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 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？ 选择性必修3/第1章/发酵工程/ 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，在“二战”期间，青霉素挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。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? 通过发酵工程生产的。 什么是发酵工程？ 一.发酵工程的基本环节 随着人们对发酵原理的认识，微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，人们能够在严格控制的环境条件下，大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。 发酵工程的概念： 指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 发酵工程的基本环节: 选育菌种 扩大培养 培养基的配制、灭菌 接种 发酵罐内发酵 产品的分离、纯化 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，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。 一.发酵工程的基本环节 选育菌种 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。 扩大培养 工业发酵罐体积大，接入的菌种多，所以在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养(液体培养基)。 配制培养基 灭菌 接种 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。 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 这是发酵工程的中心环节。要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，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。 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。 产品是微生物细胞本身，可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，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。 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器及控制装置 冷却水进入口 阀门 空气入口 放料管 生物传感器装置 搅拌叶轮 发酵液 冷却夹层 冷却水排出口 pH计 排气管 电动机 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。 发酵罐示意图 一.发酵工程的基本环节 发酵工程基本环节分析 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在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ②生产所需代谢物的产量高； ③发酵条件容易控制； ④菌种不易变异、退化等。 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 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。 3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。 4.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生和排放，实现清洁生产,应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 一.发酵工程的基本环节 发酵工程基本环节分析 二.发酵工程的应用 ①生产条件温和； ②原料来源丰富且价格低廉； ③产物专一； ④废弃物对环境的污染小和容易处理。 因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发