1.3 发酵工程及其应用-【易学通】2023-2024学年高二生物下学期同步特色课件（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 学习目标 01 发酵工程的概念及基本环节 ①概念 ②基本环节 02 发酵工程的应用 ①在食品工业上的应用: 生产传统的发酵产品/食品添加剂/酶制剂 *啤酒的工业化生产流程 ②在医药工业上的应用 ③在农牧业上的应用:生产微生物肥料/农药/饲料 ④在其他方面的应用 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。 思考: 在工业上，青霉素是怎样生产的？ 从社会中来 传统发酵技术 发酵工程 利用天然存在的菌种，菌种差异、杂菌情况不明， 发酵过程的控制缺乏标准，发酵食品的品质不一。 缩短发酵时间，确保品质稳定 微生物培养，筛选单一菌种，再接种到物料中发酵 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。 发酵工程 发酵工程的概念 发酵工程的基本环节 1、随着人们对 的认识， 技术的建立，以及 的 设计成功，人们能够在严格控制的环境条件下，大规模生产发酵产品，发酵工程 逐步形成。 发酵原理 微生物纯培养 密闭式发酵罐 2、发酵工程的环节： 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 (中心环节) 分离提纯产物 获得产品 发酵工程的基本环节 选育菌种 来源: ①从自然界筛选 ②通过诱变育种或基因工程育种获得 扩大培养 实例: a.生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。 b.在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。 要求：性状优良的菌种 需要考虑的因素包括： a.在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； b.生产所需代谢物的产量高； c.发酵条件容易控制； d.菌种不易变异、退化等。 工业发酵罐接种量大，发酵之前需对菌种进行扩大培养 目的:增加菌种的数量,缩短生产周期 方法:将培养到生长速度最快时期的菌体分开再进行培养. 发酵工程的基本环节 配制培养基 确定菌种后，选择原料制备培养基，培养基配方常需要反复实验才能确定。 要求: 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。 类型:一般用液体培养基 灭菌 原因:发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量下降。 要求:培养基和发酵设备都必须灭菌 实例:在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。 发酵工程的基本环节 接种 发酵罐内发酵 (中心环节) 方法:平板划线法和稀释涂布平板法 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。 通气量、搅拌速度、罐压 原因：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。 同种微生物生长繁殖所需的最适温度和积累代谢物所需的最适温度往往不同。 同一微生物由于培养环境pH不同，可能会积累不同的代谢物。 实例:谷氨酸的发酵生产中，谷氨酸棒状杆菌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。 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。 发酵工程的基本环节 分离提纯产物 ①产品是微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥即可 ②产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品 思考讨论: 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？ 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营养组分。 在发酵工程：使用的分离和提纯产物的方法较多。 在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法； 在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。 发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 发酵工程的基本环节 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：获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候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。 在发酵工程：使用的分离和提纯产物的方