第03讲 发酵工程及其应用-【寒假自学课】高二生物寒假提升精品讲义（人教版2019选择性必修3）

第03讲 发酵工程及其应用 【学习目标】 1.概述发酵工程及其基本环节；举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。 2.理解发酵工程的过程并能够与实际相结合，发展学生的工程思维，提高系统分析能力。 3.学习发酵工程的环节与实例，感叹生物的神奇，科技的进步。 【基础知识】 一、发酵工程的基本环节 发酵过程的监控和发酵条件的控制会直接影响产品的质量和产量。一方面要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度以了解发酵进程；另一方面要及时添加必备的营养物质来延长菌体生长稳定期的时间，以便得到更多的发酵产品；同时要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，来保证产品的产量和质量。 归纳总结： 2、 发酵工程的应用 应用领域 应用实例 在食品工业上的应用 生产传统的发酵产品：如酱油、各种酒类 生产各种食品添加剂：如酸度调节剂、增味剂、着色剂、增稠剂、防腐剂 生产酶制剂：如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶 在医药工业上的应用 青霉素生产、其他抗生素生产 多种氨基酸生产 激素、免疫调节剂、疫苗 在农牧业上的应用 生产微生物肥料，如有机酸、生物活性物质、根瘤菌肥、固氮菌肥 生产微生物农药，如苏云金杆菌、井冈霉素 生产微生物饲料，单细胞蛋白、乳酸菌 在其他方面的应用 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等 嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌提高热敏产品产量 发酵工程生产工农业产品 特别提醒： 1.单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。其不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。 2.青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。 3.在青霉素发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。 4.引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内，再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗。 5.发酵工程的特点：生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，产物专一，废弃物对环境污染小、容易处理。 三、啤酒的工业化生产流程 知识拓展： 【考点剖析】 考点一：发酵工程的本质 例1．获取纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。下列叙述错误的是（    ） A．获取纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染 B．稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法 C．平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法 D．接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为纯培养物 【答案】D 【详解】获得纯净培养物的关键是无菌技术，即防止外来杂菌的入侵，A正确；测定微生物数量的常用方法有活菌计数法和显微镜直接计数法，故稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法，B正确；实验室中进行微生物分离和纯化最常用的接种方法是平板划线法和稀释涂布平板法，C正确；纯培养物是由单一个体繁殖所获得的微生物群体，特定种类微生物的群体不一定是由单一个体繁殖而来，D错误。 考点二：发酵工程的实例 例2．谷氨酸棒状杆菌发酵过程会生成大量的谷氨酸，经加工可制成味精。其发酵过程中，发酵罐中碳氮比（碳元素与氮元素的比值）为4:1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3：1时，菌体繁殖受抑制但谷氨酸的合成量大增。下列相关叙述正确的是（    ） A．通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 B．分离、提纯产物是发酵工程的中心环节，有利于获得更多的优质发酵产品 C．由题干信息可推知发酵过程中需调整发酵罐内营养成分的比例 D．在发酵罐内发醇无需严格控制溶解氧、温度、pH等条件 【答案】C 【解析】用单细胞蛋白制成的微生物饲料，其中的单细胞蛋白是微生物菌体，并不是通过发酵工程从微生物细胞中提取获得，A错误；发酵工程的中心环节是发酵过程，B错误；由题意可知“在其发酵过程中，发酵罐中碳氮比（碳元素与氮元素的比值）为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增”，说明在发酵过程中需调整发酵罐内营养成分的比例以保证先获得大量谷氨酸棒状杆菌，在获得大量发酵产物的目的，C正确；谷氨酸棒状杆菌为需氧菌，其发酵过