1.3发酵工程及其应用

（3）与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的 产量和质量明显提高? 菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等。
（4）现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不 添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业” 啤酒更健康，你怎么看待这个问题?“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量 低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作?
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断 地产生，这说明该生产采用了_连__续__培_养__的发酵方式。在生产过程中，常需 增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为 ____好__氧菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用__萃_取__(或__蒸_馏__或_离__子_交__换_等__)_等
因为杂菌将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
• 例如：1）在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的 抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。
2）在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素 酶，分解青霉素。
• 2、如何防止杂菌的污染？ 在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。 • 3、怎样才算灭菌彻底？ 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。
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 方法来分离提纯产物。 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、吸附或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
分
水
是细 胞内 各种 化学 反应 的进 行场 所
无机盐
提供不 可缺少 的矿质 元素
思考：蛋白胨、酵母膏可以作为什么？
酸碱度 生长因子
如：酵 母膏、 动物肝 脏浸出 液、麦 芽汁
根据 不同 的微 生物 进行 调节
（四）灭菌和接种
• 1、发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程不 能混入杂菌，为什么？
（五）发酵过程—中心阶段
• 发酵过程的监控： 1、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；
2、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
3、要严格控制的影响因素： 1、温度 微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成ATP，另一部 分散发到培养基中时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一部分热
发酵工程的主要内容
从自然界分离的菌种
诱变育种 基因工程 细胞工程
生产用菌种
扩大培养
接种
发酵罐 发酵条件控制
分离 提纯
原料 培养基配制
灭菌
微生物菌体
代谢产物
产品
思考讨论
1.微生物菌种资源丰富,选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素? 选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力、微生物 的繁殖速度等)的同时,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况。 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要? (1)反复试验确定培养基的配方。 (2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。 (3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。 (4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、冷却水进入 口和排出口控制温度,空气入口控制氧气的量等。 3.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。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要 求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境 有毒害作用。
调节和控制培养液pH的方法：在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加 酸或碱。 3、溶解氧 好氧型微生物：溶解氧要充足；
厌氧型微生物：严格的无氧环境
由发酵罐的通气口来控制
（六）分离和提纯
• 发酵产物不同分离提纯的方法也不同：
代谢产物 ：蒸馏、萃取、离子交换等方法。
菌体本身 ：过滤、沉淀。
思考：在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进 之处？
后需反复烘干称量，直至恒__重_(_质_量__基_本。不所变获) 菌体干重等于恒量__重之_时差__的(答_质_案_量合_与_理_滤即_纸。可质)
啤酒的工业化流程
应用实践：(1)利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，“密封”的目的是使 酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
(2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸， 你知道这是发生了什么变化吗？
醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产 生乙醛，最后变为醋酸。
第3节 发酵工程及其应用
1.通过学习,能够对发酵工程的基本环节进 行分析。 学习 2.能够说出发酵工程在食品、医药、农牧业 目标 等方面的应用。 3.尝试对发酵工程的实际应用进行实地调查。
●发酵：是利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过
特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。
如：谷氨酸棒状杆菌生产味精；
C 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
[课堂小结]
知识网络构建
课堂 检测 速达 标
B 1．关于发酵工程说法错误的是( )
A．依赖微生物纯培养技术的建立 B．发酵设备都是密封的 C．食品、医药工业离不开发酵工程 D．发酵工程与工农业生产也有密切关系
通过工程菌生产药物 通过改造菌种生产药物
利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素 通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
在农牧 业上 的应用
生产微生物肥料 生产微生物农药
生产微生物饲料
利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫
利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液通 过发酵获得大量微生物菌体用于饲料生产
C 4．啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发酵的说法错误的是( )
A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的 B．酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段 C．啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸 D．啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭环境下进行的
5．发酵法生产酒精后的废液(pH 4.3)含有大量有机物，可用于培养、获 得白地霉菌体，生产高蛋白饲料。培养、制取白地霉菌体的实验过程示意 图如下。请据图回答下列问题： (1)实验过程中培养白地霉 的培养基是_废__液__上__清_液____ 。
分离提纯的方法进行提取。
二、发酵工程及其应用
具体应用
成果
在食品 生产传统的发酵产品 利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类
工业上 生产各种各样的食品 利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状杆菌
的应用 添加剂
发酵生产谷氨酸
生产酶制剂
利用微生物发酵生产淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等
在医药工 业上的应 用
2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖 氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。
(1)图中①表示的育种方法是 ______诱__变__育_种_____。
(2)人工控制微生物代谢的措施包
(1) (2) (3)
括改__变_微__生_物__遗_传__特__性和_控_制__生_产__过__程_中__的_各__种_条__件________。 (4)
• 怎样才能得到优良的菌种？
1）若生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可 从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变 个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
2）若生产的是微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程 的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而 达到生产相应产品的目的。
在其他方 解决资源短缺和环境污染 面的应用 问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯
对极端微生物的利用 嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
1.微生物肥料使作物增产的原理是什么？
微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质能增进土壤肥力、改 良土壤结构，促进植物生长。 2．微生物农药防治农林害虫的原理是什么？
微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治病虫害的。
黄色短杆菌生产赖氨酸；
●发酵过程中的微生物：
大多数为好氧微生物，少数为厌氧微生物
发酵工程：指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模 化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分 离和提纯等方面
一、发酵工程的基本环节
选育菌种
配制 培养基
接种 发酵 罐内
分离提纯
产品
发酵
（一）菌种的选育
应辩证地看待这一产品。一方面。这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人 对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面这类产品是手工作坊 生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。
1．某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述
错误的是( B )
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进 行降温处理 B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程 中空气的进气量不宜太大 C．正常发酵过程中罐内的压力不会 低于大气压 D．可以通过监测发酵过程中残余糖 的浓度来决定何时终止发酵
（二）扩大培养
• 工业发酵要想在较短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量的菌 体。如何得到大量菌体来缩短生产周期？
需要经过多次扩大培养。 • 怎样对菌种进行扩大培养？ 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
（三）培养基的配制
成
碳源
氮源
合成自 身物质 提供能 量，最 常用的 是糖类
是微生物细 胞生长繁殖 和生物合成 不可缺的物 质。分为无 机氮和有机 氮两种
量引起温度升高。此外，发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部分热量，使发
酵温度降低。
用冷却水进行温度的调节
2、PH值 PH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物 的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH 就会下降；而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。
B 2．关于发酵工程的菌种说法错误的是( )
A．发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来
B．发酵工程可以利用原材料中含有的菌种
C．发酵工程的菌种可以来自基因工程
D．发酵工程的菌种可以来自诱变育种
B 3．关于啤酒生产的流程说法错误的是( )
A．让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶 B．焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丧失活性 C．糖化的目的是让淀粉分解 D．蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌
培养基定量分装前，先调
节__p__H__ ，分装后用棉
塞封瓶口，最后__灭__菌_处理。
(2)图中①过程称为___接__种___ ，从甲到丁的培养过程是为了___扩__大__培__养___ 。 白地霉菌的代谢类型为___异__养__需__氧__型_ 。 (3)为确定菌体产量，图中②操作之前，应先称量____滤__纸____ 的质量。过滤