【公開課】發(fā)酵工程及其應(yīng)用+課件-2022-2023學(xué)年高中生物人教版選擇性必修3

發(fā)酵工程及其應(yīng)用第3節(jié)第一章

發(fā)酵工程從社會(huì)中來

青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素，早期只能從青霉菌中提取少量青霉素，價(jià)格貴如金。隨著發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，如今一瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑價(jià)格只要一元左右，那么工業(yè)上究竟是如何生產(chǎn)的呢？選育高產(chǎn)菌種擴(kuò)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)物獲得產(chǎn)品一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種（1）目的：獲得_______________________性狀優(yōu)良的菌種（2）菌種來源：從自然界中篩選、________或____________________。誘變育種基因工程育種（3）實(shí)例：篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉用來生產(chǎn)檸檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母，加速發(fā)酵、縮短生產(chǎn)周期；一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考討論：某鎮(zhèn)特產(chǎn)一種美酒，以下是對該鎮(zhèn)環(huán)境的描述：四面環(huán)山，地勢低洼，氣候炎熱，具有獨(dú)特的微生物種群，因?yàn)榕c外界的空氣對流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。這對你理解發(fā)酵工程中菌種選育的重要性有什么啟示？2.擴(kuò)大培養(yǎng)（1）目的：獲得___________更多的菌種（2）原因：

工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。3.配制培養(yǎng)基：①在菌種確定之后，要_________制備培養(yǎng)基。②在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過________才能確定。4.滅菌：選擇原料反復(fù)試驗(yàn)（1）滅菌原因：發(fā)酵工程種所用的菌種大多是________，一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致_____________。單一菌種產(chǎn)量大大降低（2）_____________都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌；培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)5.接種：將_____________的菌種投放到

中發(fā)酵罐擴(kuò)大培養(yǎng)后6.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)（1）要求：①發(fā)酵過程中，要________培養(yǎng)液中___________、________等，以____________；②要及時(shí)添加_______________，要嚴(yán)格控制_____、____和______等發(fā)酵條件；隨時(shí)檢測微生物數(shù)量產(chǎn)物濃度了解發(fā)酵進(jìn)程必需的營養(yǎng)物質(zhì)溫度pH溶氧量（2）嚴(yán)格控制發(fā)酵條件的原因：①環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長繁殖，而且影響微生物代謝物的形成；②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)一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)例：谷氨酸的發(fā)酵：①在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酸；②在酸性條件下則容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；7.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?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。一.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)8.獲得產(chǎn)品：啤酒味精對點(diǎn)訓(xùn)練：1.發(fā)酵工程的正確操作過程是①發(fā)酵②培養(yǎng)基的配制③滅菌④產(chǎn)品的分離與提純⑤菌種的選育⑥接種⑦擴(kuò)大培養(yǎng)A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①√對點(diǎn)訓(xùn)練：2.下列關(guān)于微生物發(fā)酵過程的說法，正確的是A.菌種選育是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)B.只要不斷地向發(fā)酵罐中通入液體培養(yǎng)基，就能保證發(fā)酵的正常進(jìn)行C.在發(fā)酵過程中，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵

條件，否則會(huì)影響菌種代謝物的形成D.在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件會(huì)影響微生物的生長繁殖，但是

不影響微生物的代謝途徑√(1)生產(chǎn)條件溫和。(2)原料來源豐富且價(jià)格低廉。(3)產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小且容易處理。1．發(fā)酵工程的優(yōu)點(diǎn)二.發(fā)酵工程的應(yīng)用(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如醬油、各種酒類等。二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用實(shí)例1—生產(chǎn)醬油大豆黑曲霉蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸淋洗、調(diào)制醬油實(shí)例2—釀酒谷物或水果釀酒酵母酒類

啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程啤酒的工業(yè)化流程完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間進(jìn)行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵主發(fā)酵冷卻消毒終止后發(fā)酵過濾(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用②生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用實(shí)例1——檸檬酸檸檬酸是一種食品酸度調(diào)節(jié)劑；可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得；實(shí)例2——味精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；(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用③生產(chǎn)酶制劑，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶、脂肪酶二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用來源：少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)；絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)；(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：如生產(chǎn)抗生素、激素、疫苗等。二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用①采用基因工程的方法，將植物或動(dòng)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②直接對菌種進(jìn)行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品對點(diǎn)訓(xùn)練：3.如圖所示為面包霉體內(nèi)合成氨基酸的途徑。若在發(fā)酵工程中利用面包霉來大量合成氨基酸A，應(yīng)采取的最佳措施是A.改變面包霉的細(xì)胞膜通透性B.在高溫高壓下進(jìn)行發(fā)酵C.對面包霉進(jìn)行誘變處理，選育出不能合成酶③的菌種D.對面包霉進(jìn)行誘變處理，選育出不能合成酶②的菌種√(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用①生產(chǎn)微生物肥料微生物肥料的種類：根瘤菌肥、固氮菌肥②生產(chǎn)微生物農(nóng)藥機(jī)理：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害實(shí)例：蘇云金桿菌

防治80多種農(nóng)林蟲害。白僵菌

防治玉米螟、松毛蟲等蟲害。井岡霉素（一種放線菌產(chǎn)生的抗生素）

防治水稻枯紋病。防治類型：生物防治(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用③生產(chǎn)微生物飼料原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白

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(xì)胞蛋白；單細(xì)胞蛋白應(yīng)用：單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)過程：食品添加劑、微生物飼料；單細(xì)胞蛋白成分：不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)實(shí)例2-乳酸菌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，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。對點(diǎn)訓(xùn)練:4.(2022·湖北荊門高二期末)與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富，產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。下列敘述錯(cuò)誤的是A.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)多是混合菌種發(fā)酵，發(fā)酵工程一般為純種發(fā)酵B.通過發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白C.發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身D.發(fā)酵工程通常可以采用連續(xù)培養(yǎng)的方法以最大限度地獲得人類所需的

產(chǎn)品√二.發(fā)酵工程的應(yīng)用2．發(fā)酵工程的應(yīng)用（4）在其他方面的應(yīng)用①解決資源短缺與環(huán)境污染問題

隨著對纖維素水解研究的不斷深入，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②將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐

自然界中還存在著一定數(shù)量的極端微生物，它們能在極端惡劣的環(huán)境（高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境）中正常生活。如：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。15.谷氨酸是生物體內(nèi)一種重要的有機(jī)小分子，谷氨酸鈉是它的鈉鹽，是味精等調(diào)味品的主要成分。目前利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的氨基酸中，谷氨酸是產(chǎn)量最大的種類之一。請回答下列問題：(1)我國微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸常用的菌種有谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌，下列生物中與這些菌種在結(jié)構(gòu)上存在明顯區(qū)別的是________(填字母)。A.噬菌體 B.人類免疫缺陷病毒(HIV) C.禽流感病毒D.肺炎鏈球菌 E.酵母菌

F.硝化細(xì)菌

G.乳酸菌ABCE(2)谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸鹽、生物素等，發(fā)酵裝置如圖所示。某廠用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，結(jié)果代謝物中出現(xiàn)了大量的乳酸，從發(fā)酵條件看，其原因很可能是____________。(3)谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)過程中，需要添加氨水，它不僅是細(xì)菌生長所需的_______，而且還有調(diào)節(jié)培養(yǎng)液_____的作用，所以應(yīng)該分次加入。通氣量不足氮源pH(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過程中要不斷地通入無菌空氣，并通過攪拌使空氣形成細(xì)小的氣泡，迅速溶解在培養(yǎng)液中，當(dāng)培養(yǎng)基中碳氮比為4∶1時(shí)，菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當(dāng)碳氮比為3∶1時(shí)，菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌代謝物是乳酸或琥珀酸。由上述探究可知，通過發(fā)酵得到大量谷氨

酸的發(fā)酵思路是______________________________________________________________________