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

第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及应用 1 微 生 物 的 选 择 培 养和计数 微生物的选择培养 选择培养基 间接计数法 — 稀释涂布平板法 直接计数 —计数板计数法 微生物的数量测定 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 温故知新 2 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。 3 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 4 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。 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。 （1）选育菌种 5 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。 6 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。 7 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 8 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。 *培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 （4）灭菌 9 （5）接种： 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 无菌 10 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。 （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。 11 计算机控制系统 监测 控制 温度、pH、溶解氧、灌压、通气量、搅拌、泡沫和营养等 微生物数量、产物浓度 检测 及时添加必需的营养组分 使发酵过程处于最佳状态 微生物的生长繁殖和代谢物的形成 影响 12 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 下列关于发酵工程的操作流程的叙述，错误的是 A．发酵所需的菌种需要进行筛选或育种获得 B．菌种在接种之前要进行扩大培养 C．发酵所用的培养基要进行灭菌，发酵设备不需要严格灭菌 D．若产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得 【答案】C 14 【解析】发酵工程所需菌种必须是性状优良的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，才能获得高品质的产品，A正确； 发酵工程所用的发酵罐较大，为提高发酵效率，发酵之前需要对菌种进行扩大培养，B正确； 发酵工程是在无菌条件下进行操作的，所以所用的培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，否则很可能会造成培养基的污染，导致产品质量下降，C错误； 要根据所获得的发酵产品的类型分离、提纯产物，若发酵产品是代谢物，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。 15 菌体本身 代谢产物 根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离、提纯 采用过滤、沉淀等方式进行分离、提纯 （7）产品的分离、提纯 16 （8）获得产品 17 讨论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； ③发酵条件容易控制； ④菌种不易变异、退化等。 讨论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、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，同时及时添加必要的