1-3-發(fā)酵工程及其應(yīng)用(人教版2019選擇性必修3)

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用發(fā)酵工程及其應(yīng)用微生物的基本培養(yǎng)技術(shù)微生物的培養(yǎng)和計(jì)數(shù)趙全華第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用從社會(huì)中來(lái)

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，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，一瓶規(guī)格160萬(wàn)單位青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。

在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？隨著人們對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)，微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立，以及密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)成功，人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境下大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，發(fā)酵工程逐步形成。那么發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么呢？應(yīng)用發(fā)酵工程能夠生成哪些產(chǎn)品呢？發(fā)酵罐示意圖

本節(jié)聚焦1.什么是發(fā)酵工程？2.發(fā)酵工程的一般流程是什么？3.發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值？發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種:可以從自然界中篩選,也可通過(guò)誘變育種或基因工程獲得擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵:發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在了解發(fā)酵進(jìn)程的同時(shí),還要控制發(fā)酵條件。環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖,而且會(huì)影響微生物代謝物的形成接種配制培養(yǎng)基、滅菌:不能有雜菌污染。如在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果污染了雜菌,某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶將青霉素分解掉分離、提純產(chǎn)物:(1)若產(chǎn)品是微生物本身,可采用過(guò)濾、沉淀等方法;(2)若產(chǎn)品是代謝物,可根據(jù)產(chǎn)物性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)拇胧┇@得產(chǎn)品

思考·討論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？發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析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？在低成本的培養(yǎng)基上能迅速繁殖；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。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？4、進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液能直接排放到外界環(huán)境中嗎？

為什么？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。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀，萃取，膜分離、吸附或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。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)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)酵工程的應(yīng)用

發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小和容易處理等特點(diǎn)，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。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)品大豆中蛋白小分子肽和氨基酸醬油黑曲霉淋洗、調(diào)制各種谷物、水果釀酒酵母各種酒類(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸；利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，經(jīng)處理制成味精。表1-2常用的幾種食品添加劑添加劑類型舉例酸度調(diào)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(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶(3)生產(chǎn)酶制劑利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等；目前已有50多種酶制劑用于食品生產(chǎn)。2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)推動(dòng)了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。（3）未來(lái)可能用微生物生產(chǎn)過(guò)去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等。（4）利用基因工程將病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞，制成生物疫苗。（2）直接對(duì)菌種進(jìn)行改造,再通過(guò)發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品（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3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)微生物肥料微生物肥料利用了微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的、

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)。如根瘤菌肥和固氮菌肥有機(jī)酸生物活性物質(zhì)（2）生產(chǎn)微生物農(nóng)藥（3）生產(chǎn)微生物飼料微生物農(nóng)藥是利用或來(lái)防治病蟲害的。微生物農(nóng)藥作為的重要手段，微生物其代謝物生物防治蛋白質(zhì)微生物含有豐富的

。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(guò)發(fā)酵獲得了大量的

，即單細(xì)胞蛋白，用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高微生物菌體4.在其他方面的應(yīng)用發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在助力解決和

等方面的重大問(wèn)題上，作出了越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。糧食、環(huán)境、健康能源（1）解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)（2）對(duì)極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程主要分為

和

兩個(gè)階段。主發(fā)酵后發(fā)酵（1）發(fā)芽大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶（2）焙烤加熱殺死胚，淀粉酶不失活（3）碾磨將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉（4）糖化淀粉分解形成糖漿（6）發(fā)酵酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2（5）蒸煮產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌（7）消毒殺死啤酒中大多數(shù)微生物，延長(zhǎng)它的保存期。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)。（8）終止過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行銷售思考·討論主發(fā)酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。后發(fā)酵主發(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)酵的溫度和發(fā)酵的時(shí)間隨啤酒品種和口味要求不同有所差異。課堂小結(jié)1.發(fā)酵工程的一項(xiàng)關(guān)鍵措施是滅菌,下列關(guān)于滅菌的敘述,正確的是(

)A.培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備均需要嚴(yán)格滅菌B.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細(xì)菌和真菌C.通入無(wú)菌空氣可以達(dá)到滅菌的目的D.pH調(diào)到7左右滅菌效果最好A解析培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌,A項(xiàng)正確;培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物,B項(xiàng)錯(cuò)誤;為防止雜菌污染,通入的空氣也要是無(wú)菌的,但不是通入無(wú)菌空氣就可以達(dá)到滅菌的目的,C項(xiàng)錯(cuò)誤;滅菌效果與pH無(wú)直接關(guān)系,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.下列關(guān)于單細(xì)胞蛋白的敘述,正確的是(

)A.是從微生物細(xì)胞中提取的蛋白質(zhì)B.通