【生物】发酵工程及其应用-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三

发酵工程及其应用REPORTING目录发酵工程概述菌种选育与培养基配制扩大培养与接种策略发酵过程控制与优化产品分离提纯与质量评价发酵工程在各领域应用案例PART01发酵工程概述REPORTINGWENKUDESIGN发酵工程是利用微生物的特定功能，通过现代工程技术手段生产有用产品或直接将微生物应用于工业生产的一种技术。定义发酵工程具有高效、环保、可持续等特点，能够实现微生物资源的高效利用和产品的规模化生产。特点定义与特点发酵工程经历了从传统发酵到现代发酵的转变，逐渐形成了完善的工艺体系和产业链。随着生物技术的不断发展，发酵工程在菌种选育、发酵工艺、产物分离提纯等方面取得了显著进展。发展历程目前，发酵工程已经广泛应用于食品、医药、农业、环保等领域，为人类生产和生活提供了丰富的产品和服务。同时，发酵工程还面临着一些挑战，如提高发酵效率、降低生产成本、减少环境污染等。现状发展历程及现状发酵工程在食品工业中用于生产酒类、调味品、有机酸等；在医药工业中用于生产抗生素、维生素、酶制剂等；在农业中用于生产微生物肥料、生物农药等；在环保领域中用于废水处理、有机废弃物资源化利用等。应用领域随着科技的进步和发酵工程技术的不断发展，未来发酵工程将在更多领域得到应用，同时还将推动相关产业的升级和转型。例如，利用合成生物学技术构建高效工程菌，提高发酵产品的产量和质量；利用大数据和人工智能技术优化发酵过程控制，提高生产效率和资源利用率等。前景展望应用领域与前景展望PART02菌种选育与培养基配制REPORTINGWENKUDESIGN自然界筛选、基因工程改造、保藏机构获取等。根据所需产品特性，选择相应的微生物种类，如细菌、真菌、酵母等，并通过初筛、复筛等方法获得高产、优质、稳定的菌种。菌种来源及筛选方法筛选方法菌种来源成分选择根据微生物生长繁殖所需营养物质，选择碳源、氮源、无机盐、生长因子等培养基成分。优化方法通过单因素试验、正交试验、响应面分析等方法，优化培养基成分比例，提高微生物生长速度和产物合成量。培养基成分选择与优化灭菌技术包括干热灭菌、湿热灭菌、化学灭菌等方法，以杀死培养基中的杂菌和保证无菌操作环境。设备介绍常用的灭菌设备有高压蒸汽灭菌锅、干热灭菌箱、紫外线灯等，可根据实际需求选择适当的设备进行灭菌操作。灭菌技术与设备介绍PART03扩大培养与接种策略REPORTINGWENKUDESIGN扩大培养原理及操作要点原理利用微生物的快速繁殖特性，在适宜条件下使其数量迅速增加，以提高发酵效率。操作要点选用合适的培养基，控制温度、pH值等发酵条件，保持无菌操作环境，定期监测微生物生长情况。接种方法包括划线接种、倾注接种、涂布接种等，根据微生物种类和发酵需求选择合适的接种方法。注意事项接种前需对培养基和接种工具进行灭菌处理，接种过程中要保持无菌操作，避免污染。同时，要控制接种量，避免过多或过少影响发酵效果。接种方法选择与注意事项污染防治措施在扩大培养和接种过程中，要严格遵守无菌操作规程，避免杂菌污染。在培养基中加入适量的抗生素，可以抑制杂菌的生长繁殖。定期对发酵液进行检测，及时发现并处理污染情况。发酵设备在使用前后要进行彻底的清洗和消毒处理，以杀灭残留微生物。严格无菌操作使用抗生素定期检测设备清洗消毒PART04发酵过程控制与优化REPORTINGWENKUDESIGN温度控制pH值调节溶氧控制营养物添加策略发酵条件设定及调整策略01020304根据微生物生长和代谢特点，设定最适温度范围，并通过加热或冷却系统进行调整。通过自动或手动添加酸碱物质，维持发酵液pH值在适宜范围内。通过调节搅拌速度、通气量等参数，确保微生物获得足够的氧气进行有氧呼吸。根据微生物生长阶段和产物合成需要，制定科学的补料方案。通过添加诱导剂或抑制剂，调节关键酶活性，促进或抑制特定代谢途径。酶活调控基因工程改造细胞培养条件优化利用基因工程技术，对微生物进行遗传改造，优化其代谢网络和产物合成能力。针对特定微生物细胞，优化其培养条件，提高细胞密度和产物产量。030201代谢调控技术应用自动化控制系统在发酵过程中应用发酵过程监控通过传感器实时监测发酵过程中的关键参数，如温度、pH值、溶氧等，并将数据传输至控制系统。数据处理与决策支持控制系统对收集到的数据进行处理和分析，为操作人员提供决策支持，如补料建议、温度调整策略等。自动控制与执行根据决策支持结果，控制系统自动执行相应的操作，如调整搅拌速度、通气量、加热或冷却等，以维持发酵过程的稳定和优化。故障诊断与预警自动化控制系统能够实时监测设备的运行状态，及时发现并处理故障，同时提供预警功能，确保发酵过程的安全和稳定。PART05产品分离提纯与质量评价REPORTINGWENKUDESIGN产品分离提纯方法介绍过滤法利用过滤介质截留固体颗粒，实现固液分离，常用于去除发酵液中的菌体、杂质等。离心法利用离心力场使不同密度的物质分离，适用于固液、液液等非均相混合物的分离。萃取法利用溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同的原理，将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中，实现目标产物的分离和提纯。结晶与重结晶法通过控制溶液的浓度、温度等条件，使溶质从溶液中结晶析出，进一步通过重结晶提高产品纯度。感官指标理化指标微生物指标功能性指标质量评价指标体系建立包括产品的外观、色泽、气味、滋味等，是评价产品质量最直观的方法。主要检测产品中的微生物种类和数量，以判断产品的卫生状况和安全性。包括产品的成分、含量、纯度、酸碱度、水分、灰分等，反映了产品的内在质量。针对具有特定功能的产品，如酶制剂的酶活性、益生菌的菌数等，进行专项检测和评价。安全生产与环保要求发酵工程生产过程中应严格遵守安全生产规范，确保设备安全、操作安全、环境安全，防止事故发生。安全生产发酵工程生产应符合国家环保法规要求，对废水、废气、废渣等污染物进行治理和排放控制，实现清洁生产。同时，应积极采用环保型原料和工艺，降低能耗和物耗，提高资源利用率。环保要求PART06发酵工程在各领域应用案例REPORTINGWENKUDESIGN利用微生物发酵技术生产抗生素，如青霉素、头孢菌素等，广泛应用于医疗领域。抗生素生产通过微生物发酵生产维生素C、维生素B族等，满足人们对维生素的需求。维生素生产发酵工程可生产各种酶制剂，如淀粉酶、蛋白酶等，用于医药制造和生物催化领域。酶制剂生产医药领域：抗生素、维生素等生产利用发酵技术生产酱油、醋、味精等调味品，改善食品口感和风味。调味品生产在食品加工过程中添加酶制剂，如面包制作中的酵母，可提高食品加工效率和产品质量。酶制剂应用通过发酵工程生产具有特定功能的食品，如益生菌制品、膳食纤维等，促进人体健康。功能性食品生产食品领域：调味品、酶制剂等生产

化工领域：生物燃料、生物降解塑料等生产生物燃料生产利用微生物发酵生产生物柴油、生物氢气等可再生能源，减少化石能源消耗和环境污染。生物降解塑料生产通过发酵工程生产可生物降解塑料，如聚乳酸等，降低传统塑料对环境的污染。化工原料生产发酵工程还可生产一些化工原料，如乙醇、丙酮等，为化学工业提供可持续的原料来源。农药生产发酵工程也可生产生物农