【生物】發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用

本節(jié)聚焦:什么是發(fā)酵工程？

發(fā)酵工程的一般流程是什么？發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值？

第一章發(fā)酵工程早期1瓶規(guī)格大概20萬(wàn)單位的青霉素最高賣到如今1瓶規(guī)格160萬(wàn)單位的青霉素注射劑一元？青霉素實(shí)現(xiàn)手段：發(fā)酵工程發(fā)酵工程的概念（課本P1）

指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品。對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐設(shè)計(jì)成功嚴(yán)格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)物、泡沫等)大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品現(xiàn)代化工程技術(shù)微生物的特定功能【情境創(chuàng)設(shè)】在工業(yè)上，如何通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)高產(chǎn)青霉素選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品【任務(wù)】1、優(yōu)良菌種的來(lái)源?2、擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是什么？3、培養(yǎng)基配制的要求？在生產(chǎn)實(shí)踐中如何確定最優(yōu)培養(yǎng)基？4、要對(duì)什么進(jìn)行滅菌？為什么要進(jìn)行滅菌？5、發(fā)酵工程的核心環(huán)節(jié)是什么？需要用到什么設(shè)備？6、發(fā)酵過(guò)程中需要注意哪些操作？7、發(fā)酵的產(chǎn)品是什么？如何從發(fā)酵夜中分離？一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品1、目的：獲得性狀優(yōu)良的菌種優(yōu)良的菌種具有健壯，不易退化，其發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，它往往還會(huì)賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味菌種選育環(huán)節(jié)是發(fā)酵工程的首要條件微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)，需要考慮因素：①繁殖快、代謝旺盛、代謝產(chǎn)物多②對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要求低，低成本培養(yǎng)③發(fā)酵條件容易控制④菌種不易變異、退化等一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品1、目的：獲得性狀優(yōu)良的菌種2、來(lái)源①?gòu)淖匀唤缰泻Y選②誘變育種③基因工程育種例：生產(chǎn)檸檬酸就需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉。例：使用基因工程改造的啤酒酵母生產(chǎn)啤酒。例：通過(guò)不斷誘變選育，得到青霉素產(chǎn)量高的菌株。（常規(guī)菌）工程菌一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品【擴(kuò)大培養(yǎng)】獲得更多的菌種。工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。目的：將培養(yǎng)到增長(zhǎng)速率最快時(shí)期的菌體分開(kāi)培養(yǎng)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品【配制培養(yǎng)基】要求：菌種能大量生產(chǎn)目的產(chǎn)物，

所用原料廉價(jià)且易于獲得。

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滿足微生物的需要，濃度及配比恰當(dāng)，物理、化學(xué)條件適宜等。原則：注意：經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能大規(guī)模應(yīng)用。液體培養(yǎng)基配制的培養(yǎng)基：包括微生物生長(zhǎng)所需的碳源、氮源、水、無(wú)機(jī)鹽及特殊營(yíng)養(yǎng)要求。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品【滅菌】對(duì)象：原因：①種間競(jìng)爭(zhēng)②雜菌的代謝物抑制菌種生長(zhǎng)防止雜菌污染，導(dǎo)致產(chǎn)量下降例、在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果污染了雜菌，雜菌分泌青霉素酶就會(huì)將青霉素分解掉。培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌。對(duì)通入的空氣進(jìn)行滅菌，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境需進(jìn)行消毒處理。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品將擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌種投放到發(fā)酵罐中電動(dòng)機(jī)發(fā)酵液冷卻夾層生物傳感器pH計(jì)冷卻水排出口培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔溫度傳感器和控制裝置閥門放料管攪拌葉輪空氣入口排氣管取樣管冷卻水進(jìn)入口抽取樣本進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)罐壓控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫控制溶解氧含量使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快O2溶解以及散熱【發(fā)酵裝置】發(fā)酵罐12電動(dòng)機(jī)排氣管pH計(jì)冷卻水排出口冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口放料管培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器和控制裝置冷卻水進(jìn)入口【發(fā)酵裝置】發(fā)酵罐方便抽樣檢測(cè)控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓攪拌：微生物與發(fā)酵液混合均勻；加快O2溶解；散熱。調(diào)節(jié)溶解氧一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品【發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵】中心環(huán)節(jié)要在發(fā)酵過(guò)程中隨時(shí)取樣，檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程；及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組分來(lái)延長(zhǎng)菌體生長(zhǎng)穩(wěn)定期的時(shí)間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物；嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件谷氨酸發(fā)酵中性弱堿性谷氨酸谷氨酰胺、N-乙酰谷氨酰胺酸性原因：環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品【發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵】

檢測(cè)控制還可以進(jìn)行反饋控制，使發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)。溫度pH溶解氧灌壓攪

拌泡沫營(yíng)養(yǎng)通氣量發(fā)酵過(guò)程中使用大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)【發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵】溫度控制發(fā)酵前期菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達(dá)到大量的菌體，采用稍高的溫度，能促進(jìn)菌的呼吸與代謝，使菌體生長(zhǎng)迅速。發(fā)酵中期菌量已達(dá)到最適，適當(dāng)降低溫度，延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，提高產(chǎn)量。發(fā)酵后期產(chǎn)物合成能力降低，延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間沒(méi)有必要，可提高發(fā)酵溫度，刺激產(chǎn)物釋放。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)【發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵】pH控制方法直接加入酸或堿加入緩沖劑（磷酸鹽）進(jìn)行補(bǔ)料（補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)組分）

→

尿素（pH下降）

攪拌葉輪加快O2的溶解以及散熱?？諝馊肟诳刂迫芙庋鹾咳芙庋蹩刂蒲鯕夤┬枵{(diào)節(jié)的根本目的是滿足微生物生長(zhǎng)和代謝的各階段對(duì)發(fā)酵液溶解氧濃度的需求。溶解氧調(diào)控的主要手段：通風(fēng)和攪拌一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物根據(jù)產(chǎn)物性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施來(lái)獲得產(chǎn)品。過(guò)濾、沉淀發(fā)酵液菌體分離、干燥產(chǎn)品發(fā)酵液預(yù)處理細(xì)胞分離細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎分離初步純化高度純化成品加工胞外產(chǎn)物發(fā)酵產(chǎn)品檢驗(yàn)合格、才能上市產(chǎn)品類型主要產(chǎn)物微生物菌體細(xì)胞

酵母菌、食用菌、微生物農(nóng)藥微生物酶類各種酶、酶制劑和各種曲類微生物代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸和維生素；次級(jí)代謝產(chǎn)物，如抗生素、生物堿和植物激素類似物微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物利用微生物代謝過(guò)程中的某種酶或酶系，將一種化合物轉(zhuǎn)化成含有特殊功能基團(tuán)的產(chǎn)物。例如，將甘油轉(zhuǎn)化為二羥基丙酮，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸，將甾體轉(zhuǎn)化成甾體激素工程菌發(fā)酵產(chǎn)物通過(guò)基因工程和細(xì)胞工程創(chuàng)造出許多具有特殊功能的“工程菌”，用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)更多更好的產(chǎn)品，發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益動(dòng)植物細(xì)胞的產(chǎn)物通過(guò)大規(guī)模培養(yǎng)木瓜細(xì)胞，生產(chǎn)木瓜蛋白酶；利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)天然食用色素等發(fā)酵工程產(chǎn)品的主要類型討論4：不能。因?yàn)樵谶M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。為了避免污染環(huán)境，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),應(yīng)該對(duì)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？討論2、怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需要？要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)養(yǎng)組分。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

發(fā)酵工程

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過(guò)微生物

技術(shù)篩選或其它技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是

菌種原材料中天然存在的

菌種發(fā)酵方式

發(fā)酵為主固體發(fā)酵或__________發(fā)酵為主對(duì)發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格_____操作，防止雜菌污染。通過(guò)

技術(shù)對(duì)發(fā)酵條件精確地控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)。不是無(wú)菌操作，容易受到

污染。對(duì)發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制，易受__________影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來(lái)源豐富，成本_____，產(chǎn)物_____，產(chǎn)量_____。通常是

或作坊式的，產(chǎn)量低。生產(chǎn)往往受

和原料限制。產(chǎn)品風(fēng)味品種比較_____，質(zhì)量

。產(chǎn)品處理純培養(yǎng)單一混合液體半固體無(wú)菌現(xiàn)代工程雜菌外界條件低多樣高家庭式季節(jié)單一不穩(wěn)定分離和提純產(chǎn)物的方法較多。最后需要進(jìn)行________質(zhì)量檢查不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或僅采用簡(jiǎn)單沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。【習(xí)題鞏固】如圖為通過(guò)谷氨酸棒狀桿菌(一種好氧細(xì)菌)發(fā)酵獲得谷氨酸的裝置圖。(1)圖中3、6處是發(fā)酵罐夾層中水的進(jìn)口和出口，水在發(fā)酵罐夾層流動(dòng)的作用是_____________。(2)谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，當(dāng)培養(yǎng)液呈______________時(shí)，會(huì)積累谷氨酸；當(dāng)培養(yǎng)液呈______時(shí)，易形成________________________。(3)如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用____________(填“過(guò)濾、沉淀”或“提取、分離”)等方法獲得產(chǎn)品。(4)圖中5的作用是__________________________________________________。冷卻(或降溫)中性或弱堿性酸性谷氨酰胺和N--乙酰谷氨酰胺過(guò)濾、沉淀使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快氧氣的溶解以及散熱選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)接種滅菌配制培養(yǎng)基發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品②代謝物：適當(dāng)?shù)奶崛　?/p>

分離和純化措施①微生物細(xì)胞本身：過(guò)濾、沉淀①隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等地位：中心環(huán)節(jié)②及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分③嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件監(jiān)控①目的：防止雜菌污染②對(duì)象：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備營(yíng)養(yǎng)構(gòu)成：水、無(wú)機(jī)鹽、碳源、氮源等方法①?gòu)淖匀唤缰泻Y選的優(yōu)良菌種②通過(guò)誘變育種或基因工程育種獲得【小結(jié)】目的：增加菌種數(shù)量一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.發(fā)酵工程的正確操作過(guò)程是①發(fā)酵②培養(yǎng)基的配制③滅菌④產(chǎn)品的分離與提純⑤菌種的選育⑥接種⑦擴(kuò)大培養(yǎng)A.①③④⑤⑦②⑥

B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④

D.⑥⑤⑦②④③①√2.下列關(guān)于微生物發(fā)酵過(guò)程的說(shuō)法，正確的是A.菌種選育是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)B.只要不斷地向發(fā)酵罐中通入液體培養(yǎng)基，就能保證發(fā)酵的正常進(jìn)行C.在發(fā)酵過(guò)程中，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵

條件，否則會(huì)影響菌種代謝產(chǎn)物的形成D.在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，但

是不影響微生物的代謝途徑√3.某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進(jìn)行葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的研究。下列敘述正確的是A.為加快發(fā)酵速度，應(yīng)使發(fā)酵液保持35℃的恒溫B.給發(fā)酵罐適時(shí)排氣，后期可縮短排氣間隔時(shí)間C.可以通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中殘余糖的濃度來(lái)決定

何時(shí)終止發(fā)酵D.若定期對(duì)培養(yǎng)液中酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)，只能采用

稀釋涂布平板法√二、發(fā)酵工程的應(yīng)用產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉廢棄物對(duì)環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點(diǎn)在食品工業(yè)在醫(yī)藥工業(yè)在農(nóng)牧業(yè)在其他方面發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用思考·討論：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程1、啤酒發(fā)酵的主要原料和微生物？2、啤酒發(fā)酵的過(guò)程可以分為哪幾個(gè)階段，分別進(jìn)行完成哪些重要過(guò)程？3、影響啤酒品種和口味的因素有哪些？4、啤酒工業(yè)化的生產(chǎn)流程？啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程發(fā)芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶終止麥芽生長(zhǎng)，減少有機(jī)物消耗保留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉淀粉水解形成糖漿二、發(fā)酵工程的應(yīng)用加熱殺死種子胚不使淀粉酶失活增大接觸面積，便于糖化二、發(fā)酵工程的應(yīng)用蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長(zhǎng)它的保存期過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售糖漿啤酒花過(guò)濾冷卻裝瓶裝罐儲(chǔ)存罐啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程先通氣，后密閉二、發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止主發(fā)酵后發(fā)酵在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒思考·討論：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程加啤酒花冷卻接種過(guò)濾與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在上面啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高?

菌種的選育、對(duì)原材料的處理、發(fā)酵過(guò)程的控制、產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。酵母菌繁殖大部分糖的分解代謝物的生成二、發(fā)酵工程的應(yīng)用類別“精釀”啤酒“工業(yè)”啤酒原料食品添加劑麥芽汁濃度發(fā)酵時(shí)間特點(diǎn)只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水麥芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等不添加添加

較高，口味濃郁較低，口味清淡長(zhǎng)，可達(dá)2個(gè)月短，通常7天左右產(chǎn)量低、價(jià)格高產(chǎn)量高、價(jià)格低“精釀”啤酒與“工業(yè)”啤酒的區(qū)別2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等。有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個(gè)問(wèn)題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？【討論】課本P25應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿足一些人的時(shí)尚追求另一方面，這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調(diào)制醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類各種酒類的生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（2）生產(chǎn)食品添加劑①利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸②利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，經(jīng)處理制成味精添加劑類型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5’-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶增加食品的營(yíng)養(yǎng)延長(zhǎng)食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質(zhì)實(shí)例:二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（3）生產(chǎn)酶制劑食品直接生產(chǎn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味酶制劑的作用果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶…

…酶制劑概念：酶經(jīng)過(guò)提純、加工后的具有催化功能的生物制品。來(lái)源：②大多數(shù)通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)①少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)二、發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用第1：采用基因工程的方法，將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物（工程菌）。生長(zhǎng)激素釋放抑制激素能夠抑制生長(zhǎng)激素的不適宜分泌，可用于治療肢端肥大癥。如何獲取羊腦中50萬(wàn)個(gè)羊腦才能提取5mg?；蚋脑斓奈⑸锇l(fā)酵7.5L培養(yǎng)液中就能得到5mg肢端肥大癥二、發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用第2：直接對(duì)菌種進(jìn)行改造，再通過(guò)發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。第3：利用基因工程，將病原體的某個(gè)或某幾個(gè)抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得的表達(dá)產(chǎn)物就可以作為疫苗使用。一種生產(chǎn)乙型肝炎疫苗的方法就是將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)。乙肝疫苗青霉素

利用誘變育種篩選出的高產(chǎn)青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素，用于治療腦膜炎、骨髓炎、肺炎等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用與基因工程、蛋白質(zhì)工程相結(jié)合動(dòng)植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)業(yè)工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料生產(chǎn)微生物農(nóng)藥生產(chǎn)微生物飼料

從自然界選育出優(yōu)良菌株，再通過(guò)發(fā)酵工程大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)制成的活菌或其代謝物產(chǎn)品等正應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)的很多方面。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)業(yè)工業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)微生物肥料①微生物肥料：②常見(jiàn)微生物肥料：微生物代謝有機(jī)酸生物活性物質(zhì)等增進(jìn)土壤肥力改良土壤結(jié)構(gòu)促進(jìn)植株生長(zhǎng)微生物抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，減少病害發(fā)生。根瘤菌肥、固氮菌肥等二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)業(yè)工業(yè)上的應(yīng)用（2）生產(chǎn)微生物農(nóng)藥生物防治利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲害蘇云金桿菌Bt毒蛋白防治80多種農(nóng)林蟲害；白僵菌防治玉米螟、松毛蟲等蟲害一種放線菌井岡霉素防治防治水稻枯紋病；二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)業(yè)工業(yè)上的應(yīng)用項(xiàng)目微生物農(nóng)藥防治化學(xué)農(nóng)藥防治防治機(jī)理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)利用微生物或代謝物進(jìn)行防治成本低、無(wú)污染，可以維持生態(tài)平衡防治速度慢利用化學(xué)藥劑（如殺蟲劑、殺鼠劑）等進(jìn)行防治見(jiàn)效快，操作簡(jiǎn)單成本高，污染環(huán)境，不利于維持生態(tài)平衡二、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)業(yè)工業(yè)上的應(yīng)用（3）生產(chǎn)微生物飼料常見(jiàn)種類單細(xì)胞蛋白乳酸菌原理：微生物含有豐富的蛋白，且繁殖速度快來(lái)源：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體成分：應(yīng)用：豐富的蛋白質(zhì)，還有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)食品添加劑微生物飼料能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高在青貯飼料中添加乳酸菌，①可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮②動(dòng)物食用后還能提高免疫力。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用4.其他方面的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。對(duì)極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用12嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。電催化結(jié)合發(fā)酵的方式，用CO2合成葡萄糖和脂肪酸，使資源化利用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用具體應(yīng)用成果食品醬油（霉菌）、酒類（釀酒酵母）醫(yī)藥農(nóng)牧業(yè)其他方面食品添加劑酶制劑檸檬酸（黑曲霉）、谷氨酸（谷氨酸棒狀桿菌）淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等生長(zhǎng)激素釋放抑制激素、青霉素、乙型肝炎疫苗根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌和固氮菌）多種農(nóng)林蟲害（蘇云金桿菌）、玉米螟（白僵菌）微生物菌體（單細(xì)胞蛋白）酒精、乙烯（纖維廢料）洗滌劑（嗜熱菌、嗜鹽菌）肥料農(nóng)藥飼料解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題對(duì)極端微生物的利用傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品抗生素、氨基酸、激素、免疫調(diào)節(jié)劑等一、概念檢測(cè)與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比,發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富,產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵。（）(2)發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身。（）(3)在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中,發(fā)酵條件變化不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖,也會(huì)影響微生物的代謝途徑。（）(4)通過(guò)發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白。（）×√√×二、拓展應(yīng)用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中,人們遇到了兩個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)或查閱資料,并發(fā)揮想象力,提出解決這些問(wèn)題的思路。(1)青霉素發(fā)酵是高耗氧過(guò)程,如何能夠保證在發(fā)酵過(guò)程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢?(提示:血紅蛋白具有攜帶O2的能力)可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入青霉素生產(chǎn)菌來(lái)提高菌體對(duì)氧的吸收和利用率。(2)在發(fā)酵過(guò)程中,總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過(guò)對(duì)青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn),在青霉素與頭孢霉素的合成過(guò)程中,它們有一個(gè)共同的前體,這個(gè)前體經(jīng)過(guò)兩種不同酶的作用分別合成兩個(gè)產(chǎn)物。如何改造青霉素生產(chǎn)菌使其只生產(chǎn)生青霉素，或者只產(chǎn)生頭孢霉素呢？可以對(duì)兩種酶的基因進(jìn)行改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產(chǎn)菌只生產(chǎn)一種產(chǎn)物。2、通過(guò)微生物發(fā)酵,可以將糧食(如玉米、小麥等)及各種植物纖維加工成燃料乙醇;將燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配,就形成了目前在我國(guó)多地廣泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱道。調(diào)查顯示,使用乙醇汽油與使用普通汽油相比,排放到空氣中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人認(rèn)為燃料乙醇“可再生”;但也有人認(rèn)為,生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食,會(huì)增加糧食短缺的風(fēng)險(xiǎn)。請(qǐng)你嘗試通過(guò)查閱資料,評(píng)估這一風(fēng)險(xiǎn),并說(shuō)明在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)如何規(guī)避這風(fēng)險(xiǎn)。存在風(fēng)險(xiǎn)。在生產(chǎn)燃料乙醇時(shí)，為了規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸稈等)。使用陳化糧食來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇，還有利于防止問(wèn)題糧食流入市場(chǎng)?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）為提高菌株H對(duì)蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液體培養(yǎng)基中將蔗糖作為_(kāi)__________，并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)（指培養(yǎng)一段時(shí)間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)）以獲得目標(biāo)菌株。培養(yǎng)過(guò)程中定期取樣并用______________的方法進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，評(píng)估菌株增殖狀況。此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有_________

等。（答出兩種方法即可）唯一碳源誘變育種、基因工程育種2021廣東高考真題

21.中國(guó)科學(xué)家運(yùn)用合成生物學(xué)方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖）為原料，在實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價(jià)值。工藝流程如圖。稀釋涂布平板2021廣東高考真題

21.中國(guó)科學(xué)家運(yùn)用合成生物學(xué)方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖）為原料，在實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價(jià)值。工藝流程如圖。（2）基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強(qiáng)等特性，研究人員設(shè)計(jì)了一種不需要滅菌的發(fā)酵系統(tǒng)，其培養(yǎng)基鹽濃度設(shè)為60g/L，pH為10，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60d以上。該系統(tǒng)不需要滅菌的原因是___________。（答出兩點(diǎn)即可）1.鹽濃度為60g/L的條件下，其他雜菌因失水過(guò)多而死亡；2.pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長(zhǎng)繁殖受抑制2021廣東高考真題

21.中國(guó)科學(xué)家運(yùn)用合成生物學(xué)方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖）為原料，在實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價(jià)值。工藝流程如圖。（3）研究人員在工廠進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，在適宜的營(yíng)養(yǎng)物濃度、溫度、pH條件下發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中菌株H細(xì)胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達(dá)到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說(shuō)明發(fā)酵條件中___________可能是高密度培養(yǎng)的限制因素。（4）菌株H還能通過(guò)分解餐廚垃圾（主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等）來(lái)生產(chǎn)PHA，說(shuō)明其能分泌___________________________。氧氣蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機(jī)化合物A，其研究團(tuán)隊(duì)用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養(yǎng)基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下圖所示，請(qǐng)分析回答問(wèn)題。(1)在培養(yǎng)基中加人化合物A的目的是_________________________________,這種培養(yǎng)基屬于______培養(yǎng)基。篩選出可以降解化合物A的微生物選擇(2)培養(yǎng)若干天后,應(yīng)選擇培養(yǎng)瓶中化合物A含量____________的培養(yǎng)液，接入新的培養(yǎng)液中連續(xù)培養(yǎng)，使目的菌的數(shù)量_________顯著降低擴(kuò)增污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。(4)將目的菌用于環(huán)境保護(hù)實(shí)踐時(shí),還有哪些問(wèn)題需要解決?目的菌能否在自然環(huán)境中大量生長(zhǎng)繁殖、是否會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的代謝物、降解化合物A后是否會(huì)產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題都需要研究清楚后，才能進(jìn)行實(shí)踐。(5)有人提出,可以通過(guò)改造細(xì)菌的基因來(lái)獲得能夠降解化合物A的細(xì)菌,請(qǐng)分析這種方法是否可行?？尚??；蚬こ痰亩ㄏ蚋脑炀N(3)若要研究目的菌的生長(zhǎng)規(guī)律,可挑取單個(gè)菌落進(jìn)行液體培養(yǎng)，再采用________________方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。請(qǐng)你預(yù)測(cè)目的菌的種群數(shù)量會(huì)發(fā)生怎樣的變化。_______細(xì)菌計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)S形增長(zhǎng)2.某個(gè)高溫日,某校三位高中學(xué)生相約去吃冰激凌，之后兩人都出現(xiàn)腹瀉現(xiàn)象，于是他們懷疑冰激凌中的大腸桿菌含量超標(biāo)。老師建議他們利用學(xué)過(guò)的有關(guān)微生物培養(yǎng)的知識(shí)對(duì)此冰激凌進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)一番資料查閱,他們提出了如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路立即去賣冰激凌的小店再買一個(gè)同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍(lán)瓊脂培養(yǎng)基(該培養(yǎng)基可用來(lái)鑒別大腸桿菌,生長(zhǎng)在此培養(yǎng)基上的大腸桿菌菌落呈深紫色,并有金屬光澤)、滅菌、倒平板;取10mL剛?cè)诨谋ち枳鳛樵喝缓筮M(jìn)行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;取每個(gè)濃度的冰激凌