发酵工程及其应用知识清单 高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节发酵工程及其应用发酵工程，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，规模化生产人类所需的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。一、发酵工程的基本环节1、发酵工程一般包括菌种的选育、扩大培养、培养基的配置、灭菌、接种、发酵、产品的分离和提纯等方面。2、性状优良的菌种的来源：自然界中筛选出来、诱变育种、基因工程育种。3、工业发酵罐体积大需要的菌种多，所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。4、在菌种确定之后，要选择原料制备培养基，且培养基的配方要经过反复实验才能确定，保证配方的优良性。5、发酵工程所用的菌种大多是单一菌种，因此，培养基和发酵设备都需严格的灭菌。6、现代发酵工程使用的大型发酵罐具有计算机控制系统，使发酵全过程处于最佳状态。7、发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。8、如果发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。9、谷氨酸发酵过程中，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。10、计算机控制系统能对发酵过程中的温度、Ph、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行检测和控制；还可以进行反馈控制。二、发酵工程的应用：1、发酵工程特点：生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点。2、应用：食品工业、医药工业和农牧业等许多领域。3、在食品工业上的应用：1）食品工业是微生物最早开发和应用的领域。2）食品工业主要包括三个方面：传统的发酵产品、各种各样的食品添加剂、酶制剂。3）腐乳：利用酵母菌、曲霉和毛霉等发酵制作的大豆食品。泡菜：利用乳酸菌发酵制作的蔬菜食品。果酒：以水果为原料利用酵母菌发酵制作。果醋：利用醋酸菌发酵制作而成。酱油：以大豆为主要原料利用黑曲霉发酵产品。酒类：以谷物和水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。4）食品添加剂作用：增加食品的营养，改善食品口味、色泽和品质，延长食品的保存期。如：柠檬酸广泛的食品酸度调节剂，通过黑曲霉发酵制得；味精由谷氨酸经过一系列处理得到，谷氨酸可有谷氨酸棒状杆菌发酵而成。5）酶制剂应用广泛，来源于：少数由动植物生产、绝大多数通过发酵工程生产。6）青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。生长激素释放抑制激素可用于治疗肢端肥大症。利用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。乙型肝炎疫苗是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产的。7）在农牧业上：微生物肥料如根瘤菌肥、固氮菌肥，有的也可抑制土壤病原微生物生长；微生物农药如：苏云金杆菌防止虫害，白僵菌防止玉米螟、松毛虫等，一种放线菌产生井冈霉素防止水稻枯纹病；因此，微生物农药是生物防治的重要手段；微生物饲料：用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；用单细胞蛋白制成的微生物饲料；在青贮饲料中添加乳酸菌提高饲料品质，使饲料保鲜，动物食用后提高免疫力。8）微生物含有丰富的蛋白质且生长繁殖速度很快，因此，通过发酵获得大量的微生物菌体，既单细胞蛋白。9）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。10）发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，做出了越来越大的贡献。三、啤酒的工业化生成流程：1、啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。2、发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。3、酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。4、主发酵结束后，发酵液不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵才能形成澄清、成熟的啤酒。5、发酵的温度和时间随啤酒品种和口味要求的不同有所差异。6、过程主要有：发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒、终止。7、发芽：大麦释放淀粉酶；焙烤：要求加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活；碾磨：将干燥麦芽碾磨成麦芽粉；糖化：淀粉酶将淀粉分解成糖浆；蒸煮：产生风味组分，终止酶的进一步作用，对糖浆灭菌；消毒：杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期；最后过滤、调节、分装进行出售。四、传统发酵和发酵工程的区别：1、菌种：传统发酵是天然存在的混合菌种，发酵工程是优良菌种，大多是单一菌种；2、发酵方式：传统发酵技术有液体发酵和固体发酵，发酵工程一般以液体发酵为主；3、发酵条件的控制：传统发酵不是无菌操作，发酵条件不能严格控制，易受外界条件影响，发酵工程严格无菌操作，通过现代工程技术对发酵条件精确控制，使发酵条件处于最佳状态；4、生成规模和产品：传统发酵是家庭式或作坊式，产量低，生产受季节和原料限制，产品风味及品种比较单一、质量不稳定；发酵工程生产规模大，原料来源丰富、成本低，产物多样，产量高。五、从传统发酵技术到发酵工程的发展历程：（第1、2页）1、约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵为含酒精的饮料。后来，人们通过自然发酵或曲种传代的固体发酵方法生成其他食品。2、1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵时由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。3、1897年，科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，人们逐渐了解了发酵的本质（发酵是酶的作用）。之后，微生物的分离和纯化技术得到了应用，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变。4、20世纪40年代，利用发酵工程大规模生成青霉素称为研究的主攻方向。由于青霉素产生菌是需氧型的，科学家建立了深层通气液体发酵技术，青霉素的生成实现产业化。不久，抗生素发酵工业兴起。5、1957年，用微生物生成谷氨酸获得成