1 第六章 发酵工程与食品产业
1、发酵工程概述
1.1 发酵的定义
传统发酵用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
生理学上的发酵指微生物的有氧呼吸和无氧呼吸以外的一种生物氧化作用，通过底物水平磷酸化来获得代谢能ATP，同时将内源的有机化合物还原成发酵产物。
工业上的发酵泛指利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式。
1.2发酵工程的应用范围
1.3发酵工业的发展历史
天然发酵时代
发酵工业第一个转折期：纯培养技术
发酵工业第二个转折期：通风搅拌技术
发酵工业第三个转折期：代谢控制发酵技术
发酵工业第四个转折期：发酵原料的转变
发酵工业第五个转折期：遗传工程技术
1.4 发酵过程的组成部分
2、发酵设备与基本工艺过程
2.1 生物反应器
发酵罐是供微生物在灭菌后的培养基中进行生命活动和代谢的设备。
要求：能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，从而获得高产。
2.1.1厌氧发酵设备
对这类发酵罐的要求：能封闭；能承受一定压力；罐内应尽量减少死角；有冷却设备
2.1.2好氧发酵设备
2.1.2.1机械搅拌式发酵罐
原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
典型类型：通用式发酵罐和自吸式发酵罐。
1）通用式发酵罐
通用式发酵罐是指既具有机械搅拌，又有压缩空气分布装置的发酵罐。
它是利用机械搅拌器的作用使通入的无菌空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，满足微生物生长繁殖和发酵所需要的氧气，同时强化热量的传递。
通用式发酵罐的基本要求：发酵罐罐体各部分的尺寸应具有适宜的比例；发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧；发酵罐应具足够冷却面积；搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
发酵罐的结构：
（1）罐体的尺寸比例
（2）搅拌器
选修教案
第五章 微生物与发酵工程
第三节 发酵工程简介
知识方面（1）发酵工程的概念（知道）。（2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。（3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。
教学重点：发酵工程的概念和内容
教学难点：在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行
一、设疑引出新课题
前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。
二、进行新课
（一）介绍谷氨酸发酵的生产实例
教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片，指导学生观察并作适当讲解。
讨论后教师小结如下：从投影片我们可以看出，谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。下面我们就来看看在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。
提出问题：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？
教师活动：以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。
讨论后教师小结：只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。
提出问题：有了菌种用什么样的培养基去培养呢？
教师活动：通过复习有关培养基的知识，使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。教师活动：出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格并指导学生观察、思考。
通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类，进而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。
第二轮专题复习 微生物与发酵工程
微生物与自然界的物质循环、人类健康及生产活动有着密切的关系；发酵工程是一种生物技术，在食品工业和医药工业中有着广泛的应用前景。
●难点磁场
1.以下不属于发酵工程范畴的是（ ）
A.利用需氧型青霉菌生产青霉素
B.缺氧时人的某些组织细胞产生乳酸
C.利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精
D.利用乳酸菌制作泡菜
2.微生物的生长包括四个时期，其中微生物的增长接近于“J”型增长的是（ ）
A.调整期 B.对数期 C.稳定期 D.衰亡期
3.在细菌的群体生长曲线中，产生初级代谢产物和次级代谢产物的最佳时期分别是（ ）
A.调整期、对数期 B.调整期、稳定期
C.对数期、稳定期 D.稳定期、稳定期
1.发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于（ ）
①冷水供应不足 ②微生物代谢旺盛 ③培养基不新鲜 ④搅拌 ⑤放料口排出产物
A.①②③④⑤ B.②③④ C.①④ D.②④
命题意图：本题重在考查学生对发酵工程及其原理的理解能力和知识分析能力。
知识依托：①微生物代谢的知识；②培养基的相关知识；③发酵罐的结构。
错解分析：有些学生容易选B项。其思维障碍主要是培养基的新鲜程度可影响代谢速度，与产热无关。
解题的方法与技巧：此题用排除法较易做。首先题目问的是使温度升高的热量来源，而冷却水只能带走热量，不能产生热量，故排除了答案A和C；其次培养基的新鲜程度可影响代谢速度，但与热量无直接关系，放料口排出产物属同理，故排除选项B；再分析答案D中的②，微生物发酵过程中要进行呼吸作用可产生大量的化学能，且大部分转变成了热能可使温度升高，而搅拌除了增加溶氧、加快反应速度外，同时还通过摩擦产生了热能也可使温度升高。
答案：D
2.有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是（ ）
A.发酵中要不断地通入空气
发酵工程知识点
绪论 1.传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指
酒的生产过程。 1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物
作用的结果。” 2.生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种
方式，或者更严 格 地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原
产能反应。 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。 3.工业上的发酵：在微生物工业中，把所有通过微生物或其他生物细胞（动、植物细胞）
的培养，统称为 发
酵。
包括： 1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶以及转化产物等。
现代生物技术─分子生物学与发酵工程 氨基酸发酵工业──谷氨酸、赖氨酸
核酸发酵工业──肌苷酸、乌苷酸
微生物变异株通过代谢调节──代谢控制发酵技术
切断支路代谢转折点: 酶的活力调控, 酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏) →解除菌体
自身的反馈 调节,提高终产物水平。
细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新
的有用的微生物：
增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数，可以大幅度地提高目标产物的产量；
酒曲是我国酿酒技术的重大发明，也是世界上最早的一种复合酶制剂。 三、发酵工程的组成
从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵控制、下游工程
四、微生物发酵产品的类型:1,菌体、酶，2 初级代谢产物，3 次级代谢产物，4 外源物质转化产物。
五、发酵方法的类别与流程
（1）类别：根据对氧的需要区分： 厌氧和好氧发酵
根据培养基物理性状区分： 液体和固体发酵 根据从微生物生长特性区分： 分批发酵和连续发酵
按发酵原料来区分: 糖类物质发酵, 石油发酵, 废水发酵
按发酵产物区分：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵、酶制
