《第三节 发酵工程为人类提供多样的生物产品》课件-高中生物-选择性必修3 生物技术与工程-浙科版

主讲人：发酵工程与生物产品目录01.发酵工程概述02.发酵过程原理03.发酵产品种类04.发酵技术的创新05.发酵工程的挑战与机遇06.发酵工程教育意义发酵工程概述01发酵工程定义发酵工程是一种工业生产技术，通过控制微生物的生长环境，实现大规模生物产品的生产。工业生产技术发酵工程是利用微生物或细胞进行生物转化，生产各种生物产品如抗生素、酶等。生物转化过程发酵工程历史古代发酵技术的起源发酵技术起源于古代，如中国的酒曲酿酒和欧洲的啤酒酿造，是发酵工程的雏形。基因工程与发酵技术20世纪后半叶，基因工程技术的兴起使发酵工程进入了一个新的发展阶段，提高了生物产品的产量和质量。工业革命与发酵工程18世纪工业革命后，发酵过程开始被系统化研究，为现代发酵工程奠定了基础。抗生素的发现与发酵20世纪初，青霉素的发现推动了发酵工程的发展，抗生素生产成为发酵工程的重要分支。发酵工程应用领域食品工业能源生产农业领域制药行业发酵技术在食品工业中广泛应用，如酸奶、酱油、醋等产品的生产。利用发酵工程生产抗生素、维生素、酶制剂等重要医药产品。发酵过程用于生产生物肥料和生物农药，提高农作物产量和质量。发酵技术用于生产生物燃料，如乙醇和生物柴油，是可再生能源的重要来源。发酵过程原理02微生物发酵机制微生物通过酶促反应将糖类等有机物质分解，产生能量和代谢产物，是发酵的基础。酶促反应过程在发酵过程中，代谢产物如酒精、乳酸等在细胞内外积累，影响发酵效率和产品质量。发酵产物的积累微生物通过调节代谢途径中的关键酶活性，控制发酵过程中的物质流向和产物生成。代谢途径调控010203发酵过程控制在发酵过程中，精确控制温度是关键，如啤酒发酵需保持在10-15°C以保证酵母活性。发酵液的pH值对微生物生长至关重要，例如乳酸菌发酵过程中需维持酸性环境。适时补充营养物质，如氮源、碳源，可优化微生物生长和代谢产物的生成。发酵时间的长短直接影响产品的产量和质量，如抗生素发酵周期的精确控制。温度控制pH值调节营养物质供给发酵时间管理对于需氧发酵，溶解氧的监控和调节是保证发酵效率和产品质量的重要环节。溶解氧监控发酵产物分离纯化使用半透膜对发酵液进行过滤，根据分子大小差异实现分离，常用于蛋白质等大分子的纯化。膜分离技术通过不同介质的吸附和解析特性，实现发酵产物中目标分子的分离和纯化。层析分离技术利用离心力将发酵液中的固体和液体分离，常用于初步去除菌体和大颗粒杂质。离心分离技术发酵产品种类03食品发酵产品酸奶是通过乳酸菌发酵牛奶制成的，富含益生菌，有助于改善肠道健康。酸奶01泡菜是利用乳酸菌发酵蔬菜制成的，如韩国泡菜，具有独特的酸味和丰富的营养价值。泡菜02酱油是通过大豆和小麦的混合发酵制成的调味品，广泛用于亚洲菜肴中增加风味。酱油03医药发酵产品发酵工程生产的抗生素如青霉素，是现代医学的重要成就，挽救了无数生命。抗生素通过发酵过程生产的维生素C，广泛用于医药和食品工业，增强人体免疫力。维生素C氨基酸如谷氨酸、赖氨酸等通过发酵工艺生产，用于治疗特定疾病和营养补充。氨基酸类药物工业发酵产品工业发酵技术用于生产青霉素等抗生素，是现代医学的重要组成部分。抗生素01发酵过程可以生产各种氨基酸，如谷氨酸和赖氨酸，广泛应用于食品和医药行业。氨基酸02发酵工程生产有机酸，如柠檬酸和乳酸，用于食品添加剂和工业原料。有机酸03通过发酵过程生产的酶制剂，如淀粉酶和蛋白酶，被广泛应用于洗涤剂和制药行业。酶制剂04发酵技术的创新04高效菌种选育通过模拟自然选择过程，定向进化技术可以筛选出具有特定代谢特性的高效菌株。定向进化技术CRISPR-Cas9等基因编辑工具的应用，使得科学家能够精确修改菌种基因，提高发酵效率。基因编辑工具通过代谢工程改造菌种的代谢途径，增强其生产目标生物产品的效率和产量。代谢工程发酵工艺优化提高发酵效率通过基因工程改造菌株，优化发酵过程，缩短生产周期，提高产量。降低生产成本采用连续发酵技术，减少原料和能源消耗，降低整体生产成本。增强产品质量通过控制发酵条件，如温度、pH值和氧气供应，确保生物产品的高质量和一致性。生物反应器发展自动化控制技术随着计算机技术的进步，生物反应器实现了更精准的温度、pH和溶氧控制，提高了发酵效率。生物反应器设计创新现代生物反应器设计注重模拟自然环境，如模拟细胞微环境，以提高特定生物产品的产量。连续发酵技术连续发酵技术的应用减少了生产周期，提高了生物反应器的生产能力和产品的质量稳定性。发酵工程的挑战与机遇05环境与可持续性发酵工程需开发新技术减少CO2和其他温室气体排放，以降低对环境的影响。减少工业排放开发可生物降解的发酵副产品，减少环境污染，实现废物资源化利用。生物降解副产品通过优化发酵过程，提高原料转化率，减少资源浪费，促进生物产品的可持续生产。提高原料利用率生物安全与伦理发酵工程需进行严格的风险评估，以预防潜在的生物安全风险，如基因泄露或污染。涉及人类或动物细胞的发酵项目需通过伦理审查，确保研究符合伦理道德标准。在发酵工程中，遵守生物安全法规至关重要，如GMP标准，确保产品安全无害。生物安全法规遵循伦理审查与合规生物技术风险评估未来发展趋势01智能化发酵过程控制随着AI技术的发展，发酵过程将实现更精准的控制，提高生物产品的质量和产量。03可持续原料的使用未来发酵工程将更多地利用可再生资源，如农业废弃物，以实现环境友好型生产。02合成生物学的应用合成生物学将推动发酵工程向设计和构建新的生物系统转变，创造更多创新产品。04生物安全与法规发展随着生物技术的进步，相关法规和生物安全措施将不断更新，以应对新出现的风险。发酵工程教育意义06生物科学教育通过发酵工程的学习，学生能够理解生物科学的创新过程，激发科学探索和实验设计的能力。培养创新思维01实验室操作和发酵过程的模拟训练，使学生掌握生物产品开发的实际操作技能，增强就业竞争力。强化实践技能02发酵工程涉及化学、微生物学、工程学等多个学科，有助于学生形成跨学科的知识结构和解决问题的能力。跨学科知识整合03科技创新与实践强化实验技能培养创新思维通过发酵工程的实践教学，激发学生创新思维，为生物技术领域的研究与开发奠定基础。学生通过亲手操作发酵过程，学习实验设计和操作技能，增强解决实际问题的能力。促进跨学科合作发酵工程涉及生物、化学、工程等多学科知识，教育中强调跨学科合作，培养复合型人才。跨学科知识融合发酵工程教育中，生物化学知识与工程学原理相结合，培养学生的综合应用能力。生物化学与工程学的结合教育中引入数学模型，帮助学生掌握如何通过模型优化发酵过程，提高生物产品的产量和质量。数学模型在发酵优化中的作用通过学习微生物学，学生能够理解微生物在发酵过程中的作用，为生物产品的开发打下基础。微生物学在发酵过程中的应用010203

发酵工程与生物产品(1)内容摘要01内容摘要

发酵工程是一种重要的生物技术，它将微生物的代谢活动应用于工业生产，生产出各种生物产品，如食品、医药、化工、环保等领域。随着生物技术的不断发展，发酵工程在国民经济中的地位日益重要。发酵工程的基本原理02发酵工程的基本原理

微生物在生长过程中，会通过代谢活动产生各种生物大分子，如蛋白质、核酸、多糖等。1.微生物的代谢活动

发酵过程中，温度、pH值、营养物质、氧气等条件对微生物的代谢活动具有重要影响。3.发酵条件

通过发酵工程，将微生物的代谢活动应用于工业生产，将原料转化为具有特定功能和用途的生物产品。2.生物转化过程发酵工程的应用领域03发酵工程的应用领域

1.食品行业如酱油、醋、酸奶、酒类等。

2.医药行业如抗生素、疫苗、生物药物等。3.化工行业如酶制剂、生物柴油、生物塑料等。发酵工程的应用领域如生物降解、生物修复等。4.环保行业

我国发酵工程的发展现状04我国发酵工程的发展现状我国发酵工程产业规模逐年扩大，已成为全球最大的发酵产品生产基地。3.产业规模

我国政府高度重视发酵工程的发展，出台了一系列政策支持发酵工程的研究与应用。1.政策支持

我国在发酵工程领域取得了一系列重大成果，如基因工程菌的构建、发酵工艺的优化等。2.技术创新

我国发酵工程的发展现状

4.人才培养我国发酵工程领域培养了大批高素质人才，为发酵工程的发展提供了有力保障。未来发展展望05未来发展展望

1.绿色发酵2.生物制造3.个性化定制

根据市场需求，开发具有特定功能的生物产品。随着环保意识的提高，绿色发酵将成为发酵工程发展的主流方向。发酵工程将与合成生物学、基因工程等生物技术相结合，实现生物制造。未来发展展望加强与国际先进技术的交流与合作，提高我国发酵工程的整体水平。4.国际合作

发酵工程与生物产品(3)发酵工程的基本原理01发酵工程的基本原理

发酵工程的核心是微生物的代谢过程，在发酵过程中，微生物通过摄取营养物质，利用其内部的酶系统将原料转化为所需的产品。这些产品可以是有机酸、氨基酸、抗生素、生物燃料等。发酵工程的优点在于其生产过程具有高效、环保、安全等优点，且不受天气、季节等自然因素的影响。发酵工程的应用02发酵工程的应用

1.食品工业发酵工程在食品工业中的应用非常广泛，如酱油、醋、啤酒、面包等。通过发酵工程，可以大幅度提高食品的营养价值和口感，同时降低生产成本。例如，利用酵母菌发酵生产啤酒，不仅提高了酒的品质，还降低了发酵过程中的能源消耗。2.医药领域发酵工程在医药领域的应用也取得了显著的成果，许多抗生素、维生素、生物碱等药物都是通过发酵工程生产的。例如，青霉素是由霉菌发酵产生的，现在已能实现大规模生产，为临床治疗提供了极大的便利。3.化工领域发酵工程在医药领域的应用也取得了显著的成果，许多抗生素、维生素、生物碱等药物都是通过发酵工程生产的。例如，青霉素是由霉菌发酵产生的，现在已能实现大规模生产，为临床治疗提供了极大的便利。

发酵工程的发展前景03发酵工程的发展前景

1.高效、节能2.环保、安全3.个性化、定制化

根据消费者的需求，开发出更多具有特定功能的生物产品。通过基因工程、酶工程等手段，提高微生物的代谢效率，降低生产过程中的能耗。优化发酵工艺，减少污染物排放，确保生物产品的安全性和稳定性。

发酵工程与生物产品(4)发酵工程概述01发酵工程概述

发酵工程可以在短时间内生产出大量产品，提高生产效率。1.高效性

发酵工程生产成本低，具有较高的经济效益。3.经济性

发酵工程生产过程中，废物排放较少，对环境友好。2.环保性发酵工程在生物产品中的应用02发酵工程在生物产品中的应用发酵工程在纺织工业中的应用主要包括生物酶处理、生物降解等。生物酶处理可以改善纺织品的手感、色泽和耐磨性；生物降解可以减少纺织品对环境的污染。3.纺织工业

发酵工程在食品工业中的应用非常广泛，如酱油、醋、酸奶、啤酒、葡萄酒等。这些产品不仅美味可口，而且富含营养，对人体健康有益。1.食品工业

发酵工程在药物生产中具有重要作用，如抗生素、疫苗、酶制剂等。这些产品在治疗疾病、预防疾病方面发挥着重要作用。2.药物生产

发酵工程在生物产品中的应用发酵工程在化工产业中的应用主要包括生物催化、生物转化等。生物催化可以提高化学反应的效率，降低生产成本；生物转化可以将废物转化为有用的产品。4.化工产业

发酵工程在能源产业中的应用主要包括生物制氢、生物燃料等。生物制氢