3.1.3 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三

3.1.3 发酵工程及其应用 授课教师：刘永生 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 1 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的青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌株的选育、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？ 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 2 3.1.3.1 发酵工程的基本环节 选育菌种 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 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 有些考试会考查教材实例，这部分内容需要举例： 自然界选种：产柠檬酸高的黑曲霉 基因工程育种：改造的啤酒酵母发酵效率更高 发酵所用菌种偶尔为混菌发酵，如酱油。 了解发酵进程才能判断何时添加营养、何时对发酵条件进行调控。 严格控制发酵罐的温度、pH和溶解氧等条件，是因为发酵条件一方面影响微生物的生长和繁殖，另一方面影响微生物的代谢产物的形成，教材实例是中性或弱碱性下生成谷氨酸（从谷氨酸钠的角度去记忆），酸性条件下则生成谷氨酰胺或N-乙酰谷氨酰胺。 对发酵过程的检测和控制内容包括温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、把泡沫和营养等。 3 选育菌种 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 ①从自然界筛选；通过诱变育种或基因工程育种获得 ②高产；培养基来源充足成本低；遗传特定稳定等 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 选育菌种 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 工业发酵罐接种量大，发酵之前需要对菌种进行扩大培养 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 选育菌种 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 ①选择原料（一般为低成本、易获取的天然原料）配制培养基 ②培养基配方需要反复实验 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 选育菌种 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 ①发酵用菌种多为单一菌种，杂菌混入可能影响产量 ②培养基、发酵设备（耐压）都灭菌 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 选育菌种 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 这是发酵工程的中心环节 ①了解发酵进程：随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等。 ②及时添加必需的营养组分。 ③严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。 ④环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，还会影响代谢物的形成。 ⑤现代发酵工程的发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程进行检测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 选育菌种 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 如果发酵产品是微生物细胞，可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥。 如果发酵产品是代谢物，可以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（初分离：沉淀、萃取、吸附、离子交换等；进一步纯化：液相色谱法、结晶法等）。 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 9 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器及控制装置 冷却水进入口 阀门 空气入口 放料管 生物传感器装置 搅拌叶轮 发酵液 冷却夹层 冷却水排出口 pH计 排气管 电动机 想一想： 哪些设计可以帮助人们了解发酵进程？ 必需的营养组分从哪里加入？ 哪些设计可用于控制温度、pH和溶解氧？ 为什么冷却水和空气的入口在下而出口在上？ 发酵时搅拌有哪些好处？ 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 思考·讨论——发酵工程基本环节分析 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？ 4．在进行发酵生产时，排出的气体和废弃的培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 结合上述发酵工程基本环节的图解，分析和讨论以下问题。 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？ 2．需要对哪些发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 课件创意@小狗啃骨头（刘永生） 课件引用图片仅限于教学用途 1、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；生产出来的代谢物产量高；发酵条件容易控制；军中不易变异、退化等 2、要对温度、pH、溶解度等发酵条件进行严格控制，使其适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分 3、传统发酵技术获得的