1.3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

第1章

发酵工程第3节发酵工程及其应用学习目标1.发酵工程的概念。2.发酵工程的一般流程。3.发酵工程在生产上的价值。从社会中来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，它的价格贵如金。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。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？

利用发酵工程进行生产。

发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。1.形成：随着人们对发酵原理的认识，微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，人们能够在严格控制的环境条件下，大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。2.基本环节：图1-9

一、发酵工程的基本环节：P22-23性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程获得。(注意：无杂交育种）一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。中心环节分离、提纯产物:(1)微生物细胞：过滤、沉淀等;(2)代谢物：可根据产物的性质采取适当的措施。一般为液体培养基，目的:获得更多的菌种。菌种投放到发酵罐中。选择原料制备；配方要经过反复试验才能确定。思考·讨论发酵工程基本环节分析:P23结合图1-9，分析和讨论以下问题。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？需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。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成分。思考·讨论发酵工程基本环节分析:P23结合图1-9，分析和讨论以下问题。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。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，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。思考·讨论发酵工程基本环节分析:P23结合图1-9，分析和讨论以下问题。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。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能含有有毒物质，这些都可能会污染环境，对人体健康造成危害。此外，废弃培养液中的微生物也可能会污染水体、感染人体。因此，排出的气体和废弃培养液等需经检测、处理后才能排到外界环境中。发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止主发酵后发酵思考·讨论啤酒的工业化生产流程:P24-25发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段：主发酵：酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。后发酵：主发酵结束后，发酵液

还不适合饮用，要在低温、密闭的环境

下储存一段时间进行后发酵，这样才

能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求不同有所差异。思考·讨论啤酒的工业化生产流程:P24-25思考·讨论啤酒的工业化生产流程:P24讨论1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求。另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。课堂练习1．下列不是发酵过程中要完成的是()A．随时取样检测培养液中的微生物数量及产物浓度B．不断添加菌种C．及时添加必需的营养组分D．严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等条件B解析：B选项中发酵罐内微生物在适宜的条件下会迅速繁殖，因此，发酵过程中不需要添加菌种。课堂练习2．发酵过程中，不会直接引起pH变化的是(

)A．营养物质的消耗B．微生物呼出的CO2C．微生物细胞数目的增加D．代谢产物的积累C可能造成酸碱物质消耗不均。CO2溶于水形成碳酸。可能会改变发酵环境的酸碱度。课堂练习3．发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于(

)①冷却水供应不足②微生物代谢旺盛③培养基不新鲜

④搅拌

⑤放料口排出产物A．①②③④⑤

B．②③④C．①④ D．②④D②呼吸作用会产生能量其中大部分转变成热能；④搅拌除了增加溶解氧、加快反应速度外，还通过摩擦生热。

二、发酵工程的应用（一）发酵工程的特点：P24

发酵工程以生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。1.在食品工业上的应用：P24-26(1)生产传统的发酵产品。例如：

酱油、各种酒类等。(2)生产各种各样的食品添加剂。

例如：柠檬酸---食品酸度调节剂，谷氨酸---制成味精（常用的见P25表1-2）。(3)生产酶制剂.如淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。

二、发酵工程的应用（一）发酵工程的应用2.在医药工业上的应用：P26青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。

(1)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。

(2)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。

(3)未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。(4)利用基因工程将病原体的某个或某几个抗原基因转入微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。

二、发酵工程的应用：P24-27（一）发酵工程的应用3.在农牧业上的应用：P26-27(1)生产微生物肥料。常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。(2)生产微生物农药。与传统的化学农药不同，微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。例如：苏云金杆菌、白僵菌、井岗霉素（抗生素）。(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质，而且细菌生长繁殖速度很快。因此，许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。可以作为食品添加剂；加快增重，提高产量；添加乳酸菌可以提高饲料品质，保鲜，提高免疫力。

二、发酵工程的应用：P24-27（一）发酵工程的应用4.在其他方面的应用：P27(1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。(2)嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。

二、发酵工程的应用：P24-27（一）发酵工程的应用

发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助于解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，做出了越来越大的贡献。截至2015年，我国生物发酵产业年总产量近2900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。1.列出你昨天一天的食谱，看看那些食品是直接由微生物发酵产生的？那些食品中添加了经发酵生产的食品添加剂？2.当地是否有发酵生产企业？如果有，请进行以下调查活动：（1）咨询当地政府管理部门，了解以下信息：这些企业的年产值是多少？占当地国民生产总值的比例是多少？提供了多少就业岗位？（2）你的家人和朋友是否有正在从事分解工业生产的，如果有，咨询以下问题：他们所在公司目前生产那些分解产品？经济效益如何？该行业遇到的主要困难是什么？要解决这些困难，对分解技术提出了那些新要求？到社会中去

思维导图课堂练习4.下列不需要利用发酵工程的是(

)A.生产单细胞蛋白饲料B.通过生物技术培育可移植的皮肤C.利用微生物生产胰岛素D.工厂化生产青霉素B课堂练习5.下列关于单细胞蛋白的叙述,正确的是(

)A.是从微生物细胞中提取的蛋白质B.通过发酵生产的微生物菌体C.是微生物细胞分泌的抗生素D.单细胞蛋白不能作为食品B课堂练习6.下列对发酵工程应用的描述,错误的是(

)A.微生物肥料利用了微生物在发酵过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的C.微生物饲料主要利用的是微生物菌体D.发酵工程和基因工程结合,能生产自然界不存在的蛋白质D课堂练习6.发酵工程的一项关键措施是灭菌,下列关于灭菌的叙述,正确的是(

)A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的D.pH调到7左右灭菌效果最好A解析:培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,A项正确;培养基的灭菌是杀死培养基中的一切微生物,B项错误;为防止杂菌污染,通入的空气也要是无菌的,但不是通入无菌空气就可以达到灭菌的目的,C项错误;灭菌效果与pH无直接关系,D项错误。练习与应用：P28×√√×练习与应用：P28

可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。

可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。学生朗读：P29本章小结的理解概念，完成复习与提高：P30

筛选出可以降解化合物A的微生物选择显著降低扩增复习与提高：P30细菌计数板计数S形增长

目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。可行。复习与提高：P30不同意。如果只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。复习与提高：P30不同意。如果只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。复习与提高：P30

没有必要。根据国家的标准，自来水中不得检出总大肠杆菌群，冰激凌中大肠杆菌数目也非常少。即使冰激凌中大肠杆菌数超标了，也不可能很离谱，如果进行梯度稀释，最后得到的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。所以，并不是所有的细菌检测培养都需要进行梯度稀释，而是要根据实际情况来确定培养方案。复习与提高：P30

需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。一组为阴性对照组，平板不进行涂布或者用无菌水涂