1.4 发酵工程及其应用（教学课件）生物人教版选择性必修3

第一章 发酵工程 第四节　发酵工程及其应用 选择性必修3 高中生物学 （2019苏教版） 核心素养 学习目标 01 素养要求 02 1.归纳微生物的特定功能。 2.掌握发酵工程的一般过程。 3.掌握发酵工程在医药业、食品业、农业及其他领域的广泛应用。 1.科学思维：分析发酵工程的一般过程，讨论发酵工程与传统发酵技术相比其改进之处。 2.社会责任：认同发酵工程的工业化生产极大地改善了人们的生活。 事实： 1．大肠杆菌是原核生物，细胞拟核内有一个环状的双链DNA 分子。细胞分裂前，DNA分子会进行复制。分裂时一般是以简单的二分裂方式进行无性繁殖的。 2．在适宜条件下，大肠杆菌分裂一次仅需要20～30 min。 3．实际上，大肠杆菌在生长和繁殖过程中，会消耗大量的营养物质，环境pH也会发生改变。 思考： 1．计算：人的肠道环境非常适合大肠杆菌的生长和繁殖。利用计算器计算一个大肠杆菌在人的肠道中24 h后，理论上能达到的数量。 2．推理：大肠杆菌是一类细菌。基于日常生活中多种细菌影响我们生活的实例（如肉汤腐败），推理细菌除了繁殖快之外，可能还会具有的特征。 微生物还有哪些特定功能呢？这些特定功能又是如何被发酵工程所利用的呢？ 4 722×1021 01 发酵工程利用了微生物的特定功能 一、发酵工程利用了微生物的特定功能 阅读教材35页，归纳微生物的特定功能和特点，并举例说明这些特定功能和特点在发酵工程中的用处。 6 一、发酵工程利用了微生物的特定功能 微生物具有生长旺盛、繁殖快的特定功能。在发酵工程液体培养中，接种后细菌细胞数量会呈几何级数增长。 微生物吸收多、转化快的特定功能为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。 微生物具有适应性强、易变异的特定功能。这为通过育种 大幅度地提高菌种的生产性能提供了保障。 微生物还具有种类多、分布广的特点。微生物种类繁多不仅体现在物种的种类上，还体现在微生物的生理代谢类型上。可根据需要在发酵工程中将这些特定功能加以利用。 7 02 发酵工程的一般过程 发酵工程的由来和发展——天然发酵阶段 发酵工程的由来和发展——纯培养阶段 发酵工程的由来和发展——深层培养阶段 发酵工程的由来和发展——发酵工程阶段 发酵工程的概念 采用现代工程技术手段，利用微生物或动植物细胞的特定功能，在人工控制的环境下生产满足人类需求的特定产品等的工程技术。 发酵工程不再是一种仅仅利用微生物代谢活动进行生产的简单工艺，而是一个综合了微生物学、化学工程 、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的多学科综合工程。 发酵工程的一般过程 发酵工程一般包括发酵原料的预处理、发酵培养基的配制、菌种选育和扩大培养、发酵生产和产物的分离与提纯等主要步骤。 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 原料预处理 1．发酵原料的预处理 对原料进行粉碎、蒸煮，水解成葡萄糖等供微生物利用。 2．发酵培养基的配制 添加水、无机盐等营养物质，调节碳氮比和 pH等。 发酵工程的一般过程 15 3．菌种选育和扩大培养 选育优良的菌种是发酵工程的首要条件。菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败 自然选育 诱变育种 基因工程育种 在菌种的筛选过程中，一般都要研究其最适发酵条件。这样，发酵工程可根据目标菌种的新陈代谢特性，选择不同的方式进行发酵，确定大规模发酵生产过程中的控制条件。 发酵工程的一般过程 筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸； 使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期； 3．菌种选育和扩大培养 将菌种扩大培养才能满足大规模生产的需要。在大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，让它们达到一定数量再进行接种，这样可以缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。 种子罐 扩大培养 发酵工程的一般过程 17 4．发酵生产 发酵罐 工业上用来进行微生物发酵的装置，通过控制发酵罐中的相关条件，为微生物提供一个最有利于产物合成及积累的培养环境。 发酵工程的一般过程 18 4．发酵生产 （1）要对设备和培养基严格灭菌； （2）发酵过程中需要随时取样，检测培养液中的细菌数目、产物浓度等，以了解发酵进程； （3）要及时添加必需的培养基组分，以满足菌种的营养需求； （4）要严格控制温度、pH、溶氧等环境因素。 发酵条件 发酵工程的一般过程 19 发酵工程的一般过程 4．发酵生产 发酵罐发酵的优点 现在，发酵工程已经发展到可以利用计算机对发酵