1.3 发酵工程及其应用课件-高二下学期生物人教版选择性必修三.pptx

第3节发酵工程及其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。在工业上，青霉素是怎样生产的？工业上，青霉素的产生按照发酵工程的基本环节进行：首先进行青霉素生产菌高产菌种的选育；然后将高产菌种进行扩大培养增加菌种数量，同时配制适合青霉素生产菌生长的培养基进行灭菌；在无菌条件下将大量优良高产菌种接种到培养液中，控制温度、pH、溶解氧等发酵条件进行发酵；发酵结束后进行青霉素的分离、提纯，就可以得到大量青霉素。一、发酵工程的基本环节现代工程技术微生物的特定功能微生物纯培养技术建立对发酵原理的认识密闭式发酵罐成功设计严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)大规模生产发酵产品发酵工程：是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。发酵工程的基本环节：扩大培养选育高产菌种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品接种配制培养基灭菌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。生产柠檬酸黑曲霉生产啤酒啤酒酵母谷氨酸棒状杆菌生产味精性状优良的菌种的来源：从自然界中筛选出来；诱变育种；基因工程育种获得。选育菌种菌种特点：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有极强的繁殖能力。扩大培养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。配制培养基分离提纯产物发酵罐内发酵获得产品接种灭菌选育菌种扩大培养的原因：工业发酵罐的体积一般为几十立方米到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。扩大培养1.目的:增加菌种数量，缩短生产周期将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。2.方法:配制培养基分离提纯产物发酵罐内发酵获得产品接种灭菌在菌种确定之后，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。选育菌种1.类型：发酵工程一般使用液体培养基。扩大培养2.要求：②配置的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。配制培养基④配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。分离提纯产物发酵罐内发酵获得产品接种灭菌①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。选育菌种②灭菌的原因：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抑制菌种的生长使产量下降。扩大培养③实例：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。配制培养基分离提纯产物发酵罐内发酵获得产品接种灭菌①发酵过程的监控：选育菌种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；扩大培养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。发酵工程的中心环节配制培养基发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品接种灭菌选育菌种②发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？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。扩大培养例如：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；在溶解氧不足时产生乳酸及琥珀酸。配制培养基发酵罐内发酵分离提纯产物获得产品接种灭菌[特别提醒]关于发酵罐使用的三点提醒：(1)发酵罐在使用前要进行灭菌，培养基和发酵设备一般用高压蒸汽灭菌，空气采用过滤的方法除菌。(2)对于需氧发酵，为了防止杂菌污染，应该从空气入口通入无菌空气。(3)搅拌的作用①使空气和发酵液充分混合，增加培养液中的溶解氧；②使菌种与