高中生物第二章生物科学与工业2.1微生物发酵与食品生产

微生物发酵及其应用第1页为何要利用微生物？抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为何能经过微生物发酵来生产？这与微生物生长和代谢特点有什么关系？1、一些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其它种类微生物杀死。2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收小分子多肽或氨基酸、葡萄糖。3、微生物细胞会经过合成或分解代谢生产它必需一些物质，包含氨基酸、核苷酸等。第2页为何要利用微生物？微生物繁殖非常快速微生物培养易于控制微生物本身也轻易改造第3页什么是发酵？利用微生物，在适宜条件下，将原料经过特定代谢路径转化为人类所需要产物过程。第4页发酵工业经历了哪几个阶段？原始发展阶段（发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步迟缓，完全是经验式，并不知道其中原理

。）传统发酵工业阶段（人们才开始了解发酵现象本质，采取开放式发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模普通不大。）当代发酵工业阶段（生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种生产能力大幅度提升，新产品、新技术、新设备应用到达前所未有程度。

）生物技术产业阶段（利用构建基因工程菌生产

）第5页什么是发酵工程？采取当代化工程技术伎俩，利用微生物一些特定功效，为人类生产有用产品，或直接把微生物应用于工业生产过程一个新技术。第6页发酵工程第7页发酵工程第8页发酵工程我国工业生产味精使用菌种主要是经过诱变育种得到营养缺点型北京谷氨酸棒状杆菌

第9页发酵工程啤酒制造工艺流程第10页发酵工程啤酒制造工艺流程第11页微生物应用酒类：包含果酒、啤酒、白酒及其它酒均是利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产。白酒经过蒸馏，所以酒主要成份是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其它醇类和少许低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中葡萄糖，转化为酒精，而其它营养成份会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵酒液中。所以，果酒和啤酒营养价值较高。

第12页微生物应用醋：食品店或超市出售醋中，除了白醋是由化学合成食品级醋酸勾兑外，其它则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发酵产生酒精转化为醋酸生产。因为使用微生物菌种或曲种差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其它有机酸，因而使醋有不一样风味。

第13页微生物应用酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其它有麦麸、小麦、玉米等，将上述原料经粉碎制成固体培养基，在好氧条件下，利用产生蛋白酶霉菌，如黑曲霉进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量蛋白酶，将培养基中蛋白质水解成小分子肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，含有特殊香味。

第14页微生物应用酱：以大豆和少许面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发酵。发酵过程主要是能够产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶霉菌，将大豆中蛋白质、脂肪、淀粉分解，产生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等各种物质。这些物质使酱含有独特酱香味。第15页微生物应用酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵，将乳糖分解，并深入发酵产生乳酸和其它有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。所以，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不适应症者优良食品。

第16页微生物应用醪糟：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种根霉，在好氧条件下，发酵生产含低浓度酒精和不一样糖分食品。根霉在生长时会产生大量淀粉酶，将大米中淀粉水解成葡萄糖，同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。因为使用根霉菌种不一样，能够生产不一样酒精度、不一样甜度和不一样香味醪糟。

第17页微生物应用面包：现在面包均是利用活性干酵母（面包酵母）经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制生产。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。第18页微生物应用馒头：以前做馒头面粉是经自然发酵后蒸制，假如连续使用面肥发酵，经几代发酵，微生物会因生长优势而单一化。发酵菌种普通多为乳酸菌。因为发酵产酸，在蒸制前要用碱中和酸，制得馒头才松软适口、带有特殊香味。现在，大批量生产是采取干酵母发酵，所以不产酸，不需要再用碱中和即可蒸制。第19页微生物应用泡菜：请参看《生物技术实践》专题1课题3（乳酸菌）腐乳：请参看《生物技术实践》专题1课题2（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）酸菜：与泡菜类似。第20页微生物应用糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调整色泽；果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改进口感、预防粘牙、延长储存期等作用；各类罐头，包含蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，保留营养和改进口感等；各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调整口味、口感；饭店、食堂和家庭制作菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。能够说市场上出售各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%～80%食品添加剂是用发酵法，或发酵产生酶，加工生产。第21页微生物应用制药业：抗生素、氨基酸、维生素生产厂家；食品业：醋、酱油、酱、酒等生产厂家；轻工业：柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黄原胶、甘油等生产厂家；化工业：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等生产厂家；饲料业：饲料添加剂生产厂家；农药业：农用抗生素、微生物肥料、微生物农药等生产厂家。第22页酒类：假如酒（葡萄酒等）、米酒、白酒等；有机溶剂：如乙醇、丙酮、丁醇、甘油；有机酸：如醋酸、乳酸、葡萄糖酸、柠檬酸、酒石酸、衣康酸、长链二元酸（以十三到十八碳直链烷烃为原料发酵产品）；氨基酸：如谷氨酸（单谷氨酸钠又称味精）、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、丝氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等；核苷酸及其类似物：如鸟嘌呤核苷酸（5’-GMP）、肌苷酸（5’-IMP）、腺嘌呤核苷酸（5’-AMP）、黄嘌呤核苷酸（5’-XMP）等；抗生素：包含疾病治疗药用抗生素，农业和畜牧业用于防病抗病抗生素，如青霉素、头孢霉素、链霉素、四环素、土霉素、红霉素、稻瘟素、井岗霉素、春日霉素等等；多糖：如黄原胶、普鲁兰等；酶：如碱性蛋白酶（洗涤剂）、中性蛋白酶（洗涤剂等）、脂肪酶（洗涤剂）、α-淀粉酶（淀粉水解）、葡萄糖淀粉酶（葡萄糖生产）、葡萄糖异构酶（高果糖糖浆生产）、纤维素酶（纤维素水解、纺织品加工）、果胶酶（食品、水果加工等）、凝乳酶（奶酪制造）、青霉素酰化酶（青霉素母核生产）、天冬氨酸酶（L天冬氨酸制造）、延胡索酸酶（L苹果酸制造）、葡萄糖氧化酶（检验葡萄糖）、乳酸脱氢酶（临床检验）、链激酶（治疗血栓）等等，当前世界上有100各种酶用微生物发酵生产，应用于不一样领域。第23页发酵培养基配制

微生物营养物质有六大类要素，即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。生长因子：一些微生物本身不能从普通碳源、氮源合成，需要额外少许加入才能满足需要有机物质，包含氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有时也包含一些脂肪酸及其它膜成份

第24页发酵培养基配制标准①营养物质应满足微生物需要。不一样营养类型微生物对营养需求差异很大，应依据菌种对各营养要素不一样要求进行配制。②营养物浓度及配比应恰当。营养物浓度太低，不能满足微生物生长需要；浓度太高，又会抑制微生物生长。③物理、化学条件适宜。（pH、水活度、渗透压）④在设计培养基时，必须考虑是要培养菌体，还是要积累菌体代谢产物；是试验室培养，还是大规模发酵等问题。第25页练习利用酵母菌发酵生产酒精时，投放最适原料和产生酒精阶段要控制必要条件是（）A．玉米粉和有氧B．大豆粉和有氧C．玉米粉和无氧D．大豆粉和无氧C第26页练习关于单细胞蛋白叙述正确是（）A．是从微生物细胞中提取蛋白质B．经过发酵生产微生物菌体C．是微生物细胞分泌抗生素D．单细胞蛋白不能作为食品B单细胞蛋白是利用淀粉或维生素水解液，制糖工业废液，石化产品等为原料，经过发酵取得大量微生物菌体，所以不是特指微生物某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。第27页练习谷氨酸棒状杆菌培养液常采取灭菌方法是（）A．高压蒸汽灭菌B．高温灭菌C．加入抗生素灭菌D．酒精灭菌A单细胞蛋白是利用淀粉或维生素水解液，制糖工业废液，石化产品等为原料，经过发酵取得大量微生物菌体，所以不是特指微生物某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。第28页练习工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采取最好方法是（）A．加大菌种密度B．改变碳源和氮源百分比C．改变菌体细胞膜通透性D．加大葡萄糖释放量C谷氨酸棒状杆菌能够利用C6H12O6，经过复杂代谢过程形成谷氨酸；谷氨酸合成过量，使合成路径中止，要提升谷氨酸产量最好方法是改变菌体细胞膜通透性，使谷氨酸能快速排放到外面，防止因过量引发合成路径中止。第29页练习关于灭菌和消毒不正确了解是（）A．灭菌是指杀灭环境中一切微生物细胞、芽孢和孢子B．消毒和灭菌实质上是相同C．接种环用灼烧法灭菌D．惯用灭菌方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法B1．灭菌是指采取强烈理化原因杀死一定环境中全部微生物细胞、芽孢和孢子办法，是彻底杀死。消毒是一个采取较温和理化原因，杀死物体表面或内部一部分对人体有害病原菌，而对被消毒物体基本无害办法，是部分杀灭。2．惯用灭菌方法：物理杀菌惯用方法：高温、辐射、超声波和激光等；化学杀菌惯用方法：表面消毒剂和化学治疗剂，如抗生素，中草药有效成份。

第30页练习为研究微生物群体生长规律，常将少许某种细菌接种到培养基中，取样测定培养基里细菌数目，以时间为横坐标，以细菌数目标对数为纵坐标，得到生长曲线图，对培养基要求是（）A．恒定容积液体培养基B．任意容积液体培养基C．恒定容积半固体培养基D．任意容积半固体培养基A第31页练习在啤酒生产过程中，发酵是主要步骤。生产过程大致以下：将经过灭菌麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输人发酵罐。早期，酵母菌快速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐步耗尽。随即，酵母菌繁殖速度快速下降，糖度加速降解，酒精浓度渐渐上升，泡沫不停增多。当糖浓度下降到一定程度后，结束发酵。最终分别输出有形物质和鲜啤酒。依据上述过程，回答以下问题：（1）该过程表明啤酒酵母异化作用特点是

。（2）早期，酵母菌快速繁殖主要方式是

。（3）经测定酵母菌消耗糖中，98.5％形成了酒精和其它发酵产物，其余1.5％则是用于

。（4）请写出由麦芽糖→葡萄糖→酒精反应方程式。（5）假如酵母菌消耗糖（没有麦芽糖，相对分子质量为342）有98.5％（质量分数）形成酒精（相对分子质量为46.0）和其它发酵产物。设有500t麦芽汁，其中麦芽糖质量分数为8.00％，发酵后最多能生产酒精浓度为3.20％（质量分数）啤酒多少吨？第32页练习[答案]（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸（2）出芽生殖（3）酵母菌本身生长和繁殖（4）C12H22O11+H2O2C6H12O6

C6H12O62C2H5OH+2CO2（5）C2H5OH相对分子质量为46.0（500t×8.00%×98.5%×46×4/342）/0.032=662t第33页练习尽管微生物发酵有各种各样产物，但通常它们生产能力小而且单一，不能胜任大批量工业生产，于是，科学家们想方设法使它们“功力”增加几十倍到上百倍，从而成为本事高强“高级工人”。第一个方法是用人工方法让微生物DNA发生突变。比如在DNA分子长链中插入或删除碱基，或者把某一碱基换成另外一个。然后在这些动过“小手术”菌种中筛选出符合我们要求，能增加产量个体。（1）发酵工程第一个方法从遗传学角度看，属于哪一类型变异？这类变异有何特点？第34页练习第二种方法叫“原生质融正当”。这是将两种且有不一样发酵本事微生物细胞放在一起进行处理，溶解掉细胞壁，让它们原生质相互融合。等到重新长出细胞壁后，一个新微生物就诞生了。它能够同时含有两种微生物发酵能力，也可能产生新本事。（2）第二种方法从遗传学角度看属于哪一类型变异？所诞生新型微生物其后代含有什么特点？第35页练习第三种方法是经过直接转移遗传物质DNA，制备出有超强能力发酵微生物。以下是一个发酵生产维生素C（后称Vc）例子：科学家找到两种微生物——草生欧文氏菌和棒状杆菌。当它们共同作用时，能够经过发酵而产生Vc，以后人们发觉，这两种菌在生产Vc过程中好像