1.3 发酵工程及其应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第３节发酵工程及其应用 第一章发酵工程 一、发酵工程 微生物纯培养技术的建立 密闭式发酵罐的设计成功 人们对发酵原理的认识 发酵工程形成 发酵工程：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。 二、发酵工程的基本环节 阅读图1-9，思考下列问题： 1、发酵工程所需的菌种只能从自然界筛选吗？选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ 2、扩大培养的目的是什么？一般选择哪种培养基？ 3、为什么要对培养基和发酵设备进行严格的灭菌？ 4、发酵工程的中心环节是什么？有哪些注意事项？ 5、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 6、针对不同的产品分离、提纯产物的方法是什么？这与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 7、排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？ 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 接种 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。 二、发酵工程的基本环节 ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖 ②生产所需代谢物的产量高 ③发酵条件容易控制 ④菌种不易变异、退化等 1、发酵工程所需的菌种只能从自然界筛选吗？选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 一般使用液体培养基 增加菌种数量，缩短生产周期 2、扩大培养的目的是什么？一般选择哪种培养基？ 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 杂菌与菌种之间形成的种间竞争关系使产量下降 杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降 3、为什么要对培养基和发酵设备进行严格的灭菌？ 发酵工程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 实例：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 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 监控要点一 监控要点二 监控要点三 发酵过程中随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程 及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物 严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物 4、发酵工程的中心环节是什么？有哪些注意事项？ 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 5、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 对温度、pH、溶氧量等条件严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分 为什么要对发酵条件进行调控？ 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 实例：谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 过滤、沉淀等方法 适当的提取、分离和纯化措施 6、针对不同的产品分离、提纯产物的方法是什么？这与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候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。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。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。 二、发酵工程的基本环节 不能 因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。 7、排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？ 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器及控制装置 冷却水进入口 阀门 空气入口 放料管 生物传感器装置 搅拌叶轮 发酵液 冷却夹层 冷却水排出口 pH计 排气管 电动机 与同桌交流发酵罐示意图中各部分的作用　　 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧含量 不断搅拌的目的： ①使菌种与发酵液混合均匀，提高原料利用率； ②加快O2的溶解以及散热。 二、发酵工程的基本环节 三、发酵工程的应用 （一）特点： 产物专一 生产条件温和 原料来源丰富且价格低廉 废弃物对环境污染小且容易处理 （二）运用： 医药 其他 食品 农牧 （一）食品工业 生产传统的发酵产品 酱油 大豆中蛋白质 小分子肽和氨基酸 黑曲霉 淋洗、调制 谷物、水果 酿酒酵母 酒类 酒精+CO2 （一）食品工业 生产传统的发酵产品 生产各种各样的食品添加剂 ②实例1——柠檬酸 ③实例2——味精 淀粉 淀粉酶 黑曲霉 葡萄糖 柠檬酸合成酶 柠檬酸 谷氨酸棒状杆菌 发酵 氧气 谷氨酸 处理 味精 （一）食品工业 生产传统的发酵产品 生产各种各样的食品添加剂 生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶、脂肪酶等 ①产品： α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 ③来源： 少数由动植物生产， 大多数通过发酵工程生产 ②应用： 用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产量等方面。 （一）食品工业 与传统手工发酵相比，工业生产中哪些手段可以明显提高啤酒的产量与质量 （一）食品工业 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 主发酵 消毒 终止 后发酵 完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成 在低温、密闭的环境下储存一段时间 （二）医药工业 人们可以采用基因工程等的方法直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品 直接改造菌种 02 人们可以采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物 转基因微生物 01 利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用 疫苗 03 阅读教材26页第2-3段，总结发酵工程在医药工业上的应用 （三）农牧业 生产微生物肥料 利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥 微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的　　　、　　　 等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。 有机酸 生物活性物质 生产微生物肥料 微生物农药是利用　　　或　　　 来防治病虫害的 微生物 其代谢物 微生物或代谢产物 防治病虫害种类 苏云金杆菌 80多种农林虫害 白僵菌 玉米螟、松毛虫 一种放线菌产生的抗生素 —井冈霉素 水稻枯纹病 生产微生物农药 （三）农牧业 生物防治 生产微生物农药 生产微生物肥料 微生物含有丰富的　　　 蛋白质 实例1——单细胞蛋白 许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。 实例2——乳酸菌 在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。 应用——食品添加剂、微生物饲料 生产微生物饲料 （三）农牧业 （四）其他方面 解决资源短缺和环境污染问题 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质 利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂；嗜低温菌提高热敏性产品的产量 对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用 核心归纳   发酵工程 传统发酵技术 不 同 点 菌种 通过微生物 技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多是 菌种 原材料中天然存在的 菌种 发酵方式 发酵为主 固体发酵或__________发酵为主 对发酵条件的控制 严格_______操作，防止杂菌污染。通过 技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态。 不是无菌操作，容易受到 染。对发酵条件不能严格控制，易受 影响。 生产规模和产品 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本_____，产物_____，产量_____。 通常是 或作坊式的，产量低。生产往往受 和原料限制。产品风味品种比较_____，质量 。 相同点 都是利用了__________的作用 联系 发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的 纯培养 单一 混合 液体 半固体 无菌 现代工程 杂菌 外界条件 低 多样 高 家庭式 季节 单一 不稳定 微生物 (1)可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率 (2)对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因 使用陈化粮（陈化稻谷等）或非粮食生物资料（秸秆等） ⑴筛选出可以降解化合物A的微生物 选择 ⑵显著降低 扩增 ⑶细菌计数板计数 S形增长 ⑷目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等 ⑸可行 ②没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。即使冰激凌中大肠杆菌数目超标了，也不可能很离谱，如果进行梯度稀释，最后培养出来的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。 2.⑴①不同意。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。 ③需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。一组为阴性对照组，平板不进行涂布或者用无菌水涂布，说明培养基是否被污染；另一组为阳性对照组，平板上涂布大肠杆菌，说明该培养基能否培养出大肠杆菌。 27 ⑶提示：说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。 ⑷应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；还要告知食品卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。 28 Lavf60.3.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$