发酵工程及应用-辽宁省锦州市义县高年级中学人教版高中生物选择性必修3课件

义县高中刘占江1.3发酵工程及应用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。从社会中来

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。

在工业上，青霉素是怎样生产的？一、发酵工程的基本环节1、随着人们对

的认识，

技术的建立，以及

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。发酵原理微生物纯培养密闭式发酵罐2、发酵工程的环节：发酵工程一般包括：菌种的选育，

扩大培养，

培养基的配制、灭菌，

接种、发酵，

产品的分离、提纯等方面。发酵工程的基本环节选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得扩大培养发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。如环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢物的形成接种灭菌:不能有杂菌污染。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分离、提纯产物:(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施获得产品

一、发酵工程的基本环节环节目的菌种选育扩大培养培养基的配制灭菌产品的分离、提纯性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。工业发酵罐体积大，接种菌种总体积大。发酵前需对菌种扩大培养。选原料制备培养基。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现代发酵工程的大型发酵罐有计算机控制系统，能对温度、PH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养进行监测和控制。还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。发酵工程的中心环节，发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅影响微生物生长繁殖，还影响微生物代谢物的形成。如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用过滤、沉淀方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可据产物性质采取适当提取、分离纯化措施来获得产品。接种发酵罐发酵思考-讨论发酵工程基本环节分析讨论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？选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况(1)反复试验确定培养基的配方。(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、

冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气

的量等。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？4、进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？

为什么？不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。思考-讨论啤酒的工业化生产流程1、啤酒的工业化生产流程主要分为

和

两个阶段。主发酵后发酵1.发芽大麦种子发芽，释放淀粉酶2.焙烤加热杀死胚，淀粉酶不失活3.碾磨将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉4.糖化淀粉分解形成糖浆6.发酵酵母菌将糖转化为酒精和CO25.蒸煮产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌7.消毒杀死啤酒中大多数微生物，延长它的保存期。具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。8.终止过滤、调节、分装啤酒进行销售发酵罐示意图

啤酒的工业化流程

发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵主发酵消毒终止后发酵啤酒的工业化生产流程1、主发酵发酵过程分主发酵和后发酵两个阶段：完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。2、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。讨论1、与传统的手工发酵相比，在工业化啤酒生产过程中，哪些工程手段使啤酒产量

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，我们如何看待大规模生产和小规模制作？二、发酵工程的应用

发酵工程以其生产条件温和、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应用，形成了规模庞大的分解工业。（一）在食品工业上的应用1、生产传统的发酵产品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利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类2、生产各种各样的食品添加剂表1-2常用的几种食品添加剂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3、生产酶制剂利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。利用微生物发酵生产α­淀粉酶、β­淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等；目前已有50多种酶制剂用于食品生产。（二）在医药工业上的应用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。

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。利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素4、利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞，制成生物疫苗。通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素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（三）在农牧业上的应用1、生产微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥2、生产微生物农药如：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。微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的

、

等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。有机酸生物活性物质微生物农药是利用

或

来防治病虫害的。微生物农药作为

的重要手段，微生物其代谢物生物防治3、生产微生物饲料蛋白质微生物含有丰富的

。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

，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高微生物菌体（四）在其他方面的应用发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决

和

等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。粮食、环境、健康能源1、解决资源短缺和环境污染问题利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质2、对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂提示在农业生产中,可以利用农作物废弃物生产食用菌,利用菌糠生产有机肥或部分替代动物饲料;在植物保护方面,应用微生物产生的抗生素来生产生物农药,治理病虫害等。1.请列举一下发酵工程在环境保护方面的其他应用。提示利用微生物发酵清理城市废弃物垃圾,利用发酵工程使烟气脱硫,还可以利用微生物工程除臭等。2.请列举一下发酵工程在其他行业中的应用。到社会中去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？归纳201.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。2.发酵工程所用的菌种大多是单一菌种。3.发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵。核心语句背诵4.如果发酵产品是微生物菌体可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和

干燥得到产品；如果发酵产品是微生物的代谢物可根据产物的性质

采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。5.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及微生物的菌体。1.判断正误。(1)单细胞蛋白就是一个蛋白质分子。()(2)可以利用发酵工程和基因工程生产疫苗。()(3)科学家可利用基因工程,将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用。()2.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解析:生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用微生物生产胰岛素和工厂化生产青霉素都需要利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤不是利用发酵工程。练一练3、(多选)下列关于发酵过程的说法,正确的是(

)A.培养基灭菌是发酵生产中的一个很重要的环节B.随时监测影响发酵过程的各种环境条件,并予以控制,才能保证发酵的正常进行C.在发酵过程中,要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件,否则会

影响菌种代谢物的形成D.发酵产品的分离方法是共同的ABC解析不同的发酵产品,其分离方法不同。有的需要过滤、沉淀,有的则需要进行蒸馏、萃取或离子交换。4、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。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解析单细胞蛋白是利用淀粉或纤维素的水解液,制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得的大量的微生物菌体,所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素;单细胞蛋白含有丰富的蛋白质,如真菌蛋白可作为食品。6、关于发酵工程的菌种说法错误的是(

)A．发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来B．发酵工程可以利用原材料中含有的菌种C．发酵工程的菌种可以来自基因工程D．发酵工程的菌种可以来自诱变育种

解析[传统发酵技术利用的是原材料中的菌种，发酵工程利用的是经过筛选或培育的菌种中含有。]B7、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解析考查发酵工程在农牧业和医药方面的应用。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,改良土壤结构,促进植株生长,A项正确;