1.3发酵工程及应用课件-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第1章第3节 发酵工程 发酵工程及应用 从社会中来 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。 在工业上，青霉素是怎样生产的？ 从社会中来 思考：与传统发酵技术比较，青霉素的生产由哪些不同的地方？ 严格控制发酵条件，如pH、温度、通气量、罐压、营养物质和代谢废物等 单一菌种发酵、筛选优良菌种 产物进行分离提纯 工厂换大规模生产 发酵工程的基本环节 发酵工程的基本环节 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 发酵工程的基本环节 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 ②② ①方法： 自然界直接筛选性状优良的常规菌种； 通过诱变育种或基因工程育种获得。 ②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。 发酵工程的基本环节 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 ②② 扩大培养的原因： 工业发酵罐的体积一般为及时立方米到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。 怎样扩大培养？ 将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。 发酵工程的基本环节 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 ②② ①配置培养基要遵循的原则： 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。 ②配置的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。 ③配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 发酵工程的基本环节 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 ②② ①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。 ②灭菌的原因： 杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。 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。 发酵工程的基本环节 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 发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵工程的中心环节 ①发酵过程的监控： 要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程； 及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物； 严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。 发酵罐内发酵 发酵工程的基本环节 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 ②② 发酵工程的中心环节 ②发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？ 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。 发酵工程的基本环节 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 ②② 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 过滤、沉淀等方法 适当的提取、分离和纯化措施 分离、提纯产物的方法措施： 发酵工程的基本环节 发酵罐示意图 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧 使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热 发酵工程的基本环节 ——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？ 思考讨论 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。 发酵工程的基本环节 ——发酵工程基本环节分析 2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ （1）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 （2）及时添加必要的营养组分。 （3）对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。 思考讨论 发酵工程的基本环节 ——发酵工程基本环节分析 思考讨论 3、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？ 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。 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