【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)上有哪些重要的價值？

第一章發(fā)酵工程早期1瓶規(guī)格大概20萬單位的青霉素最高賣到如今1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑一元？青霉素實現(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，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。對發(fā)酵原理的認識微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐設(shè)計成功嚴格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強、營養(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，如何通過發(fā)酵工程生產(chǎn)高產(chǎn)青霉素選育菌種擴大培養(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)良菌種的來源?2、擴大培養(yǎng)的目的是什么？3、培養(yǎng)基配制的要求？在生產(chǎn)實踐中如何確定最優(yōu)培養(yǎng)基？4、要對什么進行滅菌？為什么要進行滅菌？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，它往往還會賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨特的風(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，需要考慮因素：①繁殖快、代謝旺盛、代謝產(chǎn)物多②對營養(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、來源①從自然界中篩選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)到增長速率最快時期的菌體分開培養(yǎng)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(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，

所用原料廉價且易于獲得。

營養(yǎng)物質(zhì)滿足微生物的需要，濃度及配比恰當，物理、化學(xué)條件適宜等。原則：注意：經(jīng)過反復(fù)試驗才能大規(guī)模應(yīng)用。液體培養(yǎng)基配制的培養(yǎng)基：包括微生物生長所需的碳源、氮源、水、無機鹽及特殊營養(yǎng)要求。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(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】對象：原因：①種間競爭②雜菌的代謝物抑制菌種生長防止雜菌污染，導(dǎo)致產(chǎn)量下降例、在青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，雜菌分泌青霉素酶就會將青霉素分解掉。培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。對通入的空氣進行滅菌，對生產(chǎn)環(huán)境需進行消毒處理。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(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)品將擴大培養(yǎng)后的菌種投放到發(fā)酵罐中電動機發(fā)酵液冷卻夾層生物傳感器pH計冷卻水排出口培養(yǎng)物或營養(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入口抽取樣本進行檢測調(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電動機排氣管pH計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入口【發(fā)酵裝置】發(fā)酵罐方便抽樣檢測控制冷水流速調(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)酵過程中隨時取樣，檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程；及時添加必需的營養(yǎng)物質(zhì)組分來延長菌體生長穩(wěn)定期的時間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物；嚴格控制溫度、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)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會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】

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

拌泡沫營養(yǎng)通氣量發(fā)酵過程中使用大型發(fā)酵罐均有計算機控制系統(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)酵目的是要盡快達到大量的菌體，采用稍高的溫度，能促進菌的呼吸與代謝，使菌體生長迅速。發(fā)酵中期菌量已達到最適，適當降低溫度，延長發(fā)酵時間，提高產(chǎn)量。發(fā)酵后期產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵時間沒有必要，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）進行補料（補充營養(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和代謝的各階段對發(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?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。過濾、沉淀發(fā)酵液菌體分離、干燥產(chǎn)品發(fā)酵液預(yù)處理細胞分離細胞破碎細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)品檢驗合格、才能上市產(chǎn)品類型主要產(chǎn)物微生物菌體細胞

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)物初級代謝產(chǎn)物，如氨基酸、有機酸、有機溶劑、核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸和維生素；次級代謝產(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)物通過基因工程和細胞工程創(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)濟效益動植物細胞的產(chǎn)物通過大規(guī)模培養(yǎng)木瓜細胞，生產(chǎn)木瓜蛋白酶；利用植物細胞培養(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。因為在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，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，實現(xiàn)清潔生產(chǎn),應(yīng)該對排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進行二次清潔或滅菌處理。在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，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、怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？要對溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(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)不同點菌種通過微生物

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)酵為主對發(fā)酵條件的控制嚴格_____操作，防止雜菌污染。通過

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

污染。對發(fā)酵條件不能嚴格控制，易受__________影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富，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。最后需要進行________質(zhì)量檢查不會再對產(chǎn)物進行分離和提純處理，或僅采用簡單沉淀、過濾等方法來分離和提純產(chǎn)物。【習(xí)題鞏固】如圖為通過谷氨酸棒狀桿菌(一種好氧細菌)發(fā)酵獲得谷氨酸的裝置圖。(1)圖中3、6處是發(fā)酵罐夾層中水的進口和出口，水在發(fā)酵罐夾層流動的作用是_____________。(2)谷氨酸發(fā)酵過程中，當培養(yǎng)液呈______________時，會積累谷氨酸；當培養(yǎng)液呈______時，易形成________________________。(3)如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用____________(填“過濾、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?shù)奶崛　?/p>

分離和純化措施①微生物細胞本身：過濾、沉淀①隨時檢測培養(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及時添加必需的營養(yǎng)組分③嚴格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件監(jiān)控①目的：防止雜菌污染②對象：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備營養(yǎng)構(gòu)成：水、無機鹽、碳源、氮源等方法①從自然界中篩選的優(yōu)良菌種②通過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擴大培養(yǎng)A.①③④⑤⑦②⑥

B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④

D.⑥⑤⑦②④③①√2.下列關(guān)于微生物發(fā)酵過程的說法，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)酵的正常進行C.在發(fā)酵過程中，要嚴格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵

條件，否則會影響菌種代謝產(chǎn)物的形成D.在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件會影響微生物的生長繁殖，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)酵罐進行葡萄酒發(fā)酵過程的研究。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)酵罐適時排氣，后期可縮短排氣間隔時間C.可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定

何時終止發(fā)酵D.若定期對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數(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)條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點在食品工業(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)酵的過程可以分為哪幾個階段，分別進行完成哪些重要過程？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，減少有機物消耗保留營養(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，終止酶的進一步作用，并對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，延長它的保存期過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進行出售糖漿啤酒花過濾冷卻裝瓶裝罐儲存罐啤酒的工業(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)境下儲存一段時間，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、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、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)酵時間特點只使用麥芽、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，可達2個月短，通常7天左右產(chǎn)量低、價格高產(chǎn)量高、價格低“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、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，卻依然有著市場需求，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，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求另一方面，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、價格昂貴的問題。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：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養(yǎng)延長食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質(zhì)實例: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)改進生產(chǎn)工藝簡化生產(chǎn)過程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長食品儲存期改善產(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)過提純、加工后的具有催化功能的生物制品。來源：②大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)①少數(shù)由動植物生產(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）。生長激素釋放抑制激素能夠抑制生長激素的不適宜分泌，可用于治療肢端肥大癥。如何獲取羊腦中50萬個羊腦才能提取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：直接對菌種進行改造，再通過發(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，將病原體的某個或某幾個抗原基因轉(zhuǎn)入適當?shù)奈⑸锛毎?，獲得的表達產(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常見微生物肥料：微生物代謝有機酸生物活性物質(zhì)等增進土壤肥力改良土壤結(jié)構(gòu)促進植株生長微生物抑制土壤中病原微生物的生長，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?。欢?、發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)業(yè)工業(yè)上的應(yīng)用項目微生物農(nóng)藥防治化學(xué)農(nóng)藥防治防治機理優(yōu)點缺點利用微生物或代謝物進行防治成本低、無污染，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）等進行防治見效快，操作簡單成本高，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)微生物飼料常見種類單細胞蛋白乳酸菌原理：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)境污染問題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。對極端微生物（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)境污染問題對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進行發(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)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑。（）(4)通過發(fā)酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白。（）×√√×二、拓展應(yīng)用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中,人們遇到了兩個問題。請你運用所學(xué)知識或查閱資料,并發(fā)揮想象力,提出解決這些問題的思路。(1)青霉素發(fā)酵是高耗氧過程,如何能夠保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(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)菌來提高菌體對氧的吸收和利用率。(2)在發(fā)酵過程中,總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過對青霉素生產(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程中,它們有一個共同的前體,這個前體經(jīng)過兩種不同酶的作用分別合成兩個產(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？可以對兩種酶的基因進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。有人認為燃料乙醇“可再生”;但也有人認為,生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食,會增加糧食短缺的風(fēng)險。請你嘗試通過查閱資料,評估這一風(fēng)險,并說明在生產(chǎn)時應(yīng)如何規(guī)避這風(fēng)險。存在風(fēng)險。在生產(chǎn)燃料乙醇時，為了規(guī)避這一風(fēng)險，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)。使用陳化糧食來生產(chǎn)燃料乙醇，還有利于防止問題糧食流入市場?；卮鹣铝袉栴}：（1）為提高菌株H對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___________，并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)（指培養(yǎng)一段時間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)）以獲得目標菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用______________的方法進行菌落計數(shù)，評估菌株增殖狀況。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.中國科學(xué)家運用合成生物學(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，在實驗室發(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值。工藝流程如圖。稀釋涂布平板2021廣東高考真題

21.中國科學(xué)家運用合成生物學(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，在實驗室發(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值。工藝流程如圖。（2）基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，研究人員設(shè)計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___________。（答出兩點即可）1.鹽濃度為60g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；2.pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制2021廣東高考真題

21.中國科學(xué)家運用合成生物學(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，在實驗室發(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值。工藝流程如圖。（3）研究人員在工廠進行擴大培養(yǎng)，在適宜的營養(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細胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中___________可能是高密度培養(yǎng)的限制因素。（4）菌株H還能通過分解餐廚垃圾（主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等）來生產(chǎn)PHA，說明其能分泌___________________________。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、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物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的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(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_________顯著降低擴增污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測定各瓶中化合物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)境保護實踐時,還有哪些問題需要解決?目的菌能否在自然環(huán)境中大量生長繁殖、是否會產(chǎn)生對環(huán)境有害的代謝物、降解化合物A后是否會產(chǎn)生二次污染等問題都需要研究清楚后，才能進行實踐。(5)有人提出,可以通過改造細菌的基因來獲得能夠降解化合物A的細菌,請分析這種方法是否可行?？尚小；蚬こ痰亩ㄏ蚋脑炀N(3)若要研究目的菌的生長規(guī)律,可挑取單個菌落進行液體培養(yǎng)，再采用________________方法進行計數(shù)。請你預(yù)測目的菌的種群數(shù)量會發(fā)生怎樣的變化。_______細菌計數(shù)板計數(shù)S形增長2.某個高溫日,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。老師建議他們利用學(xué)過的有關(guān)微生物培養(yǎng)的知識對此冰激凌進行檢測。經(jīng)過一番資料查閱,他們提出了如下實驗設(shè)計思路立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養(yǎng)基(該培養(yǎng)基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養(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行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌