发酵工程第10讲
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第一章发酵工程第1节传统发酵技术的应用发酵工程:是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。
一、发酵与传统发酵技术1.发酵的历史:约9000年前,我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。
2.1857年,法国微生物学家巴斯德通过实验证明,酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
3.由于不同的微生物具有产生不同代谢物的能力,因此利用不同微生物,通过发酵就可以生产出人们所需要的多种产物。
(1)发酵的概念:人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
(2)发酵类型好氧发酵:醋酸发酵厌氧发酵:酒精发酵、乳酸发酵4.发酵原理:不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力,因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
5.传统发酵技术的概念:直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。
6.腐乳的制作(1)参与的微生物:多种微生物参与了豆腐的发酵,如酵母、曲霉和毛霉等,其中起主要作用的是毛霉。
(2)腐乳的特点:经过微生物的发酵,豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸,味道鲜美,易于消化吸收,便于保存。
7.传统发酵技术(1)概念:直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
(2)特点::传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主,通常是家庭式或作坊式的。
(3)发酵产品:利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等,它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。
8.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗?不属于,使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算;例如直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术,若直接接种毛霉,则不属于。
二、尝试制作传统发酵食品1.相关菌种(1)乳酸菌①分布及常见菌种:乳酸菌种类很多,在自然界中分布广泛。
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程(09116)教学大纲一、课程基本信息课程中文名称:发酵工程课程代码:09116学分与学时:4学分,76学时(理论课2.5学分,52学时;实验课1.5学分,24学时)课程性质:专业必修授课对象:生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课,发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分,是生物技术产业化的重要环节,是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能,通过现代化工程技术,生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体系。
通过本课程的学习,使学时掌握微生物产品生产的基本理论,能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题,并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同,《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法,对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程,涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科,基础理论性和实践性均很强,要求基础理论和生产实践密切结合。
因此,该课程需啊哟在理论教学的同时,配合生产见习和实验的实践环节,要求学生建立实际生产的概念,在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果,培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的:从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
第1课时 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用 课标要求 1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。
2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品。
3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
考点一 传统发酵技术的应用一、发酵与传统发酵技术1.发酵的概念 发酵是人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
2.传统发酵技术二、传统发酵食品的制作1.腐乳制作(1)原理:蛋白质―――→蛋白酶小分子的肽和氨基酸。
脂肪―――→脂肪酶甘油和脂肪酸。
(2)腐乳制作过程中参与的微生物:毛霉是一种丝状真菌,其繁殖方式为孢子生殖,代谢类型是异养需氧型。
2.泡菜的制作(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理:C 6H 12O 6――→酶2C 3H 6O 3(乳酸)+能量。
(2)制作泡菜的方法步骤(3)泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化发酵时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵初期少(有O2,乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸抑制其他菌活动)积累、增多、pH下降下降(硝酸盐还原菌受抑制,部分亚硝酸盐被分解)发酵后期减少(乳酸继续积累,pH继续下降,抑制其活动)继续增多,pH继续下降下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)变化曲线注意亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的,而不是硝化细菌氧化氨形成的深度思考①在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什么?提示a.选择的泡菜坛要密封性好。
b.加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水,使盐水没过全部菜料。
c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。
②为什么泡菜坛只能装八成满?提示在泡菜发酵初期,由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃,它们可进行发酵,发酵产物中有较多的CO2,如果泡菜坛装得太满,发酵液可能会溢出坛外。
另外,泡菜坛装得太满,会使盐水不太容易完全淹没菜料,从而导致坛内菜料变质腐烂。
↓重点知识:1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.3.生物反应过程特点:①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化发酵工程知识点:1、菌种培育由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求,因此必须对菌种进行改造,如何改造培育优良菌种呢?第一,生产微生物直接合成的产物,即微生物的天然产品,如抗生素、氨基酸等,先从自然界分离出相应的菌种,再用物理或化学的方法进行诱变育种,从中筛选出产量高的菌株用于生产。
例如生产用青霉菌的培育过程。
第二,生产微生物不能合成的产物,如人的生长激素、胰岛素等产品,则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造,构建工程菌来达到生产相应产品的目的。
例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。
2、两次培养发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养,第一次是对菌种的扩大培养,第二次是发酵生产产品过程时的培养。
它们有何区别呢?第一,两次培养的目的不同。
扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖,以便得到大量的菌种用于生产。
而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。
第二,两次培养的条件不相同。
例如:酒精发酵,扩大培养要在有氧的条件下进行,让酵母菌进行有氧呼吸,获得的能量多,短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群,发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精;又如谷氨酸发酵,谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C:N=4:1,菌体大量繁殖,发酵过程的培养C:N=3:1才能大量合成谷氨酸。
3、菌体生长规律研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据,是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中,在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律,由于营养物质有限,菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。
《发酵工程及其应用》讲义一、发酵工程的概念发酵工程,简单来说,就是通过微生物的特定功能,利用现代化工程技术手段来大规模生产对人类有用的产品。
它是生物技术的重要组成部分,涵盖了微生物学、生物化学、化学工程等多个学科领域。
微生物在发酵过程中扮演着关键角色。
它们具有独特的代谢能力,可以将各种原材料转化为有价值的物质。
比如,一些细菌能够产生抗生素,某些真菌能发酵出美味的食品,像我们熟悉的酱油、醋等。
二、发酵工程的基本过程发酵工程通常包括以下几个主要步骤:1、菌种选育这是发酵的源头。
要找到性能优良、适合大规模生产的微生物菌种。
选育的方法有很多,包括从自然界筛选、诱变育种,还有现代的基因工程育种等。
就像挑选运动员一样,要选出有“潜力”的菌种。
2、培养基制备为微生物提供生长和代谢所需的营养物质。
培养基的成分要精心调配,包括碳源(如葡萄糖)、氮源(如铵盐)、无机盐和生长因子等。
不同的微生物对培养基的要求各不相同。
3、灭菌在发酵前,必须对培养基、发酵设备等进行严格灭菌,以防止杂菌污染。
这就好比给房间做大扫除,把“不速之客”统统赶出去,为微生物创造一个纯净的生长环境。
4、接种把选育好的优良菌种接入到已经灭菌的培养基中。
这一步要保证操作的无菌性,就像小心翼翼地把珍贵的种子种到肥沃的土地里。
5、发酵控制这是整个过程的核心环节。
要控制好温度、pH 值、溶氧、搅拌速度等各种条件,让微生物能够愉快地工作,大量生产我们需要的产物。
6、产物分离提纯发酵结束后,要从发酵液中把目标产物分离出来,并进行提纯和精制,得到符合要求的产品。
这有点像从一堆杂物中找出我们想要的宝贝,然后把它擦拭干净、打磨光亮。
三、发酵工程的应用领域1、食品工业发酵工程在食品领域的应用可谓历史悠久。
酸奶、面包、啤酒、葡萄酒等,都是通过微生物发酵制成的。
例如,制作酸奶时,利用乳酸菌将牛奶中的乳糖发酵转化为乳酸,使牛奶凝固并产生独特的风味和口感。
2、医药工业许多重要的药物都是通过发酵工程生产的。
《发酵工程笔记》笔者:赵可目录第一章绪论(p1) (1)1.1概念 (1)1.2发酵工程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵工程的发展简史 (2)1.6发酵工程工程的任务 (2)1.7发展方向 (3)第二章生物发酵的基本过程(p36) (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的一般过程和操作方式 (3)2.3微生物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种子扩大配培养(p44) (5)3.1概念 (5)3.2种子扩大培养工艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种子具备的条件 (6)3.2.3影响种子的质量因素 (6)3.2.4种子质量控制措施 (6)第四章发酵培养基(p48) (6)4.1一般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素: (8)4.3.2摇瓶实验: (8)4.3.3正交实验:多因素多水平 (8)第五章发酵过程产物分析(p53) (8)5.1分析项目按性质分可分三类: (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动力学(p59) (8)6.1发酵动力学概念 (8)6.2研究发酵动力学的目的 (9)6.3动力学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4生物反应类型 (9)6.5发酵的目的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到高产目标的方法 (10)6.8发酵动力学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动力学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞生长动力学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动力学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动力学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图(来自中国MOOC余龙江教授) (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵(p81) (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作工艺 (15)7.1.2菌体生长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适用范围: (16)7.2.2物料流加方式 (16)7.2.3补料分批动力学 (16)7.3高密度发酵 (16)7.3.1影响高密度发酵生产的因素 (16)7.3.2高密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别? (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第八章连续发酵(p105) (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作方式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制方式 (21)8.7连续发酵的实际应用 (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在工业上的应用 (23)第九章微生物的现代固态发酵(p121) (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的比较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微生物 (25)9.1.7固态发酵的界面作用 (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应用 (26)第十章基因工程菌株发酵(p154) (27)10.1工业化生产的基因工程菌应具备的条件 (27)10.2基因工程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因工程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施: (27)10.3.3生产过程: (27)第十一章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素(p167) (28)第十二章发酵控制工程(p183) (28)12.1讨论与问题 (28)第十三章空气除菌(p250) (29)13.1几个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树立无菌概念,强调无菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵工程的灭菌工程(p228) (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2干热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空气除菌 (34)13.8.1发酵用无菌空气的概念和质量标准 (34)第十四章发酵工程设备(p265) (35)14.1通气发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通气发酵罐 (35)14.1.2自吸式发酵罐 (35)14.2嫌气发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵工程》1-14章节笔记第一章绪论(p1)1.1概念发酵工程利用微生物或动植细胞的生长繁殖和代谢活动以及特定功能,通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系;是将传统发酵与现代的DNA重组,细胞融合,分子修饰,和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术;它是渗透有工程学的微生物学和细胞生物学,是现代生物技术产业的基础与核心。