发酵工程及其运用（第一课时）【核心素养提升+备课精讲精研】 高二生物 课件（人教版2019选择性必修3）

第1章

发酵工程第3节

发酵工程及应用（第一课时）学习目标目标010203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）微生物的选择培养和计数微生物的选择培养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的数量测定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温故知新情景视频一：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，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？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？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？怎样对发酵条件进行调控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能直接排放到外界环境中吗？为什么？234

1合作探究一：请同学们自主阅读教材P22-23，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二、发酵工程的基本环节生产微生物直接合成的产物生产微生物不能合成的产品如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，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。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二、发酵工程的基本环节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。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二、发酵工程的基本环节

我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。优良的菌种不仅具有健壮，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，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。

某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？情景材料一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二、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二、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。（1）类型：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二、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二、发酵工程的基本环节将____________的菌种投放到________中发酵罐扩大培养后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二、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：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。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。二、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二、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二、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、提纯二、发酵工程的基本环节问题4: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5: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。二、发酵工程的基本环节问题6: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。可以主要是连续培养；电脑控制实行高度的自动化；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7: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。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课堂小结实战训练

1.发酵工程的正确操作过程是①发酵②培养基的配制③灭菌④产品的分离与提纯⑤菌种的选育⑥接种⑦扩大培养A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①实战训练

2.下列关于发酵工程的说法，不正确的是()。

实战训练

3．关于发酵工程说法错误的是()

A．依赖微生物纯培养技术的建立

B．发酵设备都是密封的

C．食品、医药工业离不开发酵工程

D．发酵工程与工农业生产也有密切关系实战训练

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左右灭菌效果最好实战训练

5.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是(

) A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点 B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身 C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等 D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵实战训练

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实战训练

7.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是A.菌种选育是发酵工程的中心环节B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就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、溶氧、通气量与转速等发酵

条件，否则会影响菌种代谢产物的形成D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但

是不影响微生物的代谢途径实战训练

8.下列关于发酵工程特点的描述，错误的是(

)A.生产条件温和B.原料来源丰富且价格低廉C.产物多样化D.废弃物对环境污染小且易处理实战训练

9.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35℃