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

高中生物學(xué)選擇性必修3第1章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)：1、概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)。2、舉例說(shuō)明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值。教學(xué)重點(diǎn)：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)、發(fā)酵工程的應(yīng)用。

教學(xué)難點(diǎn)：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。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)指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類(lèi)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。大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品微生物的特定功能現(xiàn)代化工程技術(shù)發(fā)酵工程士選育高

產(chǎn)菌種配制培

養(yǎng)基一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)擴(kuò)大

培養(yǎng)滅菌分離、提

純產(chǎn)物發(fā)酵罐

內(nèi)發(fā)酵獲得產(chǎn)品接種優(yōu)良的菌種不僅其有健壯，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。①

性狀優(yōu)良的菌種可以加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期。生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)青霉素啤酒酵母黑曲霉生產(chǎn)啤酒蛋白酶黑曲霉黃青霉選育菌種自然篩選

優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠缺點(diǎn)：自發(fā)突變頻率低，出現(xiàn)優(yōu)良性狀可能性小，需要時(shí)間長(zhǎng)。誘變育種或基因工程育種優(yōu)點(diǎn)：育種時(shí)間短、提高發(fā)酵產(chǎn)物純度、減少副產(chǎn)物缺點(diǎn)：技術(shù)要求高②方法：

自然篩選、誘變育種或基因工程育種選育菌種思考怎樣對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)將培養(yǎng)到增長(zhǎng)速率最快時(shí)期的菌體分開(kāi)，再進(jìn)行培養(yǎng)。接入的菌種總體積幾～幾十m3工業(yè)發(fā)酵罐體積幾十～幾百m3擴(kuò)大培養(yǎng)一液體培養(yǎng)基菌種確定之后，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。①原因：

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。②滅菌對(duì)象：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備③實(shí)例：在青霉素生產(chǎn)過(guò)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。雜菌與菌種之間形成種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系使產(chǎn)量下降或雜菌產(chǎn)生的代謝物質(zhì)抑制菌種生長(zhǎng)而使產(chǎn)量下降。接種滅菌配制培養(yǎng)基發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

中心環(huán)節(jié)①隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度，以了解發(fā)酵進(jìn)程。②環(huán)境條件不僅影響微生物生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。③檢測(cè)和控制：溫度、pH

、溶解氧、壓強(qiáng)、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等。觀察孔攪拌葉輪冷卻水進(jìn)入口pH檢測(cè)及控制排氣管冷卻水排出口空氣入口放料管培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)

物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器和控制裝置冷卻水進(jìn)入口使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快O?

的溶解以及散熱抽取樣本

進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)罐溫發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

中心環(huán)節(jié)

發(fā)酵罐示意圖：冷卻水排出口

冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口放料管→控制溶解氧→調(diào)節(jié)罐壓電動(dòng)機(jī)排氣管pH計(jì)閥門(mén)①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身

——過(guò)濾、沉淀②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物

——根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、?/p>

離、純化措施

(如蒸餾、萃取)分離、提純產(chǎn)物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。因?yàn)樵谶M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。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(duì)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析思考·討論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，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法；在進(jìn)一步純化階段，會(huì)采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無(wú)論是代謝物還是菌體本身，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。思考·討論發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析(一)發(fā)酵工程的特點(diǎn)(二)發(fā)酵工程的應(yīng)用√產(chǎn)物專(zhuān)一√在食品工業(yè)上的應(yīng)用√生產(chǎn)條件溫和√在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用√原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉√在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用√廢棄物對(duì)環(huán)境污染小且容易處理√在其他方面的應(yīng)用二

、發(fā)酵工程的應(yīng)用黑曲霉(

蛋

白

酶

)→

小分子肽和氨基酸1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品各種酒類(lèi)的生產(chǎn)谷物或水果大豆(主要原料)醬油的生產(chǎn)淋洗、調(diào)制各種酒類(lèi)釀酒酵母醬油1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用②生產(chǎn)食品添加劑谷氨酸棒狀桿菌黑曲霉淀粉檸檬酸合成酶發(fā)酵氧氣谷氨酸檸檬酸淀粉酶葡萄糖處理味精1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用③生產(chǎn)酶制劑酶制劑：從生物體中提取的其有酶特性的一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)。分

類(lèi)：胞內(nèi)酶和胞外酶特

點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝、提高質(zhì)量。舉

例：果膠酶；脂肪酶；α-淀粉酶；β-淀粉酶；氨基酸肽酶2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)藥物：各種抗生素、多種氨基酸、多種激素、多種免疫調(diào)節(jié)劑方法：藥物藥物疫苗病原體的抗原基因直接改造微生物一動(dòng)植物的基因發(fā)酵工程微生物微生物轉(zhuǎn)

入轉(zhuǎn)入微生物肥料的原理●利用微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株

生長(zhǎng)、增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性。●利用微生物代謝物抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的的發(fā)生。常見(jiàn)微生物肥料：

根瘤菌肥、固氮菌肥3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)微生物肥料3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用②生產(chǎn)微生物農(nóng)藥常見(jiàn)微生物農(nóng)藥：白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛蟲(chóng)利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害蘇云金桿菌(Bt毒蛋白):防治80多種農(nóng)林害蟲(chóng)放線菌(井岡霉素):防治水稻枯紋病3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用③生產(chǎn)微生物飼料微生物飼料：以微生物為發(fā)酵菌種，將飼料原料轉(zhuǎn)化為微生物菌體蛋白、生物活性小肽類(lèi)氨基酸、微生物活性益生菌、復(fù)合酶制劑為一體的生物發(fā)酵飼料。常見(jiàn)微生物飼料：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白：

以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)廢料等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得的大量微生物菌體。單