【高中生物】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.pptx

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1、第第1 1章章 发酵工程发酵工程第第3 3节节 发酵工程及其应用发酵工程及其应用 从社会中来 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，在生素，在“二战二战”期间，青霉素挽救了数以万期间，青霉素挽救了数以万计的生命，被称为计的生命，被称为“有魔力的子弹有魔力的子弹”。早期科早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的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发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如。如今，今，1 1瓶规格瓶规格160160万单位的青

2、霉素注射剂的价格万单位的青霉素注射剂的价格只要只要1 1元左右。元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢?通过通过发酵工程发酵工程生产的生产的什么是发酵工程？什么是发酵工程？对对发酵原发酵原理理的认识的认识微生物纯培养微生物纯培养技术技术的的建立建立密闭式发酵罐密闭式发酵罐的的成功成功设计设计严格控制环境条件严格控制环境条件(温度、温度、pHpH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等溶解氧、压强、营养物、泡沫等)大规模生产大规模生产发酵产品发酵产品微生物的特定功能微生物的特定功能现代工程技术现代工程技术 指指利利用用微微生生物物的的特特定定功功能能，通通

3、过过现现代代工工程程技技术术，规规模模化化生生产产对对人人类类有用的产品。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它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。方面。发酵工程的概念发酵工程的概念 指指利利用用微微生生物物的的特特定定功功能能，通通过过现现代代工工程程技技术术，规规模模化化生生产产对对人人类类有用的有用的产品。产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。面。微生物：微生物：自然界自然界中具有优良性状的微生物中具有优良性状的微生物诱变育种诱变育种的微生物的微生物基因重组基因重组的微生物的微生物（常规菌常规菌）（工

4、程菌工程菌）产产 品：品：包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。实实 质：质：利用微生物进行大规模利用微生物进行大规模产品产品生产。生产。发酵工程的基本环节是什么呢？发酵工程的基本环节是什么呢？发酵工程的概念发酵工程的概念01发酵工程的基本环节发酵工程的基本环节接种接种选育菌种选育菌种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养灭菌灭菌发酵罐发酵罐内发酵内发酵分离、提分离、提纯产物纯产物获得产品获得产品01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节选育菌种选育

5、菌种01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节 某某镇镇特特产产一一种种美美酒酒 ，以以下下是是对对该该镇镇环环境境的的描描述述：四四面面环环山山，地地势势低低洼洼，气气候候炎炎热热，具具有有独独特特的的微微生生物物种种群群，因因为为与与外外界界的的空空气气对对流流循循环环较较缓慢，所以微生物种群较稳定。缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中这对你理解发酵工程中菌种选育菌种选育的重要性有什么启示？的重要性有什么启示？我国幅员辽阔，地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，我国幅员辽阔，地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。这有利

6、于发酵工程选育菌种。优良的菌种不仅具有健壮，优良的菌种不仅具有健壮，不易退化不易退化，其发酵产品的，其发酵产品的产量高、质量稳定产量高、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，因此菌种选育环节在很大程菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败度上决定了生物发酵产物的成败选育菌种选育菌种01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节获得获得_性状优良的菌种性状优良的菌种从自然界中筛选从自然界中筛选、_或或_。诱变育种诱变育种基因工程育种基因工程育种生产柠檬酸生产柠檬酸产酸量高的产酸量高的黑曲霉黑曲霉（自然界）（自然界）生产啤酒生产啤

7、酒 基因工程改造的基因工程改造的啤酒酵母啤酒酵母（基因工程）（基因工程），加速加速发酵、缩短生产周期发酵、缩短生产周期（1 1）目的：）目的：（2 2）菌种来源：）菌种来源：（3 3）实例：）实例：青霉素青霉素高产高产青霉菌株青霉菌株（诱变育种诱变育种）的获取的获取选育菌种选育菌种扩大培养扩大培养01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节(2)(2)扩大培养的原因：扩大培养的原因：(1)(1)扩大培养的目的：扩大培养的目的：获得更多的菌种获得更多的菌种液体培养基液体培养基(3)(3)扩大培养的培扩大培养的培养基养基物理物理类型类型:工业工业发酵罐的体积发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，

8、一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体接入的菌种总体积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进行扩大培养，再进行培养。，再进行培养。选育菌种选育菌种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节配置培养基要遵循的原则：配置培养基要遵循的原则：根根据菌种的据菌种的代谢特点代谢特点，选择不同的材料配制培养基，选择不同的材料配制培养基。配置配置的培养基应包括微生物生长所需的的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐碳源、氮源、水、无机盐及及特特殊营养殊营养要求。要求。配

9、置的培养基要经过配置的培养基要经过反复试验反复试验才能大规模应用。才能大规模应用。选育菌种选育菌种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养灭菌灭菌01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节发酵工程所用的菌种大多数是发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种单一菌种。(1)(1)灭菌的灭菌的原因分析原因分析：杂菌与菌种之间形成的杂菌与菌种之间形成的种间竞争关系种间竞争关系使产量下降使产量下降或杂菌产生的或杂菌产生的代谢物代谢物抑制菌种的生长抑制菌种的生长使产量下降。使产量下降。(3)(3)实例：实例：在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉

10、素分解掉。青霉素酶就会将青霉素分解掉。(2)(2)灭菌的灭菌的目的目的：防止防止杂菌污染杂菌污染而影响产品的而影响产品的质量质量和和品质品质。接种接种选育菌种选育菌种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养灭菌灭菌01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节将将扩大培养扩大培养的菌种投放到发酵罐中。的菌种投放到发酵罐中。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谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰谷氨酰胺和胺和N-N-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺。严格严格控制控制发酵条件发酵条件的的原因原因发酵罐发酵罐内发酵内发酵01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节接种接种选育菌种选育菌

11、种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养灭菌灭菌发酵工程的中心环节发酵过程的发酵过程的监控监控：a、要在发酵过程中随时取样随时取样，检测 培养液中的微生物数量微生物数量、产物浓度产物浓度 等，以了解发酵进程；c、严格控制温度、控制温度、pHpH、溶解氧、通气、溶解氧、通气 量与搅拌量与搅拌等发酵条件发酵条件，已获得所需 的发酵产物。a.a.环境条件环境条件不仅会影响微生物的微生物的 生长繁殖生长繁殖，而且会影响微生物影响微生物 代谢物代谢物的形成的形成。b.b.严格控制发酵条件，有利于发严格控制发酵条件，有利于发 酵过程处于酵过程处于最佳状态最佳状态。b、及时添加必需的营养物质添加必需的营养物质

12、组分来延 长菌体生长稳定期的时间，以得到 更多的发酵产物；培养物或营养物培养物或营养物质的加入口质的加入口观察孔观察孔取样管取样管温度传感器温度传感器及控制装置及控制装置冷却水进入口冷却水进入口阀门阀门空气入口空气入口放料管放料管生物传感器装置生物传感器装置搅拌叶轮搅拌叶轮发酵液发酵液冷却夹层冷却夹层冷却水排出口冷却水排出口pHpH计计排气管排气管电动机电动机发酵罐示意图发酵罐示意图抽取样本抽取样本进行检测进行检测调调节节罐罐温温调节罐压调节罐压控制溶解氧含量控制溶解氧含量不断搅拌的目的：不断搅拌的目的：使菌种与发酵液使菌种与发酵液混合均匀，提高原料混合均匀，提高原料利用率；利用率；加快加快O

13、 O2 2的溶解以的溶解以及散热。及散热。一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节培养物或营养培养物或营养物质的加入口物质的加入口观察孔观察孔取样管取样管温度传感器温度传感器及控制装置及控制装置冷却水进入口冷却水进入口阀门阀门空气空气入口入口放料管放料管搅拌叶轮搅拌叶轮发酵液发酵液冷却夹层冷却夹层冷却水排出口冷却水排出口pHpH计计排气管排气管电动机电动机发酵罐示意图发酵罐示意图一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节现代发酵工程使用的发酵罐的优点现代发酵工程使用的发酵罐的优点：均有均有_，能，能对发酵过程中的温度、对发酵过程中的温度、pHpH、溶氧、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫量

14、、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行和营养等进行_和和_，还，还可以进行可以进行_，使发酵全，使发酵全过程处于过程处于_；计算机控制系统计算机控制系统监测监测控制控制反馈控制反馈控制最佳状态最佳状态接种接种选育菌种选育菌种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养灭菌灭菌发酵罐内发发酵罐内发酵酵分离、提分离、提纯产物纯产物01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节发酵产物类型发酵产物类型获得产品的方法获得产品的方法微生物细胞微生物细胞代谢物代谢物过滤、沉淀等方法过滤、沉淀等方法适当的提取、分离和纯化措施适当的提取、分离和纯化措施分离、提纯产物的方法措施：分离、提纯产物的方法措施：接种接种选育

15、菌种选育菌种配制培养基配制培养基扩大培养扩大培养灭菌灭菌发酵罐内发发酵罐内发酵酵分离、提纯分离、提纯产物产物获得产品获得产品01一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节思考讨论1.1.微生物菌种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资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？需要考虑的因素包括：需要考虑的因素包括：在在低成本低成本的培养基上能迅速生长繁殖；的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的生产所需代谢物的产量高产量高；发酵条件发酵条件容易控制容易控制；菌种菌种不易变异、退化不易变异、退化等。等。2.2.怎样对怎样对发酵条件发酵条件进行调控以满足微生物的生长

16、需要？进行调控以满足微生物的生长需要？要对要对温度、温度、pHpH、溶解氧、溶解氧等发酵条件进行等发酵条件进行严格控制严格控制，使其最适合，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。微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。发酵工程基本环节分析发酵工程基本环节分析一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节 3.3.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？改进之处？传统发酵技术传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的复杂的混合物混合物，很多时候很

17、多时候不会不会再对产物进行再对产物进行分离和提纯分离和提纯处理，或者仅采用简处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。发酵工程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，都需要进行论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査质量检査,合格后才能成为正式合格后才能成为正式产品。产品。思考讨论发酵工程基本环节分析发酵工程基本环节分析一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节 4.4.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在进行发酵生产时，排出的气体和

18、废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？外界环境中吗？为什么？不能不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含。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，实现清洁生产洁生产,应该对排出的气体和废弃培养液进行应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁二次清洁或或灭菌灭菌处理。处理。思考讨论发酵工程基本环节分析发酵工程基本环节分析一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节 结结合刚刚的分析，思考发酵工程相比传统发酵技术，合刚刚的分析，思考发酵工程相比传统发酵技术，有什

19、有什么优点？么优点？发酵工程的优点：发酵工程的优点：(P24)(P24)生产条件温和；生产条件温和；原料来源丰富且价格低廉；原料来源丰富且价格低廉；产物专一；产物专一；废弃物对环境的污染小和容易处理；废弃物对环境的污染小和容易处理；讨讨论论 因此，发酵工程在因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。02发酵工程的发酵工程的应用应用 以以大豆大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌（如：黑曲霉）发酵（如：黑曲霉）发酵生产酱油生产酱油酱油

20、酱油大豆中蛋白质大豆中蛋白质小分子肽和氨基酸小分子肽和氨基酸黑曲霉黑曲霉淋洗、调制淋洗、调制（一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用1 1、生产传统的、生产传统的发酵产品发酵产品（蛋白酶）（蛋白酶）以以谷物或水果谷物或水果等为原料，等为原料，利用酿酒酵利用酿酒酵母母发酵发酵生产各种生产各种酒类酒类。谷物、水果谷物、水果酿酒酵母酿酒酵母酒类酒类酒精酒精+CO+CO2 2一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用1 1、生产传统的、生产传统的发酵产品发酵产品啤酒是怎样进行工业化生产的多呢？啤酒是怎样进行工业化生产的多呢？（一）在食品工业上的应用（一）在食品工

21、业上的应用 啤酒的工业化生产流程一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用1 1、生产传统的、生产传统的发酵产品发酵产品（一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 我国是世界上啤酒的生产和消费大国。我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的菌发酵制成的，其工业化生产流程如下图所示。其中，其工业化生产流程如下图所示。其中发酵过程发酵过程分为分为主发酵主发酵和和后后发酵发酵两个阶段两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合

22、饮用，要。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。发芽发芽焙烤焙烤碾磨碾磨糖化糖化蒸煮蒸煮主发酵主发酵消毒消毒终止终止后发酵后发酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成思考思考讨论讨论在低温、密闭的环境下储存一段时间在低温、密闭的环境下储存一段时间啤酒的工业化生产流程加啤酒花加啤酒

23、花冷却冷却接种接种过滤过滤发酵发酵27发芽发芽焙烤焙烤碾磨碾磨糖化糖化蒸煮蒸煮发酵发酵主发酵主发酵冷却冷却大麦种大麦种子子发芽发芽，释放释放淀淀粉酶粉酶。加热杀加热杀死种子死种子胚胚但不但不使淀粉使淀粉酶失活酶失活。将干燥将干燥的麦芽的麦芽碾磨成碾磨成麦芽粉。麦芽粉。淀粉淀粉分解，分解，形成形成糖浆。糖浆。产生风产生风味组分，味组分，终止酶终止酶的进一的进一步作用步作用，并对糖并对糖浆浆灭菌灭菌。酵母菌酵母菌将糖转将糖转化为化为酒酒精和精和COCO2 2。杀死啤杀死啤酒中的酒中的大多数大多数微生物，微生物，延长它延长它的保存的保存期。期。消毒消毒终止终止过滤过滤过滤、过滤、调节、调节、分装分装

24、啤酒啤酒进行进行出售。出售。01思考思考讨论讨论啤酒的工业化生产流程后发酵后发酵 1.1.与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程与传统的手工发酵相比，在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？手段使啤酒的产量和质量明显提高？菌种的选育菌种的选育、对原材料的处理对原材料的处理、发酵过程的控制发酵过程的控制、产品的消毒产品的消毒等，等，都都有助于提高啤酒的产量和质量有助于提高啤酒的产量和质量。思考思考讨论讨论啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程 2.2.现在市面上流行一种现在市面上流行一种“精酿精酿”啤酒啤酒，它的制作工艺与，它的制作工艺与普通啤酒普通啤酒

25、有所有所不同，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。有人认为饮用饮用“精酿精酿”啤酒比饮用啤酒比饮用“工业工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依，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？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？应该应该辩证地辩证地看待这一产品。看待这一产品。一方面，一方面，这类产品具有多样化的特点，能够这类产品具有多样化的特

26、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。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，另一方面，这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。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。思考思考讨论讨论啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程类别类别“精酿精酿”啤酒啤酒“工业工业”啤酒啤酒原料原料是否添加食品添加剂是否添加食品添加剂麦芽汁浓度麦芽汁浓度发酵时间发酵时间特点特点只使用麦芽、啤酒只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水花、酵母菌和水麦芽、啤酒花、酵母菌、水、麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等大米、玉米、淀

27、粉等不添加不添加添加添加较高，口味浓郁较高，口味浓郁较低，口味清淡较低，口味清淡长，可达长，可达2 2个月个月短，通常短，通常7 7天左右天左右产量低、价格高产量低、价格高产量高、价格低产量高、价格低一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用1 1、生产传统的、生产传统的发酵产品发酵产品2 2、生产各种各样的、生产各种各样的食品添加剂食品添加剂增加食物的营养，改善食品增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长的口味、色泽和品质，延长食品的保存期食品的保存期食品添加剂的作用：食品添加剂的作用：实例实例11柠檬酸柠檬酸柠檬酸是一种食品柠檬酸是一种食品酸度调节剂酸度调节剂；可以通过可以通过黑曲霉黑曲

28、霉的发酵制得；的发酵制得；淀粉淀粉淀粉酶淀粉酶黑曲霉黑曲霉葡萄糖葡萄糖柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶柠檬酸柠檬酸（一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用1 1、生产传统的、生产传统的发酵产品发酵产品2 2、生产各种各样的、生产各种各样的食品添加剂食品添加剂实例实例22味精味精谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌发酵发酵氧气氧气谷氨酸谷氨酸处理处理味精味精添加剂的类型添加剂的类型举例举例酸度调节剂酸度调节剂L-L-苹果酸、柠檬酸、乳酸苹果酸、柠檬酸、乳酸增味剂增味剂5-5-肌苷酸二钠、谷氨酸钠肌苷酸二钠、谷氨酸钠着色剂着色剂-胡萝卜素、红曲黄色素胡萝卜素、红曲黄色

29、素增稠剂增稠剂黄原胶、黄原胶、-环状糊精、结冷胶环状糊精、结冷胶防腐剂防腐剂乳酸链球菌素、溶菌酶乳酸链球菌素、溶菌酶（一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用1 1、生产传统的、生产传统的发酵产品发酵产品2 2、生产各种各样的、生产各种各样的食品添加剂食品添加剂3 3、生产、生产酶制剂酶制剂，如淀粉酶、果胶酶、脂肪酶等，如淀粉酶、果胶酶、脂肪酶等常见的酶制剂：常见的酶制剂：-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。来源：来源：少数由动植物生产，少数由动植物生产，大多数通过发酵工程生产。大多数通过发酵工程

30、生产。酶制剂的酶制剂的应用：应用：用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产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量等方面。品的品质和口味、延长食品储存期和提高产量等方面。（一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（二）在医药工业上的应用（二）在医药工业上的应用 （一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 3333基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合动植物动植物的基因的基因微生物微生物直接改造微生物直接改造微生物转入转入微生物微生物病原体的病原

31、体的抗原基因抗原基因转入转入发发酵酵工工程程药物药物药物药物疫苗疫苗各种抗生素各种抗生素多种氨基酸多种氨基酸多种激素多种激素多种免疫调节剂多种免疫调节剂一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（二）在医药工业上的应用（二）在医药工业上的应用 （一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 （三）在农牧业上的应用（三）在农牧业上的应用 1 1、生产微生物肥料生产微生物肥料微生物肥料的种类：微生物肥料的种类：根瘤菌肥、固氮菌肥根瘤菌肥、固氮菌肥微生物肥料的作用：微生物肥料的作用：生物肥料利用了微生物在生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质活性物质等来增

32、等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长；有的微生物肥料可以有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长抑制土壤中病原微生物的生长，从而，从而减少病害的发生减少病害的发生.一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（二）在医药工业上的应用（二）在医药工业上的应用 （一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 （三）在农牧业上的应用（三）在农牧业上的应用 1 1、生产微生物肥料生产微生物肥料2 2、生产微生物农药生产微生物农药微生物农药的作用机理：微生物农药的作用机理：利用利用微生物或其代谢物微生物或其代谢物来防治病虫害来防治病虫害实例：实例：苏云金杆菌苏

33、云金杆菌 防治防治8080多种农林虫害多种农林虫害。白僵菌白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。防治玉米螟、松毛虫等虫害。井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素）井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素）防治水稻枯纹病。防治水稻枯纹病。防治类型：防治类型：生物防治生物防治项目项目微生物农药防治微生物农药防治化学农药防治化学农药防治防治防治机理机理优点优点缺点缺点利用微生物或代谢利用微生物或代谢物进行防治物进行防治成本低、无污染，成本低、无污染，可以维持生态平衡可以维持生态平衡防治速度慢防治速度慢利用化学药剂（如杀虫剂、利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治杀鼠剂）等进行防治见效快，操作简单见效快，操作简单成

34、本高，污染环境，成本高，污染环境，不利于维持生态平衡不利于维持生态平衡微生物农药防治和化学农药防治的比较微生物农药防治和化学农药防治的比较一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（三）在农牧业上的应用（三）在农牧业上的应用 2 2、生产微生物农药生产微生物农药一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（二）在医药工业上的应用（二）在医药工业上的应用 （一）在食品工业上的应用（一）在食品工业上的应用 （三）在农牧业上的应用（三）在农牧业上的应用 1 1、生产微生物肥料生产微生物肥料2 2、生产微生物农药生产微生物农药3 3、生产微生物饲料生产微生物饲料原理：原理：微生物含有微生物含有丰富的蛋白质丰富的蛋白

35、质，且，且繁殖速度快繁殖速度快实例实例11单细胞蛋白单细胞蛋白单细胞蛋白单细胞蛋白一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（三）在农牧业上的应用（三）在农牧业上的应用 3 3、生产微生物饲料生产微生物饲料原理：原理：微生物含有微生物含有丰富的蛋白质丰富的蛋白质，且，且繁殖速度快繁殖速度快实例实例11单细胞蛋白单细胞蛋白以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，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通过发酵获得了大量的微生物菌体微生物菌体，即单细胞蛋白；即单细胞蛋白；单细胞蛋白应用：单细胞蛋白应用：单细胞蛋白生产过程：单细胞蛋白生产过程：食品添加剂、微生物饲料食品

36、添加剂、微生物饲料；单细胞蛋白成分：单细胞蛋白成分：不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质实例实例2-2-乳酸菌乳酸菌 在青贮饲料中添加乳酸菌，可以在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质提高饲料的品质，使饲料，使饲料保鲜保鲜，动，动物食用后还能物食用后还能提高免疫力提高免疫力。一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用（四）在其他方面的应用（四）在其他方面的应用 1 1、解决资源短缺和环境污染问题解决资源短缺和环境污染问题利用利用纤维废料纤维废料发酵生产酒精、乙烯发酵生产酒精、乙烯等能源物质等能源物质2 2、将极端微生物应用于生产

37、实践、将极端微生物应用于生产实践 自然界中还存在着一定数量的自然界中还存在着一定数量的极端微生物极端微生物，它们能在，它们能在极端恶劣极端恶劣的环境的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活中正常生活。极端微生物：极端微生物：举例：举例：嗜热菌、嗜盐菌可以用来嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂生产洗涤剂嗜低温菌有助于嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量提高热敏性产品的产量。发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。截止境、健康和能源等方

38、面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。截止20152015年，我国生物发酵生产年总值近年，我国生物发酵生产年总值近29002900亿元，产品总量位居世界第亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。一。我国是名副其实的发酵大国。一、发酵工程的应用一、发酵工程的应用 发酵工程发酵工程 传统发酵技术传统发酵技术不不同同点点菌种菌种通过微生物通过微生物 技术筛选技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多或其它技术生产的优良菌种，大多是是 菌种菌种原材料中天然存在的原材料中天然存在的 菌种菌种发酵发酵方式方式 发酵为主发酵为主固体发酵或固体发酵或_发酵为主发酵为主对发酵条对发酵条件的控制件的控制

39、严格严格_操作，防止杂菌污染。通过操作，防止杂菌污染。通过 技术对发酵条技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态。态。不是无菌操作，容易受到不是无菌操作，容易受到 污染。污染。对发酵条件不能严格控制，易受对发酵条件不能严格控制，易受 影响。影响。生产规模生产规模和产品和产品生产规模大，实现了工业化生产。原料生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本来源丰富，成本_，产物，产物_，产，产量量_。通常是通常是 或作坊式的，产量低。或作坊式的，产量低。生产往往受生产往往受 和原料限制。产品风和原料限制。产品风味品种比较味品种比较_，质量，质量 。相同点

40、相同点都是利用了都是利用了_的作用的作用联系联系发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的纯培养纯培养单一单一混合混合液体液体半固体半固体无菌无菌现代工程现代工程杂菌杂菌外界条件外界条件低低多样多样高高家庭式家庭式季节季节单一单一不稳定不稳定微生物微生物课堂小结课堂小结食食品品工工业业医医药药工工业业生产生产传统发酵食品传统发酵食品农农牧牧业业其其他他方方面面生产生产食品添加剂食品添加剂发发酵酵工工程程应应用用生产生产酶制剂酶制剂采用采用基因工程基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到的方法，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

41、微生物微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物直接直接对菌种进行改造对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所，再通过发酵技术大量生产所需要的产品需要的产品生产微生物生产微生物肥料肥料生产微生物生产微生物农药农药生产微生物生产微生物饲料饲料解决资源短缺与环境污染问题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将极端微生物应用于生产实践课堂小结课堂小结一、概念检测一、概念检测 （1 1）发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行）发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（发酵。（）（2 2）发酵工程的产品主要包括微生物的代谢、酶及菌体本身。（）

42、发酵工程的产品主要包括微生物的代谢、酶及菌体本身。（）（3 3）在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁）在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。（殖，也会影响微生物的代谢途径。（）（4 4）通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（）通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（）练习与应用练习与应用 与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质粒明显与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质粒明显提高。判断下列相关表述是否正确。提高。判断下列相关表述是否正确。二、拓展应用二、拓展应用 1

43、.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。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。练习与应用练习与应用 (1)(1)青霉素发酵是青霉素发酵是高耗氧高耗氧过程，过程，如何如何能够保证在发酵过程中给微能够保证在发酵过程中给微生物生物持续高效地供氧持续高效地供氧呢？呢？(提示提示:血红蛋白具有携带血红蛋白具有携带O O2 2的能力的能力)可以用基因工程的方法，将可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因血红蛋白基因转入青霉素生产菌来转入青霉素生产菌来提高菌体对

44、氧的吸收和利用率。提高菌体对氧的吸收和利用率。二、拓展应用二、拓展应用 1.1.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。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。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。使青霉素生产菌只生产一种产物。练习与应用练习与应用 （2 2）在发酵过程中，总有头孢霉素产生。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人们通过对

45、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共同的前体，这个前体经过两种不同的酶的作用分别合成两个产物。，这个前体经过两种不同的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产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？如何改造青霉素生产菌使其只产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？2.2.通过微生物发酵，可以将粮食通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成及各种植物纤维加工成燃料乙醇燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽；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

46、多地广泛使用油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的的乙醇汽油乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，。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，排放到空气中的使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NONO2 2、COCO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会会增加粮食短缺的风险增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这。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。一风险，

47、并说明在生产时应如何规避这风险。存在风险存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮使用陈化粮食食(如陈化的稻谷等如陈化的稻谷等)或者或者非粮食生物材料非粮食生物材料(如秸秆等如秸秆等)。使用陈化粮食来生。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。练习与应用练习与应用（1 1）在培养基中加入化合物）在培养基中加入化合物A A的目的是的目的是 _ _，这种，这种 培养基属于培养基属于_培养基。培养基。（2 2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A

48、 A 含量含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌 的数量的数量_。1 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的难以降解的有机化合物有机化合物A A，其研究团队用，其研究团队用化合物化合物A A、磷酸盐磷酸盐、镁盐镁盐和和微量元素微量元素等配制了培养基，成功地等配制了培养基，成功地筛选筛选出能出能高效降解化合物高效降解化合物A A的的细菌细菌(目的菌目的菌)。实验的。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。主要步骤如下图所示，请分析回答问题。筛选出可降解化合物筛选出可降解化合物A A的微生物的

49、微生物选择选择显著降低显著降低扩增扩增复习与提高复习与提高 1 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的难以降解的有机化合物有机化合物A A，其研究团队用，其研究团队用化合物化合物A A、磷酸盐磷酸盐、镁盐镁盐和和微量元素微量元素等配制了培养基，成功地等配制了培养基，成功地筛选筛选出能出能高效降解化合物高效降解化合物A A的的细菌细菌(目的菌目的菌)。实验的。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。主要步骤如下图所示，请分析回答问题。复习与提高复习与提高 （3 3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个

50、菌落进行液体培养，再采用菌落进行液体培养，再采用_ 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。生怎样的变化。细菌计数板计数细菌计数板计数S S形增长形增长 1 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的难以降解的有机化合物有机化合物A A，其研究团队用，其研究团队用化合物化合物A A、磷酸盐磷酸盐、镁盐镁盐和和微量元素微量元素等配制了培养基，成功地等配制了培养基，成功地筛选筛选出能出能高效降解化合物高效降解化合物A A的的细菌细菌(目的菌目的菌)。实验的。实验的主要步骤如下图所示，请分析