高中生物《微生物發(fā)酵及其應(yīng)用 》課件一（20張PPT）（人教版選修2）

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歡迎進入生物課堂 發(fā)酵工程及其應(yīng)用 發(fā)酵工程史話 四千年前 利用微生物釀酒 1857年 巴斯德證明活酵母能酒精發(fā)酵 19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代 利用微生物生產(chǎn)的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn) 傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè) 20世紀(jì)40年代弗洛里 錢恩研究出了大規(guī)模生產(chǎn)青霉素方法 后來出現(xiàn)了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè) 發(fā)酵生產(chǎn)過程探秘 發(fā)酵 是利用微生物 在適宜的條件下 將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程 如 谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)味精 黃色短桿菌生產(chǎn)賴氨酸 發(fā)酵過程中的微生物 大多數(shù)為好氧微生物 少數(shù)為厭氧微生物 選育菌種 配制培養(yǎng)基 滅菌 發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵 接種 分離提純 產(chǎn)品 擴大培養(yǎng) 發(fā)酵生產(chǎn)過程 內(nèi)容 1 菌種的選育2 培養(yǎng)基的配制3 滅菌4 擴大培養(yǎng)和接種5 發(fā)酵過程6 產(chǎn)品的分離和提純 發(fā)酵工程生產(chǎn)過程 一 菌種的選育 怎樣才能得到優(yōu)良的菌種 1 若生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物 如青霉素 谷氨酸等 則可從自然界中先分離出相應(yīng)菌種 再用物理或化學(xué)的方法誘變育種 從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種 2 若生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品 則可用基因工程 細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造 以構(gòu)建工程細胞或工程菌 從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的 二 培養(yǎng)基的配制 在配置培養(yǎng)基時應(yīng)該注意些什么 1 根據(jù)不同的菌種 應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基 其配方要經(jīng)反復(fù)試驗才能確定 2 培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào) pH要適宜 3 培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本 以得到更高的經(jīng)濟效益 如采用天然成分的液態(tài)培養(yǎng)基 用野生的植物淀粉 甘蔗渣 秸稈水解物 以及乙醇 醋酸等石化產(chǎn)品都能代替糧食來配置培養(yǎng)基 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種 整個發(fā)酵過程不能混入雜菌 為什么 因為雜菌將與菌種形成競爭關(guān)系 對發(fā)酵過程造成不良影響 三 滅菌 例如 1 在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌 則放線菌分泌的抗生素會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡 2 在青霉素生產(chǎn)過程中混入雜菌 這些雜菌會分泌青霉素酶 分解青霉素 如何防止雜菌的污染 在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴格的滅菌處理 怎樣才算滅菌徹底 用高溫 高壓的方式 殺死所有雜菌的胞體 芽孢和孢子 三 滅菌 四 擴大培養(yǎng)和接種 工業(yè)發(fā)酵要想在較短時間內(nèi)得到大量的發(fā)酵產(chǎn)物 則需要大量的菌體 如何得到大量菌體來縮短生產(chǎn)周期 需要經(jīng)過多次擴大培養(yǎng) 怎樣對菌種進行擴大培養(yǎng) 將培養(yǎng)到對數(shù)期的菌體分開 再進行培養(yǎng) 包括原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng) 發(fā)酵產(chǎn)物主要是什么時期的菌體產(chǎn)生的 穩(wěn)定期 此時新增細胞數(shù)和死亡細胞數(shù)達到動態(tài)平衡 大量積累代謝產(chǎn)物 特別是次級代謝產(chǎn)物 細菌數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)的原因是什么 1 營養(yǎng)物質(zhì)的消耗2 有害代謝產(chǎn)物的積累3 pH變化 五 發(fā)酵過程 中心階段 五 發(fā)酵過程 中心階段 發(fā)酵過程的監(jiān)控 1 要在發(fā)酵過程中隨時取樣檢測培養(yǎng)液中細菌數(shù)目 產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進程 2 及時添加必需的培養(yǎng)基成分來延長菌體生長穩(wěn)定期的時間 以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物3 要嚴格控制溫度 pH 溶氧 通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件 發(fā)酵過程的影響因素 微生物分解有機物釋放的能量 一部分用于合成ATP 另一部分散發(fā)到培養(yǎng)基中時 會引起發(fā)酵溫度升高 機械攪拌也會產(chǎn)生一部分熱量引起溫度升高 此外 發(fā)酵罐壁散熱 水分蒸發(fā)會帶走部分熱量 使發(fā)酵溫度降低 用冷卻水進行溫度的調(diào)節(jié) 1 溫度 2 PH值PH發(fā)生變化的主要原因是培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累 如當(dāng)谷氨酸棒狀桿菌利用糖類物質(zhì)不斷生成谷氨酸時 培養(yǎng)液的pH就會下降 而堿性物質(zhì)的消耗和氨的生成等則會導(dǎo)致培養(yǎng)液的pH上升 調(diào)節(jié)和控制培養(yǎng)液pH的方法 在培養(yǎng)基中添加緩沖液 在發(fā)酵過程中加酸或堿 發(fā)酵過程的影響因素 發(fā)酵過程的影響因素 3 溶解氧 好氧型微生物 溶解氧要充足 厭氧型微生物 嚴格的無氧環(huán)境由發(fā)酵罐的通氣口來控制 發(fā)酵產(chǎn)物不同分離提純的方法也不同 代謝產(chǎn)物菌體本身 蒸餾 萃取 離子交換等方法 過濾 沉淀 六 分離和提純 發(fā)酵工程的主要內(nèi)容 從自然界分離的菌種 誘變育種 基因工程 細胞工程 生產(chǎn)用菌種 擴大培養(yǎng) 發(fā)酵罐發(fā)酵條件控制 原料 培養(yǎng)基配制 微生物菌體 代謝產(chǎn)物 產(chǎn)品 發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用 在醫(yī)藥方面 1 發(fā)酵工程能生產(chǎn)人們所需的藥品 例如 通過青霉發(fā)酵能生產(chǎn)青霉素 例如 將合成的人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細胞內(nèi)構(gòu)建成 工程菌 再通過培養(yǎng) 工程菌 即可獲得人的胰島素 2 通過發(fā)酵工程能生產(chǎn)基因藥品 發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用 在食品工業(yè)方面 1 生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品 例如 啤酒 果酒 食醋等 酸味劑 檸檬酸 乳酸等 鮮味劑 谷氨酸 肌苷酸等 甜味劑 高果糖漿 甜菜糖等 色素 胡蘿卜素 紅曲素等 2 生產(chǎn)各種食品添加劑 發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用 在食品工業(yè)方面 3 發(fā)酵工程能為解決人類糧食短缺問題開辟新途徑 例如 通過發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體 單細胞蛋白 20世紀(jì)80年代中期全世界的單細胞蛋白年產(chǎn)量已達2 0 107t 廣泛用于食品加工和飼料中 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全