1.3 生物發(fā)酵工程及其應用課件-高二下學期生物人教版（2019）選擇性必修3

發(fā)酵工程及其應用年級：高二年級學科：生物學（人教版）主講人：楊思杰

學校：四川省洪雅中學校1了解發(fā)酵工程的概念和基本流程3分析發(fā)酵工程在實際生產中的重要性教學目標2掌握發(fā)酵工程的應用領域世界上第一種應用于臨床的抗生素——青霉素問題：在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產的呢？發(fā)酵工程:即利用微生物的特定的功能，通過現(xiàn)代工程技術，規(guī)模化生產對人類有用的產品。青霉素是世界上第一個應用于臨床的抗生素。早期科學家只能從青霉菌中提取少量，價格貴如金。隨著高產菌種的選育、發(fā)酵技術的發(fā)展等，青霉素步入了產業(yè)化生產的道路。如今，一瓶規(guī)格160萬單位青霉素注射劑的價格只要1元左右。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.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，規(guī)?；a對人類有用的產品。選育菌種擴大培養(yǎng)配置培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離、提純產物獲得產品2.基本環(huán)節(jié)優(yōu)良菌種的來源：某鎮(zhèn)特產一種美酒，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，具有獨特的微生物種群，因為與外界的空氣對流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。（1）選育菌種①自然界中篩選②誘變育種③基因工程育種工業(yè)發(fā)酵罐體積幾十~幾百m3幾~幾十m3接入的菌種總體積（2）擴大培養(yǎng)①目的：獲得更多的菌種。②原因：工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般較大，因此，需要接入的菌種總體積大（數目多）。③擴大培養(yǎng)的培養(yǎng)基：一般為液體培養(yǎng)基。思考：怎樣對菌種進行擴大培養(yǎng)？將培養(yǎng)到生長速度最快時期的菌體分開，再進行培養(yǎng)。思考：擴大培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基，從物理性質上分類，是什么類型的培養(yǎng)基？液體培養(yǎng)基?？梢允刮⑸锱c營養(yǎng)物質充分接觸，提高營養(yǎng)物質的利用率，有利于微生物的繁殖。①在菌種確定之后，（結合菌種代謝特點）選擇原料制備培養(yǎng)基；②在生產實踐中，培養(yǎng)基的配方要經過反復試驗才能確定（即不斷優(yōu)化培養(yǎng)基）。（3）配制培養(yǎng)基①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，可能導致產量大大降低。②滅菌目的：避免因雜菌污染而影響產品的品質和產量。培養(yǎng)基和發(fā)酵設備都必須經過嚴格的滅菌。（4）滅菌（5）接種：將擴大培養(yǎng)后的菌種投放到發(fā)酵罐中嚴格控制發(fā)酵條件的原因：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。（6）發(fā)酵罐內發(fā)酵——發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)例如：谷氨酸的發(fā)酵生產：在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。菌體本身代謝產物根據其性質采用等方法進行分離、提純采用過濾、沉淀等方式進行分離、提純（7）產品的分離、提純（8）獲得產品①在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；②生產所需代謝物的產量高；③發(fā)酵條件容易控制；④菌種不易變異、退化等。思考·討論1：

發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析討論2：怎樣對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？要對溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(yǎng)組分。討論3：在進行發(fā)酵生產時，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)酵生產時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質。為了減少或避免污染物的產生和排放，實現(xiàn)清潔生產，應該對排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進行二次清潔或滅菌處理。討論4：在產物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比有哪些改進之處？傳統(tǒng)發(fā)酵技術獲得的產物一般不是單一的組分，而是成分復雜的混合物，很多時候不會再對產物進行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離和提純產物。發(fā)酵工程中使用的分離和提純產物的方法較多。發(fā)酵工程產物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質量檢査，合格后才能成為正式產品。二、發(fā)酵工程的特點和應用產物專一生產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發(fā)酵工程的特點在食品工業(yè)上的應用在醫(yī)藥工業(yè)上的應用在農牧業(yè)上的應用在其他方面的應用發(fā)酵工程的應用在食品工業(yè)上的應用(1)生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品實例1:醬油的生產小分子肽和氨基酸醬油黑曲霉(蛋白酶)淋洗調制實例2:各種酒類的生產各種酒類釀酒酵母①利用黑曲霉發(fā)酵生產檸檬酸；②利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產谷氨酸，經處理制成味精。(2)生產各種各樣的食品添加劑添加劑的類型舉例酸度調節(jié)劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5’-肌苷酸二鈉、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、結冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶在食品工業(yè)上的應用(3)生產酶制劑種類作用食品直接生產改進生產工藝簡化生產過程改善產品的品質延長食品儲存期提高產品產量α-淀粉酶β-淀粉酶果膠酶脂肪酶氨基肽酶在食品工業(yè)上的應用在醫(yī)藥工業(yè)上的應用改造菌種02工程菌01疫苗03在農牧工業(yè)上的應用2.生產微生物農藥3.生產微生物飼料1.生產微生物肥料在其他方面上的應用解決資源短缺和環(huán)境污染問題對極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用

(1)(2)利用纖維廢料發(fā)酵生產酒精、乙烯等能源物質利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量小結：食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)生產傳統(tǒng)發(fā)酵食品農牧業(yè)其他方面生產食品添加劑發(fā)酵工程應