第3節 發酵工程簡介
教師啟發講解使學生了解:在發酵過程中,發酵罐內的溫度、ph、溶氧量都會變化,從而影響微生物的生長。因此,必須有相應的控制結構來保持發酵條件的穩定。
提出問題并指導學生閱讀教材中有關內容:在發酵罐中是怎樣進行谷氨酸發酵生產的?
師生共同總結出大致過程
在以上總結的基礎上使學生了解發酵工程的概念,即采用現代工程技術手段,利用微生物的某些特定功能,為人類生產有用的產品,或直接把微生物應用于工業生產過程中的一種新技術。
(二)深入討論發酵工程的相關內容
通過剛才的谷氨酸發酵的實例我們不難看出,發酵工程主要包括了菌種的選育、培養基的配制、滅菌、擴大培養和接種、發酵過程和產品的分離提純等內容,對于發酵工程的這些內容我們應該注意些什么呢?
1.菌種的選育:發酵工程是利用微生物為人類生產有用產品,因此要想通過發酵工程獲得在種類、產量和質量等方面符合人們要求的產品,最重要的是要有優良的菌種。
提出問題:人們怎樣才能得到優良的菌種呢?
教師活動:啟發學生以基因突變、基因工程、細胞工程的有關內容為依托就所提出的問題進行討論。
通過討論得出結論:如果生產的是微生物直接合成的產物,如青霉素、谷氨酸等,則可以從自然界中先分離出相應的菌種,再用物理或化學的方法使菌種產生突變,從突變個體中篩選出符合生產要求的優良菌種。如果生產的是一般微生物不能合成的產品,則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造,以構建工程細胞或工程菌,從而達到生產相應產品的目的。
例如:可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質粒結合,形成重組dna,再把重組dna導入大腸桿菌細胞內形成工程菌。通過篩選則可培養出能生產人的胰島素的菌種。
2.培養基的配制:要進行發酵生產,有了優良的菌種還需要有與菌種相適應的培養基。在配制培養基時應該注意哪些事情呢?教師活動:組織學生用以前學過的有關培養基的知識就所提問題進行討論。通過討論引導學生從以下幾方面去理解:
(1)根據不同的菌種,應選擇不同的材料配制培養基。配制的培養基應滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的營養要求,并為微生物提供適宜的ph。
(2)培養基的營養要協調,以利于產物的合成。
(3)培養基在滿足微生物的營養需求的基礎上應盡量降低生產成本,以得到更高的經濟效益。
例如:發酵生產常采用天然成分的液體培養基。而且,經常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產品代替糧食來配制培養基。
3.滅菌:發酵工程所用的菌種大多是單一的純種,整個發酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢?
教師活動:組織學生討論,通過討論使學生認識到:在發酵過程中如混入其他微生物,將與菌種形成競爭關系,對發酵過程造成不良影響。