【课件】发酵工程及其应用 2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3.pptx

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1、第4课时第1章 发酵工程发酵工程及其应用人教版选择性必修3学习活动学习总结学习目标学习目标1.能概述发酵工程及其基本环节2.能举例说明发酵工程在生产上有重要的应用学习目标学习总结学习活动学习活动能概述发酵工程及其基本环节任务：（一）带着以下问题观看醋厂制醋视频，构建发酵基本环节的流程图目标一1.醋厂制醋主要包括哪些环节？2.醋厂生产时使用的原料是什么？使用了哪些菌种？生产过程中如何防止杂菌污染？3.醋厂如何控制发酵条件？怎样对发酵产物进行检测？又是如何分离和提纯发酵产物的？4.对于发酵产生的气体和废弃的培养液，醋厂是怎样处理的？【思考】【提示】学习目标学习总结学习活动学习活动2024/1/22

2、1.1.选育菌种：选育菌种：性状优良的菌种可以性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过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。生诱变育种或基因工程育种获得。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期过程，缩短生产周期。2.2.扩大培养扩大培养：工业发酵工业发酵罐的体积一般为几十到罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，到几十立方米。所

3、以，在发酵之前还需要对菌在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。种进行扩大培养。3.3.配制培养基：配制培养基：在菌种在菌种确定之后，要选择原料确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。经过反复试验才能确定。4.4.灭菌灭菌：发酵工程中所用的菌种大多发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。例如，在青霉素导致产量大大下降。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。菌会分泌青霉素酶将青霉素分

4、解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。严格的灭菌。5.5.接种接种：将扩将扩大培养的菌种大培养的菌种投放到发酵罐投放到发酵罐中中发酵工程的基本环节发酵工程的基本环节学习目标学习总结学习活动学习活动6.6.发发酵酵罐罐内内发发酵酵：这这是是发发酵酵工工程程的的中中心心环环节节。在在发发酵酵过过程程中中，要要随随时时检检测测培培养养液液中中的的微微生生物物数数量量、产产物物浓浓度度等等，以以了了解解发发酵酵进进程程。还还要要及及时时添添加加必必需需的的营营养养组组分分，要要严严格格控控制制温温度度、pHpH和和溶溶解解氧氧等等发发酵酵条条件件。环环境境条

5、条件件不不仅仅会会影影响响微微生生物物的的生生长长繁繁殖殖，而而且且会会影影响响微微生生物物代代谢谢物物的的形形成成。例例如如，谷谷氨氨酸酸的的发发酵酵生生产产：在在中中性性和和弱弱碱碱性性条条件件下下会会积积累累谷谷氨氨酸酸；在在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-N-乙酰谷氨酰胺。乙酰谷氨酰胺。电动机电动机排气管排气管pHpH计计冷却水排出口冷却水排出口冷却夹层冷却夹层发酵液发酵液搅拌叶轮搅拌叶轮生物传感器装置生物传感器装置空气入口空气入口放料管放料管阀门阀门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和控制装置和

6、控制装置冷却水冷却水进入口进入口优优点点：现现代代发发酵酵工工程程使使用用的的大大型型发发酵酵罐罐均均有有计计算算机机控控制制系系统统，能能对对发发酵酵过过程程中中的的温温度度、pHpH、溶溶解解氧氧、罐罐压压、通通气气量量、搅搅拌拌、泡泡沫沫和和营营养养等等进进行行监监测测和和控控制制；还还可可以以进进行行反反馈馈控控制，制，使发酵全过程处于最佳状态。使发酵全过程处于最佳状态。学习目标学习总结学习活动学习活动2024/1/227.7.分离、提纯产物：分离、提纯产物：如如果果发发酵酵产产品品是是微微生生物物细细胞胞本本身身，可可在在发发酵酵结结束束之之后后，采采用用过过滤滤、沉沉淀淀等等方方法

7、法将将菌菌体分离和干燥，即可得到产品。体分离和干燥，即可得到产品。如如果果产产品品是是代代谢谢物物，可可根根据据产产物物的的性性质质采采取取适适当当的的提提取取、分分离离和和纯纯化化措措施施来来获获得得产产品。品。8.8.获得产品获得产品学习目标学习总结学习活动学习活动（二）请根据发酵工程的基本环节和发酵罐的结构,思考回答下列问题【提示】原料方面：广，转化率高；产物方面：目的产物含量高，副产物少；菌体方面：菌体生长快，繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特征稳定；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？【思考与讨论】设备方面：产泡沫少，适宜大罐生产；生产周期

8、短，需氧量少，抗污染能力强。学习目标学习总结学习活动学习活动2.怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？【思考与讨论】【提示】水分调节 发酵温度调节 PH值 溶解氧 营养物质等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？【提示】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

9、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。学习目标学习总结学习活动学习活动【知识生成】学习目标学习总结学习活动学习活动任务：自主学习课本P2427，举例概括发酵工程在食品、医药、农牧业及其他方面的应用，并完成相关表格。能举例说明发酵工程在生产上有重要的应用目标二具体应用成果在食品工业上的应用生产传统的发酵产品 生产各种各样的食品添加剂 生产酶制剂 在医药工业上的应用通过工程菌生产药物 通过改造菌种生产药物 在农牧业上的应用生产微生物肥料 生产微生物农药 在农牧业上的应用生产微生物饲料 在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题 对极端微生物的利用学习目标学习总结学习活动学习活动【

10、思考与讨论】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。（1）青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？（提示：血红蛋白具有携带O2的能力）（2）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，这个前体经过两种不同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生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？【提示】（1）可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。（2）可以对两种酶的

11、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。学习目标学习总结学习活动学习活动2.通过微生物发酵，可以将粮食（如玉米、小麦等）及各种植物纤维加工成燃料乙醇；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多地广泛使用的乙醇汽油。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NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。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。【提示】学生通过查找资料可以知道，这一风险是存在的。在生产燃料乙醇

12、时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食（如陈化的稻谷等）或者非粮食生物材料（如秸秤等）。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流人市场。学习目标学习总结学习活动学习活动【思考与讨论】1.样品稀释倍数是不是越大越好,如何选择合适的稀释倍数?【提示】样品稀释液的最佳浓度为获得的每个平板上有30300个菌落,该稀释度水平上,细菌一般为104、105、106倍的稀释液,放线菌一般为103、104、105倍的稀释液,真菌一般为102、103、104倍的稀释液。2.如何判断选择培养基具有选择能分解尿素的微生物的作用?【提示】实验需设置牛肉膏蛋白胨培养基进行空白对照。在接种相同的菌液、其他操作也都相同的情况下,牛肉膏蛋白胨培养基上的微生物数量明显多于接种在选择培养基上的微生物数量,说明不适应选择培养基的微生物无法在选择培养基上生存。学习目标学习活动学习总结学习总结