发酵工程及其应用（第1课时）【知识精讲+备课精研】 高二生物 （人教版2019选择性必修3）

1.3发酵工程及其应用（第1课时）教学目标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。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？选育高产菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品一

发酵工程的基本环节国酒茅台是咱贵州茅台镇特产一种美酒，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1.发酵工程的概念：利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。(1)微生物：自然界的微生物诱变育种的微生物基因重组的微生物（常规菌）（工程菌）(2)产品：包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。(3)实质：利用微生物进行产品生产。一

发酵工程的基本环节2.发酵工程的基本环节：选育菌种扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品一

发酵工程的基本环节扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品②②目的：获得性状优良的菌种菌种来源：从自然界中筛选、诱变育种或

基因工程育种实例：选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节选育菌种②②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，再进行培养。2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种②②①配置培养基要遵循的原则：即营养物质满足微生物的需要，营养物质的浓度及配比恰当，物理、化学条件适宜等。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。③配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节②②①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。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。③实例：在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节②②将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中②②发酵工程的中心环节①发酵过程的监控：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。扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节发酵罐内发酵②②发酵工程的中心环节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。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。扩大培养配置培养基灭菌接种分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节②②发酵产物类型获得产品的方法微生物细胞代谢物过滤、沉淀等方法适当的提取、分离和纯化措施分离、提纯产物的方法措施：扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节②②扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品选育菌种2.发酵工程的基本环节：一

发酵工程的基本环节啤酒味精电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口放料管阀门培养物或营养物质的加入口观察孔取样管温度传感器和控制装置冷却水进入口抽取样本进行检测调节罐温调节罐压控制溶解氧使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节3.发酵罐示意图：一

发酵工程的基本环节电动机D1排气管C3pH计B3冷却水排出口C2冷却夹层发酵液搅拌叶轮D2生物传感器装置B4空气入口A4放料管A2A3阀门A1培养物或营养物质的加入口B1观察孔B2取样管B5温度传感器和控制装置C1冷却水进入口装置编号主要用途A1-A3A4B1-B5C1、C2C3D1、D2控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养控制溶解氧通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。通过控制冷水流速调节罐温调节罐压电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。3.发酵罐示意图：一

发酵工程的基本环节思考讨论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？需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。一

发酵工程的基本环节发酵工程基本环节分析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。思考讨论发酵工程基本环节分析一

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。发酵工程中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，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。思考讨论发酵工程基本环节分析一

发酵工程的基本环节4.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产,应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。思考讨论发酵工程基本环节分析一

发酵工程的基本环节小结对发酵工程概念的理解原理所用生物过程实质产物发酵原理和工程学原理常规菌种、通过诱变育种或基因工程获得的菌种等通过微生物的大量繁殖获得所需产品代谢物或微生物细胞本身小结发酵工程基本环节分析选育菌种扩大培养配置培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品①从自然界中筛选的常规菌种①配置原则：目的明确、营养协调、pH适宜①目的：防止杂菌污染①检测培养液中的微生物数量、产物浓度等地位：中心环节②通过诱变育种或基因工程育种获得②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等②对象：培养基和发酵罐②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②代谢物：适当的提取、分离和纯化措施③严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件③注意：培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖目的：增加菌种数量所用培养基：液体培养基或固体培基①菌体本身：过滤、沉淀监控途径(1)筛选分解尿素的细菌的培养基以尿素为唯一氮源，且为液体培养基。()(2)能分解尿素的细菌之所以能分解尿素，是因为其能产生脲酶。()(3)稀释涂布平板法能分离细菌，也能计数()(4)平板划线法不仅能纯化细菌，也能计数()(5)可利用以石油为唯一碳源的培养基筛选能分解石油的细菌（

）(6)取土壤和稀释土壤溶液时应在酒精灯火焰旁操作（

）×√√×√√1.基础判断即时训练2.利用稀释涂布平板法纯化的大肠杆菌，经培养后发现培养基上出现了多种菌落，不可能的原因是(

) A.培养基制备过程中被杂菌污染 B.接种过程中，无菌操作不符合要求 C.系列稀释时，无菌操作不符合要求 D.使用涂布器时涂布不均匀D即时训练3.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是(

) A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点 B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身 C.通常所指的发