【生物】發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第一章第三節(jié)發(fā)酵工程行業(yè)PPT模板http:///hangye/01發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵工程的基本應(yīng)用02CONTENTS目錄YOUCANALSOFORMATTHEAPPROPRIATETEXTANDADJUSTYOUCANALSOFORMATTHEAPPROPRIATETEXTANDADJUST01發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)JULYHELLO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格只要1元左右。青霉素問題探討新課導(dǎo)入討論：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JULYHELLO選育菌種擴大培養(yǎng)接種滅菌配制培養(yǎng)基發(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)JULYHELLO（1）目的:獲得性狀優(yōu)良的菌種。（2）菌種來源：自然界中篩選、誘變育種或基因工程育種。（3）實例：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。1.選育菌種JULYHELLO2.擴大培養(yǎng)（1）目的:

獲得更多的菌種，縮短時間，提高效率。（2）培養(yǎng)基：一般為液體培養(yǎng)基。（1）將培養(yǎng)到生長速度最快時期的菌體分開，再進行培養(yǎng)。（2）增加菌種數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期JULYHELLO（1）配制要求①在菌種確定之后，（結(jié)合菌種代謝特點）選擇原料制備培養(yǎng)基；②在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定（即不斷優(yōu)化培養(yǎng)基）；*培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌；3.培養(yǎng)基的配制、滅菌JULYHELLO（2）滅菌原因發(fā)酵工程種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)量大大降低。*培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌；3.培養(yǎng)基的配制、滅菌②②①發(fā)酵工程所用的菌種大多數(shù)是單一菌種。②滅菌的原因分析：雜菌與菌種之間形成的種間競爭關(guān)系使產(chǎn)量下降或雜菌產(chǎn)生的代謝物抑制菌種的生長使產(chǎn)量下降。④實例：在青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，雜菌分泌青霉素酶就會將青霉素分解掉。③滅菌的目的：防止雜菌污染而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。JULYHELLO均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制，還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。電動機D1排氣管C3pH計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冷卻水進入口一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)4.接種：現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的發(fā)酵罐的優(yōu)點：JULYHELLO（1）地位：

發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。（2）要求：

①發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程；②要及時添加必需的營養(yǎng)物質(zhì)，要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶氧量等發(fā)酵條件。（3）嚴(yán)格控制發(fā)酵條件的原因：

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；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)5.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵JULYHELLO（4）不同發(fā)酵條件的影響（實例——谷氨酸發(fā)酵）①在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；②在條件下則容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)5.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵JULYHELLO（1）產(chǎn)品的兩種形式（2）采取手段①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身時，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。②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物時，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。7.獲得產(chǎn)品一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)6.產(chǎn)品的分離、提純JULYHELLO②發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析選育菌種擴大培養(yǎng)配置培養(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①從自然界中篩選的常規(guī)菌種①配置原則：目的明確、營養(yǎng)協(xié)調(diào)、pH適宜①目的：防止雜菌污染①檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等地位：中心環(huán)節(jié)②通過誘變育種或基因工程育種獲得②營養(yǎng)構(gòu)成：水、無機鹽、碳源、氮源等②對象：培養(yǎng)基和發(fā)酵罐②及時添加必需的營養(yǎng)物質(zhì)組分來延長菌體生長穩(wěn)定期的時間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物②代謝物：適當(dāng)?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施③嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件③注意：培養(yǎng)基使用前要經(jīng)過反復(fù)試驗才能用于大規(guī)模生產(chǎn)條件：環(huán)境條件穩(wěn)定、溫和，利于菌種生長繁殖目的：增加菌種數(shù)量所用培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基或固體培基①菌體本身：過濾、沉淀監(jiān)控途徑課堂小結(jié)JULYHELLO1.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？①在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；②生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；③發(fā)酵條件易控制；④菌種不易變異，退化等。①反復(fù)試驗確定培養(yǎng)基的配方；②對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進行嚴(yán)格的滅菌；③隨時檢測培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量、產(chǎn)物濃度等；④及時添加必需的營養(yǎng)組分；⑤嚴(yán)格控制溫度、pH和溶氧量等發(fā)酵條件，使用計算機控制系統(tǒng)對各種條件進行監(jiān)測和控制，以及反饋控制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？一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)JULYHELLO3.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)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離提純產(chǎn)物。發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。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),應(yīng)該對排出的氣體和廢氣培養(yǎng)液進行二次清潔或滅菌處理。YOUCANALSOFORMATTHEAPPROPRIATETEXTANDADJUSTYOUCANALSOFORMATTHEAPPROPRIATETEXTANDADJUST02發(fā)酵工程的應(yīng)用JULYHELLO二、發(fā)酵工程的應(yīng)用【任務(wù)二】閱讀課本24頁第一段，說出發(fā)酵工程的優(yōu)點及應(yīng)用。（一）優(yōu)點：產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理（二）運用：醫(yī)藥其他食品農(nóng)牧JULYHELLO1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品食品添加劑酶制劑利用黑曲霉生產(chǎn)醬油利用酵母菌生產(chǎn)酒類利用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸利用谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)味精淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量增加食品的營養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，延長食品的保存期用于食品的直接生產(chǎn)、改進生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面二、發(fā)酵工程的應(yīng)用

啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程（視頻）JULYHELLO發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵主發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程主要分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段。1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間，形成澄清、成熟的啤酒。JULYHELLO具體為發(fā)芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，發(fā)酵，消毒，終止環(huán)節(jié)。發(fā)芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉水解形成糖漿。1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用JULYHELLO蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期。過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進行出售。糖漿啤酒花過濾冷卻裝瓶裝罐儲存罐具體為發(fā)芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，發(fā)酵，消毒，終止環(huán)節(jié)。1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用JULYHELLO討論1.酵母菌酒精發(fā)酵過程中為什么要“先通氣后密封”？“通氣”的目的是使酵母菌進行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌進行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精。酒精在醋酸菌的作用下被氧化產(chǎn)生乙醛，最后變?yōu)榇姿?。討?.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？1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用討論3.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在上面啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)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。JULYHELLO①食品添加劑優(yōu)點增加食物的營養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，延長食品的保存期。②實例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；③實例2——味精谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精；由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸；1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（2）生產(chǎn)食品添加劑。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用JULYHELLO①常見酶制劑α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶、脂肪酶②酶制劑應(yīng)用食品的直接生產(chǎn)、改進生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等。③酶制劑來源少數(shù)由動植物生產(chǎn)；

絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。（3）生產(chǎn)酶制劑1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：人們可以采用基因工程等的方法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。改造菌種02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;工程菌01科學(xué)家還利用基因工程，將病原體的某個或某幾個抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛毎?，獲得的表達產(chǎn)物就可以作為疫苗使用疫苗03利用經(jīng)過基因改造的微生物進行發(fā)酵生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素未來可能用微生物來生產(chǎn)過去只能從植物中提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物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)疫苗JULYHELLO①微生物肥料的種類根瘤菌肥、固氮菌肥②微生物肥料的作用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；有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長，從而減少病害的發(fā)生.3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（1）生產(chǎn)微生物肥料JULYHELLO①微生物農(nóng)藥的作用利用微生物或其代謝物來防治病蟲害②防治類型屬于生物防治③實例微生物或代謝產(chǎn)防治病蟲害種類蘇云金桿菌80多種農(nóng)林害蟲白僵菌玉米螟、松毛蟲一種放線菌產(chǎn)生的抗生素（井岡霉素）水稻枯紋病3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（2）生產(chǎn)微生物農(nóng)藥JULYHELLO①原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快。②實例1——單細胞蛋白許多國家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。

單細胞蛋白應(yīng)用——食品添加劑、微生物飼料；③實例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，動物食用后還能提高免疫力。單細胞蛋白3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（3）生產(chǎn)微生物飼料JULYHELLO4.在其他方面的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問題對極端微生物的利用利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量JULYHELLOJULYHELLO實戰(zhàn)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擴大培養(yǎng)A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①JULYHELLO2.土壤中含有豐富的磷資源，其中只有1%左右能被植物吸收利用，其他以無機磷酸鹽固體形式存在。解磷細菌可以溶解磷酸鹽固體，提高土壤肥力，促進農(nóng)作物的生長。某企業(yè)使用發(fā)酵工程生產(chǎn)解磷細菌菌肥，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)發(fā)酵液解磷細菌的濃度達到2×108個/mL時，發(fā)酵結(jié)束，分裝入庫，經(jīng)質(zhì)量抽查合格之后，投放市場。下列敘述錯誤的是（

）A．獲得解磷細菌的純培養(yǎng)物的關(guān)鍵是防止外來雜菌的污染B．使用平板劃線法進