資源簡介 (共33張PPT)【本節(jié)聚焦】1.什么是發(fā)酵工程 2.發(fā)酵工程的一般流程是什么 3.發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值 第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用第一章 發(fā)酵工程學(xué)習(xí)目標(biāo)目 標(biāo)關(guān)注發(fā)酵工程在食品、醫(yī)藥、農(nóng)牧業(yè)的 應(yīng)用,倡導(dǎo)健康、安全的生產(chǎn)和生活(社會責(zé)任)基于發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和應(yīng)用實(shí)例,闡明發(fā)酵工程的概念。 (科學(xué)思維)(科學(xué)探究)根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)品和利用微生物的不同,討 論發(fā)酵工程中的發(fā)酵條件及控制方法。青霉素是世界上第一種應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉 菌中提取少量青霉素,它的價(jià)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(jià)格只要1元左右。問題:那么,在工業(yè)上,青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢 問題:什么是發(fā)酵工程 通過發(fā)酵工程生產(chǎn)從社會中來①微生物:自然界的微生物 (常規(guī)菌)誘變育種的微生物基因重組的微生物②產(chǎn)品:包括利用酵母菌發(fā)酵制造的啤酒、果酒,利用乳酸菌 發(fā)酵制造的酸奶,及利用工程菌生產(chǎn)的人胰島素。③實(shí)質(zhì):利用微生物進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。(工程菌)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵工程的概念:利用微生物的特定功能,通過現(xiàn)代化工程技術(shù),規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)①方法:自然界直接篩選性狀優(yōu)良的常規(guī)菌種;通過誘變育種或基因工程育種獲得。②實(shí)例:選產(chǎn)酸量高的黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸;使用基因工程改造的啤酒酵母生產(chǎn)啤酒,加速發(fā)酵、縮短生產(chǎn)周期。發(fā)酵罐 內(nèi)發(fā)酵配置培養(yǎng)基 →滅菌產(chǎn)檸檬酸量高的黑曲霉啤 酒 酵 母 粉西安諾然生物基因工程改造的啤酒酵母選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)分 離 、提純產(chǎn)物獲得 產(chǎn)品接 種、一選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌 接種目 的增加菌種數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期便發(fā)酵罐內(nèi) 發(fā)酵方法將培養(yǎng)到生長速度最快時(shí)期的菌體分開,再進(jìn)行培養(yǎng)。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分離提純 產(chǎn)物獲得 產(chǎn)品①配置培養(yǎng)基要遵循的原則:即營養(yǎng)物質(zhì)滿足微生物的需要,營養(yǎng)物質(zhì)的濃 度及配比恰當(dāng),物理、化學(xué)條件適宜等。②配置的培養(yǎng)基應(yīng)包括微生物生長所需的碳源、氮源、水、無機(jī)鹽及特殊營養(yǎng)要求。③配置的培養(yǎng)基要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能大規(guī)模應(yīng)用。接種 發(fā)酵罐 內(nèi)發(fā)酵 分 離 、 提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品配置培養(yǎng)基 滅菌一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)原因雜菌與菌種之間形成種間競爭關(guān)系使產(chǎn)量下降或雜 菌產(chǎn)生的代謝物抑制菌種 的生長使產(chǎn)量下降。選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基實(shí)例在青霉素生產(chǎn)過程中混入雜菌,這些雜菌會分泌青 霉素酶,分解青霉素。發(fā)酵工程所用大多為單 一 菌種,有雜菌污染影響產(chǎn)量,培養(yǎng)基和設(shè)備需嚴(yán)格滅菌。一 、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi) 發(fā)酵分離提純 產(chǎn)物獲得 產(chǎn)品接種滅菌接種 發(fā)酵罐 內(nèi)發(fā)酵 分離 、 提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品配置培養(yǎng)基—— →滅 菌一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)將 擴(kuò)大培養(yǎng)后.的菌種投放到發(fā)酵罐 中。選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌實(shí)例:谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn):在中性和弱堿性條件下會積累谷氨 酸; 在酸 性條件下則容易形成谷氨酰胺和M乙酰谷氨酰胺。監(jiān)控要點(diǎn)二及時(shí)添加必需的營養(yǎng) 物質(zhì)組分來延長菌體 生長穩(wěn)定期的時(shí)間, 以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵罐內(nèi) 分離提純 獲 得發(fā)酵 產(chǎn)物 產(chǎn)品監(jiān)控要點(diǎn)三嚴(yán)格控制溫度、pH、 溶解氧、通氣量與 轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件監(jiān)控要點(diǎn)一檢測培養(yǎng)液中的微生 物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)接種選育菌種 分離、提純產(chǎn)物的方法措施:發(fā)酵產(chǎn)物類型 獲得產(chǎn)品的方法擴(kuò)大培養(yǎng) 微生物細(xì)胞本身 過濾、沉淀等方法代謝物 適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施發(fā)酵罐 分 離 、 獲得內(nèi)發(fā)酵 提純產(chǎn)物 產(chǎn)品配置培養(yǎng)基 —— 滅菌一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)接種培養(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(jìn)入口-閥門冷卻水排出口 一冷卻夾層一發(fā)酵液攪拌葉輪一生物傳感器一空氣入口放料管一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)抽取樣本進(jìn) 行檢測控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫一電動機(jī)排氣管pH 計(jì)調(diào)節(jié)罐壓①原料方面 ②產(chǎn)物方面在低成本的培養(yǎng)基上能迅 生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高速生長繁殖③菌體方面 ④設(shè)備方面菌種不易變異、退化 發(fā)酵條件容易控制思考 ·討論 發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析微生物菌種資源豐富,選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素 傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分,而是成分復(fù)雜的混合 物,很多時(shí)候不會再對產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理,或者僅采用簡單的 沉淀、過濾等方法來分離和提純產(chǎn)物。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)酵工程基本環(huán)節(jié)分析怎么對發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要 要對溫度、pH、 溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制,使其最適合微生物的生長繁殖,同時(shí)及時(shí)添加必要的營養(yǎng)組分。思考 ·討論發(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,會采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝 物還是菌體本身,都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查,合格后才能成為正式產(chǎn)品。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)酵工程基本環(huán)節(jié)分析怎么對發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要 要對溫度、pH、 溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制,使其最適合微生物的生長繁殖,同時(shí)及時(shí)添加必要的營養(yǎng)組分。思考 ·討論發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí),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(shí),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(jìn)行二次清潔或滅菌處理后才能排放。思考 ·討論二 、發(fā)酵工程的應(yīng)用(一)發(fā)酵工程的特點(diǎn)◆生產(chǎn)條件溫和◆原料來源豐富且價(jià)格低廉◆產(chǎn)物專一◆廢棄物對環(huán)境的污染小且容易處理(二)發(fā)酵工程的應(yīng)用◆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)用電動機(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□一空氣入口放料管培養(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(jìn)入口閥門二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品實(shí)例1:醬油的生產(chǎn)黑曲霉大豆 (蛋白酶)(主要原料)釀酒酵母各種酒類淋洗、調(diào)制醬油實(shí)例2:各種酒類的生產(chǎn)小分子肽 和氨基酸谷物或 水果二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.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①作用: 增加食品的營養(yǎng),改善食品的口味、 色澤和品質(zhì),延長食品的保存期實(shí)例1——檸檬酸檸檬酸是一種食品酸度調(diào)節(jié)劑,可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得;實(shí)例2——味精由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸,谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精。添加劑 類型舉例酸度調(diào) 節(jié)劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5'-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶②實(shí)例:二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用(3)生產(chǎn)酶制劑①實(shí)例: α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基酸肽酶 和脂肪酶等。②作用: 用于食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)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 和提高產(chǎn)量等方面。③來源: 少數(shù)由動植物生產(chǎn)絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)使啤酒具有清爽的芳香氣、苦味和反腐劑形成啤酒優(yōu)良的泡沫有利于麥芽汁的澄清平衡麥芽汁的自然甜度并激發(fā)食欲蒸煮 發(fā)酵 消毒 終止產(chǎn)生風(fēng)味組分,終止酶的進(jìn)一步作 用,并對糖漿滅菌。殺死啤酒 中的大多 數(shù)微生物, 延長它的 保存期。焙烤加熱殺死 種子胚但不使淀粉酶失活。碾磨將干燥 的麥芽 碾磨成 麥芽粉。啤酒花糖化發(fā)芽大麥種 子發(fā)芽, 釋放淀 粉酶。思考 ·討論 啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程過 濾 、 調(diào)節(jié)、 分裝啤 酒進(jìn)行 出 售 。酵母菌 將糖轉(zhuǎn) 化為酒精和CO 淀粉分 解,形 成糖漿。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用冷卻 過濾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)問題 “精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品,發(fā)酵時(shí)間 長、產(chǎn)量低和價(jià)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 應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。 一方面,這類產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn),能夠滿足一些人對獨(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(jià)格昂貴的問題。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用 思考 ·討論 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,在上面啤酒的發(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 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)。2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用(1)應(yīng)用實(shí)例:生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑。(2)應(yīng)用途徑:①采用基因工程的方法,將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物 中,獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物;②直接對菌種進(jìn)行改造,再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需產(chǎn)品。③利用基因工程,將病原體的某個(gè)或某幾個(gè)抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì) 胞 ,獲得疫苗。例:將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌,再通過發(fā)酵生產(chǎn)。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)微生物肥料【原理】①利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生活活性物質(zhì)等來增進(jìn)土壤肥力,改良土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)植株生長。②利用微生物代謝物抑制土壤中病原微生物的生長,從 而減少病害的發(fā)生。常見的有根瘤菌肥、 固氮菌肥等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(2)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥【原理】利用微生物或其代謝物來繁殖病蟲害。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)水稻枯紋病紋枯病規(guī)格:15克*400袋/箱井岡霉素井岡霉素劑 型 : 可溶粉劑井岡霉素單細(xì)胞蛋白:以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等 為原料,通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體。用酵母菌生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以作為食品添加劑;實(shí)例 :單細(xì)胞蛋白制成微生物飼料,提高家禽增重快, 產(chǎn)奶量或產(chǎn)蛋量高。青貯飼料中添加乳酸菌,可以提高飼料的品質(zhì),使飼料 保鮮,動物食用后還能提高免疫力。3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(3)生產(chǎn)微生物飼料 微生物含有豐富的蛋白質(zhì),而且生長繁殖速度快。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用4.在其他方面的應(yīng)用發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問題上,作出了越來越大的貢獻(xiàn)。(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。(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)課堂練習(xí)1.發(fā)酵工程廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè),下列有關(guān)敘述錯誤的是A.黑曲霉可作為釀制醬油、生產(chǎn)檸檬酸的菌種B.啤酒釀制終止后,可得到啤酒、單細(xì)胞蛋白等產(chǎn)品C. 用纖維廢料發(fā)酵得到酒精,可減少環(huán)境污染、減緩能源短缺問題D.用液體培養(yǎng)基可大規(guī)模生產(chǎn)新冠病毒減毒疫苗病毒不能獨(dú)立在液體培養(yǎng)基中生活2.下列關(guān)于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的敘述,錯誤的是A. 生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品,如利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌釀造醬油B.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑,可以改善食品的口味但不能增加食品的營養(yǎng) 食品添加劑可以增加食品營養(yǎng),改善食品口味、色澤和品質(zhì)。C.生產(chǎn)食品酸度調(diào)節(jié)劑,如檸檬酸可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得D.生產(chǎn)酶制劑,少數(shù)酶制劑由動植物生產(chǎn),絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)二、發(fā)酵工程的應(yīng)用一 、概念檢測1.與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比,發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富,產(chǎn)量和質(zhì)量明顯 提高。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)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進(jìn)行發(fā) 酵 ( × )(2)發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身。 ( √ )(3)在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中,發(fā)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖, 也會影響微生物的代謝途徑。 ( )(4)通過發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白。 ( × )練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中,人們遇到了兩個(gè)問題。請你運(yùn)用所學(xué)知識 或查閱資料,并發(fā)揮想象力,提出解決這些問題的思路。(1)青霉素發(fā)酵是高耗氧過 程 ,如何能夠保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢 (提示:血紅蛋白具有攜帶0,的能力)可以用基因工程的方法,將血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入青霉素生產(chǎn)菌來提高菌體對氧的吸收和利用率。(2)在發(fā)酵過程中,總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過對青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑 的研究發(fā)現(xiàn),在青霉素與頭孢霉素的合成過程中,它們有一個(gè)共同的前體, 這個(gè)前體經(jīng)過兩種不同酶的作用分別合成兩個(gè)產(chǎn)物。 如何改造青霉素生產(chǎn) 菌使其只生產(chǎn)生青霉素,或者只產(chǎn)生頭孢霉素呢 可以對兩種酶的基因進(jìn)行改造或敲除其中一種酶的基因,從而使青霉素生產(chǎn)菌只生產(chǎn)一種產(chǎn)物。練習(xí)與應(yīng)用2.通過微生物發(fā)酵,可以將糧食(如玉米、小麥等)及各種植物纖維加工成燃料乙醇;將燃料乙醇和普通汽油按 一定比例混配,就形成了目前在我國多地廣泛使用的乙 醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱道。調(diào)查顯示,使用 乙醇汽油與使用普通汽油相比,排放到空氣中的NO 、CO 等均有不同程度下降。有人認(rèn)為燃料乙醇“可再生”; 但也有人認(rèn)為,生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食,會增加糧食短缺的風(fēng)險(xiǎn)。請你嘗試通過查閱資料,評估這一 風(fēng)險(xiǎn),并說明在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)如何規(guī)避這風(fēng)險(xiǎn)。存在風(fēng)險(xiǎn)。在生產(chǎn)燃料乙醇時(shí),為了規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)該使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸稈等)。使用陳化糧食來生產(chǎn)燃料乙醇,還有利于防止問題糧食流入市場。糖類作物自然界光合 作用CO 汽車發(fā)酵乙 醇練習(xí)與應(yīng)用感謝您的觀看! 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫