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

2023-05-24 第1章 发酵工程 选择性必修3 生物技术与工程 新课导入 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？ 青霉素 ◆发酵工程是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。 选育高产菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵 (发酵罐内) 分离、提纯产物 获得产品 ◆发酵工程的基本环节： 发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。 即以培养微生物为基本过程，利用微生物工业化生产出产品的产业，称发酵工程，即微生物工程。 2 新课讲解 一、发酵工程的基本环节 发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。 1.选育菌种： 获得优良菌种的途径： ①从自然界分离(筛选)菌种； ②人工培育菌种：采用人工诱变、基因工程等手段。 2.扩大培养： 扩大培养：是将培养到对数期的菌体分开，分别进行培养，以促进菌体数量快速增加，在短时间里得到大量的菌体。多次这样处理后，菌体数量就会是很多了。 3.培养基配制： 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。 引导学生阅读课本，再进行归纳讲解。 高产青霉菌株是用紫外线反复处理野生青霉菌，即进行人工诱变获得的。 3 新课讲解 4.灭菌： 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。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 5.接种： 将扩大培养的菌种投放到发酵罐中。 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要①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②及时添加必需的营养组分，要③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。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。 6.发酵罐内发酵： 6.发酵过程：要①随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度以了解发酵进程； ②及时添加必需的培养基组分，满足菌种的营养需要，延长稳定期。 ③还要严格控制温度、PH值、溶氧、通气量与转速等发酵条件。 问题：为什么要控制发酵条件呢？因为条件不适宜，不仅会影响菌种的生长繁殖，还会影响到菌种的代谢途径。 4 新课讲解 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。 7.分离、提纯产物： ▼提醒：根据发酵产品的不同采用适当的分离提纯方法： ⑴菌体(微生物细胞)：采用过滤、沉淀等方法。 ⑵代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。 8.获得产品 ▼思考：扩大培养与发酵过程中的培养是否相同？ 提示：主要在于目的不同： 扩大培养是为了让菌种在短时间内快速增殖，以增加接种时菌种数量，缩短调整期，从而缩短生产周期。而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物。 目的不同，则培养的条件就可能不同。 思考讨论 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? 提示：需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。 提示：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。 提示：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。 在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，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？ 提示：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