發(fā)酵工程及其應用課件-高二下學期生物人教版選擇性必修3

第３節(jié)發(fā)酵工程及其應用第一章發(fā)酵工程一、發(fā)酵工程微生物純培養(yǎng)技術的建立密閉式發(fā)酵罐的設計成功人們對發(fā)酵原理的認識發(fā)酵工程形成發(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(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。

二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)閱讀圖1-9，思考下列問題：1、發(fā)酵工程所需的菌種只能從自然界篩選嗎？選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？2、擴大培養(yǎng)的目的是什么？一般選擇哪種培養(yǎng)基？3、為什么要對培養(yǎng)基和發(fā)酵設備進行嚴格的滅菌？4、發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是什么？有哪些注意事項？5、怎樣對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？6、針對不同的產(chǎn)品分離、提純產(chǎn)物的方法是什么？這與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比有哪些改進之處？7、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？選育菌種擴大培養(yǎng)滅菌配制培養(yǎng)基接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品性狀優(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。二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)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)酵條件容易控制④菌種不易變異、退化等1、發(fā)酵工程所需的菌種只能從自然界篩選嗎？選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(yǎng)滅菌配制培養(yǎng)基接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品一般使用液體培養(yǎng)基增加菌種數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期2、擴大培養(yǎng)的目的是什么？一般選擇哪種培養(yǎng)基？二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(yǎng)滅菌配制培養(yǎng)基接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品雜菌與菌種之間形成的種間競爭關系使產(chǎn)量下降雜菌產(chǎn)生的代謝物抑制菌種的生長使產(chǎn)量下降3、為什么要對培養(yǎng)基和發(fā)酵設備進行嚴格的滅菌？發(fā)酵工程所用的菌種大多數(shù)是單一菌種，一旦有雜菌污染，可能導致產(chǎn)量大大下降實例：青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(yǎng)滅菌配制培養(yǎng)基接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品監(jiān)控要點一監(jiān)控要點二監(jiān)控要點三發(fā)酵過程中隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程及時添加必需的營養(yǎng)物質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)物嚴格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉速等發(fā)酵條件，已獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)物4、發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是什么？有哪些注意事項？二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(yǎng)滅菌配制培養(yǎng)基接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品5、怎樣對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？對溫度、pH、溶氧量等條件嚴格控制，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)組分為什么要對發(fā)酵條件進行調控？環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖,而且會影響微生物代謝物的形成實例：谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：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-乙酰谷氨酰胺二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(yǎng)滅菌配制培養(yǎng)基接種發(fā)酵罐內發(fā)酵分離提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品發(fā)酵產(chǎn)物類型獲得產(chǎn)品的方法微生物細胞代謝物過濾、沉淀等方法適當?shù)奶崛?、分離和純化措施6、針對不同的產(chǎn)品分離、提純產(chǎn)物的方法是什么？這與傳統(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(chǎn)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(chǎn)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；在進一步純化階段，會采用液相層析法、結晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)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。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應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。7、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？培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器及控制裝置冷卻水進入口閥門空氣入口放料管生物傳感器裝置攪拌葉輪發(fā)酵液冷卻夾層冷卻水排出口pH計排氣管電動機與同桌交流發(fā)酵罐示意圖中各部分的作用抽取樣本進行檢測調節(jié)罐溫調節(jié)罐壓控制溶解氧含量不斷攪拌的目的：①使菌種與發(fā)酵液混合均勻，提高原料利用率；②加快O2的溶解以及散熱。二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)三、發(fā)酵工程的應用（一）特點：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)藥其他食品農牧（一）食品工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆中蛋白質小分子肽和氨基酸黑曲霉淋洗、調制谷物、水果釀酒酵母酒類酒精+CO2（一）食品工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑②實例1——檸檬酸

③實例2——味精淀粉淀粉酶黑曲霉葡萄糖檸檬酸合成酶檸檬酸谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵氧氣谷氨酸處理味精（一）食品工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑生產(chǎn)酶制劑，如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等①產(chǎn)品：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。③來源：少數(shù)由動植物生產(chǎn)，大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)②應用：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)品的品質和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)量等方面。（一）食品工業(yè)與傳統(tǒng)手工發(fā)酵相比，工業(yè)生產(chǎn)中哪些手段可以明顯提高啤酒的產(chǎn)量與質量（一）食品工業(yè)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)境下儲存一段時間（二）醫(yī)藥工業(yè)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)酵技術大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品直接改造菌種02人們可以采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物轉基因微生物01利用基因工程，將病原體的某個或某幾個抗原基因轉入適當?shù)奈⑸锛毎@得的表達產(chǎn)物就可以作為疫苗使用疫苗03閱讀教材26頁第2-3段，總結發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應用（三）農牧業(yè)生產(chǎn)微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥微生物肥料利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的

、

等來增進土壤肥力，改良土壤結構，促進植株生長。有機酸生物活性物質生產(chǎn)微生物肥料微生物農藥是利用

或

來防治病蟲害的微生物其代謝物微生物或代謝產(chǎn)物防治病蟲害種類蘇云金桿菌80多種農林蟲害白僵菌玉米螟、松毛蟲一種放線菌產(chǎn)生的抗生素—井岡霉素水稻枯紋病生產(chǎn)微生物農藥（三）農牧業(yè)生物防治生產(chǎn)微生物農藥生產(chǎn)微生物肥料微生物含有豐富的

蛋白質實例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。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，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。應用——食品添加劑、微生物飼料生產(chǎn)微生物飼料（三）農牧業(yè)（四）其他方面解決資源短缺和環(huán)境污染問題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑；嗜低溫菌提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量對極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用核心歸納

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術不同點菌種通過微生物

技術篩選或其它技術生產(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)酵條件的控制嚴格_______操作，防止雜菌污染。通過

技術對發(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)品風味品種比較_____，質量

。相同點都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術的基礎上發(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)可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉入青霉素生產(chǎn)菌來提高菌體對氧的吸收和利用率(2)對兩種酶的基因進行改造或敲除其中一種酶的基因使用陳化糧（陳化稻谷等）或非糧食生物資料（秸稈等）⑴篩選出可以降解化合物A的微生物選擇⑵顯著降低擴增⑶細菌計數(shù)板計數(shù)S形增長⑷目的菌能否在自然環(huán)境中大量生長繁殖、是否會產(chǎn)生對環(huán)境有害的代謝物、降解化合物A后是否會產(chǎn)生二次污染等⑸可行②沒有必要。根據(jù)國家的標準，自來水中的大腸桿菌數(shù)目應該是非常少的。即使冰激凌中大腸桿菌數(shù)目超標了，也不可能很離譜，如果進行梯度稀釋，最后培養(yǎng)出來的菌落數(shù)可能不在計數(shù)要求的范圍內，從而導致結果誤差大。2.⑴①不同意。只檢測一個冰激凌數(shù)據(jù)太少，不能排除偶然因素的影響。

③需要設置對照組。嚴格來說，應該設置兩組對照