1.3 发酵工程及其应用-2021-2022学年新教材高中生物选择性必修三【名师导航】同步Word教参(人教版)

第3节　发酵工程及其应用 课标内容要求 核心素养对接 1.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。 2．举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。 1.科学探究：根据发酵产品和利用微生物的不同讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。 2．社会责任：认可发酵工程在生产上的重要应用价值。 一、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：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还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。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。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。 6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、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。 7．分离、提纯产物：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得到产品。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。 二、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，如酱油、各种酒类。 (2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。 (3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。 2．在医药工业上的应用 基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。 3．在农牧业上的应用 (1)生产微生物肥料。微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。 (2)生产微生物农药。微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。 (3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。 4．在其他方面的应用 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。 判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。 (×) 提示：发酵工程的菌种也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。 2．发酵工程的中心环节是选育菌种。 (×) 提示：发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程。 3．发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。 (×) 提示：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 4．利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。 (×) 提示：利用微生物农药防治农林虫害属于生物防治。 5．微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。 (√) 　发酵工程中发酵条件的控制 1．微生物发酵生产的水平最基本的条件取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种之后，还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分表现出来。因此必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、pH条件、对氧的需求等，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳的产物合成条件下，才能取得优质高产的效果。 2．由于微生物发酵是多达数十步甚至数百步的生物化学反应，其过程远比化学反应过程复杂，往往环境条件的微小变化，就会对微生物的生产能力产生明显影响。所以，为了控制整个发酵过程，必须了解微生物在发酵过程中的代谢变化规律，这是通过各种检测方法，测定各种发酵参数如细胞浓度、碳氮源等物质的消耗、产物浓度等随时间变化的情况，以便能够控制发酵过程，使生产菌种的生产能力得到充分发挥。 应用实践：(1)利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？ 提示：“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。 (2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？ 提示：醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，