【教學(xué)課件】第3節(jié) 發(fā)酵工程及其應(yīng)用 示范課件1

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用第1章發(fā)酵工程新課引入青霉素是世界上第一個應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價格昂貴。如今，隨著高產(chǎn)菌種的選育，發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化的道路。如今一瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價格只要一元左右。那么在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)閱讀課本第22~23頁發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)的內(nèi)容，嘗試畫出發(fā)酵工程的流程圖。學(xué)生活動選育菌種擴大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)菌種的三個來源從自然界中篩選誘變育種基因工程育種1．選育菌種生產(chǎn)檸檬酸就需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉。在啤酒生產(chǎn)中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發(fā)酵過程，縮短生產(chǎn)周期。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)2．擴大培養(yǎng)

工業(yè)發(fā)酵罐的體積很大，接入的菌種總體積也較大，因此在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)，增加數(shù)量。在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定。3．配制培養(yǎng)基一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)4．滅菌發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。擴大培養(yǎng)的菌種和滅菌后的培養(yǎng)基加入發(fā)酵罐中。5．接種一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)6．發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵（1）監(jiān)測并嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。（2）隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程，及時添加必需的營養(yǎng)組分?！行沫h(huán)節(jié)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)6．發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵為什么要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件？

因為環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝物的形成。

例如，谷氨酸發(fā)酵時：在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；在酸性條件下，則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)7．分離、提純產(chǎn)物（1）如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥得到產(chǎn)品。（2）如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)仔細觀察發(fā)酵罐示意圖，與果酒果醋制作過程中的裝置圖有何區(qū)別？學(xué)生活動相同點不同點一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)結(jié)合圖1-9，分析和討論以下問題：學(xué)生活動（1） 微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？需要考慮的因素包括在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖，生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高，發(fā)酵條件容易控制，菌種不易變異退化等。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（2） 怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控，以滿足微生物的生長需要？

對溫度，pH值，溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(yǎng)組分。（3） 在產(chǎn)物分離和提純方面發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進之處？

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時候不會對產(chǎn)物進行分離和提純。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身都進行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（4） 在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？

不能。因為在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對排出的氣體和廢氣培養(yǎng)液進行二次清潔和滅菌處理。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用閱讀課本第24頁到27頁發(fā)酵工程的應(yīng)用，嘗試以思維導(dǎo)圖的形式列出發(fā)酵工程在各方面的應(yīng)用。通過實物展臺或者智慧課堂的平板投屏展示各小組的思維導(dǎo)圖。學(xué)生活動二、發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用食品傳統(tǒng)發(fā)酵食品食品添加劑酶制劑醫(yī)藥抗生素激素疫苗農(nóng)牧業(yè)肥料農(nóng)藥飼料其他能源物質(zhì)極端微生物二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1．在食品工業(yè)的應(yīng)用以谷物或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)各種酒類；利用醋酸桿菌生產(chǎn)各種醋類；利用乳酸菌生產(chǎn)泡菜等。（1）生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品以大豆為主要原料利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成的醬油產(chǎn)品。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1．在食品工業(yè)的應(yīng)用由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精。（2）生產(chǎn)食品添加劑檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品酸度調(diào)節(jié)劑，它可以通過黑曲霉發(fā)酵制得。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1．在食品工業(yè)的應(yīng)用（3）生產(chǎn)酶制劑提高水果的出汁率。如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等。可以改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品質(zhì)量等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（1） 與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在啤酒的發(fā)酵過程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？閱讀思考討論中“啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程”的內(nèi)容，了解啤酒的發(fā)酵過程，并思考以下問題：學(xué)生活動1．發(fā)芽大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶。2．焙烤加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。3．碾磨將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。4．糖化淀粉分解，形成糖漿。實驗流程二、發(fā)酵工程的應(yīng)用5．蒸煮產(chǎn)生風味組合，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。6．發(fā)酵酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2。7．消毒殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期。8．終止過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進行出售。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（1） 與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在上述啤酒的發(fā)酵過程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？菌種的選育對原材料的處理，發(fā)酵過程的控制，產(chǎn)品的消毒等都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（2） 現(xiàn)在市面上流行一種精釀啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，一般不添加食品添加劑，不進行過濾和消毒處理。有人認為引用精釀啤酒被引用，工業(yè)啤酒更健康，你怎么看待這個問題？

應(yīng)該辯證的看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面，這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定，價格昂貴的問題。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用2．在醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用（1）人們可以采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物；例如，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)乙肝疫苗。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用2．在醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用（2） 直接對菌種進行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。例如，生長激素釋放抑制激素的發(fā)酵生產(chǎn)，用于治療肢端肥大癥等多種疾病。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3．在農(nóng)牧業(yè)的應(yīng)用（1）生產(chǎn)微生物肥料

微生物肥料利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機酸、生物活性物質(zhì)等來增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長，常見的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3．在農(nóng)牧業(yè)的應(yīng)用（2） 生產(chǎn)微生物農(nóng)藥

微生物農(nóng)藥是利用微生物或其他代謝物來防治病蟲害的。作為生物防治的重要手段，將在農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來越重要的作用。常見種類如下：蘇云金桿菌白僵菌井岡霉素二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（3）生產(chǎn)微生物飼料

微生物含有豐富的蛋白質(zhì)。以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白，用其制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。在青貯飼料中添加乳酸菌，可提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用4．在其他方面的應(yīng)用（1）利用纖維肥料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)；（2）利用嗜熱菌、噬鹽菌生產(chǎn)洗滌劑，噬低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。發(fā)酵工程正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，作出了越來越大的貢獻。課堂小結(jié)思考下列微生物在發(fā)酵工程中都有哪些應(yīng)用？學(xué)生活動11．酵母菌2．醋酸菌3．乳酸菌4．黑曲霉5．毛霉釀酒、生產(chǎn)乙肝疫苗釀醋泡菜、酸奶、微生物飼料釀醬油，生產(chǎn)果膠酶腐乳的制作課堂小結(jié)6．蘇云金桿菌7．白僵菌8．谷氨酸棒狀桿菌9．青霉菌10．根瘤菌、固氮菌11．嗜熱菌、噬鹽菌微生物殺蟲劑微生物殺蟲劑生產(chǎn)味精生產(chǎn)青霉素微生物肥料生產(chǎn)洗滌劑課堂小結(jié)列出你昨天一天的食譜，看看哪些是直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，哪些食品中加入了經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑。學(xué)生活動21．饅頭、面包、泡菜、腐乳、酸奶、果酒、果醋、醬油等。直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)2．各種飲料、熟的蔬菜肉類。檸檬酸鈉、味精等食品添加劑課堂檢測1．關(guān)于發(fā)酵工程的菌種說法錯誤的是（

）A．發(fā)酵工程的菌種可以從自然界中篩選出來B．發(fā)酵工程可以利用原材料中含有的菌種C．發(fā)酵工程的菌種可以來自基因工程D．發(fā)酵工程的菌種可以來自誘變育種B課堂檢測2．某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究，下列敘述錯誤的是（

）

A．夏季生產(chǎn)果酒時，常需對罐體進行降溫處理B．乙醇為揮發(fā)性物質(zhì)，故發(fā)酵過程中空氣的進氣量不宜太大C．正常發(fā)酵過程中罐內(nèi)的壓力不會低于大氣壓D．可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵B課堂檢測3．關(guān)于發(fā)酵工程應(yīng)用