第1章第3节 发酵工程及其应用（课件）-2022-2023学年高二生物备课无忧（人教版2019选择性必修3）

青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，一瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 第1章第3节 发酵工程及其应用 1. 发酵工程及其一般流程。 2. 发酵工程在生产上的重要价值。 1、随着人们对 的认识， 技术的建立， 以及 的设计成功，人们能够在严格控制的环境 条件下，大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。 发酵原理 微生物纯培养 密闭式发酵罐 2、发酵工程的环节： 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制、灭菌 接种、发酵 产品的分离、提纯等方面 一、发酵工程的基本环节 选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得 扩大培养 发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。如环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢物的形成 接种 灭菌:不能有杂菌污染。如在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉 分离、提纯产物:(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施 获得产品 一、发酵工程的基本环节 2、发酵工程的环节： 选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况 (1)反复试验确定培养基的配方。 (2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。 (3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。 (4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气 的量等。 一、发酵工程的基本环节 发酵工程基本环节分析 讨论2：怎样对发酵条件进行调控以满足微生物生长的需要？ 讨论1：选择发酵工程菌种需要考虑哪些因素？ 讨论3：在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相，有哪些改进之处？ 传统发酵技术产物一般是成分复杂混合物，不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。 发酵工程在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 一、发酵工程的基本环节 发酵工程基本环节分析 讨论4：在进行发酵生产时, 排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗? 为什么? 不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。 大豆中蛋白 小分子肽和氨基酸 酱油 黑曲霉 淋洗、调制 各种谷物、水果 酿酒酵母 各种酒类 利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类 (一) 在食品工业上的应用 1.生产传统的发酵产品 二、发酵工程的应用 啤酒的工业化生产流程 发芽 1 大麦 水 大麦种子发芽， 释放淀粉酶。 2 焙烤 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 3 碾磨 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 4 糖化 淀粉水解 形成糖浆。 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 1.生产传统的发酵产品 蒸煮 5 6 发酵 7 消毒 8 终止 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 糖浆 啤酒花 过滤 冷却 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 啤酒的工业化生产流程 1.生产传统的发酵产品 表1-2 常用的几种食品添加剂 添加剂类型 举例 酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸 增味剂 5‵-肌苷酸二钠、谷氨酸钠 着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素 增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶 防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶 利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。 2.生产各种各样的食品添加剂 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 淀粉 淀粉酶 葡萄糖 黑曲霉 柠檬酸 柠檬酸合成酶 谷氨酸棒状杆菌 发酵 谷氨酸 味精 处理 氧气 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 2.生产各种各样的食品添加剂 利用微生物发酵生产α­淀粉酶、β­淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等；目前已有50多种酶制剂用于食品生产。 3.生产酶制剂 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业