1.3 發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第1章發(fā)酵工程

第3節(jié)發(fā)酵工程

及其應(yīng)用導(dǎo)入青霉素的生產(chǎn)青霉素是世界上第一個應(yīng)用于臨床的抗生素，在“二戰(zhàn)”期間，青霉素挽救了數(shù)以萬計的生命，被稱為“有魔力的子彈”。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?發(fā)酵工程發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。發(fā)酵工程：P1選育高產(chǎn)菌種擴大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品基本環(huán)節(jié)：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)在青霉素生產(chǎn)過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)啤酒生產(chǎn)味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒狀桿菌在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定。接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)發(fā)酵工程中所用的菌種大多數(shù)是單一菌種，一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌?，F(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制；還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。電動機排氣管pH計冷卻水排出口冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口放料管閥門培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器和控制裝置冷卻水進入口這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量、產(chǎn)物的濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。

環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝物的形成。如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？2.怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？要對溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必需的營養(yǎng)組分。①繁殖快、代謝旺盛、代謝產(chǎn)物多②對營養(yǎng)物質(zhì)的要求低，低成本培養(yǎng)③發(fā)酵條件容易控制；④菌種不易變異、退化等。思考·討論發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考·討論3.在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進之處？4.在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？不能。發(fā)酵生產(chǎn)時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。要進行二次清潔或滅菌處理后才能排放。傳統(tǒng)發(fā)酵工藝獲得的產(chǎn)物主要是成分復(fù)雜的混合物，一般不會進行

產(chǎn)物的分離提純或僅是依靠簡單的分離沉淀來提純。發(fā)酵工程中會使用較多的分離提純方法，如沉淀、萃取、膜分離等。

其產(chǎn)物都要進行嚴格的質(zhì)量檢查。例：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程例：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵主發(fā)酵冷卻大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉分解，形成糖漿。產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2。殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期。消毒終止后發(fā)酵過濾過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進行出售。例：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？提示：菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制，產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。提示：辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面,這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價格昂貴的問題。發(fā)酵工程的應(yīng)用產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點在食品工業(yè)上的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用在其他方面的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用1.生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調(diào)制(1)醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類(2)各種酒類的生產(chǎn)在食品工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用在食品工業(yè)上的應(yīng)用2.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑增加食品的營養(yǎng)改善食品的口味、色澤和品質(zhì)延長食品的保存期食品添加劑的作用發(fā)酵工程的應(yīng)用在食品工業(yè)上的應(yīng)用3.生產(chǎn)酶制劑食品直接生產(chǎn)改進生產(chǎn)工藝簡化生產(chǎn)過程改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味延長食品儲存期提高產(chǎn)品產(chǎn)量酶制劑的作用α-淀粉酶β-淀粉酶果膠酶脂肪酶氨基肽酶…

…酶制劑發(fā)酵工程的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑發(fā)酵工程生產(chǎn)的藥物發(fā)酵工程的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用1.生產(chǎn)微生物肥料

利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機酸、生物活性物質(zhì)等來增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長。

有的微生物肥料抑制土壤中病原微生物的生長，從而減少病害的發(fā)生。常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥發(fā)酵工程的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用2、生產(chǎn)微生物農(nóng)藥

利用微生物或其代謝物來繁殖病蟲害。

微生物農(nóng)藥作為

的重要手段。生物防治微生物或代謝產(chǎn)物防治病蟲害種類蘇云金桿菌80多種農(nóng)林害蟲白僵菌玉米螟、松毛蟲一種放線菌產(chǎn)生的抗生素（井岡霉素）水稻枯紋病發(fā)酵工程的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，而且生長繁殖速度快。3.生產(chǎn)微生物飼料青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。單細胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)廢料等為原料，通過發(fā)酵獲得的大量微生物菌體。單細胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)。發(fā)酵工程的應(yīng)用在其他方面上的應(yīng)用1.解決資源短缺和環(huán)境污染問題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。2.對極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。總結(jié)練習(xí)判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大