1.3 发酵工程及其应用-【爱上生物课】2022-2023学年高二生物优质精讲课件（人教版2019选择性必修3）

第3节 发酵工程及其应用 第1章 发酵工程 1 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？ 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 发酵工程的形成 微生物纯培养技术的建立 密闭式发酵罐的设计成功 人们对发酵原理的认识 发酵工程形成 那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？ 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 发酵工程的基本环节 一、发酵工程的基本环节 4 一、发酵工程的基本环节 1.选育菌种 （1）目的： 获得_______________________ 性状优良的菌种 （2）菌种来源： 从自然界中筛选、________或____________________。 诱变育种 基因工程育种 （3）实例： 生产柠檬酸 生产啤酒 生产谷氨酸（味精的主要成分） 产酸量高的黑曲霉 基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期 谷氨酸棒状杆菌 ①谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上； ② C:N的比值也会影响谷氨酸发酵过程： C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少； C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。 2023/1/3 菌种选育常用方法的比较 育种类型 原理 方法 优、缺点 诱变育种 基因工程 一、发酵工程的基本环节 1.选育菌种 基因突变 DNA重组 物理、化学、生物因素诱变 将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌 能大幅度改良某些性状，操作简便，但具有很大的盲目性 能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高 某镇特产一种美酒 ，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？ 我国幅员辽阔，地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。 优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败 工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体，因此需要进行扩大培养 ①为什么要扩大培养？ 发酵罐体积一般为几十立方米到几百立方米。 ②扩大培养的培养基类型？ 液体培养基 2.扩大培养 一、发酵工程的基本环节 讨论 2023/1/3 一、发酵工程的基本环节 3.配制培养基： ①根据菌种的代谢特点，选择不同的材料配制培养基 ②配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用 4.灭菌： 目的和原因： 防止杂菌污染，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。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 例如：在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。 2023/1/3 5.接种： 一、发酵工程的基本环节 将扩大培养的菌种投放到发酵罐中。 6.发酵罐内发酵 发酵工程的中心环节 了解发酵进程： 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。 严格控制发酵条件： 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。 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 原 因 2023/1/3 ——谷氨酸发酵 不同发酵条件的影响实例： 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； 中性 弱碱性 酸性 一、发酵工程的基本环节 6.发酵罐内发酵 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、pH、溶氧量、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________； 计算机控制系统 监测 控制 反馈控制 最佳状态 PH变化的主要原因： 培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 2023/1/3 发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等： 发酵条件及相应的调节和控制方法： 一、发酵工程的基本环节 6.发酵罐内发酵 温度升高的原因： ①微生物分解有机物释放的能量，会引起发酵温度升高； ②机械搅拌也会产生