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3

高中生物学选择性必修3第1章发酵工程第3节发酵工程及其应用教学目标：1、概述发酵工程及其基本环节。2、举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。教学重点：发酵工程的基本环节、发酵工程的应用。

教学难点：发酵工程的基本环节。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。那么,在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢

从社会中来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。它涉及菌种的选育和培养，产物的分离和提纯等方面。大规模生产发酵产品微生物的特定功能现代化工程技术发酵工程士选育高

产菌种配制培

养基一、发酵工程的基本环节扩大

培养灭菌分离、提

纯产物发酵罐

内发酵获得产品接种优良的菌种不仅其有健壮，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

决定了生产发酵产品的成败。①

性状优良的菌种可以加速发酵过程，缩短生产周期。生产柠檬酸生产青霉素啤酒酵母黑曲霉生产啤酒蛋白酶黑曲霉黄青霉选育菌种自然筛选

优点：经济实惠缺点：自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长。诱变育种或基因工程育种优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物缺点：技术要求高②方法：

自然筛选、诱变育种或基因工程育种选育菌种思考怎样对菌种进行扩大培养将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。接入的菌种总体积几～几十m³工业发酵罐体积几十～几百m³扩大培养一液体培养基菌种确定之后，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。①原因：

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。②灭菌对象：培养基和发酵设备③实例：在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。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质抑制菌种生长而使产量下降。接种灭菌配制培养基发酵罐内发酵

中心环节①随时检测培养液微生物数量、产物浓度，以了解发酵进程。②环境条件不仅影响微生物生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。③检测和控制：温度、pH

、溶解氧、压强、通气量、搅拌、泡沫和营养等。观察孔搅拌叶轮冷却水进入口pH检测及控制排气管冷却水排出口空气入口放料管培养物或营养

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使微生物与发酵液混合均匀，加快O₂

的溶解以及散热抽取样本

进行检测调节罐温发酵罐内发酵

中心环节

发酵罐示意图：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→控制溶解氧→调节罐压电动机排气管pH计阀门①发酵产品是微生物细胞本身

——过滤、沉淀②发酵产品是代谢物

——根据产物的性质采取适当的提取、分

离、纯化措施

(如蒸馏、萃取)分离、提纯产物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在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要对温度、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。3.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。发酵工程基本环节分析思考·讨论4.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。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。思考·讨论发酵工程基本环节分析(一)发酵工程的特点(二)发酵工程的应用√产物专一√在食品工业上的应用√生产条件温和√在医药工业上的应用√原料来源丰富且价格低廉√在农牧业上的应用√废弃物对环境污染小且容易处理√在其他方面的应用二

、发酵工程的应用黑曲霉(

蛋

白

酶

)→

小分子肽和氨基酸1.在食品工业上的应用①生产传统发酵产品各种酒类的生产谷物或水果大豆(主要原料)酱油的生产淋洗、调制各种酒类酿酒酵母酱油1.在食品工业上的应用②生产食品添加剂谷氨酸棒状杆菌黑曲霉淀粉柠檬酸合成酶发酵氧气谷氨酸柠檬酸淀粉酶葡萄糖处理味精1.在食品工业上的应用③生产酶制剂酶制剂：从生物体中提取的其有酶特性的一类化学物质。分

类：胞内酶和胞外酶特

点：易于工业化生产，便于改善工艺、提高质量。举

例：果胶酶；脂肪酶；α-淀粉酶；β-淀粉酶；氨基酸肽酶2.在医药工业上的应用生产药物：各种抗生素、多种氨基酸、多种激素、多种免疫调节剂方法：药物药物疫苗病原体的抗原基因直接改造微生物一动植物的基因发酵工程微生物微生物转

入转入微生物肥料的原理●利用微生物在代谢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、增强植物抗病性和抗逆性。●利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的的发生。常见微生物肥料：

根瘤菌肥、固氮菌肥3.在农牧业上的应用①生产微生物肥料3.在农牧业上的应用②生产微生物农药常见微生物农药：白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛虫利用微生物或其代谢物来防治病虫害苏云金杆菌(Bt毒蛋白):防治80多种农林害虫放线菌(井冈霉素):防治水稻枯纹病3.在农牧业上的应用③生产微生物饲料微生物饲料：以微生物为发酵菌种，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体的生物发酵饲料。常见微生物饲料：单细胞蛋白：

以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。单