青霉素发酵生产-2023-2024学年上学期高中生物人教版选择性必修1

青霉素发酵生产 2019版高中生物学选择性必修三“发酵工程的应用”提到了青霉素的产业化生产： 但没有介绍青霉素的生产流程。那么，青霉素是如何生产的？ 抗生素以前被称为抗菌素，是由微生物产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，它可以是某些微生物生长繁殖过程中产生的一种物质，除用于治病的抗生素由此直接提取外,还有完全用人工合成或部分人工合成的。在众多抗生素类群中,青霉素以疗效高、毒副作用小成为人类治疗疾病的首选。 随着对青霉素发酵过程和代谢途径研究的不断深入，一定能够找到适当的方法来解决青霉素合成过程中的阻遏因素，从而大幅提高青霉素的产量。 发酵开始前，有关设备和培养基必须经过灭菌后接入种子。 将青霉菌接种到固体培养基上培养一段时间，得到青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌、培养。青霉素的发酵对溶氧要求极高，通气量偏大。然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含有苯乙酸前体的培养基中，通入无菌空气搅拌、培养。 生产流程图 青霉菌发酵时，青霉素生产菌在合适的培养基、pH、温度和通气搅拌等发酵条件下进行生长并合成青霉素。 菌种：目前的菌种按照菌丝的形态可以分为丝状菌和球状菌。根据丝状菌产生的孢子颜色又分为黄孢子菌和绿孢子菌，常用孢子是绿孢子丝状菌，如产黄青霉素。 培养基成分:花生饼粉（高温）、麸质粉、玉米浆、葡萄糖、尿素、硫酸铵、硫酸钠、硫代硫酸钠、磷酸二氢钠、苯乙酰胺及消泡剂等。 青霉菌的生长过程： （1）菌体生长阶段，发酵菌培养基接种生产菌后，经过一个短暂的适应期，开始生长、发育和繁殖。 （2）青霉素合成阶段，这个阶段主要是合成青霉素，青霉素的合成速率达到最大。 （3）菌体自溶阶段，这个阶段菌体衰老、细胞开始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率下降，氨基氮增加，pH上升。 青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮、苯乙酸浓度、青霉素效价等指标，同时取样做无菌检查。 由于通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等都有泡沫产生，过多的持久性泡沫对发酵是不利的，必须补入消沫剂。青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮、苯乙酸浓度、青霉素效价等指标，同时取样做无菌检查。 例1、在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。 （1）青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示：血红蛋口具有携带O2的能力) （2）在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素.或者只生产头孢霉素呢？ 答案： （1）可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。 （2）可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。 例2、发酵工程在医药上的应用非常广泛，其中青霉素的发现和产业化生产进一步推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。青霉素是产黄青霉菌在有氧条件下产生的一种非常重要的抗菌药物，生产青霉素的发酵工程流程如图所示。 （1）图示生产青霉素的发酵过程中，对产黄青霉菌进行分离纯化采用了       法，其可以用来计数的原理为       。在制备该培养基时，除了添加必要的营养成分外，还需要将pH调至        性。 （2）分离得到菌种后“摇瓶”培养的目的是          （至少答2点）。 （3）发酵过程中，为了解某时刻产黄青霉菌的数量，取10mL菌液加入到90mL无菌水中，混匀，将0.1mL稀释液接种于培养基上。105倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为68、76和78，则每毫升菌液中产黄青霉数量为      个。待完全发酵结束后，采用       等方法将菌体分离。 （4）若“纯粹分离”的平板上混入了一些乳酸菌，请依据其代谢类型设计一个简单实验区分乳酸菌和产黄青霉菌，写出实验思路和预期结果。 实验思路：         。 预期结果：         。 答案： （1）稀释涂布平板  当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落来源于样品稀释液中的一个活菌  酸 （2）提高培养液中溶解氧，使产黄青霉菌充分接触营养物质，提高营养物质的利用率 （3）7.4×107   过滤、沉淀 （4）实验思路：将平板置于无氧环境中继续培养，观察菌落形态大小的变化   预期结果：若菌落继续生长，则为乳酸菌；若菌落不能继续生长，则为产黄青霉菌。 学科网（北京）股份有限公司 $