1.3 发酵工程及其应用-【精准备课】2022-2023学年高二生物同步教学精品课件（人教版2019选择性必修3）

第3节 发酵工程及其应用 学习目标 1. 概述发酵工程及其基本环节。 2. 举例说明发酵工程在食品、医药、农牧业等方面的应用。 3.尝试对发酵工程的实际应用进行实地调查。 情境导入 问题：在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 即利用微生物的特定的功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 利用微生物，在适宜条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。 发酵： 谷氨酸棒状杆菌生产味精 黄色短杆菌生产赖氨酸 又如： 发酵工程： 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？ 一、发酵工程的基本环节 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 自主阅读教材P22-23页，写出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 怎样才能得到优良菌种？ （2）菌种来源 关键点 实例 若生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 若生产的是微生物不能合成的产品，可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。 从自然界中筛选 诱变育种 基因工程育种 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 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.生产需要(在低成本的培养基上能迅速生长繁殖、代谢产物的产量高等) 2.菌种不易变异、退化等 3.发酵条件易控制 4.考虑气候条件、发酵装置等 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？ 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。 提示：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，因此菌种选育环节很大程度上决定了生产发酵产品的成败。 2.扩大培养 （1）目的： 获得___________ 更多的菌种 在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 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。工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，需要大量的菌体。如何得到大量菌体缩短生产周期？ （2）怎样对菌种进行扩大培养？ 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 （3）扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？ 液体培养基。可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。 3.配制培养基： ①在菌种确定之后，结合菌种代谢特点，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。 （即不断优化培养基） 选择原料 反复试验 4.灭菌： 原因： 发酵工程种所用的菌种大多是________，一旦有杂菌污染，可能导致_____________。为什么？ 单一菌种 产量大大降低 _____________ ___都必须经过严格的灭菌； 培养基和发酵设备 灭菌目的： 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量 杂菌和菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响 例如： 1.在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，放线菌会分泌抗生素使大量谷氨世事难料棒状杆菌死亡。 2.在青霉素生产过程中混入杂菌，杂菌分泌青霉素酶，分解青霉素。 如何防止杂菌污染？ 如何彻底灭菌？ 用高温高压方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。 5.接种： 将__________的菌种投放到___ ___中。 发酵罐 扩大培养后 发酵罐 电动机D1 排气管C3 pH计B3 冷却水排出口C2 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮D2 生物传感器装置B4 空气入口A4 放料管A2 A3 阀门 A1培养物或营养物质的加入口 B1观察孔 B2取样管 B5温度传感器和控制装置 C1冷却水进入口 装置编号 主要用途 A1-A3 A4 B1-B5 C1、C2 C3 D1、D2 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 控制溶解氧 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。 通