1.3发酵工程及其应用课件-2023-2024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 本节聚焦: 什么是发酵工程？ 发酵工程的一般流程是什么？ 发酵工程在生产上有哪些重要的价值？ 1 从社会中来 P22 青霉素的生产 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，在“二战”期间，青霉素挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。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。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢? 通过发酵工程生产 3 发酵工程的基本环节 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。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 一 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 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐成功设计 严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等) 微生物的特定功能 现代工程技术 大规模生产发酵产品 性状优良菌种 ①自然界中筛选 ②诱变育种 ③基因工程育种 选育菌种 发酵工程基本环节： 产柠檬酸量高的黑曲霉 基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵过程，缩短生产周期 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？ ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ②生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制； ③菌种不易变异、退化等。 来源 扩大培养 发酵工程基本环节： 快速增加菌种数量，确保有充足的菌体参与发酵 目 的： 3）菌种扩大培养的最佳时期？ 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 2）扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一般选 培养基进行培养。 液体 液体使微生物与营养物质接触更充分，提高营养物质的利用率，利于微生物的繁殖。 配制培养基 发酵工程基本环节： 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 灭 菌 发酵工程基本环节： 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 将 的菌种投放到 中。 发酵罐 扩大培养后 接 种 目 的： 在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。 发酵罐发酵 发酵工程基本环节： 1）随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，了解发酵进程。 2）要及时添加必需的营养成分， 3）要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件； 4）为什么要严格控制发酵条件？ ①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； 实例——谷氨酸发酵 ②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。 —发酵工程的中心环节 在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸 在酸性条件下会积累谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺 发酵罐发酵 发酵工程基本环节： 现代发酵工程使用的发酵罐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，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 —发酵工程的中心环节 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 —发酵工程的中心环节 发酵罐发酵 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。 分离、提纯，获得产品 发酵工程基本环节： 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。 5）发酵生产排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境，需如何处理? 二次清洁或灭菌处理。达到清洁生产的要求。 发酵罐发酵 发酵工程基本环节： 5）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是成分复杂的混合物，一般不会再对产