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(共30张PPT)
第1章 发酵工程
第3节 发酵工程及应用
（第一课时）
学习目标
目标
01
02
03
根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。（科学探究）
基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。（科学思维）
认可发酵工程在生产上重要的应用价值。（社会责任）
微
生
物
的
选
择
培
养和计数
微生物的选择培养
选择培养基
科学实例
筛选原因、思路、启示
选择培养基的原理、概念、类型、举例
选择培养基的作用
微生物选择培养获取纯培养物的方法-稀释涂布平板法
稀释涂布平板法的操作过程
稀释涂布平板法的注意事项
间接计数法 — 稀释涂布平板法
直接计数 —计数板计数法
培养基的制备
实验设计
分析与评价
微生物的数量测定
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
（1）土壤取样
（2）样品的稀释
（3）稀释涂布平板法接种
（4）微生物的培养与观察
温故知新
情景视频一：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，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。
问题1:那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
一代神药——青霉素（视频）
通过发酵工程生产
问题2:什么是发酵工程？
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
一、发酵工程的形成
发酵工程：是指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，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
问题3:发酵工程基本环节是什么？
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？
怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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？
2
3
4
1
合作探究一：请同学们自主阅读教材P22-23，小组合作思考讨论完成问题。
一、发酵工程的形成
选育菌种
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
生产微生物直接合成的产物
生产微生物不能合成的产品
如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品目的。
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
柠檬酸
啤酒
味精
青霉素
黑曲霉
啤酒酵母
黄青霉
谷氨酸棒状杆菌
二、发酵工程的基本环节
我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。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，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。
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？
情景材料一
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
目的
方法
将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
增加菌种数量，缩短生产周期
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。
（1）类型：
发酵工程一般使用液体培养基
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
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。
原因
实例
杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。
在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，分解青霉素。
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
将____________的菌种投放到________中
发酵罐
扩大培养后
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
发酵工程的中心环节
实例：谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
监控要点一
监控要点二
监控要点三
检测培养液中的微生物数量、产物浓度等
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
电动机
排气管
pH计
冷却水排出口
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮
生物传感器装置
空气入口
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
阀门
放料管
编号 主要用途
A区
B区
C区
D区
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程。
取样器也可以通过取样判断发酵状态和程度。
通过控制冷水流速调节罐温
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。
二、发酵工程的基本环节
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
计算机控制系统
监测
控制
温度、pH、溶解氧、灌压、通气量、搅拌、泡沫和营养等
微生物数量、产物浓度
检测
及时添加必需的营养组分
使发酵过程处于最佳状态
微生物的生长繁殖和代谢物的形成
影响
选育菌种
扩大培养
灭菌
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
二、发酵工程的基本环节
菌体本身
代谢产物
根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离、提纯
采用过滤、沉淀等方式进行分离、提纯
二、发酵工程的基本环节
问题4: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？
(1)低成本的培养基上能迅速繁殖
(2)生产所需代谢物的产量高
(3)发酵条件易控制
(4)菌种不易变异，退化等
问题5:怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
要对温度、pH和溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。
二、发酵工程的基本环节
问题6: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？
发酵工程与现代工程技术相结合，或直接用微生物反应器，进行大规模发酵生产。可以主要是连续培养；电脑控制实行高度的自动化；采用基因重组菌生产，可以加压生产等。
传统发酵工艺是主要是分批培养，人工操作，用天然菌种，常温常压进行。
问题7: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。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。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。
原理
所用生物
过程
实质
产物
发酵原理和工程学原理
常规菌种、通过诱变育种或基因工程获得的菌种等
通过微生物的大量繁殖获得所需产品
代谢物或微生物细胞本身
课堂小结
　实战训练　
1.发酵工程的正确操作过程是
①发酵　②培养基的配制　③灭菌　④产品的分离与提纯　
⑤菌种的选育　⑥接种　⑦扩大培养
A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④
C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①
　实战训练　
2.下列关于发酵工程的说法，不正确的是( )。
A.在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量
B.在发酵过程中，要随时检测培养液中的产物浓度
C.在发酵过程中，不需要再添加营养组分
D.在发酵过程中，要严格控制温度、 和溶解氧等
　实战训练　
3．关于发酵工程说法错误的是()
A．依赖微生物纯培养技术的建立
B．发酵设备都是密封的
C．食品、医药工业离不开发酵工程
D．发酵工程与工农业生产也有密切关系
　实战训练　
4.发酵工程的一项关键措施是灭菌,下列关于灭菌的叙述,正确的是(　　)
A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌
B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌
C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的
D.pH调到7左右灭菌效果最好
　实战训练　
5.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是(　　)
A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点
B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身
C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等
D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵
　实战训练　
6．关于发酵工程的菌种说法错误的是()
A．发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来
B．发酵工程可以利用原材料中含有的菌种
C．发酵工程的菌种可以来自基因工程
D．发酵工程的菌种可以来自诱变育种
　实战训练　
7.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是
A.菌种选育是发酵工程的中心环节
B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行
C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵
　条件，否则会影响菌种代谢产物的形成
D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但
　是不影响微生物的代谢途径
　实战训练　
8.下列关于发酵工程特点的描述，错误的是(　　)
A.生产条件温和
B.原料来源丰富且价格低廉
C.产物多样化
D.废弃物对环境污染小且易处理
　实战训练　
9.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是
A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 ℃的恒温
B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间
C.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定
　何时终止发酵
D.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用
　稀释涂布平板法
　实战训练　
10.青霉素是一种常用的抗生素，其工业化生产流程如图所示。下列相关叙述错误的是( )。
A.培育青霉素高产菌株的育种方法是诱变育种
B.过程①②的目的是快速增加菌种的数量
C.过程③中可以用化学药物进行灭菌处理
D.过程④常用的方法是过滤和沉淀

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