《第三節(jié) 發(fā)酵工程為人類提供多樣的生物產(chǎn)品》課件-高中生物-選擇性必修3 生物技術(shù)與工程-浙科版

主講人：發(fā)酵工程與生物產(chǎn)品目錄01.發(fā)酵工程概述02.發(fā)酵過程原理03.發(fā)酵產(chǎn)品種類04.發(fā)酵技術(shù)的創(chuàng)新05.發(fā)酵工程的挑戰(zhàn)與機(jī)遇06.發(fā)酵工程教育意義發(fā)酵工程概述01發(fā)酵工程定義發(fā)酵工程是一種工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，通過控制微生物的生長環(huán)境，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生物產(chǎn)品的生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)酵工程是利用微生物或細(xì)胞進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)各種生物產(chǎn)品如抗生素、酶等。生物轉(zhuǎn)化過程發(fā)酵工程歷史古代發(fā)酵技術(shù)的起源發(fā)酵技術(shù)起源于古代，如中國的酒曲釀酒和歐洲的啤酒釀造，是發(fā)酵工程的雛形?；蚬こ膛c發(fā)酵技術(shù)20世紀(jì)后半葉，基因工程技術(shù)的興起使發(fā)酵工程進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，提高了生物產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。工業(yè)革命與發(fā)酵工程18世紀(jì)工業(yè)革命后，發(fā)酵過程開始被系統(tǒng)化研究，為現(xiàn)代發(fā)酵工程奠定了基礎(chǔ)?？股氐陌l(fā)現(xiàn)與發(fā)酵20世紀(jì)初，青霉素的發(fā)現(xiàn)推動了發(fā)酵工程的發(fā)展，抗生素生產(chǎn)成為發(fā)酵工程的重要分支。發(fā)酵工程應(yīng)用領(lǐng)域食品工業(yè)能源生產(chǎn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域制藥行業(yè)發(fā)酵技術(shù)在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用，如酸奶、醬油、醋等產(chǎn)品的生產(chǎn)。利用發(fā)酵工程生產(chǎn)抗生素、維生素、酶制劑等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。發(fā)酵過程用于生產(chǎn)生物肥料和生物農(nóng)藥，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。發(fā)酵技術(shù)用于生產(chǎn)生物燃料，如乙醇和生物柴油，是可再生能源的重要來源。發(fā)酵過程原理02微生物發(fā)酵機(jī)制微生物通過酶促反應(yīng)將糖類等有機(jī)物質(zhì)分解，產(chǎn)生能量和代謝產(chǎn)物，是發(fā)酵的基礎(chǔ)。酶促反應(yīng)過程在發(fā)酵過程中，代謝產(chǎn)物如酒精、乳酸等在細(xì)胞內(nèi)外積累，影響發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)酵產(chǎn)物的積累微生物通過調(diào)節(jié)代謝途徑中的關(guān)鍵酶活性，控制發(fā)酵過程中的物質(zhì)流向和產(chǎn)物生成。代謝途徑調(diào)控010203發(fā)酵過程控制在發(fā)酵過程中，精確控制溫度是關(guān)鍵，如啤酒發(fā)酵需保持在10-15°C以保證酵母活性。發(fā)酵液的pH值對微生物生長至關(guān)重要，例如乳酸菌發(fā)酵過程中需維持酸性環(huán)境。適時補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)，如氮源、碳源，可優(yōu)化微生物生長和代謝產(chǎn)物的生成。發(fā)酵時間的長短直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，如抗生素發(fā)酵周期的精確控制。溫度控制pH值調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)供給發(fā)酵時間管理對于需氧發(fā)酵，溶解氧的監(jiān)控和調(diào)節(jié)是保證發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。溶解氧監(jiān)控發(fā)酵產(chǎn)物分離純化使用半透膜對發(fā)酵液進(jìn)行過濾，根據(jù)分子大小差異實(shí)現(xiàn)分離，常用于蛋白質(zhì)等大分子的純化。膜分離技術(shù)通過不同介質(zhì)的吸附和解析特性，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物中目標(biāo)分子的分離和純化。層析分離技術(shù)利用離心力將發(fā)酵液中的固體和液體分離，常用于初步去除菌體和大顆粒雜質(zhì)。離心分離技術(shù)發(fā)酵產(chǎn)品種類03食品發(fā)酵產(chǎn)品酸奶是通過乳酸菌發(fā)酵牛奶制成的，富含益生菌，有助于改善腸道健康。酸奶01泡菜是利用乳酸菌發(fā)酵蔬菜制成的，如韓國泡菜，具有獨(dú)特的酸味和豐富的營養(yǎng)價(jià)值。泡菜02醬油是通過大豆和小麥的混合發(fā)酵制成的調(diào)味品，廣泛用于亞洲菜肴中增加風(fēng)味。醬油03醫(yī)藥發(fā)酵產(chǎn)品發(fā)酵工程生產(chǎn)的抗生素如青霉素，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要成就，挽救了無數(shù)生命?？股赝ㄟ^發(fā)酵過程生產(chǎn)的維生素C，廣泛用于醫(yī)藥和食品工業(yè)，增強(qiáng)人體免疫力。維生素C氨基酸如谷氨酸、賴氨酸等通過發(fā)酵工藝生產(chǎn)，用于治療特定疾病和營養(yǎng)補(bǔ)充。氨基酸類藥物工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品工業(yè)發(fā)酵技術(shù)用于生產(chǎn)青霉素等抗生素，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要組成部分?？股?1發(fā)酵過程可以生產(chǎn)各種氨基酸，如谷氨酸和賴氨酸，廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥行業(yè)。氨基酸02發(fā)酵工程生產(chǎn)有機(jī)酸，如檸檬酸和乳酸，用于食品添加劑和工業(yè)原料。有機(jī)酸03通過發(fā)酵過程生產(chǎn)的酶制劑，如淀粉酶和蛋白酶，被廣泛應(yīng)用于洗滌劑和制藥行業(yè)。酶制劑04發(fā)酵技術(shù)的創(chuàng)新04高效菌種選育通過模擬自然選擇過程，定向進(jìn)化技術(shù)可以篩選出具有特定代謝特性的高效菌株。定向進(jìn)化技術(shù)CRISPR-Cas9等基因編輯工具的應(yīng)用，使得科學(xué)家能夠精確修改菌種基因，提高發(fā)酵效率。基因編輯工具通過代謝工程改造菌種的代謝途徑，增強(qiáng)其生產(chǎn)目標(biāo)生物產(chǎn)品的效率和產(chǎn)量。代謝工程發(fā)酵工藝優(yōu)化提高發(fā)酵效率通過基因工程改造菌株，優(yōu)化發(fā)酵過程，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量。降低生產(chǎn)成本采用連續(xù)發(fā)酵技術(shù)，減少原料和能源消耗，降低整體生產(chǎn)成本。增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量通過控制發(fā)酵條件，如溫度、pH值和氧氣供應(yīng)，確保生物產(chǎn)品的高質(zhì)量和一致性。生物反應(yīng)器發(fā)展自動化控制技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)的溫度、pH和溶氧控制，提高了發(fā)酵效率。生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)創(chuàng)新現(xiàn)代生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)注重模擬自然環(huán)境，如模擬細(xì)胞微環(huán)境，以提高特定生物產(chǎn)品的產(chǎn)量。連續(xù)發(fā)酵技術(shù)連續(xù)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用減少了生產(chǎn)周期，提高了生物反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。發(fā)酵工程的挑戰(zhàn)與機(jī)遇05環(huán)境與可持續(xù)性發(fā)酵工程需開發(fā)新技術(shù)減少CO2和其他溫室氣體排放，以降低對環(huán)境的影響。減少工業(yè)排放開發(fā)可生物降解的發(fā)酵副產(chǎn)品，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用。生物降解副產(chǎn)品通過優(yōu)化發(fā)酵過程，提高原料轉(zhuǎn)化率，減少資源浪費(fèi)，促進(jìn)生物產(chǎn)品的可持續(xù)生產(chǎn)。提高原料利用率生物安全與倫理發(fā)酵工程需進(jìn)行嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評估，以預(yù)防潛在的生物安全風(fēng)險(xiǎn)，如基因泄露或污染。涉及人類或動物細(xì)胞的發(fā)酵項(xiàng)目需通過倫理審查，確保研究符合倫理道德標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)酵工程中，遵守生物安全法規(guī)至關(guān)重要，如GMP標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品安全無害。生物安全法規(guī)遵循倫理審查與合規(guī)生物技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評估未來發(fā)展趨勢01智能化發(fā)酵過程控制隨著AI技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵過程將實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制，提高生物產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。03可持續(xù)原料的使用未來發(fā)酵工程將更多地利用可再生資源，如農(nóng)業(yè)廢棄物，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)。02合成生物學(xué)的應(yīng)用合成生物學(xué)將推動發(fā)酵工程向設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，創(chuàng)造更多創(chuàng)新產(chǎn)品。04生物安全與法規(guī)發(fā)展隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，相關(guān)法規(guī)和生物安全措施將不斷更新，以應(yīng)對新出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)酵工程教育意義06生物科學(xué)教育通過發(fā)酵工程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解生物科學(xué)的創(chuàng)新過程，激發(fā)科學(xué)探索和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。培養(yǎng)創(chuàng)新思維01實(shí)驗(yàn)室操作和發(fā)酵過程的模擬訓(xùn)練，使學(xué)生掌握生物產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)際操作技能，增強(qiáng)就業(yè)競爭力。強(qiáng)化實(shí)踐技能02發(fā)酵工程涉及化學(xué)、微生物學(xué)、工程學(xué)等多個學(xué)科，有助于學(xué)生形成跨學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)和解決問題的能力。跨學(xué)科知識整合03科技創(chuàng)新與實(shí)踐強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)創(chuàng)新思維通過發(fā)酵工程的實(shí)踐教學(xué)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，為生物技術(shù)領(lǐng)域的研究與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生通過親手操作發(fā)酵過程，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作技能，增強(qiáng)解決實(shí)際問題的能力。促進(jìn)跨學(xué)科合作發(fā)酵工程涉及生物、化學(xué)、工程等多學(xué)科知識，教育中強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科合作，培養(yǎng)復(fù)合型人才?？鐚W(xué)科知識融合發(fā)酵工程教育中，生物化學(xué)知識與工程學(xué)原理相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。生物化學(xué)與工程學(xué)的結(jié)合教育中引入數(shù)學(xué)模型，幫助學(xué)生掌握如何通過模型優(yōu)化發(fā)酵過程，提高生物產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。數(shù)學(xué)模型在發(fā)酵優(yōu)化中的作用通過學(xué)習(xí)微生物學(xué)，學(xué)生能夠理解微生物在發(fā)酵過程中的作用，為生物產(chǎn)品的開發(fā)打下基礎(chǔ)。微生物學(xué)在發(fā)酵過程中的應(yīng)用010203

發(fā)酵工程與生物產(chǎn)品(1)內(nèi)容摘要01內(nèi)容摘要

發(fā)酵工程是一種重要的生物技術(shù)，它將微生物的代謝活動應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)出各種生物產(chǎn)品，如食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)酵工程在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日益重要。發(fā)酵工程的基本原理02發(fā)酵工程的基本原理

微生物在生長過程中，會通過代謝活動產(chǎn)生各種生物大分子，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等。1.微生物的代謝活動

發(fā)酵過程中，溫度、pH值、營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣等條件對微生物的代謝活動具有重要影響。3.發(fā)酵條件

通過發(fā)酵工程，將微生物的代謝活動應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，將原料轉(zhuǎn)化為具有特定功能和用途的生物產(chǎn)品。2.生物轉(zhuǎn)化過程發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域03發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域

1.食品行業(yè)如醬油、醋、酸奶、酒類等。

2.醫(yī)藥行業(yè)如抗生素、疫苗、生物藥物等。3.化工行業(yè)如酶制劑、生物柴油、生物塑料等。發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域如生物降解、生物修復(fù)等。4.環(huán)保行業(yè)

我國發(fā)酵工程的發(fā)展現(xiàn)狀04我國發(fā)酵工程的發(fā)展現(xiàn)狀我國發(fā)酵工程產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年擴(kuò)大，已成為全球最大的發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)基地。3.產(chǎn)業(yè)規(guī)模

我國政府高度重視發(fā)酵工程的發(fā)展，出臺了一系列政策支持發(fā)酵工程的研究與應(yīng)用。1.政策支持

我國在發(fā)酵工程領(lǐng)域取得了一系列重大成果，如基因工程菌的構(gòu)建、發(fā)酵工藝的優(yōu)化等。2.技術(shù)創(chuàng)新

我國發(fā)酵工程的發(fā)展現(xiàn)狀

4.人才培養(yǎng)我國發(fā)酵工程領(lǐng)域培養(yǎng)了大批高素質(zhì)人才，為發(fā)酵工程的發(fā)展提供了有力保障。未來發(fā)展展望05未來發(fā)展展望

1.綠色發(fā)酵2.生物制造3.個性化定制

根據(jù)市場需求，開發(fā)具有特定功能的生物產(chǎn)品。隨著環(huán)保意識的提高，綠色發(fā)酵將成為發(fā)酵工程發(fā)展的主流方向。發(fā)酵工程將與合成生物學(xué)、基因工程等生物技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生物制造。未來發(fā)展展望加強(qiáng)與國際先進(jìn)技術(shù)的交流與合作，提高我國發(fā)酵工程的整體水平。4.國際合作

發(fā)酵工程與生物產(chǎn)品(3)發(fā)酵工程的基本原理01發(fā)酵工程的基本原理

發(fā)酵工程的核心是微生物的代謝過程，在發(fā)酵過程中，微生物通過攝取營養(yǎng)物質(zhì)，利用其內(nèi)部的酶系統(tǒng)將原料轉(zhuǎn)化為所需的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可以是有機(jī)酸、氨基酸、抗生素、生物燃料等。發(fā)酵工程的優(yōu)點(diǎn)在于其生產(chǎn)過程具有高效、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，且不受天氣、季節(jié)等自然因素的影響。發(fā)酵工程的應(yīng)用02發(fā)酵工程的應(yīng)用

1.食品工業(yè)發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，如醬油、醋、啤酒、面包等。通過發(fā)酵工程，可以大幅度提高食品的營養(yǎng)價(jià)值和口感，同時降低生產(chǎn)成本。例如，利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)啤酒，不僅提高了酒的品質(zhì)，還降低了發(fā)酵過程中的能源消耗。2.醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了顯著的成果，許多抗生素、維生素、生物堿等藥物都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的。例如，青霉素是由霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的，現(xiàn)在已能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，為臨床治療提供了極大的便利。3.化工領(lǐng)域發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了顯著的成果，許多抗生素、維生素、生物堿等藥物都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的。例如，青霉素是由霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的，現(xiàn)在已能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，為臨床治療提供了極大的便利。

發(fā)酵工程的發(fā)展前景03發(fā)酵工程的發(fā)展前景

1.高效、節(jié)能2.環(huán)保、安全3.個性化、定制化

根據(jù)消費(fèi)者的需求，開發(fā)出更多具有特定功能的生物產(chǎn)品。通過基因工程、酶工程等手段，提高微生物的代謝效率，降低生產(chǎn)過程中的能耗。優(yōu)化發(fā)酵工藝，減少污染物排放，確保生物產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性。

發(fā)酵工程與生物產(chǎn)品(4)發(fā)酵工程概述01發(fā)酵工程概述

發(fā)酵工程可以在短時間內(nèi)生產(chǎn)出大量產(chǎn)品，提高生產(chǎn)效率。1.高效性

發(fā)酵工程生產(chǎn)成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。3.經(jīng)濟(jì)性

發(fā)酵工程生產(chǎn)過程中，廢物排放較少，對環(huán)境友好。2.環(huán)保性發(fā)酵工程在生物產(chǎn)品中的應(yīng)用02發(fā)酵工程在生物產(chǎn)品中的應(yīng)用發(fā)酵工程在紡織工業(yè)中的應(yīng)用主要包括生物酶處理、生物降解等。生物酶處理可以改善紡織品的手感、色澤和耐磨性；生物降解可以減少紡織品對環(huán)境的污染。3.紡織工業(yè)

發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，如醬油、醋、酸奶、啤酒、葡萄酒等。這些產(chǎn)品不僅美味可口，而且富含營養(yǎng)，對人體健康有益。1.食品工業(yè)

發(fā)酵工程在藥物生產(chǎn)中具有重要作用，如抗生素、疫苗、酶制劑等。這些產(chǎn)品在治療疾病、預(yù)防疾病方面發(fā)揮著重要作用。2.藥物生產(chǎn)

發(fā)酵工程在生物產(chǎn)品中的應(yīng)用發(fā)酵工程在化工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用主要包括生物催化、生物轉(zhuǎn)化等。生物催化可以提高化學(xué)反應(yīng)的效率，降低生產(chǎn)成本；生物轉(zhuǎn)化可以將廢物轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品。4.化工產(chǎn)業(yè)

發(fā)酵工程在能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用主要包括生物制氫、生物燃料等。生物制氫