食品发酵工程-3(发酵工艺条件的优化)
发酵工程及其运用(第一课时)高二生物课件(人教版2019选择性必修3)
实战训练
3．关于发酵工程说法错误的是() A．依赖微生物纯培养技术的建立 B．发酵设备都是密封的 C．食品、医药工业离不开发酵工程 D．发酵工程与工农业生产也有密切关系
实战训练
4.发酵工程的一项关键措施是灭菌,下列关于灭菌的叙述,正 确的是( )
A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌 B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌 C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的 D.pH调到7左右灭菌效果最好
选择培养基的原理、概念、类型、举例
微
生
选择培养基的作用
物
微生物选择培养获取纯培养物的方法-稀释涂布平板法
的
选 微生物的选择培养 稀释涂布平板法的操作过程
择 培
稀释涂布平板法的注意事项
养
间接计数法 — 稀释涂布平板法
和 微生物的数量测定
计
直接计数 —计数板计数法
（1）土壤取样
数
培养基的制备
土壤中分解尿素的
A.培育青霉素高产菌株的育种方法是诱变育种 B.过程①②的目的是快速增加菌种的数量 C.过程③中可以用化学药物进行灭菌处理 D.过程④常用的方法是过滤和沉淀
实战训练
5.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和 接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识 错误的是( ) A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点 B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身 C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等 D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵
方法
将培养到生长速度最 快时期的菌体分开，
再进行培养。
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内 发酵
发酵工程及其应用
《第1章发酵工程》第3节发酵工程及其应用必会知识考点梳理拓展延伸易错警示必会知识一发酵工程的基本环节1．发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。
2．选育菌种(1)常用菌种：主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。
(2)菌种特点：①对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。
②有极强的消化能力。
③有极强的繁殖能力。
(3)菌种来源：①从自然界中筛选出优良菌种。
②利用诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。
③利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，构建出能生产相应产品的菌种。
3．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，在进行接种前，要对菌种进行扩大培养。
(1)目的：增加菌种的数量，缩短生产周期。
(2)方法：将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
4．配制培养基(1)类型：发酵工程一般使用液体培养基。
(2)要求：①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。
②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成。
③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
5．灭菌和接种：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。
因此，培养基和发酵设备必须经过严格的灭菌，接种过程中要注意防止杂菌污染。
6．发酵罐内发酵—发酵工程的中心环节7．分离、提纯产物，获得发酵产品发酵产品分离、提纯方法必会知识二发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品①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、调制成的酱油产品：②以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产的各种酒类。
发酵工程及其应用知识点
发酵工程及其应用知识点发酵工程及其应用知识点1. 发酵工程的定义发酵工程是一门综合性的学科，它研究微生物在合适培养基条件下生长和代谢所产生的产物，通过合适的发酵工艺控制微生物的生长和代谢，从而获得所需要的产物。
2. 发酵工程的基本原理发酵工程主要利用微生物的生长、代谢特性，以及合适的发酵工艺控制，来实现所需产物的生产。
其基本原理包括：- 微生物生长与代谢特性：包括微生物的生长曲线、生长速率、代谢产物的合成途径等。
- 发酵工艺控制：包括发酵培养基的选择和优化、气体供应和搅拌的控制、温度、pH 值等环境因素的控制。
- 发酵工程设备：包括发酵罐、气体供应系统、温度、pH 值控制系统等。
3. 发酵工程的应用领域发酵工程广泛应用于食品、制药、化工等领域，主要包括以下几个方面：- 食品工业：发酵工程用于葡萄酒、啤酒、面包、味精等食品的生产，通过微生物的代谢产生的产物，提高产品品质。
- 制药工业：发酵工程用于抗生素、维生素、酶、多肽等药物的生产，通过微生物大规模培养来获得药物原料。
- 化工工业：发酵工程用于合成某些化学品，如有机酸、氨基酸等，在提高产量和降低成本的同时，减少了对传统化工工艺的依赖。
- 环境保护：发酵工程利用微生物的代谢能力，对有机废水、有机废气等进行处理，达到净化环境的目的。
4. 发酵工程中的微生物发酵工程中常用的微生物有细菌、真菌、酵母、嗜热菌等。
根据不同的生产需求和工艺特点，选择不同的微生物进行培养。
其中，酵母菌在食品工业和酒精工业中应用广泛，细菌如大肠杆菌在制药工业中应用较多。
5. 发酵培养基的选择和优化发酵培养基是微生物生长的营养物质来源，其组成的选择和优化对发酵工程的成功至关重要。
发酵培养基的组成包括碳源、氮源、无机盐、微量元素等。
优化发酵培养基的目的是提高产量、降低生产成本。
常用的优化方法包括统计优化方法、响应面法等。
6. 发酵工艺的控制发酵工艺的控制包括温度、pH 值、气体供应和搅拌等方面。
发酵工程
发酵工程第一章发酵工程：是现代生物学的重要组成部分、由早期的酿造工艺演化至今，已经进入高科技领域，是生物科学的重要领域。
发酵：指厌氧发酵产生co2气体的现象。
生理意义：微生物在无氧环境下的一种呼吸，是微生物获取能量的一种方式。
发酵工程的发展阶段：第一阶段：天然发酵阶段19世纪中叶之前列文虎克—显微镜、巴斯德—巴氏消毒第二阶段：纯培养技术（19世纪末至20世纪30年代）乳酸的发酵科赫—细菌培养技术第三阶段：通气搅拌发酵技术的建立亚历山大·弗莱明—青霉素第四阶段：代谢控制发酵和现代发酵工程技术发展发酵工业特点：优点：1、产物结构的特异性和复杂性2、产物过程的安全性3、主要原料的可再生性4、原料的可替换性5、反应的自控性6、副产物的可综合利用性7、生产能力的可提高性8、设备的可通用性9、产物类型的可塑性缺点：1、副产物多、分离精制困难2、反应速度慢3、原料转化率低4、反映浓度低5、生产稳定性差6、设备庞大、辅助设备多7、废水废渣多8、生产过程中容易污染9、通气搅拌冷却，耗能大生产流程1.繁殖种子和发酵生产所用的培养基组分确定2.培养基加发酵罐及其他设备的灭菌3.接种4.在最适环境下经行发酵培养5.产物萃取和精制由实验室研制到产业化的过程菌种筛选—摇瓶实验—发酵罐中试—发酵生产思考题发酵的定义：微生物在无氧环境下的呼吸，是微生物获取能量的一种方式发酵工程的定义：使用现代技术手段，利用微生物某些特定功能为人类生产产品，或是直接把微生物利用于工业生产中的一项技术。
发酵的流程：1.繁殖种子和发酵生产所用的培养基组分确定2.培养基加发酵罐及其他设备的灭菌3.接种4.在最适环境下经行发酵培养5.产物萃取和精制发酵的分类：按照能量获取：好氧发酵、厌氧发酵产物类型：初级代谢产物发酵、次级代谢产物发酵、食品发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵、维生素发酵、抗生素发酵操作类型：自然发酵、纯种发酵、混种发酵、分批发酵、半连续式发酵、连续发酵、固态发酵、液态发酵。
发酵工程研究进展
发酵工程研究进展1.发酵工程技术的发展趋势与方向发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。
它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。
发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很多，以传统食品来说，东方有酱、酱油、醋、白酒、黄酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。
这些发酵食品都是数千年来凭借人类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用微生物生产的产品。
1.1发酵工程技术的发展发酵技术的发展经历了如下几个阶段：(1)自然发酵阶段：这个阶段为从史前到19世纪末，主要特征为人类利用自然接种的方法进行传统酿造食品的生产。
(2)纯培养厌氧发酵技术的建立：这个阶段始于19世纪末，20世纪初，主要特征为人类在显微镜的帮助下，把单一的微生物进行纯培养，在密闭容器中进行厌氧发酵生产酒精等工业产品。
(3)通气搅拌发酵技术的建立：这个阶段始于20世纪40年代，其技术特征为，成功地建立起深层通气进行微生物发酵的一整套技术，有效地控制了微生物有氧发酵的通气量、温度、pH和营养物质的供给，使得抗生素、柠檬酸、酶制剂等好氧发酵产品的生产成为可能，是现代发酵工业的开端。
(4)代谢调控发酵技术的建立：这个阶段始于20世纪60年代，其技术特征为，以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节机制，选择巧妙的技术路线，人为地控制目的代谢产物的大量合成，从而得到所需产品。
(5)现代发酵工程技术的建立：这个阶段始于20世纪70年代，其主要技术特征表现在如下几个方面：①原生质体融合技术、基因工程技术的发展和在微生物菌种选育方面的应用，为发酵工程技术带来了方法上、手段上的重大变化和革命。
②计算机控制发酵技术，固定化细胞技术，发酵工程优化控制技术，先进的提取、分离、纯化技术以及现代化的发酵与提取设备的应用，使发酵工业得到了迅速的发展，并展现了广阔的前景。
发酵工程知识点
发酵工程知识点发酵（fermentation）无氧条件下，有机化合物进行不彻底分解代谢释放能量的过程。
利用生物体或生物细胞（含动物、植物和微生物细胞），在合适的条件下，经特定的代谢途径生产所需产物或菌体的过程。
发酵工程（Fermentation Engineering）：发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用生物体或生物细胞的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把生物体或生物细胞应用于工业生产过程的一种新技术。
发酵工程的特点1 安全、简单：常温常压条件要求简单2 原料来源广，价格低：淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，矿石资源、石油产品甚至废水、废料亦可。
3 反应专一：发酵通过生物体的自动调节完成，专一性强，可得较为单一的代谢产物。
4 代谢多样：即使是极其复杂的高分子化合物，也能在自然界找到所需的代谢产物。
5. 易受污染：培养基营养丰富，适合非目的微生物的生长6. 菌种易变异：通过变异和菌种筛选，可获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。
时间时期主要技术1900年前自然发酵天然接种1900~1939年纯培养单种微生物分离与纯培养技术1940~1956年通气培养通气搅拌的好气性发酵工程技术1957~1959年代谢控制人工诱变育种与代谢控制发酵1960~1978年全面发展发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术；微生物生物合成和化学反应合成相结合工程技术1979年至今基因工程原生质体融合技术和DNA重组技术发酵生产方式：根据生产用微生物种类进行分类：自然发酵自然环境或原料中天然存在的微生物菌群（传统发酵：酿酒、制醋、做酱等）单菌纯种发酵现在发酵工业常用（谷氨酸、抗生素、酶制剂）混菌纯种发酵2种及2种以上纯培养的微生物进行混合发酵，现代发酵技术应用到传统发酵食品的形式。
（直投式发酵剂生产酸乳、液体酿酒新工艺）根据培养基的物理状态进行分类固态发酵发酵基质呈不流动状态，传统发酵常用。
高中生物选择性必修三 第三单元 发酵工程及应用((含答案))高二生物单元复习知识清单
第一章发酵工程第3节发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节1.发酵工程的基本环节：菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵罐内发酵，产品分离、提纯等方面。
2．选育菌种目的：获得性状优良的菌种。
3.选育方法（菌种来源）：可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
4.菌种选育的重要性（意义）:优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。
5.扩大培养：(1)目的：获得更多的菌种。
(2)原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。
(3)扩大培养的培养基：一般为液体培养基。
6．配制培养基的要求：（1）在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基。
（2）在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
（即不断优化培养基）7．培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌原因：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。
8.灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。
9．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。
大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
10．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。
11.发酵罐内发酵严格控制发酵条件的原因：（1）环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；（2）严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。
12.发酵罐内发酵要求：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
13.不同发酵条件的影响实例——谷氨酸发酵（1）在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸。
（2）在酸性条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。
发酵工程电子版
发酵工程电子版(总53页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--发酵工艺原理（发酵工程）讲义适用生物工程、生物技术、制药工程及生物科学专业用王莘第一章绪论发酵工业应用：生物生物学一、发酵定义：从工业微生物角度的发酵：利用培养微生物来获得产物的有氧或厌氧的任何过程，现在有扩大到培养生物细胞（含有动物、植物和微生物）获得产物的所有过程。
从发酵工业角度的发酵：借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物体本身，或共同直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
传统发酵：酱油、醋、酒、长毛豆腐。
新兴发酵：有机酸、酶制剂、抗生素。
发酵工业的划分：食品工业（酿造工业）和非食品工业（发酵工业）发酵工业：利用生物的生命活动生产的酶对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。
二、发酵工业具备的条件：①要有某种适宜的微生物。
②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧浓度，酸碱度等）。
③要有进行微生物发酵的设备。
④要有将菌体或代谢产物提取出来精制成产品的方法和设备。
三、发酵工业的改革1．天然发酵阶段特点：1）家庭作坊式生产；2）容易感染细菌； 3）厌氧发酵；4）非纯种培养；5）凭经验传授技术； 6）产品质量不稳定。
2．纯培养技术的建立阶段纯培养阶段特点：（1）．多为好氧产品；（2）、均为表面培养；（3）、产品生产过程简单；（4）、设备要求不高；（5）、生产规模不大。
3．通气搅拌发酵技术的建立阶段第二次世界大战爆发，1929年英国人费莱明发现青霉素，迅速形成工业大规摸生产。
1940年英国人费洛里精制分离青霉素医治战伤药物。
发酵工业新篇章：发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物。
发酵工程产业化发展：发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
1.3发酵工程及其应用
第1章发酵工程第3节发酵工程及其应用学习目标必备知识一、发酵工程的基本环节二、发酵罐三、发酵工程的应用拓展延伸高考链接模拟演练1.掌握发酵工程的基本环节2.理解发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值一、发酵工程的基本环节1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过严格灭菌才能确定。
4．灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的菌种加入发酵罐中6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的必需的营养组分，要严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。
7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，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蒸馏、萃取措施来获得产品。
二、发酵罐1.发酵装置分析（1）培养物或营养物质的加入口，阀门和放料口：控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养。
（2）空气入口：控制溶解氧。
（3）观察孔、取样管、温度传感器和控制装置、生物传感器装置、pH计：通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，取样管处抽取样品进一步检测。
（4）冷却水进入口和排出口：通过控制冷水流速调节罐温。
（5）排气管：调节罐压（6）电动机和搅拌叶轮：电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
2.发酵罐使用注意事项：(1)发酵罐在使用前要进行灭菌，培养基和发酵设备一般用蒸汽灭菌，空气采用过滤的方法除菌。
原因分析：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响；要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理；用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。
食品行业中发酵工程的应用
食品行业中发酵工程的应用发酵工程是指利用微生物或酶等生物体系，通过调控相关文化条件（如温度、Ph值、适宜的营养物质等）使其在一定程度上实现产生目标物质的过程。
发酵工程在食品业中的应用广泛，其主要作用为：1. 酸奶/乳酪/乳饮料类食品的制备发酵工程在乳制品生产中具有广泛的应用。
用做酸奶乳饮料的牛乳，必须经过发酵后才能达到相应的口感和营养成分。
在酸奶乳饮料生产过程中，发酵工程通过制备为乳中酸奶菌所需要的培养基并且维护恰当的发酵条件，使乳中的乳糖发酵成乳酸并产生气泡，生成口感酸甜、醇厚香型的酸奶乳饮料。
2. 酿酒类饮品的制造发酵工艺在酿酒类食品中扮演着至关重要的角色。
用于酿造葡萄酒、啤酒的原料花酵母菌，通过调节不同的糖化酵素，水解葡萄糖生成酒精然后形成相应风味的物质。
黑啤就是典型的例子。
通过对大麦麦芽发酵，使得啤酒中增加了酵母和酒精，预先添加一些特定酵母菌，并且调控合适的温度和压力，brewly啤酒此时就圆润甜美而不失苦涩。
3. 酱油/醋等调味品的制造酱油、醋等调味料的制备与微生物的生长及其代谢具有密切的联系。
不同的酱油或醋品种，需要不同的微生物，而不同的微生物在分解不同的底料时所产生的芳香物质、风味物质也是不同的。
因此，在发酵工程中，需要精细调控适宜的pH、适宜的气候条件和合适的转速、发酵时间等参数以使醋和酱油产生好的口感和香气。
4. 革兰氏染色和结构解析在生物化学的研究领域中，发酵工程也有着广泛的应用。
通过调节生菌的生长条件（如种类、培养基组成、生长温度等），可以利用发酵过程来提高相关的蛋白质、酶、药物等生产。
革兰染色也是应用发酵工程进行细胞结构解析等研究的重要领域之一。
总之发酵工程的应用在食品行业中得到了广泛的接纳与重视。
其实是可以显著提高食品制造效率和产品的品质。
同时也为我们的日常生活，提供更加高质量健康的食品提供了充分的保障。