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选择性必修3

从社会中来 导 第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 教学目标 01 02 通过阅读课本，能够描述发酵工程及其基本环节。 通过讨论，能够举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。 3 独立完成导学案基础感知部分， 同时根据导学案在课本上圈点勾画。 前8分钟 后8分钟 思考导学案深入学习的内容。 思 议 发酵工程基本环节分析及应用：观察分析教材第22、23页图1­9，思考回答下列问题： 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？ 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？ 展 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？ 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。 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。 展 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？ 传统发酵技术获得的产物一般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、过滤等方法来分离和提纯产物。 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。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。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。 在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、吸附和离子交换等方法，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，最后都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 7 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。 一、发酵工程的基本环节 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐设计成功 严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等) 大规模生产 发酵产品 微生物的特定功能 现代工程技术 发酵工程： 评 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。 例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。 1.目的： 获得性状优良的菌种 2.菌种来源： 从自然界中筛选 诱变育种 基因工程育种 例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。 选育优良的菌种是发酵工程的首要条件 评 扩大培养 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 怎样对菌种进行扩大培养？扩大培养目的是什么？ （1）将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。（方法） 扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？ 发酵工程一般使用液体培养基 （2）增加菌种数量，缩短生产周期（目的） 评 扩大培养 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 制备培养基 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。 如：青霉素培养基的碳源主要是工业用葡萄糖或淀粉的酶水解物，氮源为玉米浆、硫酸铵或氨水，无机盐主要有硫酸钠和磷酸二氢钾等。 发酵培养基要求菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得。 评 扩大培养 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 制备培养基 灭菌 为什么要灭菌？ ①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。 ②灭菌的原因分析： 杂菌与菌种之间形成的种间竞争关系使产量下降；或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长或分解产物使产量下降。 ④实例： 在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。 ③灭菌的目的： 防止杂菌污染而影响产品的质量和品质。 灭菌对象 培养基 发酵设备 评 发酵罐内发酵 扩大培养 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 制备培养基 灭菌 接种 这是发酵工程的中心环节 监控要点一 监控要点二 监控要点三 检测培养液中的微生物数量、产物浓度等 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 评 一、发酵工程的基本环节 发酵罐示意图： 电动机D1 排气管C3 pH计B3 冷却水排出口C2 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮D2 生物传感器装置B4 空气入口A4 放料管A2 A3阀门 A1培养物或营养物质的加入口 B1观察孔 B2取样管 B5温度传感器和控制装置 C1冷却水进入口 装置编号 主要用途 A1-A3 A4 B1-B5 C1、C2 C3 D1、D2 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 控制溶解氧 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测 通过控制冷水流速调节罐温 调节罐压 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热 评 一、发酵工程的基本环节 发酵罐内发酵 扩大培养 选育菌种 制备培养基 灭菌 接种 这是发酵工程的中心环节 ①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成； ②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。 为什么要严格控制发酵条件？ 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。 评 一、发酵工程的基本环节 发酵罐内发酵 扩大培养 选育菌种 制备培养基 灭菌 接种 分离、提纯产物 （1）目的： 获得产品 （2）产品的两种形式 ①微生物细胞本身； ②代谢物 （3）采取手段 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 评 二、发酵工程的应用 发酵工程的特点： 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 产物专一 发酵工程这么好在我们生活中有哪些应用呢？ 评 二、发酵工程的应用 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 (一) 在食品工业上的应用 生产传统的发酵产品 1 评 二、发酵工程的应用 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止 加啤酒花 冷却 接种 过滤 主发酵 后发酵 酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。 在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。 啤酒的工业生产流程 ⑴焙烤的目的： ⑵蒸煮的目的： 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌 评 二、发酵工程的应用 生产各种各样的食品添加剂 2 增加食品的营养 改善食品的口味、色泽和品质 延长食品的保存期 1、食品添加剂的作用 添加了柠檬酸的饮料 评 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 生产酶制剂 3 食品直接生产 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 提高产品产量 酶制剂的作用 α-淀粉酶 β-淀粉酶 果胶酶 脂肪酶 氨基肽酶 … … 酶制剂 评 二、发酵工程的应用 (二) 在医药工业上的应用 评 1、发酵工程生产的药物 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 2、基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合 二、发酵工程的应用 (二) 在医药工业上的应用 ①利用基因工程将动植物基因转移至微生物细胞中，通过发酵技术大量生产所需产品。 运用基因工程可以将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们所需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。 ②直接对菌种进行改造，通过发酵技术大量生产所需产品。 评 二、发酵工程的应用 (二) 在医药工业上的应用 ③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转移至微生物中，通过发酵技术大量获得疫苗。 乙型肝炎病毒的抗原基因 转入 酵母菌 生产 乙型肝炎病毒的抗原 疫苗 评 二、发酵工程的应用 (三) 在农牧业上的应用 生产微生物肥料 1 利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生活活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。 利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。 评 二、发酵工程的应用 (三) 在农牧业的应用 生产微生物农药 2 ①微生物农药的作用 利用微生物或其代谢物来防治病虫害 ②防治类型 属于生物防治 ③实例 微生物或代谢产物 防治病虫害种类 苏云金杆菌 80多种农林害虫 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 评 二、发酵工程的应用 (三) 在农牧业上的应用 生产微生物饲料 3 微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。 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。 评 二、发酵工程的应用 (四) 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。 评 食品工业 医药工业 生产传统发酵食品 农牧业 其他方面 生产食品添加剂 发酵工程应用 生产酶制剂 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 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 生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料 解决资源短缺与环境污染问题 将极端微生物应用于生产实践 建 判断下列相关表述是否正确。 (1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵（ ） (2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ） (3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖, 也会影响微生物的代谢途径。（ ） (4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ） × √ √ × 建 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$