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

第一章 发酵工程 1.3 发酵工程及其应用 1 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”。其发现者亚历山大·弗莱明（英国1881-1955。青霉素之父）在1945年获诺贝尔生理学医学奖。 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? 发酵工程（微生物工程） 从社会中来 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 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和发酵罐示意图 一、发酵工程的基本环节 3 环节 目的 菌种选育 性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。 01 02 03 04 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 接种 05 06 07 08 发酵 产品的分离 提纯 1）若生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 2）若生产的是微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品目的。 一、发酵工程的基本环节 (2)菌种特点 ①对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 ②有极强的消化能力。 ③有极强的繁殖能力。 自然筛选 优点：经济实惠 缺点：自然突变几率低，出现优良性状可能性小，需要时间长 诱变育种或基因工程育种 优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产品 缺点：技术要求高 （3）菌种选育的重要性（意义）：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。 （4）实例：筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸； 使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期。 01 02 03 04 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 接种 05 06 07 08 发酵 产品的分离 提纯 一、发酵工程的基本环节 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？ 我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。 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，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。 一、发酵工程的基本环节 环节 目的 扩大培养 工业发酵罐体积大(几十到几百立方米)，接种菌种总体积大(几立方米到几十立方米)，所以发酵前需对菌种多次扩大培养。 01 02 03 04 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 接种 05 06 07 08 发酵 产品的分离 提纯 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 增加菌种数量，缩短生产周期 1.目的: 2.方法: 一、发酵工程的基本环节 环节 目的 培养基的配制 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。 01 02 03 04 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 接种 05 06 07 08 发酵 产品的分离 提纯 1.类型: 2.要求: 发酵工程一般使用液体培养基，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。 ①根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。 ②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成。 ③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 一、发酵工程的基本环节 环节 目的 灭菌 发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌 01 02 03 04 菌种的选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 接种 05 06 07 08 发酵 产品的分离 提纯 因为杂菌将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。 1）在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。 2）在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，分解青霉素。 一、发酵工程的基本环节 环节 目的 接种、 发酵罐发酵 现代发酵工程的大型发