1.3 发酵工程及其应用-【实践教学】2022-2023学年高二生物同步优质课件（人教版2019选择性必修3）

第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 1 发酵工程 目录 /CONTENTS 01 02 发酵工程的基本环节 发酵工程的应用 微生物的纯培养 2 从社会中来 P22 青霉素的生产 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，在“二战”期间，青霉素挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。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，1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? 发酵工程 4 01 发酵工程的基本环节 发酵工程： P1 选育高产菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 基本环节： 发酵工程 5 发酵工程的基本环节 在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。 生产柠檬酸 生产啤酒 生产味精 黑曲霉 啤酒酵母 谷氨酸 棒状杆菌 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 接种 选育菌种 配制培养基 扩大培养 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养 发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 放料管 阀门 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。 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。 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 01 发酵工程 6 1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 要对温度、pH和溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。 发酵工程的基本环节 01 ①繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多 ②对营养物质的要求低，低成本培养 ③发酵条件容易控制； ④菌种不易变异、退化等。 思考·讨论 发酵工程 7 发酵工程的基本环节 01 3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 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。发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。 发酵工程与现代工程技术相结合，或直接用微生物反应器，进行大规模发酵生产。可以主要是连续培养；电脑控制实行高度的自动化；采用基因重组菌生产，可以加压生产等。 传统发酵工艺是主要是分批培养，人工操作，用天然菌种，常温常压进行。 思考·讨论 发酵工程 思考.讨论 啤酒的工业化生产流程 9 啤酒的工业化生产流程 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 主发酵 冷却 大麦种子发芽，释放淀粉酶。 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 淀粉分解，形成糖浆。 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。 消毒 终止 后发酵 过滤 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 发酵工程的基本环节 01 发酵工程 10 1.与传统的手工发酵相比，啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品