物，即为初级代谢产物。如单 糖或单糖衍生物、核苷酸、维生素、氨基酸、 脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子 聚合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂质等生 命必需物质。< 通过次级代谢合成的产物称为次级代谢产物， 大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其 作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、 毒素等类型
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2、氨基酸生产有关的微生物
50、60年代以氨基酸发酵为代表的代谢控制发酵， 是发酵工业发展历史上的一个转折点。
代谢控 制发酵
用人工诱变的方法，有意识地改变微生物 的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵
形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵 中得到成功应用。
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3、酶制剂生产有关的微生物
利用微生物来进行酶制剂生产是19世纪日本人用曲霉 通过固体培养生产他卡淀粉酶，而大规模工业化生产则始 于20世纪40年代末日本用深层发酵法生产α —淀粉酶。
α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌 和地衣芽孢杆菌等； β-淀粉酶：米曲霉、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌等； 纤维素酶：木霉、青霉； 蛋白酶：黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌、灰色链霉菌等。