第1章 第3节 发酵工程及其应用-【高考领航】2021-2022学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第3节　发酵工程及其应用 [目标领航]　1.了解什么是发酵工程。2.掌握发酵工程的一般流程。3.了解发酵工程在生产上的重要价值。 发酵工程的基本环节 发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。 1．选育菌种 性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 2．扩大培养 在发酵之前需要对菌种进行扩大培养。 3．配制培养基 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 4．灭菌 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降，如青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 5．接种 在大规模的发酵过程中，将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，让它们达到一定数量后再进行接种。 6．发酵罐内发酵 (1)发酵过程：是发酵工程的中心环节，要随时检测培养液中的微生物的数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。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产物的形成。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。 (2)发酵工程的条件控制：现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 7．产物的分离、提纯 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 发酵工程的应用 1．在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品。 (2)生产各种各样的食品添加剂。 (3)生产酶制剂。 2．在医药工业上的应用 (1)药品生产如青霉素等。 (2)基因工程药品生产如生长激素释放抑制激素和乙型肝炎疫苗等。 3．在农牧业上的应用 (1)生产微生物肥料。 (2)生产微生物农药。 (3)生产微生物饲料。 4．其他方面的应用 嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂；嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 (正确的打“√”，错误的打“×”) 1．性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。(×) 2．在菌种确定之后要工业生产时，需要选择原料制备培养基。(√) 3．生产实践中培养基配方要经过反复试验才能确定。(√) 4．灭菌只对培养基严格的灭菌就可以。(×) 5．青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。(√) 6．发酵工程的中心环节是发酵过程。(√) 7．谷氨酸的发酵生产过程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。(√) 8．发酵过程中需要对温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。(√) 知识点一　发酵工程的基本环节 1．菌种的选育 如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 如果生产的是一般微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。 2．培养基的配制 在配制培养基时应注意以下几点： (1)根据不同的菌种选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、特殊营养物质、水、无机盐等方面的营养需求，并为微生物提供适宜的pH。 (2)培养基的营养要协调，以利于菌体的生长或产物的合成。 (3)培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 例如：发酵生产常采用天然成分的液体培养基。而且，经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。 3．灭菌 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程不能混入杂菌。在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的细胞体、芽孢和孢子。 4．扩大培养和接种 扩大培养是将对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌种。接种时要防止杂菌污染。 5．发酵过程(中心阶段) 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长稳定期的时间，以得到更多