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32

第1章

发酵工程第3节

发酵工程及应用1微生物的选择培养和计数微生物的选择培养选择培养基间接计数法—稀释涂布平板法直接计数—计数板计数法微生物的数量测定土壤中分解尿素的细菌的分离与计数温故知新2从社会中来问题：在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？发酵工程。即利用微生物的特定的功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。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。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。

3一、发酵工程的基本环节1.发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。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2.基本环节4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。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。（1）选育菌种5工业发酵罐体积几十~几百m3几~几十m3接入的菌种总体积（2）扩大培养①目的：获得更多的菌种。②原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。③扩大培养的培养基：一般为液体培养基。6思考：怎样对菌种进行扩大培养？将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。思考：扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？液体培养基。可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。7①在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基；②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基）。（3）配制培养基8①灭菌原因：发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。②灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。*培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。（4）灭菌9（5）接种：将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。无菌10②严格控制发酵条件的原因：环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成。（6）发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节例如：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。11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12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抽取样本进行检测调节罐温（放气）调节罐压使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热控制溶解氧13下列关于发酵工程的操作流程的叙述，错误的是

A．发酵所需的菌种需要进行筛选或育种获得B．菌种在接种之前要进行扩大培养C．发酵所用的培养基要进行灭菌，发酵设备不需要严格灭菌D．若产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得【答案】C14【解析】发酵工程所需菌种必须是性状优良的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，才能获得高品质的产品，A正确；发酵工程所用的发酵罐较大，为提高发酵效率，发酵之前需要对菌种进行扩大培养，B正确；发酵工程是在无菌条件下进行操作的，所以所用的培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，否则很可能会造成培养基的污染，导致产品质量下降，C错误；要根据所获得的发酵产品的类型分离、提纯产物，若发酵产品是代谢物，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。15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（7）产品的分离、提纯16（8）获得产品17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？①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；②生产所需代谢物的产量高；③发酵条件容易控制；④菌种不易变异、退化等。讨论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。思考·讨论

发酵工程基本环节分析18讨论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。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。19讨论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。20（一）优点：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（二）运用：医药其他食品农牧二、发酵工程的应用211.在食品工业上的应用：(1)生产传统的发酵产品实例1:酱油的生产小分子肽和氨基酸酱油黑曲霉(蛋白酶)淋洗、调制实例2:各种酒类的生产各种酒类酿酒酵母22啤酒的工业化生产流程P24思考.讨论发芽12焙烤3碾磨4糖化蒸煮56发酵7消毒8终止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。23讨论1：利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。讨论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？醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。24讨论3：与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？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。25讨论4：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？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式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。26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271．关于啤酒生产的流程说法错误的是()

A．让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶

B．焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丧失活性

C．糖化的目的是让淀粉分解

D．蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌282.啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发酵的说法错误的是()

A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的

B．酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段

C．啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸

D．啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭环境下进行的29①利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；②利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。(2)生产各种各样的食品添加剂1.在食品工业上的应用：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30(3)生产酶制剂种类作用食品直接生产改进生产工艺简化生产过程改善产品的品质延长食品储存期提高产品产量α-淀粉酶β-淀粉酶果胶酶脂肪酶氨基肽酶1.在食品工业上的应用：31发酵工程生产的药物动植物的基因微生物直接改造微生物转入微生物病原体的抗原基因转入发酵工程药物药物疫苗各种抗生素多种氨基酸多种激素多种免疫调节剂2.在医药工业上的应用：基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合32改造菌种02工程菌01疫苗03利用经过基因改造的微生物进行发酵生产生长激素释放抑制激素未来可能用微生物来生产过去只能从植物中提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产疫苗2.在医药工业上的应用：33343.在农牧工业上的应用：根瘤菌肥、固氮菌肥2.生产微生物农药例子：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，属于生物防治

3.生产微生物饲料1.生产微生物肥料微生物菌体，即单细胞蛋白。35微生物农药防治和化学农药防治的比较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36还需要铁、锌等微量元素37解决资源短缺和环境污染问题对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用

(1)(2)4.在其他方面的应用：利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量38食品工业医药工业生产传统发酵食品农牧业其他方面生产食品添加剂发酵工程应用生产酶制剂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生产微生物肥料生产微生物农药生产微生物饲料解决资源短缺与环境污染问题将极端微生物应用于生产实践3940巩固1．在发酵过程中，不会直接引起发酵液pH变化的是A．营养物质的消耗B．微生物细胞数目的增多C．微生物呼吸作用释放的CO2D．代谢物的积累【答案】B【解析】在发酵过程中，能引起pH变化的因素有营养物质的消耗、微生物呼吸作用释放的CO2和代谢物的积累，A、C、D不符合题意；微生物细胞数目的变化不会引起pH的变化，B符合题意。412．在发酵过程中有关氧气的利用，正确的是 (

)A．微生物可直接利用空气中的氧气B．微生物只能利用发酵液中的溶解氧C．温度升高，发酵液中溶解氧增多D．机械搅拌与溶解氧浓度无关【答案】B42【解析】发酵工程中严格无菌操作，空气中的氧气中有微生物，会造成杂菌污染，只能利用发酵液中经过灭菌的无菌氧气，A错