2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3-1.3发酵工程及其应用课件-（24张ppt）

(共24张PPT)
第一章 发酵工程
第3节 发酵工程及其应用
从社会中来
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。
随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。
如今，一瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。
思考：
在工业上，青霉素是怎样生产的呢？
一、发酵工程的形成
微生物纯培养技术的建立
密闭式发酵罐的设计成功
人们对发酵原理的认识
发酵工程形成
二、发酵工程的基本环节
发酵工程
1、定义：采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接吧微生物应用于工业生产过程的一种技术。
2、基本环节：一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配置、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。
1）选育菌种
（1）目的：
获得_______________________
性状优良的菌种
（2）菌种来源：
从自然界中筛选、________或____________________。
诱变育种
基因工程育种
（3）实例：
筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期
2)扩大培养
（1）目的：
获得___________
更多的菌种
（2）原因：
工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。
所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3)配制培养基：
①在菌种确定之后，要___________制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过__________才能确定。
选择原料
反复试验
4）灭菌：
（1）灭菌原因：
发酵工程种所用的菌种大多是___________，
一旦有杂菌污染，可能导致________________。
如青霉素生产过程中被杂菌污染，
某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。
单一菌种
产量大大降低
（2）___________________都必须经过严格的灭菌；
培养基和发酵设备
5)接种：
将__________的菌种投放到______中
发酵罐
扩大培养后
6.发酵罐内发酵
—发酵工程的中心环节
（1）要求：
①发酵过程中，要________培养液中___________、________等，以____________；
②要及时添加_______________，要严格控制_____、____和______等发酵条件；
随时检测
微生物数量
产物浓度
了解发酵进程
必需的营养物质
温度
pH
溶氧量
（2）严格控制发酵条件的原因：
①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；
如，谷氨酸的发酵生产：中性和弱碱性条件会积累谷氨酸；酸性条件会形成古氨酰胺和N-乙酰古氨酰胺
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态
发酵罐内发酵
中心环节
现代发酵工程使用的发酵罐均有
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控和控制；
还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态；
7）分离、提纯产物
①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____；
②发酵产品是代谢物时，可______________采取____的_____、_____和_____措施来获得产品；
过滤
沉淀
分离
干燥
根据产物的性质
适当
分离
纯化
根据产物的性质
适当
提取
8）获得产品：
单细胞蛋白：
味精
发酵工程的特点：
（1）生产条件温和
（2）原料来源丰富且价格低廉
（3）产物专一
（4）废弃物对环境的污染小
（5）容易处理
（1）食品工业
（2）医药工业
（3）农牧业
（4）其他方面
发酵工程的应用
在许多领域得到广泛应用，形成规模庞大的发酵工业。
在食品工业上的应用
生产传统的发酵产品：
酱油、酒类（发酵工程是这些产品的产量和质量明显提高）
生产各种各样的食品添加剂：
食品添加剂不仅可以增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期
在食品工业上的应用
柠檬酸 是一种食品酸度调节剂；
可以通过黑曲霉的发酵制得；
味精 由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸；谷氨酸经过一系列处理就能制成味精；
常见的食品添加剂：
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
在食品工业上的应用
生产酶制剂：
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
酶制剂来源：
少数由动植物生产；
绝大多数通过发酵工程生产；
目前，已有50多种酶制剂成功用于 食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。
在医药工业上的应用
青霉素的发现和产业化生产之后，发酵工程逐步扩展到其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂的等生产领域。
1、生产过去从生物器官、组织、细胞或尿液中提取的药物
①、采用基因工程的方法，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。
例如：利用基因工程改造的微生物生产生长激素释放抑制激素。
基因工程、蛋白质工程等注入强劲动力。
②、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。
例如：青霉素高产菌株的培育。
在医药工业上的应用
生产曾经从植物中分离提取的化合物
未来还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。
紫杉醇：具有高抗癌活性，现已广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。
在医药工业上的应用
生产疫苗
利用基因工程，将病原体的某种或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可作为疫苗。
例如，一种生产乙型肝炎疫苗的方法就时将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。
在农牧业上的应用
从自然界选育出优良的菌株，再通过发酵工程大规模发酵生产制成的活菌或其他代谢物产品等。
生产微生物肥料
①微生物肥料的种类：
根瘤菌肥、固氮菌肥
②微生物肥料的作用：
Ⅰ生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长；
Ⅱ有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生.
在农牧业上的应用
生产微生物农药
①微生物农药的作用机理：
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
②实例：
苏云金杆菌 防治80多种农林虫害。
白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素） 防治水稻枯纹病。
③防治类型：
生物防治
在农牧业上的应用
生产微生物饲料
①原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
②实例1——单细胞蛋白
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
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
③实例2-乳酸菌
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
在其他方面的应用
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功
（2）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极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
①极端微生物：
②举例：
嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。