【课件】发酵工程及其应用 2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第4课时第1章

发酵工程发酵工程及其应用人教版选择性必修31.能概述发酵工程及其基本环节2.能举例说明发酵工程在生产上有重要的应用能概述发酵工程及其基本环节任务：（一）带着以下问题观看醋厂制醋视频，构建发酵基本环节的流程图目标一1.醋厂制醋主要包括哪些环节？2.醋厂生产时使用的原料是什么？使用了哪些菌种？生产过程中如何防止杂菌污染？3.醋厂如何控制发酵条件？怎样对发酵产物进行检测？又是如何分离和提纯发酵产物的？4.对于发酵产生的气体和废弃的培养液，醋厂是怎样处理的？【思考】【提示】2024/1/221.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。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。2.扩大培养：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。3.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。4.灭菌：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。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。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。5.接种：将扩大培养的菌种投放到发酵罐中发酵工程的基本环节6.发酵罐内发酵：这是发酵工程的中心环节。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。例如，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。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放料管阀门培养物或营养物质的加入口观察孔取样管温度传感器和控制装置冷却水进入口优点：现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。2024/1/227.分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等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。8.获得产品（二）请根据发酵工程的基本环节和发酵罐的结构,思考回答下列问题【提示】①原料方面：广，转化率高；②产物方面：目的产物含量高，副产物少；③菌体方面：菌体生长快，繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特征稳定；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？【思考与讨论】④设备方面：产泡沫少，适宜大罐生产；生产周期短，需氧量少，抗污染能力强。2.怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？【思考与讨论】【提示】①水分调节

②发酵温度调节

③PH值

④溶解氧

⑤营养物质等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？【提示】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。在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，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。【知识生成】任务：自主学习课本P24—27，举例概括发酵工程在食品、医药、农牧业及其他方面的应用，并完成相关表格。能举例说明发酵工程在生产上有重要的应用目标二具体应用成果在食品工业上的应用生产传统的发酵产品

生产各种各样的食品添加剂

生产酶制剂

在医药工业上的应用通过工程菌生产药物

通过改造菌种生产药物

在农牧业上的应用生产微生物肥料

生产微生物农药

在农牧业上的应用生产微生物饲料

在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题

对极端微生物的利用【思考与讨论】1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。（1）青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？（提示：血红蛋白具有携带O2的能力）（2）在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？【提示】（1）可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。（2）可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。2.通过微生物发酵，可以将粮食（如玉米、小麦等）及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。【提示】学生通过查找资料可以知道，这一风险是存在的。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食（如陈化的稻谷等）或者非粮食生物材料（如秸秤等）。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流人市场。【思考与讨论】1.样品稀释倍数是不是越大越好,如何选择合适的稀释倍数?【提示】样品稀释液的最佳浓度为获得的每个平板上有30~300个菌落,该稀释度水平上,细菌一般为104、105、106倍的稀释液,放线菌一般为103、104、105倍的稀释液,真菌一般为102、103、104倍的稀