1.3发酵工程及其应用 课件 2022—2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 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？ 新课导入 1、发酵工程的概念： 利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 ①微生物： 自然界中具有优良性状的微生物 诱变育种的微生物 基因重组的微生物 （常规菌） （工程菌） ②产 品： 包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。 ③实 质： 利用微生物进行产品生产。 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①方法： 自然界直接筛选性状优良的常规菌种； 通过诱变育种或基因工程育种获得。 ②实例： 筛选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸（自然界）； 使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒（基因工程） 2、发酵工程的基本环节： 如青霉素高产菌株的获取（诱变育种）。 一、发酵工程的基本环节 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，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ②扩大培养的原因： 工业发酵罐的体积一般较大。 因此，需要接入的菌种数目比较多。 ③怎样扩大培养？ 将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。 ①扩大培养的目的： 获得更多的菌种 2、发酵工程的基本环节： 液体培养基 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。 ②配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 2、发酵工程的基本环节： 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。 ②灭菌的原因分析： 杂菌与菌种之间形成的种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。 ④实例： 在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。 ③灭菌的目的： 防止杂菌污染而影响产品的质量和品质。 2、发酵工程的基本环节： 一、发酵工程的基本环节 2、发酵工程的基本环节： 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①将扩大培养的菌种投放到发酵罐内 一、发酵工程的基本环节 2、发酵工程的基本环节： 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵工程的中心环节 ①发酵过程的监控： a、要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程； b、及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物； c、严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与搅拌等发酵条件，已获得所需的发酵产物。 发酵罐内发酵 一、发酵工程的基本环节 2、发酵工程的基本环节： 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵工程的中心环节 ②发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？（原因） a.环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。 例如：谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 b.严格控制发酵条件，有利于发酵过程处于最佳状态。 一、发酵工程的基本环节 发酵罐示意图： 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧含量 不断搅拌的目的： ①使菌种与发酵液混合均匀，提高原料利用率； ②加快O2的溶解以及散热。 一、发酵工程的基本环节 2、发酵工程的基本环节： 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 过滤、沉