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 本节聚焦 什么是发酵工程？ 发酵工程的一般流程是什么？ 发酵工程在生产上有哪些重要的价值？ 第3节 发酵工程及其应用 在工业上，青霉素是怎样生产的？ 从社会中来 P22 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。 发酵工程。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。 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 思考：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？ 任务1：结合教材P22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和发酵罐示意图”，回答P23思考讨论的问题。 发酵工程的基本环节 P22-23 4 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。 生产柠檬酸 生产啤酒 生产味精 黑曲霉 啤酒酵母 谷氨酸 棒状杆菌 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。 接种 选育菌种 配制培养基 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。 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。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 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 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微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 蒸馏、萃取、离子交换等方法 P22 旁栏思考 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？ 菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。 发酵工程的基本环节 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 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 阀门 发酵罐示意图 传统发酵技术的发酵产品品质受气候影响大，且难以在其他地区实现重复生产 高度依赖当地的特种微生物群落,高度依赖发酵所需的自然环境 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 发酵工程的基本环节 要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。 P23 思考讨论：1.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繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多 ②对营养物质的要求低，低成本培养 ③发酵条件容易控制 ④菌种不易变异、退化等 P23 思考讨论：3.发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进？ 发酵工程的基本环节 项目 发酵工程 传统发酵技术 区别 菌种 对发酵条件的控制 产品处理 生产规模和产品 分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行质量检查 不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。 通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种 原材料中天然存在的混合菌种 严格无菌操作，防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态 不是无菌操作，容易受到杂菌污染，对发酵条件不能严格控制，易受外界条件影响 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高 通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味