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

课前记忆 1.微生物计数常用的方法有哪些？ 间接计数法（稀释涂布平板法 ）当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落 。 直接计数法（显微计数法）观察到的是死菌和活菌数总和。 2.发酵工程的基本环节(课本P22) 【课程标准】1.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品2.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值 【学习目标】 1.通过对发酵工程流程的学习，能说出发酵工程的基本环节。 2.通过对发酵工程应用的学习，能说出啤酒等的工业化生产流程。 第3节 发酵工程及其应用 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 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 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 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。 发酵罐示意图 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 发酵工程的基本环节 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。 思考·讨论 发酵工程 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 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，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？ 提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制，产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。 啤酒的工业化生产流程 发酵工程的基本环节 01 发酵工程 啤酒的工业化生产流程 应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。 类别 “精酿”啤酒 “工业”啤酒 原料 是否添加食品添加剂 麦芽汁浓度 发酵时间 特点 只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水 麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等 不添加 添加 较高，口味浓郁 较低，口味清淡 长，可达2个月 短，通常7天左右 产量低、价格高 产量高、价格低 发酵工程的应用 02 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 发酵工程的特点 在食品工业上的应用 在医药工业上的应用 在农牧业上的应用 在其他方面的应用 发酵工程的应用 发酵工程 发酵工程的应用 02 在农牧业上的应用 微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。 3.生产微生物饲料 青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。 单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。 发酵工程 在其他方面的应用 1.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。 2.对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用 利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂 嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 发酵工程的应用 02 发酵工程 课堂小结 $$