【課件】1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用從社會中來P22青霉素的生產(chǎn)

青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素，在“二戰(zhàn)”期間，青霉素挽救了數(shù)以萬計(jì)的生命，被稱為“有魔力的子彈”。其發(fā)現(xiàn)者亞歷山大·弗萊明（英國1881-1955。青霉素之父）在1945年獲諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。

早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價(jià)格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?發(fā)酵工程（微生物工程）一發(fā)

酵

人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。

利用微生物，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分享和提純等方面。發(fā)酵工程（微生物工程）特點(diǎn)：1）菌種純、產(chǎn)量大且質(zhì)量穩(wěn)定；2）高度自動化控制

。

直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進(jìn)行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)基礎(chǔ)：1）微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立2）密閉式發(fā)酵罐的成功設(shè)計(jì)一、什么是發(fā)酵工程二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)結(jié)合教科書第22~23頁圖1-9“發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐示意圖”，回答下列問題1.可通過哪些途徑獲得發(fā)酵工程使用的優(yōu)良菌種?從自然界中獲取、誘變育種、基因工程2.獲得優(yōu)良菌種后為什么要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)？工業(yè)發(fā)酵要想在短時(shí)間內(nèi)得到大量的發(fā)酵產(chǎn)物，則需要大量菌體3.引起發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液的溫度和pH變化的原因有哪些？發(fā)酵工程中如何調(diào)節(jié)溫度和pH?溫度：原因：微生物分解有機(jī)物釋放的能量，機(jī)械攪拌也會引起溫度升高。

方法：常用冷卻水進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)pH:原因：培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累。

方法：是在培養(yǎng)基中添加緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿菌種來源①自然界中篩選②誘變育種③基因工程育種選育菌種發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：產(chǎn)檸檬酸量高的黑曲霉基因工程改造的啤酒酵母，加速發(fā)酵過程，縮短生產(chǎn)周期1）發(fā)酵工程選用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素?①大量高效合成目的產(chǎn)物(副產(chǎn)的少)；②菌種遺傳特征穩(wěn)定、耐受力強(qiáng)；③能在低成本的培養(yǎng)基上快速生長繁殖；④發(fā)酵條件易控制

。擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：快速增加菌種數(shù)量，確保有充足的菌體參與發(fā)酵目的：3）菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的最佳時(shí)期？將培養(yǎng)到生長速度最快時(shí)期的菌體分開，再進(jìn)行培養(yǎng)。2）擴(kuò)大培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基，從物理性質(zhì)上，一般選

培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。液體

液體使微生物與營養(yǎng)物質(zhì)接觸更充分，提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，利于微生物的繁殖。配制培養(yǎng)基發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：

在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定。

優(yōu)化培養(yǎng)基設(shè)計(jì)（成分、比例等）滅

菌發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：避免因雜菌污染而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量

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(yán)格的滅菌。干熱滅菌箱將

的菌種投放到

中。發(fā)酵罐擴(kuò)大培養(yǎng)后接

種

目的：電動機(jī)D1排氣管C3pH計(jì)B3冷卻水排出口C2冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪D2生物傳感器裝置B4空氣入口A4放料管A2A3

閥門A1培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口B1觀察孔B2取樣管B5溫度傳感器和控制裝置C1冷卻水進(jìn)入口—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐發(fā)酵裝置編號主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培養(yǎng)物以一定速度進(jìn)入、流出發(fā)酵罐，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)控制溶解氧通過肉眼觀察、儀器檢測等監(jiān)控發(fā)酵條件以及發(fā)酵過程，B2處抽取樣品進(jìn)一步檢測。通過控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓電機(jī)帶動葉輪轉(zhuǎn)動進(jìn)行攪拌，使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣溶解以及散熱。發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：1）智能監(jiān)測和控制溫度、pH和溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等。反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。2）隨時(shí)檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，了解發(fā)酵進(jìn)程。3）為什么要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件？①環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且影響微生物代謝物的形成；實(shí)例——谷氨酸發(fā)酵P23②嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，有利于使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)?！l(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：1）智能監(jiān)測和控制溫度、pH和溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等。反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。2）隨時(shí)檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，了解發(fā)酵進(jìn)程。4）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(jìn)之處?發(fā)酵工程與現(xiàn)代工程技術(shù)相結(jié)合，或直接用微生物反應(yīng)器，進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)。可以連續(xù)發(fā)酵和半連續(xù)性發(fā)酵；電腦控制實(shí)行高度的自動化；采用基因重組菌生產(chǎn)，可以加壓生產(chǎn)等。傳統(tǒng)發(fā)酵工藝是間歇發(fā)酵，人工操作，用天然菌種，常溫常壓進(jìn)行?！l(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)分離、提純，獲得產(chǎn)品發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：1）如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)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(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。5）發(fā)酵生產(chǎn)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等不能直接排放到外界環(huán)境，需如何處理?二次清潔或滅菌處理。達(dá)到清潔生產(chǎn)的要求?？偨Y(jié)：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種獲得性狀優(yōu)良的菌種自然界中篩選、誘變育種、基因工程育種擴(kuò)大菌種接種滅菌:不能有雜菌污染。如在青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌,某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉培養(yǎng)基的配制發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在了解發(fā)酵進(jìn)程的同時(shí),還要控制發(fā)酵條件。如環(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發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品中心環(huán)節(jié)目的：來源：1．某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進(jìn)行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．夏季生產(chǎn)果酒時(shí)，常需對罐體進(jìn)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(jìn)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(shí)終止發(fā)酵B牛刀小試2．發(fā)酵工程在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)流程如下圖所示。結(jié)合賴氨酸或谷氨酸的生產(chǎn)實(shí)際，回答相關(guān)問題。(1)圖中①表示的育種方法是________________。(2)人工控制微生物代謝的措施包括________________和__________________________。(3)在賴氨酸或谷氨酸發(fā)酵過程中，產(chǎn)物源源不斷地產(chǎn)生，這說明該生產(chǎn)采用了________的發(fā)酵方式。在生產(chǎn)過程中，常需增加通氧量，因此判斷賴氨酸或谷氨酸發(fā)酵菌種為______菌。(4)當(dāng)發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物時(shí)，還要采用____________________等分離提純的方法進(jìn)行提取。誘變育種改變微生物遺傳特性控制生產(chǎn)過程中的各種條件連續(xù)培養(yǎng)好氧萃取(或蒸餾或離子交換等)牛刀小試閱讀教材24-27頁回答以下問題：二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.發(fā)酵工程有哪些方面的應(yīng)用？2.在食品工業(yè)上的應(yīng)用有哪些？3.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用有哪些？4.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用有哪些？

發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價(jià)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(diǎn)，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的分解工業(yè)。合作探究2思考·討論

啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程一、過程概述：1.啤酒的發(fā)酵過程分為_______和_______兩個(gè)階段；2.主發(fā)酵階段完成________________________________；3.后發(fā)酵的條件__________________________；4.焙烤的目的：___________________________；5.蒸煮的目的：__________________________________。主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時(shí)間加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對糖漿滅菌二、討論1.酵母菌酒精發(fā)酵過程中為什么要“先通氣后密封”？2.啤酒生產(chǎn)中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)，發(fā)酵后期，如果密封不嚴(yán)，會使啤酒變酸，你知道這是發(fā)生了什么變化嗎？“通氣”：酵母菌進(jìn)行有氧呼吸大量繁殖；“密封”：酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精。酒精在醋酸菌的作用下產(chǎn)生醋酸。閱讀課本P2418（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用大豆中蛋白小分子肽和氨基酸醬油黑曲霉淋洗、調(diào)制各種谷物、水果釀酒酵母各種酒類生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑生產(chǎn)酶制劑（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用（二）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥1.生產(chǎn)微生物肥料2.生產(chǎn)微生物農(nóng)藥例子：利用蘇云金桿菌防治多種農(nóng)林蟲害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛蟲，3.生產(chǎn)微生物飼料（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用（四）在其他方面的應(yīng)用

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

和

等方面的重大