【Syx】发酵工程及其应用课件-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、1.3 发酵工程及其应用 本节聚焦:什么是发酵工程？发酵工程的一般流程是什么？发酵工程在生产上有哪些重要的价值？1扩大培养发酵工程基本环节：快速增加菌种数量，确保有充足的菌体参与发酵目 的：3 3）菌种扩大培养的最佳时期？）菌种扩大培养的最佳时期？将培养到将培养到生长速度最快时期生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。的菌体分开，再进行培养。2 2）扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一般选般选 培养基培养基进行培养。进行培养。液体 液体使微生物与营养物质接触液体使微生物与营养物质接触更充分，提高营养物质的利用率，更充分，提高营养物质的利用率，利于微生物的

2、繁殖。利于微生物的繁殖。发酵罐发酵发酵工程基本环节：1）随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，了解发酵进程。2）要及时添加必需的营养成分，3）要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件；4 4）为什么要严格控制发酵条件？为什么要严格控制发酵条件？环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；实例谷氨酸发酵 严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。发酵工程的中心环节在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸在酸性条件下会积累谷氨酰胺和在酸性条件下会积累谷氨酰胺和N-N-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺发酵罐发酵发酵工程基本环节：现代发酵工程使用的发酵罐均

3、有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。发酵工程的中心环节分离、提纯，获得产品发酵工程基本环节：1）如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。2）如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。5 5）发酵生产排出的气体和废弃培养液等）发酵生产排出的气体和废弃培养液等不不能直接排放到外界环境能直接排放到外界环境，需如何处理，需如何处理?二次清洁或灭菌处理。达到清洁生产的要求。发酵工程的应用发酵工程的应用产物专

4、一产物专一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废弃物对环境污染小且容易处理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食品工业上的应用在医药工业上的应用在医药工业上的应用在农牧业上的应用在农牧业上的应用在其他方面的应用在其他方面的应用发酵工程的应用二阅读教材阅读教材24-2724-27页回答以下问题：页回答以下问题：1.发酵工程有哪些方面的应用？2.在食品工业上的应用有哪些？3.在医药工业上的应用有哪些？4.在农牧业上的应用有哪些？1.生产传统发酵产品酱油大豆(主要原料)黑曲霉黑曲霉(蛋白酶蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、调制淋洗、调制(1)(1

5、)酱油的生产酱油的生产谷物或水果酿酒酵母酿酒酵母各种酒类(2)(2)各种酒类的生产各种酒类的生产在在食品工业上食品工业上的应用的应用发酵工程的应用发酵工程的应用二啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵主发酵冷却大麦种大麦种子发芽，子发芽，释放释放淀淀粉酶。粉酶。加热杀死加热杀死种子胚种子胚但但不使淀粉不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。淀粉分淀粉分解，形解，形成糖浆。成糖浆。产生风味产生风味组分，终组分，终止酶的进止酶的进一步作用，一步作用，并对糖浆并对糖浆灭菌。灭菌。酵母菌将酵母菌将糖转化为糖转化为酒精和酒精和COCO2 2。杀

6、死啤酒中杀死啤酒中的大多数微的大多数微生物，延长生物，延长它的保存期。它的保存期。消毒终止后发酵过滤过滤、过滤、调节、调节、分装啤分装啤酒进行酒进行出售。出售。发酵工程的基本环节发酵工程的基本环节一酵母菌繁殖，大部分酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。糖分解和代谢物生成。在在低温、密闭低温、密闭的环境的环境下储存一段时间，形下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。成澄清、成熟的啤酒。加啤酒花1.1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使与传统的手工发酵相比，在下面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？啤酒的产量和质量明显提高？2.2.现在市面上

7、流行一种现在市面上流行一种“精酿精酿”啤酒啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用等。有人认为饮用“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”啤酒是啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，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？们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？提示：提示：菌种的选育、

8、对原材料的处理、发酵过程的控制，产品的消毒菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制，产品的消毒等，等，都有助于提高啤酒的产量和品质。都有助于提高啤酒的产量和品质。提示：辩证地看待这一产品。提示：辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，一方面，这类产品具有多样化的特点，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。或者满足一些人的时尚追求。另一方面另一方面,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。问题。啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程发酵工程的基本

9、环节发酵工程的基本环节一2.生产各种各样的食品添加剂添加剂类型举例酸度调节剂酸度调节剂L-L-苹果酸、苹果酸、柠檬酸、乳酸檬酸、乳酸增味剂增味剂5-5-肌苷酸二肌苷酸二钠、谷氨酸、谷氨酸钠着色剂着色剂-胡胡萝卜素、卜素、红曲黄色素曲黄色素增稠剂增稠剂黄原胶、黄原胶、-环状糊精、状糊精、结冷胶冷胶防腐剂防腐剂乳酸链球菌、溶菌酶乳酸链球菌、溶菌酶添加了添加了柠檬酸柠檬酸的饮料的饮料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食品添加剂的作用食品添加剂的作用在在食品工业上食品工业上的应用的应用发酵工程的应用发酵工程的应用二3.生产酶制剂在在食品工业上食品工业上的应用的应用食品直接生产改进

10、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提高产品产量酶制剂的作用酶制剂的作用-淀粉酶-淀粉酶果胶酶脂肪酶氨基肽酶 酶制剂酶制剂发酵工程的应用发酵工程的应用二少数由动植物生产；少数由动植物生产；绝大多数通过发酵工程生产绝大多数通过发酵工程生产；在在医药工业上医药工业上的应用的应用发酵工程的应用发酵工程的应用二（1 1）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移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物实例：实例：利用经过基因改造的微生物生产利用经过基因改造的微生物生产生长激素释放抑制激素生长激

11、素释放抑制激素；利用基因工程改造的微生物生产利用基因工程改造的微生物生产疫苗疫苗。将病原体的某。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。如某种乙肝疫苗的生产。达产物就可以作为疫苗使用。如某种乙肝疫苗的生产。（2 2）直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量）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所需要的产品实例：青霉素高产菌株的培育实例：青霉素高产菌株的培育利用微生物生产过去只能从植物中分离提取的利用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、紫杉醇、青蒿素前体青蒿素前体等化合物；等

12、化合物；3.在在农牧牧业上的上的应用用（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，从而减，从而减少病害的发生少病害的发生.（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

13、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。井冈霉素井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素）（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（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

14、得了大量的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体微生物菌体，即单细胞即单细胞蛋白；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，动物食用后还能动物食用后还能提高免疫力提高免疫力。（1 1）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

15、 随着对纤维素水解研究的不断深入，随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功已取得成功（2 2）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 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的环境极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等（高温、高压、高盐和低温等环境）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

16、产量。在其他方面的应用在其他方面的应用发酵工程的应用发酵工程的应用二30金金P26 P26 例例3 3、例、例4 4；P27 6P27 6报报3636期期 P3 P3 2 2、3 3、4 4、6 6 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决决和和 等方面的重大问题上，等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。作出了越来越大的贡献。粮食、环境、健康能源1.1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。列相关表述是否正确

17、。(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（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（）(2)(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（）(3)(3)在发酵工程的发酵环节中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发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微也会影响微生物的代谢途径。（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。（）一、概念检测练习与应用练习

18、与应用二1 1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或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。查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。(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生物能够保证在发酵过程中给微生物持续高效持续高效地供氧地供氧呢？呢？(提示提示:血红蛋白具有携带血红蛋白具有携带O2O2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提高菌体对转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸

19、收和利用率。氧的吸收和利用率。(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代谢途径的。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，这个个前体经过两种不同酶前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素可以对两种酶的基因进行改

20、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。生产菌只生产一种产物。练习与应用练习与应用三二、拓展应用二、拓展应用 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、难以降解的有机化合物难以降解的有机化合物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、镁盐和微量元素等配制了培养基磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功，成功地地筛选出能高效降解化合物筛选出能高效降解化合物A A的细菌的细菌(目的菌目的菌)。实。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。（1 1）在培养基中加入化合物）在

21、培养基中加入化合物A A的目的是的目的是_，这种培养基属，这种培养基属于于_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 A含量含量 的培养液，接入新的培养中的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量续培养，使目的菌的数量_。筛选出可降解化合物筛选出可降解化合物A A的微生物的微生物选择选择显著降低显著降低扩增扩增复习与提高（P30）四（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方法进行计数。请你预测目的菌的

22、种群数量会发生怎样的变化。发生怎样的变化。细菌计数板计数细菌计数板计数呈呈S S形增长形增长复习与提高（P30）四（4 4）将目的菌用于环境保护实践时）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些还有哪些问题需要解决问题需要解决?目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物降解化合物A A后是否会产生二次污染等问题后是否会产生二次污染等问题（5 5）有人提出）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物得能够降解化合物A A的细菌的细菌,请分析这种方法是请分析这种方法是否

23、可行。否可行。可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。2.某个高温日，某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路。立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌；配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基（该培养基可用来鉴别大肠杆菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色，并有金属光泽）、灭菌、倒平板；取10 mL刚融化的冰激凌作为原液，然后进行梯度稀释,稀释倍数为10-105；取每个浓度的冰激凌液各0

24、.1 mL，用涂布平板法进行接种，每个浓度涂3个平板，一共培养18个平板;在适宜温度下培养48h，统计菌落数目。复习与提高（P30）四（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？不同意。不同意。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。复习与提高（P30）四 有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准，1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37 培养24 h）

25、，1 000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37培养48 h）】没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。即使冰激凌中大肠杆菌数超标了，也不可能很离谱，如果进行梯度稀释，即使冰激凌中大肠杆菌数超标了，也不可能很离谱，如果进行梯度稀释，最后得到的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。最后得到的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组？为什么？需要设置两组对照组。需要设

26、置两组对照组。一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板；可以说明培养一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板；可以说明培养基是否被污染基是否被污染另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。可以说明该培养基能否培养出大另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌肠杆菌 （3）在完善实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，这说明了什么？如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏大还是偏小？为什么？说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。统计结果比实际值偏小。统计结果比实际值偏小。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。复习与提高（P30）四