发酵过程的生物学基础
高三生物知识点：微生物发酵及其应用
高三生物知识点：微生物发酵及其应用功能技成，庖丁解牛久练而技进乎道；路在脚下，荀子劝学博学则青出于蓝。
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发酵工程的发展简史20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。
从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。
20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。
由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。
它大大促进了发酵工业的发展，使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。
1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。
氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。
科学家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量产生人们所需要的物质。
目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。
20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。
在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。
发酵工程的概念和内容发酵工程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。
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。
（1）＂发酵＂有＂微生物生理学严格定义的发酵＂和＂工业发酵＂，词条＂发酵工程＂中的＂发酵＂应该是＂工业发酵＂。
（2）工业生产上通过＂工业发酵＂来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为＂发酵工艺＂。
第1章 发酵工程(考点串讲课件)高二生物单元复习(人教版2019选择性必修3)
发酵温度为18-30 ,酿酒酵母最适生长温度约为28
最适生长温度为30-35℃
重点难点
制作流程
清洗、消毒装置
清洗原材料
榨汁、装瓶
酒精发酵
果酒
果醋发酵
果醋
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干
榨汁，将葡萄汁装入发酵瓶中，留约1/3的空间，盖好瓶盖
①将温度控制在18-30℃②每隔12h左右将瓶盖拧松一次，此后再拧紧瓶盖③发酵时间为10-12d④从发酵瓶口取样，随时对发酵情况进行检测
a.葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布b.发酵温度为30-35℃c.发酵时间为7-8d
三、果酒和果醋的制作
（2）在灼烧接种环之后,要等其冷却再进行划线,以免温度过高杀死菌种
（3）除第一次划线外,每次划线都从上一次划线的末端开始,这样能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少,最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。最后一次划线不能和第一次划的线相接触
（4）划线时用力大小要适当,防止用力过大将培养基划破
1.平板冷凝后,要将平板倒置,原因是防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染；避免培养基水分过快挥发
知识梳理
一、发酵与传统发酵技术4.实例
知识梳理
项目
菌种
生物类群
代谢类型
菌种来源
腐乳制作
主要为毛霉
真核生物
异养需氧型
主要是空气中的毛霉孢子
泡菜制作
乳酸菌
原核生物
异养厌氧型
主要是附着在蔬菜
主要是附着在葡萄皮上的酵母菌
果醋制作
醋酸菌
原核生物
生物化学工程基础(第三章代谢作用与发酵)
2.双糖
双糖：由两个相同或不同的单糖组成,常见的
有乳糖、蔗糖、麦芽糖等.
麦芽糖
HOH2C H HO O H OH H H
1
CH2OH H O OH H OH H
4
O H OH H
H OH
α-D-葡萄糖苷-（1→4）-α-D-葡萄糖
HOH2C H O H OH H H
1
1
H O
CH2OH O
H OH OH H
在有氧条件条件下：
• 丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰 COA，在TCA循环中脱氢，并氧化形成CO2和 H2O，
或者各种代谢物，NADH2经呼吸链将氢传递给
氧生成水。 • 另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2 化合物加以利用，形成脂肪等。
在好氧条件下
丙酮酸进入
TCA环，进行代
谢，产生各种好 氧代谢产物如柠 檬酸、氨基酸、 酶制剂、抗生素 等 ，或完全氧化 获得能量。
同型乳酸发酵的特点：1mol的G产生2mol乳酸，理
论转化率是100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二
氧化碳等。
2. 异型乳酸发酵
发酵产物中除乳酸外同时还有乙酸、乙醇、二
氧化碳等，称为异型乳酸发酵。如一些明串菌株（
Leuconostoc）及乳酸杆菌（Lactobacillus）。
6-磷酸葡萄糖酸途径：
肌糖原：
人体内糖原的贮存量有限， 含量为肌肉重量的 1-2%(总量为200-400g) 一般不超过500g.
糖原颗粒
肝细胞中的糖原颗粒
纤维素
作为植物的骨架
β-1,4-糖苷键
4.结合糖
糖与非糖物质的结合物
常见的结合糖有：
糖脂：是糖与脂类的结合物
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。
发酵的基本原理
发酵的基本原理
发酵是一种利用生物发酵技术，运用微生物的酶反应，将原料物中的有机物氧化分解成分解产物，从而";获得各种有益物质的生物技术过程。
发酵技术诞生于多种因素的综合因素，除了人们应用了比较多的化学原理，也应用了生物学研究的精髓，将其有效地综合起来，让发酵技术在发展中更加突出原有的功能，甚至形成了一种全新的发酵产业。
发酵的基本原理是利用微生物的代谢作用来分解原料有机物，运用酶反应，将该原料有机物氧化分解成丰富的多种分解产物，从而获得丰富的有益物质。
在这一过程中，原料物被微生物分解为乳酸、乙醇等可消化有机物，同时还可以转化为各类酶、维生素等物质。
此外，酶的作用也是发酵的基本原理之一。
一般而言，微生物在发酵过程中产生的酶有助于其不断的发酵,能够促进有效物质的释放，从而改善这种发酵的效率体现出最大的价值。
最后，应该指出的是，发酵的基本原理紧紧依赖水分、料温、酚酸以及其他微生物的平衡，它是以特定温度、特定湿度为理论基础，将特定温度和容器条件决定的特定水量与特定浓度的菌种组合在一起，这种容器条件下将微生物引入到发酵介质中，并在特定温度、湿度和酸碱度的条件下有条件的发酵，使它们以更高的价值得到了完整的分解转化。
因此，发酵的基本原理是结合微生物代谢作用，运用酶反应分解原料物质，最终以高价值物质产物为结果。
除此之外，还要注意水量、料温、酚酸和微生物等平衡，以此作为发酵过程中统一调节有效性的前提和基础条件。
模块五生物技术与工程01 发酵工程-2023年高考生物二轮复习课件
2) 步骤①中，在资源和空间不受限制的阶段，若最初接种N0个A细菌，繁殖n
N0·2n
代后细菌的数量是________。
3) 为了比较A、B降解石油的能力，某同学利用步骤②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ进
行实验，结果如表所示(“＋”表示有透明圈，“＋”越多表示透明圈越大，“－”
好氧菌
发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是___________。从大豆到豆豉，大豆中
氨基酸和肽
的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为________________，脂肪转变
脂肪酸和甘油
为________________________。
例2.[2022湖北] 黄酒源于中国，与啤酒、葡萄酒并称世界三大发酵酒。发酵
空气中的毛霉孢子
无菌
现代的腐乳生产是在严格_____的条件下，将优良的毛霉菌种直接接种在豆
腐上，这样可以避免其他菌种的污染。
2) 在泡菜腌制的过程中，最后要向坛盖边沿的水槽中注满水，这一操作的
保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境
目的是_________________________________________。在泡菜的腌制过程中，要
① 将A、B菌株分别接种在两瓶液体培养基Ⅰ中培养，得到A、B菌液；
② 液体培养基Ⅰ、Ⅱ中添加琼脂，分别制成平板Ⅰ、Ⅱ，并按图中所示在
平板上打甲、乙两孔。
1) 实验所用培养基中作为碳源的成分是______。培养基中NH4NO3的作用是
石油
为菌株的生长提供氮源，氮源在菌体内可以参与合成
DNA、RNA、蛋白质
培养条件无法达到低温、高压、无氧
新教材高中生物第章发酵工程第节传统发酵技术和产品课件苏教版选择性必修
够运用发酵原理解释日常生活中的发酵现象。
NO.1 必备知识·聚焦概念
一、传统发酵技术的本质是微生物的天然发酵 1．微生物的概念：绝大多数情况下，微生物是各种 个体微小、 肉眼不易看见、结构相对简单 的生物的总称。 2．微生物的种类
3．我国传统发酵技术源远流长 (1)微生物的利用历史 ①早在几千年前，古人就已经发明了 制曲酿酒的技术。 ②我们的祖先很早就已经掌握了制醋和制酱的方法。 ③在农业上，我们的祖先掌握了制作堆肥和厩肥的技术。 (2)局限性 古人没有认识到微生物与发酵的确切关系，传统发酵技术基本 都是发酵经验的总结。
异养兼性厌氧型
异养需氧型
温度 发
时间 酵
条 氧气
件 pH
果酒制作 18～25 ℃ 10～12 d
前期需氧，后期无氧
酸性
果醋制作 30～35 ℃
7～8 d 一直需要充足氧
气 酸性
结果检测 联系
果酒制作
果醋制作
酒精与酸性的重铬酸钾溶液反应 反应液pH下降
呈现灰绿色
醋酸发酵可以在酒精发酵的基础上进行，酒精发酵
[答案] (1)不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染 (2) 为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出 (3) 乙 A 中的氧气 乙 B 中的酒精 乙 A 中的酒精 (4)兼性厌氧 异养
泡菜制作过程中相关物质变化及注意事项
1．泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化
项目
[答案] (1)杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气 增加乳酸菌 的数量 (2)无氧呼吸 细胞质基质 (3)温度 腌制时间 食盐用量 (4)乳酸菌数量增多，杂菌数量减少 乳酸菌比杂菌更耐酸
发酵过程中控制杂菌的方法 (1)泡菜坛的密闭性及灭菌。 (2)蔬菜的清洗可以防止杂菌繁殖。 (3)食盐的用量合适可以控制杂菌的繁殖。 (4)调味料也具有抑菌的作用。 (5)泡菜盐水的浸泡提供的无氧环境为乳酸菌的繁殖提供条件， 同时又能抑制好氧菌繁殖。
初中生物酿米酒知识点总结
初中生物酿米酒知识点总结米酒，作为一种传统的发酵饮品，其制作过程涉及到许多生物学知识，尤其是在初中生物课程中所学的发酵技术、微生物学以及生物化学反应等方面。
以下是对初中生物酿米酒知识点的总结。
一、发酵技术基础发酵是一种生物化学反应，通常由微生物如酵母菌引起。
在无氧条件下，酵母菌可以将糖类转化为酒精和二氧化碳。
这一过程在酿酒中至关重要，是制作米酒的基础。
二、微生物学在酿米酒中的应用1. 酵母菌的作用：酵母菌是酿米酒的主要微生物，它能将米中的淀粉转化为糖，再将糖转化为酒精。
不同的酵母菌株会带来不同的风味。
2. 菌种的选择与培养：为了保证酒的品质，需要选择适合的酵母菌种，并在适宜的温度和湿度条件下培养。
三、米酒的制作流程1. 选米与洗米：选择质量好的糯米或粳米，通过清洗去除杂质和多余的淀粉。
2. 浸泡与蒸煮：将洗净的米浸泡一定时间后进行蒸煮，使其充分糊化，便于酵母菌作用。
3. 冷却与接种：将煮熟的米冷却至适宜的温度，然后接种酵母菌。
4. 发酵：在无氧条件下，让米饭在酵母菌的作用下发酵，产生酒精。
5. 过滤与装瓶：发酵完成后，将酒液与酒糟分离，过滤后的酒液装瓶保存。
四、生物化学反应在酿米酒中的作用1. 淀粉的水解：米中的淀粉在酵母菌产生的酶作用下水解成糖。
2. 酒精的生成：糖分在酵母菌的发酵作用下转化为酒精和二氧化碳。
3. 风味物质的形成：除了酒精，发酵过程中还会产生一些风味物质，如酯类、醇类等，这些物质赋予米酒特有的香味。
五、品质控制1. 温度控制：整个发酵过程中，温度的控制非常重要，过高或过低都会影响酵母菌的活性和酒的品质。
2. 时间控制：发酵时间的长短会影响酒精的浓度和风味物质的形成，需要根据实际情况适时终止发酵。
3. 卫生条件：保持酿制过程中的卫生条件，避免杂菌污染，确保米酒的品质和安全。
六、米酒的营养价值米酒不仅口感独特，还具有一定的营养价值。
它含有人体所需的多种氨基酸、维生素和矿物质，适量饮用对健康有益。
生物选修三发酵工程知识点知乎
生物选修三发酵工程知识点知乎发酵工程是一门研究利用微生物进行发酵生产的学科，涉及到微生物学、化学、生物工程等多个学科领域。
以下是发酵工程的一些重要知识点：1.发酵过程及其条件：发酵是一种利用微生物或酶催化剂进行有机物转化的生物过程。
发酵过程通常需要一些基本条件，如适宜的温度、pH值、氧气供应、营养物质等。
2.微生物的选择：发酵过程中，选择适宜的微生物对于产品的质量和产量起到至关重要的作用。
常见的发酵微生物包括酵母菌、乳酸菌、大肠杆菌等。
3.发酵基质：发酵基质是微生物生长和代谢所必需的营养物质，它包括碳源、氮源、矿物质、维生素等。
发酵过程中需要根据不同微生物的需求来设计合适的发酵基质。
4.发酵过程的控制：发酵过程是一个相对复杂的过程，需要通过控制发酵温度、pH值、氧气供应、基质浓度等参数来实现最佳的发酵效果。
5.发酵设备及操作：发酵工程中使用的设备包括发酵罐、搅拌器、气体供应系统、温控系统等。
发酵操作需要严格控制发酵过程中的各个参数，并采取相应的措施来确保发酵过程的成功进行。
6.剪切力与氧气传递：在发酵过程中，剪切力的作用可以促使混合物更加均匀地分布在发酵液中，从而提高氧气传递效率，有效促进微生物的生长和代谢。
7.发酵产物的分离与纯化：发酵产物的分离与纯化是发酵工程中的关键步骤之一、常用的分离技术包括离心、滤过、透析、薄层层析、凝胶层析等。
8.发酵中的计量和控制：发酵过程的计量和控制是发酵工程中的重要内容之一、通过监测和调控发酵过程中的各个参数，可以实现发酵过程的优化和控制。
9.发酵工程的应用：发酵工程在食品工业、医药工业、化工工业等领域有广泛的应用。
例如，酿酒、饮料、乳制品、药物、酶制剂等都是通过发酵工艺生产的。
10.发酵工程的发展：随着生物技术的迅猛发展，发酵工程的研究和应用也得到了广泛的推广。
发酵工程的发展方向包括发酵过程优化、新型发酵设备开发、生物传感器等。
总结起来，发酵工程是研究利用微生物进行发酵生产的学科，涉及到微生物学、化学、生物工程等多个学科领域。
发酵工程复习重点
微生物生物技术重点第一章1 发酵的概念传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。
生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质开释能量的过程。
（生化）工业生物学家概念：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程2 生物工程（Microbial engineering ）是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代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现代发酵技术。
发酵工程的发展简史1、传统的发酵时期——天然发几千年酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等特点多数产品为嫌气性发酵非纯种培养单凭体会传授技术，使产品质量不稳固（不了解微生物与发酵的关系）2、近代发酵工程时期——纯培养技术1665 英国物理学家Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在特点多数产品为嫌气性发酵非纯种培养单凭体会传授技术，使产品质量不稳固（不了解微生物与发酵的关系）由天然发酵阶段转向纯培养发酵（第一次转折过程特点产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大3、近代发酵工程时期——深层培养技术显现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发觉与大量需求表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30%二战期间，青霉素发酵生产成功青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩：开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。
它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。
发酵的基本原理
发酵的基本原理发酵是一种生物化学过程，是微生物在适宜条件下利用有机物质进行代谢活动的过程。
发酵常见于食品加工、酿酒、制药等领域，是许多生产过程中不可或缺的一环。
发酵的基本原理包括微生物、底物和环境条件三个方面。
首先，微生物是发酵过程中不可或缺的因素。
微生物包括细菌、酵母菌、霉菌等，它们通过代谢活动将有机物质转化为其他物质，产生酸、醇、气体等，从而实现发酵过程。
不同的微生物对不同的底物有着特定的代谢途径和产物，因此在发酵过程中选择合适的微生物对于产物的质量和产量有着重要的影响。
其次，底物是发酵过程中的原料，也是微生物进行代谢活动的物质基础。
底物种类繁多，可以是碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物质，也可以是无机盐、金属离子等。
不同的底物经过微生物的代谢活动会产生不同的产物，因此在发酵过程中选择合适的底物对于产物的种类和数量同样至关重要。
最后，环境条件是发酵过程中的关键因素。
微生物的生长和代谢活动受到温度、酸碱度、氧气、水分等因素的影响。
合适的环境条件可以促进微生物的生长和代谢活动，从而提高发酵的效率和产物的质量。
而不合适的环境条件则会抑制微生物的生长和代谢活动，甚至导致发酵过程失败。
总的来说，发酵的基本原理包括微生物、底物和环境条件三个方面。
合理选择微生物和底物，并控制好环境条件，可以实现发酵过程的高效进行，从而获得优质的发酵产物。
对于不同的发酵过程，需要根据具体情况进行微生物的选择、底物的配置和环境条件的控制，以达到最佳的发酵效果。
发酵作为一种古老而又重要的生产技术，对于人类生活和工业生产都有着重要的意义，希望通过对发酵基本原理的深入理解，能够推动发酵技术的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
生物发酵过程实验报告
五、实验结果与分析
1. 菌体生长曲线：在实验过程中，菌体数量随时间呈对数增长，发酵液浊度也随之增加。
2. 底物消耗曲线：发酵过程中，葡萄糖浓度逐渐降低，表明葡萄糖被酵母菌消耗。
3. 产物形成曲线：发酵过程中，酒精浓度逐渐升高，表明酵母菌在发酵过程中产生了酒精。
本实验以酵母菌发酵葡萄糖为例，通过观察酵母菌的生长曲线、底物消耗曲线和产物形成曲线，了解发酵过程中葡萄糖的利用、菌体生长和产物生成的相互关系。
三、实验仪器与试剂
1. 仪器：锥形瓶（250ml）、移液管、pH计、生物传感仪、分析天平、无菌操作台、高压蒸汽灭菌器、培养箱等。
2. 试剂：酵母膏、胰蛋白胨、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯甲酸钠、EDTA钠、氯化钠等。
[2] 王国良，张立峰. 发酵工艺学[M]. 北京：化学工业出版社，2015.
[3] 杨宝生，陈光德. 发酵工程原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2017.
2.，如何监测和控制发酵条件？
八、实验总结
本实验通过对酵母菌发酵葡萄糖的过程进行观察和分析，了解了发酵工程的基本原理和操作方法。通过实验，掌握了发酵过程中的监测方法和质量控制手段，为今后从事发酵工程研究奠定了基础。
九、参考文献
[1] 郭建国，刘伟. 发酵工程[M]. 北京：化学工业出版社，2012.
- 底物消耗曲线：定时取样，测定发酵液的葡萄糖浓度，绘制底物消耗曲线。
- 产物形成曲线：定时取样，测定发酵液的酒精浓度，绘制产物形成曲线。
4. 发酵条件优化：通过调整发酵培养基的成分、pH值、温度、通气量等条件，优化发酵过程。
5. 发酵结束：当发酵液中的葡萄糖浓度降至一定水平，酒精浓度达到预期值时，终止发酵。
【生物学】第五章 发酵过程及控制
第一节 发酵方式
以上由细胞生长、基质消耗和产物生长的微分方程 构成的微分方程组，反映了分批发酵中细胞、基质和产 物浓度的变化情况。对各种不同的微生物分批发酵过程， 通过实验研究这三个参数的变化规律，建立适当的微分 方程组，就可以对分批发酵进行模拟，进而进行优化控 制，最终达到提高生产效率的目的。 分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有 称停滞期或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳 定期和死亡期；也可细分为六期：即停滞期、加速期、 对数期、减速期、静止期和死亡（衰亡）期，如图5-1 所示。
第一节 发酵方式
停滞期的长短，差别很大，短的几乎觉察不到，瞬 间即可完成，而长的要在接种后2～3天才开始生长。种 子一般应采用对数生长期且达到一定浓度的培养物，该 种子能耐受含高渗化合物和低CO2分压的培养基。工业生 产中从发酵产率和发酵指数以及避免染菌考虑，希望尽 量缩短适应期。 （2）加速期（Ⅱ） 加速期（Ⅱ）通常很短，大多 数细胞在此期的比生长速率在短时间内从最小升到最大 值。如这时菌已完全适应其环境，养分过量又无抑制剂 便进入恒定的对数或指数生长期(Ⅲ)。
图5-2 分批培养中基质初始浓度对菌生长的影响
第一节 发酵方式
（1）得率系数Y 在浓度较低的（A-B）范围内，静止 期的细胞浓度与初始基质浓度成正比，可用式(5-5)表示 X＝Y（So一St） (5-5) 式中 so——初始基质浓度，g/L; st——经培养时间t时基质浓度； Y——得率系数，g细胞/g基质 在A-B的区域，当生长停止时，st等于零。方程(5-5)可用 于预测用多少初始基质便能得到相应的菌量。 （2）比生长速率µ 在C-D的区域，菌量不随初始基质 浓度的增加而增加。这时菌体的进一步生长受到积累的有 害代谢物的限制。用Monod方程可描述比生长速率和残留的 限制性基质浓度之间的关系 µ＝µmax s／（Ks＋S） (5-6)
微生物学中的发酵技术及其应用
微生物学中的发酵技术及其应用发酵技术是指利用微生物在一定的环境条件下进行代谢反应的过程，经过这个过程可以生产出大量的有用物质。
这些物质包括食品、药品、化学品等等。
发酵技术主要利用了微生物生长和代谢过程中的产物，利用这些产物来实现有益的生产。
在微生物学中，发酵技术是一个非常重要的学科领域，它在现代化工、医药、食品行业等领域中都有广泛的应用。
一、发酵技术的基础发酵技术的基础在于微生物的生长和代谢。
微生物在一定的环境条件下能够进行生长和繁殖，随着生长过程的进行，微生物所代谢生产的物质也在不断地增加。
发酵技术主要是利用微生物在繁殖和代谢过程中所产生的酸、酒精、乳酸、酱油等有用物质来进行生产。
二、发酵技术的种类发酵技术包括了不少的种类，不同的发酵技术可以生产出不同的有用物质。
在微生物学中，常见的发酵技术包括了以下几种：1. 酵母发酵：酵母发酵是利用酿酒酵母进行发酵制造啤酒、葡萄酒等饮品。
2. 乳酸菌发酵：乳酸菌发酵是利用乳酸菌进行发酵生产乳酸，这种发酵技术可以用在酸奶制品、腌菜、酱油等食品的生产中。
3. 醋酸菌发酵：醋酸菌发酵是利用醋酸菌进行发酵制造醋，在饮食中有着广泛的应用。
4. 有机酸发酵：有机酸发酵是利用微生物在代谢过程中产生的有机酸，比如琥珀酸、丙酮酸等有机酸制造食品添加剂、工业化学品等产品。
三、发酵技术的应用发酵技术在现代工业中的应用越来越广泛。
下面我们就来看一下发酵技术在不同领域中的应用：1. 食品工业：乳品生产、葡萄酒、啤酒、酱油、生菜等食品的发酵技术是食品工业中应用最广泛的领域。
2. 医药工业：发酵技术在医药工业中有着广泛的应用，它可以制造出很多种药物，例如：生物合成药物、细胞培养等药物。
3. 化工工业：发酵技术不仅在食品工业和医药工业中有广泛的应用，它也在化工工业中有不小的发挥。
微生物可以生产出一些化学品，如酒精、醋酸、丙酮酸等，这些产物都可以被用来制造其他化学品。
四、发酵技术的发展趋势发酵技术的发展趋势是向着生态、安全、高效的方向发展。
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。
发酵工程知识点总结高中
发酵工程知识点总结高中一、发酵工程的概念和发展发酵工程，是指通过微生物的代谢活动，将有机物质转化成更有用的产物的工程技术。
发酵工程是综合应用生物化学、微生物学、工程学的一门新兴科学，是现代生产中的重要组成部分。
随着生物技术和工程技术的不断发展，发酵工程得到了较快的发展。
发酵工程的产物广泛用于医学、农业、食品、环保等多个领域。
在国民经济各部门和人们生活中都起着重要作用。
二、发酵工程的基本原理1.微生物发酵的基本原理发酵的基本过程是：首先是微生物分解所需营养物质为能量，随后是将其转化为生长代谢的生物体组织，进一步是将有机物质转化为对人类生产和生活有益的产物。
在这个过程中，微生物起着关键的作用。
2.发酵过程的基本特点发酵过程是由微生物代谢活动引起的，具有时间长、可控制性差等特点。
另外，发酵过程还会产生较多的热量，需要合理的散热措施。
3.发酵工程原料的选择原料的选择对于发酵工程至关重要，原料一般包括碳源、氮源、矿物盐等，不同的微生物对原料要求差异较大。
4.发酵工程的主要流程发酵工程主要包括发酵罐的设计、微生物的培养、发酵条件的控制等步骤，其主要目的是通过发酵罐培养微生物得到需求的产物。
三、发酵工程中的微生物1.发酵工程中的微生物的种类常见的发酵微生物有酵母菌、乳酸菌、霉菌、细菌等。
在不同的发酵过程中，选择合适的微生物种类非常重要。
2.微生物的选型对于发酵工程来说，微生物的选型是十分关键的。
要根据所需产物的性质和发酵条件的要求来选择合适的微生物。
3.微生物的培养微生物的培养是发酵工程中的核心环节，培养的条件应该控制得很好，确保微生物的最佳生长繁殖情况。
四、发酵罐的设计1.发酵罐的结构发酵罐通常分为罐体、搅拌器、温控装置、进气装置、排气装置等几个部分。
2.发酵罐的主要功能和要求发酵罐的主要功能是提供合适的生长环境给微生物，要求它能够充分搅拌，保持温度和通气等。
3.发酵罐的类型目前，常用的发酵罐类型有批量式、连续式及其衍生的多种类型。
发酵的原理是什么
发酵的原理是什么
发酵是一种生物化学过程，通过微生物（如酵母菌）产生的酶的作用，将有机物质转化为其他有用的化合物。
发酵的原理涉及到以下几个方面：
1. 酵母菌的存在：酵母菌是非常常见的微生物，它们存在于空气、水、土壤和植物等环境中。
当给予适宜的条件（如温度和pH值），酵母菌可以进行生长和繁殖。
2. 基础物质：发酵通常基于一种基础物质，例如葡萄糖和乳糖等糖类物质。
这些物质可以通过水解、分解或合成等反应产生。
3. 酵母菌的酶作用：酵母菌分泌的酶可以催化基础物质的转化。
举例来说，酵母菌分泌的葡萄糖酶可以将葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳。
这是酵母菌进行呼吸作用时产生的副产物。
4. 好氧和厌氧发酵：发酵过程可以分为好氧和厌氧两种类型。
在好氧条件下，酵母菌利用氧气将葡萄糖完全氧化为二氧化碳和水，并产生大量的能量。
而在厌氧条件下，酵母菌无法得到足够的氧气，因此只能通过酵母菌产生的酶将葡萄糖部分氧化，形成酒精和其他有机物质。
5. 过程产物：不同类型的发酵会产生不同的过程产物。
例如，乳酸发酵可以将葡萄糖转化为乳酸，而乙酸发酵会生成乙酸和乙醇。
这些产物可以用于食品加工、酒精酿造和生物药品等方面。
总的来说，发酵是通过酵母菌和其他微生物分泌的酶的作用，将有机物质转化为其他有用化合物的过程。
这一过程在食物加工、药物生产和酒精工业中起着重要作用。
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一、微生物的概念
微生物(Microorganism, microbe)
是指一大类形体微小、结构简单 的低等生物的总称。
微生物的概念
微生物的概念
三个要点: 小：观察借助光镜；测量单位
为微米或纳米；
简：简单多细胞;单细胞;无细胞结构 低：进化程度低，为原始的生命形式；
微生物的概念
1.微生物小的直观感觉
代谢调节方式
2，代谢途径区域化
原核微生物细胞结构虽然简单，但也划 分出不同的区域，对于某一代谢途径有 关的酶系则集中某一区域，以保证这一 代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了 其他途径的干扰。
– 例如呼吸的酶系集中在细胞质膜上；而与蛋 白质合成有关的酶系则位于核蛋白体上；分 解大分子的水解酶，在革兰氏阴性菌里是位 于壁膜间隙中，而革兰氏阳性菌则将这些水 解酶类，分泌于胞外。
代谢调节的方式 酶合成的调节 酶活性的调节方式 初级代谢的调节 次级代谢的调节
一、代谢调节方式
细胞透性的调节 代谢途径区域化 代谢流向的调控 代谢速度的调控
代谢调节方式
1，细胞透性的调节
细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和 代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代 谢的变化。 细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调 节的重要方式，由它控制着营养物质的 吸收和产物分泌。
酶 定 位 的 区 域 化
酵解;磷 细胞质:酵解 磷 戊糖途径;糖原 戊糖途径 糖原 合成;脂肪酸合 合成 脂肪酸合 成;
线粒体:丙酮酸氧化 三羧 线粒体 丙酮酸氧化;三羧 丙酮酸氧化 酸循环;β 氧化 氧化;呼吸链电 酸循环 β-氧化 呼吸链电 子传递;氧化磷酸化 子传递 氧化磷酸化
细胞核:核酸合成 细胞核 核酸合成
第二章
发酵过程的生物学 基础
本章的教学内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 发酵过程与微生物 微生物的营养与培养基的设计 微生物的生长模式及其动力学 环境对微生物的影响 代谢产物的代谢调控 微生物代谢产物的过量产生
第一节 发酵过程与微生物
.微生物的概念 .微生物的种类 .微生物的特点 .微生物与发酵
PEP：磷酸烯醇丙酮酸；E4P：4-磷酸赤藓糖；DAHP：7-磷酸-2-酮-3脱氧庚糖酸；CA：分支酸；Per：预苯酸；AA：邻氨基苯甲酸；HPPA： 对羟基苯丙酮酸；PPA：苯丙酮酸；Tyr：酪氨酸；Try：色氨酸；Phe： 苯丙氨酸； I：7-磷酸-2-酮-3-脱氧庚糖酸合成酶；II：邻氨基苯甲酸合成酶；III： 分支酸变位酶；IV：预苯酸脱氢酶；V：预苯酸脱水酶
四、微生物的特点
• • • • • • • 体积小； 种类多； 分布广； 繁殖快； 便于培养； 容易发生变异； 在生产中不易受时间、季节、地区的限 制
五、微生物与发酵
• 发酵工程是以微生物的生命活动为中心的 • 微生物的生物学性状和发酵条件决定了其相应 产物的生成 • 工业上用的全部微生物都称为工业微生物，工 业生产上常用的微生物主要是细菌、放线菌、 酵母菌和霉菌 • 由于发酵工程本身的发展以及基因工程正在进 入发酵过程，病毒、藻类等其它微生物也正在 逐步地变为工业生产菌。
– 例如，谷氨酸脱氢酶以NADP+为辅酶时，主 要是催化谷氨酸的合成，当以NAD+为辅酶 时，则催化谷氨酸的分解。因此微生物可以 通过不同的辅基来控制代谢物的流向。
代谢调节方式
• 由两种酶控制的逆单向反应 逆单向反应是在 生物体代谢的关键部位的某些反应，它是由两 种各自不同的酶来催化的。即在一个“可逆” 反应中，其中一种酶催化正反应，而另一种酶 则催化逆反应。
液体培养基上
均匀混浊； 沉淀生长； 表面生长。
发酵工业常用微生物的形态特征
2.酵母（Yeast) 2.酵母
（1）形态
发酵工业常用微生物的形态特征
（2）结 构
• 典型结构:
细胞壁； 细胞膜； 细胞核； 液 泡； 线粒体； 内质网； 核糖体； 微体； 微丝； 内含物
发酵工业常用微生物的形态特征
三.霉菌 ——形态
葡萄糖
1，6-二磷酸果糖 ， 二磷酸果糖
酶 的 反 馈 激 活
磷酸烯醇式丙酮酸 羧化酶 活化 草酰乙酸
丙酮酸
乙酰CoA 乙酰 α-酮戊二酸 酮戊二酸 拧檬酸
酶活性的调节
（二）抑制
抑制：由于某些物质的存在， 降低酶活 性的现象。 反馈抑制（feedback inhibition） ：反馈 抑制是指代谢的末端产物对酶(往往是代 谢途径中的第一个酶)活性的抑 制。 无分支代谢途径的调节 有分支代谢途径的调节
酵 母 菌
微生物的种类
放线菌的的形态 的形态
三、发酵工业常用微生物的 形态特征
发酵工业常用微生物的形态特征
1.细菌 1.细菌（Bacterium) （1）形态 球
形 杆 形 螺 弧 旋 形 形
发酵工业常用微生物的形态特征
（2）结 构
基本结构:
细胞壁； 细胞膜； 细胞质； 核质体；
特殊结构:
荚膜； 芽孢； 鞭毛；
发酵工业常用微生物的形态特征
（3）培 养 特 征
固体培养基上: 菌落(colony)：指微生
物细胞在一定条件下，在 固体培养基表面形成的肉 眼可见的微生物群体。若 来自一个细胞，则为纯培 养或称克隆( clone)。
菌苔(lawn)：大量细菌
（3）培 养 特 征
– 例如，葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖是由己糖激酶催 化的，而其逆反应则是由6-磷酸葡萄糖酯酶催化的。 6-磷酸果糖转化为1，6-二磷酸果糖是由磷酸果糖激 酶催化的，逆反应则由1，6-二磷酸果糖酯酶催化。
代谢调节方式
4，代谢速度的调控
在不可逆反应中，微生物通过调节酶的 活性和酶量来控制代谢物的流量。 微生物在不同条件下能按照需要，通过 激活或抑制原有酶的活性或通过诱导或 阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度， 使之高度经济有效地利用能量和原料进 行生长繁殖。
二、微生物的种类
1、原核生物
细菌、放线菌、衣原体 支原体、立克次氏体、 蓝细菌；
2、真核生物
真菌（霉菌、酵母菌等）、 原生动物、单细胞藻类；
3、非细胞生物
病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒等；
微生物的种类
各种“视野”下的细菌
光镜
暗视野
荧光
透射电镜
超薄切片
冷冻切片
扫描电镜
DNA蛋白质 复合物
微生物的
电镜下的 微生物
代谢调节方式
在真核微生物细胞里，各种酶系被细胞 器隔离分布。
如与呼吸产能有关的酶系集中于线粒体内膜 上；蛋白质的合成酶系位于核蛋白体上； DNA合成的某些酶位于细胞核里。
代谢调节方式
细胞具有复杂的膜结构使其代谢活动只 能在特定的部位上进行，即代谢活动是 区域化的，其实质是控制酶与底物接触， 使各个反应有序地进行。
代谢调节方式
• 例如，大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌吸收乳糖是 由渗透酶和环状AMP(cAMP)协同控制来完成 的。cAMP的浓度是由腺苷酸环化酶(AC)的活 性控制的，也就是说，乳糖的吸收受渗透酶和 AMP环化酶的控制，调节蛋白通过磷酸化的形 式和腺苷酸环化酶（AC）或渗透酶结合，分 别使腺苷酸环化酶活化或使渗透酶失活。当有 葡萄糖时，乳糖的渗透酶以无活性状态存在， 而腺苷酸环化酶也以非活性状态存在。
– 改变产生菌的基因型而改变代谢途径； – 改变控制代谢速率，即影响基因型的 表达。
代谢调节(regulation of metablism）是指微生 代谢调节 ） 物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变 的一种作用。 酶量的调节 酶活性的调节
微生物代谢的控制是指运用人为的方法 微生物代谢的控制 对微生物的代谢调节进行遗传改造和条 件的控制，以期按照人们的愿望，生产 有用的微生物制品。
2，有分支代谢途径的调节
在有两种或两种以上的末端产物的分支合成代谢途 径中，调节方式较复杂，其共同特点是每个分支途 径的末端产物控制分支点后的第一个酶，同时每个 末端产物又对整个途径的第一个酶有部分的抑制作 用，分支代谢的反馈调节方式有多种: 顺序反馈抑制（sequential feedback inhibition） 同工酶的反馈抑制（isoenzyme feedback inhibition） 协同反馈抑制（concerted feedback inhibition） 累积反馈抑制（cumulative feedback inhibition） 超相加反馈抑制（cooperative feedback inhibition）
可见范围 肉眼 微生物的相对大小
真核细胞型
原核细胞型 光学显微镜 电镜 病毒
微生物的概念
2.微生物的 细胞类型
真核细胞的主要 特征:
•有核膜，核仁，染色体; •有细胞器; •核糖体为80S;
微生物的概念
微生物的细胞类型
原核细胞的主要 特征:
•无核膜、核仁、染色体， 仅有裸露的DNA链形成 的核区域，称核质体； •无细胞器； •核糖体为70S；
（2）同工酶的反馈抑制 isoenzyme feedback inhibition
同功酶是指能催化同一生化反应，但它们的结构稍 有不同，可分别被相应的末端产物抑制的一类酶。 其特点是：途径中第一个反应被两个不同的酶所催 化，一个酶被H抑制，另一个酶被G抑制。只有当H 和G同时过量才能完全阻止A转变为B。
二、酶合成的调节
• 酶合成的诱导 • 酶合成的阻遏
酶合成的调节
1，酶合成的诱导
酶合成的调节
2，酶合成诱导的机制
酶合成的调节
3，酶合成的阻遏
酶合成的调节
4，酶合成阻遏的机制
三、酶活性的调节
概 念 酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构 酶活性调节 象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。 影响因素 底物和产物的性质和浓度 环境因子(如压力、pH、离子强度和辅助因子等) 其他的酶的存在 调节方式 激活已有酶的活性 抑制已有酶的活性