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32

通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的。什么是發(fā)酵工程？思考:你知道青霉素的歷史嗎？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)?；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。(第一章前言)

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、質量穩(wěn)定等優(yōu)點，它往往還會賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨特的風味，因此菌種選育環(huán)節(jié)在很大程度上決定了生物發(fā)酵產(chǎn)物的成敗。一、菌種是影響發(fā)酵工程產(chǎn)物品質的首要因素。選育菌種性狀優(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。擴大培養(yǎng)工業(yè)發(fā)酵罐體積大，接入的菌種多，所以在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)(液體培養(yǎng)基)。配制培養(yǎng)基滅菌接種在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復試驗才能確定。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，可能導致產(chǎn)量大大下降。發(fā)酵罐內發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件?，F(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制；還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。產(chǎn)品是微生物細胞本身，可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.目的2.來源：3.實例：①②（液體培養(yǎng)基)原因：1.發(fā)酵罐體積大2.接入的菌種多①②③考慮的因素：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；生產(chǎn)產(chǎn)量高、發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等為了短時間內得到大量發(fā)酵產(chǎn)物一般使用液體培養(yǎng)基，將培養(yǎng)到增長速率最快時期的菌體分開進行再培養(yǎng)代謝特點目的：避免因雜菌污染而影響產(chǎn)品的品質和產(chǎn)量（1）了解發(fā)酵進程：（1）（2）嚴格控

制發(fā)酵條件：（2）原因：①②谷氨酸發(fā)酵（3）不同發(fā)酵條件的影響實例：①在_____和

條件下會積累谷氨酸；②在_____條件下則容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；中性弱堿性酸性谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型為異養(yǎng)需氧型，其與有氧呼吸有關的酶主要存在于細胞膜上；②C:N的比值會影響谷氨酸發(fā)酵過程

C:N=4:1時，菌體大量繁殖，谷氨酸產(chǎn)生量較少；C:N=3:1時，菌體繁殖受抑制，谷氨酸產(chǎn)生量較多。谷氨酸棒狀桿菌6.發(fā)酵罐內發(fā)酵培養(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。發(fā)酵罐示意圖電動機D1排氣管C3pH計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冷卻水進入口—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐內發(fā)酵裝置編號主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培養(yǎng)物以一定速度進入、流出發(fā)酵罐，實現(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處抽取樣品進一步檢測。通過控制冷水流速調節(jié)罐溫調節(jié)罐壓電機帶動葉輪轉動進行攪拌，使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣溶解以及散熱。發(fā)酵條件包括溫度、pH、溶解氧、通氣量等：(4)發(fā)酵條件及相應的調節(jié)和控制方法：

③需氧型：通過空氣入口通入空氣，并調整攪拌葉輪轉速增加溶解氧。

厭氧型：需封閉空氣入口，建立厭氧環(huán)境等。①溫度：通過向冷卻夾層通入冷水來調控；②pH：在培養(yǎng)基中加入緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿；PH變化主要原因：

培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累。溫度升高原因:微生物分解有機物釋放的能量；機械攪拌也會產(chǎn)生一部分熱量。6.發(fā)酵罐內發(fā)酵方法：①②①②1.①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2.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。不能?？赡芪廴经h(huán)境。要二次清潔或滅菌處理。P23思考討論：3.發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比有哪些改進？發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)項目發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術區(qū)別菌種對發(fā)酵條件的控制產(chǎn)品處理生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品分離和提純產(chǎn)物的方法較多。最后需要進行質量檢查不會再對產(chǎn)物進行分離和提純處理，或僅采用簡單沉淀、過濾等方法來分離和提純產(chǎn)物。通過微生物純培養(yǎng)技術篩選或其他技術生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是單一菌種原材料中天然存在的混合菌種嚴格無菌操作，防止雜菌污染。通過現(xiàn)代工程技術對發(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，容易受到雜菌污染，對發(fā)酵條件不能嚴格控制，易受外界條件影響生產(chǎn)規(guī)模大，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富，成本低，產(chǎn)物多樣，產(chǎn)量高通常是家庭式或作坊式的，產(chǎn)量低，生產(chǎn)往往受季節(jié)和原料限制，產(chǎn)品風味品種比較單一，質量不穩(wěn)定2.下列對發(fā)酵工程內容的敘述，錯誤的是（）A．發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是在發(fā)酵罐內的發(fā)酵B．發(fā)酵過程使用的菌種可以從自然界存在的微生物中直接篩選C．發(fā)酵過程中要全程監(jiān)控發(fā)酵罐中的pH、溶解氧和溫度等指標D．通過對微生物細胞產(chǎn)物進行提取、分離和純化等措施可獲得單細胞蛋白課堂練習過濾、沉淀等方法√1.(2023·山東淄博二模)工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質轉化為特定產(chǎn)品的過程。使用發(fā)酵罐（如圖）可進行啤酒的工業(yè)發(fā)酵。下列說法錯誤的是()A.啤酒酵母在接入發(fā)酵罐前需要對其進行擴大培養(yǎng)B.通過pH檢測裝置可檢測發(fā)酵液的發(fā)酵進程C.使用葉輪攪拌的目的是增加發(fā)酵液中的溶解氧D.正常發(fā)酵過程中罐內的壓力不會低于大氣壓C葉輪攪拌的作用有：①使微生物混合均勻

②散熱

③增加溶解氧但酒精發(fā)酵中期需要嚴格的無氧環(huán)境2.(2023·山東高考模擬預測)啤酒是一種以大麥芽、啤酒花(一種草本植物)、水為主要原料，通過大麥種子發(fā)芽→麥芽糖化→加啤酒花、煮沸→糖汁發(fā)酵→過濾→分裝保存等工藝流程而制成的低酒精度飲料。主發(fā)酵階段按泡沫的形成和消退可分為低泡期、高泡期和落泡期等。下列有關敘述錯誤的是()A.發(fā)酵裝置應保持密閉條件，但需要注意定時排氣B.啤酒發(fā)酵過程中，酵母菌以大麥中的淀粉為主要碳源C.低泡期發(fā)酵液中的酵母菌數(shù)量低于高泡期D.在高泡期應注意散熱，防止發(fā)酵液溫度過高B轉化成葡萄糖后才能被酵母菌利用①②③④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)酵工程的應用發(fā)酵工程的特點（1）①-⑥⑦-⑧

菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和質量。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

應該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面，這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質不穩(wěn)定、價格昂貴的問題。類別“精釀”啤酒“工業(yè)”啤酒原料是否添加食品添加劑麥芽汁濃度發(fā)酵時間特點只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水麥芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等不添加添加

較高，口味濃郁較低，口味清淡長，可達2個月短，通常7天左右產(chǎn)量低、價格高產(chǎn)量高、價格低（2）（3）作用實例①②應用來源①②應用③作用：①②作用機理：實例①②③實例①原理：②成分：1.解決資源短缺和環(huán)境污染問題2.將極端微生物應用于生產(chǎn)實踐①②1.下列關于微生物發(fā)酵過程的說法，正確的是 (

)A．菌種選育、擴大培養(yǎng)及配制培養(yǎng)基和滅菌是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)B．只要不斷地向發(fā)酵罐中通入液體培養(yǎng)基，就能保證發(fā)酵的正常進行C．在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件會影響微生物的生長繁殖，也會影響微生物的代謝途徑D．在發(fā)酵過程中，要嚴格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉速等發(fā)酵條件，不需添加營養(yǎng)組分C

課堂練習C

發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)應隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)目、產(chǎn)物濃度等。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，以滿足菌種的營養(yǎng)需要2.(多選)啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)中，大麥經(jīng)發(fā)芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發(fā)酵、消毒等工序后，最終過濾、調節(jié)、分裝。下列說法正確的是(

)A．用赤霉素處理大麥，可使大麥種子無須發(fā)芽就能產(chǎn)生α－淀粉酶B．焙烤是為了利用高溫殺死大麥種子胚并進行滅菌C．糖漿經(jīng)蒸煮、冷卻后需接種酵母菌進行發(fā)酵D．通過轉基因技術可減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發(fā)酵周期ACD

ACD

去除大麥種子中的水分，可以殺死大麥種子胚，但沒有起到滅菌作用.課堂練習

高考真題演練3.（2024·江西·高考真題）井岡霉素是我國科學家發(fā)現(xiàn)的一種氨基寡糖類抗生素，它由吸水鏈霉菌井岡變種（JGs，一種放線菌，菌體呈絲狀生長）發(fā)酵而來，在水稻病害防治等領域中得到廣泛應用。下列關于JGs發(fā)酵生產(chǎn)井岡霉素的敘述，正確的是（

）A．JGs可發(fā)酵生產(chǎn)井岡霉素，因為它含有能夠編碼井岡霉素的基因B．JGs接入發(fā)酵罐前需要擴大培養(yǎng)，該過程不影響井岡霉素的產(chǎn)量C．提高JGs發(fā)酵培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質的濃度，會提高井岡霉素的產(chǎn)量D．稀釋涂布平板法不宜用于監(jiān)控JGs發(fā)酵過程中活細胞數(shù)量的變化基因表達的產(chǎn)物是蛋白質，而井岡霉素是JGs發(fā)酵生產(chǎn)的一種氨基寡糖類抗生素JGs接入發(fā)酵罐前需要擴大培養(yǎng)，該過程會影響JGs的數(shù)量，進而影響井岡霉素的產(chǎn)量但若濃度過大，反而會降低井岡霉素的產(chǎn)量

高考真題演練4.（2024·山東·高考真題）在發(fā)酵過程中，多個黑曲霉菌體常聚集成團形成菌球體，菌球體大小僅由菌體數(shù)量決定。黑曲霉利用糖類發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸時需要充足的氧。菌體內銨離子濃度升高時，可解除檸檬酸對其合成途徑的反饋抑制。下列說法錯誤的是（）A．相同菌體密度下，菌球體越大檸檬酸產(chǎn)生速率越慢B．發(fā)酵中期添加一定量的硫酸銨可提高檸檬酸產(chǎn)量C．發(fā)酵過程中pH下降可抑制大部分細菌的生長D．發(fā)酵結束后，將過濾所得的固體物質進行干燥即可獲得檸檬酸產(chǎn)品發(fā)酵結束后，將過濾所得的固體物質進行分離、純化、濃縮、干燥等一系列操作后才能獲得檸檬酸產(chǎn)品。P28【練習與應用】×√√×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?？梢詫煞N酶的基因進行改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產(chǎn)菌只生產(chǎn)一種產(chǎn)物。

存在風險。在生產(chǎn)燃料乙醇時，為了規(guī)避這一風險，應該使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸稈等)。使用陳化糧食來生產(chǎn)燃料乙醇，還有利于防止問題糧食流入市場。P30【復習與提高】篩選出可以降解化合物A的微生物選擇顯著降低擴增細菌計數(shù)板計數(shù)S型增長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)生二次污染等問題都需要研究清楚后，才能進行實踐。可行。這是后面將要學習的基因工程的基本思路。①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。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