【生物】发酵工程及其应用 高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）.pptx

发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面选择性必修三 生物技术与工程目录CONTENT01新课导入02任务探究03课堂练习课堂小结04第第第第3 3 3 3节节节节 发酵工程及其应用发酵工程及其应用发酵工程及其应用发酵工程及其应用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，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右青霉素选育高产菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品问题探讨问题探讨新课导入新课导入讨论：那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？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那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？问题探讨问题探讨选育菌种扩大培养接种灭菌配制培养基发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析。

1）目的:获得性状优良的菌种2）菌种来源：自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种3）菌种选育的重要性（意义）：优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败4）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、缩短生产周期一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析1.选育菌种扩大培养工业发酵罐体积几十 几百m3几 几十m3接入的菌种总体积思考怎样对菌种进行扩大培养？将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析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较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）3）扩大培养的培养基：一般为液体培养基1）配制要求在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基；在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基）；（2）灭菌原因发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。

3）灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量*培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌；一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析3.培养基的配制、灭菌4.接种：电动机D1排气管C3pH计B3冷却水排出口C2冷却夹层发酵液搅拌叶轮D2生物传感器装置B4空气入口A4放料管A2A3阀门A1培养物或营养物质的加入口B1观察孔B2取样管B5温度传感器和控制装置C1冷却水进入口装置编号主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养控制溶解氧通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测通过控制冷水流速调节罐温调节罐压电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析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。

电动机D1排气管C3pH计B3冷却水排出口C2冷却夹层发酵液搅拌叶轮D2生物传感器装置B4空气入口A4放料管A2A3阀门A1培养物或营养物质的加入口B1观察孔B2取样管B5温度传感器和控制装置C1冷却水进入口一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析4.接种：现代发酵工程使用的发酵罐的优点：现代发酵工程使用的发酵罐的优点：（1）地位：发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节2）要求：发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；要及时添加必需的营养物质，要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件3）严格控制发酵条件的原因：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；严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态4）不同发酵条件的影响（实例谷氨酸发酵）在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析。

5.发酵罐内发酵（1）目的：获得产品2）产品的两种形式微生物细胞本身；代谢物3）采取手段发酵产品是微生物细胞本身时，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发酵产品是代谢物时，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7.获得产品一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】1.阅读课本22页第2段和图1-9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析6.产品的分离、提纯各各环节需要注意的地方环节需要注意的地方环节目的性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得工业发酵罐体积大，接种菌种总体积大发酵前需对菌种扩大培养选原料制备培养基生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌现代发酵工程的大型发酵罐有计算机控制系统，能对温度、PH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养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，发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。

环境条件不仅影响微生物生长繁殖，还影响微生物代谢物的形成如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用过滤、沉淀方法将菌体分离和干燥，即可得到产品如果产品是代谢物，可据产物性质采取适当提取、分离纯化措施来获得产品一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节小结小结小结小结1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异，退化等反复试验确定培养基的配方；对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；及时添加必需的营养组分；严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】2、完成23页思考讨论“发酵工程基本环节分析”3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。

发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】2、完成23页思考讨论“发酵工程基本环节分析”4.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么？不能；因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理一、发酵工程的基本环节一、发酵工程的基本环节【任务一】2、完成23页思考讨论“发酵工程基本环节分析”生产条件温和；原料来源丰富且价格低廉；产物专一；废弃物对环境的污染小和容易处理发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用【任务二】阅读课本24页第一段，说出发酵工程的优点及应用1、发酵工程的优点2、发酵工程的应用酱油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、调制酱油的生产谷物或水果酿酒酵母各种酒类各种酒类的生产1.在食品工业上的应用（1）生产传统的发酵产品：如酱油、各种酒类等。

发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用【任务二】2.阅读课本24页第三段，明确发酵工程可以用在生产哪些传统发酵产品？具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节发芽12焙烤3 碾磨4 糖化大麦水糖化罐大麦种子发芽，释放淀粉酶加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉淀粉水解形成糖浆啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵和后发酵两个阶段任务二】3.阅读课本24和25页的思考讨论“啤酒的工业化生产流程”，明确啤酒的工业化生产流程，完成思考讨论题1.在食品工业上的应用二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用蒸煮56 发酵7 消毒8终止产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌酵母菌将糖转化为酒精和CO2杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期过滤、调节、分装啤酒进行出售糖浆啤酒花过滤冷却装瓶 装罐储存罐具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵和后发酵两个阶段任务二】3.阅读课本24和25页的思考讨论“啤酒的工业化生产流程”，明确啤酒的工业化生产流程，完成思考讨论题1.在食品工业上的应用二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵主发酵消毒终止后发酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。

主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下 储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵和后发酵两个阶段任务二】3.阅读课本24和25页的思考讨论“啤酒的工业化生产流程”，明确啤酒的工业化生产流程，完成思考讨论题1.在食品工业上的应用二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用讨论1.酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸讨论2.啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？【任务二】3.阅读课本24和25页的思考讨论“啤酒的工业化生产流程”，明确啤酒的工业化生产流程，完成思考讨论题1.在食品工业上的应用二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用讨论3.与传统的手工发酵相比，在上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?菌种的选育；对原材料的处理；发酵过程的控制；产品的消毒等任务二】3.阅读课本24和25页的思考讨论“啤酒的工业化生产流程”，明确啤酒的工业化生产流程，完成思考讨论题。

1.在食品工业上的应用二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用4.现在市面上流行一种。