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生物第四节 发酵工程及其应用图片ppt课件
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这是一份生物第四节 发酵工程及其应用图片ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了发酵工程的一般过程，发酵工程应用广泛等内容，欢迎下载使用。
积极思维：大肠杆菌的繁殖有多快？
大肠杆菌是原核生物，细胞拟核内有一个环状的双链DNA分子；在适宜条件下，大肠杆菌分裂一次仅需要20-30min。以分裂一次需要20min为例：在最佳条件下，一个大肠杆菌8h后，数量有多少个?
发酵工程利用了微生物的特定功能
（1）微生物种类主要包括细菌、 和 等。（2）微生物的特定功能①微生物具有生长 、繁殖 的特定功能。②微生物具有 、 的特定功能。这为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。③微生物具有 、 的特定功能。这为通过育种大幅度地提高菌种的生产性能提供了保障。④微生物还具有 、 的特点。许多微生物分别具有抵抗冷、热、酸、碱、高压、高辐射和适应有氧或无氧等环境的特定功能。⑤微生物种类繁多不仅体现在物种的种类上，还体现在微生物的生理 上。
一、发酵工程的概念采用现代工程技术手段，利用 或 细胞的特定功能，在人工控制的环境条件下生产满足 的特定产品等的工程技术称为发酵工程。
如：谷氨酸棒状杆菌生产味精； 黄色短杆菌生产赖氨酸；发酵过程中的微生物： 大多数为好氧微生物，少数为厌氧微生物
二、主要步骤发酵原料的 、发酵培养基的配制、菌种 和 培养、发酵生产和产物的 等。
获得_______________________
从自然界中筛选、________或____________________。
筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期；
菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败
获得___________
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。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
①在菌种确定之后，要_________制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过________才能确定。
发酵工程种所用的菌种大多是________，一旦有杂菌污染，可能导致_____________。
（2）________________都必须经过严格的灭菌；
将__________的菌种投放到______中
6.发酵罐内发酵（发酵生产）
①发酵过程中，要________培养液中___________、________等，以____________；②要及时添加_______________，要严格控制_____、____和______等发酵条件；
（2）严格控制发酵条件的原因：
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
（3）不同发酵条件的影响实例——谷氨酸发酵
①在_____和______条件下会积累谷氨酸；②在_____条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
（4）现代发酵工程使用的发酵罐的优点
均有_______________，能对发酵过程中的温度（冷却水的热交换）、pH（添加酸或碱）、溶氧量（通气量和搅拌的速度）、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行_____和_____，还可以进行_________，使发酵全过程处于________；
（5）发酵分为厌氧发酵（酒精、啤酒、乳酸等）和需氧发酵（味精、赤霉素的生产）。
①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____；②发酵产品是代谢物时，可______________采取____的_____、_____和_____措施来获得产品；
1.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在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；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。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
①反复试验确定培养基的配方；②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；④及时添加必需的营养组分；⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制
3.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？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
4.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； 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。
三、工业发酵的类型①根据发酵过程的操作方式不同，可将工业发酵分为 发酵和______发酵等。②分批发酵：一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式。
单细胞微生物的生长状况随着发酵罐中各物质浓度的变化表现出一定的规律
a.延滞期：微生物刚接种到一个新的环境之后，需要经历的一个短暂的_____时期，此时微生物一般 。
b.对数期：此时细胞分裂增殖旺盛，活微生物数量增长速率 。此时微生物的代谢活性高、生命力强，在生产上常作为“ ”。c.稳定期：微生物的生长速率维持相对 ，这时如能及时补充_____ 或分离 ，改善培养条件，可延长稳定期。d.衰亡期：随着培养基中营养物质的消耗，代谢产物的积累和pH等环境条件的变化，微生物的生长受到影响，生长速率 ，死亡速率逐步 ，活的微生物数量逐步 。此时微生物代谢活性降低，呈现 现象。
③连续发酵：在一个培养基可流动的装置中，以一定的速率不断地放出___的培养基和代谢产物，同时不断添加 的培养基和调节相关_________，使发酵过程保持相对稳定。a.类型：包括 连续发酵和多罐连续发酵。 b.优点：简化了发酵罐的 、清洗、出料等步骤，缩短了_________，提高了设备的利用率和单位时间产量等。c.应用：在酒精、丙酮和丁醇等产品的生产中得到了成功的应用。
（1）微生物适应性强、易变异的特定功能为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障（ ）（2）酒精、啤酒等为厌氧发酵产品，味精、赤霉素、乳酸等的生产属于需氧发酵（ ）（3）在生产上常选择稳定期的微生物作为“种子”（ ）
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素：能在低成本的 上生长，且大量高效地合成产物；发酵条件如 、___、溶解氧等易控制；遗传性能稳定；抗噬菌体及杂菌污染能力强等。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？
不能。因为发酵过程可能产生一些有害物质，会污染环境。
3.下面是分批发酵中的细菌生长曲线，请据图回答下列问题。
细菌等微生物在刚接种到一个新的环境之后，需要经历一个短暂的适应时期，在此时期内，微生物一般不增殖。
（1）在延滞期细菌浓度几乎没有变化，其原因是什么？
（2）处于对数期的微生物有什么特点？
此时细胞分裂增殖旺盛，代谢活性高、生命力强。
（3）在“稳定期”细菌浓度维持稳定，此时限制细胞数量增加的主要原因是什么？怎样延长稳定期？
此时，限制因素主要是资源、空间有限，种内竞争加剧；可通过及时补充营养物质，分离代谢产物，改善培养条件等来延长稳定期。
（4）在“衰亡期”细菌数量下降的原因是什么？
由于培养基中的营养物质被消耗，代谢产物积累，pH等环境条件的改变，导致其生长速率降低，死亡速率逐步增加，从而使微生物数量逐步减少。
1.发酵工程的基本环节
2.分批发酵过程中经历的时期及特征
1.（2021·山东潍坊期中）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、发酵生产和产物的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是A.发酵分为厌氧发酵和需氧发酵两种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.可以通过调节搅拌的速度来调节温度
2.下列关于分批发酵和连续发酵的叙述错误的是A.分批发酵即一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式B.处于稳定期的微生物不再增殖C.对数期的微生物因代谢活性高、生命力强，故常作为“种子”D.连续发酵具有简化发酵罐多次灭菌、清洗、出料等步骤，缩短发酵周期等优点
（1）发酵工程在医药业中的应用①主要包括生产各种抗生素、 、氨基酸、激素和 。②实例a.精氨酸等可以治疗 等疾病。b.发酵工程可生产甾体激素（ 激素），如氢化可的松（糖皮质激素）；生物制品，包括 、代谢产物及免疫制剂；酶抑制剂，如神经氨酸酶抑制剂（抗病毒药）。c.治疗糖尿病的胰岛素、抗肿瘤的干扰素、乙肝疫苗等药物已经能通过发酵工程进行大规模生产。
（2）发酵工程在食品业中的应用①除了应用于酿造酒、醋、酱油等传统酿造业外，还用于生产调味品或发酵食品等。②还可以用于生产甜味剂和应用于食品加工（如生产各种单细胞蛋白）等。（3）发酵工程在农业中的应用①在农业中的应用包括生产 、生物增产剂、 以及 等。②生物农药主要包括 杀虫剂（如白僵菌杀虫剂）、细菌杀虫剂（如______杆菌Bt杀虫剂）等。
③生物增产剂主要有微生物肥料和微生物饲料，例如，接种 菌可增加土壤氮肥的肥力；而发酵饲料、青贮饲料和 都是很好的微生物饲料。④生物除草剂也有应用，如用专门寄生于菟丝子上的某种真菌制成的防治菟丝子的除草剂。⑤饲料添加剂包括通过发酵工程生产的 、维生素、调味剂等。（4）发酵工程在其他领域的应用①发酵工程的产物淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、 在纺织、皮革制造、造纸等行业中都发挥重要作用。②发酵工程还可以应用于 或沼气发酵等方面。
（1）氨基酸、核苷酸、蛋白质等属于初级代谢产物（ ）（2）单细胞蛋白既可用于食品加工，也可用于微生物饲料（ ）（3）发酵工程在纺织、皮革制造和污水处理等方面都发挥着重要作用（ ）
根据发酵工程在医药业、食品业等方面的应用进行连线。
1.发酵工程生产的部分抗生素
2.发酵工程生产的功能酶
3.发酵工程在食品业中的部分应用
3.发酵工程广泛应用于多个行业，下列有关叙述错误的是A.酵母菌可以作为酿制酱油、生产啤酒的菌种B.接种固氮菌可增加土壤氮肥的肥力C.用纤维废料发酵得到酒精，可减少环境污染、减缓能源短缺问题D.用液体培养基可大规模生产新冠病毒减毒疫苗
4.下列不属于发酵工程的应用的是A.生产抗生素、维生素、药用氨基酸等B.生产啤酒、果酒和食醋等C.化学检测和水质监测D.生产各种各样的食品添加剂
积极思维：大肠杆菌的繁殖有多快？
大肠杆菌是原核生物，细胞拟核内有一个环状的双链DNA分子；在适宜条件下，大肠杆菌分裂一次仅需要20-30min。以分裂一次需要20min为例：在最佳条件下，一个大肠杆菌8h后，数量有多少个?
发酵工程利用了微生物的特定功能
（1）微生物种类主要包括细菌、 和 等。（2）微生物的特定功能①微生物具有生长 、繁殖 的特定功能。②微生物具有 、 的特定功能。这为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。③微生物具有 、 的特定功能。这为通过育种大幅度地提高菌种的生产性能提供了保障。④微生物还具有 、 的特点。许多微生物分别具有抵抗冷、热、酸、碱、高压、高辐射和适应有氧或无氧等环境的特定功能。⑤微生物种类繁多不仅体现在物种的种类上，还体现在微生物的生理 上。
一、发酵工程的概念采用现代工程技术手段，利用 或 细胞的特定功能，在人工控制的环境条件下生产满足 的特定产品等的工程技术称为发酵工程。
如：谷氨酸棒状杆菌生产味精； 黄色短杆菌生产赖氨酸；发酵过程中的微生物： 大多数为好氧微生物，少数为厌氧微生物
二、主要步骤发酵原料的 、发酵培养基的配制、菌种 和 培养、发酵生产和产物的 等。
获得_______________________
从自然界中筛选、________或____________________。
筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期；
菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败
获得___________
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。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
①在菌种确定之后，要_________制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过________才能确定。
发酵工程种所用的菌种大多是________，一旦有杂菌污染，可能导致_____________。
（2）________________都必须经过严格的灭菌；
将__________的菌种投放到______中
6.发酵罐内发酵（发酵生产）
①发酵过程中，要________培养液中___________、________等，以____________；②要及时添加_______________，要严格控制_____、____和______等发酵条件；
（2）严格控制发酵条件的原因：
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
（3）不同发酵条件的影响实例——谷氨酸发酵
①在_____和______条件下会积累谷氨酸；②在_____条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
（4）现代发酵工程使用的发酵罐的优点
均有_______________，能对发酵过程中的温度（冷却水的热交换）、pH（添加酸或碱）、溶氧量（通气量和搅拌的速度）、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行_____和_____，还可以进行_________，使发酵全过程处于________；
（5）发酵分为厌氧发酵（酒精、啤酒、乳酸等）和需氧发酵（味精、赤霉素的生产）。
①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____；②发酵产品是代谢物时，可______________采取____的_____、_____和_____措施来获得产品；
1.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在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；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。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
①反复试验确定培养基的配方；②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；④及时添加必需的营养组分；⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制
3.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？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
4.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； 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。
三、工业发酵的类型①根据发酵过程的操作方式不同，可将工业发酵分为 发酵和______发酵等。②分批发酵：一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式。
单细胞微生物的生长状况随着发酵罐中各物质浓度的变化表现出一定的规律
a.延滞期：微生物刚接种到一个新的环境之后，需要经历的一个短暂的_____时期，此时微生物一般 。
b.对数期：此时细胞分裂增殖旺盛，活微生物数量增长速率 。此时微生物的代谢活性高、生命力强，在生产上常作为“ ”。c.稳定期：微生物的生长速率维持相对 ，这时如能及时补充_____ 或分离 ，改善培养条件，可延长稳定期。d.衰亡期：随着培养基中营养物质的消耗，代谢产物的积累和pH等环境条件的变化，微生物的生长受到影响，生长速率 ，死亡速率逐步 ，活的微生物数量逐步 。此时微生物代谢活性降低，呈现 现象。
③连续发酵：在一个培养基可流动的装置中，以一定的速率不断地放出___的培养基和代谢产物，同时不断添加 的培养基和调节相关_________，使发酵过程保持相对稳定。a.类型：包括 连续发酵和多罐连续发酵。 b.优点：简化了发酵罐的 、清洗、出料等步骤，缩短了_________，提高了设备的利用率和单位时间产量等。c.应用：在酒精、丙酮和丁醇等产品的生产中得到了成功的应用。
（1）微生物适应性强、易变异的特定功能为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障（ ）（2）酒精、啤酒等为厌氧发酵产品，味精、赤霉素、乳酸等的生产属于需氧发酵（ ）（3）在生产上常选择稳定期的微生物作为“种子”（ ）
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素：能在低成本的 上生长，且大量高效地合成产物；发酵条件如 、___、溶解氧等易控制；遗传性能稳定；抗噬菌体及杂菌污染能力强等。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？
不能。因为发酵过程可能产生一些有害物质，会污染环境。
3.下面是分批发酵中的细菌生长曲线，请据图回答下列问题。
细菌等微生物在刚接种到一个新的环境之后，需要经历一个短暂的适应时期，在此时期内，微生物一般不增殖。
（1）在延滞期细菌浓度几乎没有变化，其原因是什么？
（2）处于对数期的微生物有什么特点？
此时细胞分裂增殖旺盛，代谢活性高、生命力强。
（3）在“稳定期”细菌浓度维持稳定，此时限制细胞数量增加的主要原因是什么？怎样延长稳定期？
此时，限制因素主要是资源、空间有限，种内竞争加剧；可通过及时补充营养物质，分离代谢产物，改善培养条件等来延长稳定期。
（4）在“衰亡期”细菌数量下降的原因是什么？
由于培养基中的营养物质被消耗，代谢产物积累，pH等环境条件的改变，导致其生长速率降低，死亡速率逐步增加，从而使微生物数量逐步减少。
1.发酵工程的基本环节
2.分批发酵过程中经历的时期及特征
1.（2021·山东潍坊期中）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、发酵生产和产物的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是A.发酵分为厌氧发酵和需氧发酵两种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.可以通过调节搅拌的速度来调节温度
2.下列关于分批发酵和连续发酵的叙述错误的是A.分批发酵即一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式B.处于稳定期的微生物不再增殖C.对数期的微生物因代谢活性高、生命力强，故常作为“种子”D.连续发酵具有简化发酵罐多次灭菌、清洗、出料等步骤，缩短发酵周期等优点
（1）发酵工程在医药业中的应用①主要包括生产各种抗生素、 、氨基酸、激素和 。②实例a.精氨酸等可以治疗 等疾病。b.发酵工程可生产甾体激素（ 激素），如氢化可的松（糖皮质激素）；生物制品，包括 、代谢产物及免疫制剂；酶抑制剂，如神经氨酸酶抑制剂（抗病毒药）。c.治疗糖尿病的胰岛素、抗肿瘤的干扰素、乙肝疫苗等药物已经能通过发酵工程进行大规模生产。
（2）发酵工程在食品业中的应用①除了应用于酿造酒、醋、酱油等传统酿造业外，还用于生产调味品或发酵食品等。②还可以用于生产甜味剂和应用于食品加工（如生产各种单细胞蛋白）等。（3）发酵工程在农业中的应用①在农业中的应用包括生产 、生物增产剂、 以及 等。②生物农药主要包括 杀虫剂（如白僵菌杀虫剂）、细菌杀虫剂（如______杆菌Bt杀虫剂）等。
③生物增产剂主要有微生物肥料和微生物饲料，例如，接种 菌可增加土壤氮肥的肥力；而发酵饲料、青贮饲料和 都是很好的微生物饲料。④生物除草剂也有应用，如用专门寄生于菟丝子上的某种真菌制成的防治菟丝子的除草剂。⑤饲料添加剂包括通过发酵工程生产的 、维生素、调味剂等。（4）发酵工程在其他领域的应用①发酵工程的产物淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、 在纺织、皮革制造、造纸等行业中都发挥重要作用。②发酵工程还可以应用于 或沼气发酵等方面。
（1）氨基酸、核苷酸、蛋白质等属于初级代谢产物（ ）（2）单细胞蛋白既可用于食品加工，也可用于微生物饲料（ ）（3）发酵工程在纺织、皮革制造和污水处理等方面都发挥着重要作用（ ）
根据发酵工程在医药业、食品业等方面的应用进行连线。
1.发酵工程生产的部分抗生素
2.发酵工程生产的功能酶
3.发酵工程在食品业中的部分应用
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4.下列不属于发酵工程的应用的是A.生产抗生素、维生素、药用氨基酸等B.生产啤酒、果酒和食醋等C.化学检测和水质监测D.生产各种各样的食品添加剂
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