1.3發(fā)酵工程及應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用一發(fā)

酵

直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來(lái)的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進(jìn)行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)一、什么是發(fā)酵工程原料人類(lèi)所需要的產(chǎn)物適宜的條件微生物的代謝優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、便于家庭式或作坊式生產(chǎn)缺點(diǎn)：生產(chǎn)條件不易控制，容易受雜菌污染；

生產(chǎn)效率較低；

產(chǎn)物不單一對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐設(shè)計(jì)成功嚴(yán)格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)物、泡沫等)大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品微生物的特定功能現(xiàn)代化工程技術(shù)利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)，生產(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的物質(zhì)的技術(shù)體系。

——發(fā)酵工程發(fā)酵工程的概念特點(diǎn)：1）菌種純、產(chǎn)量大且質(zhì)量穩(wěn)定；2）高度自動(dòng)化控制

。二、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)結(jié)合教科書(shū)第22~23頁(yè)圖1-9“發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐示意圖”，回答下列問(wèn)題1.可通過(guò)哪些途徑獲得發(fā)酵工程使用的優(yōu)良菌種?從自然界中獲取、誘變育種、基因工程2.獲得優(yōu)良菌種后為什么要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)？工業(yè)發(fā)酵要想在短時(shí)間內(nèi)得到大量的發(fā)酵產(chǎn)物，則需要大量菌體3.引起發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液的溫度和pH變化的原因有哪些？發(fā)酵工程中如何調(diào)節(jié)溫度和pH?溫度：原因：微生物分解有機(jī)物釋放的能量，機(jī)械攪拌也會(huì)引起溫度升高。

方法：常用冷卻水進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)pH:原因：培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累。

方法：是在培養(yǎng)基中添加緩沖液，在發(fā)酵過(guò)程中加酸或堿菌種來(lái)源①自然界中篩選②誘變育種③基因工程育種選育菌種發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：產(chǎn)檸檬酸量高的黑曲霉基因工程改造的啤酒酵母，加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期1）發(fā)酵工程選用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素?①大量高效合成目的產(chǎn)物(副產(chǎn)的少)；②菌種遺傳特征穩(wěn)定、耐受力強(qiáng)；③能在低成本的培養(yǎng)基上快速生長(zhǎng)繁殖；④發(fā)酵條件易控制

。擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：快速增加菌種數(shù)量，確保有充足的菌體參與發(fā)酵目的：3）菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的最佳時(shí)期？將培養(yǎng)到生長(zhǎng)速度最快時(shí)期的菌體分開(kāi)，再進(jìn)行培養(yǎng)。2）擴(kuò)大培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基，從物理性質(zhì)上，一般選

培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。液體

液體使微生物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)接觸更充分，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率，利于微生物的繁殖。配制培養(yǎng)基發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：

在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。

優(yōu)化培養(yǎng)基設(shè)計(jì)（成分、比例等）滅

菌發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：避免因雜菌污染而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量

發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。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(guò)嚴(yán)格的滅菌。將

的菌種投放到

中。發(fā)酵罐擴(kuò)大培養(yǎng)后接

種

目的：電動(dòng)機(jī)D1排氣管C3pH計(jì)B3冷卻水排出口C2冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪D2生物傳感器裝置B4空氣入口A4放料管A2A3

閥門(mén)A1培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口B1觀察孔B2取樣管B5溫度傳感器和控制裝置C1冷卻水進(jìn)入口—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐發(fā)酵裝置編號(hào)主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培養(yǎng)物以一定速度進(jìn)入、流出發(fā)酵罐，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)控制溶解氧通過(guò)肉眼觀察、儀器檢測(cè)等監(jiān)控發(fā)酵條件以及發(fā)酵過(guò)程，B2處抽取樣品進(jìn)一步檢測(cè)。通過(guò)控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行攪拌，使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣溶解以及散熱。發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：1）了解發(fā)酵進(jìn)程2）添加營(yíng)養(yǎng)3）控制發(fā)酵條件3）為什么要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件？①環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且影響微生物代謝物的形成；實(shí)例——谷氨酸發(fā)酵P23②嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，有利于使發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)?！l(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：4）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(jìn)之處?—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法，在進(jìn)一步純化階段，會(huì)采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。最后都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。分離、提純，獲得產(chǎn)品發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)：1）如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥得到產(chǎn)品。2）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　⒎蛛x和純化措施來(lái)獲得產(chǎn)品。5）發(fā)酵生產(chǎn)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等不能直接排放到外界環(huán)境，需如何處理?二次清潔或滅菌處理。達(dá)到清潔生產(chǎn)的要求。發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。2．發(fā)酵工程在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)流程如下圖所示。結(jié)合賴氨酸或谷氨酸的生產(chǎn)實(shí)際，回答相關(guān)問(wèn)題。(1)圖中①表示的育種方法是________________。(2)人工控制微生物代謝的措施包括________________和__________________________。(3)在賴氨酸或谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)物源源不斷地產(chǎn)生，這說(shuō)明該生產(chǎn)采用了________的發(fā)酵方式。在生產(chǎn)過(guò)程中，常需增加通氧量，因此判斷賴氨酸或谷氨酸發(fā)酵菌種為_(kāi)_____菌。(4)當(dāng)發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物時(shí)，還要采用____________________等分離提純的方法進(jìn)行提取。誘變育種改變微生物遺傳特性控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種條件連續(xù)培養(yǎng)好氧萃取(或蒸餾或離子交換等)牛刀小試產(chǎn)物專(zhuān)一生產(chǎn)條件溫和原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉廢棄物對(duì)環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點(diǎn)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)用在食品工業(yè)上的應(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(lèi)(2)各種酒類(lèi)的生產(chǎn)發(fā)酵工程的應(yīng)用16發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止加啤酒花冷卻過(guò)濾主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒。菌種的選育、對(duì)原材料的處理、發(fā)酵過(guò)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)。1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程：一方面，這類(lèi)產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿足一些人的時(shí)尚追求。另一方面，這類(lèi)產(chǎn)品是手工作坊生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定，價(jià)格昂貴的問(wèn)題。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(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等。有人認(rèn)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(gè)問(wèn)題?“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)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?啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程：2.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類(lèi)型酸度調(diào)節(jié)劑增味劑著色劑增稠劑防腐劑添加了檸檬酸的飲料增加食品的營(yíng)養(yǎng)改善食品的口味、色澤和品質(zhì)延長(zhǎng)食品的保存期食品添加劑的作用在食品工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用3.生產(chǎn)酶制劑食品直接生產(chǎn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味酶制劑的作用酶制劑果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶在食品工業(yè)上的應(yīng)用發(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(dòng)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)酵工程的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用1.生產(chǎn)微生物肥料2.生產(chǎn)微生物農(nóng)藥3.生產(chǎn)微生物飼料利用微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長(zhǎng)、增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性。利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害。以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)廢料等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得的大量微生物菌體?！獑渭?xì)胞蛋白發(fā)酵工程的應(yīng)用在其他方面的應(yīng)用1.解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)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(duì)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)量發(fā)酵工程的應(yīng)用原有前程可奔赴，亦有歲月可回首電動(dòng)機(jī)排氣管pH計(jì)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(mén)培養(yǎng)物或營(yíng)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(jìn)入口1．(2023·徐州高三二模)下列關(guān)于泡菜和酸奶制作的敘述，正確的是(

)A．制作泡菜和酸奶時(shí)加入適量的糖會(huì)使發(fā)酵效果更好B．泡菜發(fā)酵的溫度略高于酸奶發(fā)酵的溫度C．泡菜食材和牛奶需要經(jīng)過(guò)消毒再進(jìn)行接種D．制作泡菜和酸奶的主要菌種分別為真核生物和原核生物答案A解析糖類(lèi)是生物的主要能源物質(zhì)，加入糖有利于微生物的生長(zhǎng)繁殖，則制作泡菜和酸奶時(shí)加入適量的糖會(huì)使發(fā)酵效果更好，A正確；泡菜發(fā)酵與酸奶發(fā)酵的主要菌種都是乳酸菌(原核生物)，則發(fā)酵溫度應(yīng)該一致，B、D錯(cuò)誤；制作泡菜時(shí)，利用了食材中自帶的菌種，所以不能消毒，牛奶需要消毒，C錯(cuò)誤。練習(xí)判斷正誤(1)與家庭傳統(tǒng)發(fā)酵一樣，發(fā)酵工程所用的菌種絕大多數(shù)是混合菌種(

×

)提示發(fā)酵工程所用的菌種絕大多數(shù)是單一菌種。(2)在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果污染了雜菌，某些雜菌會(huì)分泌酶將青霉素分解掉(

√

)(3)