1.3 发酵工程及其应用（备课件）-【上好课】2021-2022学年高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

第一章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 学习目标 说出发酵工程的概念（生命观念） 01 02 阐明发酵工程的流程（生命观念、科学思维） 举例说明发酵工程的应用（科学思维） 03 04 关注发酵工程在食品、医药、农牧业的应用，倡导健康、安全的生产和生活 （社会责任） 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，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，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 工业上，青霉素的产生按照发酵工程的基本环节进行： 首先进行青霉素生产菌高产菌种的选育； 然后将高产菌种进行扩大培养增加菌种数量，同时配制适合青霉素生产菌生长的培养基进行灭菌； 在无菌条件下将大量优良高产菌种接种到培养液中，控制温度、pH、溶解氧等发酵条件进行发酵； 发酵结束后进行青霉素的分离、提纯，就可以得到大量青霉素。 选育高产菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 新课讲授 1 一、发酵工程的基本环节 发酵工程是指采用 ，利用 的某些功能，为人类生产 ，或直接把微生物应用于 过程的一种新技术。发酵工程一般包括： ， ， 、 、 ， ，产品的 等方面。 现代工程技术手段 微生物 有用的产品 工业生产 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 接种 发酵 分离、提纯 选育菌种 （1）常用菌种：主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。 （2）菌种特点：①对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。②有极强的消化能力。③有极强的繁殖能力。 （3）菌种的来源：①从自然界中筛选出优良菌种。②利用诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。③利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，构建出能生产相应产品的菌种。 扩大培养 工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，在进行接种前，要对菌种进行扩大培养。 （1）目的：增加菌种的数量，缩短生产周期。 （2）方法：将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 配制培养基 （1）类型：发酵工程一般使用液体培养基。 （2）要求： ①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。 ②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成。 ③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 灭菌和接种 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备必须经过严格的灭菌，接种过程中要注意防止杂菌污染。 发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 计算机控制系统 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 及时添加必需的营养组分 使发酵过程处于最佳状态 监测 控制 检测 微生物的生长繁殖和代谢物的形成 影响 发酵条件 注意说明 通过发酵罐对发酵条件进行控制 （1）温度：通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整。 （2）溶解氧：通过通气量和搅拌速度加以调节。 （3）pH：通过加料装置添加酸或碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液。 分离、提纯产物，获得发酵产品 发酵产品 分离、提纯方法 微生物细胞 通过过滤、沉淀等方法将菌体分离、干燥 代谢物 蒸馏、萃取、离子交换等方法 接种 选育菌种 制备培养基 扩大培养 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 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。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期 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 发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响