1.3+发酵工程及其应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

乙醇糖类作物光合作物汽车CO2第一章发酵工程第3节发酵工程及其应用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。早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到一根金条如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂一元青霉素在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢?问1发酵工程的概念利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。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发酵工程的基本环节是什么?应用发酵工程能够生产哪些产品呢?问2一

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(中心环节)工工业发酵罐接种量大，发酵之前需对菌种进行扩大培养。（液体培养基）①发酵用菌种多为单一菌种，杂菌混入可能影响产量②培养基和发酵设备都必须灭菌。①从自然界筛选②通过诱变育种③基因工程育种获得①选择原料（一般为低成本、易获取的天然原料）配制培养基②培养基配方需要反复实验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。A1培养物或营养物质的加入口B1观察孔B2取样管D1电动机C4排气管B4pH计C3冷却水排出口冷却夹层发酵液D2搅拌叶轮B3生物传感器装置A4空气入口C1温度传感器和控制装置C2冷却水进入口A2阀门A3放料管编号主要用途A1-A3A4B1-B3B4C1-C3C4D1-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监控微生物数量以及产物浓度调节罐温调节罐压通过叶轮的搅拌，提高溶氧量，使菌种与发酵液充分接触，提高发酵效率以及散热调节PH发酵罐示意图及功能介绍一

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同种微生物生长繁殖所需的最适温度和积累代谢物所需的最适温度往往不同。同一微生物由于培养环境pH不同，可能会积累不同的代谢物。

分离、提纯产物获得产品

这是发酵工程的中心环节①了解发酵进程：随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等。②及时添加必需的营养组分。③严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。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。现代发酵工程的发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程进行检测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。发酵罐内发酵(中心环节)①产品是微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥即可②产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品发酵液预处理细胞分离细胞破碎初步纯化高度纯化成品加工细胞破碎分离胞外产物加热调pH沉降离心过滤研磨离心萃取过滤沉淀吸附萃取层析电泳结晶离子交换干燥结晶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？包括：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。2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？①要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制②同时及时添加必要的营养组分。发酵工程基本环节分析及应用任务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：使用的分离和提纯产物的方法较多。如果发酵产品是微生物细胞本身:采用过滤、沉淀等方法将菌体从发酵液中分离出来;如果产品是代谢物:可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。发酵工程产物都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。发酵工程基本环节分析及应用任务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？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。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①生产传统发酵产品酱油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、调制酱油的生产谷物或水果酿酒酵母各种酒类各种酒类的生产一

发酵工程的应用二(一)在食品工业上的应用明显提高产品的产量和质量②生产各种各样的食品添加剂添加了柠檬酸的饮料增加食品的营养延长食品的保存期改善食品的口味、色泽和品质食品添加剂的作用一

发酵工程的应用二(一)在食品工业上的应用添加剂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、溶菌酶③生产酶制剂食品的直接生产改进生产工艺简化生产过程提高产品产量延长食品储存期改善产品的品质和口味②酶制剂的作用果胶酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基肽酶…

…①酶制剂一

发酵工程的应用二(一)在食品工业上的应用少数由动植物生产；绝大多数通过发酵工程生产。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。糖浆啤酒花冷却过滤装瓶装罐储存罐产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌一

发酵工程的应用二加啤酒花讨论1：酵母菌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。啤酒的工业化生产流程主发酵发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止后发酵冷却过滤接种加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活酵母菌繁殖，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。产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌一

发酵工程的应用二加啤酒花啤酒的工业化生产流程主发酵发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止后发酵冷却过滤接种加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活酵母菌繁殖，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。讨论2：发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，这是发生了什么变化吗？酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。发芽13焙烤8碾磨5糖化蒸煮47发酵2消毒6终止阅读课本P24，对啤酒的工业化生产流程进行排序13854726答案：①基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合动植物的基因微生物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一

发酵工程的应用二(二)医药工业上的应用生产生长激素释放抑制激素生产紫杉醇、青蒿素前体等化合物生产乙肝疫苗各种抗生素多种氨基酸多种激素多种免疫调节剂②生产未来改造①生产微生物肥料微生物肥料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。常见微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥②生产微生物农药微生物农药：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多种农林害虫白僵菌(真菌)防治玉米螟、松毛虫放线菌(井冈霉素)防治水稻枯纹病一

发酵工程的应用二(三)在农牧业上的应用属于生物防治。③生产微生物饲料微生物饲料实例1——单细胞蛋白许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。

单细胞蛋白应用——食品添加剂、微生物饲料；实例2-乳酸菌在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。一

发酵工程的应用二(三)在农牧业上的应用微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。一

发酵工程的应用二(四)在其他方面的应用对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用解决资源短缺和环境污染问题利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。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发酵工程基本环节应用配制培养基灭菌接种选育高产菌种扩大培养发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品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生产酶制剂微生物肥料微生物农药微生物饲料解决资源短缺与环境污染问题极端微生物利用生产酶氨基酸激素免疫调节剂课堂小结本堂课你学到了哪些知识？画出概念图进行总结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小结：我国古代酿酒作坊的绘画作品汉代砖刻上的酿酒图我国战国时期盛酒的铜器和其中的酒我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。后来,人们通过自然发酵和曲种传代的固体发酵生产酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等发酵食品。约9000年前20世纪70年代以后1857年1897年20世纪80年代1957年20世纪40年代巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。科学家发现了酶