13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3节发酵工程及其应用01

通过分析发酵工程示意图,了解发酵工程的一般流程,知道发酵工程的基本环节和发酵罐的构成,培养科学思维,联系生产实际,培养社会责任意识。02

通过资料分析,了解发酵工程的应用,了解发酵工程在工业、医药工业、农牧业及其他方面的应用,联系生产、生活实际,培养社会责任意识。情景视频：

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，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。问题1:那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？

一代神药——青霉素（视频）

通过发酵工程生产问题2:什么是发酵工程？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、发酵工程的形成发酵工程：是指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。

问题3:发酵工程基本环节是什么？二、发酵工程的基本环节结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和发酵罐示意图”，回答下列问题:1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种?从自然界中获取、诱变育种、基因工程2.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体3.引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？发酵工程中如何调节温度和pH?温度：原因：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。

方法：常用冷却水进行温度的调节pH:原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。

方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱菌种来源①自然界中筛选②诱变育种③基因工程育种选育菌种发酵工程基本环节：产柠檬酸量高的黑曲霉基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵过程，缩短生产周期1）发酵工程选用的菌种时需要考虑哪些因素?①生产所需代谢物的产量高；②菌种不易变异、退化等；③能在低成本的培养基上快速生长

繁殖；④发酵条件易控制

。配制培养基

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。

优化培养基设计（成分、比例等）发酵工程基本环节：灭

菌避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量

发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。干热灭菌箱将

的菌种投放到

中。发酵罐扩大培养后接

种

目的：发酵工程基本环节：

在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生

物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还

要及时添加必需的营养组分，要严格控制温

度

、pH和溶解氧等发酵条件。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。

如谷氨酸的发酵生产，在中性和弱碱性条件

下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成

谷氨酰胺和N-

乙酰谷氨酰胺。发酵罐示意图发酵罐内发酵电动机D1排气管C3pH计B3冷却水排出口C2冷却夹层发酵液搅拌叶轮D2生物传感器装置B4空气入口A4放料管A2A3

阀门A1培养物或营养物质的加入口B1观察孔B2取样管B5温度传感器和控制装置C1冷却水进入口—发酵工程的中心环节发酵罐内发酵装置编号主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养控制溶解氧通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。通过控制冷水流速调节罐温调节罐压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。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？Q1产物方面目的产物多，副产物少设备方面发酵条件容易控制菌体方面菌体生长繁殖力强，耐受力强，抗污染、菌种不易变异、退化原料方面来源广，低成本、转化率高怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？Q201反复试验确定培养基的配方。对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。及时添加必需营养成分。0203041.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的

是

(

)A.

夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理B.

乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量

不宜太大C.

正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵B压力表阀门

进气口出气口搅拌桨排料阀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发酵工程的特点在食品工业上的应用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发酵工程的应用二、发酵工程的应用（一）在食品工业上的应用1.生产传统发酵产品酱油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、调制(1)酱油的生产谷物或水果酿酒酵母各种酒类(2)各种酒类的生产二、讨论1.酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？2.啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？啤酒的工业化生产流程一、过程概述：1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段；2.主发酵阶段完成_________________________

_______；3.后发酵的条件_________________________

_；4.焙烤的目的：___________________________；5.蒸煮的目的：__________________________________。主发酵后发酵酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成低温、密闭的环境下储存一段时间加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌“通气”：酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；“密封”：酵母菌进行酒精发酵产生酒精。酒精在醋酸菌的作用下产生醋酸。阅读课本P24【思考与讨论】发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止加啤酒花冷却过滤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。啤酒的工业化生产流程:

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。1.与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？①使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和反腐剂②形成啤酒优良的泡沫③有利于麦芽汁的澄清④平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲啤酒的工业化生产流程: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，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生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。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?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2.生产各种各样的食品添加剂添加剂类型酸度调节剂增味剂着色剂增稠剂防腐剂添加了柠檬酸的饮料增加食品的营养改善食品的口味、色泽和品质延长食品的保存期食品添加剂的作用应用实例

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，然后通过发酵工程生产某种药物

通过基因改造，利用微生物生产生长激素释放抑制激素

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

构建青霉素高产菌种，大量生产青霉素(二)在医药工业上的应用（三）在农牧业上的应用例子：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，利用根瘤菌和固

氮菌生产的根瘤

菌肥、固氮菌肥单细胞蛋白3.生产微生物饲料1.生产微生物肥料

2.生产微生物农药应用用途举例增

进

土

壤

肥

力，

改良

土壤

结

构，

促

进

植

株

生

长根

瘤

菌

肥

、

固

氮

菌

肥生产微生

物

农

药利用

微

生

物

或

其

代

谢

物

来防

治

病

虫

害，

是

生

物防治

的重要手段放线

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产

生

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井

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微

生

物

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料

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疫力等在

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料

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品

质

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料

保

鲜

，

提

高

动

物的免疫力生产微生

物

肥

料(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，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。1.解决资源短缺和环