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(1)2

第三節(jié)

發(fā)酵工程及其應(yīng)用第1章

發(fā)酵工程人教版高中生物選擇性必修3

情境導(dǎo)入發(fā)酵工程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160萬單位的青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。青霉素在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二目錄一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一發(fā)酵工程：是指利用微生物的特定功能，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)物的分離和提純等方面；發(fā)面團(tuán)一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)啤酒生產(chǎn)味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒狀桿菌接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌現(xiàn)代發(fā)酵工程使用大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、

、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和

等進(jìn)行監(jiān)測和控制；還可以進(jìn)行

控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵工業(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)發(fā)酵工程中所用的菌種大多數(shù)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。性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。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。生產(chǎn)青霉素黃青霉在青霉素生產(chǎn)過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。一

發(fā)酵罐示意圖及功能介紹一裝置編號(hào)主要用途A1-A3A4A4B1-B5B1-B5C1、C2C1、C2C3C3D1、D2電動(dòng)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(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)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一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、

、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和

等進(jìn)行監(jiān)測和控制；還可以進(jìn)行

控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品

這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時(shí)檢測培養(yǎng)液中微生物數(shù)量、

等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。還要及時(shí)添加必需的

，要嚴(yán)格控制溫度、pH和

__

等發(fā)酵條件。環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。產(chǎn)物濃度營養(yǎng)組分溶解氧溶解氧營養(yǎng)反饋如果發(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

、沉淀等方法將菌體分離和

，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的

采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和

措施來獲得產(chǎn)品。過濾干燥性質(zhì)純化一邊閱讀，一邊完成學(xué)案上的表格某鎮(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?我國幅員遼闊，地理生態(tài)環(huán)境多樣，為各種微生物的生長繁殖提供了條件，這有利于發(fā)酵工程選育菌種。優(yōu)良的菌種不僅具有健壯，不易退化，其發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，它往往還會(huì)賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，因此菌種選育環(huán)節(jié)很大程度上決定了生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品的成敗。一

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)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？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。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)2.怎樣對發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？①反復(fù)試驗(yàn)確定培養(yǎng)基的配方；②對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌；③隨時(shí)檢測培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量、產(chǎn)物濃度等；④及時(shí)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對各種條件進(jìn)行監(jiān)測和控制，以及反饋控制要對溫度、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繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營養(yǎng)組分。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)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)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(shí)候不會(huì)再對產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理。在發(fā)酵工程中，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、沉淀等方法將菌體從發(fā)酵液中分離出來。如果產(chǎn)品是代謝物，可采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進(jìn)行提取。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析及應(yīng)用任務(wù)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？不能直接排放到外界環(huán)境中；因?yàn)榘l(fā)酵過程可能產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，會(huì)污染環(huán)境。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對排出的氣體和廢氣培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。一

發(fā)酵工程的優(yōu)點(diǎn)一因此，發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。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；④廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理。過渡

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二目錄利用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)味精利用黑曲霉生產(chǎn)醬油利用酵母菌生產(chǎn)酒類淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量食品添加劑增加食品的營養(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(jìn)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(chǔ)存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用酶制劑一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的作用對糖漿滅菌一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二加啤酒花完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間,形成澄清、成熟的啤酒。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(jìn)行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程主發(fā)酵發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵冷卻過濾接種加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的作用對糖漿滅菌一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二加啤酒花完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間,形成澄清、成熟的啤酒。討論2：發(fā)酵后期，如果密封不嚴(yán)，會(huì)使啤酒變酸，這是發(fā)生了什么變化嗎？酒精在醋酸菌的作用下被氧化產(chǎn)生乙醛，最后變?yōu)榇姿?。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵主發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵冷卻過濾接種加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動(dòng)植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(2)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥(3)生產(chǎn)微生物飼料(1)生產(chǎn)微生物肥料一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用①微生物肥料：利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來增進(jìn)土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長、增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性。②常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥(1)生產(chǎn)微生物肥料一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(2)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥①微生物農(nóng)藥的作用:②防治類型:

③實(shí)例微生物或代謝產(chǎn)物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）水稻枯紋病利用微生物或其代謝物來防治病蟲害屬于生物防治一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用①微生物飼料原理：②常見微生物飼料：(3)生產(chǎn)微生物飼料實(shí)例1——單細(xì)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(xì)胞蛋白。

單細(xì)胞蛋白應(yīng)用——食品添加劑、微生物飼料；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。單細(xì)胞蛋白微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快。一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二解決資源短缺和環(huán)境污染問題對極端微生物的利用(四)在其他方面的應(yīng)用一

發(fā)酵工程的應(yīng)用二提示：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以利用農(nóng)作物廢棄物生產(chǎn)食用菌，利用菌糠生產(chǎn)有機(jī)肥或部分替代動(dòng)物飼料；在植物保護(hù)方面,應(yīng)用微生物產(chǎn)生的抗生素來生產(chǎn)生物農(nóng)藥，治理病蟲害等。1.請列舉一下發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)方面的其他應(yīng)用。提示：利用微生物發(fā)酵清理城市廢棄物垃圾，利用發(fā)酵工程使煙氣脫硫，還可以利用微生物工程除臭等。2.請列舉一下發(fā)酵工程在其他行業(yè)中的應(yīng)用。思考核心歸納

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過微生物

技術(shù)篩選或其它技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是

菌種原材料中天然存在的

菌種發(fā)酵方式

發(fā)酵為主固體發(fā)酵或__________發(fā)酵為主對發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格_______操作，防止雜菌污染。通過

技術(shù)對發(fā)酵條件精確地控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)。不是無菌操作，容易受到

染。對發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制，易受

影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富，成本_____，產(chǎn)物_______，產(chǎn)量_____。通常是

或作坊式的，產(chǎn)量低。生產(chǎn)往往受

和原料限制。產(chǎn)品風(fēng)味品種比較________，質(zhì)量

。相同點(diǎn)都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的純培養(yǎng)單一混合液體半固體無菌現(xiàn)代工程雜菌外界條件低多樣高家庭式季節(jié)單一不穩(wěn)定微生物(1)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是對微生物細(xì)胞本身或其代謝物進(jìn)行分離、提純(

)×發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。(2)谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺(

)(3)現(xiàn)代發(fā)酵工程中所用的菌種大多是復(fù)合菌種以提高生產(chǎn)效率(

)√×發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。(4)發(fā)酵工程生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富，但廢棄物對環(huán)境污染很大，不易處理(

)×發(fā)酵工程生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富，且廢棄物對環(huán)境污染小，容易處理。(5)生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的乳酸菌(

)×生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉，而不是乳酸菌。跟蹤訓(xùn)練√1.(2023·安徽安慶高二期末)發(fā)酵工程在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)流程如圖所示。結(jié)合賴氨酸或谷氨酸的生產(chǎn)實(shí)際，下列說法不正確的是A.①為誘變育種，②為萃取