【公開(kāi)課】發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

1.什么是發(fā)酵工程？2.發(fā)酵工程的一般流程是什么？3.發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值？第2節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用青霉素是世界上第一個(gè)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(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(wàn)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？從社會(huì)中來(lái)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.發(fā)酵工程的概念：利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品。2.發(fā)酵工程的特點(diǎn)：生產(chǎn)條件溫和；原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉；產(chǎn)物專一；廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小、容易處理等3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)：發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面（1）選育菌種和擴(kuò)大培養(yǎng)：性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來(lái)，也可以通過(guò)誘變育種或基因工程育種獲得。（3）滅菌：發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種，為避免雜菌污染，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌。（2）配制培養(yǎng)基：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(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。（4）接種和發(fā)酵：發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。①發(fā)酵過(guò)程中需要隨時(shí)取樣，檢測(cè)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(jìn)程；②要及時(shí)添加必需的培養(yǎng)基成分，以滿足菌種的營(yíng)養(yǎng)需求，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件。（5）分離、提純產(chǎn)物：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(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(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(lái)獲得產(chǎn)品思考：1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)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(zhǎng)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。）2.怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需要？（要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)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(jìn)之處？（傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的發(fā)酵產(chǎn)物不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，基本沒(méi)有經(jīng)過(guò)產(chǎn)物分離和提純等步驟。發(fā)酵工程的發(fā)酵產(chǎn)物根據(jù)產(chǎn)物的種類采取不同的分離、提純方法，若發(fā)酵產(chǎn)物是微生物細(xì)胞本身，則采用過(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離、提純；若發(fā)酵產(chǎn)物是代謝物，則根據(jù)代謝物性質(zhì)采用蒸餾、萃取、離子交換等方法分離、提純）4.在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，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，發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體可能含有有毒氣體，廢棄培養(yǎng)液可能含有有毒物質(zhì)，這些都可能會(huì)污染環(huán)境，對(duì)人體健康造成危害，此外，廢棄培養(yǎng)液中的微生物也可能會(huì)污染水體、感染人體。因此，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等需經(jīng)檢測(cè)、處理后才能排到外界環(huán)境中）二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用第一：生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品小分子肽和氨基酸谷物或水果各種酒類醬油的生產(chǎn)各種酒類的生產(chǎn)黑曲霉（蛋白酶）淋洗、調(diào)制釀酒酵母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糖化淀粉水解形成糖漿啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程思考·討論⑤蒸煮產(chǎn)生風(fēng)味組分終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌⑥發(fā)酵酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2⑦消毒殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長(zhǎng)它的保存期⑧終止過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)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(duì)原材料的處理、發(fā)酵過(guò)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)）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，如一般不添加食品添加劑、不進(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個(gè)問(wèn)題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？（應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面：這類產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿足一些人的時(shí)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(jià)格昂貴的問(wèn)題）添加了檸檬酸的飲料第二：生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5`-肌酐酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌、溶菌酶食品添加劑的作用：·增加食品的營(yíng)養(yǎng)·延長(zhǎng)食品的保存期·改善食品的口味、色澤和品質(zhì)第三：生產(chǎn)酶制劑①酶制劑·果膠酶·脂肪酶·α-淀粉酶·β-淀粉酶·氨基酸肽酶

……②酶制劑的作用·食品直接生產(chǎn)·改進(jìn)生產(chǎn)工藝·簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程·提高產(chǎn)品產(chǎn)量·延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期

·改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（1）將動(dòng)植物目的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物，通過(guò)發(fā)酵技術(shù)獲得所需藥物（2）將菌種直接改造，通過(guò)發(fā)酵技術(shù)獲得藥物（3）將病原體的抗體基因轉(zhuǎn)入微生物中，或得表達(dá)產(chǎn)物即可作為疫苗使用生長(zhǎng)激素釋放抑制激素3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(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(guò)程中產(chǎn)生有有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力，改料土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)（2）生產(chǎn)微生物農(nóng)藥a.用蘇云金桿菌防治農(nóng)林害蟲b.用白僵菌防治玉米螟、松毛蟲等玉米螟松毛蟲（3）生產(chǎn)微生物飼料a.單細(xì)胞蛋白作為食品添加劑b.單細(xì)胞蛋白制成生物飼料單細(xì)胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)，以后我老牛是不是吃點(diǎn)微生物菌體就可以健康的活下去呢？4.在其他方面的應(yīng)用a.利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功b.嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量課堂練習(xí)1.下列關(guān)于發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的敘述，正確的是()A.需要根據(jù)確定的菌種選擇合適的原料配制培養(yǎng)基B.需要對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行消毒，以防止雜菌污染，導(dǎo)致產(chǎn)量下降C.選育出的菌種可以直接接種，也可以先進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)后再進(jìn)行接種D.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以通過(guò)正反饋機(jī)制，使發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)A2.下面圖1為谷氨酸發(fā)酵裝置示意圖，圖2為谷氨酸產(chǎn)生機(jī)理圖。據(jù)圖分析，下列對(duì)谷氨酸發(fā)酵的敘述，正確的是()A.菌體是異養(yǎng)厭氧型微生物

B.培養(yǎng)基屬于化學(xué)成分已知的液體培養(yǎng)基C.谷氨酸的形成與攪拌速度無(wú)關(guān)

D.提高產(chǎn)物產(chǎn)量的關(guān)鍵是改變菌體膜的通透性D3.啤酒生產(chǎn)的簡(jiǎn)要流程如圖所示，制麥時(shí)用赤霉素溶液浸泡大麥種子，糖化主要將麥芽中的淀粉等有機(jī)物水解為小分子。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，要始終保持嚴(yán)格的無(wú)菌、厭氧環(huán)境B.用赤霉素溶液浸泡大麥種子，目的是促進(jìn)α-淀粉酶合成C.在接種酵母菌前進(jìn)行冷卻處理，是為了避免殺死酵母菌種D.為了長(zhǎng)期保存酵母菌種，常用甘油管藏法將菌種置于-20℃冷凍箱中A4.下列關(guān)于發(fā)酵工程的應(yīng)用的說(shuō)法，正確的是()A.食品添加劑由于可以增加食品營(yíng)養(yǎng)，改善食品的色、香、味，還可延長(zhǎng)保存期，使用時(shí)應(yīng)盡量多添加B.加酶洗衣粉使用時(shí)用沸水洗滌效果最好C.在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，同時(shí)提高動(dòng)物免疫力D.與使用化學(xué)農(nóng)藥相比，使用微生物農(nóng)藥具有成本高、見(jiàn)效快、無(wú)污染的特點(diǎn)C5.