新教材高中生物選擇性必修3課件1：1 3 發(fā)酵工程及其應用(人教版)

發(fā)酵工程及其應用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。在工業(yè)上，青霉素是怎樣生產的？從社會中來1、隨著人們對

的認識，

技術的建立，以及

的設計成功，人們能夠在嚴格控制的環(huán)境條件下，大規(guī)模生產發(fā)酵產品，發(fā)酵工程逐步形成。發(fā)酵原理微生物純培養(yǎng)密閉式發(fā)酵罐2、發(fā)酵工程的環(huán)節(jié)：一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)菌種的選育擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基的配制、滅菌接種、發(fā)酵產品的分離、提純等方面選育菌種:可以從自然界中篩選,也可通過誘變育種或基因工程獲得擴大培養(yǎng)發(fā)酵罐內發(fā)酵:發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在了解發(fā)酵進程的同時,還要控制發(fā)酵條件。如環(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接種滅菌:不能有雜菌污染。如在青霉素生產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分離、提純產物:(1)若產品是微生物本身,可采用過濾、沉淀等方法;(2)若產品是代謝物,可根據產物性質采取適當的措施獲得產品

一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)目的菌種選育擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基的配制滅菌性狀優(yōu)良菌種可從自然界篩選，也可通過誘變育種或基因工程育種獲得。工業(yè)發(fā)酵罐體積大，接種菌種總體積大。發(fā)酵前需對菌種擴大培養(yǎng)。選原料制備培養(yǎng)基。生產實踐中，培養(yǎng)基配方要經過反復實驗才能確定。發(fā)酵工程所用大多為單一菌種，有雜菌污染影響產量，培養(yǎng)基和設備需嚴格滅菌一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)目的接種發(fā)酵罐發(fā)酵產品的分離、提純現代發(fā)酵工程的大型發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng)，能對溫度、PH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)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)。發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中微生物數量、產品濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，嚴格控制溫度、PH和溶解氧等發(fā)酵條件。環(huán)境條件不僅影響微生物生長繁殖，還影響微生物代謝物的形成。如果發(fā)酵產品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結束后，采用過濾、沉淀方法將菌體分離和干燥，即可得到產品。如果產品是代謝物，可據產物性質采取適當提取、分離純化措施來獲得產品。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)——發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析1、微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？選擇發(fā)酵工程中用的菌種，在考慮生產需要(如微生物體內酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同時，還要結合當地的氣候和發(fā)酵設備等實際情況一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考討論——發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析2、怎樣對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？(1)反復試驗確定培養(yǎng)基的配方。(2)對培養(yǎng)基和發(fā)酵設備進行嚴格的滅菌。(3)用計算機控制系統(tǒng)對發(fā)酵過程進行監(jiān)測和控制。(4)控制發(fā)酵過程的溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件?？捎脺囟葌鞲衅鳌⒗鋮s水進入口和排出口控制溫度，利用發(fā)酵罐的通氣口控制氧氣的量等。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考討論——發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考討論3、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？4、進行發(fā)酵生產時，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？不能。發(fā)酵過程中產生的氣體和廢棄培養(yǎng)液需經過相應的凈化設備，達到國家排放要求后才能排放到外界環(huán)境中。因為有些氣體和廢棄培養(yǎng)液對人和生物有害或對環(huán)境有毒害作用。啤酒的工業(yè)化生產流程1、啤酒的工業(yè)化生產流程主要分為

和

兩個階段。主發(fā)酵后發(fā)酵一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止啤酒的工業(yè)化生產流程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)酵酵母菌將糖轉化為酒精和CO25.蒸煮產生風味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌7.消毒殺死啤酒中大多數微生物，延長它的保存期。8.終止過濾、調節(jié)、分裝啤酒進行銷售一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)啤酒的工業(yè)化生產流程一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止主發(fā)酵后發(fā)酵1、主發(fā)酵發(fā)酵過程分主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段：完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成。2、后發(fā)酵主發(fā)酵結束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間進行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時間隨啤酒品種和口味要求不同有所差異。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)啤酒的工業(yè)化生產流程1、與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在工業(yè)化啤酒生產過程中，哪些工程手段使啤酒產量和質量明顯提高？2、現在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？“精釀”啤酒，是小規(guī)模釀造產品，發(fā)酵時間長、產量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們如何看待大規(guī)模生產和小規(guī)模制作？一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考

發(fā)酵工程以其生產條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農牧業(yè)等許多領域得到了廣泛應用，形成了規(guī)模龐大的分解工業(yè)。二、發(fā)酵工程的應用大豆中蛋白小分子肽和氨基酸醬油黑曲霉淋洗、調制各種谷物、水果釀酒酵母各種酒類利用霉菌發(fā)酵生產醬油、利用釀酒酵母生產各種酒類二、發(fā)酵工程的應用(一)在食品工業(yè)上的應用生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品1表1-2常用的幾種食品添加劑添加劑類型舉例酸度調節(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、溶菌酶利用黑曲霉發(fā)酵生產檸檬酸；利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產谷氨酸，經處理制成味精。二、發(fā)酵工程的應用生產各種各樣的食品添加劑2利用微生物發(fā)酵生產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。二、發(fā)酵工程的應用生產酶制劑33、未來可能用微生物生產過去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等。

青霉素的發(fā)現和產業(yè)化生產推動了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領域的應用和發(fā)展。利用工程菌發(fā)酵生產生長激素釋放抑制激素4、利用基因工程將病原體的抗原基因轉入微生物細胞，制成生物疫苗。通過誘變的青霉菌發(fā)酵生產青霉素2、直接對菌種進行改造,再通過發(fā)酵技術大量生產所需要的產品1、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

藥物生產能力的微生物二、發(fā)酵工程的應用(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應用利用根瘤菌和固氮菌生產的根瘤菌肥、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二、發(fā)酵工程的應用(三)在農牧業(yè)上的應用生產微生物肥料1二、發(fā)酵工程的應用生產微生物農藥2如：利用蘇云金桿菌防治多種農林蟲害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛蟲，

一種放線菌產生的抗生素-井岡霉素可防治水稻枯紋病。微生物農藥是利用

或

來防治病蟲害的。微生物農藥作為

的重要手段，微生物其代謝物生物防治生產微生物飼料3蛋白質微生物含有豐富的

。以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的

，即單細胞蛋白，用單細胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快，產奶或產蛋量顯著提高微生物菌體發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農業(yè)領域，在助力解決

和

等方面的重大問題上，作出了越來越大的貢獻。糧食、環(huán)境、健康能源1、解決資源短缺和環(huán)境污染問題利用纖維廢料發(fā)酵生產酒精、乙烯等能源物質2、對極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產洗滌劑二、發(fā)酵工程的應用(四)在

其他方面的應用思考提示：在農業(yè)生產中,可以利用農作物廢棄物生產食用菌,利用菌糠生產有機肥或部分替代動物飼料;在植物保護方面,應用微生物產生的抗生素來生產生物農藥,治理病蟲害等。1.請列舉一下發(fā)酵工程在環(huán)境保護方面的其他應用。提示：利用微生物發(fā)酵清理城市廢棄物垃圾,利用發(fā)酵工程使煙氣脫硫,還可以利用微生物工程除臭等。2.請列舉一下發(fā)酵工程在其他行業(yè)中的應用。二、發(fā)酵工程的應用到社會中去1、列出你昨天一天的食譜，看看那些食品是直接由微生物發(fā)酵產生的？那些食品中添加了經發(fā)酵生產的食品添加劑？2、當地是否有發(fā)酵生產企業(yè)？如果有，請進行以下調查活動：（1）咨詢當地政府管理部門，了解以下信息：這些企業(yè)的年產值是多少？占當地國民生產總值的比例是多少？提供了多少就業(yè)崗位？（2）你的家人和朋友是否有正在從事分解工業(yè)生產的，如果有，咨詢以下問題：他們所在公司目前生產那些分解產品？經濟效益如何？該行業(yè)遇到的主要困難是什么？要解決這些困難，對分解技術提出了那些新要求？1.下列不需要利用發(fā)酵工程的是(

)A.生產單細胞蛋白飼料B.通過生物技術培育可移植的皮膚C.利用微生物生產胰島素D.工廠化生產青霉素B解析:生產單細胞蛋白是利用發(fā)酵工程生產微生物菌體本身的過程。利用微生物生產胰島素和工廠化生產青霉素都需要利用發(fā)酵工程。通過生物技術培育可移植的皮膚不是利用發(fā)酵工程。鞏固訓練2、(多選)下列關于發(fā)酵過程的說法,正確的是(

)A.培養(yǎng)基滅菌是發(fā)酵生產中的一個很重要的環(huán)節(jié)B.隨時監(jiān)測影響發(fā)酵過程的各種環(huán)境條件,并予以控制,才能保證發(fā)酵的正常進行C.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,否則會影響菌種代謝物的形成D.發(fā)酵產品的分離方法是共同的ABC解析不同的發(fā)酵產品,其分離方法不同。有的需要過濾、沉淀,有的則需要進行蒸餾、萃取或離子交換。鞏固訓練3、發(fā)酵工程的一項關鍵措施是滅菌,下列關于滅菌的敘述,正確的是(

)A.培養(yǎng)基和發(fā)酵設備均需要嚴格滅菌B.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細菌和真菌C.通入無菌空氣可以達到滅菌的目的D.pH調到7左右滅菌效果最好A解析培養(yǎng)基和發(fā)酵設備都必須經過嚴格的滅菌,A項正確;培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物,B項錯誤;為防止雜菌污染,通入的空氣也要是無菌的,但不是通入無菌空氣就可以達到滅菌的目的,C項錯誤;滅菌效果與pH無直接關系,D項錯誤。鞏固訓練4、下列關于單細胞蛋白的敘述,正確的是(

)A.是從微生物細胞中提取的蛋白質B.通過發(fā)酵生產的微生物菌體C.是微生物細胞分泌的抗生素D.單細胞蛋白不能作為食品B解析單細胞蛋白是利用淀粉或纖維素的