一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
1、發(fā)酵工程一般包括菌種的選育、擴(kuò)大培養(yǎng)、培養(yǎng)基的配置、滅菌、接種、發(fā)酵、產(chǎn)品的分離和提純等方面。
2、性狀優(yōu)良的菌種的來源：自然界中篩選出來、誘變育種、基因工程育種。
3、工業(yè)發(fā)酵罐體積大需要的菌種多，所以，在發(fā)酵之前還需要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。
4、在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基，且培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)實驗才能確定，保證配方的優(yōu)良性。
5、發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一菌種，因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都需嚴(yán)格的滅菌。
6、現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐具有計算機(jī)控制系統(tǒng)，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。
7、發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。
8、如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。
9、谷氨酸發(fā)酵過程中，在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸，在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
10、計算機(jī)控制系統(tǒng)能對發(fā)酵過程中的溫度、Ph、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進(jìn)行檢測和控制；還可以進(jìn)行反饋控制。
二、發(fā)酵工程的應(yīng)用：
1、發(fā)酵工程特點：生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點。
2、應(yīng)用：食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域。
3、在食品工業(yè)上的應(yīng)用：
1）食品工業(yè)是微生物最早開發(fā)和應(yīng)用的領(lǐng)域。
2）食品工業(yè)主要包括三個方面：傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、各種各樣的食品添加劑、酶制劑。
3）腐乳：利用酵母菌、曲霉和毛霉等發(fā)酵制作的大豆食品。
泡菜：利用乳酸菌發(fā)酵制作的蔬菜食品。 果酒：以水果為原料利用酵母菌發(fā)酵制作。
果醋：利用醋酸菌發(fā)酵制作而成。 醬油：以大豆為主要原料利用黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)品。
酒類：以谷物和水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)各種酒類。
4）食品添加劑作用：增加食品的營養(yǎng)，改善食品口味、色澤和品質(zhì)，延長食品的保存期。
如：檸檬酸廣泛的食品酸度調(diào)節(jié)劑，通過黑曲霉發(fā)酵制得；
味精由谷氨酸經(jīng)過一系列處理得到，谷氨酸可有谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵而成。
5）酶制劑應(yīng)用廣泛，來源于：少數(shù)由動植物生產(chǎn)、絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。
6）青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)推動了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
生長激素釋放抑制激素可用于治療肢端肥大癥。
利用微生物來生產(chǎn)過去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物。
乙型肝炎疫苗是將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過發(fā)酵生產(chǎn)的。
7）在農(nóng)牧業(yè)上：微生物肥料如根瘤菌肥、固氮菌肥，有的也可抑制土壤病原微生物生長；
微生物農(nóng)藥如：蘇云金桿菌防止蟲害，白僵菌防止玉米螟、松毛蟲等，一種放線菌產(chǎn)生井岡霉素防止水稻枯紋??；因此，微生物農(nóng)藥是生物防治的重要手段；
微生物飼料：用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以作為食品添加劑；用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料；在青貯飼料中添加乳酸菌提高飼料品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后提高免疫力。
8）微生物含有豐富的蛋白質(zhì)且生長繁殖速度很快，因此，通過發(fā)酵獲得大量的微生物菌體，既單細(xì)胞蛋白。
9）嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。
10）發(fā)酵工程滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問題上，做出了越來越大的貢獻(xiàn)。
三、啤酒的工業(yè)化生成流程：
1、啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的。
2、發(fā)酵過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段。
3、酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。
4、主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間進(jìn)行后發(fā)酵才能形成澄清、成熟的啤酒。
5、發(fā)酵的溫度和時間隨啤酒品種和口味要求的不同有所差異。
6、過程主要有：發(fā)芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發(fā)酵、消毒、終止。
7、發(fā)芽：大麥釋放淀粉酶；焙烤：要求加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活；碾磨：將干燥麥芽碾磨成麥芽粉；糖化：淀粉酶將淀粉分解成糖漿；蒸煮：產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，對糖漿滅菌；消毒：殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期；最后過濾、調(diào)節(jié)、分裝進(jìn)行出售。
四、傳統(tǒng)發(fā)酵和發(fā)酵工程的區(qū)別：
1、菌種：傳統(tǒng)發(fā)酵是天然存在的混合菌種，發(fā)酵工程是優(yōu)良菌種，大多是單一菌種；
2、發(fā)酵方式：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵，發(fā)酵工程一般以液體發(fā)酵為主；
3、發(fā)酵條件的控制：傳統(tǒng)發(fā)酵不是無菌操作，發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制，易受外界條件影響，發(fā)酵工程嚴(yán)格無菌操作，通過現(xiàn)代工程技術(shù)對發(fā)酵條件精確控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)；
4、生成規(guī)模和產(chǎn)品：傳統(tǒng)發(fā)酵是家庭式或作坊式，產(chǎn)量低，生產(chǎn)受季節(jié)和原料限制，產(chǎn)品風(fēng)味及品種比較單一、質(zhì)量不穩(wěn)定；發(fā)酵工程生產(chǎn)規(guī)模大，原料來源豐富、成本低，產(chǎn)物多樣，產(chǎn)量高。
五、從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程的發(fā)展歷程：（第1、2頁）
1、約9000年前，我們的祖先就會利用微生物將谷物、水果等發(fā)酵為含酒精的飲料。后來，人們通過自然發(fā)酵或曲種傳代的固體發(fā)酵方法生成其他食品。
2、1857年，法國微生物學(xué)家巴斯德通過實驗證明，酒精發(fā)酵時由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發(fā)酵聯(lián)系起來。
3、1897年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)酶在酵母菌發(fā)酵中的作用，人們逐漸了解了發(fā)酵的本質(zhì)（發(fā)酵是酶的作用）。之后，微生物的分離和純化技術(shù)得到了應(yīng)用，傳統(tǒng)的固體發(fā)酵開始向半固體發(fā)酵和液體發(fā)酵演變。
4、20世紀(jì)40年代，利用發(fā)酵工程大規(guī)模生成青霉素稱為研究的主攻方向。由于青霉素產(chǎn)生菌是需氧型的，科學(xué)家建立了深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)，青霉素的生成實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。不久，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。
5、1957年，用微生物生成谷氨酸獲得成功。之后酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)相繼興起。
6、20世紀(jì)70年代以后，基因工程、細(xì)胞工程等，使發(fā)酵工程進(jìn)入了定向育種的新階段。
7、20世紀(jì)80年代，科學(xué)家利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)更加合理地控制發(fā)酵過程。目前，人類已經(jīng)能夠自動記錄和控制發(fā)酵過程的全部參數(shù)。

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第3節(jié) 發(fā)酵工程及其應(yīng)用

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修3

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