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

发酵工程及其应用年级：高二年级学科：生物学（人教版）主讲人：杨思杰

学校：四川省洪雅中学校1了解发酵工程的概念和基本流程3分析发酵工程在实际生产中的重要性教学目标2掌握发酵工程的应用领域世界上第一种应用于临床的抗生素——青霉素问题：在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？发酵工程:即利用微生物的特定的功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。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，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，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。一、发酵工程的基本环节1.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。选育菌种扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品2.基本环节优良菌种的来源：某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。（1）选育菌种①自然界中筛选②诱变育种③基因工程育种工业发酵罐体积几十~几百m3几~几十m3接入的菌种总体积（2）扩大培养①目的：获得更多的菌种。②原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。③扩大培养的培养基：一般为液体培养基。思考：怎样对菌种进行扩大培养？将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。思考：扩大培养所用的培养基，从物理性质上分类，是什么类型的培养基？液体培养基。可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。①在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基；②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基）。（3）配制培养基①灭菌原因：发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。②灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。（4）灭菌（5）接种：将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中严格控制发酵条件的原因：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。（6）发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节例如：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。菌体本身代谢产物根据其性质采用等方法进行分离、提纯采用过滤、沉淀等方式进行分离、提纯（7）产品的分离、提纯（8）获得产品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。思考·讨论1：

发酵工程基本环节分析讨论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、溶解氧等发酵条件进行严格控制，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。讨论3：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。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弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。讨论4：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、过滤等方法来分离和提纯产物。发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査，合格后才能成为正式产品。二、发酵工程的特点和应用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在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品实例1:酱油的生产小分子肽和氨基酸酱油黑曲霉(蛋白酶)淋洗调制实例2:各种酒类的生产各种酒类酿酒酵母①利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；②利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。(2)生产各种各样的食品添加剂添加剂的类型举例酸度调节剂L-苹果酸、柠檬酸、乳酸增味剂5’-肌苷酸二钠、谷氨酸钠着色剂β-胡萝卜素、红曲黄色素增稠剂黄原胶、β-环状糊精、结冷胶防腐剂乳酸链球菌素、溶菌酶在食品工业上的应用(3)生产酶制剂种类作用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延长食品储存期提高产品产量α-淀粉酶β-淀粉酶果胶酶脂肪酶氨基肽酶在食品工业上的应用在医药工业上的应用改造菌种02工程菌01疫苗03在农牧工业上的应用2.生产微生物农药3.生产微生物饲料1.生产微生物肥料在其他方面上的应用解决资源短缺和环境污染问题对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用

(1)(2)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，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量小结：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