1.4發(fā)酵工程及其應(yīng)用 課件 高二下學(xué)期生物蘇教版選擇性必修3

第四節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用第一章

發(fā)酵工程情境導(dǎo)入大腸桿菌是與我們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系非常密切的一類細(xì)菌。在科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們之后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，它們一直被當(dāng)作正常腸道菌群的組成部分，而不是致病菌。直到0世紀(jì)中葉，人們才認(rèn)識(shí)到_些特殊類型的大腸桿菌具有相當(dāng)強(qiáng)的毒性。由于它們緊殖得非?？?，一旦傳播開來將造成嚴(yán)重疫情。那么，它們繁殖得有多快呢？積極思維大腸桿菌的繁殖有多快？事實(shí)：1大腸桿菌是原枝核生物，細(xì)胞擬核內(nèi)有一個(gè)環(huán)狀的雙鏈DNA分子。細(xì)胞分裂前，DNA分子會(huì)進(jìn)行復(fù)制。分裂時(shí)一般是以簡(jiǎn)單的二分裂方式進(jìn)行無性繁殖的。2.在適宜條件下，大腸桿菌分裂一次僅番要20-30min。以分裂-次需要20min為例，在最佳條件下，一個(gè)大腸桿菌8h后理論上可達(dá)到1600多萬個(gè)，10h后可超過10億個(gè)…3.實(shí)際上，大腸桿菌在生長和繁殖過程中，會(huì)消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)，環(huán)境pH也會(huì)發(fā)生政變，所以大腸桿菌不可能始終如上面的描述般大量增殖。積極思維大腸桿菌的繁殖有多快？思考：1.計(jì)算

人的腸道環(huán)境非常適合大腸桿菌的生長和繁殖。利用計(jì)算器計(jì)算一個(gè)大腸桿菌在人的腸道中24h后，理論上能達(dá)到的數(shù)量。2.推理

大腸桿菌是一類細(xì)菌?；谌粘Ｉ钪卸喾N細(xì)菌影響我們生活的實(shí)例（如肉湯腐?。?，推理細(xì)菌除了繁殖快之外，可能還會(huì)具有的特征。繁殖快是細(xì)菌等微生物的一項(xiàng)特定功能，發(fā)酵工程還充分利用微生物的其他特定功能，為人類生產(chǎn)各類有用的產(chǎn)品或提供相關(guān)服務(wù)。那么，微生物還有哪些特定功能呢？這些特定功能又是如何被發(fā)酵工程所利用的呢？發(fā)酵工程利用了微生物的特定功能微生物的種類主要包括：細(xì)菌、真菌和病毒等。葡萄球菌枯草桿菌霍亂弧菌通過前面的活動(dòng)，我們已經(jīng)感悟到微生物具有生長旺盛、繁殖快的特定功能。在發(fā)酵工程液體培養(yǎng)中，接種后細(xì)菌細(xì)胞數(shù)量會(huì)呈幾何級(jí)數(shù)增長。微生物體形微小、類群龐雜、種類繁多，它們還具有一些共同的特定功能和特點(diǎn)。發(fā)酵工程利用了微生物的特定功能微生物具有吸收多、轉(zhuǎn)化快的特定功能。資料表明，能夠發(fā)酵乳糖的大腸桿菌在1h內(nèi)可分解重達(dá)其自重1000~10000倍的乳糖；產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力要比大豆強(qiáng)100倍。微生物吸收多、轉(zhuǎn)化快的特定功能為發(fā)酵工程產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物提供了保障。產(chǎn)朊假絲酵母微生物具有吸收多、轉(zhuǎn)化快的特定功能。微生物具有適應(yīng)性強(qiáng)、易變異的特定功能。這為通過育種大幅度地提高菌種的生產(chǎn)性能提供了保障。例如，1943年時(shí)，每毫升青霉素發(fā)酵液僅能生產(chǎn)約20單位青霉素，而目前每毫升青霉素發(fā)酵液已能產(chǎn)出超過5萬單位的青霉素。青霉菌發(fā)酵工程利用了微生物的特定功能微生物還具有種類多、分布廣的特點(diǎn)。據(jù)鑒定，已發(fā)現(xiàn)的微生物有20多萬種，且不斷有新種被發(fā)現(xiàn)。許多微生物分別具有抵抗冷、熱、酸、堿、高壓、高輻射和適應(yīng)有氧或無氧等環(huán)境的特定功能。這些微生物可分布于土壤、水體、大氣等各種環(huán)境，甚至分布于冰川、火山口等極端環(huán)境，可根據(jù)需要在發(fā)酵工程中將這些特定功能加以利用。微生物種類繁多不僅體現(xiàn)在物種的種類上，還體現(xiàn)在微生物的生理代謝類型上。例如，有能分解石油或纖維素的微生物，有能通過化能合成作用或光合作用產(chǎn)能的微生物，有能分解氰化物、酚、多氯聯(lián)苯等有毒物質(zhì)的微生物，有能合成各種復(fù)雜有機(jī)物的微生物。潘多拉病毒黑曲霉菌現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的能水解纖維素的微生物有綠色木霉、變異青霉、黑曲霉、根霉等。它們都屬于霉菌。發(fā)酵工程利用了微生物的這些特定功能生產(chǎn)多種多樣的產(chǎn)品，且應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。有資料表明，僅利用大腸桿菌即可生產(chǎn)2000-3000種蛋白質(zhì)；人類發(fā)現(xiàn)的抗生素已經(jīng)超過9000種，其中絕大多數(shù)來自微生物。發(fā)酵工程利用了微生物的特定功能青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素，在“二戰(zhàn)”期間，青霉素挽救了數(shù)以萬計(jì)的生命，被稱為“有魔力的子彈”。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價(jià)格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?發(fā)酵工程的一般過程采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物或動(dòng)植物細(xì)胞的特定功能，在人工控制的環(huán)境下生產(chǎn)滿足人類需求的特定產(chǎn)品等的工程技術(shù)稱為發(fā)酵工程。對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐設(shè)計(jì)成功嚴(yán)格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、營養(yǎng)物、泡沫等)大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品微生物的特定功能現(xiàn)代化工程技術(shù)接種選育菌種制備培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品在青霉素生產(chǎn)過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)啤酒生產(chǎn)青霉素生產(chǎn)味精黑曲霉啤酒酵母黃青霉谷氨酸棒狀桿菌在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定。性狀優(yōu)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(yè)發(fā)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(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵工程中所用的菌種大多數(shù)是單一菌種，一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌?，F(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；還可以進(jìn)行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)排氣管pH計(jì)冷卻水排出口冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口放料管閥門培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器和控制裝置冷卻水進(jìn)入口

這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量、產(chǎn)物的濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。還要及時(shí)添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。

環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)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(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。發(fā)酵工程的一般過程如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)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(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。發(fā)酵工程的一般過程接種選育菌種制備培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器及控制裝置冷卻水進(jìn)入口閥門空氣入口放料管生物傳感器裝置攪拌葉輪發(fā)酵液冷卻夾層冷卻水排出口pH計(jì)排氣管電動(dòng)機(jī)抽取樣本進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓控制溶解氧含量不斷攪拌的目的：①使菌種與發(fā)酵液混合均勻，提高原料利用率；②加快O2的溶解以及散熱。發(fā)酵工程的一般過程電動(dòng)機(jī)D1排氣管C3pH計(jì)B3冷卻水排出口C2冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪D2生物傳感器裝置B4空氣入口A4放料管A2A3

閥門A1培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口B1觀察孔B2取樣管B5溫度傳感器和控制裝置C1冷卻水進(jìn)入口裝置編號(hào)主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培養(yǎng)物以一定速度進(jìn)入、流出發(fā)酵罐，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)控制溶解氧含量通過肉眼觀察、儀器檢測(cè)等監(jiān)控發(fā)酵條件以及發(fā)酵過程，B2處抽取樣品進(jìn)一步檢測(cè)。通過控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行攪拌，使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣溶解以及散熱。發(fā)酵罐示意圖發(fā)酵工程的一般過程分離、提純，獲得產(chǎn)品（1）如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥得到產(chǎn)品。（2）如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。發(fā)酵生產(chǎn)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等不能直接排放到外界環(huán)境，需如何處理?二次清潔或滅菌處理。達(dá)到清潔生產(chǎn)的要求。如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，如何分離得到產(chǎn)品？如果是代謝物呢？發(fā)酵產(chǎn)品類型獲得產(chǎn)品的方法微生物細(xì)胞代謝物過濾、沉淀等方法適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施發(fā)酵工程的一般過程發(fā)酵工程的優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)物專一原料來源豐富且價(jià)格低廉生產(chǎn)條件溫和廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小和容易處理發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。發(fā)酵工程的一般過程積極思維什么是分批發(fā)酵方式？事實(shí)：1.目前有些產(chǎn)品的生產(chǎn)采用分批發(fā)酵方式，即一次投料、一次接種、一次收獲的間歇發(fā)酵方式。2.在分批發(fā)酵過程中，單細(xì)胞微生物（如細(xì)菌）的生長狀況隨著發(fā)酵罐中各種物質(zhì)濃度的變化表現(xiàn)出一定的規(guī)律。根據(jù)不同培養(yǎng)時(shí)間里細(xì)菌數(shù)量的變化，可以作出一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間數(shù)量變化規(guī)律的曲線，稱為生長曲線。該曲線說明，單細(xì)胞微生物細(xì)胞群體（如細(xì)菌）在整個(gè)培養(yǎng)過程中主要經(jīng)歷了延滯期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等生長時(shí)期。對(duì)數(shù)期時(shí)間/h延滯期O1020304050細(xì)菌濃度/（g·L-1）穩(wěn)定期衰亡期積極思維什么是分批發(fā)酵方式？思考：1.分析

嘗試推測(cè)單細(xì)胞微生物生長曲線形成的原因。2.預(yù)測(cè)

描述單細(xì)胞微生物（如細(xì)菌）在連續(xù)發(fā)酵的狀態(tài)下的生長情況。延滯期：細(xì)菌等微生物在剛接種到一個(gè)新的環(huán)境之后，需要經(jīng)歷一個(gè)短暫的適應(yīng)時(shí)期，延滯期內(nèi)微生物一般不增殖。對(duì)數(shù)期：接著，微生物進(jìn)人對(duì)數(shù)期，此時(shí)細(xì)胞分裂增殖旺盛，活微生物數(shù)量增長速率最高。隨著生長速率和數(shù)量的增加，微生物濃度呈幾何級(jí)數(shù)增長。由于此時(shí)微生物的代謝活性高、生命力強(qiáng)，在生產(chǎn)上常作為“種子”，是科學(xué)研究中理想的實(shí)驗(yàn)材料。穩(wěn)定期：隨后微生物的生長速率維持相對(duì)穩(wěn)定，這時(shí)如能及時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)或分離代謝產(chǎn)物，改善培養(yǎng)條件，可延長穩(wěn)定期。衰亡期：隨著培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，代謝產(chǎn)物的積累和pH等環(huán)境條件的變化，微生物生長受到影響，生長速率降低，死亡速率逐步增加，活的微生物量逐步減少。此時(shí)微生物代謝活性降低，呈現(xiàn)衰老和自溶現(xiàn)象。為了更好地克服分批發(fā)酵所存在的缺點(diǎn)，技術(shù)人員又設(shè)計(jì)了連續(xù)發(fā)酵的方式，即在一個(gè)培養(yǎng)基可流動(dòng)的裝置（如發(fā)酵罐）中，以一定的速率不斷地放出老的培養(yǎng)基和代謝產(chǎn)物，同時(shí)不斷添加新的培養(yǎng)基和調(diào)節(jié)相關(guān)發(fā)酵條件（如pH），使發(fā)酵過程保持相對(duì)穩(wěn)定。連續(xù)發(fā)酵有單罐連續(xù)發(fā)酵和多罐連續(xù)發(fā)酵等方式。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了發(fā)酵罐的多次滅菌、清洗、出料等步驟，縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備的利用率和單位時(shí)間產(chǎn)量等。應(yīng)用：酒精、丙酮和丁醇等產(chǎn)品的生產(chǎn)中發(fā)酵工程的一般過程發(fā)芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發(fā)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(yè)化生產(chǎn)：淀粉→麥芽糖→葡萄糖發(fā)酵工程的一般過程蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌。酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期。過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。糖漿啤酒花過濾冷卻裝瓶裝罐儲(chǔ)存罐接種發(fā)酵工程的一般過程完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成在低溫、密閉的環(huán)境下，儲(chǔ)存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒。啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，菌種的選育、對(duì)原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、產(chǎn)品的消毒等使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高發(fā)芽

焙烤

碾磨

糖化

蒸煮

發(fā)酵

消毒

終止主發(fā)酵后發(fā)酵發(fā)酵工程的一般過程發(fā)酵工程的一般過程類別“精釀”啤酒“工業(yè)”啤酒原料是否添加食品添加劑麥芽汁濃度發(fā)酵時(shí)間特點(diǎn)只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水麥芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等不添加添加

較高，口味濃郁較低，口味清淡長，可達(dá)2個(gè)月短，通常7天左右產(chǎn)量低、價(jià)格高產(chǎn)量高、價(jià)格低發(fā)酵工程的一般過程我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖所示。（1）發(fā)酵工程一般包括菌種的選育、_________、培養(yǎng)基的配制、滅菌、接種、發(fā)酵、產(chǎn)品的分離、提純等方面。啤酒酵母的新陳代謝類型是_________________。（2）在釀酒過程中常加入_________（填某種植物激素）以縮短大麥發(fā)芽的時(shí)間，從而減少有機(jī)物的消耗。焙烤階段應(yīng)注意控制溫度，不能使_________失活。擴(kuò)大培養(yǎng)

異養(yǎng)兼性厭氧型赤霉素淀粉酶現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用（3）發(fā)酵階段的底物是_________，發(fā)酵液和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的_________處理。（4）請(qǐng)寫出一條啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，可以使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量得到明顯提高的工程手段：（5）請(qǐng)寫出一條發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的原因：葡萄糖滅菌

隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量、產(chǎn)物濃度；及時(shí)添加必需的營養(yǎng)組分；嚴(yán)格控制發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、pH、溶解氧含量、罐壓和攪拌速率等發(fā)酵條件

生產(chǎn)條件溫和；原料來源豐富且價(jià)格低廉；產(chǎn)物專一；廢棄物對(duì)環(huán)境污染小、易處理現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用（1）發(fā)酵工程可以生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等。通過誘變的青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素，青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)推動(dòng)了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。（2）基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動(dòng)植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗例：生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素。例：生產(chǎn)紫杉醇、青蒿素前體等化合物。例：生產(chǎn)乙肝疫苗的方法。發(fā)酵工程的應(yīng)用——醫(yī)藥改造菌種02工程菌01疫苗03利用經(jīng)過基因改造的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素未來可能用微生物來生產(chǎn)過去只能從植物中提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過發(fā)酵生產(chǎn)疫苗問題:閱讀課本40-41頁，明確發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上有哪些應(yīng)用？發(fā)酵工程的應(yīng)用——醫(yī)藥①生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)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(diào)制a.醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類b.各種酒類的生產(chǎn)微生物最早開發(fā)和應(yīng)用的領(lǐng)域；產(chǎn)量和產(chǎn)值都居于發(fā)酵工業(yè)的首位。發(fā)酵工程的應(yīng)用——食品實(shí)例：檸檬酸是一種食品酸度調(diào)節(jié)劑，可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得；由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精；生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑：許多食品添加劑都能通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。添加了檸檬酸的飲料增加食品的營養(yǎng);改善食品的口味、色澤和品質(zhì);延長食品的保存。食品添加劑的作用表1-2常用的幾種食品添加劑添加劑類型舉例酸度調(diào)節(jié)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(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶發(fā)酵工程的應(yīng)用——食品食品直接生產(chǎn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)過程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長食品儲(chǔ)存期改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味酶制劑的作用α-淀粉酶β-淀粉酶果膠酶氨基酸肽酶脂肪酶…

…酶制劑生產(chǎn)酶制劑：少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)；絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。發(fā)酵工程的應(yīng)用——食品生產(chǎn)微生物肥料1.利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的

、

等來增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長；2.有的還可以抑制土壤中病原微生物的生長，減少病蟲害的發(fā)生。有機(jī)酸生物活性物質(zhì)微生物肥料的作用：利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥微生物肥料的種類：發(fā)酵工程的應(yīng)用——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥微生物農(nóng)藥的作用機(jī)理：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害實(shí)例：蘇云金桿菌→

防治80多種農(nóng)林蟲害。白僵菌→防治玉米螟、松毛蟲等蟲害。井岡霉素→防治水稻枯紋病。防治類型：生物防治發(fā)酵工程的應(yīng)用——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)微生物飼料微生物含有豐富的

。且繁殖速度快。蛋白質(zhì)

以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的

，即單細(xì)胞蛋白，用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。微生物菌體原理：實(shí)例1：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白=微生物菌體在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。實(shí)例2：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和維生素等單細(xì)胞蛋白發(fā)酵工程的應(yīng)用——農(nóng)業(yè)利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)②對(duì)極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境）的利用利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量①解決資源短缺與環(huán)境污染問題發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在助力解決

、

、

和

等方面的重大問題上，作出了越來越大的貢獻(xiàn)。糧食環(huán)境能源健康發(fā)酵工程的應(yīng)用——其他

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過微生物

技術(shù)篩選或其它技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是

_______菌種原材料中天然存在的

菌種發(fā)酵方式

發(fā)酵為主固體發(fā)酵或__________發(fā)酵為主對(duì)發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格_____操作，防止雜菌污染。通過

技術(shù)對(duì)發(fā)酵條件精確地控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)。不是無菌操作，容易受到

污染。對(duì)發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制，易受

影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富，成本_____，產(chǎn)物_____，產(chǎn)量_____。通常是

或作坊式的，產(chǎn)量低。生產(chǎn)往往受

和原料限制。產(chǎn)品風(fēng)味品種比較_____，質(zhì)量

。相同點(diǎn)都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的純培養(yǎng)單一混合液體半固體無菌現(xiàn)代工程雜菌外界條件低多樣高家庭式季節(jié)單一不穩(wěn)定微生物發(fā)酵工程的應(yīng)用——其他食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品農(nóng)牧業(yè)其他方面生產(chǎn)食品添加劑發(fā)酵工程應(yīng)用生產(chǎn)酶制劑采用基因工程的方法，將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物直接對(duì)菌種進(jìn)行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品生產(chǎn)微生物肥料生產(chǎn)微生物農(nóng)藥生產(chǎn)微生物飼料解決資源短缺與環(huán)境污染問題將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐課堂小結(jié)1.下列有關(guān)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)的敘述，正確的是()A.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)有發(fā)酵原料的預(yù)處理、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制、菌種選育和擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)物的分離與提純等B.接種是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，接種必須在無菌條件下進(jìn)行C.發(fā)酵過程中，不能再向發(fā)酵罐中添加營養(yǎng)物質(zhì)，以免造成污染D.整個(gè)發(fā)酵過程中通過人工方法對(duì)發(fā)酵過程中溫度、pH、溶解氧等進(jìn)行檢測(cè)和控制，從而使發(fā)酵過程處于最佳狀態(tài)隨堂訓(xùn)練答案：A解析：發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物或動(dòng)植物細(xì)胞的特定功能，在人工控制的環(huán)境下生產(chǎn)滿足人類需求的特定產(chǎn)品等的工程技術(shù)。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)有發(fā)酵原料的預(yù)處理、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制、菌種選育和擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)物的分離與提純等，A正確；發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，B錯(cuò)誤；在發(fā)酵過程中，要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度，以了解發(fā)酵進(jìn)程，同時(shí)要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，如溫度、pH、溶解氧，故發(fā)酵過程中可能需要適時(shí)添加營養(yǎng)物質(zhì)等，C錯(cuò)誤；現(xiàn)在，發(fā)酵工程已經(jīng)發(fā)展到可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制的階段，D錯(cuò)誤。2.由于發(fā)酵工程具有生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價(jià)格低廉、產(chǎn)物專一等特點(diǎn)，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下列有關(guān)發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的描述，錯(cuò)誤的是()A.醬油是以大豆為主要原料，利用霉菌制作而成的B.啤酒發(fā)酵的過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段，其中，酵母菌的繁殖在主發(fā)酵階段完成，大部分糖的分解和代謝物的生成在后發(fā)酵階段完成C.味精是由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的谷氨酸經(jīng)過一系列處理獲得的D.由于酶制劑催化效率高、專一性強(qiáng)、作用條件溫和，因此在使用時(shí)要考慮酶制劑的使用量、底物的種類以及適宜的溫度和pH答案：B解析：醬油是以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制而成的，A正確。啤酒發(fā)酵的過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段，酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成；主發(fā)酵結(jié)束后，在低溫、密閉環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間屬于后發(fā)酵階段，B錯(cuò)誤。谷氨酸棒狀桿菌在中性和弱堿性條