1.3 发酵工程及其应用-【生物一起课件】高中生物选择性必修3同步PPT课件（人教版2019）

第一章 发酵工程 第3节 Bio-fermentation engineering and its application 授课老师：XX 发酵工程及其应用 人教版选择性必修3 科学思维 科学探究 社会责任 基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。 根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。 认可发酵工程在生产上重要的应用价值。 学习目标 PART 01 发酵工程的基本环节 THE BASIC LINK OF FERMENTATION ENGINEERING 在工业上，青霉素是怎样生产的？ 青霉素 PENICILLIN 青霉素 160万单位青霉素注射剂 C13H20N2O2 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。 发酵工程的基本流程 选育高产菌种 配置培养基 扩大培养 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 发酵工程的基本流程 发酵工程的基本流程 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 02 观察孔 03 取样管 04 温度传感器和控制装置 发酵罐示意图 05 冷却水进入口 06 阀门 电动机 07 排气管 08 pH计 09 冷却水排出口 10 冷却夹层 11 发酵液 12 搅拌叶轮 13 生物传感器装置 14 空气入口 15 放料管 16 培养物或营养物质的加入口 01 发酵工程 发酵工程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。 微生物的特定功能 现代工程技术 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐成功设计 温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等 严格控制环境条件 大规模生产发酵产品 发酵工程的基本流程 发酵工程的基本流程 Step 1 菌种的选育 若生产的是微生物直接合成的产物 若生产的是微生物不能合成的产物 如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 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目的。 性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。 发酵工程的基本流程 Step 1 菌种的选育 对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 有极强的消化能力。 有极强的繁殖能力。 菌种特点 生产柠檬酸 生产啤酒 生产谷氨酸 产酸量高的黑曲霉 基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期 味精的主要成分 谷氨酸棒状杆菌 ② C:N的比值也会影响谷氨酸发酵过程： C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少； C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。 ① 谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上。 发酵工程的基本流程 Step 1 菌种的选育 菌种选育常用方法的比较 育种类型 诱变育种 基因工程 原理 方法 优缺点 基因突变 物理、化学、生物因素诱变 能大幅度改良某些性状，操作简便，但具有很大的盲目性 DNA重组 将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌 能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高 发酵工程的基本流程 Step 2 扩大培养 工业发酵罐体积大(几十到几百立方米)，接种菌种总体积大(几立方米到几十立方米)，所以发酵前需对菌种多次扩大培养。 增加菌种数量，缩短生产周期 目的 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养 方法 发酵工程的基本流程 Step 3 培养基的配置 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。 要求 ① 根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。 ② 培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成。 ③ 应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 发酵工程一般使用液体培养基 类型 发酵工程的基本流程 Step 4 灭菌 发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌。 严格灭菌的原因 因为杂菌将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。 ① 在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。 ② 在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，分解青霉素。 发酵工程的基本流程 Step 5 接种 将扩大培养