1.3 发酵工程及其应用（第1课时）课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

青霉素 问题探讨：抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用，主要是针对“细菌有而人（或其他动植物）没有”的机制进行杀伤，主要包含以下作用机理，即：抑制细菌细胞壁合成，增强细菌细胞膜通透性，干扰细菌蛋白质合成以及抑制细菌核酸复制转录。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。在工业上，青霉素是怎样生产的呢？ 早期1瓶规格大概20万单位的青霉素 1瓶规格160万单位的青霉素注射剂 严格控制发酵条件：pH、温度、通气量、罐压、营养物质和代谢废物等；单一菌种发酵、筛选优良菌种；产物进行分离提纯；工厂化大规模生产等。 江西生物组 东东老师 学习目标： 1．概述发酵工程及其基本环节。 2．举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。 第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 4 发酵工程：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。 一、发酵工程的基本环节 接种 灭菌 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 选育菌种 扩大培养 配制培养基 阅读教材P22-23，思考： 1．发酵工程的基本环节有哪些？怎样选育菌种？ 2．为什么要进行扩大培养？ 3．菌种确定后，培养基的配方如何才能确定？ 4．培养基和发酵设备要经过什么处理？为什么？ 5．发酵罐内发酵需要注意哪些问题？ 6．用什么手段对产品进行分离、提纯 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐设计成功 严格控制环境条件(T、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等) 一、发酵工程的基本环节——选育菌种 接种 灭菌 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 选育菌种 扩大培养 配制培养基 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。 优良菌种特点：选择高产菌种，使菌种发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少；培养基来源充足且廉价，被转化的效率高；菌种发酵产物易于分离；菌种对环境没有明显或潜在的危害；菌种遗传特性（性状优良菌种可加速发酵，缩短生产周期）和生产能力稳定。 生产柠檬酸/蛋白酶 生产啤酒 生产青霉素 黑曲霉 啤酒酵母 黄青霉 优点：经济实惠 缺点：自发突变频率低，出现优良性状可能性小，耗时长。 自然筛选 诱变育种/基因工程育种 优点：育种快、提高发酵产物纯度、减少副产物 缺点：技术高 扩大培养 工业发酵罐体积 几十 ~ 几百m3 几 ~ 几十m3 接入的菌种总体积 方法：将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养 一、发酵工程的基本环节——扩大培养 一、发酵工程的基本环节——培养基的配制 在菌种确定后，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。发酵培养基要求菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得。例如，青霉素培养基的碳源主要是工业用葡萄糖或淀粉的酶水解物，氮源为玉米浆、硫酸铵或氨水，无机盐主要有硫酸钠和磷酸二氢钾等。 你知道青霉素如何从天价变为白菜价的吗？ 一、发酵工程的基本环节——灭菌 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降（杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物质抑制菌种生长而使产量下降）。所以，在发酵之前必须采用高压蒸汽对大型发酵罐、培养基和通入空气的附属设备进行灭菌，对生产环境进行消毒处理。例如，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。 一、发酵工程的基本环节——接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中 接种 一、发酵工程的中心环节——发酵罐的发酵 发酵过程应注意： 要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程； 及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物； 严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。 pH、通气（影响发酵产物种类）、发酵温度（影响微生物代谢途径和方向）等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。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。酿酒酵母在中性和酸性发酵条件下，可将葡萄糖发酵产生乙醇和二氧化碳，而在碱性条件下的发酵产物则是甘油。在谷氨酸发酵中，适量通气条件下菌种发酵生成谷氨酸，通气不