1.3 发酵工程及其应用课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

第1章第3节人教版选择性必修3青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。你知道青霉素的历史吗？青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。你知道青霉素的历史吗？早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到一根金条如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂一元？01发酵工程的基本环节接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。1.目的：获得性状优良的菌种2.菌种来源：从自然界中筛选诱变育种基因工程育种例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养，再进行培养。1.目的：获得更多的菌种。2.原因：一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方3.如何扩大培养：（了解，不做考试要求）接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养，再进行培养。1.目的：获得更多的菌种。2.原因：一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方3.如何扩大培养：（了解，不做考试要求）接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。发酵培养基要求菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品1.灭菌操作：在发酵之前必须对大型发酵罐、培养基和附属设备进行灭菌。2.原因：发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中接种接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品发酵罐内发酵这是发酵工程的中心环节。要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；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，已获得所需的发酵产物。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品小资料酿酒酵母在中性和酸性发酵条件下，可将葡萄糖发酵产生乙醇和二氧化碳，而在碱性条件下的发酵产物则是甘油。通气状况会影响生成的发酵产物种类。例如，在谷氨酸发酵中，适量通气条件下菌种发酵生成谷氨酸，通气不足则发酵生成乳酸或琥珀酸。发酵温度也会影响微生物的代谢途径和方向，从而对发酵产物的生成产生影响。例如，灰色链霉菌在12℃条件下发酵产物为冷霉素，在28℃条件下发酵产物为抗生素M-81。在37～40℃时的发酵产物为井冈霉素。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品B3B4C2B2B1A2A3A1D1D2C3C1装置编号主要用途A1-A3B1—B3B4C1-C4D1-D2控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养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。通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，D2处抽取样品进一步检测。通过控制冷水流速调节罐温排气，调节罐压接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品发酵产品是微生物细胞本身发酵产品是代谢物（根据产物的性质）发酵结束之后过滤、沉淀等方法菌体分离和干燥产品发酵结束之后提取、分离和纯化产品发酵工程基本环节小结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①从自然界中筛选的常规菌种①配置原则：目的明确、营养协调、pH适宜①目的：防止杂菌污染①检测培养液中的微生物数量、产物浓度等地位：中心环节②通过诱变育种或基因工程育种获得②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等②对象：培养基和发酵罐②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②代谢物：适当的提取、分离和纯化措施③严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件③注意：培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖目的：增加菌种数量所用培养基：液体培养基或固体培基①菌体本身：过滤、沉淀监控途径一发酵工程的基本环节问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？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。问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。一发酵工程的基本环节问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。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，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。一发酵工程的基本环节问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清洁或灭菌处理。02发酵工程的应用二发酵工程的应用发酵工程的特点：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产物专一发酵工程这么好在我们生活中有哪些应用呢？通过这张表格你能总结发酵工程在哪些领域应用吗？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在食品工业上的应用二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(一)在食品工业上的应用1.生产传统的发酵产品2.生产各种各样的食品添加剂3.生产酶制剂二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(一)在食品工业上的应用1.生产传统的发酵产品3.生产酶制剂大豆中蛋白小分子肽和氨基酸酱油黑曲霉淋洗、调制各种谷物、水果酿酒酵母各种酒类发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面你喝过啤酒吗？你喜欢喝啤酒吗？你知道啤酒是怎么制作的吗？啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面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”啤酒比饮用“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？【思考·讨论】二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面类别“精酿”啤酒“工业”啤酒原料食品添加剂麦芽汁浓度发酵时间特点只使用麦芽、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“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面淀粉淀粉酶黑曲霉葡萄糖柠檬酸合成酶柠檬酸(一)在食品工业上的应用2.生产各种各样的食品添加剂食用柠檬酸可以增强食欲、增强人体正常代谢,对消化不良有改善效果。柠檬酸是属于食品添加剂,尤其是在饮料、果酱中最为常见,使用后不仅能够让口感变加好,同时还具有保鲜的作用。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面谷氨酸棒状杆菌发酵氧气谷氨酸处理味精(一)在食品工业上的应用2.生产各种各样的食品添加剂（谷氨酸钠）味精主要成分是谷氨酸钠，谷氨酸钠水解为谷氨酸，而谷氨酸有鲜味，这就是味精之所以能提鲜的原因。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面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、溶菌酶常用的几类食品添加剂(一)在食品工业上的应用2.生产各种各样的食品添加剂二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(一)在食品工业上的应用3.生产酶制剂概念：从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。来源：少数由动植物生产大多数通过发酵工程生产应用：用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产量等方面。产品：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基酸肽酶和脂肪酶等。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(二)在医药工业上的应用①利用基因工程将动植物基因转移至微生物细胞中，通过发酵技术大量生产所需产品。①直接对菌种进行改造，通过发酵技术大量生产所需产品。③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转移至微生物中，通过发酵技术大量获得疫苗。生长激素释放抑制激素抑制生长激素的不适宜分泌治疗肢端肥大症50万个羊脑提取生长激素释放抑制激素5mg7.5L培养液提取生长激素释放抑制激素5mg二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(二)在医药工业上的应用②利用基因工程将动植物基因转移至微生物细胞中，通过发酵技术大量生产所需产品。②直接对菌种进行改造，通过发酵技术大量生产所需产品。③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转移至微生物中，通过发酵技术大量获得疫苗。运用基因工程可以将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们所需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(二)在医药工业上的应用①利用基因工程将动植物基因转移至微生物细胞中，通过发酵技术大量生产所需产品。②直接对菌种进行改造，通过发酵技术大量生产所需产品。③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转移至微生物中，通过发酵技术大量获得疫苗。乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌生产乙型肝炎病毒的抗原疫苗二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(三)在农牧业上的应用1.生产微生物肥料2.生产微生物农药3.生产微生物饲料苏云金杆菌的防虫原理是其菌株可产生内毒素（伴胞晶体）和外毒素两类毒素，使害虫停止取食，害虫均因饥饿、血液败坏和神经中毒而死白僵菌是一种子囊菌类的虫生真菌，可释放相应物质可引起昆虫中毒，打乱新陈代谢以致死亡。当水稻纹枯病菌的菌丝接触到井冈霉素,能很快被菌体细胞吸收并在菌体内传导,干扰和抑制菌体细胞正常生长发育,从而起到防治作用。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(三)在农牧业上的应用2.生产微生物农药1.生产微生物肥料3.生产微生物饲料利用微生物或其代谢物来防治病虫害。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一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(三)在农牧业上的应用2.生产微生物农药1.生产微生物肥料3.生产微生物饲料项目微生物农药防治化学农药防治防治机理优点缺点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微生物农药防治和化学农药防治的比较二发酵工程的应用(三)在农牧业上的应用1.生产微生物肥料2.生产微生物农药3.生产微生物饲料单细胞蛋白：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。用酵母菌生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；单细胞蛋白制成微生物饲料，提高家禽增重快，产奶量或产蛋量高。青贮饲料中添加乳酸菌:可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。其原理是利用青贮原料上存在的乳酸菌等微生物，通过厌氧呼吸将青贮原料中的碳水化合物转化成有机酸，使pH值降到3.8～4.2，抑制有害菌的生长，从而实现长期保存饲料及其营养物质的目的。二发酵工程的应用食品工业医药工业农牧业其他方面(四)在其他方面的应用(1)解决资源短缺与环境污染问题随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。(2)将极端微生物应用于生产实践①极端微生物：自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活②举例：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。本课小结（1）在食品工业上的应用①生产传统的发酵产品②生产各种各样的食品添加剂③生产酶制剂（2）在医药工业上的应用①生产抗生素②生产多种氨基酸③生产激素：④生产免疫调节剂：（3）在农牧业上的应用①生产微生物肥料②生产微生物农药③生产微生物饲料（4）在其他方面的应用从传统发酵技术到发酵工程再次回顾（本章小结）练习与应用1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵（）(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（）(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（