高中生物第3节 发酵工程及其应用优秀ppt课件

这是一份高中生物第3节 发酵工程及其应用优秀ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了价格贵如金，价格贱如水，●单一菌种发酵，发酵工程的基本环节，茅台镇，提高质量和产量，加速发酵过程，优良菌种，缩短生产周期，发酵工程的关键等内容，欢迎下载使用。

Fermentatin Engineering and Its Applicatins
《生物技术与工程》 第一章 发酵工程 第3节
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
1943年的时候，买一支针剂类型的青霉素，要200美金，大约是1600元人民币。
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。
在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
观看视频并思考：与传统发酵技术比较，青霉素的生产由哪些不同的地方？
● 严格控制发酵条件
● 产物进行分离提纯
● 工厂化大规模生产
Fermentatin Engineering
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。
Basic links f fermentatin engineering
某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。
这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
优良菌种的发酵产品产量高、质量稳定，还会赋予发酵产品独特的风味。这些稳定的、特殊的微生物群落是无法迁移和复制的，这也是离开茅台镇生产不出同样品质茅台酒的原因。
菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败
缺点：自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长
优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物
问题：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
问题：为什么要扩大培养？
在发酵之前还需要对选育的菌种进行扩大培养
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。
在菌种确定之后，要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。
▣发酵工程一般使用液体培养基
不同的微生物对培养基的需求是不同的，应从微生物营养要求的特点和生产工艺的要求出发，选择合适的营养基，使之既能满足微生物生长的需要，又能获得高产的产品。
必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的
▣避免杂菌污染，产量大大降低
● 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌
● 对通入的空气进行灭菌，对生产环境需进行消毒处理
例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。
扩大培养后的菌种投放到发酵罐内
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
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态
(1)发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，了解发酵进程。
测量发酵过程中的原料和代谢物质。还用于微生物细胞数目的测量。
(2)及时添加必要的营养组分，控制培养物以一定速度流出发酵罐，实现连续培养。
B1培养物或营养物质的加入口
● 使菌种与培养液充分接触，提高原料利用率。
● 有利于发酵过程的散热
(3)要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制
C1温度传感器和控制装置
● 加入缓冲剂（磷酸盐）
● 进行补料（补充营养组分）
根据微生物不同生长和代谢各阶段对溶解氧浓度的需求。
▣大型发酵罐均有计算机控制系统
使发酵全过程处于最佳状态
对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等
▣发酵产品是微生物细胞本身
▣发酵产品是微生物代谢产物
问题1：发酵工程与传统发酵技术相比有哪些不同之处？
固体发酵或半固体发酵为主
易受杂菌污染和外界条件影响
问题2：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？
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。
Applicatin f Fermentatin Engineering
◉ 原料来源丰富且价格低廉
◉ 废弃物对环境的污染小且易处理
①以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌（如：黑曲霉）发酵生产酱油。
②以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。
发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高
1.生产传统的发酵产品
● 啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的
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
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
1.与传统的手工发酵相比，在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？
提示：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，都有助于提高啤酒的产量和质量。
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
提示：应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水
麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等
2.生产各种各样的食品添加剂
改善食品的口味、色泽和品质
为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或天然物质。
许多食品添加剂都能通过发酵工程生产
α淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶果胶酶脂肪酶等
改善产品的品质和口味
少数由动植物生产大多数通过发酵工程生产
例：生产生长激素释放抑制激素
例：生产紫杉醇、青蒿素前体等化合物
例：生产乙肝疫苗的方法
活动：阅读教材P26，了解发酵工程在医药工业上的应用
抑制土壤中病原微生物的生长
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
问题1：微生物农药相比于传统的化学农药有哪些优点和缺点？
对病虫害的选择性强,对人畜安全无毒
无残留，不会污染环境
受环境温度和湿度影响较大
● 在青贮饲料中添加乳酸菌，还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。
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
1.解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
根据美国能源部的研究,与汽油燃料相比,纤维素乙醇燃料可减少86%的温室气体排放。
中国是农业大国，每年能产生8亿吨麦秸秆、稻草、玉米秸秆和甘蔗渣。在理论上可转化为1.5亿吨的燃料乙醇。
2.对极端微生物的利用
能在各种极端恶劣的环境中正常生活，如高温、高压、高盐和低温。
能有效分解脂肪和油脂，从而使清洁非常彻底。
能够产生高分子表面活性剂,具有去除油污、泡沫和表面活性能力。
这些菌对低温环境有很高的适应性和生存能力，但能够在低温环境下持续生长
生产热敏性产品可以提高产量，并且降低能源和成本开销。
在生物工业中，一些热敏性产品的生产需要在较低的温度下进行。
1. 与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（ ）(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ）(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（ ）(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ）
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
【提示】可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
(1)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同的酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
【提示】可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。