1.3 发酵工程及其应用（解析版）.docx

第一章发酵工程

第3节发酵工程及其应用

（课前+课中+课后，三案一体）

课前案

【预习新知】

一、发酵工程的基本环节

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：例如，以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制成酱油；以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵产生各种酒类。

（2）生产各种各样的食品添加剂：如通过黑曲霉的发酵制备柠檬酸；由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，，再经一系列处理制成味精。

（3）生产酶制剂。

2.在医药工业上的应用

主要用于抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等生产领域。

3.在农牧业上的应用

（1）生产微生物肥料：利用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。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。

（2）生产微生物农药：利用微生物或其代谢物来防治虫害。

（3）生产微生物饲料：通过发酵获得大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。

4.其他方面的应用

（1）利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。

（2）极端微生物用于生产实践，如嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。

【预习自测】

1.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（X）

2.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（√）

3.生产谷氨酸的菌种是谷氨酸棒状杆菌、金黄色葡萄球菌。（X）

4.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。（√）

5.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（√)

第3节发酵工程及其应用课中案

【导】

青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。

那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？

【思】

1.什么是发酵工程？

2.发酵工程的一般流程是什么？

3.发酵工程在生产上有哪些重要的价值？

【议】

一、发酵工程的基本环节

1.怎样对菌种进行扩大培养？

将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。

2.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？

①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；②生产所需代谢物的产量高；

③发酵条件易控制；④菌种不易变异，退化等。

3.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随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；

④及时添加必需的营养组分；

⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制。

4.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？

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。

5.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，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。

二、发酵工程的应用

1.酵母菌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？

酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。

3.与传统的手工发酵相比，在上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；