發(fā)酵工程及其應(yīng)用【基礎(chǔ)梳理+培優(yōu)拓展】高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第1章

發(fā)酵工程第3節(jié)

發(fā)酵工程及其應(yīng)用

從社會(huì)中來(lái)

青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素，在“二戰(zhàn)”期間，青霉素挽救了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的生命，被稱(chēng)為“有魔力的子彈”。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價(jià)格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，1瓶規(guī)格160萬(wàn)單位的青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢?通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)的什么是發(fā)酵工程？對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立密閉式發(fā)酵罐的成功設(shè)計(jì)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)品微生物的特定功能現(xiàn)代工程技術(shù)

指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。發(fā)酵工程的概念

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(lèi)有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。①微生物：自然界中具有優(yōu)良性狀的微生物誘變育種的微生物基因重組的微生物（常規(guī)菌）（工程菌）②產(chǎn)品：包括利用酵母菌發(fā)酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌發(fā)酵制造的酸奶，及利用工程菌生產(chǎn)的人胰島素。③實(shí)質(zhì)：利用微生物進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)品生產(chǎn)。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么呢？發(fā)酵工程的概念01發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

某鎮(zhèn)特產(chǎn)一種美酒，以下是對(duì)該鎮(zhèn)環(huán)境的描述：四面環(huán)山，地勢(shì)低洼，氣候炎熱，具有獨(dú)特的微生物種群，因?yàn)榕c外界的空氣對(duì)流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。這對(duì)你理解發(fā)酵工程中菌種選育的重要性有什么啟示？

我國(guó)幅員遼闊，地理生態(tài)環(huán)境多樣，為各種微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了條件，這有利于發(fā)酵工程選育菌種。優(yōu)良的菌種不僅具有健壯，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，因此菌種選育環(huán)節(jié)在很大程度上決定了生物發(fā)酵產(chǎn)物的成敗選育菌種01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)獲得_________________性狀優(yōu)良的菌種從自然界中篩選、________或_____________。誘變育種基因工程育種生產(chǎn)檸檬酸產(chǎn)酸量高的黑曲霉（自然界）生產(chǎn)啤酒

基因工程改造的啤酒酵母（基因工程），加速發(fā)酵、縮短生產(chǎn)周期（1）目的：（2）菌種來(lái)源：（3）實(shí)例：青霉素高產(chǎn)青霉菌株（誘變育種）的獲取選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)(2)擴(kuò)大培養(yǎng)的原因：(1)擴(kuò)大培養(yǎng)的目的：獲得更多的菌種液體培養(yǎng)基(3)擴(kuò)大培養(yǎng)的培養(yǎng)基物理類(lèi)型:

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。所以，在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，再進(jìn)行培養(yǎng)。選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)配置培養(yǎng)基要遵循的原則：

①根據(jù)菌種的代謝特點(diǎn)，選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配置的培養(yǎng)基應(yīng)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。

②配置的培養(yǎng)基要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能大規(guī)模應(yīng)用。選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵工程所用的菌種大多數(shù)是單一菌種。(1)滅菌的原因分析：雜菌與菌種之間形成的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系使產(chǎn)量下降或雜菌產(chǎn)生的代謝物抑制菌種的生長(zhǎng)使產(chǎn)量下降。(3)實(shí)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。(2)滅菌的目的：防止雜菌污染而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)將擴(kuò)大培養(yǎng)的菌種投放到發(fā)酵罐中。例如：谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。②嚴(yán)格控制發(fā)酵條件的原因發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)①發(fā)酵過(guò)程的監(jiān)控：a、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；c、嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣

量與攪拌等發(fā)酵條件，已獲得所需

的發(fā)酵產(chǎn)物。a.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。b.嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，有利于發(fā)

酵過(guò)程處于最佳狀態(tài)。b、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；培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀(guān)察孔取樣管溫度傳感器及控制裝置冷卻水進(jìn)入口閥門(mén)空氣入口放料管生物傳感器裝置攪拌葉輪發(fā)酵液冷卻夾層冷卻水排出口pH計(jì)排氣管電動(dòng)機(jī)發(fā)酵罐示意圖抽取樣本進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)罐溫調(diào)節(jié)罐壓控制溶解氧含量不斷攪拌的目的：

①使菌種與發(fā)酵液混合均勻，提高原料利用率；

②加快O2的溶解以及散熱。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀(guān)察孔取樣管溫度傳感器及控制裝置冷卻水進(jìn)入口閥門(mén)空氣入口放料管攪拌葉輪發(fā)酵液冷卻夾層冷卻水排出口pH計(jì)排氣管電動(dòng)機(jī)發(fā)酵罐示意圖一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)：

均有_______________，能對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度、pH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等進(jìn)行_____和_____，還可以進(jìn)行_________，使發(fā)酵全過(guò)程處于________；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制反饋控制最佳狀態(tài)接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物類(lèi)型獲得產(chǎn)品的方法微生物細(xì)胞代謝物過(guò)濾、沉淀等方法適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施分離、提純產(chǎn)物的方法措施：接種選育菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品01一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)思考討論1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？需要考慮的因素包括：

①在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長(zhǎng)繁殖；

②生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；

③發(fā)酵條件容易控制；

④菌種不易變異、退化等。2.怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿(mǎn)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。發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

3.在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。

發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。發(fā)酵工程產(chǎn)物無(wú)論是代謝物還是菌體本身，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢査,合格后才能成為正式產(chǎn)品。思考討論發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

4.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？

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)。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，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。思考討論發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

結(jié)合剛剛的分析，思考發(fā)酵工程相比傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，有什么優(yōu)點(diǎn)？發(fā)酵工程的優(yōu)點(diǎn)：(P24)①

生產(chǎn)條件溫和；②

原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉；③

產(chǎn)物專(zhuān)一；④

廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小和容易處理；討論

因此，發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。02發(fā)酵工程的應(yīng)用

以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如：黑曲霉）發(fā)酵生產(chǎn)醬油醬油大豆中蛋白質(zhì)小分子肽和氨基酸黑曲霉淋洗、調(diào)制（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

一、發(fā)酵工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品（蛋白酶）

以谷物或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)各種酒類(lèi)。谷物、水果釀酒酵母酒類(lèi)酒精+CO2一、發(fā)酵工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品啤酒是怎樣進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的多呢？（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程一、發(fā)酵工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

我國(guó)是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖所示。其中發(fā)酵過(guò)程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間進(jìn)行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時(shí)間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮主發(fā)酵消毒終止后發(fā)酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代謝物的生成思考·討論在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程加啤酒花冷卻接種過(guò)濾發(fā)酵27發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵主發(fā)酵冷卻大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉分解，形成糖漿。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。消毒終止過(guò)濾過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。01思考·討論啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程后發(fā)酵1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在啤酒的發(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)量和質(zhì)量。思考·討論啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

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？

應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類(lèi)產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿(mǎn)足一些人的時(shí)尚追求。另一方面，這類(lèi)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。思考·討論啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程類(lèi)別“精釀”啤酒“工業(yè)”啤酒原料是否添加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)格低一、發(fā)酵工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品2、生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑增加食物的營(yíng)養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，延長(zhǎng)食品的保存期①食品添加劑的作用：②實(shí)例1——檸檬酸檸檬酸是一種食品酸度調(diào)節(jié)劑；可以通過(guò)黑曲霉的發(fā)酵制得；淀粉淀粉酶黑曲霉葡萄糖檸檬酸合成酶檸檬酸（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

一、發(fā)酵工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品2、生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑③實(shí)例2——味精谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵氧氣谷氨酸處理味精添加劑的類(lèi)型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋(píng)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（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

一、發(fā)酵工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品2、生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑3、生產(chǎn)酶制劑，如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等①常見(jiàn)的酶制劑：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。③來(lái)源：少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)，大多數(shù)通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)。②酶制劑的應(yīng)用：

用于食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期和提高產(chǎn)量等方面。（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

33基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(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)劑一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用

1、生產(chǎn)微生物肥料①微生物肥料的種類(lèi)：根瘤菌肥、固氮菌肥②微生物肥料的作用：

Ⅰ生物肥料利用了微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)；

Ⅱ有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的發(fā)生.一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用

1、生產(chǎn)微生物肥料2、生產(chǎn)微生物農(nóng)藥①微生物農(nóng)藥的作用機(jī)理：利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害②實(shí)例：蘇云金桿菌防治80多種農(nóng)林蟲(chóng)害。白僵菌防治玉米螟、松毛蟲(chóng)等蟲(chóng)害。井岡霉素（一種放線(xiàn)菌產(chǎn)生的抗生素）防治水稻枯紋病。③防治類(lèi)型：生物防治項(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(chóng)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)平衡微生物農(nóng)藥防治和化學(xué)農(nóng)藥防治的比較一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用

2、生產(chǎn)微生物農(nóng)藥一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

（一）在食品工業(yè)上的應(yīng)用

（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用

1、生產(chǎn)微生物肥料2、生產(chǎn)微生物農(nóng)藥3、生產(chǎn)微生物飼料①原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快②實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（三）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用

3、生產(chǎn)微生物飼料①原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快②實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白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，即單細(xì)胞蛋白；單細(xì)胞蛋白應(yīng)用：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白生產(chǎn)過(guò)程：食品添加劑、微生物飼料；單細(xì)胞蛋白成分：不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類(lèi)、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)③實(shí)例2-乳酸菌

在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。一、發(fā)酵工程的應(yīng)用（四）在其他方面的應(yīng)用

1、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)2、將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐

自然界中還存在著一定數(shù)量的極端微生物，它們能在極端惡劣的環(huán)境（高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境）中正常生活。①極端微生物：②舉例：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。

發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問(wèn)題上，作出了越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。截止2015年，我國(guó)生物發(fā)酵生產(chǎn)年總值近2900億元，產(chǎn)品總量位居世界第一。我國(guó)是名副其實(shí)的發(fā)酵大國(guó)。一、發(fā)酵工程的應(yīng)用

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?chē)?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

。相同點(diǎn)都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的純培養(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)定微生物課堂小結(jié)食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品農(nóng)牧業(yè)其他方面生產(chǎn)食品添加劑發(fā)酵工程應(yīng)用生產(chǎn)酶制劑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)微生物飼料解決資源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐課堂小結(jié)一、概念檢測(cè)

（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、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。（

）×√×√練習(xí)與應(yīng)用

與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類(lèi)更加豐富，產(chǎn)量和質(zhì)粒明顯提高。判斷下列相關(guān)表述是否正確。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。練習(xí)與應(yīng)用

(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。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。

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。練習(xí)與應(yīng)用

（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)兩種不同的酶的作用分別合成兩個(gè)產(chǎn)物。如何改造青霉素生產(chǎn)菌使其只產(chǎn)生青霉素，或者只產(chǎn)生頭孢霉素呢？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(chēng)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)。練習(xí)與應(yīng)用（1）在培養(yǎng)基中加入化合物A的目的是

__________________________，這種

培養(yǎng)基屬于__________培養(yǎng)基。（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)中續(xù)培養(yǎng)，使目的菌

的數(shù)量________。

1.某化工廠(chǎng)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。篩選出可降解化合物A的微生物選擇顯著降低擴(kuò)增復(fù)習(xí)與提高

1.某化工廠(chǎng)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。復(fù)習(xí)與提高

（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)

1.某化工廠(chǎng)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。復(fù)習(xí)與提高

（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

1.某化工廠(chǎng)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