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

1.3发酵工程及其应用

学习目标1.通过分析现代工业发酵的原理、它与传统发酵技术的区别及其用到的现代化的工程技术，建构发酵工程的概念，概述发酵工程的基本环节。2.发展工程思维，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品。

情境视频发酵工程

发酵工程的基本环节一

发酵工程的应用二目录一

发酵工程的基本环节一对发酵原理的认识微生物纯培养技术建立密闭式发酵罐设计成功严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)大规模生产发酵产品微生物的特定功能现代化工程技术利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，生产对人类有用的物质的技术体系。——发酵工程配置培养基选育菌种扩大培养灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品一

发酵工程的基本环节一一

发酵工程的基本环节一生产柠檬酸生产啤酒生产味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒状杆菌接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌现代发酵工程使用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、

、罐压、通气量、搅拌、泡沫和

等进行监测和控制；还可以进行

控制，使发酵全过程处于最佳状态。发酵罐内发酵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发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，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。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。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。生产青霉素黄青霉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。一

发酵工程的基本环节一接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵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、

、罐压、通气量、搅拌、泡沫和

等进行监测和控制；还可以进行

控制，使发酵全过程处于最佳状态。分离、提纯产物获得产品

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微生物的数量、

等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的

，要严格控制温度、pH和

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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。产物浓度营养组分溶解氧如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用

、沉淀等方法将菌体分离和

，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的

采取适当的提取、分离和

措施来获得产品。溶解氧营养反馈过滤干燥性质纯化电动机排气管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发酵工程基本环节分析及应用任务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发酵条件易控制；④菌种不易变异，退化等。发酵工程基本环节分析及应用任务2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？①反复试验确定培养基的配方；②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；④及时添加必需的营养组分；⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制要对温度、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。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一

发酵工程的应用二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利用黑曲霉生产柠檬酸谷氨酸棒状杆菌生产味精利用黑曲霉生产酱油利用酵母菌生产酒类淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等一

发酵工程的应用二传统的发酵产品明显提高产品的产量和质量食品添加剂增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面(一)在食品工业上的应用酶制剂一

发酵工程的应用二啤酒的工业化生产流程发芽12焙烤3碾磨4糖化大麦水糖化罐大麦种子发芽，释放淀粉酶。加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。淀粉水解形成糖浆。一

发酵工程的应用二啤酒的工业化生产流程蒸煮56发酵7消毒8终止产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。酵母菌将糖转化为酒精和CO2杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。过滤、调节、分装啤酒进行出售。糖浆啤酒花过滤冷却装瓶装罐储存罐一

发酵工程的应用二啤酒的工业化生产流程发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止加啤酒花冷却接种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。一

发酵工程的应用二啤酒的工业化生产流程一

发酵工程的应用二人们可以采用基因工程等的方法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。改造菌种人们可以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;工程菌科学家还利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用疫苗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(二)医药工业上的应用一

发酵工程的应用二微生物饲料微生物农药微生物肥料根瘤菌肥

固氮菌肥等苏云金杆菌等单细胞蛋白等增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，抑制土壤中病原微生物的生长生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。(三)在农牧业上的应用一

发酵工程的应用二解决资源短缺和环境污染问题对极端微生物的利用(四)在其他方面的应用核心归纳

发酵工程传统发酵技术不同点菌种通过微生物

技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多是

菌种原材料中天然存在的

菌种发酵方式

发酵为主固体发酵或__________发酵为主对发酵条件的控制严格_______操作，防止杂菌污染。通过

技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态。不是无菌操作，容易受到

染。对发酵条件不能严格控制，易受

影响。生产规模和产品生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本_____，产物_____，产量_____。通常是

或作坊式的，产量低。生产往往受

和原料限制。产品风味品种比较_____，质量

。相同点都是利用了__________的作用联系发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的纯培养单一混合液体半固体无菌现代工程杂菌外界条件低多样高家庭式季节单一不稳定微生物1.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是(

)A．菌种选育、扩大培养及配制培养基和灭菌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．在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径D．在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，不需添加营养组分C

C

跟踪训练2.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D跟踪训练3.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如图所示。(1)其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。____________________________________________都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在___________的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。(2)焙烤阶段的目的是_______________________________；糖化阶段的目的是____________________；蒸煮、冷却、加啤酒花的目的是________________________________________________。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的