高三生物一轮复习课件【知识建构+精讲精练】传统发酵技术与发酵工程

传统发酵技术与发酵工程发酵与发酵工程01发酵发酵工程发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物代谢转化为人类所需的产物的过程。(教材P5黑体字)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。（教材章前语）原料人类所需产物适宜的条件微生物代谢(复杂分子)(简单分子)蛋白质、多糖氨基酸、抗生素传统发酵技术与应用02传统发酵技术霉豆腐醋酱油豆豉泡菜直接利用原材料中天然存在的微生物前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物操作简单易上手有利于传承文化生产条件不易控制容易受杂菌污染生产效率低传统发酵技术与应用02让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制环境中蛋白质脂肪小肽氨基酸甘油脂肪酸++酵母、曲霉和毛霉等多种微生物(毛霉起主要作用)创造毛霉生长环境防止杂菌污染，避免豆腐的腐败由酒及各种香辛料置成，抑制微生物的生长同时增加风味和口感实例1：腐乳的制作尝试制作传统发酵食品03制作果酒制作果醋酵母菌-真菌醋酸菌-细菌制作泡菜乳酸菌-细菌O2的需求小积累微生物发酵的类型培养基状态发酵是否连续好氧发酵特点需要不断地为微生物提供空气或O2来保证好氧微生物进行有氧呼吸和正常生长。实例氨基酸、抗生素、酶制剂和多数有机酸等的生产需要经历好氧发酵。厌氧发酵特点在密封且无空气的发酵罐中进行发酵实例乳酸、啤酒、葡萄酒、白酒、沼气等生产需要厌氧发酵尝试制作传统发酵食品03培养基状态小积累微生物发酵的类型O2的需求发酵是否连续固体发酵微生物在几乎没有可流动水的湿固体培养基上生长的发酵方式酒曲、堆肥、青贮饲料的发酵(传统发酵),厌氧菌发酵居多优点：污染环境少，耗能低；缺点：发酵慢，难控制液体发酵微生物在有完全流动性的液体中生长的发酵方式现代工业发酵(发酵工程)，好氧菌发酵居多适用面广、易于机械化和自动化生产半固体发酵介于固体和液体发酵之间，其发酵的基质具有一定流动性尝试制作传统发酵食品03小积累微生物发酵的类型O2的需求培养基状态发酵是否连续连续发酵以一定速度一边将新鲜的培养基添加到发酵罐内，一边将含有产物的培养液放出的发酵方式。大规模生产乙醇、单细胞蛋白、食用酵母等优点：缩短发酵周期，提高效率；缺点：难控制、应用不广泛分批发酵将所有物料一次性加入发酵罐中，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收，清理罐体，重新开始新的装料发酵的发酵方式。现代工业发酵常用优点：操作简单，易于掌握，缺点：只能在有限时间内发酵尝试制作传统发酵食品03菌种名称生物分类代谢类型适宜温度繁殖方式发酵对氧的需求乳酸菌酵母菌醋酸菌真核生物异养兼性厌氧出芽生殖

前期需氧，后期不需氧原核生物异养需氧30—35℃二分裂一直需氧原核生物异养厌氧二分裂密闭不需氧18—25℃18—20℃原理过程C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶②-1酵母菌先在有氧条件下大量繁殖②-2再在无氧条件下进行酒精发酵C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量酶C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶③-1醋酸菌在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶③-2当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸①乳酸菌在无氧条件下将糖分解成乳酸C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶尝试制作传统发酵食品03尝试制作传统发酵食品03实例2：泡菜的制作步骤称取食盐清洗蔬菜配置盐水清洗、修整、切条、晾干泡菜盐水香辛料发酵成品盐的作用盐浓度过低盐浓度过高冷却的目的调味，抑制微生物生长杂菌大量繁殖口味不佳防止影响乳酸菌的生命活动Tips1向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵过程中经常补充！Tips2装坛后加一些已经制好的泡菜汁----相当于接种发酵微生物，可缩短腌制时间。Tips3亚硝酸盐亚硝酸盐在生活中广泛分布，摄入过多，会引起中毒。步骤称取食盐清洗蔬菜配置盐水清洗、修整、切条、晾干泡菜盐水香辛料发酵成品亚硝酸盐膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但：氧化维生素C、E和酚类物质亚硝胺硝酸盐亚硝酸盐还原细菌等微生物(硝酸还原菌产生硝酸还原酶)化学致癌因子尝试制作传统发酵食品03实例2：泡菜的制作尝试制作传统发酵食品03实例2：泡菜的制作原理：比色法酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。亚硝酸盐的检测尝试制作传统发酵食品03实例3：果酒和果醋的制作步骤葡萄汁装入发酵瓶(留1/3空间)清水缓冲,次数不宜太多每12h瓶盖拧松一次再拧紧，从瓶口取样检测发酵情况避免洗掉野生酵母菌在果酒发酵过程中产生CO2

，防止瓶内气压过高引起爆裂。提示：①在果酒的制作中，除酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物生长。乳酸菌可能分解果酒中的有机物，使其变质。醋酸菌在有氧的条件下会将乙醇转化为醋酸，从而影响果酒发酵，②醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。小积累果酒和果醋改进装置及其分析充气口出料口在乙酸发酵时连接充气泵进行充气用来取样排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效地阻止空气中的微生物的进入，避免感染排气口装置使用：①酒精发酵时，充气口关闭；排气口排除二氧化碳。②乙酸发酵时，充气口连接气泵，输入氧气。尝试制作传统发酵食品03尝试制作传统发酵食品03例1.利用卷心菜发酵制作泡菜的过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。下列叙述不正确的是（）A.酵母菌和乳酸菌均有由核膜包被的细胞核B.发酵初期乳酸菌建立了明显的菌种优势C.前6天pH下降主要由乳酸菌代谢引起D.发酵中期酵母菌通过无氧呼吸为细胞增殖提供能量例2.在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒，下列说法正确的是（）A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动AB发酵工程及其应用04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。（教材章前语）大规模生产发酵产品对发酵原理的认识微生物纯培养技术建立密闭式发酵罐设计成功严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)微生物的特定功能现代化工程技术选育菌种扩大培养接种灭菌配制培养基发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品发酵工程的基本环节和发酵罐示意图发酵工程及其应用04选育菌种②方法优点：经济实惠缺点：自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长。自然筛选、诱变育种或基因工程育种自然筛选诱变育种优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物缺点：技术要求高扩大培养工业发酵罐体积(几十~几百m3)接入的菌种体积(几~几十m3)发酵工程及其应用04①性状优良的菌种可以加速发酵过程，缩短生产周期生产柠檬酸生产啤酒生产青霉素黑曲霉啤酒酵母黄青霉黑曲霉蛋白酶配制培养基灭菌菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。①原因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。②灭菌对象培养基和发酵设备③实例在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。原因：杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物质抑制菌种生长而使产量下降发酵工程及其应用04发酵罐内发酵中心环节①随时检测培养液微生物数量、产物浓度，以了解发酵进程。③检测和控制：温度、pH、溶解氧、压强、通气量、搅拌、泡沫和营养等。②环境条件不仅影响微生物生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。发酵工程及其应用04产物专一生产条件温和原料来源丰富且价格低廉废弃物对环境污染小且容易处理发酵工程的特点在食品工业上的应用在医药工业上的应用在农牧业上的应用在其他方面的应用发酵工程的应用发酵工程及其应用041.在食品工业上的应用①生产传统发酵产品酱油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、调制酱油的生产谷物或水果酿酒酵母各种酒类各种酒类的生产发酵工程及其应用041.在食品工业上的应用①生产传统发酵产品发芽12焙烤3碾磨4糖化大麦水糖化罐大麦种子发芽，释放淀粉酶。加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。淀粉水解形成糖浆。发酵工程及其应用041.在食品工业上的应用①生产传统发酵产品蒸煮56发酵7消毒8终止产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。酵母菌将糖转化为酒精和CO2杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。过滤、调节、分装啤酒进行出售。糖浆啤酒花过滤冷却装瓶装罐储存罐发酵工程及其应用041.在食品工业上的应用②生产各种各样的食品添加剂添加剂类型举例酸度调节剂L-苹果酸、柠檬酸、乳酸增味剂5`-肌苷酸二钠、谷氨酸钠着色剂β-胡萝卜素、红曲黄色素增稠剂黄原胶、β-环状糊精、结冷胶防腐剂乳酸链球菌、溶菌酶增加食品的营养延长食品的保存期改善食品的口味、色泽和品质淀粉淀粉酶葡萄糖黑曲霉柠檬酸柠檬酸合成酶谷氨酸棒状杆菌发酵谷氨酸味精处理氧气发酵工程及其应用041.在食品工业上的应用③生产酶制剂酶制剂：从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。分类：胞内酶和胞外酶特点：易于工业化生产，便于改善工艺、提高质量。举例：果胶酶；脂肪酶；α-淀粉酶；β-淀粉酶；氨基酸肽酶发酵工程及其应用042.在医药工业上的应用①发酵工程生产的药物各种抗生素多种氨基酸多种激素多种免疫调节剂①发酵工程生产的药物的方法动植物的基因微生物直接改造微生物转入微生物病原体的抗原基因转入发酵工程药物药物疫苗发酵工程及其应用043.在农牧业上的应用①生产微生物肥料微生物肥料的原理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、增强植物抗病性和抗逆性。利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的的发生。常见微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥发酵工程及其应用043.在农牧业上的应用②生产微生物农药利用微生物或其代谢物来防治病虫害常见微生物农药：苏云金杆菌(Bt毒蛋白):防治80多种农林害虫白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛虫放线菌(井冈霉素):防治水稻枯纹病拓展微生物农药防治与化学农药防治的比较项目微生物农药防治化学农药防治防治机理利用微生物或其代谢物来防治虫害利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）进行防治优点成本低、无污染、可以维持生态平衡见效快，操作简单缺点防止速度慢成本高、污染环境，不利于维持生态平衡发酵工程及其应用043.在农牧业上的应用③生产微生物饲料以微生物为发酵菌种，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体的生物发酵饲料。单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。常见微生物饲料-发酵工程及其应用044.在其他方面的应用a.利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。解决资源短缺与环境污染问题。b.极端微生物的利用嗜热菌、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发酵工程及其应用04例3.啤酒生产的简要流程如图所示，制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子，糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是（）A.在整个发酵过程中，要始终保持严格的无菌、厌氧环境B.用赤霉素溶液浸泡大麦种子，目的是促进α-淀粉酶合成C.在接种酵母菌前进行冷却处理，是为了避免杀死酵母菌种D.包装后放置的啤酒变酸且产生