1.3 发酵工程及其应用-2023-2024学年高二生物同步教学讲解课件(人教版2019选择性必修3）

发酵工程及其应用 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？ 2 01 发酵工程 发酵工程 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。 它涉及菌种的选育和培养，产物的分离和提纯等方面。 大规模生产发酵产品 微生物的特定功能 现代化工程技术 1.什么是发酵工程？ 2.发酵工程的一般流程是什么？ 3.发酵工程能生产哪些产品呢？ 3 02 发酵工程的基本环节 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 4 一、发酵工程的基本环节 1 3 2 4 5 6 7 选育菌种 8 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 扩大培养 配制培养基 灭菌 1.选育菌种 （1）目的：获得性状优良的菌种 （2）菌种来源：a.从自然界中筛选； b.诱变育种或基因工程育种。 （3）实例： 生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。 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。 6 一、发酵工程的基本环节 1 3 2 4 5 6 7 选育菌种 8 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 扩大培养 配制培养基 灭菌 2.扩大培养 目的：获得更多的菌种 原因：工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 一、发酵工程的基本环节 1 3 2 4 5 6 7 选育菌种 8 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 扩大培养 配制培养基 灭菌 3.配制培养基 在菌种确定之后，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。 4.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。 一、发酵工程的基本环节 1 3 2 4 5 6 7 选育菌种 8 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 扩大培养 配制培养基 灭菌 5.接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 6.发酵罐内发酵 发酵工程的中心环节 要求∶ ①随时检测微生物数量、产物浓度; ②及时添加营养、严格控制发酵条件； 为什么要严格控制发酵条件的原因？ ①环境条件会影响微生物的生长繁殖和微生物代谢物的形成； ②有利于使发酵全过程处于最佳状态。 例如谷氨酸发酵： ①在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸; ②在酸性条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺； 一、发酵工程的基本环节 发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 计算机控制系统 温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等 微生物数量、产物浓度 及时添加必需的营养组分 使发酵过程处于最佳状态 监测 控制 检测 微生物的生长繁殖和代谢物的形成 影响 发酵条件 一、发酵工程的基本环节 1 3 2 4 5 6 7 选育菌种 8 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 扩大培养 配制培养基 灭菌 7.分离、提纯产物 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。 如果产品是代谢物，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。 8.获得产品 发酵工程基本环节分析 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？ Q1 产物方面 目的产物多，副产物少 设备方面 发酵条件容易控制 菌体方面 菌体生长繁殖力强，耐受力强，抗污染、菌种不易变异、退化 原料方面 来源广，低成本、转化率高 13 发酵工程基本环节分析 怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ Q2 01 反复试验确定培养基的配方。 对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。 用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。 控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。 及时添加必需营养成分。 02 03 04 14 发酵工程基本环节分析 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？ Q3 传统发酵技术的发酵产物不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，基本没有经过产物分离和提纯等步骤。 根据产物的种类采取不同的分离、提纯方法。 若发酵产物是微生物细胞本身，则采用过滤、沉淀等方法将菌体分离、提纯。 若发酵产物是代谢物，则根据代谢物性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法分离、提纯。 15 发酵工程基本环节分析 在进行发酵生产时，排出的气体和废物培养液等能直接排放到外界