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1、教 案課 題: 第二章 食品發(fā)酵原理審批簽字班級(jí)授課日期學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo):一、 發(fā)酵工業(yè)的基本概念二、微生物發(fā)酵的基本特征三、本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和任務(wù)技能目標(biāo):使學(xué)生能夠了解微生物發(fā)酵的基本特征教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):微生物發(fā)酵的基本特征難點(diǎn):微生物發(fā)酵的基本特征教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件、教材教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程:附記組織教學(xué):師生問(wèn)好,檢查出勤情況新課導(dǎo)入:近幾十年的來(lái)微生物發(fā)酵不但在應(yīng)用領(lǐng)域上更加廣泛,更重要的是建立了許多新的微生物發(fā)酵理論體系,諸如:代謝控制發(fā)酵、基因工程菌發(fā)酵等講授新課: 食品發(fā)酵原理二、 發(fā)酵工業(yè)的基本概念微生物學(xué)中的發(fā)酵的定義:微生物發(fā)酵工業(yè)的概念:1.
2、發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的基本模式講述生物工業(yè)的基本生產(chǎn)模式,引出生物技術(shù)、生物工程的概念,講述兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系2.發(fā)酵工業(yè)的分類二、微生物發(fā)酵的基本特征1.微生物發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)典型的化工過(guò)程 由于微生物生理特性決定了微生物在發(fā)酵過(guò)程中需要穩(wěn)定的環(huán)境、特殊的條件以及以氧作為底物的供給,這些多涉及到化工生產(chǎn)的一下領(lǐng)域:(1) 質(zhì)量的傳遞氧的供給、代謝物的排泄等(2) 熱量的傳遞微生物呼吸產(chǎn)熱,微生物生長(zhǎng)于代謝需要穩(wěn)定的而嚴(yán)格的溫度條件。(3) 動(dòng)量的傳遞涉及到攪拌軸功率的計(jì)算,他與溶氧、氣液混合的關(guān)系(4) 微生物的反應(yīng)工程涉及到微生物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型的建立,產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型的建立。2.微生物發(fā)酵過(guò)程
3、是一個(gè)典型的代謝控制發(fā)酵從微生物發(fā)酵的歷史角度看,最早的微生物發(fā)酵是一個(gè)自然發(fā)酵過(guò)程,現(xiàn)代微生物工業(yè)通常是指微生物的代謝控制發(fā)酵?定義:是指利用生物的、物里的、化學(xué)的方法,人為的改變了微生物的生長(zhǎng)代謝途徑,使之合成、積累、分泌我們所需要的產(chǎn)品的過(guò)程。以GA發(fā)酵為例,建樹(shù)微生物代謝控制發(fā)酵的意義。3.微生物發(fā)酵工業(yè)又是一個(gè)有別于化工過(guò)程的一個(gè)工業(yè) 有以下幾個(gè)特征:(1) 反應(yīng)條件溫和通常由于微生物的生理特性,要求溫度為30-40pH值中性偏酸性酵母、霉菌、放線菌等pH值中性偏堿性細(xì)菌的發(fā)酵(2) 無(wú)菌發(fā)酵整個(gè)反應(yīng)過(guò)程要求無(wú)菌:培養(yǎng)基無(wú)菌、空氣無(wú)菌、 補(bǔ)料和取樣要求無(wú)菌操作、某些工程菌,其尾氣也要
4、求進(jìn)行無(wú)菌處理。(3) 非連續(xù)性生產(chǎn)微生物的生理特性決定了發(fā)酵過(guò)程的非連續(xù)性大部分的工業(yè)發(fā)酵是以間歇操作為基礎(chǔ)進(jìn)行的,目前可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的是:啤酒的連續(xù)化生三、本課程的內(nèi)容和任務(wù)本課程是生物工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程,是一門以微生物、生物化學(xué)、化工原理等課程為基礎(chǔ),以微生物發(fā)酵過(guò)程中各種單元操作為主線條,對(duì)微生物發(fā)酵過(guò)程中的基本原理進(jìn)行闡述的課程。其基本內(nèi)容如下:1. 發(fā)酵生產(chǎn)用菌種及其有關(guān)知識(shí)菌種選育包括菌種保藏 生產(chǎn)過(guò)程中菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 2. 培養(yǎng)基的制備及滅菌包括:工業(yè)發(fā)酵用原料的選擇與處理 培養(yǎng)基的滅菌原理和方法 工業(yè)滅菌的工程計(jì)算3. 發(fā)酵機(jī)制包括:乙醇、甘油、谷氨酸、檸檬
5、酸、賴氨酸、抗生素等4. 發(fā)酵過(guò)程及控制包括:溫度的變化及控制 pH值的變化及控制 氧傳遞動(dòng)力學(xué) 泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律及控制三、 小結(jié):本章主要講授發(fā)酵工業(yè)的基本概念、微生物發(fā)酵的基本特征、本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和任務(wù)重點(diǎn)了解微生物發(fā)酵特征。板書設(shè)計(jì): 食品發(fā)酵原理一、發(fā)酵工業(yè)的基本概念二、微生物發(fā)酵的基本特征三、本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和任務(wù)后記教 案課 題: 食品發(fā)酵原理-微生物發(fā)酵用菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)審批簽字班級(jí)授課日期學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo): 1、本課程的主要內(nèi)容2、學(xué)習(xí)方法3、拓展閱讀技能目標(biāo):拓展閱讀-多吃發(fā)酵食品可抗衰老教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):學(xué)習(xí)方法難點(diǎn):學(xué)習(xí)方法教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件
6、、教材教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程:附記組織教學(xué):師生問(wèn)好,檢查出勤情況新課導(dǎo)入:微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種因不同的發(fā)酵對(duì)其要求各異,就是同一種產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn),其菌種的特點(diǎn)和要求因不同的原料和生產(chǎn)設(shè)備的不同也有很大差異講授新課: 2-1微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點(diǎn)及要求1.具有穩(wěn)定的遺傳學(xué)特性2.微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成對(duì)于基質(zhì)沒(méi)有嚴(yán)格的要求 3.生長(zhǎng)條件易于滿足4.對(duì)于細(xì)菌,希望具有抗Phage的能力。 5.具有較高的各種酶活力,可以在一定的范圍內(nèi)提高生長(zhǎng)速率和反應(yīng)速度,進(jìn)而可以縮短發(fā)酵周期,降低生產(chǎn)成本。 6.對(duì)于胞外產(chǎn)品,細(xì)胞膜具有良好的滲透性,或者細(xì)胞膜的滲透性可以調(diào)節(jié),細(xì)胞不易發(fā)
7、生菌體自溶。 二微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的種類 野生型 從菌種的遺傳學(xué)特征上可以把菌種分為: 培養(yǎng):營(yíng)養(yǎng)缺陷型從微生物分類學(xué)的角度,分為1. 細(xì)菌類: 短桿菌:GA,Gln,lys 枯草芽孢桿菌:淀粉酶(BF7658)、堿性蛋白酶等 地衣芽孢桿菌:HASS(耐高溫-淀粉酶) -Amylase 蘇云金芽孢桿菌:BT生物農(nóng)藥 梭狀芽孢桿菌:丙酮、丁酸等的發(fā)酵2. 酵母菌 啤酒酵母:釀酒酵母、輔酶類物質(zhì)的發(fā)酵 酒精酵母: 漢遜酵母:食品工業(yè),用于乙酸乙酯的發(fā)酵 假絲酵母:scp生產(chǎn),石油發(fā)酵3.霉菌 黑曲霉:檸檬酸工業(yè)、釀酒業(yè)(UV-11,UV-48)、酶制劑工業(yè)(糖化酶) 黃曲霉:醬油生產(chǎn)(3042)
8、,面醬 青霉菌:青霉素的生產(chǎn) 紅曲霉:紅曲制造,用于南方紅曲酒(女兒紅)的生產(chǎn);使用紅色色 素的生產(chǎn);豆腐乳的生產(chǎn)等 赤霉菌:赤霉素的生產(chǎn),是一種植物生長(zhǎng)激素4.放線菌:各種抗生素,鏈、土、慶大等2-2微生物用菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 一、 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的1.提供大量而新鮮的、具有較高活力的菌種。 目的就是:a、縮短發(fā)酵周期 降低能耗、減少染菌的機(jī)會(huì)(空氣過(guò)濾設(shè)備有效時(shí)間是有限的) b、為了使培養(yǎng)菌在數(shù)量上取得絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),抑制雜菌的生長(zhǎng)。從對(duì)數(shù)殘留定律上看,任何滅菌過(guò)程都不能夠做到絕對(duì)無(wú)菌,抑制雜菌生長(zhǎng)除了嚴(yán)格環(huán)境以外,在數(shù)量上讓培養(yǎng)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)也是一種方法,往往是一種行之有效的方法。例如:啤酒的發(fā)
9、酵 2.讓菌種從固試管、液體試管,逐步適應(yīng),例如:啤酒發(fā)酵 3.菌種經(jīng)過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng),可以提高生產(chǎn)的成功率,減少“倒罐”現(xiàn)象。 許多生產(chǎn)菌種往往都是“溶原性”的? 通過(guò)連續(xù)的擴(kuò)大培養(yǎng),每一級(jí)都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查,對(duì)于不合格的嚴(yán)禁使用,無(wú)疑增加了生產(chǎn)的可靠性。二、擴(kuò)大培養(yǎng)的方法通常有兩種方法:固體法:用于釀造業(yè)(醬油、白酒等),也是源于釀造業(yè), 有霉菌的純培養(yǎng),也有混合培養(yǎng)如:大曲液體法:液體深層培養(yǎng),適合于眾多發(fā)酵行業(yè)三、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件: 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)條件因不同的菌種差異是非常大的,通常是與菌種的性質(zhì)有關(guān)的,也與后續(xù)的發(fā)酵工藝有關(guān)。但是,與發(fā)酵工藝卻有著很大的差別。1.培養(yǎng)基:種子培養(yǎng)基因不同的
10、微生物種類差別是很大的,同一種微生物因不同的擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)程(一級(jí)、二級(jí))其培養(yǎng)基往往也有較大差異。 通常,對(duì)于種子用的培養(yǎng)基,搖瓶與種子罐用的培養(yǎng)基也不相同,搖瓶要求培養(yǎng)基用的原材料精細(xì),碳源濃度較低而且是用微生物較易利用的碳源;對(duì)于種子罐用培養(yǎng)基,要求使用接近大生產(chǎn)用的原材料,氮源濃度較高,有利于菌體的增殖。2.溫度 種子擴(kuò)大培養(yǎng)的溫度,從試管到三角瓶到種子罐,其溫度也應(yīng)逐步調(diào)整,最后接近大生產(chǎn)的溫度,目的在于使菌種逐漸適應(yīng)。3.氧的供給 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的就是提供大量的強(qiáng)壯的菌體,因此在擴(kuò)培過(guò)程要求菌體增殖速度越快越好,增殖期消耗的底物葡萄糖越少越好,從這個(gè)意義上講,擴(kuò)培過(guò)程中應(yīng)提供足夠的氧
11、氣,無(wú)論是厭氧發(fā)酵還是好氧發(fā)酵。 足夠的溶氧取決于:攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量、攪拌軸功率等,后述。4.pH值 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的pH值很重要,直接影響到菌體的正常生長(zhǎng),需要注意以下兩點(diǎn):(1)擴(kuò)培選擇的pH值是菌體的最適生長(zhǎng)pH值,往往與發(fā)酵最適pH值不同。 (2)培養(yǎng)基滅菌后,通常其pH值要下降0.51.0個(gè)單位,因此, (三角瓶滅菌后,不能夠調(diào)整pH值,不宜無(wú)菌操作)思考題:1.比較固體培養(yǎng)與液體培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2.說(shuō)明菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件。3.菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的和意義是什么?4.工業(yè)生產(chǎn)用菌種的基本要求有什么?小結(jié):菌種擴(kuò)大培養(yǎng)條件因不同的菌種差異是非常大的,通常是與菌種的性質(zhì)有關(guān)的,也與后續(xù)的發(fā)酵工藝
12、有關(guān)。但是,與發(fā)酵工藝卻有著很大的差別板書設(shè)計(jì): 微生物發(fā)酵用菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點(diǎn)及要求二微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的種類三菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的四、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件五、擴(kuò)大培養(yǎng)的方法后記:教 案課 題: 食品發(fā)酵原理-微生物用培養(yǎng)基及滅菌審批簽字班級(jí)授課日期學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo):一、培養(yǎng)基用原材料及要求二、培養(yǎng)基的種類 三、培養(yǎng)基的制備四、培養(yǎng)基處理五、培養(yǎng)基的滅菌技能目標(biāo):掌握培養(yǎng)基的材料及處理教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):培養(yǎng)基用原材料及要求難點(diǎn):培養(yǎng)基處理教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件、教材教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程:附記組織教學(xué):師生問(wèn)好,檢查出勤情況新課導(dǎo)入:微生物發(fā)酵
13、領(lǐng)域其本質(zhì),也可以理解為物質(zhì)形式的轉(zhuǎn)化過(guò)程,就是利用微生物生長(zhǎng)所需的底物轉(zhuǎn)化成特定的產(chǎn)物,在這個(gè)過(guò)程中,有兩個(gè)問(wèn)題是工業(yè)化需要解決講授新課: 3-1培養(yǎng)基的制備及要求一、培養(yǎng)基用原材料及要求 (1)產(chǎn)物的社會(huì)效益, (2)物質(zhì)轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益,即:低價(jià)值的原材料、低能耗等1、培養(yǎng)基原材料的要求 (1)價(jià)格低廉,易得到(價(jià)格低,但不一定易得到,例如:地瓜干)(2)對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝無(wú)抑制作用的物質(zhì)(3)微生物的代謝產(chǎn)物無(wú)有害物質(zhì)。 2、培養(yǎng)基用原材料的種類碳源 starch 及其水解糖液 含有starch 及其水解產(chǎn)物的廢棄物:味精廢水、粉絲生產(chǎn)廢水等 化工石油產(chǎn)品:醋酸、甲醇、乙
14、醇、甲烷等 二、培養(yǎng)基的種類 三、培養(yǎng)基的制備 1.培養(yǎng)基配制的原則 培養(yǎng)基制備是發(fā)酵成功與否的第一個(gè)要點(diǎn),制備一個(gè)完整而科學(xué)的培養(yǎng)基是很重要的,也是非常艱巨的任務(wù)。通常制備培養(yǎng)基需要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:(1)合適的C/N, 不同的微生物、同一種微生物不同的菌株,其對(duì)培養(yǎng)基中的C/N要求是不一樣的,同一菌株在不同的發(fā)酵階段,其對(duì)C/N的要求也不一樣。(2)在確定了C/N的前提下,需要研究的是不同的氮源,對(duì)發(fā)酵的影響。(3)大多數(shù)的工業(yè)培養(yǎng)基都使用玉米漿。(4)生長(zhǎng)因子:2.培養(yǎng)基的優(yōu)化方法 一種合成培養(yǎng)基的設(shè)計(jì),需要考慮的因素是很多的,需要研究的成分也是很復(fù)雜的,其中包括碳源、氮源、玉米漿
15、等,即便是碳源還可以是幾種碳源的混合體,再加上述幾種因素之間的相互影響,要確定一個(gè)科學(xué)的培養(yǎng)基配方是需要做大量的工作的,采用一個(gè)合理的數(shù)學(xué)方法,就可以在減少工作量的前提下,得到科學(xué)的結(jié)果。3-2培養(yǎng)基用材料及處理發(fā)酵培養(yǎng)基用原料是非常廣泛的,許多原材料需要經(jīng)過(guò)處理后方能夠使用,特別是以淀粉質(zhì)為原料的發(fā)酵工業(yè),大多數(shù)的情況下需要將淀粉進(jìn)行水解處理。一、淀粉的水解1.淀粉的水解方法(1)淀粉的酸法水解淀粉是由葡萄糖通過(guò)-1,4或-1,6葡萄糖苷健連接而成的含有多個(gè)葡萄糖的大分子長(zhǎng)鏈物質(zhì),根據(jù)其葡萄糖連接的糖苷健的不同,可分為枝鏈淀粉和直練淀粉,可以使用重合度 來(lái)表示淀粉分子的大小,所含有的葡萄糖苷
16、健的數(shù)量,稱之為淀粉的重合度,用DP來(lái)表示。淀粉內(nèi)部的葡萄糖苷健在一定的溫度和酸性的條件下可以水解,而使淀粉分子鏈斷裂,高溫可加速葡萄糖苷健的水解速度。2.酸酶法3.酶酸法4.雙酶法2.淀粉的雙酶法水解工藝 淀粉調(diào)漿 液化 糖化 過(guò)濾 糖液液化:耐高溫-淀粉酶,酶的使用量:58單位/g淀粉 溫度:105;時(shí)間,2030分鐘降溫:采用噴射冷卻方法:糖化:使用淀粉-1,4;1,6葡萄糖苷酶;終點(diǎn)判斷: 時(shí)間,23小時(shí)。二、糖蜜的處理 1.糖蜜的主要成分(1) 糖,4950%,因不同的原料和生產(chǎn)方法不同而異,主要是蔗糖(2) 膠體物質(zhì),510%,來(lái)自于原料(3) 灰分,1012%(4) 生物素,11
17、0mg/Kg(甘蔗),0.040.06 mg/Kg(甜菜)(5) pH值6.2(甘蔗),7.4(甜菜)對(duì)于發(fā)酵工業(yè)可以利用得的主要成分是:糖和生物素 2.用途(1) 發(fā)酵工業(yè)用原料,國(guó)內(nèi)發(fā)酵生產(chǎn)的有:味精、酵母 使用糖蜜生產(chǎn)酒精(2) 使用糖蜜生產(chǎn)蒸餾酒姥姆酒,世界名酒,牙買加的國(guó)酒,在西方國(guó)家主要用于雞尾酒的勾兌上。(3) 作為添加劑使用,檸檬酸發(fā)酵,作為添加劑使用。(4) 使用糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)黃源膠,已有研究報(bào)道。 3.處理方法 處理目的:a.除去膠體性物質(zhì),降低糖蜜的粘度,提高發(fā)酵液的流動(dòng)性, 有利于改善發(fā)酵過(guò)程中氧的傳遞。 b.脫色,除去有色物質(zhì)(有色物質(zhì)的來(lái)源?),對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有影響,對(duì)
18、微生物的生長(zhǎng)和代謝有影響。 c.中和過(guò)量的酸堿性物質(zhì),除去部分對(duì)pH值有影響的緩沖性物質(zhì)。 2-3培養(yǎng)基的滅菌一、滅菌原理 所謂滅菌就是殺死一切微生物,包括微生物的營(yíng)養(yǎng)體和芽孢,這一概念不同于消毒。后者是指消滅一切致病微生物(病原體) 滅菌的方法很多,在實(shí)驗(yàn)室可以使用干熱滅菌、對(duì)于環(huán)境可以使用化學(xué)試劑滅菌,但化學(xué)試劑的滅菌方法有很大的限制。 在工業(yè)生產(chǎn)中,對(duì)于培養(yǎng)基、管道、設(shè)備的滅菌,通常采用蒸汽加熱到一定的溫度,并保溫一段時(shí)間的滅菌方法,稱之為濕熱滅菌2.理論滅菌時(shí)間微生物的濕熱滅菌過(guò)程,其本質(zhì)上就是微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性的過(guò)程。因此,可以把滅菌過(guò)程看成是蛋白質(zhì)的變性的過(guò)程3.滅菌溫度的選
19、擇 滅菌溫度的選擇應(yīng)考慮的因素主要有: a.微生物的熱致死溫度,應(yīng)高于該溫度。通常以芽孢為準(zhǔn)。何為熱致死溫度?(10分鐘,全部死亡的溫度) b.營(yíng)養(yǎng)成分的破壞,滅菌的過(guò)程實(shí)質(zhì)上也是營(yíng)養(yǎng)成分破環(huán)的過(guò)程 因此,滅菌溫度的選擇,應(yīng)是在保證滅菌效果的前提下,盡可能減少培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。二、分批滅菌操作要點(diǎn) 將配置好培養(yǎng)基打入生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行實(shí)消,操作要點(diǎn)如下:1. 定期檢查設(shè)備、管道有無(wú)滲漏,主要是:冷卻管道,夾套。2. 培養(yǎng)基升溫時(shí),打開(kāi)所有的排氣閥門,排掉空氣?當(dāng)培養(yǎng)基的溫度升到滅菌溫度時(shí),進(jìn)入保溫操作階段,此時(shí)要求與反應(yīng)器相連的所有管道出于兩個(gè)狀態(tài):進(jìn)汽或出汽,目的是對(duì)管道進(jìn)行滅菌。講一下
20、,閥門的特殊性?3. 培養(yǎng)基升溫時(shí)開(kāi)動(dòng)攪拌系統(tǒng),以使培養(yǎng)基內(nèi)部傳熱均勻,當(dāng)溫度升溫到100時(shí),停止攪拌,一方面是為了保護(hù)軸承,另一方面,當(dāng)培養(yǎng)基的溫度升溫到100時(shí),培養(yǎng)基的沸騰,可以起到攪拌作用。4. 注意輔助設(shè)備的滅菌:空氣過(guò)濾器、計(jì)量罐、流加管道與流加液貯罐,空氣流量計(jì)等。5. 保溫期間,要求罐壓:0.090.10MPa,溫度:118121,時(shí)間:30分鐘。6. 滅菌結(jié)束后,需要立即引入無(wú)菌空氣,保證罐內(nèi)壓力后方可冷卻,目的是防止培養(yǎng)基的冷卻使罐內(nèi)形成負(fù)壓,易染菌。7. 配制培養(yǎng)基時(shí),應(yīng)充分考慮培養(yǎng)基在滅菌時(shí)的稀釋(體積的增加),通常體積可增加20%左右,滅菌時(shí)間越長(zhǎng),體積增加的越多。思
21、考題:1.微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源主要有哪幾種?2.微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源主要有哪幾種?3.淀粉的水解方法主要有什么?試進(jìn)行有缺點(diǎn)比較?小結(jié):菌種擴(kuò)大培養(yǎng)條件因不同的菌種差異是非常大的,通常是與菌種的性質(zhì)有關(guān)的,也與后續(xù)的發(fā)酵工藝有關(guān)。但是,與發(fā)酵工藝卻有著很大的差別板書設(shè)計(jì): 微生物發(fā)酵用菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點(diǎn)及要求二微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的種類三菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的四、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件五、擴(kuò)大培養(yǎng)的方法后記:教 案課 題: 食品發(fā)酵原理-發(fā)酵過(guò)程及控制審批簽字班級(jí)授課日期學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo):1、微生物發(fā)酵的類型2、發(fā)酵過(guò)程中溫度的變化及控制3、泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律及
22、其控制4、發(fā)酵過(guò)程中PH值的變化及控制技能目標(biāo):掌握發(fā)酵過(guò)程的控制教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):發(fā)酵過(guò)程中溫度的變化及控制難點(diǎn):發(fā)酵過(guò)程中PH值的變化及控制教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件、教材教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程:附記組織教學(xué):師生問(wèn)好,檢查出勤情況新課導(dǎo)入:對(duì)于普通微生物的培養(yǎng),選擇接種量的大少通常考慮的是設(shè)備的能力,但對(duì)于基因工程菌,考慮更多的是對(duì)基因工程菌培養(yǎng)以及外源基因的表達(dá)的影響講授新課: 5-1 微生物發(fā)酵的類型一、微生物發(fā)酵的類型 1.根據(jù)微生物對(duì)氧的需求不同,可分為: (1)厭氧發(fā)酵:乳酸桿菌的乳酸發(fā)酵、酵母的酒精發(fā)酵等 (2)好氧發(fā)酵:GA、其他AA、大部分的細(xì)菌和霉菌發(fā)酵2.根據(jù)所
23、用的培養(yǎng)基的狀態(tài) (1)固體發(fā)酵(solid fermentation) 就是微生物生長(zhǎng)在固體培養(yǎng)基上 (2)液體發(fā)酵二、生物反應(yīng)器的操作方式 1分批式是目前微生物培養(yǎng)的最基本的方式,即是以微生物的一個(gè)生長(zhǎng)周期為一個(gè)生產(chǎn)周期,包括設(shè)備的滅菌、種子培養(yǎng)、發(fā)酵操作。 優(yōu)點(diǎn):(1)每一次進(jìn)行重復(fù)的配料、滅菌、等操作,微生物培養(yǎng)可靠、安全。 (2)微生物發(fā)酵過(guò)程中,微生物的各個(gè)階段的生理、代謝特征不同,易于控制。缺點(diǎn):(1)效率較低,每次發(fā)酵重復(fù)進(jìn)行既是一種時(shí)間的浪費(fèi),又是原材料和能量和浪費(fèi)。 (2)底物利用率低,分次分批發(fā)酵都存在一個(gè)微生物自身的增殖過(guò)程,增殖本身就是底物消耗的過(guò)程,這必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率
24、的降低,例如,在GA的發(fā)酵過(guò)程中,微生物增殖所需要的C源占總c源的20%左右。2.連續(xù)操作 基本概念:當(dāng)微生物菌體達(dá)到某一特定狀態(tài)時(shí),(這一狀態(tài)可以是:菌體濃度、比生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物的比生成速率等),連續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)流加混合底物(C、N、P),同時(shí)反應(yīng)器排放等量的發(fā)酵液。 優(yōu)點(diǎn):微生物處于一個(gè)穩(wěn)定的底物濃度和產(chǎn)物濃度的環(huán)境中,從理論上講,這種方式是最高效率的微生物培養(yǎng)方式?節(jié)省消耗(底物、能量) 缺點(diǎn):(1)由于微生物菌種易發(fā)生變異,特別是代謝控制發(fā)酵所采用的菌種,大部分是經(jīng)過(guò)誘變的突變菌株,其遺傳性質(zhì)非常不穩(wěn)定,后期,當(dāng)菌種發(fā)生變異或者說(shuō)恢復(fù)突變的菌體占有優(yōu)勢(shì)時(shí),發(fā)酵就意味著失敗。 (2)長(zhǎng)時(shí)間的
25、連續(xù)培養(yǎng),防止雜菌、phage的感染也是難以克服的問(wèn)題。 5-2發(fā)酵過(guò)程中溫度的變化及控制一、發(fā)酵過(guò)程中的熱源 熱源:發(fā)酵過(guò)程中引起發(fā)酵液溫度變化的原因。二、溫度對(duì)發(fā)酵的影響 1.從酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面 微生物的發(fā)酵過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)酶促反應(yīng)的過(guò)程,根據(jù)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué),溫度越高,酶促反應(yīng)速度越快,菌體增殖、產(chǎn)物合成的時(shí)間均可提前;但是溫度越高,酶越易失活,表現(xiàn)在外觀上,則是菌體易衰老,整個(gè)發(fā)酵周期縮短,影響發(fā)酵的最終產(chǎn)量,對(duì)于發(fā)酵是不利的。 2.從溫度對(duì)發(fā)酵液的性質(zhì)的影響方面溫度影響了發(fā)酵液的許多性質(zhì),包括:營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的電離狀態(tài)、發(fā)酵液的粘度等。發(fā)酵液粘度的改變,影響了發(fā)酵過(guò)程中各種物質(zhì)的傳遞,特
26、別是氧和熱量 的傳遞,進(jìn)而影響了微生物的發(fā)酵。3.溫度對(duì)菌體代謝調(diào)節(jié)機(jī)制的影響 近幾年來(lái)的研究表明,溫度對(duì)于菌體的調(diào)節(jié)機(jī)制有著密切的影響。5-3 氧傳遞與控制 供氧對(duì)于微生物的液體深層培養(yǎng)是必需的,也是目前各種生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要的參數(shù)之一。由于氧難溶于水的特性,決定了氧的供給成為提高微生物培養(yǎng)密度、提高單位體積發(fā)酵液產(chǎn)量的限制性因子。一、氧對(duì)發(fā)酵的影響氧對(duì)微生物發(fā)酵的影響是多方面的,不同的菌系、不同的發(fā)酵階段對(duì)于氧的要求也不相同,氧對(duì)其的影響也不相同,具體的講: 1.影響了菌系的酶活性 在微生物的代謝過(guò)程中,有許多的催化脫氫氧化反應(yīng)的酶都是以NAD(P)為輔酶的,NAD(P)的濃度是保證酶活力的基礎(chǔ)。NAD(P)作為H的受體,脫氫后成為還原興的NAD(P)H,NAD(P)H只有在有氧的的條件下可以及時(shí)地通過(guò)呼吸鏈被氧化(個(gè)別情況,NAD(P)H可以參入還原反應(yīng),比如:KGA的還原氨基化),生成氧化性的NAD(P),NAD(P)作為輔酶重新參入脫氫反應(yīng),一旦,發(fā)酵液中的氧的濃度不夠,則與NAD(P)相關(guān)的酶促反應(yīng)停止,那么,NAD(P)的濃度。2.氧的存在影響了代謝途徑 氧存在是TCA循環(huán)能夠進(jìn)行的基礎(chǔ),缺氧必然導(dǎo)致丙酮酸的積累(丙酮酸的氧化脫羧強(qiáng)烈徐揚(yáng)),丙酮酸的積累,
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