1.3发酵工程及其应用 新教材课件-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）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，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。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 从社会中来 选育高产菌种 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 青霉素 一.发酵工程的基本环节 (1)菌种的选育：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。 (2)扩大培养：接入的菌种总体积需要的量大，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。（快速增加菌种数量） (3)配制培养基：结合菌种的代谢特点配制培养基。 (4)灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。避免因杂菌污染而影响产品品质和产量 一.发酵工程的基本环节 (5)接种。将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 (6)发酵罐内的发酵：这是发酵工程的中心环节。 ①在发酵过程中，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。 ②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；并进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 发酵罐 排气管 排出口 温度 进入口 空气 电动机D1 排气管C3 pH计B3 冷却水排出口C2 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮D2 生物传感器装置B4 空气入口A4 放料管A2 A3 阀门 A1培养物或营养物质的加入口 B1观察孔 B2取样管 B5温度传感器和控制装置 C1冷却水进入口 装置编号 主要用途 A1-A3 A4 B1-B5 C1、C2 C3 D1、D2 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 控制溶解氧 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。 通过控制冷水流速调节罐温 调节罐压 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。 发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 一.发酵工程的基本环节 (7)分离、提纯产物 ①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。 ②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。 (8)获得产品 探讨点　发酵工程基本环节分析及应用 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的因素：能在低成本的　　　上生长，且大量高效地合成产物；发酵条件如　　、 　 、　　　等易控制；遗传性能稳定；抗噬菌体及杂菌污染能力强等。 核心探讨 突破重难　强化素养 培养基 温度 pH 溶解氧 2.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。因为发酵过程可能产生一些有害物质，会污染环境。 二.发酵工程的应用 1．发酵工程的优点 (1)生产条件温和。 (2)原料来源丰富且价格低廉。 (3)产物专一、废弃物对环境的污染小且容易处理。 二.发酵工程的应用 2．发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 ①生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类等。 ②生产各种各样的食品添加剂，如食品酸度调节剂——柠檬酸，增味剂——谷氨酸钠等。 ③生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶等。 生产传统的发酵产品 发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高 大豆中蛋白 小分子肽和氨基酸 酱油 黑曲霉 淋洗、调制 各种谷物、水果 酿酒酵母 各种酒类 利用霉菌发酵生产酱油、 利用酿酒酵母生产各种酒类 二.发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 食品添加剂不仅可以增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期。 实例： ①柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，可以通过黑曲霉的发酵制得。 ②由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制作味精。 添加剂类型 举例 酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸 增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠 着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素 增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶 防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶 二.发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 生产各种各样的食品添加剂 生产酶制剂 a -淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。 酶制剂来源 ：少数由动植物生产； 绝大多数通过发酵工程生产； 二.发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 一.发酵工程的基本环节