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3节 发酵工程及其应用 讲课人：涂梦婷 第一章 发酵工程 发酵工程 概念：人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品。 ①微生物纯培养技术的建立 ②密闭式发酵罐的成功设计 前提 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青霉素，它的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，1瓶规格160万单位的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 问题探讨 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 菌种来源：从自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种 目的：获得性状优良的菌种 实例： 选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸； 使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 思考：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 生产所需代谢物的产量高； ② 在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ③ 发酵条件易控制； ④ 菌种不易变异，退化等。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 目的： 获得更多的菌种。 原因： 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，再进行培养。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 配置的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。 即营养物质满足微生物的需要，营养物质的浓度及配比恰当，物理、化学条件适宜等。 配置培养基要遵循的原则： 配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种，一旦受到杂菌污染，可能导致产量大大降低。 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌 灭菌的原因： 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。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 【发酵工程的中心环节】 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； 发酵过程的监控： 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； 严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 【发酵工程的中心环节】 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。 发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？ 实例： 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。 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 【发酵工程的中心环节】 【谷氨酸发酵】 常用菌种为谷氨酸棒状杆菌 代谢类型：异氧需氧型 生物类型： 原核生物（细菌） C：N的比例会影响谷氨酸的产量 发酵罐 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 放料管 阀门 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧 使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热 发酵罐 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 放料管 阀门 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么？ 不能； 因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。 为了减少或避免污染物的产