资源简介

(共28张PPT)
第一章 发酵工程
第3节 发酵工程及其应用
人教版·选择性必修3
（第二课时）
二、发酵工程的应用
产物专一。
生产条件温和。
原料来源丰富且价格低廉。
废弃物对环境污染小且容易处理。
发酵工程的特点
食品工业
医药工业
农牧业
其他方面
二、发酵工程的应用
第1：生产传统的发酵产品
大豆（主要原料）
黑曲酶
（蛋白酶）
小分子肽和氨基酸
淋洗、调制
酱油
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
发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高。
1. 在食品工业的应用
二、发酵工程的应用
啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制作成的，其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。
主发酵
后发酵
酵母菌
发酵
大部分
糖的分解
代谢物的生成
低温、密闭的环境下储存一段时间
形成澄清、成熟的啤酒
思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
二、发酵工程的应用
工业化生产流程如下图：
大麦
水
糖化罐
发芽
1
大麦种子发芽，释放淀粉酶。
焙烤
2
加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活。
碾磨
3
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
糖化
4
淀粉水解，形成糖浆。
思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
二、发酵工程的应用
工业化生产流程如下图：
蒸煮
5
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
发酵
6
酵母菌将糖转化为酒精和CO2。
消毒
7
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
终止
8
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
冷却
过滤
装瓶
装罐
储存罐
思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
①使啤酒具有清爽的芳香气味、苦味。
②形成啤酒优良的泡沫。
③有利于麦芽汁的澄清。
④平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲。
二、发酵工程的应用
思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
二、发酵工程的应用
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
接种
过滤
1. 与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，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，都有助于提高啤酒的产量和品质。
思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
主发酵
后发酵
（低温、密闭的环境下储存）
①酵母菌发酵
②大部分糖的分解
③代谢物的生成
二、发酵工程的应用
思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
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，我国如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
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味的需求，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。
二、发酵工程的应用
第2：生产各种各样的食品添加剂
许多食品添加剂都能通过发酵工程生产。
柠檬酸
饮料成分表
谷氨酸
1. 在食品工业的应用
淀粉
黑曲酶
（淀粉酶）
葡萄糖
柠檬酸合成酶
柠檬酸
柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂；它通过黑曲霉的发酵制得。
谷氨酸棒状杆菌
发酵
谷氨酸
一系列处理
味精
氧气
二、发酵工程的应用
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
第2：生产各种各样的食品添加剂
食品添加剂不仅可以增加食品的营养，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。
添加了柠檬酸的饮料
1. 在食品工业的应用
二、发酵工程的应用
1. 在食品工业的应用
第3：生产酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。
酶制剂
酶制剂的作用
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。
这些酶制剂除少数由动植物产生外，绝大多数也是通过发酵工程产生的。
二、发酵工程的应用
2. 在医药工业上的应用
青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
发酵工程生产的药物
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
二、发酵工程的应用
2. 在医药工业上的应用
第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（工程菌）。
生长激素释放抑制激素
能够抑制生长激素的不适宜分泌，可用于治疗肢端肥大症。
如何获取
羊脑中
50万个羊脑才能提取5mg。
基因改造的微生物
发酵
7.5L培养液中就能得到5mg
肢端肥大症
二、发酵工程的应用
2. 在医药工业上的应用
第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。
第3：利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物
细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。。
一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。
乙肝疫苗
青霉素
利用诱变育种筛选出的高产青霉菌发酵生产青霉素，用于治疗脑膜炎、骨髓炎、肺炎等。
二、发酵工程的应用
2. 在医药工业上的应用
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
转入
微生物
直接改造微生物
病原体的抗原基因
转入
微生物
发酵工程
药物
药物
疫苗
二、发酵工程的应用
3. 在农牧业上的应用
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料
从自然界选育出优良菌株，再通过发酵工程大规模发酵生产制成的活菌或其代谢物产品等正应用于现代农牧业的很多方面。
二、发酵工程的应用
第1：生产微生物肥料。
有根瘤菌肥、固氮菌肥等
微生物肥料的种类
微生物肥料的作用
微生物
代谢
有机酸、生物活性物质
增进土壤肥力
改良土壤结构
促进植株生长
微生物
抑制土壤中病原微生物的生长，减少病害发生。
3. 在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
3. 在农牧业上的应用
第2：生产微生物农药
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的，是生物防治的重要手段。
苏云金杆菌
Bt毒蛋白
防治80多种农林虫害；
白僵菌
防治玉米螟、松毛虫等虫害
一种放线菌
井冈霉素
防治防治水稻枯纹病；
二、发酵工程的应用
3. 在农牧业上的应用
常见种类
单细胞蛋白
应用
食品添加剂
微生物饲料
能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高
单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。
第3：生产微生物饲料
常见种类
乳酸菌
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。
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。
二、发酵工程的应用
4. 在其他方面的应用
第1：解决资源短缺与环境污染问题
第2：将极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）应用于生产实践
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。
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。像这样的发酵原料的改变推动发酵工业迅速发展，对解决资源短缺与环境污染问体具有重要意义。
二、发酵工程的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。截止2015年，我国生物发酵生产年总值近2900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。
二、发酵工程的应用
发酵工程及其应用
发酵工程的基本环节
发酵工程的应用
选育菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐发酵
分离、提纯产物
食品工业上的应用
药品工业上的应用
农牧业上的应用
其他方面的应用
课堂小结
【概念检测】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。（ ）
练习与应用
教材P28
√
√
二、发酵工程的应用
×
×
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素的产生。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生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？
【拓展应用】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。
练习与应用
教材P28
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。
二、发酵工程的应用
(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。
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。
【拓展应用】2. 通过微生物发酵，可以将粮食（如玉米、小麦等）及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均由不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这一风险。
练习与应用
教材P28
存在风险。
在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食（如陈化的稻谷等）或者非粮食生物材料（如秸秆等）。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
二、发酵工程的应用
二、发酵工程的应用
复习与提高
教材P28
污水池中污泥样品
初选
候选菌
接种
选择
接种
接种
接种
固体培养基
振荡培养若干天后，
测定各瓶中化合物A的含量
重复多次，直至获得目的菌
1. 某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效讲解化合物A的细菌（目的菌）。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
(1) 在培养基中加入化合物A的目的是_________
___________________________，这种培养基属于_______培养基。
可降解化合物A的微生物
选择
(2) 培养若干天后，应选择培养培养瓶中化合物A含量___________的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量_______。
显著降低
扩增
筛选出
二、发酵工程的应用
复习与提高
教材P28
污水池中污泥样品
初选
候选菌
接种
选择
接种
接种
接种
固体培养基
振荡培养若干天后，
测定各瓶中化合物A的含量
重复多次，直至获得目的菌
(3) 若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用__________________方法进行计数，请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
(4) 将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决？
S形增长
细菌计数板计数
目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。
(5) 有人提出，可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌，请分析这种方法是否可行？
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。

展开更多......

收起↑