发酵工程

课题22：第五章微生物与发酵工程第三节发酵工程简介

一、【自主学习】

(一)应用发酵工程的生产实例------谷氨酸发酵：

1、常用的谷氨酸产生菌：、等。

2、培养基：（1）按物理性质属培养基；（2）按化学成分属培养基；

（3）培养基中除水、无机盐外，碳源由提供，氮源来自，生长因子为。（4）培养液配制完成后，投放到发酵罐中，通入的蒸汽进行灭菌，冷却后，在条件下加入菌种，即为接种。

3、发酵过程：

（1）氧气供应：谷氨酸棒状杆菌是菌，因此发酵过程中要不断通入，并搅拌。搅拌的意义是及

。

（2）温度：℃；（3）pH：；（4）时间：h。（二）发酵工程的概念和内容：

1、概念：采用现代工程技术手段，利用为人生产有用的产品或

直接把应用于工业生产的一种新技术。

2、内容：

（1）菌种的选育：方法为、及，其中的方法获得的微生物可生产出一般微生物不能生产的产品。

（2）培养基的配制：要根据选择原料配制培养基且配方要经过

后才能确定。

（3）灭菌：发酵过程中一旦污染杂菌将会导致甚至，因此及均需经过严格灭菌。

（4）扩大培养和接种：要将选育出的优良菌种经过达一定数量后再进行接种。

（5）发酵过程：这是发酵的中心阶段，此过程中除需随时取样检测外，还要及时

以满足菌种的，同时要严格控制

与转速等发酵条件，这是因为环境条件的变化，不仅会

而且会。如谷氨酸发酵中当时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。其中对溶氧的控制可通过及调节；对pH的控制可通过

及在培养基中加调节。

（6）分离提纯：发酵工程产品有两类，即和。如果产品是，可采用过滤、沉淀等方法分离；如果产品是，可采用等方法提取，分离提纯后的产品，还要经过才能成为正式产品。

（三）发酵工程的应用：

1、医药工业方面：生产人们使用最多的药物，即及药物。

2、食品工业方面：生产发酵产品（酒精、醋等），生产及微生物菌体即。

二、【合作探究】

1、谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？

2、有了菌种和合适的培养基，那发酵的主体设备在生产过程中有什么用呢？

3、在菌种的选育中如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，一般采用什么方法获得菌种？如果生产的是一般微生物不能合成的产品，则一般采用什么方法获得菌种？

4、发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？如何防止杂菌的污染呢？怎样才算灭菌彻底呢？

5、工业发酵要想在较短的时间内得到大量的发酵产物，这无疑需要大量的菌体。如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？如何对菌种进行扩大培养呢？扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？

6、发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？

三、【精彩回放】

1、(08江苏生物)图甲是果醋发酵装置。发酵初期不通气，溶液中有气泡产生；中期可以闻到酒香；后期接种醋酸菌，适当

升高温度并通气，酒香逐渐变成

醋香。图乙中能表示整个发酵过

程培养液pH变化的曲线是

（）

A．①B．②

C．③D．④

2、(08上海生物)利用纤维素解

决能源问题的关键，是高性能纤维素酶的获取。请完善实验方案，并回答相关问题。

【实验目的】比较三种微生物所产生的纤维素酶的活性。

【实验原理】纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖，用葡萄糖的产生速率表示酶活性大小；用呈色反

应表示葡萄糖的生成量。

【实验材料】三种微生物（A～C）培养物的纤维素酶提取液，提取液中酶蛋白浓度相同。【实验步骤】

（1）取四支试管，分别编号。

（2）在下表各列的一个适当位置，填写相应试剂的体积量，并按表内要求完成相关操作。

（3）将上述四支试管放入37℃的水浴，保温1小时。

（4）在上述四支试管中分别加入试剂，摇匀后，进行处理。（5）观察比较实验组的三支试管与对照组试管的颜色及其深浅。

【实验结果】

微生物A提取物微生物B提取物微生物C提取物颜色深浅程度＋＋＋＋＋＋

【分析讨论】

（1）该实验中的对照组是号试管。

（2）实验组试管均呈现的颜色是，但深浅不同。

（3）上述结果表明：不同来源的纤维素酶，虽然酶蛋白浓度相同，但活性不同。若不考虑酶的最适pH和最适温度的差异，其可能原因是。（4）你认为上述三种微生物中，最具有应用开发价值的是。

（5）从解决能源问题的角度，开发这种纤维素酶的意义在于

。

3、（07全国理综I）通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸，生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述，正确的是（）

A．溶氧充足时，发酵液中有乳酸的积累

B．发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响谷氨酸的产量

C．菌体中谷氨酸的排出，有利于谷氨酸的合成和产量的提高

D．发酵液PH值呈碱性时，有利于谷氨酸棒状杆菌生成乙酰谷氨酰胺

4、（07山东理综）34、【生物—生物技术实践】

乙醇等“绿色能源”的开发备受世界关注。利用玉米秸秆生产燃料酒精的大致流程为：

（1）玉米秸秆预处理后，应该选用_____________酶进行水解，使之转化为发酵所需的葡萄糖。

（2）从以下哪些微生物中可以提取上述酶？______________（多选）

A、酿制果醋的醋酸菌

B、生长在腐木上的霉菌

C、制作酸奶的乳酸菌

D、生产味精的谷氨酸棒状杆菌

E、反刍动物瘤胃中生存的某些微生物

（3）若从土壤中分离生产这种酶的微生物，所需要的培养基为____________（按功能分），培养基中的碳源为_________________。

（4）发酵阶段需要的菌种是_______________，生产酒精要控制的必要条件是