1.3 发酵工程及其应用-【生物好课】2023-2024学年高二生物下学期同步优质课件（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 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。 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？ ①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； ②单一菌种发酵、筛选优良菌种； ③产物进行分离提纯； ④工厂换大规模生产。 一、发酵工程的基本环节 1.发酵工程的概念： 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。 2.发酵工程的基本环节： 发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面 思考讨论：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。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？ 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。 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。 生产柠檬酸 生产啤酒 生产味精 黑曲霉 啤酒酵母 谷氨酸棒状杆菌 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。 接种 选育菌种 制备培养基 扩大培养 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 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。 发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，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。 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 现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能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；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，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。 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。 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。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。 一、发酵工程的基本环节 一、发酵工程的基本环节 发酵罐 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 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。 一、发酵工程的基本环节 思考∙讨论 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？ ①繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多 ②对营养物质的要求低，低成本培养 ③发酵条件容易控制； ④菌种不易变异、退化等。 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 要对温度、pH和溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。 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：产物一般是复杂的混合物，一般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：使用的分离和提纯产物的方法较多。常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换，液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 4.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？ 不能。发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含