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3节

发酵工程及应用第1章

发酵工程选择性必修3--生物技术与工程根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。（科学探究）基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。（科学思维）认可发酵工程在生产上重要的应用价值。（社会责任）

学习目标010203学习目标微生物的选择培养和计数选择培养基科学实例筛选原因、思路、启示选择培养基的原理、概念、类型、举例微生物的选择培养选择培养基的作用微生物选择培养获取纯培养物的方法--稀释涂布平板法稀释涂布平板法的操作过程稀释涂布平板法的注意事项土壤中分解尿素的细菌的分离与计数(1)土壤取样(2)样品的稀释(3)稀释涂布平板法接种(4)微生物的培养与观察微生物的数量测定间接计数法--稀释涂布平板法直接计数--计数板计数法培养基的制备实验设计分析与评价微生物纯培养技术的建立密闭式发酵罐的设计成功人们对发酵原理的认识发酵工程形成一、发酵工程的形成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，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？在产物分离和提纯方面，发酵工程有哪些改进之处？怎样调控发酵条件以满足微生物的生长需要？在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等怎么处理？234

1探究1：阅读课本P22-23内容，小组合作思考讨论完成问题：一、发酵工程的形成选育菌种性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品生产微生物直接合成的产物生产微生物不能合成的产品青霉素、谷氨酸等，可从自然界中分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品目的。一、发酵工程的基本环节选育菌种性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节柠檬酸啤酒味精青霉素黑曲霉啤酒酵母黄青霉谷氨酸棒状杆菌优良菌种具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节目的方法将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。增加菌种数量缩短生产周期选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。发酵工程一般使用液体培养基选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌原因实例杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，分解青霉素。选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节液体培养基接种选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节发酵工程的中心环节实例--谷氨酸的发酵生产中性和弱碱性→累积谷氨酸；

酸性→谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺监控要点一监控要点二监控要点三检测培养液中的微生物数量、产物浓度等及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件培养物或营养物质的加入口观察孔取样管电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口温度传感器和控制装置冷却水进入口阀门放料管编号主要用途A区B区C区D区控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程。取样器也可以通过取样判断发酵状态和程度。通过控制冷水流速调节罐温电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节计算机控制系统监测控制温度、pH、溶解氧、灌压、通气量、搅拌、泡沫和营养等微生物数量、产物浓度检测及时添加必需的营养组分使发酵过程处于最佳状态微生物的生长繁殖和代谢物的形成影响选育菌种扩大培养灭菌配制培养基接种发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节菌体本身代谢产物根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离、提纯采用过滤、沉淀等方式进行分离、提纯问题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？(1)低成本的培养基上能迅速繁殖(2)生产所需代谢物的产量高(3)发酵条件易控制(4)菌种不易变异，退化等问题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和溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。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？发酵工程与现代工程技术相结合或直接用微生物反应器，进行大规模发酵生产。主要是连续培养；实行高度自动化；采用基因重组菌生产，可以加压生产等。传统发酵工艺是主要是分批培养，人工操作，用天然菌种，常温常压进行。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？不能。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。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。原理所用生物过程实质产物发酵原理和工程学原理常规菌种、通过诱变育种或基因工程获得的菌种等通过微生物的大量繁殖获得所需产品代谢物或微生物细胞本身选育菌种扩大培养灭菌配制培养基分离提纯产物获得产品发酵罐内发酵接种（一）优点：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（二）运用：医药其他食品农牧二、发酵工程的应用探究1：请阅读教材P24-27内容，小组合作思考讨论完成问题：在食品工业上的应用有哪些？在农牧业上的应用有哪些？在医药工业上的应用有哪些？在其他方面的应用有哪些？234

1二、发酵工程的应用（二）运用：1.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二、发酵工程的应用探究2：通过观看视频，请小组合作思考讨论完成问题：1.与传统的手工发酵相比，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，它的制作工艺与普通啤酒有所不同。如一般不添

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“工业”啤

酒更健康，怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量

低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？二、发酵工程的应用啤酒的工业化生产流程思考·讨论发芽12焙烤3碾磨4糖化蒸煮56发酵7消毒8终止主发酵后发酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。二、发酵工程的应用问题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？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。问题2：现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般

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

“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，

发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大

规模生产与小规模制作？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，或者满足一些人的时尚追求。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。二、发酵工程的应用类别“精酿”啤酒“工业”啤酒原料是否添加食品添加剂麦芽汁浓度发酵时间特点只用麦芽、啤酒花、酵母菌和水麦芽、啤酒花、酵母菌、水大米、玉米、淀粉等不添加添加较高，口味浓郁较低，口味清淡长，可达2个月短，通常7天左右产量低、价格高产量高、价格低二、发酵工程的应用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。添加剂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、溶菌酶二、发酵工程的应用（二）运用：1.在食品工业上的应用：(2)生产各种各样的食品添加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二、发酵工程的应用（二）运用：1.在食品工业上的应用：(3)生产酶制剂发酵工程生产的药物发酵工程动植物的基因微生物转入直接改造微生物微生物病原体的抗原基因转入药物药物疫苗各种抗生素多种氨基酸多种激素多种免疫调节剂基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合二、发酵工程的应用（二）运用：2.在医药工业上的应用：改造菌种工程菌疫苗利用经过基因改造的微生物进行发酵生产生长激素释放抑制激素未来可能用微生物来生产过去只能从植物中提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产疫苗二、发酵工程的应用基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合（二）运用：2.在医药工业上的应用：利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥2.生产微生物农药利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫，属于生物防治

3.生产微生物饲料1.生产微生物肥料单细胞蛋白二、发酵工程的应用（二）运用：3.在农牧工业上的应用：项目微生物农药防治化学农药防治防治机理优点缺点微生物农药防治和化学农药防治的比较利用微生物或代谢物进行防治成本低、无污染，可以维持生态平衡防治速度慢利用化学药剂(如杀虫剂、杀鼠剂)等进行防治见效快，操作简单成本高，污染环境，不利于维持生态平衡二、发酵工程的应用（二）运用：3.在农牧工业上的应用：(1)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(2