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（2019）选择性必修3

第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 从社会中来 问题：在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 发酵工程。即利用微生物的特定的功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 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。 一、发酵工程的基本环节 1. 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。 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 2. 基本环节 ①目的：获得性状优良的菌种。 ②菌种来源：自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种。 ③菌种选育的重要性（意义）：优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。 ④实例：筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期。 （1）选育菌种 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 某镇特产一种美酒 ，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。 工业发酵罐体积 几十 ~ 几百m3 几 ~ 几十m3 接入的菌种总体积 （2）扩大培养 ①目的：获得更多的菌种。 ②原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。 ③扩大培养的培养基：一般为液体培养基。 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 思考：怎样对菌种进行扩大培养？ 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 思考：扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？ 液体培养基。可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。 思考·讨论 ①在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基； ②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基）。 （3）配制培养基 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 ①灭菌原因：发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。 ②灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。 ③实例：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。 *培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 （4）灭菌 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 （5）接种： 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 阀门 放料管 抽取样本进行检测 调节罐温 （放气）调节罐压 使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热 控制溶解氧 ⑬电动机 ⑫排气管 ⑦pH计 ⑪冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 ⑭搅拌叶轮 ⑧生物传感器装置 ④空气入口 ②放料管 ③阀门 ①培养物或营养物质的加入口 ⑤观察孔 ⑥取样管 ⑨温度传感器和控制装置 ⑩冷却水进入口 装置编号 主要用途 ①②③ 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 ④ 控制溶解氧 ⑤⑥⑦⑧⑨ 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，⑥处抽取样品进一步检测 ⑩⑪ 通过控制冷水流速调节罐温 ⑫ 调节罐压 ⑬⑭ 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 发酵罐示意图 ①发酵过程的要求： Ⅰ. 发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程； Ⅱ. 要及时添加必需的营养物质； Ⅲ. 要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件。 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 （6）发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 ②严格控制发酵条件的原因：环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成。 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 （6）发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 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。 ③现代发酵工程使用的发酵罐的优点： Ⅰ. 均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制； Ⅱ. 可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 一、发酵工程的基本环节 2. 基本环节 （6）发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 ①发酵产品是微生