3發(fā)酵工程為人類提供多樣的生物產(chǎn)品教學(xué)課件高二下學(xué)期生物浙科版選擇性必修32

發(fā)酵工程為人類提供多樣的生物產(chǎn)品（第一課時(shí)）早餐吃什么？常見的發(fā)酵食品、飲料和調(diào)味品關(guān)鍵問題：一、不同的發(fā)酵食品涉及的微生物一樣嗎？影響產(chǎn)品風(fēng)味的因素有哪些？二、如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品？其應(yīng)用如何？關(guān)鍵問題一、不同的發(fā)酵食品涉及的微生物一樣嗎？影響產(chǎn)品風(fēng)味的因素有哪些？（一）不同的發(fā)酵產(chǎn)品涉及的菌種不同現(xiàn)代工程發(fā)酵產(chǎn)品傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)品問題一：不同的發(fā)酵食品涉及的微生物一樣嗎？影響產(chǎn)品風(fēng)味的因素有哪些？酵母菌：只是對(duì)進(jìn)行出芽生殖或裂殖的真核、單細(xì)胞微生物的統(tǒng)稱，已知的酵母菌至少有56個(gè)屬，約500多種。乳酸菌：則是對(duì)能夠發(fā)酵糖類產(chǎn)生乳酸的一類革蘭氏陽性細(xì)菌的統(tǒng)稱，已知的乳酸菌約有430多種。酵母菌與乳酸菌一個(gè)菌種可分為若干個(gè)不同的菌株，一個(gè)菌株中的個(gè)體應(yīng)該是遺傳物質(zhì)幾乎相同的菌種。在傳統(tǒng)發(fā)酵食品的生產(chǎn)中，人們不僅關(guān)注菌種中的微生物在分類學(xué)上所屬種“科”“屬”“種”，而且更加關(guān)注發(fā)酵所用菌株的遺傳譜系。菌種：用于發(fā)酵，研究的微生物(不是分類學(xué)上的基本單位)

可以分為酵母菌、霉菌、細(xì)菌、放線菌四類。菌株：一種微生物的每一個(gè)來源不同的純培養(yǎng)物（P27）（二）

同類的發(fā)酵產(chǎn)品涉及的菌種也不盡相同（三）

發(fā)酵食品的不同風(fēng)味是由多種因素造成的1.不同微生物所形成的代謝產(chǎn)物不同，制成的發(fā)酵食品的風(fēng)味也就不同。例如醬油生產(chǎn)過程：（三）

發(fā)酵食品的不同風(fēng)味是由多種因素造成的2.同種微生物在不同環(huán)境條件下進(jìn)行的代謝活動(dòng)，代謝產(chǎn)物不同。制成的發(fā)酵食品的風(fēng)味也就不同。例如，酵母菌在有氧和無氧條件下產(chǎn)物不同；谷氨酸棒桿菌在氧氣充足和弱堿性的環(huán)境中可以發(fā)酵糧食合成谷氨酸鈉（味精）;在酸性環(huán)境中會(huì)生成乙酰谷氨酰胺;氧氣不足的時(shí)候又會(huì)生成乳酸或者琥珀酸等代謝產(chǎn)物總結(jié)：菌種、原料、水質(zhì)和發(fā)酵條件等均可造成產(chǎn)品的風(fēng)味的不同。酸奶發(fā)酵過程中的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的特定菌株之間就存在互利的關(guān)系，保加利亞乳桿菌代謝產(chǎn)生的小肽和氨基酸可促進(jìn)嗜熱鏈球菌的生長(zhǎng)，而嗜熱鏈球菌代謝產(chǎn)生的甲酸和二氧化碳可刺激保加利亞乳桿菌的生長(zhǎng)。（三）

發(fā)酵食品的不同風(fēng)味是由多種因素造成的3.不同微生物之間的種間互利或競(jìng)爭(zhēng)，影響微生物的代謝，從而影響產(chǎn)品風(fēng)味。混菌發(fā)酵關(guān)鍵問題二、如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品？其應(yīng)用如何？我們的祖先就會(huì)利用微生物將谷物、水果等發(fā)酵成含酒精的飲料。從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程：約9000年前20世紀(jì)70年代以后1857年1897年20世紀(jì)80年代1957年20世紀(jì)40年代巴斯德證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用。微生物的分離和純化技術(shù)得到了應(yīng)用，作坊式手工生產(chǎn)向現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方向發(fā)展。在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)。通過人工誘變特定微生物，獲得具有更高生產(chǎn)能力的突變類型?；蚬こ毯图?xì)胞工程等的發(fā)展，使發(fā)酵工程進(jìn)入定向育種的新階段?？茖W(xué)家開始運(yùn)用數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)工程原理以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究，以更加合理地控制發(fā)酵過程。隨著人們對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)，微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立，以及密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)成功，人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，發(fā)酵工程逐步形成。發(fā)酵工程與食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系。那么，發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么?應(yīng)用發(fā)酵工程能夠生產(chǎn)哪些產(chǎn)品呢?問題：發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵的區(qū)別有：（從菌種、生產(chǎn)過程和產(chǎn)品角度）發(fā)酵工程利用現(xiàn)代工程技術(shù)及微生物的特定功能，工業(yè)化生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品單一純種微生物生產(chǎn)單一產(chǎn)品是現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的主流現(xiàn)代工程發(fā)酵產(chǎn)品傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)品選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的菌種是發(fā)酵工業(yè)的前提條件想一想：要想獲得釀造甘蔗醋的高產(chǎn)菌種，可以有哪些方式？①自然界中篩選（以自然發(fā)酵的甘蔗渣為材料，配制培養(yǎng)基，分離菌種）②誘變育種（用射線照射等方式提高突變概率）③基因工程育種（對(duì)基因進(jìn)行定向改造）（一）

發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種2.擴(kuò)大培養(yǎng)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到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，這樣利于縮短發(fā)酵進(jìn)程。2.擴(kuò)大培養(yǎng)

電動(dòng)機(jī)D1排氣管C3pH計(jì)B3冷卻水排出口C2冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪D2溶解氧檢測(cè)器B4空氣入口A4放料管A2A3閥門A1培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口B1觀察孔B2取樣管B5溫度傳感器和控制裝置C1冷卻水進(jìn)入口裝置編號(hào)主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培養(yǎng)物以一定速度進(jìn)入、流出發(fā)酵罐，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)控制溶解氧通過肉眼觀察、儀器檢測(cè)等監(jiān)控發(fā)酵條件以及發(fā)酵過程，B2處抽取樣品進(jìn)一步檢測(cè)通過控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行攪拌，使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣溶解以及散熱保證發(fā)酵生產(chǎn)高效順利進(jìn)行發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)和控制裝置示意圖3.分離、提純產(chǎn)物如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物菌體本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來（固液分離）。

如果產(chǎn)品是代謝物，可采用真空發(fā)酵、吸附發(fā)酵、萃取發(fā)酵等方法進(jìn)行提取。擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌溫度溶解氧從自然界選育、誘變育種或基因工程獲得。增加“種子”數(shù)量，利于發(fā)酵成功，利于縮短發(fā)酵進(jìn)程。（包括培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備）（還測(cè)量：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、產(chǎn)物濃度）小結(jié)：

微生物工業(yè)發(fā)酵的基本過程沉淀萃取層析結(jié)晶提純加工如單細(xì)胞蛋白等（二）

發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用價(jià)值

發(fā)酵工程具有生產(chǎn)條件溫和、原料豐富且價(jià)格低廉、廢棄物對(duì)環(huán)境影響小且容易處理的特點(diǎn)，因此在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、冶金工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)城得到了廣泛的應(yīng)用，為社會(huì)提供了眾多的微生物發(fā)酵產(chǎn)品。（二）

發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用價(jià)值生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5'-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶實(shí)例：①檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品酸度調(diào)節(jié)劑，可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得。②由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制作味精。1.在食品業(yè)上的應(yīng)用（二）

發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用價(jià)值2.在醫(yī)藥業(yè)上的應(yīng)用（1）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。如利用工程菌發(fā)酵生產(chǎn)胰島素。（2）直接對(duì)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。如通過誘變的青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素。3.酶制劑是發(fā)酵工程對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)的又一貢獻(xiàn)TaqDNA聚合酶是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的熱穩(wěn)定DNA聚合酶，最初由Saiki等從溫泉中分