1.3 发酵工程及其应用-【帮课堂】2021-2022学年高二生物同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）

第3节 发酵工程及其应用 ( 目标导航 ) 教学目标 课程标准 目标解读 发酵工程为人类提供多样的生物产品。 1. 举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。 2. 阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。 3. 举例说明发酵工程在医药、食品及其它工农业生产上有重要的应用价值。 教学重点 1. 发酵工程的基本环节。 2. 发酵工程的应用。 教学难点 发酵工程的基本环节。 ( 知识精讲 ) 知识点01 发酵和发酵工程 发酵：利用微生物，在适宜条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。 发酵工程：即利用微生物的特定的功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 知识点02 发酵工程的基本环节 1.选育菌种 菌种来源 关键点 实例 从自然界中筛选 诱变育种 若生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸 基因工程育种 若生产的是微生物不能合成的产品，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。 使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期 2.扩大培养 将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 3. 配制培养基 在菌种确定之后，结合菌种代谢特点，要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过反复试验 才能确定。 4.灭菌 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 5.接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 6.发酵罐内发酵—发酵工程的中心环节 发酵过程的监控： ①发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程； ②要及时添加必需的营养成分； ③要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件； 7.分离、提纯产物 发酵产物不同，分离、提纯的方法也不同。 ①发酵产品是微生物细胞本身时，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； ②发酵产品是代谢物时，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； 8.获得产品 知识点03 发酵工程的应用 具体应用 成果 食品 生产传统的发酵产品 酱油（霉菌）、酒类（酵母） 食品添加剂 食品酸度调节剂：柠檬酸（黑曲霉） 增味剂：谷氨酸（谷氨酸棒状杆菌） 酶制剂 淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等 医药 工程菌 生长激素释放抑制激素 改造菌种 青霉素 、 疫苗 乙型肝炎疫苗 农牧业 肥料 根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌和固氮菌） 农药 多种农林虫害（苏云金杆菌）、玉米螟和松毛虫（白僵菌）、水稻枯纹病（井冈霉素） 饲料 淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液通过发酵获得微生物菌体 其他 方面 解决资源短缺和环境污染问题 酒精、乙烯（纤维素废料） 对极端微生物的利用 洗涤剂（嗜热菌、嗜盐菌） （1）在食品工业上的应用 ①啤酒的工业化流程 小结： 1.啤酒的发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段； 2.主发酵阶段完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成； 3.后发酵的条件低温、密闭的环境下储存一段时间； 4.焙烤的目的：加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活； 5.蒸煮的目的：产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 ②用大豆来生产酱油产品、谷物或水果生产各种酒类 ③食品添加剂 食品添加剂优点：增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期。 ④酶制剂 常见酶制剂：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶。 酶制剂应用：食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等。 酶制剂来源：少数由动植物生产；绝大多数是通过发酵工程生产的。 (2)在医药工业上的应用 采用基因工程的方法,将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物。如利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素。 直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品。如通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素。 未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。 利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞，制成生物疫苗。如一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。 (3)在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 微生物肥料的种类：根瘤菌肥、固氮菌肥 微生物肥料的作用：微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的