第1章 第3节 发酵工程及其应用-（教师WORD）2021-2022学年高中生物【精讲精练】人教版选择性必修3 生物技术与工程 新课标辅导

第3节　发酵工程及其应用

【学习目标】

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、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值——社会责任

知识点一　发酵工程的基本环节

[新知梳理]

1．发酵工程的概念

发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。

2．发酵工程的基本环节

(1)选育菌种：

①从自然界中筛选；

②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，要选择原料配制培养基。

(4)灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。

(5)接种：将菌种接种到配制的培养基上培养。

(6)发酵罐内发酵：这是发酵工程的中心环节。

①随时检测培养液中的微生物数量和产物浓度等；

②及时添加必需的营养组分；

③严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。

(7)分离、提纯产物：

①如果发酵产品是微生物细胞，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥；

②如果产品是代谢物，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。

[互动探究]

1．如何从自然界筛选优良菌种用于发酵工程？

提示：可以利用选择培养基根据发酵需要对菌种进行筛选。

2．现代发酵过程通常使用大型发酵罐，如何对发酵过程进行监测和控制，从而达到最佳发酵状态？

提示：现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵工程中的温度、

pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。

3．在发酵生产过程中产生的气体和废气培养液等能直接排到外界环境中吗？为什么？

提示：不能，防止对环境造成污染等不利影响。

[归纳总结]

1．菌种选育的方法

(1)直接筛选：利用选择培养基从自然界中筛选出性状优良的菌种。

(2)诱变育种：利用物理因素、化学因素、生物因素等诱变因素处理微生物，再筛选出符合人们需要的菌种。

(3)基因工程育种：利用转基因技术，将目的基因与运载体结合，导入受体微生物，得到目的基因能够表达的菌种。

2．发酵条件的控制

(1)控制目的：发酵条件既能影响微生物的生长繁殖，又能影响微生物的代谢物的形成。

(2)控制因素：温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、营养等。

3．发酵产品的获得

[题组通关]

1．下列有关发酵工程的描述，错误的是(　　)

A．发酵工程充分利用了微生物的特定功能

B．在发酵之前，要对选育的菌种进行扩大培养

C．发酵产品的提取需要等发酵结束后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥

D．发酵所需的培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌

解析　如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，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，则需要根据产物的性质进行提取、分离和纯化来获得产品。

答案　C

2．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，有关发酵条件控制的叙述错误的是(　　)

A．在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量

B．只要等发酵结束，才能测出发酵产物的浓度

C．在发酵过程中，要及时添加必需的营养组分

D．通过冷却水循环，可以调控发酵罐内的温度

解析　在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度，以了解发酵进程。

还要及时添加发酵必需的营养组分，要严格控制温度、pH、溶氧量等发酵条件。

答案　B

知识点二　发酵工程的应用

[新知梳理]

1．在食品工业上的应用

(1)生产传统的发酵产品。例如，以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌，生产酱油；以谷物或水果为原料，利用酿酒酵母生产各种酒类。

(2)生产各种各样的食品添加剂。例如，通过黑曲霉发酵制得柠檬酸；由谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，制成味精。

(3)生产酶制剂。通过发酵工程生产α­淀粉酶、β­淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。

2．在医药工业上的应用

(1)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。

(2)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。

(3)利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得表达产物可以作为疫苗使用。

3．在农牧业上的应用

(1)生产微生物肥料。微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等可以增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等。

(2)生产微生物农药。利用微生物或其代谢物来防治病虫害。例如，苏云金杆菌可以用来防治80多种农林虫害；利用放线菌产生的井冈霉素可以防治水稻枯纹病等。

(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质，而且繁殖速度很快。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；利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．其他方面的应用

(1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。

(2)极端微生物的应用：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。

[互动探究]

1．与传统发酵技术相比，发酵工程具有哪些特点？

提示：发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点。

2．引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程的有关知识，如何大量