高中生物人教版 (2019)選擇性必修3第3節(jié) 發(fā)酵工程及其應(yīng)用備課ppt課件

這是一份高中生物人教版 (2019)選擇性必修3第3節(jié) 發(fā)酵工程及其應(yīng)用備課ppt課件，共40頁。PPT課件主要包含了發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，發(fā)酵工程的應(yīng)用，發(fā)酵工程的特點(diǎn)，醬油的生產(chǎn)，酒類的生產(chǎn)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
青霉素是世界上第一個(gè)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，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，一瓶規(guī)格160萬單位青霉素注射劑的價(jià)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？
密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)成功
微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立
人們能嚴(yán)格控制環(huán)境條件大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品
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？
在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。
從自然界中篩選出來；通過誘變育種或基因工程育種獲得。
生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉。（自然界篩選）啤酒生產(chǎn)使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發(fā)酵過程，縮短生產(chǎn)周期。（育種獲得）
在發(fā)酵之前為什么需要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)呢？
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(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。
菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。那么如何確定培養(yǎng)基的配方呢？
在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定。
在接種之前，為什么要滅菌呢？滅菌的對象是什么？
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。如青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶將青霉素分解掉。
這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在這個(gè)過程中，我們應(yīng)該做哪些工作呢？
隨時(shí)檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。及時(shí)添加必需的營養(yǎng)組分。要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。
環(huán)境條件會(huì)影響：微生物的生長繁殖；微生物代謝物的形成。
谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身：發(fā)酵結(jié)束后采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥即可得到產(chǎn)品。發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物：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。
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？
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(huì)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。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。因?yàn)樵谶M(jìn)行發(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)。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。
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)境的污染小和容易處理等
生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等
主要原料：大豆菌種：產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉）流程：將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制而成。
原料：谷物或水果等菌種：釀酒酵母
【思考·討論】啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程
我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖所示。
發(fā)酵的過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段：主發(fā)酵：酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。后發(fā)酵：主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間進(jìn)行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時(shí)間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。
與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在下面啤酒的發(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?
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?
用途：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。舉例：檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品酸度調(diào)節(jié)劑，可通過黑曲霉發(fā)酵制得；谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵得到的谷氨酸，經(jīng)一系列處理就能制成味精。
舉例：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。用途：目前，已有50多種酶制劑成功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(chǔ)存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。生產(chǎn)方法：少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)，絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)。
生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑
相關(guān)技術(shù)：基因工程、蛋白質(zhì)工程等方法：采用基因工程的方法，將植物或動(dòng)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；直接對菌種進(jìn)行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn)：靠從生物器官、組織、細(xì)胞或尿液中提取，因受到原料限制無法推廣使用的藥物，可通過這種方法得以大量生產(chǎn)和使用。
舉例——生長激素釋放抑制激素用途：能夠抑制生長激素的不適宜分泌，用于治療肢端肥大癥。生產(chǎn)方法：傳統(tǒng)方法：從羊腦中提取，50萬個(gè)羊腦才能提取5mg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。發(fā)酵工程生產(chǎn)：利用經(jīng)過基因改造的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，7.5L培養(yǎng)液能得到5mg的生長激素釋放抑制激素，其價(jià)格降為原來的幾百分之一。展望：未來甚至還可能用微生物來生產(chǎn)過去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物。
方法：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，獲得的表達(dá)產(chǎn)物就可以作為疫苗使用。舉例：一種生產(chǎn)乙型肝炎疫苗的方法就是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)。
利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等。
增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長，常見的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料還可以抑制土壤中病原微生物的生長，從而減少病害的發(fā)生。
利用微生物或其代謝物來防治病蟲害
蘇云金桿菌可以用來防治80多種農(nóng)林蟲害；利用白僵菌可以防治玉米、松毛蟲等蟲害；一種放線菌產(chǎn)生的抗生素—井岡霉素可以用于防治水稻枯紋病。
作為生物防治的重要手段，將在農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來越重要的作用。
微生物含有豐富的蛋白質(zhì)細(xì)菌生長繁殖速度很快。
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，即單細(xì)胞蛋白。用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以作為食品添加劑；用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。
在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(dòng)物食用后還能提高免疫力。
利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。發(fā)酵原料的改變推動(dòng)著發(fā)酵工業(yè)迅速發(fā)展，對解決資源短缺與環(huán)境污染問題具有重要意義。極端微生物（如高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境）應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。例如，嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(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)。
截至2015年，我國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)年總產(chǎn)值近2 900億元，產(chǎn)品總量位居世界第一。我國是名副其實(shí)的發(fā)酵大國。