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

1.3 发酵工程及其应用 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。这归功于发酵工程的发展? 从社会中来 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。 发酵工程有哪些环节呢？ 1943年的时候，买一支针剂类型的青霉素，要200美金，大约是1600元人民币，即便被批量生产，在1944年价格被炒到1克830美金，也就是6400元人民币，足足是黄金价格的670倍。 2 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 菌种来源： 目 的： 实 例： 选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸； 使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。 一、发酵工程的基本环节 获得性状优良的菌种 从自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种 目的： 获得更多的菌种。 原因： 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。 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 即营养物质满足微生物的需要，营养物质的浓度及配比恰当，物理、化学条件适宜等。 配置培养基要遵循的原则： 配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 液体培养基 在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。 发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种，一旦受到杂菌污染， 可能导致产量大大降低。 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌 原因： 实例： 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 【发酵工程的中心环节】 及时添加必需的营养组分，以得到更多的发酵产物； 发酵过程的监测和控制： 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； 严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件。 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 计算机控制系统 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。 发酵过程中为什么要控制发酵条件呢？ 实例：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。 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 【发酵工程的中心环节】 方便抽样检测 调节罐温 调节罐压 混合均匀； O2溶解； 散热。 调节溶解氧 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞本身 代谢物 过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 适当的提取、分离和纯化措施 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、发酵工程的基本环节 措施：蒸馏、萃取、离子交换等 讨论1： 繁殖快； 产量高； 成本低； 菌种稳定； 微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需考虑哪些因素？ 讨论2： 对温度、pH、溶解氧等发酵条件严格控制，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。 怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 讨论3： 传统发酵技术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。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。 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？ 讨论4： 二次清洁或灭菌处理。 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？ 二、发酵工程的应用 生产条件温和 原料来源丰富且价格低廉 产物专一 废弃物对环境的污染小和容易处理 发酵工程的优点 发酵工程在食品工业、医药工