【课件】1.3发酵工程的应用课件-2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

1、第一章第一章 发酵工程发酵工程第第3 3节节 发酵工程及其应用发酵工程及其应用从社会中来 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它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。的价格贵如金。 随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，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。青霉素步入了产业化生产的道路。 如今，一瓶规格如今，一瓶规格160160万单位的青霉素注射剂万单位的青霉素注射剂的价格只要的价格只要1 1元左右。元左右。思考：思考：在工业上，青霉素是怎样生产的呢？在工业上，青

2、霉素是怎样生产的呢？一、发酵工程的形成人们对发酵原理的认识人们对发酵原理的认识发酵工程形成发酵工程形成二、发酵工程的基本环节发酵工程发酵工程1、定义：采用现代工程技术手段，利用微生物的某采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接吧微些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接吧微生物应用于工业生产过程的一种技术。生物应用于工业生产过程的一种技术。2、基本环节：一般包括一般包括菌种的选育菌种的选育，扩大扩大培养培养，发酵发酵，等方面。等方面。1 1）选育菌种选育菌种（1 1）目的：）目的：获得获得_性状优良的菌种性状优良的菌种（2 2）菌种来源：）菌种来源： 从自然

3、界中筛选从自然界中筛选、_或或_。诱变育种诱变育种基因工程育种基因工程育种（3 3）实例：）实例：筛选筛选产酸量高的黑曲霉产酸量高的黑曲霉用来生产用来生产柠檬酸；柠檬酸；使用使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期缩短生产周期2)2)扩大培养扩大培养（1 1）目的：）目的： 获得获得_更多的菌种更多的菌种（2 2）原因：）原因：工业发酵罐的体积一般为几十到几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百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进所以，在发酵之前还需要对菌种进行

4、扩大培养。行扩大培养。3)3)配制培养基：配制培养基：在菌种确定之后，要在菌种确定之后，要_制备培养基。制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过在生产实践中，培养基的配方要经过_才能确定。才能确定。选择原料选择原料反复试验反复试验4 4）灭菌：灭菌：（1 1）灭菌原因：灭菌原因： 发酵工程种所用的菌种大多是发酵工程种所用的菌种大多是_，一旦有杂菌污染，可能导致一旦有杂菌污染，可能导致_。如青霉素生产过程中被杂菌污染，如青霉素生产过程中被杂菌污染，某些杂菌会分泌某些杂菌会分泌青霉素酶青霉素酶将将青霉素分解青霉素分解掉。掉。单一菌种单一菌种产量大大降低产量大大降低（2 2）_都必须经过严格的灭

5、菌；都必须经过严格的灭菌；培养基和发酵设备培养基和发酵设备5)5)接种：接种： 将将_的菌种投放到的菌种投放到_中中发酵罐发酵罐扩大培养后扩大培养后6. 6.发酵罐内发酵发酵罐内发酵发酵工程的发酵工程的中心环节中心环节（1 1）要求：）要求：发酵过程中，要发酵过程中，要_培养液中培养液中_、_等，以等，以_；要及时添加要及时添加_，要严格控制，要严格控制_、_和和_等发酵条件；等发酵条件；随时检测随时检测微生物数量微生物数量产物浓度产物浓度了解发酵进程了解发酵进程必需的营养物质必需的营养物质温度温度pHpH溶氧量溶氧量（2 2）严格控制发酵条件的原因：）严格控制发酵条件的原因：如，谷氨酸的发酵

6、生产：中性和弱碱性条件会积累谷氨酸；如，谷氨酸的发酵生产：中性和弱碱性条件会积累谷氨酸；酸性条件会形成古氨酰胺和酸性条件会形成古氨酰胺和N-N-乙酰古氨酰胺乙酰古氨酰胺发酵罐内发酵发酵罐内发酵中心环节中心环节现代发酵工程使用的发酵罐均有现代发酵工程使用的发酵罐均有计算机控制系统，计算机控制系统，能对发酵过程中的能对发酵过程中的温度、温度、pHpH、溶氧量、罐压、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养通气量、搅拌、泡沫和营养等进行等进行监控和控制；监控和控制；还可以进行还可以进行反馈控制反馈控制，使发酵全过程处于，使发酵全过程处于最佳最佳状态状态；7 7）分离、提纯产物分离、提纯产物发酵产品是发

7、酵产品是微生物细胞本身微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，时，可在发酵结束之后，采用采用_、_等方法将菌体等方法将菌体_和和_；发酵产品是发酵产品是代谢物代谢物时，可时，可_采取采取_的的_、_和和_措施来获得产品；措施来获得产品；过滤过滤沉淀沉淀分离分离干燥干燥根据产物的性质根据产物的性质适当适当分离分离纯化纯化根据产物的性质根据产物的性质适当适当提取提取8 8）获得产品获得产品：单细胞蛋白：单细胞蛋白：味精味精发酵工程的特点：发酵工程的特点： （1 1）生产条件温和）生产条件温和 （2 2）原料来源丰富且价格低廉）原料来源丰富且价格低廉（3 3）产物专一）产物专一 （4 4）废弃物对环境的

8、污染小）废弃物对环境的污染小（5 5）容易处理）容易处理（1 1）食品工业）食品工业 （2 2）医药工业）医药工业 （3 3）农牧业）农牧业（4 4）其他方面）其他方面发酵工程的应用 在许多领域得到广泛应用，在许多领域得到广泛应用，形成规模庞大的发酵工业。形成规模庞大的发酵工业。在食品工业上的应用 生产传统的发酵产品：生产传统的发酵产品：酱油、酒类（发酵工程是这些产品的酱油、酒类（发酵工程是这些产品的产量和质量产量和质量明显明显提高提高）生产各种各样的食品添加剂：生产各种各样的食品添加剂：食品添加剂不仅可以增加食物的营养，改善食品的口味、色食品添加剂不仅可以增加食物的营养，改善食品的口味、色泽

9、和品质，有时还可以延长食品的保存期泽和品质，有时还可以延长食品的保存期在食品工业上的应用 柠檬酸柠檬酸 是一种食品是一种食品酸度调节剂酸度调节剂； 可以通过可以通过黑曲霉黑曲霉的发酵制得；的发酵制得；味精味精 由由谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸；发酵可以得到谷氨酸；谷氨酸谷氨酸经过一系列处理就经过一系列处理就能制成味精；能制成味精；常见的食品添加剂：常见的食品添加剂：添加剂类型添加剂类型举例举例酸度调节剂酸度调节剂L-L-苹果酸、柠檬酸、乳酸苹果酸、柠檬酸、乳酸增味剂增味剂5-5-肌苷酸二钠、谷氨酸钠肌苷酸二钠、谷氨酸钠着色剂着色剂-胡萝卜素、红曲黄色素胡萝卜素、红曲黄色素增稠

10、剂增稠剂黄原胶、黄原胶、-环状糊精、结冷胶环状糊精、结冷胶防腐剂防腐剂乳酸链球菌素、溶菌酶乳酸链球菌素、溶菌酶在食品工业上的应用 生产酶制剂：生产酶制剂：-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶酶制剂来源：酶制剂来源：少数由动植物生产；少数由动植物生产；绝大多数通过发酵工程生产；绝大多数通过发酵工程生产； 目前，已有目前，已有5050多种酶制剂成功用于多种酶制剂成功用于 食品的直接生产、改进食品的直接生产、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品产量等方面。食品储存期

11、和提高产品产量等方面。在医药工业上的应用 青霉素的发现和产业化生产之青霉素的发现和产业化生产之后，发酵工程逐步扩展到其他后，发酵工程逐步扩展到其他抗生素、多种氨基酸、激素和抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂免疫调节剂的等生产领域。的等生产领域。1 1、生产过去从生物器官、组织、细胞或尿液中提取的药物、生产过去从生物器官、组织、细胞或尿液中提取的药物、采用、采用基因工程基因工程的方法，将的方法，将植物植物或或动物动物的的基因转移到微生物基因转移到微生物中，获中，获得具有某种药物生产能力的得具有某种药物生产能力的微生物。微生物。例如：利用基例如：利用基因工程改造的微生物生产因工程改造的微生物生产

12、生长激素释放抑制激素。生长激素释放抑制激素。基因工程、蛋白质工程等注入强劲动力。基因工程、蛋白质工程等注入强劲动力。、直接直接对对菌种菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。例如：青霉素高产菌株的培育。例如：青霉素高产菌株的培育。在医药工业上的应用 生产曾经从植物中分离提取的化合物生产曾经从植物中分离提取的化合物未来还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提未来还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的取的紫杉醇、青蒿素前体紫杉醇、青蒿素前体等化合物。等化合物。紫杉醇：具有高抗癌活性，现已广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。紫杉醇：具有高抗癌

13、活性，现已广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。在医药工业上的应用 生产疫苗生产疫苗利用利用基因工程基因工程，将，将病原体病原体的某种或某几个的某种或某几个抗原基因抗原基因转入适当的转入适当的微生物细胞微生物细胞，获得的表达产物可作为，获得的表达产物可作为疫疫苗苗。例如，一种生产乙型肝炎疫苗的方法就时将乙型肝例如，一种生产乙型肝炎疫苗的方法就时将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。在农牧业上的应用 从自然界选育出优良的菌株，再通过发酵工程大规从自然界选育出优良的菌株，再通过发酵工程大规模发酵生产制成的活菌或其他代谢物产品等。模发酵生产制成的活菌或

14、其他代谢物产品等。生产微生物肥料生产微生物肥料微生物肥料的种类：微生物肥料的种类：根瘤菌肥、固氮菌肥根瘤菌肥、固氮菌肥微生物肥料的作用：微生物肥料的作用：生物肥料利用了微生物在生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质生物活性物质等来增等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长；进植株生长；有的微生物肥料可以有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物抑制土壤中病原微生物的生长的生长，从而减少病害的发生，从而减少病害的发生. .在农牧业上的应用 生产微生物农药生产微生物农药微生物农药的作用机理：微生物农药的作用机理： 利用利用微生

15、物或其代谢物微生物或其代谢物来防治病虫害来防治病虫害实例：实例： 苏云金杆菌苏云金杆菌 防治防治8080多种农林虫害多种农林虫害。白僵菌白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。防治玉米螟、松毛虫等虫害。井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素）井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素） 防治水稻枯纹病。防治水稻枯纹病。防治类型：防治类型： 生物防治生物防治在农牧业上的应用 生产微生物饲料生产微生物饲料原理：原理： 微生物含有微生物含有丰富的蛋白质丰富的蛋白质，且，且繁殖速度快繁殖速度快实例实例11单细胞蛋白单细胞蛋白 以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为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

16、获得了大量的原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体微生物菌体，即单细胞蛋白；即单细胞蛋白；单细胞蛋白应用：单细胞蛋白应用：单细胞蛋白生产过程：单细胞蛋白生产过程：食品添加剂、微生物饲料食品添加剂、微生物饲料；单细胞蛋白成分：单细胞蛋白成分：不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质实例实例2-2-乳酸菌乳酸菌在在青贮饲料青贮饲料中添加乳酸菌，可以中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质提高饲料的品质，使饲料，使饲料保鲜保鲜，动物食用后还能动物食用后还能提高免疫力提高免疫力。在其他方面的应用 （1 1）解决资源短缺与环境污染问题）解决资源短缺与环境污染问题 随着对纤维素水解研究的不断深入，随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发利用纤维废料发酵生产